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Gerenciamento de redes
Gerenciamento de Serviços
Gerenciamento de QoS (Qualidade de serviço)
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Qualidade de serviços:
aplicações de multimídia: áudio e vídeo de rede(“mídia contínua”)
rede oferece à aplicação nível de desempenho necessário para a aplicação funcionar.
QoS
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Objetivos do QoS
Controle sobre recursos Garantir o funcionamento de aplicações sensíveis a
atraso
SLA (Service Level Agreements) Diferenciar usuários e serviços de acordo com contratos pré-
estabelecidos.
Redes Convergentes Permitir que uma única tecnologia de rede possa ser utilizada
para prover todos os tipos de serviços.
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QoS
QoS é uma garantia oferecida pela rede que certos parâmetros serão mantidos entre níveis pré-acordados.
Os principais parâmetros de QoS são: Atraso
Jitter: Variação no Atraso
Taxa de transmissão (Vazão)
Taxa de Perda de Pacotes
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Fatores que Influenciam o Atraso
Congestionamento na
rede local
Bufferização nos
Roteadores
Capacidade do
Terminal
Congestionamento
nos links
Tempo de
propagação
Velocidade
do Link
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Aplicações de rede multimídia (MM)
Características fundamentais:
normalmente, sensível ao atraso atraso fim a fim
jitter do atraso
tolerante a perdas: perdas infrequentes causam pequenas falhas
antítese de dados, que são intolerantes a falhas, mas tolerantes a atraso.
Classes de aplicações MM:
1. fluxo contínuo (streaming) armazenado
2. fluxo contínuo ao vivo
3. interativas, tempo real
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Multimídia armazenada de fluxo contínuo
restrição de tempo para dados ainda a serem transmitidos: a tempo para o reprodução
Fluxo contínuo armazenado:
mídia armazenada na origem
transmitida ao cliente
fluxo contínuo: reprodução do cliente começa antes que todos os dados tenham chegado
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Multimídia ao vivoem fluxo contínuo
Exemplos: programa de entrevistas por rádio da Internet evento esportivo ao vivoFluxo contínuo (como na multimídia armazenada em
fluxo contínuo) buffer de reprodução reprodução pode atrasar dezenas de segundos
após a transmissão ainda tem restrição de tempoInteratividade avanço rápido impossível retornar, pausar possíveis!
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Multimídia interativa em tempo real
requisitos de atraso fim a fim:
áudio: < 150 ms bom, < 400 ms OK• inclui atrasos em nível de aplicação (empacotamento) e de
rede
• atrasos maiores observáveis prejudicam interatividade
aplicações: telefonia IP, videoconferência, mundos interativos distribuídos
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Requisitos de QoS
Requisitos de QoS Voz
Interativa
FTP E-mail Vídeo
Broadcast
Vídeo
Interativo
Exigência de largura
de banda
Média Baixa Baixa Alta Alta
Sensibilidade a
perda (aleatória) de
pacotes
Média Média Média Média Média
Sensibilidade ao
atraso
Alta Baixa Baixa Baixa Alta
Sensibilidade ao
jitter
Alta Baixa Baixa Média Alta
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Multimídia sobre a Internet de hoje
TCP/UDP/IP: “serviço de melhor esforço” sem garantia sobre atraso e perda
Aplicações de multimídia na Internet de hojeusam técnicas em nível de aplicação para aliviar
(ao máximo) os efeitos de atraso e perda.
Mas as aplicações de multimídia exigem que QoS e nível de desempenho
sejam eficazes!
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Como a Internet deverá evoluir para dar melhor suporte à multimídia?
Filosofia de serviços integrados:
mudanças fundamentais na Internet para as aplicações reservarem largura de banda fim a fim
requer software novo, complexo nos hospedeiros e roteadores
Laissez-faire
sem mudanças importantes
mais largura de banda quando necessário
distribuição de conteúdo, multicast da camada de aplicação camada de aplicação
Filosofia de serviços diferenciados:
menos mudanças na infraestrutura da Internet, oferecendo serviço de 1a e 2a classes
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Fornecendo múltiplas classes de serviço
até aqui: fazer o melhor com serviço de melhor esforço
todo o modelo de serviço em um tamanho
alternativa: múltiplas classes de serviço
particionar tráfego em classes
rede trata diferentes classes de tráfego de formas diferentes (analogia: serviço VIP X serviço normal)
0111
história: bits de ToS
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Múltiplas classes de serviço:cenário
R1 R2H1
H2
H3
H4enlace 1,5 Mbpsfila da
interface desaída de R1
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Cenário 1: FTP e áudio misturados Exemplo: telefone IP a 1Mbps, FTP compartilha
enlace de 1,5 Mbps. rajadas de FTP podem congestionar roteador e causar perda
de áudio
deseja dar prioridade ao áudio no lugar do FTP
Marcação de pacote necessária para roteador distinguir entre diferentes classes; e nova política de roteamento para tratar pacotes de acordo.
Princípio 1
R1 R2
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Princípios de garantias de QOS (mais)
e se as aplicações se comportarem mal (áudio envia mais do que a taxa declarada) regulação: força de aderência dá origem às alocações de larg.
banda
marcação e regulação na borda da rede:
forneça proteção (isolamento) de uma classe para outras
Princípio 2
R1 R2
Enlace 1,5 Mbps
Telefone1 Mbps
marcação e regulação de pacote
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Alocar largura de banda fixa (não compartilhável) ao fluxo: uso ineficaz da largura de banda se os fluxos não usarem sua alocação
Ao fornecer isolamento, é desejável usarrecursos da forma mais eficiente possível
Princípio 3
R1R2
Enlace 1,5 Mbps
Telefone1 Mbps
Enlace lógico 1 Mbps
Enlace lógico 0,5 Mbps
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Mecanismos de escalonamento e regulação
escalonamento: escolher próximo pacote a enviar no enlace
escalonamento FIFO (First In First Out) : enviar na ordem de chegada à fila exemplo do mundo real?
política de descarte: se pacotes chegam à fila cheia, descartar quem?
• descarte do fim: descartar pacote que chega
• prioridade: descartar/remover com base na prioridade
• aleatório: descartar/remover aleatoriamente
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Políticas de escalonamento:
Escalonamento prioritário:transmite pacote da fila com prioridade mais alta
múltiplas classes, com diferentes prioridades classe pode depender da
marcação ou outras informações de cabeçalho, p. e., origem/ destino IP, números de porta etc.
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Políticas de escalonamento: ainda mais
Varredura cíclica: múltiplas classes
varre ciclicamente as filas de classes, atendendo a uma de cada classe (se disponível)
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Enfileiramento justo ponderado (WFQ): varredura cíclica generalizada
cada classe recebe quantidade ponderada de serviço em cada ciclo
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Mecanismos de regulação
Objetivo: limita tráfego para não exceder parâmetros declarados
Três critérios usados comumente:
taxa média (longo prazo): quantos pacotes podem ser enviados por unidade de tempo (no final das contas)
taxa de pico: p. e., 6000 pacotes por min. (ppm) média; 1500 ppm taxa de pico
tamanho da rajada (máximo): número máximo de pacotes enviados consecutivamente
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Balde de permissões: limita entrada a
Tamanho da Rajada e Taxa Média especificados.
balde pode manter permissões
permissões geradas na taxa r permissões/seg, a menos que balde esteja cheio
sobre intervalo de tamanho t: número de pacotes admitidos menor ou igual a (r t + b).
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balde de permissões e WFQ se combinam para fornecer limite superior garantido no atraso, ou seja, garantia de QoS!
WFQ
taxa de
permissão, r
tamanho do balde, b
taxa porfluxo, R
D = b/Rmax
tráfego de
chegada
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Estratégias para Implantaçãode QoS
Duas estratégias de QoS sobre redes IP: Serviços Integrados
• Baseado em um procolo de sinalização: RSVP
• Permite efetuar reserva de recursos fim-a-fim para garantir a QoS de um dado fluxo, no momento em que o fluxo é criado.
Serviços Diferenciados• Não utiliza protocolo de sinalização.
• Utiliza um esquema de priorização de recursos baseado em SLA (Service Level Agreements) previamente configurados.
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Níveis de QoS
Melhor Esforço
Serviços Diferenciados
ServiçosIntegrados
Reserva de Recursos Fim-a-FimProtocolo de Sinalização
Priorização de Recursos de Acordo com SLAs pré-estabelecidos
O primeiro pacote a chegar é o primeiro a ser atendido.
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Serviços diferenciados da IETF
querem classes de serviço “qualitativas” “comporta-se como um fio”
distinção de serviço relativa: Platinum, Gold, Silver
escalabilidade: funções simples no núcleo da rede, funções relativamente complexas nos roteadores (ou hospedeiros) da borda
sinalização, mantendo estado do roteador por fluxo difícil com grande número de fluxos
não define classes de serviço, fornece componentes funcionais para criar classes de serviço
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Roteador de borda: gerenciamento de tráfego
por fluxo
marca pacotes como no perfile fora do perfil
Roteador de núcleo:
gerenciamento de tráfego por classe
buffering e escalonamento baseados na marcação na borda
preferência dada a pacotes no perfil
Arquitetura Diffserv
...
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Marcação de pacote do roteador de borda
marcação baseada em classe: pacotes de diferentes classes marcados de formas diferentes
marcação intraclasse: parte do fluxo em conformidade marcada diferentemente da parte não em conformidade
perfil: taxa pré-negociada A, tamanho do balde B
marcação de pacote na borda
baseada no perfil por fluxo
Possível uso da marcação:
Pacotes do usuário
Taxa A
B
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Classificação e condicionamento
Pacote marcado no tipo de serviço (TOS) no IPv4, e classe de tráfego no IPv6
6 bits usados para Differentiated Service CodePoint (DSCP) e determinar comportamento por salto (PHB) que o pacote receberá
2 bits atualmente não são usados
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Pode ser desejável limitar a taxa de injeção de tráfego de alguma classe:
usuário declara perfil de tráfego (p. e., taxa, tamanho de rajada)
tráfego medido, modelado se não estiver em conformidade
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Princípios para garantias de QoS (mais)
Fato básico da vida: não pode admitir demandas de tráfego além da capacidade do enlace
Admissão de chamada: fluxo declara suas necessidades,rede pode bloquear chamada (p. e., sinal ocupado) se não puder atender as necessidades
Princípio 4
R1R2
enlace 1,5 Mbps
telefone1 Mbps
telefone1 Mbps
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Serviços Integrados -IntServ
Serviços integrados definem duas classes de serviço:
Serviço Garantido Define garantia de banda fim-fim, com atraso conhecido.
Destinado a aplicações em tempo-real que não toleram atraso ou perda de pacotes.
Serviço de Carga Controlada Não provê garantias de QoS rígidas.
Procura evitar a deterioração do QoS de cada fluxo, através de mecanismos de antecipação de congestionamento.
Destinado a aplicações que toleram um certo nível de atraso e perda de pacotes.
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Cenário de garantia de QoS
Reserva de recurso configuração de chamada,
sinalização (RSVP) tráfego, declaração de QoS controle de admissão por elemento
Escalonamento sensível à QoS
request/reply
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Serviços integrados da IETF
arquitetura para fornecer garantias de QoS em redes IP para sessões de aplicação individual
reserva de recursos: roteadores mantêm informações de estado de recursos alocados, requisições de QoS
admitir/negar novas requisições de estabelecimento de chamada:
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Sinalização da Internet
encaminhamento sem conexão (sem estado)
por roteadores IP
serviço de melhor esforço
nenhum protocolo de sinalização de rede no projeto
inicial do IP
+ =
Novo requisito: reservar recursos ao longo do caminho fim a fim (sistema final, roteadores) para QoS nas aplicações de multimídia
RSVP: Resource Reservation Protocol [RFC 2205] “ … permitir que usuários comuniquem requisitos à rede de
modo robusto e eficaz.” ou seja, sinalização!
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Admissão de chamada
Sessão que chega precisa: declarar seu requisito de QOS
Rspec: define a QOS sendo requisitada
Tspec: define características de tráfego
protocolo de sinalização: necessário para executar Rspec e Tspec aos roteadores (onde a reserva é exigida)
RSVP
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RSVP: não…
especifica como os recursos devem ser reservados
Em vez disso: um mecanismo para comunicar necessidades
determina rotas que os pacotes tomarão
essa é a tarefa dos protocolos de roteamento
sinalização desacoplada do roteamento
interage com repasse de pacotes
separação de planos de controle (sinalização) e dados (repasse)
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