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NGN - NEXT GENERATION NETWORK

ConvergConvergêência ncia de de RedesRedes

Hugo Santana Lima hugosl@nec.com.br

Porque Telefonia IP ?

• O negócio• Presença universal do IP• Maturação da tecnologia• Passagem para a rede de dados

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Passagem para Rede de Dados

VolumeTotal deTráfego

Voz

Dados

Tempo

Velho Mundo Novo Mundo

VolumeTotal deTráfego

Voz

Dados

Tempo

Velho Mundo Novo Mundo

O tráfego de dados começa a superar o de voz

PSTN

Switching Office

Voz

Dados

Internet

ISP ISP

Switching Office

Redes distintas !Redes distintas !

Hoje...

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Rede Convergente

Rede IP

PBX

S.O. S.O.

Redes Corporativas

IP Phone

SS7

Em breve: Convergência

InternetInternet

PSTNPSTN

E1E1

Gateway Gateway

Usuário VoIP Usuário VoIP

PSTNPSTN

Localidade A Localidade B

Fone para FonePC para FonePC para PC

Telefonía IP

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Reavaliando os problemas• DELAY Causado pelo tratamento dos pacotes durante

o percurso pela rede (Delay Máx.= 150 ms.). Pode causar ECO(50ms) e Talker Overlap (250ms).

• JITTER Variação do DELAY durante a transmissão. Para elimina-lo é necessário ‘buferizar’ alguns pacotes antes de reproduzir o som, para que pacotes atrasados possam chegar, gerando assim mais DELAY.

• PACKET LOSS Devido a voz ser sensível ao tempo de transmissão, perda de pacotes causam o seu reenvio em redes TCP, causando um grande DELAY e a perda da ordem dos pacotes no destino. Sendo assim quando um pacote é perdido prefere-se não reenvia-lo, característica do UDP. (perda máx = 10%)

Requisitos Básicos para VoIP

• Compressão• Supressão de Silêncio• QoS• Sinalização para Tráfego de Voz• Controle do Eco

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Qualidade de Serviço (QoS)

• Tolerância máxima do atraso (delay)

• Redução do jitter(variância do atraso)

• Tratamento de perda de pacotes

MOS 4.2 = Toll Quality

Comparação - MOS

M é to d o d eC o m p r e s s ã o

T a x a(K b p s )

M O S

P C M (G .7 1 1 ) 6 4 4 ,1A D P C M ( G .7 2 6 ) 3 2 3 ,8L D -C E L P (G .7 2 8 ) 1 6 3 ,6C S -A C E L P (G .7 2 9 ) 8 3 ,9C S -A C E L P (G .7 2 9 a ) 8 3 ,7G .7 2 3 .1 5 ,3 e 6 ,3 3 ,9

Mean Opinion Score - MOS

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Tecnologia Ethernet Padrão G.711 - 64Kbps

8 Bytes 12 Bytes 4 Bytes 12 BytesUDP RTP Ether Fram Gap

A Qtde de pacotes transmitida em 1 seg. é igual a 64Kbps = 50 pps 160 x 8 bits

Tamanho do pacote de voz = 8+22+20+8+12+160+4+12 = 246 BytesBanda necessária = 50 x 246 x 8 = 98,4 Kbps

Padrão G.723 - 42,4Kbps8 Bytes 12 Bytes 4 Bytes 12 Bytes

UDP RTP Ether Fram Gap

A Qtde de pacotes transmitida em 1 seg. é igual a 42,4 Kbps = 50 pps 106 x 8 bits

Tamanho do pacote de voz = 8+22+20+8+12+106+4+12 = 192 BytesBanda necessária = 50 x 192 x 8 = 76,8 Kbps.

Padrão G.729 - 8Kbps 8 Bytes 12 Bytes 4 Bytes 12 Bytes

UDP RTP Ether Fram Gap

A Qtde de pacotes transmitida em 1 seg. é igual a 8 Kbps = 50 pps 20 x 8 bits

Tamanho do pacote de voz = 8+22+20+8+12+20+4+12 = 106 BytesBanda necessária = 50 x 106 x 8 = 42,4 Kbps. Suprimindo-se o Silêncio será útil 60% da banda, então :Banda necessária = 25,4 Kbps

Preâmbulo Ethernet Frame IP PAYLOAD8 Bytes 22 Bytes 20 Bytes 20 Bytes

Preâmbulo Ethernet Frame IP PAYLOAD8 Bytes 22 Bytes 20 Bytes 106 Bytes

Preâmbulo Ethernet Frame IP PAYLOAD

Taxa exigida pelos padrões de Codificação de Voz adotados :

8 Bytes 22 Bytes 20 Bytes 160 Bytes

Qualidade de Serviço

• 1. Introdução: conceitos e definições.• 2. Mecanismos utilizados:

– Classificação e priorização de tráfego;– Controle de congestionamento;– Policiamento e formatação de tráfego.

• 3. Arquiteturas de Rede voltadas à QoS:– Integrated Services e RSVP;– Differentiated Services;– MPLS.

• 4. Considerações Finais.

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A necessidade de QoS

• Crescimento explosivo de tráfego de informações: Internet, aplicações de missão crítica, multimídia;

• Aplicações distintas demandam recursos variados das redes de comunicações.

O que fazer?

O que é Qualidade de Serviço?

“Habilidade da rede em garantir e manter certos níveis de desempenho para cada aplicação de acordo com as necessidades específicas de cada usuário.”

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Parâmetros de QoS

• Largura de banda;• Perda de pacotes;• Atraso das amostras de voz;• Jitter (variação de atraso).

Fatores que influenciam a qualidade do sinal de voz em redes de pacotes:

Largura de banda

A banda utilizada pela voz é função dos codificadores de voz utilizados e do empacotamento:

Influencia o atraso e consequentemente a qualidade do sinal.

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Atraso do sinal de voz

Recomendação G.114 da ITU-T:• máximo atraso fim-a-fim (1-way) deve ser de 0 a 150 msec;• de 150 a 400 msec: atraso aceitável, dependendo da aplicação;• acima de 400 msec: qualidade inaceitável.

Atraso - componentes fixos

•Atraso de propagação: 6 microsegundos / Km;•Atraso de serialização;•Atraso de processamento:

• codificação / compressão;•empacotamento.

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Jitter - variação do atraso

Atraso - componentes variáveis

• Enfileiramento;• Buffer de compensação de jitter;• Tamanho de pacote variável.

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Atraso - exemplo

Perda de pacotes

A perda de pacotes pode ser causada por congestionamento da rede, atraso excessivo (time to live), buffer overflow, imperfeições na transmisão.

Atraso

Perda

5%

10%

20%

100 150 400 [ms]

Toll qualityGoodUseful

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Mecanismos para prover QoS

• Classificação de tráfego;• Priorização de pacotes;• Controle de

congestionamento;• Policiamento e conformação

de tráfego.

Mecanismos implementados nos nós da rede para garantir QoS:

Classificação de tráfego

Identificação do tráfego transportado por cada pacote, realizado na aplicação ou pelos dispositivos de rede.

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IP Precedence

Precedence D T R 0 0

Precedence:111 - Network control110 - Internetwork control101 - Critic/ECP100 - Flash Override011- Flash010 - Immediate001 - Priority000 - Routine

D: 0 = normal, 1 = low delayT: 0 = normal, 1 = high throughputR: 0 = normal, 1 = high reliability

Priorização de tráfego

• First In, First Out (FIFO) Queuing;• Priority Queuing (PQ);• Class-based Queuing (CBQ);• Weighted Fair Queuing (WFQ).

A priorização de tráfego trata do enfileiramento e disciplina de despacho dos pacotes presentes nas interfaces dos dispositivos da rede:

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FIFO Queuing

É um dispositivo de armazenamento e envio de pacotes, onde a ordem de chegada dos pacotes determina a alocação de banda, sendo que o primeiro a chegar será o primeiro a ser atendido.

Priority Queuing

Neste esquema é formado por filas distintas para diferentes classes de tráfego, onde a transmissão tem início pelo tráfego de maior prioridade e é realizada de forma exaustiva.

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Class-Based Queuing (CBQ)

Uma fila para cada tipo de tráfego servida de forma cíclica, onde especifica-se oporcentual de banda do canal ou ainda o número de bytes a ser transmitido a cada ciclo.

Similar à WRR (Weighted Round Robin) ou Custom Queuing (CQ).

Weighted Fair Queuing (WFQ)

O esquema WFQ pondera os fluxos de tráfego, escalonando o tráfego prioritário para a frente da fila, reduzindo o tempo de resposta, e compartilha o restante da banda com outros tipos de tráfego. A atribuição de peso pode variar de forma dinâmica em função do tráfego.