Oferecendo QOS em Redes IP
 Os grupos do IETF estão trabalhando em propostas para
fornecer melhor controle de QOS em redes IP, isto é, para
superar o serviço de melhor esforço e prover alguma
garantia de QOS
 Trabalho em Progresso inclui RSVP, Serviços Diferenciados,
e Serviços Integrados
 Modelo simples para
estudos de compartilhamento
e de congestão:
Enlace de 1,5 Mbps
Fila de interface
de saída de R1
Princípios para Garantias de QOS
 Considere uma aplicação de telefonia a 1Mbps e uma aplicação FTP
compartilhando um enlace de 1.5 Mbps.
 rajadas de tráfego FTP podem congestionar o roteador e fazer com que
pacotes de aúdio sejam perdidos.
 deseja-se dar prioridade ao aúdio sobre o FTP
 PRINCÍPIO 1: Marcação dos pacotes é necessária para o
roteador distingüir entre diferentes classes; assim como novas
regras de roteamento para tratar os pacotes de forma
diferenciada
Princípios para Garantia de QOS (mais)
 Aplicações mal-comportadas (aúdio envia pacotes numa taxa
superior a 1Mbps anteriormente assumida);
 PRINCÍPIO 2: fornecer proteção (isolação) para uma classe em
relação às demais
 Exige mecanismos de policiamento para assegurar que as fontes
aderem aos seus requisitos de banda passante. Marcação e
policiamento precisam ser feitos nas bordas da rede:
marcação de pacotes e policiamento
Princípios para Garantia de QOS (mais)
 Alternativa à marcação e policiamento: alocar uma porção da
taxa de transmissão a cada fluxo de aplicação; pode produzir
um uso ineficiente da banda se um dos fluxos não usa toda a
sua alocação
 PRINCÍPIO 3: Embora fornecendo isolação, é necessário
usar os recursos da forma mais eficiente possível
marcação de pacotes
enlace lógico de 1 Mbps
enlace lógico de 0,5 Mbps
Princípios para Garantia de QOS (mais)
 Não deve ser aceito tráfego além da capacidade do enlace
 PRINCÍPIO 4: Necessita de um Processo de Admissão de
Chamada; a aplicação declara a necessidade do seu fluxo, a
rede pode bloquear a chamada se a necessidade não pode ser
satisfeita
Admissão de chamadas
alta eficiência
de utilização
Isolação: programação
e policiamento
classificação de pacotes
Resumo
QoS para aplicações em redes
Mecanismos de Escalonamento e
Policiamento
 Escalonamento: a escolha do próximo pacote para
transmissão num enlace pode ser feita de acordo com várias
regras;
 FIFO: em ordem de chegada na fila; pacotes que chegam
para um buffer cheio são ou descartados, ou uma política de
descarte é usada para determinar qual pacote descartar
entre aquele que chega e aqueles que já estão na fila
chegadas
partidas
fila
(área de espera)
enlace
(servidor)
Disciplinas de Escalonamento
 Filas com Prioridade: classes tem diferentes prioridades;
classes podem depender de marcação explícita ou de outras
informações no cabeçalho, tais como, o endereço de origem
ou de destino, número de portas, etc.
 Transmite um pacote da prioridade mais alta que esteja
presente na fila
 Versão preemptive e não-preemptive
fila de alta prioridade
(área de espera)
chegadas
tempo
pacotes
no
servidor
chegadas
classificação
fila de baixa prioridade
(área de espera)
partidas
enlace
(servidor)
partidas
tempo
Disciplinas de Escalonamento (mais)
 Round Robin: percorre as classes presentes na fila, servindo
um pacote de cada classe que tem pelo menos um
representante na fila
chegadas
tempo
pacote em
serviço
partidas
tempo
Disciplinas de Escalonamento (mais)
 Weighted Fair Queuing (fila justa ponderada): é
uma forma generalizada de Round Robin na qual se
tenta prover a cada classe com um volume
diferenciado de serviço num dado período de
tempo
classificador
de chegadas
enlace
partidas
Mecanismos de Policiamento
 Três critérios:
 (Longo prazo) Taxa Média (100 pacotes por segundo ou 6000
pacotes por minuto??), o aspecto crucial é o tamanho do
intervalo
 Taxa de Pico: ex. 6000 pacotes por minuto na média e 1500
pacotes por segundo de pico
 (Max.) Tamanho da Rajada: Máximo número de pacotes enviado
consecutivamente, isto é, num curto período de tempo
Mecanismos de Policiamento
 Mecanismo Token Bucket (balde de permissões),
oferece um meio de limitar a entrada dentro de um
tamanho de rajada e uma taxa média
especificados.
r tokens/seg
balde pode conter
até b tokens
pacotes
espera
token
para a
rede
Mecanismos de Policiamento
 Balde pode armazenar b tokens; tokens são gerados numa
taxa de r token/seg exceto se o balde está cheio.
 Num intervalo de tempo t, o número de pacotes que são
admitidos é menor ou igual a (r t + b).
 Token bucket e
WFQ podem ser
combinados para
prover um limite
superior ao atraso.
Serviços Integrados
 Uma arquitetura para prover garantias de QOS em redes IP
para sessões individuais de aplicações
 Confia em reserva de recursos, e os roteadores necessitam
manter informação de estado ( Circuito Virtual??), mantendo
um registro dos recursos alocados e respondendo a novos
pedidos de conexões
de acordo com
o estado
da rede
Admissão de Chamadas
 A sessão deve primeiramente declarar seus requisitos de e
caracterizar o tráfego que ela enviará através da rede
 R-spec: define a QOS sendo solicitada
 T-spec: define as características de tráfego
 É necessário um protocolo de sinalização para transportar a
R-spec e a T-spec aos roteadores onde a reserva deve ser
pedida; RSVP é o melhor candidato para este papel de
protocolo de sinalização
Admissão de Chamadas
 Admissão de Chamadas: roteadores aceitarão as
chamadas com base nas suas R-spec e T-spec e
com base nos recursos correntemente alocados nos
roteadores para outras chamadas.
1. Pedido: especifica
- tráfego (Tspec)
- garantia (Rspec)
3. Resposta: o pedido pode
ou não ser atendido
2. Elemento considera
- recursos não reservados
- recursos solicitados
Serviços Integrados: Classes
 QOS Garantido: esta classe é oferecida com
controles estritos dos atrasos de filas nos
roteadores; projetada para aplicações de tempo
real críticas que são muito sensíveis ao atraso
médio fim-a-fim e a sua variância
 Carga Controlada: esta classe fornece um QOS
que aproxima bem aquele fornecido por um
roteador não carregado; projetada para as
aplicações IP de hoje que se comportam bem
quando a rede não está carregada
Serviços Diferenciados
 Planejado para resolver as seguintes dificuldades que se
encontram nos esquemas com Intserv e RSVP;
 Escalabilidade: manter informações dede estado nos
roteadores em redes de alta velocidade é difícil devido ao
grande número de fluxos simultâneos
 Modelos de Serviços Flexíveiss: Intserv tem apenas duas
classes, deseja-se prover mais classes de serviços com
diferentes méritos qualitativos; deseja-se manter uma
distinção “relativa” entre as classes (Platina, Ouro, Prata, …)
 Sinalização mais Simples: (que o RSVP) muitas aplicações e
usuários podem desejar apenas especificar um serviço de
forma mais qualitativa
Serviços Diferenciados
 Abordagem:
 Apenas funções simples no interior da rede, e funções
relativamente complexas nos roteadores de borda (ou nos
hosts)
 Não define classes de serviço, ao invés disso fornece
componentes funcionais com os quais as classes de
serviço podem ser construídas
Funções de Borda
 Num computador com funções de DS (serviços
diferenciados) ou no primeiro roteador com funções de DS
 Classificação: o nó de borda marca os pacotes de acordo com
regras de classificação a serem especificadas (manualmente
pelo administrador ou por algum protocolo de sinalização)
 Condicionamento de Tráfego: o nó de borda pode atrasar e
então enviar ou pode descartar
roteador central:
envio
roteador de borda: classificação
condicionamento
Funções do Núcleo Central
 Envio: de acordo com “Per-Hop-Behavior”
(comportamento por salto) ou PHB especificado
para aquela classe em particular; este PHB baseiase estritiamente na marcação de classe (nenhum
outro campo do cabeçalho pode ser usado para
influenciar o PHB)
 GRANDE VANTAGEM:
Não há necessidade de manter informação de estado
nos roteadores!
Classificação e Condicionamento
 Pacote é marcado no campo Tipo de Serviço (TOS)
no IPv4, e Classe de Trafégo no IPv6
 6 bits são usados para o Ponto de Código de
Serviços Diferenciados (DSCP) - (Differentiated
Service Code Point) e determinam o PHB que o
pacote receberá
 2 bits são atuamente reservados
Classificação e Condicionamento
 Pode ser desejável limitar a taxa de injeção de
tráfego em alguma classe; usuário declara o perfil
de tráfego (ex., taxa e tamanho das rajadas);
tráfego é medido e ajustado se não estiver de
acrodo com o seu perfil
medidor
pacotes
classificador
marcador
ajuste
corte
enviar
descartar
Envio (PHB)
 PHB resulta num comportamento observacionalmente diferente (mensurável) para o
desempenho do envio de pacotes
 PHB não especifica quais mecanismos usar para
assegurar um comportamento do desempenho
conforme o exigido pelo PHB
 Exemplos:
 Classe A obtém x% da taxa de transmissão do enlace de
saída considerando intervalos de tempo de uma certa
extensão
 pacotes de classe A partem primeiro, antes dos pacotes
de classe B
Envio (PHB)
 PHBs que estão sendo estudados:
 Envio Expresso: taxa de partida dos pacotes de uma dada
classe iguala ou excede uma taxa especificada (enlace
lógico com uma taxa mínima garantida)
 Envio Assegurado: 4 classes, cada uma garantida com um
mínimo de taxa de transmissão e armazenamento; cada
uma com três particionamentos para preferência de
descarte dos pacotes
Problemas com os Serviços
Diferenciados
 AF e EF não estão padronizados ainda… pesquisa
em andamento
 “Linhas dedicadas virtuais” e serviços “Olímpicos”
estão sendo discutidos
 Impacto de atravessar múltiplos sistemas
autônomos e roteadores que não estão preparados
para operar com as funções de serviços
diferenciados