ieee 802.1d ieee 802.1q qos-quality of service aluno: vinicius fernandes de oliveira...

IEEE 802.1DIEEE 802.1DIEEE 802.1Q IEEE 802.1Q

QoS-Quality of ServiceQoS-Quality of Service

Aluno: Vinicius Fernandes de OliveiraAluno: Vinicius Fernandes de [email protected]

Janeiro de 2003Janeiro de 2003

LECA-DCA / PPgEE - Disciplina: Arquitetura de Redes eProtocolos de Baixo Nível

Agenda Agenda

• Introdução ao QoSIntrodução ao QoS• IEEE 802.1DIEEE 802.1D• IEEE 802.1QIEEE 802.1Q• Arquiteturas QoS ( DiffServ e IntServ )Arquiteturas QoS ( DiffServ e IntServ )

Um cenário típico atualUm cenário típico atual

• Estariam os usuários PPP satisfeitos com a Estariam os usuários PPP satisfeitos com a qualidade de serviço ? E os usuários da LAN ?qualidade de serviço ? E os usuários da LAN ?

PPP PPP

I n t e r n e t

LAN Ethernet LAN Ethernet

Serviços Integrados




Soluções QoS Soluções QoS

PPP PPP

I n t e r n e tArquitetura DiffServ (nível 3)Arquitetura DiffServ (nível 3)

Arq. IntServ Prot. RSVPArq. IntServ Prot. RSVP


802.1D 802.1Q802.1D 802.1Q

802.1D 802.1Q802.1D 802.1Q

? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?

QoS fim a fim ( nível 4 ) Prot. RTP, RTPCQoS fim a fim ( nível 4 ) Prot. RTP, RTPC

Arq. IntServ Prot. RSVPArq. IntServ Prot. RSVPAplicações

MultimídiasAplicações Multimídias

Aplicações Multimídias


Contratos SLA

Contratos SLA

Protocolo MPLS (nível 2 ½ )Protocolo MPLS (nível 2 ½ )

Exigências das aplicaçõesExigências das aplicações

Moderada*Alta*Baixa*Disponibilidade

( projeto )

AltaBaixaAltaSensibilidade a “jitter”

AltaBaixaAltaSensibilidade a atrasos

BaixaAltaBaixaSensibilidade a perdas

AltaModerada a

altaBaixa a

moderadaLargura de banda

VídeoDadosVoz

* Depende principalmente da aplicação

Serviços integradosParâmetros

de Qos

Análise conjunta QoS e Análise conjunta QoS e Largura de BandaLargura de Banda

• Link super provisionadoLink super provisionado• Custo maiorCusto maior• QoS desnecessário, exceto como instrumento QoS desnecessário, exceto como instrumento

gerencial ou de garantias adicionaisgerencial ou de garantias adicionais

• Tráfego quase sempre congestionado Tráfego quase sempre congestionado • QoS muito útilQoS muito útil



• Link sub-provisionadoLink sub-provisionado• QoS pode ser útil, porém é necessário aumentar a QoS pode ser útil, porém é necessário aumentar a

largura de bandalargura de banda

Soluções alternativas à QoS Soluções alternativas à QoS

• RDSI - Faixa estreita ( voz + dados )RDSI - Faixa estreita ( voz + dados )– Tecnologia STMTecnologia STM

• RDSI - Faixa larga ( voz + dados + vídeo )RDSI - Faixa larga ( voz + dados + vídeo )– Tecnologia ATM ( possui QoS )Tecnologia ATM ( possui QoS )

• IEEE 802.9 - ( voz + dados + vídeo )IEEE 802.9 - ( voz + dados + vídeo )– Padrões de nível PHY e MACPadrões de nível PHY e MAC– Propõe integração de RDSI, FDDI, TE Propõe integração de RDSI, FDDI, TE (equipamento (equipamento

terminal)terminal) , ISTE , ISTE (equipamento terminal de serviços integrados)(equipamento terminal de serviços integrados) e e LANs 802LANs 802

Componentes QoSComponentes QoS

• Nó com QoS:Nó com QoS: mecanismos paramecanismos para classificação, controle classificação, controle de filas, fluxo e ajuste do tráfegode filas, fluxo e ajuste do tráfego

• Sinalização QoS:Sinalização QoS: técnicas para coordenar os elementos técnicas para coordenar os elementos da rededa rede

• Política, gerenciamento e contabilidade:Política, gerenciamento e contabilidade: controlam e controlam e administram o tráfego em toda a redeadministram o tráfego em toda a rede

Nó Host

Nó cliente

Nó com QoSNó com QoS

Sinalização do QoSSinalização do QoS

Política, gerenciamento e contabilidade de QoSPolítica, gerenciamento e contabilidade de QoS

IEEE 802.1IEEE 802.1

• IEEE 802.1 é um grupo de trabalho que desenvolve padrões e IEEE 802.1 é um grupo de trabalho que desenvolve padrões e recomendações práticas nas áreas de: arquiteturas LAN/MAN 802, recomendações práticas nas áreas de: arquiteturas LAN/MAN 802, interfaces entre internet e LAN/MAN 802, MANs e outras redes interfaces entre internet e LAN/MAN 802, MANs e outras redes de grande abrangência, gerenciamento de redes sobre 802 e de grande abrangência, gerenciamento de redes sobre 802 e protocolos abragendo os níveis MAC e LCC.protocolos abragendo os níveis MAC e LCC.

• Todos os padrões 802.1 são desenvolvidos para serem compatíveis Todos os padrões 802.1 são desenvolvidos para serem compatíveis com todas as arquiteturas MAC e PHY desenvolvidas pelo IEEE.com todas as arquiteturas MAC e PHY desenvolvidas pelo IEEE.

IEEE 802.1DIEEE 802.1D

• O padrão IEEE 802.1D foi inicialmente criado para O padrão IEEE 802.1D foi inicialmente criado para implementações de implementações de bridgesbridges transparentes transparentes

• O padrão IEEE 802.1p foi um suplemento ao O padrão IEEE 802.1p foi um suplemento ao 802.1D onde implementou classes de tráfego, 802.1D onde implementou classes de tráfego, priorização de tráfego e suporte dinâmico a priorização de tráfego e suporte dinâmico a multicastmulticast

• Em janeiro de 2003, IEEE 802.1D incorporou o Em janeiro de 2003, IEEE 802.1D incorporou o IEEE 802.1p e esse foi então arquivadoIEEE 802.1p e esse foi então arquivado


• BridgeBridge transparente transparente

1 2

A

B

3 4

B4B3A2A1

RedeHost

1 2

1 2

A

B

3 4

B4B3A2A1

RedeHost

1 3



1 2

A

B

3 4

1 7

B4C6

B3A2A1

RedeHost

5

7 8

D

E

9 10

C 6E9E10

D8D7C5

RedeHost



1 2

A

B

3 4

B4B3A2A1

RedeHost

1 3

B4B3A2A1

RedeHost

B1 B1?? ??

Loop de Loop de bridgebridge


• BridgeBridge transparente transparente – Pode ocorrer Pode ocorrer looploop de de bridgesbridges– Pode ocorrer envio ininterrupto de frames de Pode ocorrer envio ininterrupto de frames de broadcastbroadcast

• A solução é utilizar STA ( A solução é utilizar STA ( Spanning Tree AlgorithmSpanning Tree Algorithm ) )– Faz um bloqueio das portas que podem ocasionar Faz um bloqueio das portas que podem ocasionar loops loops

resultando uma topologia árvoreresultando uma topologia árvore– As portas bloqueadas podem ser reativadas se necessárioAs portas bloqueadas podem ser reativadas se necessário– As As bridgesbridges transparentes trocam mensagens de transparentes trocam mensagens de

configuração e mudanças de topologias ( BPDUconfiguração e mudanças de topologias ( BPDU - Bridge - Bridge Protocol Data UnitsProtocol Data Units ) )

– Havendo mudanças, o STA é novamente executadoHavendo mudanças, o STA é novamente executado


• BridgeBridge transparente com STA transparente com STA

B1

B5

B4B3

B2

B1

B5

B4B3

B2

B1

B5 B3 B4

L5

L4L3

L2

L1

L5

L4L3

L2

L1

L4L3

L5

L1 L2

B2

Rede original Rede ativa STA para B1


• Fila, classes de tráfego e prioridade ( 802.1p )Fila, classes de tráfego e prioridade ( 802.1p )

0

1

2

3

4

5

6

7

2802.1Q

7MAC Token ring

0(default)

3Host 9---

5Host 7Host 1

Prior.DestOrig.

1

4

2432Classe

5312PortaFrames

Porta de saída

Fila de saída

Saem 1º

Últimos


• Classes de tráfegoClasses de tráfego– São permitidas até 8 classes de tráfegoSão permitidas até 8 classes de tráfego– As classes podem ser divididas para aplicações:As classes podem ser divididas para aplicações:

• Críticas com relação ao tempo e a segurançaCríticas com relação ao tempo e a segurança• Críticas com relação ao tempoCríticas com relação ao tempo• Não críticas em relação ao tempo mas sensíveis a perdasNão críticas em relação ao tempo mas sensíveis a perdas• Não críticas em relação ao tempo e nem sensíveis a perdaNão críticas em relação ao tempo e nem sensíveis a perda

• PrioridadesPrioridades– Existem 8 valores de prioridade ( 0 a 7 )Existem 8 valores de prioridade ( 0 a 7 )– Valor 7 é o mais prioritário que valor 1Valor 7 é o mais prioritário que valor 1– Valor 0 é o Valor 0 é o default default e o menos prioritário, mas combinado e o menos prioritário, mas combinado

com a classe de tráfego, pode sair antes.com a classe de tráfego, pode sair antes.– Possui uma dependência da tecnologia MAC associadaPossui uma dependência da tecnologia MAC associada


• Multicast com filtragem pela base de dados (802.1p)Multicast com filtragem pela base de dados (802.1p)

0

1

2

3

4

5

6

7

2802.1Q

7MAC Token ring

0(default)

3Host 9---

5Host 7Host 1

Prior.DestOrig.

1

4

2432Classe

5312PortaFrames

Porta de saída

Fila de saída

Saem 1º

Últimos

FiltroHost 82

2 Host 71

Porta Saída

End. Destino

Porta Entrada

Grupos

Grupos multicast

G1

G3 G2

GARP

GMRP


• Filtragem pela base de dadosFiltragem pela base de dados– Entradas estáticas: introduzidas pelo gerenteEntradas estáticas: introduzidas pelo gerente

• Encaminhamento para todos os gruposEncaminhamento para todos os grupos• Encaminhamento para grupos não registradosEncaminhamento para grupos não registrados• Filtragem de grupos não registradosFiltragem de grupos não registrados

– Entradas dinâmicasEntradas dinâmicas– Entradas através de registro ( utiliza GMRP )Entradas através de registro ( utiliza GMRP )

• GrupoGrupo– Uma conjunto de atributos que definem o Uma conjunto de atributos que definem o

encaminhamento e filtragem de informações destinadas encaminhamento e filtragem de informações destinadas a um conjunto MAC (membros do grupo)a um conjunto MAC (membros do grupo)

• Exemplo: um grupo Exemplo: um grupo multicastmulticast para receber para receber streamsstreams de vídeo de vídeo


• GARP ( GARP ( Generic Attribute Registration Protocol Generic Attribute Registration Protocol ))– Define o método, sintaxe do quadro e regras para incluir Define o método, sintaxe do quadro e regras para incluir

e eliminar registros da base de dadose eliminar registros da base de dados– Usado para registro de VLANs e de multicastUsado para registro de VLANs e de multicast– A informação se propaga para todos os A informação se propaga para todos os bridges bridges com com

suporte a GARPsuporte a GARP

• GMRP ( GARP GMRP ( GARP Multicast Registration ProtocolMulticast Registration Protocol ) )– É uma aplicação GARPÉ uma aplicação GARP– Permite que dispositivos declarem participação como Permite que dispositivos declarem participação como

membros em um grupo de membros em um grupo de multicastmulticast– Estações usuárias devem suportar 802.1DEstações usuárias devem suportar 802.1D– Não existe interface entre IGMP e GMRPNão existe interface entre IGMP e GMRP

IEEE 802.1QIEEE 802.1Q

• ““VLAN” com 802.1D - ProblemasVLAN” com 802.1D - Problemas

S1 S2

Suporte a 802.1D Perde informação de prioridade

MAC


• VLAN com 802.1QVLAN com 802.1Q

S1 S2

Suporte a 802.1Q ( semelhante 802.1D )

• Preserva informação de prioridade

• Identifica a VLANMAC taggeadoMAC taggeado


• VLANs baseadas em portasVLANs baseadas em portas• Marca Marca frame frame ((tagtag) e retira a marca () e retira a marca (untaguntag) quando ) quando

necessário:necessário:– Estações que não implementam 802.1Q ( legados ) tem Estações que não implementam 802.1Q ( legados ) tem

seus quadros seus quadros untaggeduntagged– Estações e Estações e switchs switchs que implementam 802.1Q continuam que implementam 802.1Q continuam

com quadros com quadros taggedtagged

• Utiliza GVRP ( GARP VLAN Utiliza GVRP ( GARP VLAN Registration ProtocolRegistration Protocol) ) – Uma nova aplicação GARPUma nova aplicação GARP– Semelhante ao GMRP. Principais diferenças:Semelhante ao GMRP. Principais diferenças:

• acrescenta a identificação da VLAN ( VID ) no protocoloacrescenta a identificação da VLAN ( VID ) no protocolo• registra e elimina VID e não apenas membros de gruposregistra e elimina VID e não apenas membros de grupos

– Também propaga registro VLAN através da redeTambém propaga registro VLAN através da rede

IEEE 802.1Q IEEE 802.1Q EnlacesEnlaces

S2

Enlace de acesso– não suporta VLAN– switch põe / retira tags

S1

Enlace híbrido( estações sem 802.1Q tem que ser da mesma VLAN )

802.1Q

Enlace tronco:– mútiplas VLANs– quadros marcados

IEEE 802.1Q - Quadros IEEE 802.1Q - Quadros marcadosmarcados

• 4 bytes inseridos após o campo SA:4 bytes inseridos após o campo SA:

FCSDadosTipo/TamSADASFDPreâmb

.

7 1 6 6 2 46-1500 4

SA TPID FCSDadosTipo/TamTCIDASFDPreâmb

.

7 1 6 6 2 2 2 46-1500 4

VLAN IDCFIPrioridade 3 bits 1 bit 12 bits

8100h

Número de identificação da VLAN

Canônico - sempre 0

Prioridade 802.1D

Indica que segue a TAG

( 802.3ac )

IEEE 802.1Q - Tabelas de VLANIEEE 802.1Q - Tabelas de VLAN

• São as tabelas de encaminhamento, mantida São as tabelas de encaminhamento, mantida dentro dos dentro dos switchsswitchs

• Relacionam “ VID x Portas x MACs ”Relacionam “ VID x Portas x MACs ”• Tabelas múltiplas (Tabelas múltiplas (Multiple Filtering DatabaseMultiple Filtering Database):):

– Cada VLAN é mantida em uma tabela “ Portas x MACs “Cada VLAN é mantida em uma tabela “ Portas x MACs “

• Tabela única (Single Tabela única (Single Filtering DatabaseFiltering Database):):– É mantida uma tabela “ VID x Portas x MACs “É mantida uma tabela “ VID x Portas x MACs “– Permite criação de VLAN assimétrica: Permite criação de VLAN assimétrica: típico para ambiente típico para ambiente

cliente-servidor, ambos cliente-servidor, ambos untaggeduntagged. Configura-se uma VLAN onde o servidor . Configura-se uma VLAN onde o servidor pode trocar informações com todos os clientes, porém os clientes da VLAN pode trocar informações com todos os clientes, porém os clientes da VLAN não trocam informações entre si.não trocam informações entre si.

• Implementa muitas funcionalidades do 802.1D, Implementa muitas funcionalidades do 802.1D, porém, para cada VLAN porém, para cada VLAN

DiffServ - Serviços DiffServ - Serviços DiferenciadosDiferenciados

• QoS é garantida através de mecanismos de QoS é garantida através de mecanismos de priorização de pacotes na rede:priorização de pacotes na rede:– Os pacotes são classificados, marcados e processados Os pacotes são classificados, marcados e processados

segundo o seu rótulo ( DSCP - segundo o seu rótulo ( DSCP - Differentiated Service Differentiated Service Code Point Code Point ))

– As informações trafegam em 1 byte já existente na As informações trafegam em 1 byte já existente na definição do cabeçalho IP ( ToS - definição do cabeçalho IP ( ToS - Type of ServiceType of Service ) e ) e que não é usado pelos protocolos tradicionaisque não é usado pelos protocolos tradicionais

– Cada roteador tem que implementar mecanismos de Cada roteador tem que implementar mecanismos de controle de fluxo e tráfego para tratar esse bytecontrole de fluxo e tráfego para tratar esse byte

– O roteador de entrada na borda é quem faz a O roteador de entrada na borda é quem faz a classificação - os demais só retransmitem conforme classificação - os demais só retransmitem conforme regras da classe a que pertencemregras da classe a que pertencem

• DS - Domínio DiffServ: DS - Domínio DiffServ: o conjunto contíguo de o conjunto contíguo de roteadores que implementam o serviçoroteadores que implementam o serviço

DiffServ - DSCPDiffServ - DSCP

Byte ToS do IP:Byte ToS do IP:EF - EF - Expedited ForwardingExpedited Forwarding• Emula um linha privadaEmula um linha privada• Baixas taxas de perda, retardo e jitterBaixas taxas de perda, retardo e jitter

AF - AF - Assured ForwardingAssured Forwarding• Classes Ouro, Prata, Bronze e melhor Classes Ouro, Prata, Bronze e melhor

esforço + 3 níveis de precedênciaesforço + 3 níveis de precedência• Emula uma rede com pouca cargaEmula uma rede com pouca carga

PHB - PHB - Per- Hop BehaviourPer- Hop Behaviour

A escolha da A escolha da classe é motivo classe é motivo de uma SLA de uma SLA (Service Level (Service Level Agreement )Agreement )

DiffServ - Blocos funcionaisDiffServ - Blocos funcionais

Presentes nos roteadores de borda e raramente no Presentes nos roteadores de borda e raramente no backbonebackbone– Além do DSCP (classificador BA - Além do DSCP (classificador BA - Behaviour AggregateBehaviour Aggregate) , pode-se usar ) , pode-se usar

outros campos (classificador MF - outros campos (classificador MF - MultiMulti-Field) com base nas -Field) com base nas características do pacote (origem, aplicação, etc.)características do pacote (origem, aplicação, etc.)

– Monitoração do fluxo ( policiamento ) necessário para verificar se o Monitoração do fluxo ( policiamento ) necessário para verificar se o tráfego está dentro dos parâmetros acordados no SLAtráfego está dentro dos parâmetros acordados no SLA

IntServ - Serviços integradosIntServ - Serviços integrados• QoS é garantida através de mecanismos de reservas de QoS é garantida através de mecanismos de reservas de

recursosrecursos– A reserva de recursos é feita utilizando o protocolo RSVP A reserva de recursos é feita utilizando o protocolo RSVP

( ( Resource ReSerVation Protocol Resource ReSerVation Protocol ))– Oferece dois tipos de serviço (além do “melhor esfôrço”)Oferece dois tipos de serviço (além do “melhor esfôrço”)

• Serviço garantido (RFC 2212)Serviço garantido (RFC 2212)– garante banda, atraso máximo para o fluxo de dados e não descarte de garante banda, atraso máximo para o fluxo de dados e não descarte de

pacotespacotes– se não houver recursos, a admissão ao serviço é rejeitadase não houver recursos, a admissão ao serviço é rejeitada

• Carga controlada (RFC 2211)Carga controlada (RFC 2211)– garante QoS similar a uma rede “sem carga”garante QoS similar a uma rede “sem carga”– mesmo congestionado, a admissão ao serviço é garantidomesmo congestionado, a admissão ao serviço é garantido

– Inclui ainda: Inclui ainda: • um conjunto de parâmetros para caracterização e controle dos fluxos um conjunto de parâmetros para caracterização e controle dos fluxos

com QoS (RFC2215)com QoS (RFC2215)• base de dados para gerencimento dos serviços (RFC2213)base de dados para gerencimento dos serviços (RFC2213)

IntServ - RSVP IntServ - RSVP Características geraisCaracterísticas gerais

• É um protocolo É um protocolo apenasapenas de sinalização de sinalização• Solicita Solicita a reserva de recursosa reserva de recursos, sem entrar no , sem entrar no

mérito do “como” fazermérito do “como” fazer• O receptor é quem faz a reservas de recursosO receptor é quem faz a reservas de recursos• É É simplex, simplex, ou seja, as reservas de recursos são ou seja, as reservas de recursos são

unidirecionaisunidirecionais• Roteadores sem suporte a RSVP não impedem a Roteadores sem suporte a RSVP não impedem a

sua utilização (operação transparente)sua utilização (operação transparente)

IntServ - RSVP - SinalizaçãoIntServ - RSVP - Sinalização

(1) O transmissor envia uma mensagem PATH para o receptor especificando (1) O transmissor envia uma mensagem PATH para o receptor especificando características do tráfego. características do tráfego.

(2) Cada roteador intermediário ao longo do caminho, passa a mensagem PATH (2) Cada roteador intermediário ao longo do caminho, passa a mensagem PATH para o próximo roteador, determinado pelo protocolo de roteamento.para o próximo roteador, determinado pelo protocolo de roteamento.

(3) (4) Ao receber uma mensagem PATH, o receptor responde com uma mensagem (3) (4) Ao receber uma mensagem PATH, o receptor responde com uma mensagem RESV para requisitar recursos para o fluxo.RESV para requisitar recursos para o fluxo.

(5) Cada roteador intermediário ao longo do caminho, pode rejeitar ou aceitar as (5) Cada roteador intermediário ao longo do caminho, pode rejeitar ou aceitar as requisições da mensagem RESV. requisições da mensagem RESV.

(6) Se a sinalização for aceita, largura de banda no enlace e espaço nos buffers são (6) Se a sinalização for aceita, largura de banda no enlace e espaço nos buffers são alocados para cada fluxoalocados para cada fluxo

IntServ - ComponentesIntServ - Componentes

• Sinalização com protocolo RSVP Sinalização com protocolo RSVP (reserva de recursos)(reserva de recursos)

• Rotina de controle de admissão: Rotina de controle de admissão: decidirá se uma decidirá se uma requisição por recursos pode ser garantida.requisição por recursos pode ser garantida.

• Classificador: Classificador: ao receber um pacote, o classificador realizará ao receber um pacote, o classificador realizará uma classificação Multi-Field (MF) e colocará o pacote em uma uma classificação Multi-Field (MF) e colocará o pacote em uma fila específica baseada no resultado da classificação.fila específica baseada no resultado da classificação.

• Escalonador de pacotes: Escalonador de pacotes: escalonará os pacotes de forma a escalonará os pacotes de forma a satisfazer suas exigências de QoS.satisfazer suas exigências de QoS.

Observação:Observação: isso gera problemas escalabilidade no caso de aumento de isso gera problemas escalabilidade no caso de aumento de fluxo - por isso não é comum usar em fluxo - por isso não é comum usar em backbonesbackbones

Alguma pergunta ?Alguma pergunta ?

PPP PPP

I n t e r n e tArquitetura DiffServ (nível 3)Arquitetura DiffServ (nível 3)

Arq. IntServ Prot. RSVPArq. IntServ Prot. RSVP


802.1D 802.1Q802.1D 802.1Q

802.1D 802.1Q802.1D 802.1Q

? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?

QoS fim a fim ( nível 4 ) Prot. RTP, RTPCQoS fim a fim ( nível 4 ) Prot. RTP, RTPC

Arq. IntServ Prot. RSVPArq. IntServ Prot. RSVPAplicações

MultimídiasAplicações Multimídias



Contratos SLA

Contratos SLA

Protocolo MPLS (nível 2 ½ )Protocolo MPLS (nível 2 ½ )

Obrigado pela Obrigado pela atençãoatenção

ieee 802.1d ieee 802.1q qos-quality of service aluno: vinicius fernandes de oliveira...

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