Mestrado Profissional em Computação Uece -IFCE Disciplina: Protocolos

Chico AnysioÓleo sobre tela 60x40 cm

Mestrado Profissional em Computação

Uece-IFCE

Disciplina: Protocolos

7: Multimedia Networking 7-2

Provendo Múltiplas Classes de Serviço• Até agora: extraímos o máximo do serviço de melhor esforço

– modelo de serviço do tipo tamanho único• alternativa: múltiplas classes de serviço

– Separa o tráfego em classes– Rede trata de forma diferenciada as diferentes classes de tráfego

(analogia: serviço VIP x serviço normal)

0111

granularidade: serviço diferenciado entre as diversas classes e não entre conexões individuais

história: bits de tipo de serviço (ToS)

Cenário de serviço com múltiplas classes

7: Redes Multimídia 7b-3

7: Redes Multimídia 7b-4

Cenário 1: mistura de FTP e áudio• Exemplo: Telefone IP de

1Mbps, FTP compartilhando enlace de 1,5 Mbps. – Surtos de FTP podem

congestionar o roteador e causar a perda de pacotes de áudio.

– Gostaríamos de dar prioridade ao tráfego de áudio sobre o de FTP

É preciso marcar os pacotes para que o roteador faça uma distinção entre as classes diferentes; e uma nova política no roteador para tratar os pacotes de forma diferenciada

Princípio 1

7: Redes Multimídia 7b-5

Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.)

• E se as aplicações se comportarem mal (áudio envia pacotes a uma taxa mais elevada do que a declarada)?

– Policiamento: força que as fontes respeitem as alocações de banda

• marcação e policiamento/regulação nas bordas da rede:

– semelhante à UNI (User Network Interface) do ATM

prover proteção (isolamento) de uma classe sobre as demais

Princípio 2

7: Redes Multimídia 7b-6

Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.)

• Alocar uma largura de banda fixa (não-compartilhável) para o fluxo: uso ineficiente da banda se os fluxos não usarem suas alocações

Embora fornecendo isolamento, é desejável que os recursos sejam usados da forma mais eficiente possível

Princípio 3

7: Redes Multimídia 7b-7

Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede

Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo

contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível

com o serviço de melhor esforço: um telefone por Internet como exemplo

• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP, H.323

• 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo

• 7.6 Além do melhor esforço

• 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação

• 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados

• 7.9 RSVP

7: Redes Multimídia 7a-8

Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede

Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo

contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível

com o serviço de melhor esforço– 7.5 Distribuição de Multimídia:

redes de distribuição de conteúdo

• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP

7.5 provendo múltiplas classes de serviço– 7.6 Além do melhor esforço– 7.7 Mecanismos de

escalonamento e regulação– 7.8 Serviços integrados e

serviços diferenciados

• 7.6 provendo garantias de QoS– 7.8 Serviços integrados e

serviços diferenciados– 7.9 RSVP

7: Redes Multimídia 7b-9

Mecanismos de Escalonamento e Regulação (Policiamento)• Escalonamento: seleção do próximo pacote para transmissão num canal• Primeiro a entrar/primeiro a sair (FIFO): transmite na ordem de chegada à fila

– Exemplos da vida real?– política de descarte: se os pacotes ao chegarem encontrarem a fila cheia: quem deve ser

descartado?• Descarta o último (cauda): descarta o pacote que acabou de chegar• Prioridade: descarta/remove baseado na prioridade• Aleatório: descarta/remove aleatoriamente

chegadas partidas

enlace(servidor)

fila(área de espera)

7: Redes Multimídia 7b-10

Disciplinas de Escalonamento: mais• Enfileiramento com Prioridades: transmite o pacote

enfileirado de mais alta prioridade• múltiplas classes, com diferentes prioridades

– classe pode depender da marcação ou outra informação do cabeçalho (ex. IP origem/destino, números de portas, etc.)

– Exemplo da vida real?

chegadas

classificação

fila de baixa prioridade(área de espera)

fila de alta prioridade(área de espera)

partidas

partidas

chegadas

pacotesno

servidor

tempo

tempoenlace(servidor)

7: Redes Multimídia 7b-11

Disciplinas de Escalonamento (cont.)

Varredura cíclica (Round Robin): • múltiplas classes• varre as filas das classes transmitindo um pacote de cada classe cuja fila não estiver vazia• exemplo da vida real?

chegadas

pacote em serviço

partidas

tempo

tempo

7: Redes Multimídia 7b-12

Disciplinas de Escalonamento (cont.)Enfileiramento justo ponderado (WFQ): • Round Robin generalizado• cada classe recebe um tempo de serviço

diferenciado em cada ciclo• exemplo do mundo real?classificador

de chegadas

partidas

enlace

7: Redes Multimídia 7b-13

Mecanismos de Regulação (Policiamento)Objetivo: limita o tráfego para que não exceda os

parâmetros declarados• Três critérios comumente usados: • Taxa Média (de Longo prazo): quantos pacotes podem

ser enviados por unidade de tempo (em longo prazo)– questão crucial: qual é o comprimento do intervalo: 100

pacotes por seg ou 6000 pacotes por min têm a mesma média!

• Taxa de Pico: ex., 6.000 pacotes por minuto (ppm) em média e taxa de pico de 1500 ppm

• Tamanho da rajada: número máximo de pacotes enviados consecutivamente (sem intervalo ocioso)

7: Redes Multimídia 7b-14

Mecanismos de Regulação (Policiamento)Token Bucket (Balde de Permissões): limita a entrada para Tamanho da Rajada

e Taxa Média especificadas.

• balde pode guardar b permissões• tokens são gerados a uma taxa de r tokens/seg a menos que o balde esteja

cheio• num intervalo de comprimento t: número de pacotes admitidos é menor ou

igual a (r t + b).

7: Redes Multimídia 7b-15

Mecanismos de Regulação (Policiamento) (mais)

• combinação de token bucket, WFQ provê limite superior garantido no atraso, i.e., garantia de QoS!

taxa porfluxo, R

WFQ

taxa do token, r

tamanho do balde, b

D = b/Rmax

tráfego de chegada

7: Redes Multimídia 7a-16

Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede

Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo

contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível

com o serviço de melhor esforço– 7.5 Distribuição de Multimídia:

redes de distribuição de conteúdo

• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP

7.5 provendo múltiplas classes de serviço– 7.6 Além do melhor esforço– 7.7 Mecanismos de

escalonamento e regulação– 7.8 Serviços integrados e

serviços diferenciados

• 7.6 provendo garantias de QoS– 7.8 Serviços integrados e

serviços diferenciados– 7.9 RSVP

Serviços Diferenciados do IETF

• desejamos classes de serviços “qualitativas”– “comportamento como de um fio”– distinção relativa entre os seviços: Platina, Ouro e Prata

• escalabilidade: funções simples no núcleo da rede, funções relativamente complexas nos roteadores de borda (ou sistemas finais)– sinalização, manutenção do estado do roteador por fluxo é

difícil para um grande número de fluxos

• Não define classes de serviço, provê componentes funcionais para construir as classes de serviço

7: Redes Multimídia 7b-17

7: Redes Multimídia 7b-18

Roteador de borda: gerenciamento de tráfego por-

fluxo

marca os pacotes como dentro-perfil e fora-perfil

Roteador de Núcleo: gerenciamento de tráfego por

classe armazenamento e escalonamento

baseado na marcação na borda Preferência para os pacotes

dentro-perfil

Arquitetura Diffserv

escalonamento

...

r

b

marcação

7: Redes Multimídia 7b-19

Marcação de Pacotes no Roteador de Borda

marcação baseada em classes: pacotes de classes diferentes são marcados diferentemente

Marcação dentro da mesma classe: porção do fluxo bem comportado marcado diferentemente do mau comportado

perfil: taxa A, comprimento do balde B pré-negociados marcação de pacote na borda baseada no perfil por-fluxo

Possível uso da marcação:

Pacotes do Usuário

Taxa A

B

7: Redes Multimídia 7b-20

Classificação e Condicionamento• O Pacote é marcado no campo de Tipo de Serviço (TOS)

no IPv4 e, Classe de Tráfego no IPv6• São usados 6 bits para fornecer a codificação dos

Serviços Diferenciados e determinar a PHB que o pacote receberá

• No momento há 2 bits que não estão sendo usados. [Estão sendo usados para indicação de congestionamento]

X

7: Redes Multimídia 7b-21

Classificação e CondicionamentoPode ser desejável limitar a taxa de injeção de tráfego para alguma

classe; • o usuário declara o seu perfil de tráfego (ex. taxa e comprimento das

rajadas); • o tráfego é medido e moldado se não estiver de acordo com o seu

perfil

7: Redes Multimídia 7b-22

Comportamentos por salto (PHB)

• PHB resulta num comportamento de desempenho de encaminhamento diferente observável (mensurável)

• O PHB não especifica quais os mecanismos a serem usados para garantir o comportamento de desempenho PHB requisitado

• Exemplos:– Classe A recebe x% da taxa de transmissão do enlace de

saída dentro de intervalos de tempo de comprimento especificado

– Pacotes da classe A deixam os buffers antes dos pacotes da classe B

7: Redes Multimídia 7b-23

Comportamentos por salto (PHB)

PHBs já definidos:

• Expedited Forwarding (Repasse acelerado): taxa de partida dos pacotes de uma classe é maior ou igual a uma taxa especificada– enlace lógico com uma taxa mínima garantida

• Assured Forwarding (Envio assegurado): 4 classes de tráfego– a cada uma é garantida uma quantidade mínima de largura

de banda – cada uma com três partições de preferência para o descarte

7: Redes Multimídia 7a-24

Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede

Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo

contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível

com o serviço de melhor esforço– 7.5 Distribuição de Multimídia:

redes de distribuição de conteúdo

• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP

7.5 provendo múltiplas classes de serviço– 7.6 Além do melhor esforço– 7.7 Mecanismos de

escalonamento e regulação– 7.8 Serviços integrados e

serviços diferenciados

• 7.6 provendo garantias de QoS– 7.8 Serviços integrados e

serviços diferenciados– 7.9 RSVP

7: Redes Multimídia 7b-25

Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.)• Fato básico da vida: não é possível atender a um tráfego

superior à capacidade do enlace

Admissão de Chamadas: o fluxo da aplicação declara as suas necessidades, a rede pode bloquear a chamada se não puder atender a estas necessidades

Princípio 4

7: Redes Multimídia 7b-26

Intserv: cenário de garantia de QoS

• Reserva de recursos– estabelecimento de chamada, sinalização (RSVP)– Declaração de tráfego e QoS– controle de aceitação de chamada por-elemento– escalonamento sensível a QoS (ex., WFQ)

pedido/resposta

7: Redes Multimídia 7b-27

Serviços Integrados do IETF

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

• reserva de recursos: roteadores devem manter info de estado (Circuito Virtual??), manter registros dos recursos alocados, requisitos de QoS

• admitir/rejeitar novos pedidos de chamadas:

Pergunta: os novos fluxos que chegam podem ser admitidos com garantias de desempenho e ainda assim não violar as garantias de QoS prometidas a fluxos já admitidos?

7: Redes Multimídia 7b-28

Aceitação de ChamadasA sessão entrante deve:

• declarar os seus requisitos de QOS– R-spec: define a QOS que está sendo solicitada

• caracterizar o tráfego que injetará na rede – T-spec: define as características do tráfego

• protocolo de sinalização: necessário para levar a R-spec e T-spec aos roteadores (onde a reserva é necessária)– RSVP (RFC 2210)

7: Redes Multimídia 7b-29

Intserv QoS: Modelos de serviço [RFC 2211, RFC 2212]

Serviço de qualidade garantida:• chegada de tráfego de pior caso: fonte

policiada por um leaky bucket. • limite simples (provável

matematicamente) para o atraso [Parekh 1992, Cruz 1988]

Serviço de carga controlada:

“uma qualidade de serviço que muito se aproxima da QoS que o mesmo fluxo receberia de um elemento de rede em carga leve”

WFQ

taxa do token, r

tamanho do balde, b

D = b/Rmax

tráfego de chegada

7: Redes Multimídia 7a-30

Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede

Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo

contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível

com o serviço de melhor esforço– 7.5 Distribuição de Multimídia:

redes de distribuição de conteúdo

• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP

7.5 provendo múltiplas classes de serviço– 7.6 Além do melhor esforço– 7.7 Mecanismos de

escalonamento e regulação– 7.8 Serviços integrados e

serviços diferenciados

• 7.6 provendo garantias de QoS– 7.8 Serviços integrados e

serviços diferenciados– 7.9 RSVP

7: Redes Multimídia 7b-31

Sinalização na Internet

Repasse sem conexões (sem estado) pelos roteadores IP

serviço melhor esforço

nenhum protocolo de sinalização de rede no projeto

inicial IP

+ =

• Novo requisito: reservar recursos ao longo de um caminho fim a fim (sistemas finais, roteadores) para QoS para aplicações multimídia

• RSVP: Resource Reservation Protocol [RFC 2205]– “ … permite aos usuários comunicar os seus requisitos à rede

de uma forma eficiente e robusta.”, ou seja, com sinalização!• protocolo anterior de sinalização Internet: ST-II [RFC

1819]

7: Redes Multimídia 7b-32

Objetivos de Projeto do RSVP1. acomodar receptores heterogêneos (larguras de banda diferentes ao

longo dos caminhos)

2. acomodar diferentes aplicações com diferentes requisitos de recursos

3. tornar o multicast um serviço de primeira classe, com adaptação para participação em grupo multicast

4. aproveitamento do roteamento multicast/unicast existente, com adaptação a mudanças nas rotas unicast e multicast

5. sobrecarga do protocolo de controle com crescimento linear (no pior caso) em função do número de receptores

6. projeto modular para tecnologias heterogêneas

7: Redes Multimídia 7b-33

O que o RSVP não faz especifica como os recursos devem ser reservados

ele é um mecanismo para comunicar as necessidades

determina as rotas seguidas pelos pacotes

este é a tarefa dos protocolos de roteamento

sinalização desvinculada do roteamento

interação com o repasse de pacotes

separação dos planos de controle (sinalização) e dados (repasse)

7: Redes Multimídia 7b-34

RSVP: visão geral da operação• Transmissores e receptor aderem a um grupo multicast

– Realizado fora do RSVP– Transmissores não precisam se unir ao grupo

• Sinalização do transmissor para a rede– Mensagem de caminho: torna a presença do transmissor conhecida dos

roteadores– Desligamento do caminho: remove o estado do caminho do transmissor dos

roteadores

• Sinalização dos receptores para a rede– Mensagem de reserva: reserva recursos dos transmissores para o receptor– Remoção (teardown) das reservas: remove as reservas do receptor

• Sinalização da rede para o sistema final– Erro de caminho– Erro de reserva

Redes Multimídia: Resumo

Princípios• classificação das aplicações multimídia• identificação das necessidades de serviços de redes das

aplicações• extraindo o máximo do serviço atual de melhor esforçoProtocolos e Arquiteturas• protocolos específicos para o melhor esforço• mecanismos para fornecimento de QoS• arquiteturas para QoS

– múltiplas classes de serviço– Garantias de QoS, controle de admissão

7: Redes Multimídia 7b-35