GFR – Garanteed Frame Rate
Aluno: Orlando Fabricio Neto
Professor: Eduardo Parente
Disciplina: Comunicação de Dados
Bibliografia

Oliver Bonaventure, A Better Service for
TCP/IP in ATM Networks, January/February
2001.
Introdução sobre ATM


A topologia de redes do tipo ATM
(Asynchronus Transfer Mode), foi
proposta nos anos 80 como uma evolução
para serviços de rede que usassem banda
larga.
A arquitetura ATM é indicada para
suportar uma imensa variedade de
serviços e aplicações.
Introdução sobre ATM


O controle de tráfego na rede ATM é
fundamentalmente relatado pela habilidade da
rede em proporcionar diferentes Qualidade de
Serviço (QoS) para as aplicações.
A função do gerenciamento de tráfego é
proteger a rede e as aplicações finais contra
congestionamentos a fim de atingir os objetivos
de desempenho.
Introdução sobre ATM
Categorias de Serviço

A ATM possui 5 categorias de serviço:





CBR Constant Bit Rate
VBR Variable Bit Rate
UBR Unspecified Bit Rate
ABR Available Bit Rate
GFR Guaranteed Frame Rate
Categorias de Serviço

Funções tais como, roteamento e
alocação de recurso são, em geral,
estruturadas de forma diferenciada para
cada categoria de serviço.
CBR (Constant Bit Rate)



O primeiro serviço proposto no primeiro
“ITU-T Recomendations”.
O CBR é usado por conexões que
requerem uma amostra estática de largura
de banda.
O valor definido pelo PCR (Peak Cell
Rate).
CBR (Constant Bit Rate)


Este serviço pode ser considerado uma
melhora do serviço de leased lines das
primeiras versões da ATM.
O serviço CBR é indicado para suportar
aplicações de tempo-real (exemplo: voz,
vídeo, emulação de circuito).
VBR (Variable Bit Rate)

A largura de banda é reservada por 3
parâmetros:



PCR. A maior taxa que uma aplicação final podia
reservar durante um curto período de tempo.
MBS, o limite da quantidade de células que as
aplicações finais podem transmitir utilizando o PCR.
SCR, a taxa de transmissão contínua permitida para
a aplicação.
VBR (Variable Bit Rate)

CLP (Cell Loss Priority). Um bit que
caracteriza a prioridade que o frame terá
diante dos controles de congestionamento.
Algoritmos de descarte.
UBR (Unspecified Bit Rate)




Imita o serviço implantado hoje na
Internet.
Não especifica garantias para o tráfego.
O controle de congestionamento para
UBR deve ser realizado num nível mais
alto com base na conexão fim-a-fim.
Mais fácil de usar.
ABR (Available Bit Rate)



Controle de congestionamento
implementado na camada ATM.
Transmitem constantemente as RM-cells.
Que alertam para o congestionamento.
Pode oferecer ou um serviço de melhor
esforço, ou um serviço de largura de
banda garantida.
GFR (Garanteed Frame Rate)

Proposto em 1996, a principal motivação
para a sua implementação era fornecer
um serviço tão fácil de usar como os
serviços da categoria UBR, enquanto
também garantia a largura de banda.
GFR (Garanteed Frame Rate)



Ela é designada para aplicações
requererem uma taxa mínima de garantia.
Pode beneficiar do acesso adicional da
banda disponível dinamicamente na rede.
(fair distribution).
Não requer um protocolo de controle de
fluxo.
GFR (Garanteed Frame Rate)

Parâmetros do GFR.

PCR (Peak Cell Rate)
MCR (Minimum Cell Rate)
MBS (Maximum Burst Size)

MFSxPCR
MBS  1 
PCR  MCR 

MFS (Maximum Frame Size)


GFR (Garanteed Frame Rate)

Considerações sobre o CLP.



CLP=1 os frames são considerados como
tendo baixa prioridade e são transmitidos
pela rede como base no melhor esforço.
O mínimo de largura de banda aplicada é
somente para os frames com CLP=0.
Controle de congestionamento na rede.
GFR - Eleição dos frames



Algoritmo F-GCRA, para conexões contendo
somente “conformance frames”.
GFR2, somente os frames com CLP=0 tem
entrega garantida. Há uma distinção entre os
frames com CLP=1 e CLP=0. Controle de
congestionamento é tranquilo.
GFR1, não há distinção dos frames na rede, o
switch deve decidir o que transmitir e o que
descartar quando ocorrer o congestionamento.
GFR - Eleição dos frames

2 interpretações para o CLP.


Rígida, os frames com CLP=0 são mais
importantes do que os que tem CLP=1.
Relativa, os frames com CLP=0 são mais
importantes do que os que tem CLP=1, mas
isso pode mudar. Daí, o switch deverá
descartar os frames não somente de acordo
com o CLP, mas também de olho nos
recursos disponíveis na rede.
GFR X Outras categorias


GFR X UBR – Definição por parte do GFR
de um número limite de frames, para
melhor controle de congestionamento.
GFR X VBR – QoS faz a diferença. GFR
garante o mínimo de largura de banda
para frames enquanto VBR garante para
células.
GFR X Outras categorias

GFR X ABR – A principal diferença é
quanto as aplicações finais. O GRF não
impõe que a aplicação tenha um “shaper”
complexo dentro das aplicações como o
ABR impõe.
Switches GFR (implementações)

3 categorias de implementações
propostas para switches ATM



Simples, requer apenas bits para estado.
Intermediária, requer um contador com bits
de estados.
Complexa, requer um contador com uma fila
lógica.
Switches simples



Algoritmo “buffer acceptance” com um
valores limites (min e max) para iniciar o
descarte.
Todos os VC´s são multiplexados em um
buffer FIFO.
Somente requer um contador global.
Switches simples
limite alto
limite baixo
VC´s GF R
Terminações dos
CLP=0 e
CLP=0
terminações dos
CLP=1
Frames CLP=0 e
CLP=1
Figura 1. Implementação simples do switch.[1]
Baseados em contadores





Um contador para cada VC.
Limite no buffer. Aceito ou não ?
Processo em background que atualiza o
MCR.
Motivos ?
Raramente fornecem uma faixa de banda
que não esteja reservada para um VC.
Per-VC threshold and scheduling



Esta implementação combina um
algoritmo “buffer acceptance” com um
escalonador para cada VC.
Conta com o WQF (Weighted Fair
Queuing). Fila de tamanho lógico.
Deverá evitar congestionamento por parte
de um dos VC´s.
Per-VC threshold and scheduling
Es c alonador
WF Q
GFR VC [1]
T[1]
GFR VC [2]
T[2]
PC R
GFR VC [3]
T[3]
GFR VC [4]
T[N ]
Buf f er Ac cept ance
s e buf f er < lim ite_baix o -> ac eito
s e lim it e_baix o <= buf f er < lim ite alto -> ac eito s om ente C LP=0
s e lim it e alt o < buf f er -> aceito C LP=0 se f ila[i] < T[i]

Figura 2. Switch limite e escalonamento por VC [1]
Per-VC scheduling and RED




A implementação desse tipo de switch é
baseada em descartes de frames por
valores limites.
RED (Random early detection)
Distribuição justa dos recursos fornecidos
pelos buffers.
Valores limites de máximo e mínimo.
Per-VC scheduling and RED
Alto
Baixo
W QF como
escalonador
garante um
mínimo MCR.
GFR VC[1]
GFR VC[2]
PCR
GFR VC[3]
GFR VC[4]
Buf f er Acceptance
se f ila[i] < baixo[i] -> aceito
se baixo[i] <= f ila[i] < alto[i] -> aceita todos CLP=0, aceitando ou não CLP=1
se alto <= f ila[i] -> todos os f rames descartados.

Figura 3. Implementação do switch RED com escalonador [1]
Desempenho do GFR sobre o TCP


Redes utilizam grandemente o protocolo
TCP. Redes heterogêneas.
2 casos considerados pelo autor.



Uma conexão simples TCP para cada VC.
Um router executa a multiplexação de
diversas conexões de VC´s.
STCP, ferramenta para simulações do
protocolo TCP em redes ATM.
Workstations com GFR



Rede ATM ponto-a-ponto utilizando TCP e
10 estações (emissoras) e 10 estações
(receptoras).
Emissoras mandam arquivos de 1Mbyte.
Outras considerações afim de estabelecer
o universo da simulação.
Workstations com GFR

Estações (par)
PCR
MCR
Tempo de atraso
De 1 para 1*
155 Mb/s
2 Mb/s
15 ms
De 2 para 2*
155 Mb/s
4 Mb/s
15 ms
De 3 para 3*
155 Mb/s
6 Mb/s
15 ms
De 4 para 4*
155 Mb/s
8 Mb/s
15 ms
De 5 para 5*
155 Mb/s
10 Mb/s
15 ms
De 6 para 6*
155 Mb/s
2 Mb/s
30 ms
De 7 para 7*
155 Mb/s
4 Mb/s
30 ms
De 8 para 8*
155 Mb/s
6 Mb/s
30 ms
De 9 para 9*
155 Mb/s
8 Mb/s
30 ms
De 10 para 10*
155 Mb/s
10 Mb/s
30 ms
Tabela 1- Características de GFR no cenário das WorkStations [1]
Workstations com GFR
10 ms
2,5 m s
S1
66,7 Mb/s
switch 1
switch 2
:
:
S5
S5*
10 m s
S6

S1*
...
S10
S6*
...
S10*
Figura 4. Cenário considerado para a primeira simulação [1]
Workstations com GFR



Usando GFR2, uma estação conectada a rede
não alcançará a vazão ideal.
Este baixo desempenho é devido aos
algoritmos utilizados nas combinações da
solução.
TCP tem tráfego de rajadas, e o F-GCRA,
utilizado na implementação, espera um tráfego
mais ameno, por isso marcará muitos quadros
com CLP=1.
Workstations com GFR


Usando GFR1, não haverá garantia de
boa largura de banda, porém tem um
desempenho um pouco melhor.
Os melhores resultados foram alcançados
por combinações com o algoritmo RED
que conseguia suavizar as rajadas de
pacotes TCP, evitando time-out dos
pacotes.
Workstations com GFR
Implementaçãoswitchsimples (2,5 ms)
Implementaçãoswitchsimples (10 ms)
Goodput esperado
10
Goodput
(Mb/s)
0

2
4
6
MCR (Mb/s)
8
10
Figura 5. Desempenho da implementação simples com as workstations [1]
Workstations com GFR
10
Per-VC threshold and scheduling (2,5 ms)
Per-VC threshold and scheduling (10 ms)
Goodput esperado
Per-VC scheduling and RED (2,5 ms)
Goodput
(Mb/s)
0

2
4
6
MCR (Mb/s)
8
10
Figura 6. Desempenho da implementação com base no WFQ. [1]
Internetwork com GFR


No lugar de das workstations teremos
routers.
O agregamento de todo o tráfego das
estações de trabalho é enviado através de
um backbone ATM para o seu router
correspondente, o qual entrega os
pacotes para as estações remotas
presentes nas demais redes LAN’s.
Internetwork com GFR
10 ms
2,5 ms
R1
10 TCP
emissoras
66,7 Mb/s
switch 1
switch 2
:
R1*
:
R5
R5*
10 ms
R6 ...
R10
R6* ...
R10*
10 Mb/s
34 Mb/s

10 TCP
emissoras
10 TCP
recpetoras
Figura 7. Cenário entre redes (tráfego). [1]
10 TCP
recpetoras
Internetwork com GFR

Estações (par)
PCR
MCR
De 1 para 1*
34 Mb/s
2 Mb/s
Tempo de
atraso
15 ms
De 2 para 2*
34 Mb/s
4 Mb/s
15 ms
De 3 para 3*
34 Mb/s
6 Mb/s
15 ms
De 4 para 4*
34 Mb/s
8 Mb/s
15 ms
De 5 para 5*
34 Mb/s
10 Mb/s
15 ms
De 6 para 6*
34 Mb/s
2 Mb/s
30 ms
De 7 para 7*
34 Mb/s
4 Mb/s
30 ms
De 8 para 8*
34 Mb/s
6 Mb/s
30 ms
De 9 para 9*
34 Mb/s
8 Mb/s
30 ms
De 10 para 10*
34 Mb/s
10 Mb/s
30 ms
Tabela 2. Característica do GFR para o cenário entre redes proposto. [1]
Internetwork com GFR
Implementação simples (2,5 ms)
Implementação Simples (10 ms)
Goodput esperado
10
Goodput
(Mb/s)
0

2
4
6
MCR (Mb/s)
8
10
Figura 8. Desempenho da implementação simples para tráfego entre redes. [1]
Internetwork com GFR
Goodput esperado
Per-VC threshold and scheduling (2,5 ms)
10
Per-VC threshold and scheduling (10 ms)
Per-VC scheduling and RED (10 ms)
Goodput
Per-VC scheduling and RED (2,5 ms)
(Mb/s)
0

2
4
6
8
MCR (Mb/s)
10
12
Figura 9. Desempenho da implementação com base no WFQ para inter redes.[1]
Conclusões

O objetivo desse autor não era determinar
qual método é realmente o melhor, mas
sim dar ao leitor uma visão geral sobre
alguns métodos utilizados para a
implantação do GFR em redes ATM.
Conclusões

É válido lembrar que os fundamentos
desse artigo, são simulações. E que
situações bem parecidas e/ou bem
adversas podem ser conseguidas na
prática, por isso o autor alerta quanto os
resultados e impões condições para a
simulação.
FIM
Perguntas ???
Críticas ???
Como estou dirigindo ??? (041...)