QoS

Referência:

Slides extraídos do material dos professores Jim Kurose e Keith Ross relativos ao livro “Redes de Computadores e a Internet – Uma abordagem top-down”, segunda e terceira edições

Alterações nos slides, incluindo sequenciamento, textos, figuras e novos slides, foram realizadas conforme necessidade

Oferecendo QOS em Redes IP

Trabalhos em progresso do IETF para fornecer garantias de QoS incluem RSVP, Serviços Diferenciados, e Serviços Integrados

Modelo simples para estudos de compartilhamento e de congestionamento:

Enlace de 1,5 Mbps

Fila de interfacede saída de R1

Princípios para Garantias de QOS

Considere uma aplicação de telefonia a 1Mbps e uma aplicação FTP compartilhando um enlace de 1.5 Mbps. rajadas de tráfego FTP podem congestionar o roteador

e fazer com que pacotes de aúdio sejam perdidos. deseja-se dar prioridade ao aúdio sobre o FTP

PRINCÍPIO 1: Marcação de pacotes é necessária para o roteador distingüir pacotes entre diferentes classes, assim como novas regras de roteamento para tratar os pacotes de forma diferenciada

Princípios para Garantia de QOS (mais)

Aplicações mal-comportadas (aúdio envia pacotes numa taxa superior a 1Mbps anteriormente assumida);

PRINCÍPIO 2: fornecer proteção (isolamento) para uma classe em relação às demais

Exige mecanismos de policiamento para assegurar que as fontes aderem aos seus requisitos de banda passante. Marcação e policiamento precisam ser feitos nas bordas da rede:

marcação de pacotes e policiamento

Alternativa à marcação e policiamento: alocar uma porção da taxa de transmissão a cada fluxo de aplicação; pode produzir um uso ineficiente da banda se um dos fluxos não usa toda a sua alocação

PRINCÍPIO 3: Embora fornecendo isolamento, é necessário usar os recursos da forma mais eficiente possível

Princípios para Garantia de QOS (mais)

marcação de pacotes

enlace lógico de 1 Mbps

enlace lógico de 0,5 Mbps

Não deve ser aceito tráfego além da capacidade do enlace PRINCÍPIO 4: Necessita de um Processo de

Admissão de Chamada; a aplicação declara a necessidade do seu fluxo, a rede pode bloquear a chamada se a necessidade não pode ser satisfeita

Princípios para Garantia de QOS (mais)

Mecanismos de Escalonamento e Policiamento

Escalonamento: a escolha do próximo pacote para transmissão num enlace pode ser feita de acordo com várias regras;

FIFO: em ordem de chegada na fila; pacotes que chegam para um buffer cheio ou são descartados, ou uma política de descarte é usada para determinar qual pacote descartar entre aquele que chega e aqueles que já estão na fila

chegadas partidas

enlace(servidor

)

fila(área de espera)

Disciplinas de Escalonamento

Filas com Prioridade: classes tem diferentes prioridades; classes podem depender de marcação explícita ou de outras informações no cabeçalho, tais como, o endereço de origem ou de destino, número de portas, etc.

Transmite um pacote da prioridade mais alta que esteja presente na fila

Versão preemptive e não-preemptive

chegadas

classificação

fila de baixa prioridade(área de espera)

fila de alta prioridade(área de espera)

partidas

partidas

chegadas

pacotesno

servidor

tempo

tempoenlace(servidor)

Disciplinas de Escalonamento (mais)

Round Robin: percorre as classes presentes na fila, servindo um pacote de cada classe que tem pelo menos um representante na fila

chegadas

pacote em serviço

partidas

tempo

tempo

Weighted Fair Queuing (fila justa ponderada): é uma forma generalizada de Round Robin na qual se tenta prover a cada classe com um volume diferenciado de serviço num dado período de tempo

Disciplinas de Escalonamento (mais)

classificadorde chegadas

partidas

enlace

Mecanismos de Policiamento

Três critérios: (Longo prazo) Taxa Média (100 pacotes por

segundo ou 6000 pacotes por minuto??), o aspecto crucial é o tamanho do intervalo

Taxa de Pico: ex. 6000 pacotes por minuto na média e 1500 pacotes por segundo de pico

(Max.) Tamanho da Rajada: Máximo número de pacotes enviado consecutivamente, isto é, num curto período de tempo

Mecanismo Token Bucket (balde de permissões), oferece um meio de limitar a entrada dentro de um tamanho de rajada e uma taxa média especificados.

Mecanismos de Policiamento

pacotesesperatoken

para a rede

balde pode conter até b tokens

r tokens/seg

Balde pode armazenar b tokens; tokens são gerados numa taxa de r token/seg exceto se o balde está cheio.

Num intervalo de tempo t, o número de pacotes que são admitidos é menor ou igual a (r t + b).

Token bucket e WFQ podem ser combinados para prover um limitesuperior ao atraso.

Mecanismos de Policiamento

Serviços Integrados

Uma arquitetura para prover garantias de QOS em redes IP para sessões individuais de aplicações

Confia em reserva de recursos, e os roteadores necessitam manter informação de estado ( Circuito Virtual??), mantendo um registro dos recursos alocados e respondendo a novos pedidos de conexões de acordo com o estadoda rede

Admissão de Chamadas

A sessão deve primeiramente declarar seus requisitos de QoS e caracterizar o tráfego que ela enviará através da rede

R-spec: define a QOS sendo solicitada T-spec: define as características de tráfego É necessário um protocolo de sinalização para

transportar a R-spec e a T-spec aos roteadores onde a reserva deve ser pedida: RSVP (Resource Reservation Protocol) é o melhor

candidato para este papel de protocolo de sinalização

Definido pela RFC 2205 Também usado no estabelecimento de túneis MPLS

Admissão de Chamadas

Admissão de Chamadas: roteadores aceitarão as chamadas com base nas suas R-spec e T-spec e com base nos recursos correntemente alocados nos roteadores para outras chamadas.

1. Pedido: especifica - tráfego (Tspec) - garantia (Rspec)

2. Elemento considera - recursos não reservados - recursos solicitados

3. Resposta: o pedido pode ou não ser atendido

Serviços Integrados: Classes

QOS Garantido: esta classe é oferecida com controles estritos dos atrasos de filas nos roteadores; projetada para aplicações de tempo real críticas que são muito sensíveis ao atraso médio fim-a-fim e a sua variância

Carga Controlada: esta classe fornece um QOS que aproxima bem aquele fornecido por um roteador não carregado; projetada para as aplicações IP de hoje que se comportam bem quando a rede não está carregada

Serviços Diferenciados

Planejado para resolver as seguintes dificuldades que se encontram nos esquemas com Intserv e RSVP: Escalabilidade: manter informações de estado nos

roteadores em redes de alta velocidade é difícil devido ao grande número de fluxos simultâneos

Modelos de Serviços Flexíveis: Intserv tem apenas duas classes, deseja-se prover mais classes de serviços com diferentes méritos qualitativos; deseja-se manter uma distinção “relativa” entre as classes (Platina, Ouro, Prata, …)

Sinalização mais Simples: (que o RSVP) muitas aplicações e usuários podem desejar apenas especificar um serviço de forma mais qualitativa

Serviços Diferenciados

Abordagem: Apenas funções simples no interior da rede e

funções relativamente complexas nos roteadores de borda (ou nos hosts)

Não define classes de serviço, ao invés disso fornece componentes funcionais com os quais as classes de serviço podem ser construídas

Funções de Borda

Num computador com funções de DS (serviços diferenciados) ou no primeiro roteador com funções de DS: Classificação: o nó de borda marca os pacotes de

acordo com regras de classificação a serem especificadas (pelo administrador ou por algum protocolo de sinalização)

Condicionamento de Tráfego: o nó de borda pode atrasar e então enviar ou pode descartarroteador de borda: classificação

condicionamentoroteador central: envio

Funções do Núcleo Central

Envio: de acordo com “Per-Hop-Behavior” (comportamento por salto), ou PHB, especificado para aquela classe em particular

Este PHB baseia-se estritamente na marcação de classe (nenhum outro campo do cabeçalho pode ser usado para influenciar o PHB)

GRANDE VANTAGEM:Não há necessidade de manter informação de

estado de conexão nos roteadores!

Classificação e Condicionamento

Pacote é marcado no campo Tipo de Serviço (TOS) no IPv4, e Classe de Trafégo no IPv6

6 bits são usados para o Ponto de Código de Serviços Diferenciados (DSCP) - (Differentiated Service Code Point) e determinam o PHB que o pacote receberá

2 bits são atuamente reservados

Pode ser desejável limitar a taxa de injeção de tráfego em alguma classe usuário declara o perfil de tráfego (ex., taxa e

tamanho das rajadas) tráfego é medido e ajustado se não estiver de

acordo com o seu perfil (condicionamento de tráfego)

Classificação e Condicionamento

pacotesclassificador marcador

ajustecorte

enviar

descartar

medidor

Envio (PHB)

PHB resulta num comportamento diferentemente observável (mensurável) para o desempenho do envio de pacotes

PHB não especifica quais mecanismos usar para assegurar um comportamento do desempenho conforme o exigido pelo PHB

Exemplos: Classe A obtém x% da taxa de transmissão do

enlace de saída considerando intervalos de tempo de uma certa extensão

pacotes de classe A partem primeiro, antes dos pacotes de classe B

Envio (PHB)

PHBs que têm sido mais usados: Envio Expresso: taxa de partida dos pacotes de

uma dada classe iguala ou excede uma taxa especificada (enlace lógico com uma taxa mínima garantida e serviço imediato)

Envio Assegurado: 4 classes, cada uma garantida com um mínimo de taxa de transmissão e armazenamento; cada uma com três particionamentos para preferência de descarte dos pacotes

Problemas com os Serviços Diferenciados

AF e EF não estão padronizados ainda… pesquisa em andamento

“Linhas dedicadas virtuais” e serviços “Olímpicos” estão sendo discutidos

Impacto de atravessar múltiplos sistemas autônomos e roteadores que não estão preparados para operar com as funções de serviços diferenciados

Disciplinas de Escalonamento de Filas

FIFO: First In, First Out Pacotes servidos na ordem de chegada

Disciplinas de Escalonamento de Filas (2)

PQ: Priority Queue Fila de menor prioridade servida somente quando

filas de maior prioridade estão vazias

Disciplinas de Escalonamento de Filas (3)

FQ: Fair Queue Pacotes classificados por fluxos, para cada fluxo uma fila Filas servidas em round robin - mesma banda para cada

fluxo

Disciplinas de Escalonamento de Filas (4)

WFQ: Weighted Fair Queue FQ ponderada – cada fluxo recebe um percentual de

banda diferente de acordo com peso da fila Pacotes servidos dado um tempo final arbitrado de

acordo com o tamanho do pacote e o peso da fila

Disciplinas de Escalonamento de Filas (5)

WFQ (2): Forma discreta e aproximada de um sistema Generalized Processor Sharing (GPS) GPS é teórico, não pode ser implementado apenas

aproximado Comportamento semelhante a um WRR bit a bit Evita que fluxos com pacotes grandes monopolize o

sistema

Disciplinas de Escalonamento de Filas (6)

CBWFQ: Class-Based WFQ Pacotes diferenciados por classes de tráfego (diffserv) WFQ entre as filas resultantes

Disciplinas de Escalonamento de Filas (7)

LLQ: Low latency Queue Proposta da Cisco conjugando uma fila PQ com outras

CBWFQ Tráfego para a fila PQ com banda limitada para evitar

monopólio da capacidade total da interface Fila PQ em geral usada para tráfego de VoIP CBWFQ limitado na prática a um máximo de 5 filas para

evitar problemas de processamento Classe best-effort ou default: atribuída para tráfego não

privilegiado, sempre presente