Qualidade de Serviços em Redes IP Edgard Jamhour.
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Qualidade de Serviços em Redes IP
Edgard Jamhour
Edgard Jamhour
Tipos de Comutação e Qualidade de Serviço
cabeçalho dados
...
t
1 2 N 1 2 N...
...
...
......
quadro
sincronismo de quadro
slot de tempo = canal
circuito
pacote
Edgard Jamhour
Medidas de Desempenho
1
transmitido
recebido
2 3 4
atraso
jitter
1 2 3 4
tempo
tempo
tempo
1 3 42
1
perda
2 3 4
tempo
Edgard Jamhour
Excesso de Tráfego e Desempenho
1 2atraso de propagação (fixo)
fila com tamanho variável
atraso fixo
atrasovariável(jitter)
atraso
densidade de probabilidade
pacotes descartados
atraso máximo Rede muito ocupada
Rede pouco ocupada
Edgard Jamhour
Medidas de Disponibilidade
funcionando
12 h
falhatempo
funcionando
2 h 16 h
TTR= 1
TBF = 13 TBF = 18
Disponibilidade = (MTBF - MTTR)/ MTBF
Disponibilidade = (15.5 - 1.5) / 15.5 = 0,90 (90%)
falha
1 h
TTR= 2
Taxa de Falhas = 2/31 = uma falha a cada 15.5 horasMTBF = (13+18)/2 = 15.5MTTR = (1+2)/2 = 1.5
Edgard Jamhour
SLA: Acordo de Nível de Serviço
Provedor de Serviço
AB
SLA
Os pacotes que forem enviados de A para B em a uma taxa de até 1 Mbps, terão uma perda máxima de 0.01% e um atraso médio inferior a 5 ms
Edgard Jamhour
Necessidade de QoS em Redes IP
CPE
B-RAS
PPPoE
acesso núcleo
CPE
CPE
CPECPE
CPE
usuário núcleo
ISPexterno1
23
controle de admissãopoliciamento
priorizaçãocondicionamento de tráfegodescarte preventivo
Edgard Jamhour
Requisitos de QoS
Classe de Serviço Necessidade debanda
Tolerância em relação a ...Perda de Pacotes
Atraso Jitter
VoIP baixa muito baixa muito baixa muito baixa
Video Conferência média baixa/média muito baixa alta
Streaming de vídeo alta baixa/média média alta
Dados sensíveis ao atraso variável baixa baixa/média alta
Dados de grande vazão alta baixa média/alta alta
Padrão (melhor esforço) variável alta alta alta
Edgard Jamhour
Metodologias de QoS
3. Ferramenta de Gerenciamento
nó nó nó
host host
1. Mecanismo de QoSPriorizaçãoDescarte
Etc.
Políticas de QoS(SLA, Controle de
Admissão)
sinalização2. sinalização sinalização sinalização
Edgard Jamhour
Metodologias de QoS
Melhor Esforço
Serviços Diferenciados
ServiçosIntegrados
Controle de recursos por fluxo ao longo de um caminho pré-definido
Controle de recursos para tráfego agregado sem caminho pré-definido
Ausência de controle de recursos. O primeiro pacote a chegar é o primeiro a ser atendido.
MPLS
menos QoS
mais QoS
Controle de recursos para tráfego agregado ao longo de um caminho pré-definido
Edgard Jamhour
Serviços Integrados e RSVPRSVP – Resource Reservation Protocol
Servidor Cliente
1. Solicita conexão com o servidor
Aplicação MultimídiaServidora
AplicaçãoMultimídia
Cliente
2. Informa requisitos para o cliente (PATH)
3. Solicita Reserva (RESV)
4. Confirma Reserva (RESVconf)
Edgard Jamhour
Comportamento do TráfegoO que a rede deve suportar? Taxa média ou Taxa de Pico?
r
taxa(bytes/s)
p
t
r
taxa(bytes/s)
p
t
r
taxa(bytes/s)
p
tVoIP com supressão de silêncioComportado
p: taxa de picor: taxa média
VoIP sem supressão de silêncioComportado
Vídeo compactadoNão comportado
A a taxa média não provoca nenhum atraso
Atribuir a taxa média prova um pequeno atraso
Atribuir a taxa média prova um grande atraso
Edgard Jamhour
O Modelo Balde de Fichas (Token Bucket)Permite descrever diversos tipos de tráfego
Serviço Garantido se
r <= R
F
b bytes
r bytes/s
chegada
p bytes/s
saída
d <= b/p
r
saída(bytes/s)
p
t
R
B
reserva
RModelo da fonte transmissora
Reserva no roteador
Edgard Jamhour
Exemplo de Reserva RSVP
Servidor Cliente
2
3 1
Total: 100 Mbps30 Mbps (delay 5ms)10 Mbps (delay 0)
PATH
Total: 100 Mbps15 Mbps (delay 10ms)1 Mbps (delay 0)
Total: 100 Mbps10 Mbps (delay 10ms)3 Mbps (delay 0)
5 MbpsFolga 30 ms
Folga 20 ms
Folga 20 ms
Folga 10 ms
Edgard Jamhour
Elementos de um Nó RSVP
Classificador
Escalonador
ENTRADA DADOS
Policiador
Fila de Saída
Policiador
Fila de Saída
SAÍDA DADOS
ENTRADA
SAÍDA
Medidor
Roteamento
controle de admissão
configuração
controle de política
FLUXO RSVP
FLUXO RSVP
Edgard Jamhour
Serviços Diferenciados
ROTEADOR DE BORDA
ROTEADOR DE NÚCLEO
cliente
DOMÍNIO DIFFSERV
Edgard Jamhour
borda 2
borda 1
Agregação de Fluxo
Fluxos individuaisRegras individuais para cada fluxo
Fluxos agregados
Regras apenas para os fluxos agregadosouro, prata e bronze
usuário A nível ouro
usuário B nível prata
usuário C nível bronze
usuário D nível bronze
usuário E nível ouro
usuário F nível ouro
usuário G nível bronze
usuário H nível bronze
núcleo 1 núcleo 2
Edgard Jamhour
Differentiated Services (DS) Field
VERS HLEN TOS Comprimento Total
ID 8 bits FLG Deslocamento
TTL Protocolo CheckSum Cabeçalho
IP Origem
IP Destino
Dados...
DSCP
(6 bits)
ECN
(2 bits)
DS FIELD
Edgard Jamhour
PHB’s Padronizados
B'xxxxx0' – PHBs padronizados B'xxxx11' – PHBs de uso experimental ou local. B'xxxx01' – PHBs sem atribuição
DS5 DS4 DS3 DS2 DS1 ECN
Seletores de Classe
Códigos dentro da
classe
0PHB Padronizado
ECN0
Edgard Jamhour
PHBs Padronizados
DF
b‘000000
AF 1 AF 2 AF 3 AF 4 EF
b‘101110Baixa Preferência de Descarte
AF11b'010000'
AF21b'011000'
AF31b'100000'
AF41b'101000'
Média Preferência de Descarte
AF12b'010010'
AF22b'011010'
AF32b'100010'
AF42b'101010'
Alta Preferência de Descarte
AF13b'010100'
AF23b'011100'
AF33b'100100'
AF43b'101100'
prioridade
Edgard Jamhour
PHBs Padronizados: RFC 4594
Classe de Serviço DSCP Tratamento na Borda Tolerância para Escalonamento
Perda Atraso Jitter
Telefonia EF Nenhum muito baixa muito baixa muito baixa prioridade
Conferência Multimídia AF4(1-3) Marcação em até três cores de acordo com a taxa de chegada.
baixa/média
muito baixa alta taxa
Streaming Multimídia
Dados sensíveis a atraso
Dados de grande vazão
AF3(1-3)
AF2(1-3)
AF1(1-3)
baixo/médio
baixo
baixo
médio
baixa/alto
médio/alta
alta
alta
alta
taxa
Standard (Best Effort) DF taxa
Edgard Jamhour
Elementos de um Nó Diffserv
Classificador
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
ENTRADA
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Policiador
Marcador
Fila de Saída
SAÍDA
ENTRADA
SAÍDA
MedidorDescartador Descartador Descartador
Edgard Jamhour
Classificador: CORE e EDGE
Classificador
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
ENTRADA
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Policiador
Marcador
Fila de Saída
SAÍDA
Se IPsrc=200.1.2.0/24 e AF11
Se IPsrc=200.1.2.0/24 e TCP e PORTdst 80
Se IPsrc=200.10.1.0/24
Classificador
Policiador
Marcador
Formatador de Tráfego
ENTRADA
Policiador
Marcador
Policiador
Marcador
SAÍDA
Se AF1 Se AF2 Se AF3
Descartador Descartador Descartador
Fila de Saída Fila de Saída Fila de Saída
Descartador Descartador Descartador
Edgard Jamhour
Policiador e Marcador
Classificador
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
ENTRADA
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Policiador
Marcador
Fila de Saída
SAÍDA
Se não houver transbordo no balde 1: Marcar com AF11Se houver transbordo no balde 1: Passar ao balde 2 Se não houver transbordo no balde 2: Marcar com AF12 Se houver transbordo no balde 2 Descartar
balde 1(62,5kbytes)
rate 500 kbps
balde 2(62,5kbytes)
rate 500 kbps
Xdrop
tráfego chegada
AF11 AF12
Descartador Descartador Descartador
Edgard Jamhour
Formador de Tráfego com Balde de Fichas
Formatador
b=1
r=1
saída(bytes/s)
p=2
tTráfego Saída
b=2
r=1
p=2
tTráfego Entrada
b=1b=1
FILA 1
Regra: Aplicar PHB A para Fila 1
Edgard Jamhour
Formatado de Tráfego
AF 4
AF 3
AF 2
AF 1
SAÍDAEscolhe de qual fila o pacote será retirado
para encaminhamento
INJUSTO (UNFAIR):• A fila mais prioritária é servida enquanto houver pacotes• Algumas filas podem nunca transmitir pacotes
JUSTO (FAIR):• Cada fila é associada a um token bucket• A fila mais prioritária é servida enquanto não ultrapassar a especificação do bucket
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes
r = 4 Mbps, b= 0Kbytes
Enlace com capacidade de4 Mbps
VideoConf.
VideoStream.
DadosInterativos
DadosDownload
Edgard Jamhour
Descartador
AF 4
AF 3
AF 2
AF 1
SAÍDAEscolhe de qual fila o pacote será retirado
para encaminhamento
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes
r = 4 Mbps, b= 0Kbytes
Enlace com capacidade de4 Mbps
VideoConf.
VideoStream.
DadosInterat.
DadosDownload
Um novo pacote está chegando para a classe AF4: Fila Máxima 10 ms- Se a fila estiver com mais de 90 de ocupação descartar o pacote- Se a fila estiver entre 75 e 90% de ocupação aceitar apenas AF41- Se a fila estiver entre 50 e 70% de ocupação aceitar AF41 e AF42- Se a fila estiver entre 0 e 50% de ocupação aceitar AF41, AF42 e AF43
Edgard Jamhour
SLA: Service Level Agreement
EF, AF4
NÓ ENTRE DOMÍNIOSremarcar AF4 para EF
Remarcar AF2 para AF1AF1, AF2
cliente
cliente
PROVEDOR BACKBONE
AF1, EF
ENTRADAClassificador
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
Descartador
Se EF, AF4 Se AF2, AF1
Remarca para AF 1
Remarca para AF4
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Descartador
Edgard Jamhour
MPLS X Roteamento Tadicional (Hop by Hop)
200.0.0.0/24
1
4
5
3
21Gbps [900]
210.0.0.0/24
200.0.0.0/25
200.0.0.128/25
50 Mbps para 210.0.0.0/24
Melhor caminho:
Para 200.0.0.0/24: 1 -2 -3Para 210.0.0.0/24: 1-4-5
1Gbs [900]
100 Mbps para 200.0.0.0/25
50 Mbps para 200.0.0.128/25
100Mbps [50]
100Mbps [100]
100Mbps [50]100Mbps [100]
100Mbps [50]
Nova demanda
100Mbps [0]Cliente
Edgard Jamhour
Roteamento MPLS
200.0.0.0/24
1
4
5
3
2
210.0.0.0/24
200.0.0.0/25
200.0.0.128/25
50 Mbps para 210.0.0.0/24com LABEL 20
100 Mbps para 200.0.0.0/25 com LABEL 10
50 Mbps para 200.0.0.128/25 com LABEL 30
Cliente
3031
32
33 34
35
20
21
22
23
1011 12
13
LSP: Label Switch Path
SE LABEL de entrada for 31 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 32SE LABEL de entrada for 11 ENTÃO enviar para 3 com LABEL 12
SE LABEL de entrada for 30 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 31SE LABEL de entrada for 10 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 11SE LABEL de entrada for 20 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 21
Edgard Jamhour
Conclusão
Para suportar QoS, diversos mecanismos de controle de tráfego precisam estar disponíveis em roteadores e outros elementos de rede.
Atualmente, três metodologias de QoS são empregadas em redes IP:
– Serviços Integrados: QoS por fluxo com protocolo de sinalização– Serviços Diferenciados: QoS para grandes classes sem protocolo de
sinalização.– MPLS: QoS para caminhos específicos, com ou sem protocolo de
sinalização.