Serviços Diferenciados
Edgard Jamhour
Estratégias para Implantação de QoS

Serviços Integrados
–
–
–

Baseado em um protocolo de sinalização: RSVP
Reserva de recursos por fluxo, fim-a-fim
Controle de admissão no momento que a reserva é
solicitada.
Serviços Diferenciados
–
–
–
Não utiliza protocolo de sinalização.
Utiliza um conjunto de configurações de QoS estáticas.
Atribui os fluxos de usuários as configurações estáticas
através de acordos de nível de serviço (SLA)
Níveis de QoS
Serviços
Integrados
Serviços
Diferenciados
Melhor Esforço
Reserva de Recursos Fim-a-Fim
Protocolo de Sinalização
Priorização de Recursos
de Acordo com SLAs préestabelecidos
O primeiro pacote a
chegar é o primeiro a
ser atendido.
Serviços Diferenciados: Diff-Serv


Alternativa para Serviços Integrados, que
supostamente são pouco escaláveis devido ao
custo de manutenção das sessões RSVP.
Os conceitos básicos dos serviços diferenciados
(Diff-Serv) são:
–
–
–
–
–
Divisão da rede em roteadores de borda e core
SLA: Service Level Agreement
DS Field: marcação de pacotes
Tráfego Agregado
PHB: Per-Hop Behavior
Serviços Diferenciados (RFCs Iniciais)




K. Nichols, S. Blake, F. Baker, D. Black, "Definition of the
Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and
IPv6 Headers", RFC 2474, December 1998.
M. Carlson, W. Weiss, S. Blake, Z. Wang, D. Black, and
E. Davies, "An Architecture for Differentiated Services",
RFC 2475, December 1998
J. Heinanen, F. Baker, W. Weiss, J. Wroclawski, "Assured
Forwarding PHB Group.", RFC 2597, June 1999.
V. Jacobson, K. Nichols, K. Poduri, "An Expedited
Forwarding
PHB." RFC 2598, June 1999.
Arquitetura Diffserv
ROTEADOR DE
BORDA
cliente
ROTEADOR DE
CORE
DOMÍNIO DIFFSERV
Elementos da Rede Diffserv

Domínio Diff-Serv
–

Roteador de Borda
–
–

Conjunto de roteadores que disponibilizam serviço de
comunicação IP com QoS.
Roteador que faz interface direta com a rede do cliente.
Trata o tráfego na forma de fluxos individuais
Roteador de Core
–
–
Roteador que faz interface entre os roteadores de
borda.
Trata o tráfego na forma de fluxo agregado.
Agregação de Fluxo
Fluxos de entradas
Regras individuais para cada fluxo
(geralmente, dependentes de SLA)
Fluxos agregados
Regras apenas para
os fluxos agregados
(independentes de SLA)
O que significa fluxo agregado?


O roteador de borda deve ter uma regra para cada
fluxo individual, baseada nos campos dos
cabeçalhos IP e TCP.
Os pacotes são associados a regras de core
através da marcação dos pacotes.
pacotes do usuário A –
nivel gold
Roteador
borda
Roteador
core
pacotes do usuário B –
nivel silver
1
1
1
1
pacotes do usuário C –
nivel gold
2
2
2
2
pacotes do usuário D –
nivel gold
Marcação de Pacotes

Os pacotes IP precisam ser marcados nas fronteiras de
entrada na rede administrada em DS.
–
–
A marcação é feita utilizando os bits TOS do IPv4.
Os roteadores utilizam esses bits para identificar como os pacotes
são tratados na rede.
8 bits
VERS HLEN
TOS
ID
TTL
Comprimento Total
FLG
Protocolo
Deslocamento
CheckSum Cabeçalho
IP Origem
IP Destino
Dados
...
Marcação: Redefinição do Campo TOS

O campo TOS (8bits) foi renomeado para:
–

byte DS.
Este campo é formado da seguinte maneira:
–
DSCP (Differentiated Services CodePoint)

–
6 bits (classe de tráfego para o pacote)
ECN: Explicit Congestion Notification (experimental)

2 bits (reservado)
BYTE DS
DSCP
ENC
(6 bits)
(2 bits)
PHB: Per Hob Behavior

É possível definir 64 valores distintos de DS
–

O IETF denomina PHB o tratamento associado ao valor
do campo DS
Os PHBs são definidos em 3 grupos:
–
–
–
B'xxxxx0' – PHBs padronizados.
B'xxxx11' – PHBs de uso experimental ou local
B'xxxx01' – PHBs de uso experimental ou local, mas
com potencial de serem agregados ao grupo de PHBs
padronizados.
Regra para PHBs


Com carga equivalente, quanto maior o valor do seletor
de classe, melhor o comportamento associado a
classe.
São definidos 8 códigos seletores de classe
–
Class Selector Codepoints
ENC
(2 bits)
Seletores de
Classe
Códigos
dentro
da
classe
0
PHB
Padronizado
PHB’s Padronizados

BE PHB
–

EF PHB: b‘101110'
–

Expedited Forwarding
AF PHB
–
prioridade
Best Effort
prioridade
Assured Forwarding
AF 1
AF 2
AF 3
AF 4
Low drop
preference
b'010000'
b'011000'
b'100000'
b'101000'
Medium drop
preference
b'010010'
b'011010'
b'100010'
b'101010'
High drop
preference
b'010100'
b'011100'
b'100100'
b'101100'
Funções dos Nós num Domínio DiffServ

Os nós edge (borda) executam ações de:
–

Classificação, Policiamento, Marcação, Descarte e Formatação de Tráfego
Os nós core (núcleo) executam ações de:
–
Descarte e Condicionamento de tráfego
cliente
E
cliente
E
C
C
C
E
Se tráfego r <=1 Mbps, b<=1Mb então AF11
Se tráfego 2 Mbps > b >1 Mbps então AF12
Se b > 2 Mbps então DROP
cliente
Se tráfego r <=1 Mbps, b<=1Mb então AF21
Se tráfego 2 Mbps > b >1 Mbps então AF22
Se b > 2 Mbps então DROP
Elementos de um nó Diffserv
Elementos do Nó Diffserv
1.
Classificador

2.
Medidor

3.
Determina como o tráfego será agregado
Formatador de Tráfego

5.
Contabiliza as estatísticas associadas aos fluxos de pacotes
Marcador

4.
Determina quais regras devem ser aplicadas ao pacote
Determina a velocidade com o qual os pacotes são enviados
para rede
Descartador

Determina se um pacotes será descartado de maneira preventiva
para evitar o congestionamento da rede
Arquitetura do Nó Edge
ENTRADA
ENTRADA
Classificador
Policiador
Policiador
Policiador
Marcador
Marcador
Marcador
Descartador
Descartador
Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Medidor
Formatador de Tráfego
SAÍDA
SAÍDA
Arquitetura do Nó Core
ENTRADA
ENTRADA
Classificador
Policiador
Policiador
Policiador
Marcador
Marcador
Marcador
Descartador
Descartador
Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
Medidor
SAÍDA
SAÍDA
Classificador

São definidos 2 tipos:
–
–
Multicampos (MF):
Tipicamente utilizado pelos nós Edge

–
–
Utiliza o Byte DS e outros campos do cabeçalho IP (IP,
Porta, etc.)
Comportamento Agregado (BA):
Tipicamente utilizado pelos nós Core

Utiliza apenas o Byte DS.
Classificador: CORE e EDGE
Se IPsrc=200.1.2.0/24 e AF11
Se AF1
Se AF2
Se AF3
Se IPsrc=200.10.1.0/24
Se IPsrc=200.1.2.0/24 e AF21
ENTRADA
ENTRADA
Classificador
Classificador
Policiador
Policiador
Policiador
Policiador
Policiador
Policiador
Marcador
Marcador
Marcador
Marcador
Marcador
Marcador
Descartador
Descartador
Descartador
Descartador
Descartador
Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
SAÍDA
Formatador de Tráfego
SAÍDA
Medidor

O medidor calcula em tempo real o trafégo
gerado por um dado fluxo e pacotes.
–

Taxa média, Taxa de pico, Rajada, etc.
Caso os parâmetros sejam excedidos, ele dispara
triggers para os outros módulos do roteador.
–
Módulo de policiamento

–
O medidor decide se o pacote está dentro dos limites de
tráfego impostos ao fluxo
Módulo de formatação de tráfego

O medidor decide se o pacote está pronto para ser retirado da
fila e encaminhado
O Token Bucket Model

Os medidores usualmente utilizam um modelo
denominado Token Bucket.
–
Taxa de transmissão variável com atraso limitado.
saída
(bytes/s)
d <= b/p
r bytes/s
p
r
R
b bytes
t
chegada
reserva
saída
R
p bytes/s
B
Serviço
Garantido se
r <= R
Policiador e Marcador
rate 500 kbps
tráfego
chegada
balde 1
(62,5kbytes)
rate 500 kbps
balde 2
(62,5kbytes)
X
dro
p
ENTRADA
Classificador
AF11
AF12
Se não houver transbordo no balde 1:
Marcar com AF11
Se houver transbordo no balde 1:
Passar ao balde 2
Se não houver transbordo no balde 2:
Marcar com AF12
Se houver transbordo no balde 2
Descartar
Policiador
Policiador
Policiador
Marcador
Marcador
Marcador
Descartador
Descartador
Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
SAÍDA
Formador de Tráfego

Condiciona e policia o tráfego de saída de acordo
com o PHB atribuído ao pacote.
FILA 1
b=2
saída
(bytes/s)
b=1
p=2
b=1
b=1
Formatador
r=1
r=1
t
Tráfego Entrada
t
Tráfego Saída
Regra:
Aplicar PHB A para Fila 1
p=2
Formatado de Tráfego
INJUSTO (UNFAIR):
• A fila mais prioritária é servida
enquanto houver pacotes
• Algumas filas podem nunca
transmitir pacotes
JUSTO (FAIR):
• Cada fila é associada a um token bucket
• A fila mais prioritária é servida enquanto
não ultrapassar a especificação do bucket
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
VoIP +
Enlace com
capacidade de
4 Mbps
AF 4
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
VoIP -
AF 3
r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes
Dados +
AF 2
r = 4 Mbps, b= 0Kbytes
Dados -
AF 1
Escolhe de qual fila o
pacote será retirado
para encaminhamento
SAÍDA
Descartador
Um novo pacote está chegando para a classe AF4.
- Se a fila estiver com mais de 90 de ocupação descartar o pacote
- Se a fila estiver entre 75 e 90% de ocupação aceitar apenas AF41
- Se a fila estiver entre 50 e 70% de ocupação aceitar AF41 e AF42
- Se a fila estiver entre 0 e 50% de ocupação aceitar AF41, AF42 e AF43
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
VoIP +
AF 4
Enlace com
capacidade de
4 Mbps
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
VoIP -
AF 3
r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes
Dados +
Escolhe de qual fila o
pacote será retirado
para encaminhamento
AF 2
r = 4 Mbps, b= 0Kbytes
Dados -
AF 1
SAÍDA
SLA: Service Level Agreement

O SLA é um acordo entre um cliente e um provedor de
serviço (Domínio DS).
–

O cliente pode ser um usuário final (e.g. uma empresa) ou outro
domínio de DS.
Um SLA possui dois componentes principais:
–
–
Disponibilidade: MTBF, tempo de reparo
Desempenho: atraso, jitter e perda de pacotes

Associa o tráfego do usuário a uma classe agregada.
SLA1 = AF 4
SLA5 = AF 3
cliente
SLA2 = AF 3
Domínio de DS
provedor
Domínio de DS
backbone
cliente
SLA3 = AF 3
cliente
Domínio de DS
provedor
SLA6 = AF 3
Avaliação do SLA

Avaliação fim-a-fim
–
Considerando o tráfego está dentro das especificações máximas

Controlado pelo policiamento
–
–
e.g. r = 1 Mbps e b = 64 Kbytes
Do total de pacotes transmitidos pelo usuário:

Quantos pacotes chegaram ao destino dentro dos limite máximo de
atraso?
–
Pacotes que chegarem após o limite são considerados perdidos
– e.g. Taxa máxima de perda de pacotes: 0.01%

Qual foi o tempo médio de atraso dos pacotes?
–

e.g. Atraso médio < 50 ms
Qual foi a variância (jitter) do atraso?
–
e.g. Variância < 5 ms
 Probabilidade atraso < 75 ms é 99,9968 %
Remarcação de DS

O mesmo código de DS pode ter significados distintos em
domínios diferentes
–
Nesse caso, os nós entre domínios DS devem remarcar os pacotes
de maneira a manter a coerência da marcação.
PROVEDOR
BACKBONE
SLA1 = AF 4
cliente
SLA2 = AF 3
cliente
SLA2 = AF 3
NÓ ENTRE DOMÍNIOS
remarcar AF3 para AF31 e AF4 para AF32
Remarcação
Se AF1
Se AF2
Se AF3
ENTRADA
Classificador
Remarca
para AF 33
Policiador
Policiador
Policiador
Marcador
Marcador
Marcador
Descartador
Descartador
Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
SAÍDA
Remarca para
AF 31
Remarca para
AF 32
Conclusão



A arquitetura Diff-Serv tem por objetivo propor um
método simples e escalável para implantar QoS
sobre redes IP.
Na arquitetura, cada roteador de borda possui
regras para mapear fluxos de usuários em
classes agregadas padronizadas.
Os roteadores de core (que trabalham com
enlaces de alta capacidade), trabalham com
PHB´s padronizados configurados estaticamente.