Aula Anterior
 Diferentes tipos de Aplicações
Aplicações Elásticas (ftp, email etc...)
Aplicações Tempo Real
 Aplicações de Tempo Real
Aplicações multimedia (audio, vídeo, etc...)
Aplicações ponto-ponto/multi-ponto
Dois tipos de Aplicações T.R. : Adaptativas vs Rígidas
 Suportes Protocolares
Sobre cenários best-effort inadequação do TCP e UDP
Necessidade de procedimentos adaptativos
Protocolo RTP (Real Time Protocol)
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Aula Anterior (cont.)
 Protocolo RTP
unicast/multicast
Canais RTP + RTCP (informação de controlo)
 Mecanismos de Controlo adoptados pelas Aplicações
atrasos
variação dos atrasos (jitter)
 Buffers de amortecimento
Estratégias de reprodução de informação
Adaptação às perdas de pacotes
Algoritmos para cenários multicast (ponderação de estados)
Sincronização dados sobre canais RTP
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Requisitos das Aplicações
 Aplicações Elásticas (ftp, email, etc...)
Largura de banda ++
Para algumas limites nos atrasos
 Aplicações Tempo-Real (Adaptativas)
Proliferam cada vez mais nos ambientes computacionais (IP)
Audio, Vídeo, Vídeo-Conferência - aplicações usuais para os
utilizadores finais
Largura de banda (apesar das compressões, adaptações,...)
Limites aceitáveis para atrasos, variações de atrasos, etc.
isto porque....
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Requisitos das Aplicações
 Processos adaptativos são limitados
 Em situações de saturação da infra-estrutura torna-se
impossível a utilização deste tipo de aplicações
 Existem aplicações não se enquadram na perspectiva
adaptativa e tolerante
 Redes IP - Infra-estrutura inicialmente concebida para a
comutação de pacotes e que agora enfrenta o desafio dos
requisitos das novas aplicações.
 Necessidade de introduzir novas funcionalidades que
satisfaçam as aplicações/utilizadores
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Qualidade de Serviço (QoS)
 QoS - conjunto de parâmetros segundo os quais a aplicação
poderá ter um desempenho aceitável.
Largura de Banda ( X Kbytes/seg)
Atraso máximo fim-a-fim
Variação de atrasos limitada (jitter limitado)
etc...
 A aplicação quer uma Qualidade de Serviço Guarantida pela
infra-estrutura de comunicação utilizada.
 Protocolos adequados à garantia de QoS requerida pelas
aplicações
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Redes IP Tradicionais
 Adequadas à comutação de dados
 Não foram projectadas para serem utilizadas massivamente
por aplicações com requisitos estritos de QoS
 Protocolo IP não estava projectado objectivamente para
esses requisitos
 Comutadores utilizados (routers) não tinham preocupações
com requisitos de QoS orientados às aplicações
 Em termos gerais um infra-estrutura best-effort
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Infra-estrutura best-effort
• Cenário muito simplificado:
L4
Router
IP
L1
fila de espera
L2
• Capacidade de processamento
Características:
• Memória, buffers internos
• Técnicas de gestão dos buffers
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L3
Infra-estrutura best-effort
 Num cenário IP best-effort
Comutadores não atendem às necessidades particulares de cada
aplicação (stream de pacotes IP)
Tratamento é igual para todos os pacotes IP (salvo algumas
excepções implementadas pelos fabricantes e previstas nos
protocolos..., protocolos prioritários..., mecanismos de
priorização de tráfego etc...)
Em situações de congestão os pacotes são eliminados
independentemente do tipo de dados que transportam.
Aplicações elásticas podem recuperar através de protocolos
fiáveis (TCP)
Aplicações de Tempo Real perdem informação que dificilmente
poderá ser útil após recuperação.
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Situações de Congestão
Router
buffer cheio
L1
L3
Pacotes de aplic. T.R.
Pacotes gerados por ftp
• Situação de congestão: capacidade de
output de pacotes não acompanha os
ritmos de chegada ao router.
• Proceder à eliminação de pacotes que
chegam ao router (independentemente...)
L2
Como conseguir tratamento
diferenciado de tráfego na infra-estrutura e diferentes níveis de
QoS ?
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QoS Garantido
 Protocolos de setup da infra-estrutura
Definem o tipo de QoS desejado pelas aplicações
Comunicam o tipo de tráfego e o QoS aos elementos de
comutação da infra-estrutura
IP - RSVP (Resource Reservation Protocol)
 Elementos de comutação habilitados a cumprir esses
requisitos
Técnicas de processamento de pacotes que guarantam um
determinado nível de serviço para determinados pacotes
Domínio da matemática, estatística, e de diversos métodos de
gestão de tráfego
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QoS Garantido
• Exemplo simplificado (router) com múltiplas filas de espera:
Router
R1
R2
L1
L3
Data
Pacotes de aplic. T.R.
Pacotes gerados por ftp
L2
• Priorizar pacotes de tempo-real para as filas de espera
• Garantir que se processa x pacotes/tempo numa dada fila de
espera
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RSVP (Resource Reservation Protocol)
 Protocolos de sinalização de reserva de recursos projectado
para as redes IP
Informar os elementos (routers) da infra-estrutura de um
determinado QoS garantido aos pacotes gerados por uma
determinada aplicação
Apto para comunicações unicast ou multicast
Processo iniciado pelos receptores de informação
Engloba uma série de mensagens emitidas pelos emissores e
pelos receptores
Processo de reservas é independente do processo de routing
 Soft State - poderão existir alterações dinâmicas às reservas
efectuadas (mensagens de actualização, time-outs, etc...)
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Modelo de serviço RSVP
Fazer reservas para fluxos de dados simplex.
O recpetor decide quando fazer reservas
Mensagens de controlo em datagramas IP (proto
#46).
Mensagens PATH/RESV enviadas para
refrescarem o estado periodicamente.
Um passo:
 Pedidos não satisfeitos devolvem uma mensagem de
erro- O Rx deve tentar de novo
 Não há confirmação fim a fim para sucesso.
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Soft State
Os encaminhadores mantêm o estado de
reserva.
Mensagens refrescam o estado
Estados não refrescados são removidos
automaticamente
Alternativa: Hard state
Não há mensagens periódicas de refrescamento.
Há garantia que o estado é mantido até ser
explicitamente removido.
Porque pode ser um problema?
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Soft State (cont)
Propriedades
Adapta-se a mudanças em rotas, emissores e
recpetores.
Recupera de falhas
Filosofia: a reserva é uma optimização.
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RSVP (cont.)
 Duas mensagens fundamentais:
 Path - Descreve o tráfego que vai ser gerado pelo emissor;
gerada pelo emissor; transmitida até aos receptores (passando
pelos routers e armazenando o end. nó anterior)
 Resv - Geradas pelos receptores; especifica o QoS pretendido
para um conjunto de pacotes gerados pelo emissor; terá que
passar por todos os routers no caminho entre o emissor e
receptor
endereço do emissor
endereço do destino (por exemplo um grupo multicast)
parâmetros de QoS pretendidos (atrasos, variações, perdas...)
filter - indica o tipo de dados a que se pretende atribuir o QoS
especificado (protocolos, portas,...)
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Arquitectura do RSVP (router)
Routing
Protocol
Policy
Control
RSVP
Daemon
Admission
Control
Data
Packet
Classifier
Packet
Scheduler
• Antes de se efectuar a reserva o RSVPD comunica com 2 módulos:
• Admission Control - Verifica se o router tem recursos suficientes
para satisfazer o pedido
• Policy Control - determina se a entidade responsável pelo pedido
está ou não autorizada a fazê-lo
• Se algum destes módulos não autorizar - mensagem de erro
• Se estes dois módulos autorizarem
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Arquitectura do RSVP (cont.)
 Actualização de parâmetros nos módulos:
 packet classifier - classifica o pacote para um determinado
processamento; calcula a rota; QoS necessário etc...
 packet scheduler - processo de forwarding do pacote; alocar
tempo de CPU, buffers, etc.
 Ambientes multicast
Conjunto de routers que reservam recursos para pedidos de n
receptores
Em alguns pontos da árvore multicast os routers poderão fazer
o merging de pedidos feitos por diferentes receptores
Actualização de estado consoante entrada/abandono dos
receptores no grupo multicast
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RSVP (multicast)
Mensagens RSVP
E
E
necessário
guardar o caminho inverso
R
R
E - Emissor
R - Receptor
mensagens path
R
R
R
R
ponto de junção de pedidos
mensagens Resv para o emissor E
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Estilos de Reserva
3 Estilos
Wildcard/Sem filtro – Não especifica um
emissor particular no grupo
Filtro fixo – o emissor é especificado para a
reserva.
Conferência Video
Filtro dinâmico – emisores válidos podem
variar com o tempo.
Conferência Audio
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Estilos de Reservas (cont.)
 Um pedido de reservas inclui uma série de opções:
Identificação de emissores:
wildcard - pedido de reserva para aplicar a todos os emissores
explicit - pedido de reservas para aplicar a uma determinada
lista de emissores
Forma processamento de reservas entre os emissores:
distinct - reserva independente para cada emissor
shared - reserva partilhada entre todos os emissores
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Estilos de Reservas (cont.)
Sender
Selection
Reservation
Distinct
Shared
Explicit
Fixed-Filter
(FF)
Shared-Explicit
(SE)
Wildcard
(not defined)
Wildcard-Filter
(WF)
• Exemplo de Vídeo-Conferência, que tipos de reservas ?
• SE ou WF para o canal audio (2*débito da codificação)
• FF para o canal vídeo (n*débito da codificação)
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Exemplos de Reservas
(S1)
(a)
(c)
(R1)
Router
(S2,S3)
(b)
(d)
(R2)
(R3)
Exemplo de Reserva do tipo WF
SEND
WF( * {4B}) <(a)
WF( * {4B}) <(b)
RESERVE
RECEIVE
(c)
* {4B})
(c) < WF( * {4B})
(d)
* {3B})
(d) < WF( * {3B})
< WF( * {2B})
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Exemplos de Reservas (cont.)
(S1)
(a)
(c)
(R1)
Router
(S2,S3)
(b)
(d)
(R2)
(R3)
Exemplo de Reserva do tipo FF
SEND
FF(S1{4B}) <(a)
RESERVE
(c)
S1{4B})
RECEIVE
(c) < FF(S1{4B},S2{5B})
S2{5B})
(d)
FF(S2{5B},S3{B}) <(b)
S1{3B})
S3{B})
(d) < FF(S1{3B},S3{B})
< FF(S1{B})
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Anomalias no RSVP
Designadas por Killer reservation problems
P1 (KR-I)
Existe uma reserva Q0
Tentativa de uma segunda reserva Q1> Q0
 Rejeição em encaminhador intermédio
Não deve resultar no bloquear de Q0
Solução: manter as reservas anteriores,
quando o módulo de admissão negar
determinada reserva.
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Anomalias no RSVP
P2 (KR-II)
Tentativa de reserva persistente Q1 é negada
Persistência: apesar de negado, o receptor persiste na
tentativa de a obter.
Se houver novo pedido Q0 não deve ser negado (se
houver recursos)
Não deve ser feita junção
Solução: A mensagem de erro ResErr estabelece um
novo estado nos encaminhadores por onde passou o
pedido. Este estado altera o procedimento de junção,
permitindo que reservas inferiores possam ser
aceites.
A Reserva Q1 permanece em estado bloqueado
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Anomalias no RSVP
Uma reserva negada num nó de comutação
Origina um estado de bloqueado nesse nó mas as
reservas dos nós inferiores continuam activas
Não será desnecessário?
O rx está interessado em descobrir a disponibilidade de
recursos ao longo uma rota ou no máximo nº de nós nessa
rota
Poder-se-ia prejudicar a resposta em situações transitórias
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API para o RSVP
 Os mecanismos de reservas de recursos alteram alguns
conceitos inerentes à programação em rede (sockets, etc.)
 Necessidade de elaborar librarias que incorporem os
mecanismos definidos pelo RSVP
 Permitir ao programador manipular pedidos de QoS aos
routers da infra-estrutura.
Host
aplicação
libraria rsvp
cliente
Router
Servidor
Rsvp
Servidor
Rsvp
User
mensagens rsvp
Kernel
pipe unix
dados
classifier
scheduler
dados
classifier
scheduler
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dados
Reserva de Recursos
 Não é consensual !!!
Vantagens/Desvantagens (elevada informação de estado nos
nós)
Altera o cenário normal de distribuição de recursos pelos
utilizadores/aplicações
Se levada a extermos poderá bloquear acessos ao serviços de
rede por parte das aplicações
Dúvidas quanto ao tipo de utilização desta técnica (usar em
interligação de infra-estruturas de redes, extender a tecnologia
até ao utilizador)
Reservar/pagar ?
Técnicas intermédias de diferenciação de tráfego
prioridades
codificação hierárquica
.....
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Divergências
 É possível construir aplicações inteligentes que se adaptam às
condições da rede (playout buffers, codificações adaptativas,
codificação hierárquica, mecanismos de prioridades, etc.)
 No entanto, em qq uma delas não se tem à priori a certeza de que
tipo de condições elas vão enfrentar. Para tal é necessário garantias
de QoS
• Devemos garantir QoS
num futuro próximo na
infra-estrutura da Internet
• Esta filosofia é desnecessária
e devemos unicamente
fornecer + largura de banda e
continuar a desenvolver
aplicações adaptativas, e
alguns mecanismos de
diferenciação do tráfego.
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Mecanismos alternativos (ao rsvp)
 Atribuir diferentes prioridade de processamento a diferentes
protocolos, portas protocolares, etc...
 Utilizar codificações hierárquicas da informação a transmitir
 Apostar nas técnicas de codificação/compressão de
informação
 Utilizar informação do cabeçalho IP para o router dar um
tratamento preferêncial a determinados pacotes.
flow label do IPv6
TOS (type of Service IPv4 e análogo do IPv6)
Differentiated Services - Grupo IETF que tenta normalizar a
interpretação do TOS (IPv4) e Traffic Class (IPv6) por forma aos
routers realizarem um tratamento diferenciado para diferentes
pacotes IP
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Codificação Hierárquica
 Por exemplo: O emissor envia em grupos multicast distintos
diferentes codificações dos media
vantagens: dados de uma codificação só chegam a uma
determinada rede se existir alguem interessado
desvantagens: condições da infraestrutura afectam por igual todas
as sessões; período probatório poderá prejudicar outros receptores
alta qualidade
média qualidade
R
E
qualidade básica
R
grupos multicast
diferentes
R
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Cod. Hierárquica + Prioridades
 Por exemplo: Dados são emitidos na mesma sessão indicando quais
os mais/menos prioritários (opções do IP). Em caso de congestão
routers eliminam os menos prioritários
vantagens:
• Em caso de congestão a informação básica terá + hipóteses de
alcançar os receptores
• Permite à aplicação definir quais as codificações +/- importantes
em termos de serviço básico/médio/alta qualidade, etc....
• Em situações de congestão os pacotes - prioritários são eliminados
não prejud. assim a informação básica
desvantagens:
• Existem situações em que existe informação redundante na infraestrutura
• <próximo acetato>
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Priorização de Tráfego
 Por vezes é necessário algum feedback para não estar a ser
desperdiçada largura de banda.
ligação de alto débito
ligação débito médio
X
alta
média
baixa
ligação baixo débito
média
baixa
baixa
E
R
Y
• Camadas alta e média são redundantes e prejudicam outo
tráfego
• Necessidade de alguma comunicação fim-a-fim entre E/R
para optimizar o processo
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