Universidade Federal do Paraná
PPGEE – Programa de Pós-Graduação da Engenharia Elétrica
Disciplina: Comunicação de Dados
Profº.: Eduardo Parente
Controle de Admissão para
Fornecer QoS em Redes DiffServ
IP: A Abordagem TEQUILA
Professor: Eduardo Parente
Aluno: Edson Watanabe
1
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Disciplina: Comunicação de Dados
Profº.: Eduardo Parente
Principais componentes no
tratamento de QoS SBRC2001
Ações de controle sobre os
parâmetros de admissão (CAC)
•Configuração estática
•Sinalização por fluxo
agregado(MPLS)
•Sinalização por microfluxo(RSVP)
Tratamento dos dados
•Classificação dos Fluxos
•Prevenção do
congestionamento
•“Condicionamento”: shaping,
policing, dropping
•Gestão do congestionamento:
escalonamento /enfileiramento
Plano de dados
Plano de roteamento
QoS
Plano de controle
•Roteamento pelo caminho
mais curto
•Engenharia de tráfego
•Roteamento por restrições e
por fluxo agregados
2
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Soluções existentes para a
garantia de QoS em redes IP

IntServ 1994 – Integrated Services



DiffServ 1998 – Differentiated Services


•
Fluxo em tempo-real e fluxo best effort
Gerenciamento de QoS no nível de micro fluxos
Diferentes níveis de QoS alocados em diferentes
grupos de usuários
Gerenciamento de QoS no nível de fluxos agregados
Especificações do IETF
Internte Engineering Task Force
3
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DiffServ



A qualidade de serviço na solução DiffServ é
garantida através de mecanismos de
priorização de pacotes na rede
Não utiliza nenhum tipo de mecanismo de
reserva de recursos
Os pacotes são classificados, marcados e
processados segundo o seu rótulo (DSCP Differentiated Service Code Point )
4
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Idéia básica da solução
DiffServ



Reduzir o nível de processamento necessário
nos roteadores para fluxos de dados (streams ).
Realizado com a definição de poucas "Classes
de Serviço" numa estrutura comum de rede
Os inúmeros fluxos de tráfego (Pacotes IP)
gerados pelas aplicações são agregados a
poucas classes de serviço em função da
qualidade de serviço (QoS) especificada para o
fluxo.
5
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Arquitetura de Serviços
Diferenciados - DiffServ

Núcleo da Rede

Borda da Rede
Network Boundary: Localizado entre
diferentes domínios administrativos ou sistemas
autônomos
Network Edge: particular nodo “limite”
conectado a um conjunto de áreas clientes do
serviços diferenciados.
6
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Arquitetura de Serviços
Diferenciados - DiffServ

Formato do campo DS


DSCP (Differenciated Services Code Point)
CU (Currently Undefined)
DSCP

CU
Compatibilidade ascendente com o campo
ToS do IPv4
7
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Arquitetura de Serviços
Diferenciados - DiffServ

Utiliza-se os elementos

Per Hop Behavior




Comportamento exterior observável de um nó
realizado por técnicas proprietárias de gerência
de filas de espera e de escalonamento
Comportamento local ao nível de um nó e não
global ao nível da rede
Traffic Conditioners
Bandwidth Broker
8
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Idéia básica da solução
DiffServ
Inúmeros fluxos de
tráfegos (pacotes
IP) gerado pelas Agrega os fluxos a
aplicações
poucas classes de
serviço em função da
QoS especificada para
o fluxo
Processamento fica mais
simplificado e independente
dos fluxos individuais das
aplicações
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Arquitetura de Serviços
Diferenciados - DiffServ



Os roteadores de backbone roteiam "agregados
de fluxos”
Cada pacote recebe um processamento
baseado na sua marcação (DSCP).
O DiffServ define duas classes de serviço que
podem também ser entendidas como
"comportamentos" (PHB - Per-Hop Behavior),
na medida em que definem como os
equipamentos (Roteadores, ...) se comportam
com relação aos pacotes (Como os pacotes são
processados)
10
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Classes definidas pelo DiffServ

Expedited Forwarding (EF):



Provê o maior nível de qualidade de serviço.
Emula uma linha dedicada convencional
minimizando os atrasos, probabilidade de
perda e jitter para os pacotes
Utiliza mecanismos de traffic shaping,
buferização (buffering) e priorização de filas.
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Classses definidas pelo
DiffServ

Assured Forwarding (AF):





Emula um comportamento semelhante a uma rede com pouca
carga mesmo durante a ocorrência de congestionamento.
A latência negociada é garantida com um alto grau de
probabilidade.
AF define 4 níveis de prioridade de tráfego (Ouro, Prata,
Bronze e Best Effort)*.
Para cada nível de prioridade são definidos 3 preferências de
descarte de pacotes (semelhante ao Frame Relay).
Este serviço usa mecanismos de Traffic Shaping (Token
Bucket pg15) e usa o algoritmo RED (Randon Early Detection
pg22), durante o congestionamento.
* Os níveis de prioridade foram inspirados na premiação dos jogos
12olímpicos
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Arquitetura de Serviços
Diferenciados - DiffServ
Exemplo:
f = medida do fluxo de pacotes do endereço IP a.b.c.d
if ( f < 200kbps )
then DS-byte = x
else DS-byte = y
if ( f > 600kbps )
then Descartar os pacotes “excedentes”

13
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Profº.: Eduardo Parente
Princípios de DiffServ

Objetivos



A solução deve ser aplicável a todas as aplicações sem
necessidade de API em particular, nem de protocolo
de sinalização particular (como RSVP)
Os roteadores do núcleo da rede não devem mais ter
que controlar a instanciação de micro fluxos nem
gerenciar os estados associados
Os ISPs poderiam diferenciar os serviços que eles
propõem a seus clientes
14
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Princípios de DiffServ

Abordagem proposta por DiffServ consiste em
 Classificar, na borda da rede, cada micro fluxo em
uma classe de serviço pré definido. Essa
classificação se efetua em função de vários
campos do pacote IP
 Tratar de forma adaptada cada classe de serviço
no núcleo da rede
 Os micro fluxos de host a host são assim
reagrupados em um fluxo agregado que é tratado
de forma particular no núcleo da rede
15
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Questões a resolver em uma
arquitetura DiffServ

Plano de dados

Classificação (classifier)


Escalonamento (scheduler)



Serviço garantido (escalonamento/rejeição) para todos s
pacotes de uma classe
Configuração/Policiamento
Plano de Controle


Identificar os pacotes que pertençam a uma classe
(Política de controle)
Plano de roteamento
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Análise crítica de DiffServ
* Vantagens



Forma simples de diferenciar as classes de serviços
para um ISP (base de uma tarifação diferenciada
A gerência de classes de tráfego se aplica aos fluxos
agregados sem utilizar explicitamente nenhum
protocolo de sinalização
Resolução dos problemas de escalabilidade de IntServ


Os roteadores do núcleo da rede se preocupam apenas com
a classificação
As funções complexas serão realizadas unicamente na borda
da rede
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Análise crítica de DiffServ
* Inconvenientes



Complexidade crescente das técnicas de configuração
e do dimensionamento do núcleo da rede
Falta de maturidade dessas técnicas
Importância da engenharia de tráfego para conhecer
com precisão:



Os perfis do tráfego e os volumes transitando nos nós da
rede
A topologia da rede e as diferentes rotas
As garantias de QoS são relativas a uma classe de
tráfego agregada e não mais a um fluxo aplicativo
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TEQUILA
Traffic Engineering for Quality
of Service in the Internet at Large Scale





Solução Completa para QoS baseada em
Redes IP Diffserv
Combinação de funções de SrvMgt e de TE
Visão Holística - Altamente Parametrizado
Arquitetura Unificada
Modelo baseado em Realimentação
21
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TEQUILA
Modelo de Hierarquia de
serviço
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TEQUILA
Modelo de Hierarquia de
serviço



Os SLAs descrevem todos os aspectos de um
contrato de serviço
Os aspectos técnicos de um contrato de
serviço são descritos pelas especificações do
nível de serviço (SLSs).
As classes QoS descrevem as capacidades de
transferência elementares de um domínio do
Provedor de Serviço(SP)
23
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TEQUILA
Ciclo de Provisão de
Recursos
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TEQUILA
Ciclo de Provisão de
Recursos



As funções de TE fornece a infra-estrutura em que
as funções de SrvMgt operam
As funções de SrvMgt ajustam metas de tráfego
para que as funções de TE cumpram
Funções de SrvMgt:

estabelecer assinaturas baseadas na função da previsão
do tráfego produzindo a matriz do tráfego (TM)
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TEQUILA
Ciclo de Provisão de
Recursos

Matriz de Tráfego(TM):


especificar a demanda antecipada do tráfego de QoS
entre bordas da rede. A demanda do tráfego é prevista
dos dados históricos e/ou das expectativas do SP (por
exemplo, alvos de vendas).
Baseado na demanda prevista do tráfego, a rede é
calculada nas dimensões apropriadamente pelas
funções de TE, nos termos dos parâmetros da
configuração de PHB e da rota de QoS.
26
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TEQUILA
Ciclo de Provisão de
Recursos


Funções de TE:
produzir a matriz de disponibilidade do recurso
(RAM), que especifica estimativas da
disponibilidade da rede projetada para acomodar o
tráfego de QoS entre bordas da rede. Baseado
nas estimativas da disponibilidade, as funções de
SrvMgt, utilizando também a informação do estado
da rede, seguram a admissão de pedidos do
serviço de modo a para não sobrecarregar a rede.
27
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TEQUILA
Ciclo de Provisão de
Recursos

As interações acima ocorrem em épocas do ciclo
do provisioning do recurso (RPC). Caso a
antecipação da demanda de tráfego mude
significativamente, um novo TM será produzido, a
rede é redimensionada apropriadamente, a RAM
por sua vez é produzida, e começa um novo
RPC(Ciclo de Fornecimento de Recurso).
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TEQUILA
Conjunto de Política de
operação de Melhores Práticas
29
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TEQUILA
Conjunto de Política de
operação de Melhores Práticas

Controle de Admissão:




A eficácia do controle de admissão depende grandemente
da carga oferecida
Lógica de Assinatura
Lógica de Chamada
Garantia de Qualidade de Serviço


Especifica alvos de desempenho
Os desvios de QoS acordado podem somente ser
avaliados a posteriori através de medidas.
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TEQUILA
Decomposição da Chamada
do Controle de Admissão
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TEQUILA
Decomposição da Chamada
do Controle de Admissão

Modelo de Admissão:



A maioria das abordagens utiliza informação da
capacidade prealocada da rede.
TEQUILA usa estimativas da disponibilidade do recurso
calculadas pelas funções TE na RAM por tráfego tronco
(TT).
Lógica de Assinatura

Determinar se os pedidos da subscrição do serviço
podem ser aceitos, com a finalidade de não
sobrecarregar a rede, maximizando o tráfego subscrito.
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TEQUILA
Decomposição da Chamada
do Controle de Admissão

Lógica de Chamada:



Controlar o número e o tipo de serviços ativos
Controlar o volume do tráfego injetado por serviços ativos
Lógica de Assinatura



Maximizar o número de serviços admitidos e do QoS
contratado,
Maximizar a utilização da rede e impedir a degradação de
QoS causada pela sobrecarga da rede
Resolver eficazmente os congestionamentos
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TEQUILA
Operação Dinâmica da
Gerência de Admissão
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TEQUILA

Operação Dinâmica da
Gerência de Admissão
Gerenciamento


Ocorrerão monitorações nos eventos recebidos
avaliação de alarmes do estado da rede e do seu
tráfego agregado
Operação

O algoritmo opera-se em três estados distintos:
normal, reativo, e normalização
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TEQUILA

Operação Dinâmica da
Gerência de Admissão
Operação

No estado normal o status da rede é verde



maximizar a satisfação do serviço
evitar congestionamento.
Vermelho


o congestionamento precisa ser resolvido
o algoritmo prevê estratégias de severidade caso este
estado persistir
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TEQUILA

Escalabilidade
Entidades de ambiente que afetam





O número de bordas da rede
O número de classes de QoS
O número das assinaturas
O número total de SLSs = (número de bordas da rede)2
O número de TTs por assinatura = (nº de bordas da
rede)2 x nº das classes de QoS
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TEQUILA

Assinatura


Controle de Admissão
A decisão de admissão envolve uma comparação
da nova demanda total de tráfego com o ponto
inicial que designa a área admissível.
Chamada


Algoritmo opera por TT - a estratégia de admissão
é deduzida deterministicamente pelo estado atual
do algoritmo e monitoração do evento recebido.
A complexidade da gerência dinâmica de admissão
cresce linear com o número de TTs afetados.
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TEQUILA





Conclusão
Modelo baseado em Realimentação
Demanda antecipada
Avalia o risco de deterioração
Minimizar o tempo de pedido de resposta de
serviço
Altamente Parametrizada
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PROJETO TEQUILA
FIM
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