Qualidade de Serviços em Redes IP
Edgard Jamhour
Tipos de Comutação e Qualidade de Serviço
slot de tempo = canal
...
...
1
N
2
...
1
2
N
...
circuito
...
quadro
sincronismo de quadro
cabeçalho
dados
...
pacote
t
Edgard Jamhour
Medidas de Desempenho
recebido
atraso
1
2
3
4
tempo
transmitido
1
2
3
jitter
4
tempo
1
32
4
tempo
perda
1
2
3
4
tempo
Edgard Jamhour
Excesso de Tráfego e Desempenho
2
1
atraso de propagação (fixo)
fila com tamanho variável
densidade de
probabilidade
atraso máximo
Rede muito
ocupada
pacotes
descartados
atraso
fixo
atraso
variável
(jitter)
atraso
Rede
pouco
ocupada
Edgard Jamhour
Medidas de Disponibilidade
TBF = 13
TBF = 18
1h
12 h
2h
16 h
falha
funcionando
falha
funcionando
TTR= 1
tempo
TTR= 2
Taxa de Falhas = 2/31 = uma falha a cada 15.5 horas
MTBF = (13+18)/2 = 15.5
MTTR = (1+2)/2 = 1.5
Disponibilidade = (MTBF - MTTR)/ MTBF
Disponibilidade = (15.5 - 1.5) / 15.5 = 0,90 (90%)
Edgard Jamhour
SLA: Acordo de Nível de Serviço
Provedor de Serviço
A
B
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
priorização
condicionamento de tráfego
descarte preventivo
controle de admissão
policiamento
3
PPPoE
2
CPE
CPE
ISP
externo
1
CPE
B-RAS
CPE
CPE
CPE
usuário
acesso
núcleo
núcleo
Edgard Jamhour
Requisitos de QoS
Classe de Serviço
Necessidade de
banda
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
host
2. sinalização
nó
1. Mecanismo de QoS
Priorização
Descarte
Etc.
sinalização
sinalização
nó
3. Ferramenta de
Gerenciamento
sinalização
host
nó
Políticas de QoS
(SLA, Controle de
Admissão)
Edgard Jamhour
Metodologias de QoS
mais QoS
menos QoS
Serviços
Integrados
Controle de recursos por fluxo ao longo
de um caminho pré-definido
MPLS
Controle de recursos para tráfego agregado
ao longo de um caminho pré-definido
Serviços
Diferenciados
Controle de recursos para tráfego
agregado sem caminho pré-definido
Melhor Esforço
Ausência de controle de recursos. O
primeiro pacote a chegar é o primeiro a
ser atendido.
Edgard Jamhour
Serviços Integrados e RSVP
RSVP – Resource Reservation Protocol
1. Solicita conexão com o servidor
Aplicação
Multimídia
Servidora
2. Informa requisitos para o cliente (PATH)
3. Solicita Reserva (RESV)
Aplicação
Multimídia
Cliente
4. Confirma Reserva (RESVconf)
Servidor
Cliente
Edgard Jamhour
Comportamento do Tráfego
O que a rede deve suportar? Taxa média ou Taxa de Pico?
taxa
(bytes/s)
A a taxa média não
provoca nenhum atraso
p: taxa de pico
r: taxa média
r p
t
taxa
(bytes/s)
p
Atribuir a taxa média
prova um pequeno atraso
r
t
taxa
(bytes/s)
VoIP sem supressão de silêncio
Comportado
VoIP com supressão de silêncio
Comportado
p
Atribuir a taxa média
prova um grande atraso
r
t
Vídeo compactado
Não comportado
Edgard Jamhour
O Modelo Balde de Fichas (Token Bucket)
Permite descrever diversos tipos de tráfego
saída
(bytes/s)
d <= b/p
Modelo da fonte transmissora
p
r
R
r bytes/s
t
b bytes
Reserva no roteador
reserva
chegada
saída
F
R
p bytes/s
B
Serviço
Garantido se
r <= R
Edgard Jamhour
Exemplo de Reserva RSVP
Total: 100 Mbps
30 Mbps (delay 5ms)
10 Mbps (delay 0)
2
Total: 100 Mbps
15 Mbps (delay 10ms)
1 Mbps (delay 0)
PATH
3
Servidor
1
Cliente
Folga 10 ms
Total: 100 Mbps
10 Mbps (delay 10ms)
3 Mbps (delay 0)
5 Mbps
Folga 30 ms
Edgard Jamhour
Elementos de um Nó RSVP
ENTRADA DADOS
ENTRADA
FLUXO RSVP
Roteamento
Classificador
controle de
admissão
Policiador
Policiador
Fila de
Saída
Fila de
Saída
controle de
política
configuração
Escalonador
Medidor
SAÍDA
FLUXO RSVP
SAÍDA DADOS
Edgard Jamhour
Serviços Diferenciados
ROTEADOR DE
BORDA
cliente
ROTEADOR DE
NÚCLEO
DOMÍNIO DIFFSERV
Edgard Jamhour
Agregação de Fluxo
Fluxos individuais
Regras individuais para cada fluxo
usuário A nível ouro
usuário B nível prata
Fluxos agregados
borda 1
usuário C nível bronze
usuário D nível bronze
núcleo 1
núcleo 2
usuário E nível ouro
usuário F nível ouro
usuário G nível bronze
usuário H nível bronze
borda 2
Regras apenas para
os fluxos agregados
ouro, prata e bronze
Edgard Jamhour
Differentiated Services (DS) Field
DS FIELD
VERS
HLEN
ECN
(6 bits)
(2 bits)
TOS
ID 8 bits
TTL
DSCP
Comprimento Total
FLG
Protocolo
Deslocamento
CheckSum Cabeçalho
IP Origem
IP Destino
Dados
...
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
Seletores de
Classe
DS2
DS1
0
ECN
ECN
Códigos
dentro da
classe
0
PHB Padronizado
Edgard Jamhour
PHBs Padronizados
prioridade
DF
b‘000000
AF 1
AF 2
AF 3
AF 4
Baixa
Preferência
de Descarte
AF11
b'010000'
AF21
b'011000'
AF31
b'100000'
AF41
b'101000'
Média
Preferência
de Descarte
AF12
b'010010'
AF22
b'011010'
AF32
b'100010'
AF42
b'101010'
Alta
Preferência
de Descarte
AF13
b'010100'
AF23
b'011100'
AF33
b'100100'
AF43
b'101100'
EF
b‘101110
Edgard Jamhour
PHBs Padronizados: RFC 4594
Classe de Serviço
DSCP
Tratamento na Borda
Tolerância para
Escalonament
o
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
AF3(1-3)
baixo/
médio
médio
alta
taxa
Dados sensíveis a atraso
AF2(1-3)
baixo
baixa/alto
alta
Dados de grande vazão
AF1(1-3)
baixo
médio/alta
alta
Standard (Best Effort)
DF
taxa
Edgard Jamhour
Elementos de um Nó Diffserv
ENTRADA
ENTRADA
Classificador
Policiador
Policiador
Policiador
Marcador
Marcador
Marcador
Descartador
Descartador
Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Medidor
Formatador de Tráfego
SAÍDA
SAÍDA
Edgard Jamhour
Classificador: CORE e EDGE
Se IPsrc=200.1.2.0/24 e AF11
Se AF1
Se AF2
Se AF3
Se IPsrc=200.10.1.0/24
Se IPsrc=200.1.2.0/24 e TCP e PORTdst 80
ENTRADA
ENTRADA
Classificador
Classificador
Policiador
Policiador
Policiador
Policiador
Policiador
Policiador
Marcador
Marcador
Marcador
Marcador
Marcador
Marcador
Descartador
Descartador
Descartador
Descartador
Descartador
Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
SAÍDA
Formatador de Tráfego
SAÍDA
Edgard Jamhour
Policiador e Marcador
rate 500 kbps
tráfego
chegada
balde 1
(62,5kbytes)
rate 500 kbps
balde 2
(62,5kbytes)
X
dro
p
ENTRADA
Classificador
AF11
AF12
Se não houver transbordo no balde 1:
Marcar com AF11
Se 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
Policiador
Policiador
Policiador
Marcador
Marcador
Marcador
Descartador
Descartador
Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
SAÍDA
Edgard Jamhour
Formador de Tráfego com Balde de Fichas
FILA 1
b=2
saída
(bytes/s)
b=1
p=2
b=1
b=1
Formatador
r=1
p=2
r=1
t
t
Tráfego Entrada
Tráfego Saída
Regra:
Aplicar PHB A para Fila 1
Edgard Jamhour
Formatado de Tráfego
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
Video
Conf.
AF 4
Video
Stream.
AF 3
Enlace com
capacidade de
4 Mbps
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes
Dados
Interativos
AF 2
Dados
Download
AF 1
Escolhe de qual fila o
pacote será retirado
para encaminhamento
SAÍDA
r = 4 Mbps, b= 0Kbytes
Edgard Jamhour
Descartador
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
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
Video
Conf.
AF 4
Video
Stream.
AF 3
Enlace com
capacidade de
4 Mbps
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes
Dados
Interat.
AF 2
Dados
Download
AF 1
Escolhe de qual fila o
pacote será retirado
para encaminhamento
SAÍDA
r = 4 Mbps, b= 0Kbytes
Edgard Jamhour
SLA: Service Level Agreement
PROVEDOR
BACKBONE
EF, AF4
cliente
NÓ ENTRE DOMÍNIOS
remarcar AF4 para EF
Remarcar AF2 para AF1
AF1, EF
AF1, AF2
cliente
Classificador
Se EF, AF4
Remarca
para AF4
ENTRADA
Policiador
Policiador
Marcador
Marcador
Descartador
Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Se AF2,
AF1
Remarca
para AF 1
Formatador de Tráfego
Edgard Jamhour
MPLS X Roteamento Tadicional (Hop by Hop)
Melhor caminho:
Nova demanda
50 Mbps para
200.0.0.128/25
Para 200.0.0.0/24: 1 -2 -3
Para 210.0.0.0/24: 1-4-5
100 Mbps para
200.0.0.0/25
1Gbps [900]
Cliente
2
1
100Mbps [0]
1Gbs [900]
100Mbps [50]
50 Mbps para
210.0.0.0/24
3
4
200.0.0.128/25
200.0.0.0/24
200.0.0.0/25
100Mbps [100]
100Mbps [100]
100Mbps [50]
100Mbps [50]
5
210.0.0.0/24
Edgard Jamhour
Roteamento MPLS
SE LABEL de entrada for 30 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 31
SE LABEL de entrada for 10 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 11
SE LABEL de entrada for 20 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 21
50 Mbps para
200.0.0.128/25 com
LABEL 30
SE LABEL de entrada for 31 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 32
SE LABEL de entrada for 11 ENTÃO enviar para 3 com LABEL 12
100 Mbps para
200.0.0.0/25 com
LABEL 10
30
31
10
1
Cliente
2
11
12
13
32
20
3
21
50 Mbps para
210.0.0.0/24
com LABEL 20
4
34
33
22
5
LSP: Label Switch Path
35
200.0.0.128/25
200.0.0.0/24
200.0.0.0/25
210.0.0.0/24
23
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.
Edgard Jamhour