Faculdade de Tecnologia SENAC Pelotas/RS
Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores
Unidade Curricular Qualidade em Serviços de Rede
Introdução ao QoS
Professor Eduardo Maroñas Monks
© 2006 Cisco Systems, Inc. All rights reserved.
Sumário
 Motivação para o uso de QoS.
 Identificar os principais problemas em redes
convergentes.
 Cálculo que largura de banda de acordo com
múltiplos fluxos
 Mecanismos projetados para o uso eficiente
de largura de banda.
 Tipos de atrasos.
 Formas de redução do impactos do atraso
na qualidade do serviço.
 Perdas de pacotes e formas de redução ou
prevenção.
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Rede tradicional não convergente
 Características de tráfego de dados
tradicional:
Fluxo de dados em rajadas
Acesso FIFO (First IN, First OUT) em
filas
Sem necessidade de tempos rígidos nas
aplicações, atrasos são aceitáveis
Breves paradas na rede são suportadas
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Redes Convergentes
 Características de redes
convergentes:
Pacotes pequenos de voz competindo
com tráfego de dados em rajadas
Tráfego crítico deve possuir
prioridade em relação ao demais
Voz e vídeo são sensíveis a atrasos
Paradas na rede não são permitidas
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Questões sobre qualidade em Redes
Convergentes
 Insuficiência de largura de banda: múltiplos
fluxos competindo por largura de banda
limitada.
 Atraso fim a fim (fixo e variável): os pacotes
devem passar por diversos enlaces e
dispositivos o que acrescenta atraso na
transmissão.
 Variação de atraso (jitter): algumas vezes
existe uma grande capacidade de outros
tráfegos o que resulta em um aumento e
variação do atraso
 Perdas de pacotes: os pacotes podem ser
descartados quando um enlace está
congestionado
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Características de Redes
 Definem o desempenho de uma rede, são elas:
Largura de Banda
Medida em bit/s
Quanto mais, melhor (limite financeiro e tecnológico)
Latência (atraso)
Medido em ms (1/1000 segundos)
Inserção de atrasos em todo o caminho do pacote
Jitter (variação do atraso)
Medido em ms (1/1000 segundos)
Variação do atraso
Normalmente, devido ao congestionamento e tempo nas
filas dos roteadores
Perdas de pacotes
Medido em % do total de pacotes
Perdas podem ser causadas por congestionamento, meios
físicos defeituosos, dispositivos com problemas,
interferências
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Medição de Largura de Banda
 O máximo de largura de banda disponível é relacionado ao
link mais lento
 Múltiplos fluxos estã competindo pela mesma banda,
resultando em menor capacidade de banda para cada
aplicação.
 A insuficiência de largura impacta no desempenho das
aplicações de rede.
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Aumentando a banda disponível
 Aumentar o link (a melhor solução, mas nem sempre possível devido a
motivos financeiros ou tecnológicos).
 Aplicar QoS com recursos avançados de filas para repassar os pacotes
importantes primeiro
 Usar compressão na camada 2 (aumenta o atraso)
 Usar compressão nos cabeçalhos IP.
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Usando a largura de banda de forma
eficiência
Voz
1
(mais alto)
Voz
1
• LLQ
• RTP header
compression
Dados
2
2
3
3
3
4
4
4
4
(alto)
Dados
(médio)
Dados
4
3
2
1
1
Dados
• CBWFQ
• TCP header
compression
(baixo)
 Usando mecanismos avançados de filas e compressão de
cabeçalhos, a largura de banda disponível por ser usada
com maior eficiência:
Voz: filas do tipo LLQ e compressão do cabeçalho do protocolo RTP
Tráfego interativo: filas do tipo CBWFQ e compressão de cabeçalho
TCP
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Tipos de atraso
 Atraso de processamento: o tempo que leva para o roteador retirar o
pacote da interface de entrada, examinar o pacote e colocá-lo na fila da
interface de saída
 Atraso de enfileramento: tempo que o pacote permanece na fila de saída
do roteador
 Atraso de serialização: tempo gasto para colocar o pacote no meio físico
de saída
 Atraso de propagação: tempo que o pacote leva para ser transmitido de
um ponto a outro na rede
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Impacto de atraso e jitter na qualidade
 Atraso fim a fim: é o somatório de todos os atrasos
(propagação, processamento, serialização e enfileiramento)
no caminho
 Jitter: é a variação do atraso
(http://www.ietf.org/rfc/rfc3393.txt).
 Em redes best-effort (melhor esforço) os atrasos de
propagação e serialização são fixos, enquanto que os
atrasos de processamento e enfileiramentos são
imprevisíveis
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Formas para reduzir o atraso
 Aumentar o link (a melhor solução, mas nem sempre
possível devido a motivos financeiros ou tecnológicos).
 Aplicar QoS com recursos avançados de filas para repassar
os pacotes importantes primeiro
 Usar compressão na camada 2 (aumenta o atraso)
 Usar compressão nos cabeçalhos IP.
 Mudar a prioridade dos pacotes
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Redução de atraso na rede
 Roteador do cliente (customer):
Compressão de cabeçalhos TCP/RTP
Enfileiramento LLQ (prioridades)
 Roteador do provedor (ISP):
Mudança de prioridade conforme a política de QoS do
roteador
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Efeitos da perda de pacotes
 Ligação telefônica: “Eu não entendi o que falastes. A voz
está sendo cortada.”
 Teleconferência: “A imagem está distorcida. A voz não está
sincronizada.”
 Usuário doméstico: “O arquivo está corrompido.”
 Call center: “Por favor, aguarde um momento que o sistema
está lento.”
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Tipos de descarte de pacotes
Outros tipos de descarte
Fila de entrada: a cpu do roteador está
ocupada e não é possíve processar novos
pacotes.
Ignore: o roteador não possui mais
espaço em buffer.
Overrun: a CPU está ocupada e não
conseguiu liberar espaço no buffer para
um novo pacote.
Erros de quadros: o hardware detectou
 Descarte de final de fila (Tail drops) acontecem
erroa no
CRC,
quadros
uqanod
fila quadro,
de saída por
estáexemplo
cheia. Estes
descartes
menores
que o tamanho
mínimo
(runt) ou
são comuns
e acontecem
quando
o link está
maiores que o tamanho máximo (giant).
congestionado
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Formas de evitar perdas de pacotes
 Aumentar o link (a melhor solução, mas nem sempre
possível devido a motivos financeiros ou tecnológicos).
 Garantir largura de banda para pacotes de aplicações
sensíveis a perdas, por exemplo voz.
 Evitar o congestionamento descartando aleatoriamento
pacotes menos importantes antes de ocorrer o problema
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Traffic Rate
Policing
Traffic
Traffic
Traffic Policing e Traffic Shaping
Time
Traffic Rate
Shaping
Time
Traffic
Traffic
Time
Traffic Rate
Traffic Rate
Time
Comparativo:
http://www.cisco.com/en/US/tech/tk543/tk545/technologies_tech_note09186a00800a3a25.shtml
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Exemplo: reduzindo perdas de pacotes
na rede
 Problema: o congestionamento da intefrace causa a perda
de pacotes TCP e de voz, causando uma transferência de
arquivos lenta e a qualidade da ligação péssima.
 Possibilidade: controle de congestionamento e
enfileiramento com prioridades podem ajudar
 Solução: Uso de WRED (Weighted Random Early Detection)
e e LLQ (low latency queuing) nos roteadores.
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Resumo
 Redes convergentes possuem diversos tipos de
tráfego em uma infraestrutura compartilhada. Isto
cria a necessidade de diferenciar o tráfego e priorizar
o tráfego sensível a atraso
 Vários mecanismos existem para ajudar a maximizar
o uso da banda disponível, incluindo filas e
compressão
 Todas a redes apresentam atraso. O atraso pode
afetar o desempenho de aplicação de voz e vídeo
 Sem provisionamento e gerenciamento, as redes
podem obter perdas de pacotes. As perdas de
pacotes são especialmente importantes em
aplicações que utilizam o protocolo UDP, que são os
casos de áudio e vídeo
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Referências
 PETERSON, L; DAVIE, B. Redes de Computadores –
Uma Abordagem de Sistemas. Capítulo 6. 3ª Ed.
Campus, 2004.
 KUROSE, J; ROSS, K. Redes de Computadores e a
Internet – Uma Abordagem top-down. Capítulo 7. 3ª
Ed. Pearson, 2006.
 Quality of Service Networking
http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc
/qos.htm
 QoS Congestion Avoidance
http://www.cisco.com/en/US/tech/tk543/tk760/tsd_technol
ogy_support_protocol_home.html
 QoS Congestion Management (queuing)
http://www.cisco.com/en/US/tech/tk543/tk544/tsd_technol
ogy_support_protocol_home.html
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