DisciplinaRedes de Computadores

Professor:

Edgard Jamhour

Aula 1QoS sobre Redes IPQoS Ethernet

Edgard Jamhour

QoS sobre Redes IP

• O protocolo IP, conforme definido originalmente:– Não suporta QoS (Qualidade de Serviço).– Adota o modelo de serviço BEST EFFORT:

• o primeiro pacote a chegar será o primeiro a ser atendido.

• Atualmente o protocolo IP está sendo modificado e novos padrões estão sendo definidos para suportar duas estratégias de QoS:– Serviços integrados– Serviços diferenciados

Objetivos do QoS

• Controle sobre recursos– Privilegiar aplicações mais importantes (rentáveis) na rede.

• Garantir o funcionamento de aplicações sensíveis a atraso– Evitar que o tráfego Web introduza atraso para aplicações de

VOIP.

• 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.

Qualidade de Serviço - QoS

• A qualidade de Serviço pode ser definida como sendo garantias oferecidas 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– Taxa de Perda de Pacotes

Internet

QoS em Enlace

QoS na Camada de Rede

QoS na Camada de Transporte

QoS na Camada de APlicação

QoS refere-se a capacidade de criar um caminho com banda e

tempo de atraso garantidos entre dois pontos da rede.

QoS: Rede ou Enlace?

• Na camada de Enlace:– Redes Síncronas:

• SDH (combinação de canais de banda constante)– Redes Assíncronas:

• ATM: Permite Reservar Recursos• Frame-Relay: Apenas Limita a Banda

• Na camada de rede:• IP: Permite implementar a qualidade de serviço fim

a fim independente da tecnologia de enlace.

Atraso

• O atraso é uma das principais medidas de QoS.

• Em aplicações tempo-real o atraso provoca perda de QoS.– Exemplo: eco e sobreposição de conversação em

VOIP.

• Fatores que influenciam o atraso na rede: – Atraso de propagação– Velocidade de transmissão– Processamento nos equipamentos

Fatores que Influenciam o Atraso

Congestionamento na rede local

Bufferização nos Roteadores

Capacidade do Terminal

Congestionamento nos links

Tempo de propagação

Tempo de Propagação

• Atrasos de Propagação - Fibras Ópticas – Exemplos

 

Trecho (Round Trip Delay) Atraso de Propagação

Miami a São Paulo 100 mseg

New York a Los Angeles 50 mseg

Los Angeles a Hong Kong 170 mseg

Fontes de Atraso

• Atraso introduzido por equipamentos: – Roteadores (comutação de pacotes) – LAN Switches (comutação de quadros) – Servidores de Acesso Remoto (RAS) (comutação de pacotes, ...) – Firewalls (processamento no nível de pacotes ou no nível de

aplicação, ...)

• Considerando que a latência é um parâmetro fim-a-fim:– Capacidade de processamento do processador– Disponibilidade de memória– Mecanismos de cache– Processamento nas camadas de nível superior da rede

(Programa de aplicação, camadas acima da camada IP, ...);

Perda de Pacotes

• Pacotes são perdidos devido a dois fatores:– Erros no pacote:

• Cabeçalho do pacote:– Descartados pelos roteadores

• Campo de dados:– Descartados pelo computador

– Falta de Banda• Estouro de buffer dos roteadores .• Priorização de tráfego

– Pacotes menos prioritários são descartados.

Curva de QoS em Função do Atraso

1-

densidade de probabilidade

Atraso Fixo

Variação de Atraso (Jitter)

Máximo Atraso Aceitável

ATRASO

ATRASO VARIÁVEL ACEITÁVEL

ATRASO INACEITÁVEL (Dados Perdidos)

Classificação das Aplicações

• A QoS solicitada ao provedor de serviços depende dos requisitos específicos das aplicações.

– Aplicações tempo-real• Aplicações sensíveis ao atraso

– Tolerantes a perda de pacotes – Intolerantes a perda de pacotes

– Aplicações elásticas• Aplicações que não são afetadas pelo atraso.

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

Arquiteturas para QoS

• As arquiteturas de QoS envolvem 3 elementos:

1. Técnicas para implementar QoS em um nó da rede. 2. Técnicas de sinalização de QoS, para informar aos vários nós da rede

como proceder na passagem de um fluxo.3. Funções para gerenciamento, política e contabilização do QoS de uma

rede como um todo.

3. Ferramenta de Gerenciamento

nó nó nó

nó nó

1. Mecanismo de QoSPriorizaçãoDescarte

Etc.

Políticas de QoS(SLA, Controle de

Admissão)

sinalização2. sinalização sinalização sinalização

Mecanismos de QoS no Nó

• Priorização de Pacotes– Utiliza técnicas de escalonamento diferenciadas para

os pacotes armazenados nas filas de transmissão/recepção do roteador (ou computador) .

• Antecipação de Congestionamento– Introduz técnicas que tomam ações preventivas para

evitar o congestionamento.

• Adequação do Perfil de Tráfego– Forçam um perfil de tráfego específico na saída, de

maneira independente do fluxo de tráfego na entrada.

Mecanismos de QoS no Nó:Priorização de Pacotes

• A classificação dos pacotes é feita de acordo com regras para descriminação de fluxo.

• As regras comumente utilizadas são:– IP origem– IP destino– Porta origem– Porta destino– Tipo de Protocolo– TOS– Interface do roteador

Prioridades no IP

• O protocolo IPv4 possui um campo denominado tipo de serviço, com informações que podem ser utilizadas para definir a prioridade dos pacotes.

 

Bit Requisição

1 Minimizar retardo

2 Maximizar vazão

3 Maximizar confiabilidade

4 Minimizar custo

Bit Prioridade

000 Muito Baixa

001 Baixa

.. Maximizar confiabilidade

111 Muito Alta

PayLoadIP HeaderTOS

Exemplo: CQ: Guaranteeing Bandwidth

Mecanismos de QoS no Nó:Antecipação de Congestionamento

• As técnicas para evitar congestionamento antecipam a tendência de congestionamento na rede e agem antes que o congestionamento ocorra.

• RED: Randon Early Detection– Descarte randômico quando o congestionamento é detectado.

• WRED: RED ponderado– A operação de descarte acontece levando em conta as

informações de prioridade do campo TOS dos pacotes IP.

RED: Random Early Detection

Mecanismos de QoS no Nó:Adequação do Perfil de Tráfego

• GTS– Generic Traffic Shaping– Baseado no Token Bucket Approach– Reduz o tráfego de saída de uma interface para um taxa constante

Estratégias para Implantação de QoS

• Atualmente, duas estratégias de QoS sobre redes IP estão em desenvolvimento:– 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.

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.

Serviços Integrados

• 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.

Serviços Integrados sobre IPComparação com outras tecnologias

• Frame-Relay– Trabalha apenas com priorização.– Não tem procolo de sinalização.

• ATM– Trabalha com priorização e reserva de recursos.– Possui protocolo de sinalização próprio.

• IP – Trabalha com priorização ou reserva de recursos.– Utiliza o procolo de sinalização RSVP.– Serviços integrados em IP podem utilizar recursos de QoS

disponíveis na camada de enlace.• Integrated Services over Specific Lower Layers

RSVP: Resource Reservation Protocol

• Protocolo de sinalização que permite as aplicações solicitarem Qos especiais para seus fluxos de dados.

Servidor Cliente

1. Solicita conexão com o servidor

9001

Aplicação multimídi

acom

suporte a RSVP

Aplicação com

Suporte a RSVP

2. Informa requisitos para o cliente (PATH)

3. Solicita Reserva (RESV)

4. Confirma Reserva (RESVconf)

RSVP

• Padronizado pela RFC2205,Setembro de 1997.– Complementada pelas RFCs 2206, 2207, 2210, 2380, 2745,

2747, 2961.

• Protocolo de controle, similar ao ICMP ou IGMP.– Permite que os nós da rede recebem informações para

caracterizar fluxos de dados, definir caminhos e características de QoS para esses fluxos ao longo desses caminhos.

• RSVP não é um protocolo de roteamento. – Ele depende de outros protocolos para execução dessas

funções.

Arquitetura do RSVP

• As funções de implementação do QoS pelos nós não são de responsabilidade do RSVP. Outros módulos são especificados na arquitetura:– Módulos de Decisão:

• Controle de Admissão: verifica se existem recursos para o pedido.

• Controle de Política: verifica se o usuário pode pedir os recursos.

– Módulos de Controle de Tráfego:• Classificador: determina a classe do pacote• Escalonador: implementa o QoS

Arquitetura do RSVP

Host

Controle de Política

Controle de Admissão

Classificador Escalonador

dados

Roteador

dados

Dados

RSVPaplicaçã

o

Processo

RSVPProcesso

RSVP

Classificador Escalonador

Processoroteamento

RSVP

Controle de Política

RSVP

RSVP é Unidirecional

• As reservas em RSVP são sempre unidirecionais.

• As reservas podem ser em unicast ou multicast.

• No RSVP o pedido de uma reserva sempre é iniciado pelo receptor.– Os direitos da reserva são debitados na conta do cliente.

Servidor Cliente

REDE

1. Solicita serviço

2. Especifica os requisitos

3. Faz reserva

Sessões RSVP

• Em RSVP, a política de QoS não é aplicada individualmente sobre cada pacote, mas sim em sessões.

• Uma sessão é definida como um fluxo de dados para um mesmo destino, utilizando um mesmo protocolo de transporte.

• Uma sessão é definida por três parâmetros:– Endereço de destino– Identificador de Protocolo (TCP ou UDP)– Porta de destino (Opcional).

Sessões RSVP

• Podem ser de dois tipos:Multicast

(239.0.64.240),TCP,[dstport])

Unicast(168.100.64.5,TCP,5000)

IGMP

EndereçoClasse D

Os receptores precisam formar

um grupo multicast para poder receber

as mensagens.

Transmissor

Receptor

ReceptorTransmissor

Especificação de fluxo

• Um reserva em RSVP é caracterizada por uma estrutura de dados denominada Flowspec.

• Flowspec é composta por dois elementos:– Rspec (Reserve Spec):

• indica a classe de serviço desejada.

– Tspec (Traffic Spec): • indica o que será Transmitido.

• OBS. – Rspec e Tspec são definidas na RFC 2210 e são opacos para o RSVP.

O Token Bucket Model

• O modelo utilizado pelo RSVP é o Token Bucket.– Este modelo é um método realiza para definir uma taxa de

transmissão variável com atraso limitado.

Serviço Garantido se

r <= R

b bytes

r bytes/s

chegada

p bytes/s

saída

d <= b/p

r

saída(bytes/s)

p

t

R

B

reserva

R

Tspec

• Assumindo o Token Bucket Model, Tspec é definido da seguinte forma:– r - taxa média em bytes/s

• Taxa de longo prazo: 1 a 40 terabytes/s– b - tamanho do bucket (em bytes)

• Taxa momentânea: 1 a 250 gigabytes– p - taxa de pico– m - tamanho mínimo do pacote

• (pacotes menores que esse valor são contados como m bytes)– M - MTU (tamanho máximo do pacote)

• Regra: seja o tráfego total pelo fluxo num período T:– T < rT + b

Rspec

• Assumindo o Token Bucket Model, Rspec é definido da seguinte forma:

– R - taxa desejável• Taxa média solicitada

– s - Saldo (slack) de retardo • Valor excedente de atraso que pode ser utilizado

pelos nós intermediários.• Ele corresponde a diferença entre o atraso

garantido se a banda R for reservada e o atraso realmente necessário, especificado pela aplicação.

Mensagens RSVPEncapsulado diretamente sobre IP

Msg Type: 8 bits

1 = Path2 = Resv3 = PathErr4 = ResvErr5 = PathTear6 = ResvTear7 = ResvConf

...

Objetos de tamanho variávelSession

FlowSpecFilterSpecAdSpec

PolicyData,Etc.

Mensagem PATH

• PATH: enviada do transmissor para o receptor

– Descreve os requisitos de QoS para o receptor

• A mensagem PATH contém dois parâmetros básicos:

– Tspec: estrutura de dados que especifica o que será transmitido.– Adspec (opcional): estrutura que especifica os recursos disponíveis.

• Utilizado para cálculo do Slack Term

ADSPEC TPEC

PATH

Servidor Cliente....

ADSPEC

• ADSPEC é utilizado para cálculo do Slack Term:

– A folga de atraso permite aos roteadores acomodarem mais facilmente as requisições de banda.

• Os parâmetros passados são os seguintes:

– hopCount:• número de elementos intermediários

– pathBW: • estimativa da largura de banda

– minLatency: • estimativa do retardo de propagação

– composedMTU: • MTU composta do referido caminho

Mensagem PATH

• A mensagem PATH define uma rota entre o transmissor e o receptor.– Todos os roteadores que recebem a mensagem PATH

armazenam um estado definido PATH state.

S

servidor

21

3

C

cliente

1) PATH 2) PATH 3) PATH

Estado: S Estado: 1 Estado: 2

4

Estado: 1

Mensagem RESV (Reservation Request)

• RESV: Enviada do receptor para o transmissor

• A mensagem RESV contém dois parâmetros– Flow Spec: Especifica a reserva desejada

• Service Class: Serviço Garantido ou Carga Controlada• Tspec: requisitos do transmissor• Rspec: taxa de transmissão solicitada

– Filter Spec: identifica os pacotes que devem de beneficiar da reserva• Protocolo de transporte e número de porta.

Flow Spec Filter Spec

RESV

Servidor Cliente....Service Class

Rspec

Tspec

IP origem

Porta origemou

Flow Label

Service Class (Classes de Serviço)

• Serviço de Carga Controlada (RFC 2211)– Rspec não é especificado, apenas Tspec.– Não é feita reserva de banda.– Os dispositivos evitam a deterioração das condições

da rede limitando o tráfego das aplicações. • Limite (num intervalo T): < rT +b (bytes)

• Serviço Garantido (RFC 2212)– RSpec e TSpec são especificados.– É feita reserva de banda.

Mensagem RESV

• A mensagem RESV segue o caminho definido por PATH.– Cada nó RSVP decide se pode cumprir os requisitos de QoS

antes de passar a mensagem adiante.

S

servidor

21

3

C

cliente

3) RESV 2) RESV 1) RESV

Estado: S Estado: 1 Estado: 2

4

Estado: 1‘

Mensagem de Erro

• Quando um dispositivo de recebe a mensagem RESV, ele:– autentica a requisição – alocar os recursos necessários.

• Se a requisição não pode ser satisfeita (devido a falta de recursos ou falha na autorização), o roteador retorna um erro para o receptor.

• Se aceito, o roteador envia a mensagem RESV para o próximo roteador.

Mensagem de Erro

• Podem ser de dois tipos:– Erros de Caminho (Path error)

• Caminho ambíguo.

– Erros de Reserva (Reservation Request error).• Falha de admissão

– o solicitante não tem permissão para fazer a reserva.• Banda indisponível.• Serviço não suportado.• Má especificação de fluxo.

Exemplo

R1 RS R2 R3 R4 R5

5 Mb/s 4 Mb/s 2 Mb/s 4 Mb/s 3,5 Mb/s

Resv(R1,S1)

R1 = 2,5 Mb/s e S1= 0

Resv(R1,S1)Resv(R1,S1)

ResvErr

R1 RS R2 R3 R4 R5

5 Mb/s 4 Mb/s 2 Mb/s 4 Mb/s 3,5 Mb/s

Resv(R1,S1)

R1 = 3 Mb/s e S1= 10 ms, S2 = 10 ms – delay provocado por R3

Resv(R1,S1)Resv(R1,S1)Resv(R1,S2)Resv(R1,S2) Resv(R1,S2)

RESVconf: Reservation Confirmation

• Enviada do transmissor até o receptor através do PATH.

• Esta mensagem confirma para o cliente que a reserva foi bem sucedida.

S

servidor

21

3

C

cliente

RESVconf

Estado: S Estado: 1 Estado: 2

4

Estado: 1‘

Tipos de Mensagem RSVP

• Mensagens Teardown:– Enviada pelo cliente, servidor ou roteadores para

abortar a reserva RSVP. – Limpa todas as reservas e informações de PATH.

S

servidor

21

3

C

cliente

3) TearDown

Estado: S

4

1) TearDown

Estado: 1‘

2) TearDown

Estado: 1

RSVP na Internet

• Para que o RSVP possa ser implementado na Internet, utiliza-se técnicas de tunelamento para saltar os roteadores que não suportam RSVP.

Nuvem não RSVP

servidor cliente

O endereço de destino das mensagens PATH é do próximo roteador que suporta RSVP.

Problemas do RSVP

• No IPv4, o RSVP classifica os pacotes utilizando informações do protocolo de transporte (portas)

• Isso causa problemas quando:– Houver fragmentação.

• Solução: As aplicações devem transmitir as informações com o mínimo MTU do caminho.

– IPsec ou outras técnicas de tunelamento podem criptografar os pacotes:

• Uma extensão do IPsec foi proposta para suportar RSVP.

Desenvolvimento de Aplicações RSVP

• Serviços integrados necessitam que as aplicações sejam escritas de maneira a usar o protocolo RSVP.

• Já estão disponíveis API para desenvolver aplicações RSVP em várias plataformas:

• Em Windows

– Winsock 2 QoS API

• Em Java

– Várias implementações em universidades– JQoSAPI: http://www-vs.informatik.uni-ulm.de/soft/JavaQoS/

• Em Linux

– Suporta RSVP, mas API estão disponíveis para serviços diferenciados.

Serviços Integrados na Internet

• A abordagem de serviços integrados não é vista como apropriada para Internet.

• Estima-se que o RSVP seja pouco escalável pois:– Muitas mensagens trocadas para estabelecimento da reserva.– Os roteadores necessitam de manter informações de caminho

(operação stateful)

• Serviços diferenciados são uma proposta alternativa do IETF para implementação de QoS em provedores e Backbones na Internet.

Serviços Diferenciados: Diff-Serv

• O IETF está definindo uma série de RFC que regulamentam a implementação de redes IP de grande porte segundo a arquitetura de Serviços Diferenciados.

• Serviços Diferenciados são uma alternativa para Serviços Integrados, que supostamente são pouco escaláveis devido ao custo de manutenção das sessões RSVP.

• O conceito básico dos serviços diferenciados (Diff-Serv) é o SLA:– Service Level Agreement

SLA: Service Level Agreement

• O SLA é um acordo de QoS entre um cliente e um provedor de serviço (Domínio DS).

• O cliente pode ser um cliente final (e.g. uma empresa) ou outro domínio de DS.

Domínio de DSprovedor

Domínio de DSbackbone

cliente

cliente

Domínio de DSprovedor

SLA1

SLA2

SLA3

SLA4

Fundamentos do Diff-Serv

• Diff-Serv não utiliza protocolo de sinalização.

• Os dispositivos da rede Diff-Serv (principalmente os de fronteira de DS), devem estar previamente configurados de acordo com os SLAs dos clientes do domínio.

cliente clienteSLA1

Limite para SLA1:

r=1Mbps,b=1Mb,

p=2Mpbs

Limite para SLA2:r=1Mbps,b=2Mb,

p=1,5Mpbs

SLA2

Marcação de Pacotes

• Os pacotes IP precisam ser marcados nas fronteiras de entrada na rede administrada em DS.

– A marcação é feita utilizando os bits TOS do IPv4.– Os roteadores utilizam esses bits para identificar como os pacotes são

tratados na rede.

VERS HLEN TOS Comprimento Total

ID

8 bits

FLG Deslocamento

TTL Protocolo CheckSum Cabeçalho

IP Origem

IP Destino

Dados...

Redefinição do Campo TOS

• O campo TOS (8bits) foi renomeado para:– byte DS.

• Este campo é formado da seguinte maneira:– DSCP (Differentiated Services CodePoint)

• 6 bits (classe de tráfego para o pacote)– CU: currently unused

• 2 bits (reservado)

DSCP

(6 bits)

CU

(2 bits)

BYTE DS

Uso do DS

• O DS é utilizado como critério (ou um dos critérios) de classificação em um roteador com capacidade de policiamento e condicionamento tráfego de saída.

• Por exemplo, pode-se ter uma regra:– Se DSCP=X, use token-bucket r, b

• token bucket meter with rate r and burst size b.

• Cada roteador de uma rede Diff-Serv deve ser capaz de interpretar o DS a uma regra de QoS específica.

• A configuração do roteador é denominada PHB (Per-Hop Behavior)

PHB – Per Hop Behavior

• O IETF tem um Working Group para serviços diferenciados:– http://www.ietf.org/html.charters/diffserv-charter.html

• Entre outras especificações, o IETF define uma RFC para auxiliar na padronização do PHB:– RFC 3140: Per Hop Behavior Identification Codes .

• PHP são definidos em grupos, formados por um ou mais PHB.

• Exemplos:– O PHB padrão (best effort): DSCP: 00000.– O PHB EF (Expedited Forwarding): DSCP: 101100

DS e PHB

• Os pacotes devem chegar ao domínio de DS com o campo DSCP previamente marcado.

• Se o DSCP não estiver configurado no roteador, o pacote será tratado como Best-Effort.

cliente

DSCP=43

Se DSCP=43 entãoPHB1: r=1Mbps, b=1Mb, p=2MpbsSe DSCP=44 entãoPHB2: r=1Mbps, b=1Mb, p=1,5Mbps

clienteDSCP=44

DSCP=44

DSCP=43

DSCP=0

Arquitetura de um Nó Diff-Serv

• Um roteador Diff-Serv deve suportar Traffic Shapping baseado nas informações de DS.

DS

DS

DS

Classificador DS

Medidor

MarcadorFormador/

Descartador

Traffic Shapping

Classificador

• O classificador associa o fluxo de pacotes a um PHB.

• São definidos 2 tipos:– Multicampos (MF):

• Utiliza o Byte DS e outros campos do cabeçalho IP (IP, Porta, etc.)– Comportamento Agregado (BA):

• Utiliza apenas o Byte DS.

Classificador Multicampos

Se IP=origem=192.168.0.0/24 e DSCP=10

então PHB A

Se IP=origem=192.168.1.0/24 e DSCP=10

então PHB B

192.168.0.3 DSCP=10

r=1Mbps, b=1Mb, p=2Mbps

192.168.1.4 DSCP=11

FILA 1(PHBA)

FILA 2(PHBB)

r=1Mbps, b=1,5Mb, p=2Mbps

Medidor

• O medidor calcula em tempo real o trafégo gerado pelo cliente em termos dos parâmetros r, b e p.

• Caso os parâmetros sejam excedidos, ele dispara triggers para os outros módulos do roteador.

Medidor

b=1

r=1

saída(bytes/

s) p=2

t

r=1,5

saída(bytes/

s)p=2

t

b=1,1

TráfegoCliente 1

TráfegoCliente 2

FILA 1

FILA 2

Formador/Descartador

• Policia (por descarte) e formata o tráfego de saída de acordo com o PHB atribuídos aos pacotes.

Formatador

b=1

r=1

saída(bytes/

s) p=2

tTráfego Saída

b=2

r=1

p=2

tTráfego Entrada

b=1b=1

FILA 1

Regra: Aplicar PHB A para Fila 1

Marcador

• Responsável por marcar ou remarcar o byte DS dos pacotes.

– A marcação acontece para pacotes sem marcação emitidos pelo cliente.– A remarcação pode acontecer também porque o nó subseqüente tem

uma outra interpretação para o valor de DS.

Marcador (pacotes não marcados)

Se origem 192.168.0.0/24 marcar DSCP=34

Se origem 192.168.0.0/24 marcar DSCP=34

FILA 1

FILA 2

Marcador (remarcação de fronteira)

Se DSCP=3..35 então remarcar para DSCP 7

Se DSCP=36..50 então remarcar para DSCP 8

Marcação e Domínios de Origem

• Serviços Diferenciados podem ser transparente para as aplicações clientes. – Se o cliente suportar Diff-Serv, ele mesmo marca os

pacotes. Os pacotes podem ser marcados:• Pelos aplicativos (opção na criação do socket ou pelo S.O.)• Pelo roteador que conecta com o provedor.

– Se o cliente não suporta Diff-Serv, os pacotes podem ser marcados pelo roteador do provedor

• Através de regras de mapeamento entre DSCP e IP´s e portas.

Domínios de Serviços Diferenciados

• A arquitetura Diff-Serv define que a Internet é formada por uma coleção de domínios de serviços diferenciados (suportamente contíguos).

• Um domínio é uma porção da rede Internet controlada por uma única entidade.

B I B

I

I

I

I

B

I

Domínio Domínio

Nó InternoNó de

Fronteira de DS

Remarcação (Exemplo)

• Cada domínio pode ter sua própria interpretação para o valor do DS, por isso os roteadores de fronteira fazer remarcação.

DSCP =3

Roteador Interno Roteador FronteiraRoteador Fronteira

3 7

7

clas

sific

ado

rem

arca

do

PROVEDOR BACKBONE

Conclusão

• Serviços Integrados:– Garantia das características de QoS para os fluxos numa

comunicação fim-a-fim.– A rede nunca “admite” mais tráfego do que é capaz.– Pouco escalável devido ao alto custo de manter o estado nos

roteadores.

• Serviços Diferenciados:– Policiamento e priorização de tráfego em domínios de serviço

diferenciado.– A rede pode eventualmente ficar sobre-carregada e não cumprir

as características de QoS solicitadas.– Escalável, pois não precisa manter rígidas condições de estado

nos roteadores.

QoS Ethernet

• A família Ethernet, padronizada pela série 802.3x tornou-se o modelo de LAN mais utilizado na atualidade, e sua utilização está se estendendo também a criação de enlaces WAN.– IEEE 802.1z (1 Gbe) e 10 Gbe (10 Gigabit Ethernet)

• A importância do IEEE 802.3x motivou o IEEE a propor extensões do padrão original para suportar QoS:– IEEE 802.1Q: define o funcionamento de VLANs

• Acrescenta dois campos no quadro:– Identificador de VLAN– Prioridade

– IEEE 802.1p: define o uso do campo prioridade.

Quadros Ethernet

MAC destino(6 bytes)

MAC origem(6 bytes)

Dados(46 a 1500 bytes)

CRC(4 bytes)

Ethernet I & II

Tipo Proto.(2 bytes)

MAC destino(6 bytes)

MAC origem(6 bytes)

Dados(46 a 1500 bytes)

CRC(4 bytes)

IEEE 802.3

Tamanho(2 bytes)

>= 1536

< 1536

MAC destino(6 bytes)

MAC origem(6 bytes)

Dados(46 a 1500 bytes)

CRC(4 bytes)

IEEE 802.1Q

Tipo Proto(2 bytes)

VLAN id e prioridade(2 bytes)

Tipo 802.1Q = 0x8100 Prioridade (3 bits) + CF (1bit) + VLANID (12 bits)

LANS Virtuais

• SEGMENTO = Domínio de Colisão– Os computadores de um Hub estão no mesmo segmento físico.

• VLAN = Domínio de Broadcast– O tráfego de broadcast pode passar de uma VLAN para outra apenas através de

um roteador.

A

SWITCH

B

C

D

FF.FF.FF.FF.FF.FF

FF.FF.FF.FF.FF.FF

FF.FF.FF.FF.FF.FF

E

A,B,C: VLAN 1D,E: VLAN 2

Interligação de Switches

SWITCH SWITCH

SWITCH

A

B C

D

E

VLAN 1,2,3VLAN 1,2,3

VLAN 1,2,3VLAN 1

VLAN 2 VLAN 2

VLAN 3

VLAN 2

TRUNKACCESS

Interface Trunk: Tráfego de Várias VLANsIEEE 802.1Q

Interface de Acesso: Tráfego de uma única VLAN

IEEE 802.3

Modos das Portas de Switch

• As portas de um switch pode trabalhar em dois modos:– Modo Access

• Cada porta do switch pertence a uma única VLAN.• Quadros Ethernet: Formato Normal.

– Modo Trunk• O tráfego de múltiplas VLANs é multiplexado em um único link

físico.• Usualmente interconectam switches.• Quadros Ethernet: formato especial (VLAN).• Apenas computadores com placas especiais podem se

conectar a essas portas.

Protocolos Trunk

• Os quadros nas interfaces Trunk são formatados em quadros especiais para identificar a quais LANs eles pertencem.

• O IEEE 802.1Q é um protocolo para inteface Trunk.

Endereço Físico de Destino

Endereço Físico de Origem

Identificador de Tipo de

VLAN

Prioridade e VLAN ID

Dados CRC

6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 2 Bytes

Esses campos são removidos quando o quadro é enviado para

uma interface do tipo access.

4 Bytes

Tipos de Tráfego: Exemplos

• Switches Ethernet precisam diferenciar o tráfego, pois cada tipo de aplicação pode ter requisitos de QoS distintos:

a) Gerenciamento da Rede: alta disponibilidadeb) Voz: Atraso < 10 msc) Video: Atraso < 100 msd) Carga Controlada e) Excellent Effort: Best Effort para usuários importantesf) Best Effort: Best Effor para os demais usários g) Background: Transferências em batch, jogos, etc.

Uso de Prioridade: Exemplo

• De acordo com a abordagem do padrão 802.1p, o diferentes tipos de tráfego podem ser tratados utilizando 8 níveis de prioridade:– 000 = 0 : Best Effort – 001 = 1 : Background – 010 = 2 : Não Utilizado– 011 = 3: Excellent Effort – 100= 4 : Carga Controlada– 101 = 5 : Vídeo – 110 = 6 : Voz – 111= 7 : Controle de Rede

Parâmetos de QoS no Switch

• O padrão 802.1p define que as seguintes características de QoS devem ser controladas pelo Switch:

1. Taxa de disponibilidade do Serviço2. Taxa de perda de quadros3. Reordenamento de quadros de mesmo endereço (proibido)4. Duplicação de Quadros (proibido)5. Atraso introduzido pelo Switch6. Controle do tempo de vida dos quadros7. Taxa de erros não detectados 8. Controle de MTU9. Prioridade de Usuário10. Vazão

ANEXOS

Estilos de Reserva RSVP

Aglutinação de Reservas

• As reservas RSVP precisam ser aglutinadas a fim de não desperdiçar recursos quando a reserva está vinculada a uma transmissão em Multicast.

S

R1

R2

RESERVA

RESERVA

RESERVA

aglutinação

R

S1

S2

RESERVA

RESERVA

RESERVA

desaglutinação

Estilos de Reserva

• As reservas em RSVP podem ser feitas de formas diferentes (estilos):

Seleção do Emissor Reserva

Distinta

Reserva Compartilhada

Explícita Filtro Fixo (FF) Explícito Compartilhado (SE)

Curinga Não Definido Filtro com Curinga

(WF)

Exemplo de WildCard Filter

• WildCard-Filter (WF)– Estabelece uma única reserva para todos os emissores de uma

sessão (tipicamente multicast, onde só um transmite de cada vez). – Só a maior requisição de reserva chega aos emissores.– Sintaxe: WF (* {Q})

Exemplo de Fixed Filter

• Fixed-Filter (FF):

– Pacotes de emissores diferentes numa mesma sessão não compartilham reservas.

– Mas as reservas são compartilhadas pelos receptores.– Sintaxe: FF (S{Q}) ou FF(S1{Q1},S2{Q2},...}

Exemplo de Shared Explicit

• Shared-Explicit (SE): – A reserva é propagada para todas as fontes no valor máximo

feito por cada receptor.– Sintaxe: SE ((S1,S2,...){Q})