Universidade Federal do Paraná
Setor de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Comunicação de Dados – TE723
Prof. Eduardo Parente
Especificações de serviços com
Carga Controlada (RFC2211) e
Qualidade Garantida (RFC2212)
Lúcio Mauro M. Tonon
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Introdução
• O serviço de transferência clássico oferecido pela internet é um
serviço ponto a ponto de melhor esforço (best effort service)
• Não há controle de admissão e a rede não oferece nenhuma
segurança na entrega dos pacotes
• A maioria das aplicações na internet eram elásticas por
natureza, as quais toleravam perdas e atrasos de pacotes e
podiam ser bem servidas pelo modelo de melhor esforço
• Mas, as novas aplicações como vídeo e voz requerem um limite
pequeno de atraso.
• O Serviço de melhor esforço não garante Qualidade de Serviço
para aplicações em tempo real
• Muitas aplicações em tempo real são aplicações pontomultiponto ou multiponto-multiponto (ex.: Video broadcasting,
conferências de áudio ou vídeo)
2
Motivação
•
•
•
A fim de encontrar os objetivos mencionados acima, um modelo
de Serviços Integrados foi proposto
O modelo de serviços integrados está embutido dentro do
serviço de rede e é invocado pelas aplicações
A arquitetura de serviços Integrados (ISA) propõe-se a resolver
estes problemas porque provê:
- Suporte a QoS
- Suporte a Multicast
- Compartilhamento controlado dos links
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Conceitos chaves do IntServ
• Fluxo:
Uma corrente distinguível de datagramas relacionados que
resulta de uma atividade de um único usuário e requer a
mesma QoS
• Classes de Serviço:
Especificam o tipo de serviço experimentado por um fluxo
A arquitetura IntServ atual provê três classes de serviços:
- Entrega pelo melhor esforço
- Serviço garantido (RFC2212)
- Serviço de carga controlada (RFC2211)
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IntServ - Serviço Garantido
• O serviço garantido é intencionado à aplicações em tempo real,
com requisitos de atrasos apertados (não tolerantes ou
tolerantes não adaptativos, ex: áudio)
• QoS com serviço garantido implica em:
- Nível garantido de banda
- Atraso fim a fim limitado matematicamente
- Nenhuma perda em filas para os pacotes em conformidade
-
As aplicações envolvidas especificam tanto as características
do tráfego (Tspec) como as características das reservas
(Rspec)
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IntServ - Serviço Garantido
• O tráfego do serviço garantido está sujeito a:
- Policiamento do tráfego (traffic policing)
- Formatação do tráfego (traffic shaping)
-
Policiamento do Tráfego:
- O tráfego de entrada deve se adequar ao Tspec
- Tráfego não adequado é tratado como melhor esforço
- O policiamento é executado nas bordas da rede
-
Formatação do Tráfego:
- Tráfegos em rajadas são formatados a fim de encaixa-los
dentro do Tspec
- A formatação pode ser executada dentro da rede
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IntServ - Serviço de Carga Controlada
• O Serviço de Carga Controlada é dedicado a tráfegos em
tempo real tolerantes adaptativos (tráfegos com requisitos de
atrasos imprecisos)
• O serviço de carga controlada garante uma QoS semelhante
àquela atingida por um tráfego de melhor esforço em uma rede
não sobrecarregada
• As aplicações envolvidas especificam somente o Tspec
(nenhum Rspec é requerido)
• A formatação e o policiamento do tráfego são requeridos. O
tráfego não adequado é tratado como melhor esforço.
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Componentes do IntServ
•
Uma arquitetura de serviços integrados requer:
Mecanismos de controle de tráfego
- Controle de admissão
- Classificador de pacotes
- Escalonador de pacotes
Protocolo de preparação de Reservas
1. Controle de admissão:
- Decide se aceita um pedido de QoS baseado nos
recursos disponíveis
- Requer que os parâmetros de tráfego e de QoS, assim
como o estado atual da rede, sejam conhecidos
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Componentes do IntServ
2. Classificador de Pacotes
–
Reconhece a qual fluxo os datagramas de entrada
pertencem
–
A classe é definida localmente e pode diferir em diferentes
nós da rede
3. Escalonador de pacotes
Escala datagramas de entrada para transmissão baseado
em suas classes de serviço
Utiliza gerenciamento de filas e outros mecanismos
Pode também aplicar formatação e / ou policiamento de
tráfego
4. Protocolo de preparação de Reservas
Habilita os roteadores a reservarem recursos com o
propósito de prover um QoS específico a um fluxo IP
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Modelo de Roteador com IntServ
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Informação de Invocação
• A aplicação deve sempre especificar as características do tráfego
(Tspec) a fim de permitir que a rede reserve uma quantidade
apropriada de recursos
• O serviço de Carga Controlada usa o TOKEN_BUCKET_TSPEC
para descrever os parâmetros de tráfego do fluxo
• Um modelo simples de tráfego que fornece somente um limite
superior ao tráfego emitido é o seguinte:
O emissor não transmite mais do que:
A(T) = b + r.T
bytes sobre um dado intervalo de tempo T, onde:
r = taxa média a longo prazo (bytes/s)
b = tamanho máximo da rajada (burst size) (bytes)
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Tspec do intServ
• O tráfego não adequado ao modelo anterior pode ser forçado a
encaixar-se nele por meio de um Token Bucket
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Policiamento
• O token bucket pode ser também utilizado para executar
policiamento de tráfego nas bordas da rede
• A única diferença com relação ao caso anterior é a falta do
buffer: tráfego excedente a M+min[p.T, r.T+b-M] é rejeitado
imediatamente
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Requisitos de manipulação de dados do
elemento de rede
• Dada uma topologia de rede arbitrária, sob as seguintes
suposições:
- Fluxo caracterizado e imposto por um Tspec token bucket
- Disciplina de filas WFQ (weighted fair queuing) usada em
todos os roteadores da rede
- Taxa reservada R não menor do que a taxa média do token
bucket r (Rr)
-
Pode ser provado que o máximo atraso de fila ponto a ponto
Dmaxq é o limite superior (Parekh e Gallager, 1993)
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IntServ - Atraso garantido
• O máximo atraso ponto a ponto é dado por:
Dmax = Dfix + Dmaxq
Dfix está relacionado aos atrasos fixos (transmissão, propagação)
Dmaxq é o atraso máximo em filas ponto a ponto
• No modelo de fluido ideal, o fluxo enxerga um link dedicado de
banda R entre a fonte e o destino
• A definição de serviço garantido conta com o atraso de um fluxo
obedecendo a um token bucket (b,r) e sendo servido por um link
com banda R. Neste caso, o máximo atraso em fila ponto a ponto
deveria ser:
Dmaxq = b / R
onde b = profundidade do bucket
e R = taxa reservada (Rr)
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IntServ - Atraso de filas
• Para permitir desvios do modelo do fluido dois termos de erros
são introduzidos:
Onde, C = termo de erro dependente da taxa
D = termo de erro independente da taxa
• Considerando a limitação da taxa de pico p e o tamanho
máximo de pacote M, o atraso máximo ponto a ponto torna-se:
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Exemplos de uso
• O serviço de carga controlada pode ser utilizado por qualquer
aplicação que possa usar o serviço de melhor esforço, mas é
mais adequado às aplicações que possam caracterizar os seus
requisitos de tráfego. Exemplos:
- Aplicações baseadas no transporte de dados contínuos, tais
como áudio ou vídeo digitalizados
- Aplicações com requisitos de sincronismo ponto a ponto
- O Real Time Transport Protocol (RTP) faz uso dessas
características
- Aplicações sensíveis à carga podem requisitar o serviço de
carga controlada quando o serviço de melhor esforço não
estiver provendo um desempenho aceitável
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Comparativo das Classes de Tráfego
Componentes do
Template
Serviço Garantido
Serviço de Carga
controlada
Comportamento
ponta a ponta
•Atraso máximo garantido
•Throughput garantido
• Filas sem perdas
Aproxima-se do melhor
esforço em redes não
sobrecarregadas
Aplicações típicas
Aplicações em tempo real
Aplicações sensíveis a
congestionamento da rede
Elementos de rede
envolvidos
Modelo de fluido usando
R (banda requisitada) e B
Controle de admissão
Parâmetros
requisitados
Tspec: r, b, p, M, m
Rspec: R, S
Tspec: r, b, M, m
(p não é requerido)
Informação
exportada
C, D – Valores que
medem o desvio do
modelo de fluido ideal
Nenhuma informação
exportada
Policiamento
M + min[p*T, r*T+b-M]
R*T+b
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Referências
• [1] Wroclawski, J., “Specification of the Controlled Load Quality
of Service", RFC 2211, September 1997
• [2] Shenker, S., Partridge, C., and R. Guerin, “Specification of
Guaranteed Quality of Service", RFC 2212, September 1997
• [3] Shenker, S., and J. Wroclawski, "Network Element Service
Specification Template", RFC 2216, September 1997
• [4] Salsano, Stefano and Mameli, Roberto - CoriTel –
http://ccl.cnu.ac.kr/archive/QoS/sld001.htm, December 1998
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