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Gerenciamento de redes

Gerenciamento de Serviços

Gerenciamento de QoS (Qualidade de serviço)


Qualidade de serviços:

aplicações de multimídia: áudio e vídeo de rede(“mídia contínua”)

rede oferece à aplicação nível de desempenho necessário para a aplicação funcionar.

QoS


Objetivos do QoS

Controle sobre recursos Garantir o funcionamento de aplicações sensíveis a

atraso

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.


QoS

QoS é uma garantia oferecida 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 (Vazão)

Taxa de Perda de Pacotes


Fatores que Influenciam o Atraso

Congestionamento na

rede local

Bufferização nos

Roteadores

Capacidade do

Terminal

Congestionamento

nos links

Tempo de

propagação

Velocidade

do Link


Aplicações de rede multimídia (MM)

Características fundamentais:

normalmente, sensível ao atraso atraso fim a fim

jitter do atraso

tolerante a perdas: perdas infrequentes causam pequenas falhas

antítese de dados, que são intolerantes a falhas, mas tolerantes a atraso.

Classes de aplicações MM:

1. fluxo contínuo (streaming) armazenado

2. fluxo contínuo ao vivo

3. interativas, tempo real


Multimídia armazenada de fluxo contínuo

restrição de tempo para dados ainda a serem transmitidos: a tempo para o reprodução

Fluxo contínuo armazenado:

mídia armazenada na origem

transmitida ao cliente

fluxo contínuo: reprodução do cliente começa antes que todos os dados tenham chegado


Multimídia ao vivoem fluxo contínuo

Exemplos: programa de entrevistas por rádio da Internet evento esportivo ao vivoFluxo contínuo (como na multimídia armazenada em

fluxo contínuo) buffer de reprodução reprodução pode atrasar dezenas de segundos

após a transmissão ainda tem restrição de tempoInteratividade avanço rápido impossível retornar, pausar possíveis!


Multimídia interativa em tempo real

requisitos de atraso fim a fim:

áudio: < 150 ms bom, < 400 ms OK• inclui atrasos em nível de aplicação (empacotamento) e de

rede

• atrasos maiores observáveis prejudicam interatividade

aplicações: telefonia IP, videoconferência, mundos interativos distribuídos


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


Multimídia sobre a Internet de hoje

TCP/UDP/IP: “serviço de melhor esforço” sem garantia sobre atraso e perda

Aplicações de multimídia na Internet de hojeusam técnicas em nível de aplicação para aliviar

(ao máximo) os efeitos de atraso e perda.

Mas as aplicações de multimídia exigem que QoS e nível de desempenho

sejam eficazes!

?? ???

?

? ??

?

?


Como a Internet deverá evoluir para dar melhor suporte à multimídia?

Filosofia de serviços integrados:

mudanças fundamentais na Internet para as aplicações reservarem largura de banda fim a fim

requer software novo, complexo nos hospedeiros e roteadores

Laissez-faire

sem mudanças importantes

mais largura de banda quando necessário

distribuição de conteúdo, multicast da camada de aplicação camada de aplicação

Filosofia de serviços diferenciados:

menos mudanças na infraestrutura da Internet, oferecendo serviço de 1a e 2a classes


Fornecendo múltiplas classes de serviço

até aqui: fazer o melhor com serviço de melhor esforço

todo o modelo de serviço em um tamanho

alternativa: múltiplas classes de serviço

particionar tráfego em classes

rede trata diferentes classes de tráfego de formas diferentes (analogia: serviço VIP X serviço normal)

0111

história: bits de ToS


Múltiplas classes de serviço:cenário

R1 R2H1

H2

H3

H4enlace 1,5 Mbpsfila da

interface desaída de R1


Cenário 1: FTP e áudio misturados Exemplo: telefone IP a 1Mbps, FTP compartilha

enlace de 1,5 Mbps. rajadas de FTP podem congestionar roteador e causar perda

de áudio

deseja dar prioridade ao áudio no lugar do FTP

Marcação de pacote necessária para roteador distinguir entre diferentes classes; e nova política de roteamento para tratar pacotes de acordo.

Princípio 1

R1 R2


Princípios de garantias de QOS (mais)

e se as aplicações se comportarem mal (áudio envia mais do que a taxa declarada) regulação: força de aderência dá origem às alocações de larg.

banda

marcação e regulação na borda da rede:

forneça proteção (isolamento) de uma classe para outras

Princípio 2

R1 R2

Enlace 1,5 Mbps

Telefone1 Mbps

marcação e regulação de pacote


Alocar largura de banda fixa (não compartilhável) ao fluxo: uso ineficaz da largura de banda se os fluxos não usarem sua alocação

Ao fornecer isolamento, é desejável usarrecursos da forma mais eficiente possível

Princípio 3

R1R2

Enlace 1,5 Mbps

Telefone1 Mbps

Enlace lógico 1 Mbps

Enlace lógico 0,5 Mbps


Mecanismos de escalonamento e regulação

escalonamento: escolher próximo pacote a enviar no enlace

escalonamento FIFO (First In First Out) : enviar na ordem de chegada à fila exemplo do mundo real?

política de descarte: se pacotes chegam à fila cheia, descartar quem?

• descarte do fim: descartar pacote que chega

• prioridade: descartar/remover com base na prioridade

• aleatório: descartar/remover aleatoriamente


Políticas de escalonamento:

Escalonamento prioritário:transmite pacote da fila com prioridade mais alta

múltiplas classes, com diferentes prioridades classe pode depender da

marcação ou outras informações de cabeçalho, p. e., origem/ destino IP, números de porta etc.


Políticas de escalonamento: ainda mais

Varredura cíclica: múltiplas classes

varre ciclicamente as filas de classes, atendendo a uma de cada classe (se disponível)


Enfileiramento justo ponderado (WFQ): varredura cíclica generalizada

cada classe recebe quantidade ponderada de serviço em cada ciclo


Mecanismos de regulação

Objetivo: limita tráfego para não exceder parâmetros declarados

Três critérios usados comumente:

taxa média (longo prazo): quantos pacotes podem ser enviados por unidade de tempo (no final das contas)

taxa de pico: p. e., 6000 pacotes por min. (ppm) média; 1500 ppm taxa de pico

tamanho da rajada (máximo): número máximo de pacotes enviados consecutivamente


Balde de permissões: limita entrada a

Tamanho da Rajada e Taxa Média especificados.

balde pode manter permissões

permissões geradas na taxa r permissões/seg, a menos que balde esteja cheio

sobre intervalo de tamanho t: número de pacotes admitidos menor ou igual a (r t + b).


balde de permissões e WFQ se combinam para fornecer limite superior garantido no atraso, ou seja, garantia de QoS!

WFQ

taxa de

permissão, r

tamanho do balde, b

taxa porfluxo, R

D = b/Rmax

tráfego de

chegada


Estratégias para Implantaçãode QoS

Duas estratégias de QoS sobre redes IP: 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 diferenciados da IETF

querem classes de serviço “qualitativas” “comporta-se como um fio”

distinção de serviço relativa: Platinum, Gold, Silver

escalabilidade: funções simples no núcleo da rede, funções relativamente complexas nos roteadores (ou hospedeiros) da borda

sinalização, mantendo estado do roteador por fluxo difícil com grande número de fluxos

não define classes de serviço, fornece componentes funcionais para criar classes de serviço


Roteador de borda: gerenciamento de tráfego

por fluxo

marca pacotes como no perfile fora do perfil

Roteador de núcleo:

gerenciamento de tráfego por classe

buffering e escalonamento baseados na marcação na borda

preferência dada a pacotes no perfil

Arquitetura Diffserv

...


Marcação de pacote do roteador de borda

marcação baseada em classe: pacotes de diferentes classes marcados de formas diferentes

marcação intraclasse: parte do fluxo em conformidade marcada diferentemente da parte não em conformidade

perfil: taxa pré-negociada A, tamanho do balde B

marcação de pacote na borda

baseada no perfil por fluxo

Possível uso da marcação:

Pacotes do usuário

Taxa A

B


Classificação e condicionamento

Pacote marcado no tipo de serviço (TOS) no IPv4, e classe de tráfego no IPv6

6 bits usados para Differentiated Service CodePoint (DSCP) e determinar comportamento por salto (PHB) que o pacote receberá

2 bits atualmente não são usados


Pode ser desejável limitar a taxa de injeção de tráfego de alguma classe:

usuário declara perfil de tráfego (p. e., taxa, tamanho de rajada)

tráfego medido, modelado se não estiver em conformidade


Princípios para garantias de QoS (mais)

Fato básico da vida: não pode admitir demandas de tráfego além da capacidade do enlace

Admissão de chamada: fluxo declara suas necessidades,rede pode bloquear chamada (p. e., sinal ocupado) se não puder atender as necessidades

Princípio 4

R1R2

enlace 1,5 Mbps

telefone1 Mbps

telefone1 Mbps


Serviços Integrados -IntServ

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.


Cenário de garantia de QoS

Reserva de recurso configuração de chamada,

sinalização (RSVP) tráfego, declaração de QoS controle de admissão por elemento

Escalonamento sensível à QoS

request/reply


Serviços integrados da IETF

arquitetura para fornecer garantias de QoS em redes IP para sessões de aplicação individual

reserva de recursos: roteadores mantêm informações de estado de recursos alocados, requisições de QoS

admitir/negar novas requisições de estabelecimento de chamada:


Sinalização da Internet

encaminhamento sem conexão (sem estado)

por roteadores IP

serviço de melhor esforço

nenhum protocolo de sinalização de rede no projeto

inicial do IP

+ =

Novo requisito: reservar recursos ao longo do caminho fim a fim (sistema final, roteadores) para QoS nas aplicações de multimídia

RSVP: Resource Reservation Protocol [RFC 2205] “ … permitir que usuários comuniquem requisitos à rede de

modo robusto e eficaz.” ou seja, sinalização!


Admissão de chamada

Sessão que chega precisa: declarar seu requisito de QOS

Rspec: define a QOS sendo requisitada

Tspec: define características de tráfego

protocolo de sinalização: necessário para executar Rspec e Tspec aos roteadores (onde a reserva é exigida)

RSVP


RSVP: não…

especifica como os recursos devem ser reservados

Em vez disso: um mecanismo para comunicar necessidades

determina rotas que os pacotes tomarão

essa é a tarefa dos protocolos de roteamento

sinalização desacoplada do roteamento

interage com repasse de pacotes

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

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