computers: tools for an information agefabio.nelson/arq/redes2/redes2_aula_11.pdf · title:...
TRANSCRIPT
Prof. Fábio Nelson CECOMPColegiado de Engenharia de Computação Slide 1
Rede de Computadores II
Rede de Computadores II
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 2
Rede de Computadores II
Teoria das FilasTeoria das Filas
Ferramenta matemática para tratar de eventos aleatórios.É o estudo da espera em filas.Proporciona uma maneira de definir o ambiente de um sistema de filas matematicamente.Permite prever respostas prováveis e tempos de espera.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 3
Rede de Computadores II
Teoria das Filas - ObjetivoTeoria das Filas - Objetivo
Avaliar o comportamento de um sistema de filas e seus parâmetros, exemplos: Tempo de espera médio Probabilidade de formação de fila Porcentagem de clientes rejeitados pelo sistema Probabilidade de um cliente esperar mais do que um
certo tempo Número médio de clientes na fila Probabilidade de que todos os servidores estejam
ociosos
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 4
Rede de Computadores II
Elementos de uma FilaElementos de uma Fila
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 5
Rede de Computadores II
Características de uma FilaCaracterísticas de uma Fila
Clientes e tamanho da população População infinita => Chegadas independentes População finita => Chegadas interdependentes
Processo de Chegadas: Não basta fornecer valores médios, é necessário também
mostrar como os valores se distribuem em torno da média.λ = Ritmo de chegada
IC = Intervalo entre chegadas Obs: Intervalos regulares => processos altamente
automatizados
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 6
Rede de Computadores II
Características de uma FilaCaracterísticas de uma Fila
Processo de Atendimento O tempo gasto por cada cliente num computador é
chamado Tempo de Atendimento. É aceitável supor que os Tempos de Atendimento de
cada cliente sejam variáveis aleatórias. A distribuição mais utilizada para o Tempo de
Atendimento é a Distribuição Exponencial. μ = Ritmo de atendimento TA = Tempo de Atendimento
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 7
Rede de Computadores II
Características de uma FilaCaracterísticas de uma Fila
Quantidade de Servidores Single Server – atende a apenas um cliente de cada
vez. Multi-Server – possui m servidores, podendo atender
m clientes simultaneamente. Infinite Server – cada cliente que chega encontra
sempre um servidor disponível.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 8
Rede de Computadores II
Características de uma FilaCaracterísticas de uma Fila
Disciplinas das filas é o método de escolha da sequência de atendimento
dos clientes na fila As mais utilizadas são:
FIFO – First In First Out
LIFO – Last In First Out O atendimento pode ser priorizado em função de:
Tempo esperado de atendimento
Tamanho do cliente (pacote de mensagem)
Maior sensibilidade a atrasos
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 9
Rede de Computadores II
Características de uma FilaCaracterísticas de uma Fila
Disciplinas das filas
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 10
Rede de Computadores II
Características de uma FilaCaracterísticas de uma Fila
Tamanho médio da fila Capacidade do sistema = capacidade da fila de espera +
quantidade de servidores (posições de serviço)A capacidade máxima de clientes no sistema poderá ser limitada por questões de espaço, custo ou para evitar um tempo de espera muito longoNa maior parte dos sistemas, a capacidade da fila é limitada (finita)Em sistemas com filas de capacidade infinita, todos os clientes serão atendidosEm sistemas sem capacidade de espera ou com capacidade limitada, pode ocorrer rejeição de clientes
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 11
Rede de Computadores II
Características de uma FilaCaracterísticas de uma Fila
Tamanho médio da fila Se μ e λ são constantes => o tamanho da fila oscila
em torno de um valor médio. Se μ < λ a fila aumentará indefinidamente.
Tamanho máximo da fila Os clientes devem aguardar em uma área de espera
que deve ser dimensionada de acordo com o tamanho máximo esperado para a fila.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 12
Rede de Computadores II
Características de uma FilaCaracterísticas de uma Fila
Tempo médio de espera: O tempo médio de espera depende dos processos de
chegada e atendimento.
TF = f (μ,λ)
Variáveis aleatórias O comportamento de uma variável aleatória pode ser
expresso pelo seu valor médio e a forma como os valores se distribuem em torno desta média.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 13
Rede de Computadores II
Dinâmica de uma FilaDinâmica de uma Fila
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 14
Rede de Computadores II
Dinâmica de uma FilaDinâmica de uma Fila
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 15
Rede de Computadores II
Sistemas EstáveisSistemas Estáveis
Sistema estável é aquele em que μ e λ se mantêm constantes ao longo do tempo.
Se μ e λ não são estáveis, a análise do comportamento do sistema pela teoria das filas só é possível se retalharmos o período de tempo, o que torna a análise muito mais complexa.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 16
Rede de Computadores II
Tamanho da AmostraTamanho da Amostra
Um estudo sobre um sistema estável, apresentará sempre os mesmos resultados desde que adequadamente analisado.O tamanho da amostra é fundamental.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 17
Rede de Computadores II
Tipos de filasTipos de filas
1 fila e 1 servidor1 fila e n servidoresm filas e n servidoresfilas especiais (ex: caixas expressos de supermercados)filas que seguem uma alteração dinâmica do sistema de atendimento
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 18
Rede de Computadores II
Variáveis Aleatórias FundamentaisVariáveis Aleatórias Fundamentais
Variáveis referentes ao sistema TS = tempo médio de permanência no sistema NS = número médio de clientes no sistema
Variáveis referentes ao processo de chegada λ = ritmo médio de chegada IC = intervalo entre chegadas por definição: IC = 1/λ
Variáveis referentes à fila TF = tempo médio de permanência na fila NF = número médio de clientes na fila
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 19
Rede de Computadores II
Variáveis Aleatórias FundamentaisVariáveis Aleatórias Fundamentais
Variáveis referentes ao processo de atendimento TA = tempo médio de atendimento ou serviço M = quantidade de atendentes ou servidores NA = número médio de clientes que estão sendo
atendidos μ = ritmo médio de atendimento de cada atendente por definição: TA = 1/μ
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 20
Rede de Computadores II
Variáveis Aleatórias FundamentaisVariáveis Aleatórias Fundamentais
Relações básicas: NS = NF + NA TS = TF + TA Pode-se demonstrar também que: NS = NF + λ/μ = NF + TA/IC
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 21
Rede de Computadores II
Variáveis Aleatórias FundamentaisVariáveis Aleatórias Fundamentais
Taxa de utilização dos atendentes para 1 fila e 1 servidor: ρ = λ/μ para 1 fila e M servidores: ρ = λ/(Mμ) Assim, ρ representa a fração média de tempo em que
cada servidor está ocupado. Para sistemas estáveis, tem-se que : ρ < 1
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 22
Rede de Computadores II
Variáveis Aleatórias FundamentaisVariáveis Aleatórias Fundamentais
Intensidade de tráfego ou número mínimo de atendentes i = |λ/μ| = |TA/IC| i é o próximo valor inteiro que se obtém pela divisão
λ/μ . Assim, i representa o número mínimo de atendentes necessário para atender a um dado fluxo de tráfego.
Unidade de i = erlangs ( em homenagem a A. K. Erlang)
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 23
Rede de Computadores II
Variáveis Aleatórias FundamentaisVariáveis Aleatórias Fundamentais
Fórmulas de Little (J. D. C. Little) NF = λ . TF NS = λ . TS
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 24
Rede de Computadores II
Variáveis Aleatórias FundamentaisVariáveis Aleatórias Fundamentais
Postulados básicos:1.Em qualquer sistema estável, o fluxo que entra é
igual ao fluxo que sai.2.Em um sistema estável, o fluxo de entrada se
mantém nas diversas seções do sistema.3.Em um sistema estável, a junção de fluxos equivale
às suas somas.4.Em um sistema estável, o fluxo se desdobra
aritmeticamente.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 25
Rede de Computadores II
QoSQoS
Quality of Service – Qualidade de ServiçoQualidade de Serviço é um requisito da(s) aplicação(ões) para a qual exige-se que determinados parâmetros (atrasos, vazão, perdas, …) estejam dentro de limites bem definidos (valor mínimo, valor máximo). Voz sobre IP (VoIP – Voice over IP) Vídeo sobre IP Aplicações Multimídia Aplicações de Tempo Real
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 26
Rede de Computadores II
QoS - RequisitosQoS - Requisitos
Fluxo é uma sequência de pacotes desde uma origem até um destino.Em uma rede sem conexões, eles podem seguir rotas diferentes. As necessidades de cada fluxo podem ser caracterizadas por quatro parâmetros principais, juntos, esses parâmetros definem a QoS que o fluxo exige. São eles: Confiabilidade, retardo, flutuação e largura de
banda.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 27
Rede de Computadores II
QoS - RequisitosQoS - Requisitos
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 28
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
Superdimensionamento Uma solução prática é fornecer tanta capacidade de
roteadores, tanto de espaço de buffers e tanta largura de banda que os pacotes simplesmente são transmitidos com enorme facilidade. O problema com essa solução é seu custo. Com o passar do tempo e à medida que os projetistas adquirem uma ideia melhor da quantidade suficiente de recursos, essa técnica pode até mesmo se tornar prática.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 29
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
Armazenamento em buffers Os fluxos podem ser armazenados em buffers no
lado receptor, antes de serem entregues. O armazenamento dos fluxos em buffers não afeta a
confiabilidade ou a largura de banda e aumenta o retardo mas, por outro lado, suaviza a flutuação.
No caso de áudio e vídeo por demanda, a flutuação é o principal problema e, portanto, essa técnica ajuda bastante.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 30
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
Armazenamento em buffers
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 31
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
Moldagem de tráfego A moldagem de tráfego está relacionada à regulagem da
taxa média (e do volume) da transmissão de dados. Quando uma conexão é configurada, o usuário e a sub-
rede concordam com um determinado padrão de tráfego (ou seja, uma forma) para esse circuito. Às vezes, esse acordo é chamado acordo de nível de serviço.
O monitoramento de um fluxo de tráfego é chamado controle de tráfego.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 32
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
O algoritmo de balde furado Cada host está conectado à rede por uma interface que
contém uma fila interna finita. Se um pacote chegar à fila quando ela estiver cheia, o pacote será descartado.
Essa disposição pode ser interna à interface de hardware ou simulada pelo sistema operacional do host.
Trata-se simplesmente de um sistema de enfileiramento de um único servidor com um tempo de serviço constante.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 33
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
O algoritmo de balde furado
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 34
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
O algoritmo de balde de símbolos Em muitas aplicações, é melhor permitir que a saída
aumente um pouco sua velocidade quando chegarem rajadas maiores; assim, é necessário um algoritmo mais flexível, de preferência um que nunca perca dados.
O balde furado retém símbolos (ou tokens), gerados por um clock na velocidade de um símbolo a cada T segundos.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 35
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
O algoritmo de balde de símbolos
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 36
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
O algoritmo de balde de símbolos O algoritmo de balde furado não deixa que hosts
inativos poupem permissões para enviar rajadas maiores posteriormente.
O algoritmo de balde de símbolos permite economia, até o tamanho máximo do balde, n. Essa propriedade significa que rajadas de até n pacotes podem ser enviadas simultaneamente, permitindo um certo volume no fluxo de saída e possibilitando uma resposta mais rápida a rajadas de entrada repentinas.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 37
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
O algoritmo de balde de símbolos Outra diferença entre os dois algoritmos é que o
algoritmo de balde de símbolos joga símbolos fora (isto é, capacidade de transmissão) quando o balde enche, mas nunca descarta pacotes.
Em contrapartida, o algoritmo de balde furado descarta pacotes quando o balde fica cheio.
Basicamente, o que o balde de símbolos faz é permitir rajadas, mas apenas até uma duração máxima controlada.
Prof. Fábio Nelson CECOMP
Colegiado de Engenharia de Computação Slide 38
Rede de Computadores II
Técnicas para se alcançar boa Técnicas para se alcançar boa qualidade de serviçoqualidade de serviço
O algoritmo de balde de símbolos Uma forma de obter um tráfego mais suave é inserir
um balde furado após o balde de símbolos. A taxa do balde furado deve ser maior que o valor do balde de símbolos, mas deve ser inferior à taxa máxima da rede.