of 104 /104
Thiago Santos de Amorim IMPLANTAÇÃO DE QUALIDADE DE SERVIÇOS (QoS) EM UM AMBIENTE DE COMUNICAÇÕES UNIFICADAS (UC) Palmas 2010

IMPLANTAÇÃO DE QUALIDADE DE SERVIÇOS (QoS) EM UM AMBIENTE DE COMUNICAÇÕES UNIFICADAS(UC)

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Ambientes de comunicações unificadas, no qual os sistemas de comunicação como e-mail,voz e vídeo estão integrados são cada vez mais presentes nas empresas aprimorando a formacomo as pessoas se comunicam. No entanto, este ambiente necessidade de que parâmetrosmínimos de qualidade para os serviços oferecidos sejam assegurados. Desta maneira, para semanter um ambiente de comunicações unificadas, a determinação dos parâmetros necessáriopara cada aplicação e a configuração deste ambiente para se ter QoS (Qualidade de Serviços)se faz necessário. Neste trabalho buscou-se obter os parâmetros mínimos para garantia dequalidade aos dois principais serviços oferecidos em um ambiente de comunicaçõesunificadas, a voz e o vídeo, e foram realizados testes neste ambiente sem, e com aconfiguração de QoS utilizando a arquitetura de diferenciação de serviços DiffServ. SegundoBrigato (2008, p. 18) as principais tecnologias oferecidas em um ambiente de comunicaçõesunificadas incluem centrais telefônicas, que utilizam tecnologia VoIP (Voz sobre IP), serviçosde mensagem instantânea, serviços de e-mail, serviços de presença e conferências de áudio evídeo. Os principais parâmetros de qualidade de serviços são: atraso, variação no atraso,largura de banda, perda de pacotes e qualidade de voz e vídeo (MOS/VMOS), estesparâmetros foram verificados em uma rede com um ambiente de comunicações unificadasimplantada no LaRC do CEULP-ULBRA, utilizada para a geração de fluxos e a realização decoleta de dados e testes em dois cenário, cenário 1 sem QoS e cenário 2 com QoS. Osresultados obtidos nos dois cenários mostram que com a implantação de qualidade de serviçosem um ambiente de comunicações unificadas é possível a garantia de qualidade aos serviçosoferecidos.

Text of IMPLANTAÇÃO DE QUALIDADE DE SERVIÇOS (QoS) EM UM AMBIENTE DE COMUNICAÇÕES UNIFICADAS(UC)

Thiago Santos de Amorim

IMPLANTAO DE QUALIDADE DE SERVIOS (QoS) EM UM AMBIENTE DE COMUNICAES UNIFICADAS (UC)

Palmas 2010

Thiago Santos de Amorim

IMPLANTAO DE QUALIDADE DE SERVIOS (QoS) EM UM AMBIENTE DE COMUNICAES UNIFICADAS (UC)

Trabalho apresentado como requisito parcial da disciplina Trabalho de Concluso de Curso (TCC) do curso de Sistemas de Informao, orientado pela Professora Mestre Madianita Bogo Marioti.

Palmas 2010

Thiago Santos de Amorim

IMPLANTAO DE QUALIDADE DE SERVIOS (QoS) EM UM AMBIENTE DE COMUNICAES UNIFICADAS(UC)

Trabalho apresentado como requisito parcial da disciplina Trabalho de Concluso de Curso (TCC) do curso de Sistemas de Informao, orientado pela Professora Mestre Madianita Bogo Marioti.

Aprovada em dezembro de 2010.

BANCA EXAMINADORA

___________________________________________________ Prof. M.Sc. Madianita Bogo Centro Universitrio Luterano de Palmas

___________________________________________________ Prof. M.Sc. Jackson Gomes de Souza Centro Universitrio Luterano de Palmas

___________________________________________________ Prof. M.Sc. Cristina D'Ornellas Filipakis Souza Centro Universitrio Luterano de Palmas

Palmas 2010

SUMRIO

EPGRAFE ..................................................................................................................................I DEDICATRIA ........................................................................................................................ II AGRADECIMENTOS ............................................................................................................. III RESUMO .................................................................................................................................IV LISTA DE TABELAS ............................................................................................................... V LISTA DE GRFICOS ............................................................................................................VI LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................. VII LISTA DE ABREVIATURAS ............................................................................................... VIII 1 2 2.1 INTRODUO .................................................................................................................. 9 REFERENCIAL TERICO ............................................................................................. 11 Comunicaes Unificadas ............................................................................................... 11 2.1.1 VoIP (Voz Sobre IP) ............................................................................................ 13 CODEC ....................................................................................................... 15 Protocolos de sinalizao VoIP ................................................................... 16 Software e Hardware Envolvidos em uma comunicao VoIP ................... 19 2.1.1.1 2.1.1.2 2.1.1.3 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7 2.2.8

Mensagens Instantneas e Presena ................................................................... 21 Correio Eletrnico .............................................................................................. 23 udio e Videoconferncia .................................................................................. 25 Atraso ................................................................................................................. 29 Variao no atraso (jitter) ................................................................................... 29 Largura de banda (Vazo) ................................................................................... 30 Perda de Pacotes ................................................................................................. 31 Qualidade de Voz - MOS, e vdeo VMOS. ......................................................... 33 Alternativas tcnicas para implantao de QoS em rede IP ............................... 33 Arquitetura IntServ ...................................................................................... 34 Comportamento por Salto (Per Hop Behavior - PHB) ................................ 37 Primeiro a Entrar - Primeiro a Sair/ First In First Out (FIFO) .................... 41 Enfileiramento Prioritrio / Priority Queueing (PQ) ................................... 42 Enfileiramento Baseado em Classes / Class Based Queueing (CBQ) ........ 42 Enfileiramento Justo Ponderado / Weighted Fair Queueing (WFQ) ........... 43 Arquitetura DiffServ ........................................................................................... 35 Funes de roteamento para garantia de qualidade de servios ......................... 38

Qualidade de servios (QoS)........................................................................................... 26

2.2.6.1 2.2.7.1 2.2.8.1 2.2.8.2 2.2.8.3 2.2.8.4

2.2.9 3

Roteamento e QoS no GNU\Linux ..................................................................... 44 Controle de trfego e QoS usando o GNU\Linux ....................................... 45

2.2.9.1

TRABALHOS RELACIONADOS ................................................................................. 47 3.1 Tecnologias DiffServ como suporte para a qualidade de servios (QoS) de aplicaes multimdia - aspectos de configurao e integrao. ...................................... 47 3.2 Anlise de qualidade de Servios em Redes Corporativa ...................................... 48 Local e Perodo....................................................................................................... 50 Hardware ................................................................................................................ 50 Software ................................................................................................................. 51 Mtodos .................................................................................................................. 54 Mtricas .................................................................................................................. 56

4

MATERIAIS E MTODOS ............................................................................................. 50 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

5 5.1 5.2 5.3

RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................................... 58 Topologia Fsica da Rede de Testes ................................................................................ 59 Topologia Lgica da Rede de Testes ............................................................................... 61 Testes Prticos ................................................................................................................. 62 5.3.1 5.3.2 5.3.3 Cenrio 1 - Sem QoS .......................................................................................... 62 Cenrio 2 Com QoS........................................................................................ 72 Cenrio 1 versus Cenrio 2................................................................................. 82

6

CONSIDERAES FINAIS ........................................................................................... 85

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 87 APNDICES ............................................................................................................................ 90 APNDICE 1 - Descrio das Configuraes ......................................................................... 91 Configurao de rotas para os roteadores. .................................................................... 91 Configurao dos roteadores para os cenrios de testes sem e com QoS..................... 94 Configurao da gerao e recepo de trfego com RUDE/CRUDE......................... 96 Configuraes do servidor de comunicaes unificadas Elastix .................................. 98 Configuraes dos Clientes de UC ............................................................................... 98

I

EPGRAFEVoltei-me, e vi debaixo do sol que no dos ligeiros a carreira, nem dos fortes a batalha, nem tampouco dos sbios o po, nem tampouco dos prudentes as riquezas, nem tampouco dos entendidos o favor, mas que o tempo e a oportunidade ocorrem a todos. (Eclesiastes 9:11)

II

DEDICATRIADedico este trabalho a DEUS meu guia e a minha famlia meu porto seguro.

III

AGRADECIMENTOS

Agradeo a DEUS, por minha existncia, por guiar meus passos e pela fora que sempre tem me dado. A minha famlia por estar sempre presente, mesmo s vezes eu estando ausente. A mainha (Terezinha Santos) e papai (Bencio Correia de Amorim) pelas oraes e pelo exemplo de perseverana, a minha irm Margareth pela ajuda constante, Marcelo e Larissa pelas risadas de vez em quando. A todos os meus familiares. Aos professores que me transmitiram conhecimento e que me ensinaram a busc-lo, principalmente do curso de sistemas de informao do CEULP-ULBRA, e em especial a Madianita Bogo pela orientao e ajuda em todo o decorre deste trabalho. As polticas para promoo da igualdade tnico-racial como as cotas para negros no PROUNI, que sem estas seria ainda mais complicada a minha ascenso ao conhecimento, tomara que no futuro todos tenham as mesmas oportunidades. Aos amigos presentes e ausentes. Aos colegas e as colegas de turma, pelas boas gargalhadas e pela ajuda quando necessrio. E a todos que direta ou indiretamente contriburam para mais esta realizao na minha vida.

IV

RESUMO

AMORIM., Thiago Santos de Implantao de qualidade de servios (QoS) em um ambiente de comunicaes unificadas (UC). 2010. 104 f. Trabalho de Concluso de Curso (Bacharelado em sistemas de informao). Centro Universitrio Luterano de Palmas. CEULPULBRA, Palmas.

Ambientes de comunicaes unificadas, no qual os sistemas de comunicao como e-mail, voz e vdeo esto integrados so cada vez mais presentes nas empresas aprimorando a forma como as pessoas se comunicam. No entanto, este ambiente necessidade de que parmetros mnimos de qualidade para os servios oferecidos sejam assegurados. Desta maneira, para se manter um ambiente de comunicaes unificadas, a determinao dos parmetros necessrio para cada aplicao e a configurao deste ambiente para se ter QoS (Qualidade de Servios) se faz necessrio. Neste trabalho buscou-se obter os parmetros mnimos para garantia de qualidade aos dois principais servios oferecidos em um ambiente de comunicaes unificadas, a voz e o vdeo, e foram realizados testes neste ambiente sem, e com a configurao de QoS utilizando a arquitetura de diferenciao de servios DiffServ. Segundo Brigato (2008, p. 18) as principais tecnologias oferecidas em um ambiente de comunicaes unificadas incluem centrais telefnicas, que utilizam tecnologia VoIP (Voz sobre IP), servios de mensagem instantnea, servios de e-mail, servios de presena e conferncias de udio e vdeo. Os principais parmetros de qualidade de servios so: atraso, variao no atraso, largura de banda, perda de pacotes e qualidade de voz e vdeo (MOS/VMOS), estes parmetros foram verificados em uma rede com um ambiente de comunicaes unificadas implantada no LaRC do CEULP-ULBRA, utilizada para a gerao de fluxos e a realizao de coleta de dados e testes em dois cenrio, cenrio 1 sem QoS e cenrio 2 com QoS. Os resultados obtidos nos dois cenrios mostram que com a implantao de qualidade de servios em um ambiente de comunicaes unificadas possvel a garantia de qualidade aos servios oferecidos.

Palavras-chave: comunicaes unificadas, Qualidade de Servios (QoS), DiffServ.

V

LISTA DE TABELASTabela 1 - Principais codecs de udio ....................................................................................... 16 Tabela 2 - Aplicaes x Largura de banda (MARTINS, 1999, p. 9) ........................................ 31 Tabela 3 - Aplicaes x Sensibilidade ao Parmetro de QoS (SILVA, 2004, p. 10) ................ 32 Tabela 4 -: Bits de Precedncia (SILVA, 2004, p. 24) ............................................................. 36 Tabela 5 - Parmetros de QoS nos dois cenrios ...................................................................... 83

VI

LISTA DE GRFICOSGrfico 1 - Largura de Banda - Fluxo 01 - G.711 no cenrio 1................................................ 64 Grfico 2 - Atraso - Fluxo 01 - G.711 no cenrio 1 .................................................................. 65 Grfico 3 - Atraso - Fluxo 01 - G.711 no cenrio 1 .................................................................. 65 Grfico 4 - Perda de Pacotes - Fluxo 01 - G.711 no cenrio 1 ................................................. 66 Grfico 5 - Largura de Banda Fluxo 04 - H.264 no cenrio 1 .................................................. 67 Grfico 6 - Atraso para Fluxo 04 - H.264 no cenrio 1 ............................................................ 68 Grfico 7 - Variao no Atraso para Fluxo 04 - H.264 no cenrio 1 ........................................ 68 Grfico 8 - Perda de Pacotes para Fluxo 04 - H.264 no cenrio 1 ........................................... 69 Grfico 9 - Largura de Banda para Fluxo 07 - Outros trfegos cenrio 1 ................................ 70 Grfico 10 - Atraso para Fluxo 07 - Outros trfegos cenrio 1 ................................................ 71 Grfico 11 - Variao no Atraso para Fluxo 07 - Outros trfegos cenrio 1 ............................ 71 Grfico 12 -: Perda de Pacotes para Fluxo 07 - Outros trfegos cenrio 1 .............................. 72 Grfico 13 - Largura de Banda para Fluxo 1 - G.711 cenrio 2 ............................................... 74 Grfico 14 -: Atraso para Fluxo 1 - G.711 cenrio 2 ................................................................ 75 Grfico 15 - Variao no Atraso para Fluxo 1 - G.711 cenrio 2 ............................................. 75 Grfico 16 - Perda de Pacotes para Fluxo 01 - G.711 cenrio 2 .............................................. 76 Grfico 17 - Largura de Banda para Fluxo 04 - H.264 cenrio 2 ............................................. 77 Grfico 18 - Atraso para Fluxo 04 - H.264 cenrio 2 ............................................................... 78 Grfico 19 -: Variao no Atraso para Fluxo 04 - H.264 cenrio 2 .......................................... 78 Grfico 20 - Perda de Pacotes para Fluxo 04 - H.264 - cenrio 2 ............................................ 79 Grfico 21 - Largura de Banda para Fluxo 07 - Outros trfegos - cenrio - 2 ........................ 80 Grfico 22 - Atraso para Fluxo 07 - Outros trfegos - cenrio - 2 .......................................... 81 Grfico 23 - Variao no Atraso para Fluxo 07 - Outros trfegos - cenrio - 2 ...................... 81 Grfico 24 - Perda de Pacotes para Fluxo 07 - Outros trfegos - cenrio - 2 ........................... 82

VII

LISTA DE FIGURASFigura 1 - Chamada VoIP entre dois computadores ................................................................. 20 Figura 2 - Chamada VoIP de um computador para um telefone ............................................... 20 Figura 3 - Chamada VoIP entre computador e telefone ............................................................ 21 Figura 4 - Arquitetura XMPP Simples...................................................................................... 22 Figura 5 - Arquitetura XMPP Mista ......................................................................................... 23 Figura 6 - Funcionamento Bsico do correio eletrnico .......................................................... 25 Figura 7 - QoS componentes bsicos (VISOLVE, 2006, online) ............................................. 28 Figura 8 - Campo TOS no pacote IP ........................................................................................ 36 Figura 9 - Classes DiffServ e seus respectivos cdigos DSCP ................................................ 38 Figura 10 - Funes de Roteamento para garantia de qualidade de servios ........................... 39 Figura 11 - FIFO - Primeiro a entrar, Primeiro a Sair............................................................... 41 Figura 12 - Algoritmo de Escalonamento CBQ ....................................................................... 43 Figura 13 - Algoritmo de Escalonamento WFQ ....................................................................... 43 Figura 14 - Arquitetura de controle de trfego no GNU\Linux ................................................ 46 Figura 15 - script de configurao de rotas do roteador01 ....................................................... 92 Figura 16 - script de configurao de rotas do roteador01 ....................................................... 93 Figura 17 - script de configurao de rotas do servidoruc ....................................................... 94 Figura 18 - Cenrio 1 - Sem QoS ............................................................................................. 95 Figura 19 - Cenrio 2 - Cem QoS ............................................................................................. 95 Figura 20 - Arquivo de configurao do RUDE ....................................................................... 97 Figura 21 - Topologia Fsica ..................................................................................................... 60 Figura 22 - Topologia Lgica da Rede de Testes...................................................................... 61 Figura 23 - Imagem Cenrio 1 - Testes Sem QoS ................................................................... 63 Figura 24 - Tabela de Resultados do Fluxo 01 - G.711 no cenrio 1 ....................................... 64 Figura 25 - Tabela de Resultados do Fluxo 04 - H.264 no cenrio 1 ....................................... 67 Figura 26 - Tabela de Resultados do Fluxo 07 - Outros trfegos cenrio ................................ 70 Figura 27 - Imagem cenrio 2 - Testes com QoS ..................................................................... 73 Figura 28 - Tabela de Resultados do Fluxo 01 - G.711 cenrio 2 ............................................ 74 Figura 29 - Tabela de Resultados do Fluxo 04 - H.264 - cenrio 2 ....................................... 77 Figura 30 - Tabela de Resultados do Fluxo 07 - Outros trfegos - cenrio - 2 ....................... 80

VIII

LISTA DE ABREVIATURAS

ISO (instituto Internacional para padronizao) UC (Unifield Communications). VoIP (Voice over IP), GPL (General Public Licence - Licena Publica Geral) IETF (Fora Tarefa de Engenharia da Internet) ITU-T (International Telecommunication Union) MOS (Mean Opinion Score) VMOS (Video Mean Opinion Score) DSCP (Differentiated Service Code Point) DS (Differentiated Service) CoS (Class of Service - Casse de Servio) ToS (Type of Service - Tipo de Servio)

9

1

INTRODUO

A convergncia entre as redes de telecomunicaes e as redes de dados foi um fator determinante para o surgimento das comunicaes unificadas, em que um conjunto de aplicaes que provm voz, vdeos e dados esto presentes em um mesmo ambiente (Gartner, 2009, online). Nas redes de dados as informaes so transmitidas utilizando o protocolo de Internet IP. Com as transmisses de diversos tipos de mdias, cada uma pode possuir seus respectivos requisitos para funcionar com qualidade. Por exemplo, baixo retardo e baixa variao no atraso (jitter) no caso de voz e vdeo e baixas taxas de perda para textos. Porm, esta diversidade de fluxos no existia quando houve a criao do protocolo IP, e no foi projetado para dar um tratamento diferenciado para fluxos de dados, transmitindo-os sem nenhuma garantia de entrega, com um comportamento conhecido como servios de melhor esforo (best effort). Esse tipo de comportamento aceitvel em uma rede com baixa carga. No entanto, quando h congestionamento na rede, alguns servios tornam-se inaceitveis, pois no toleram problemas como atraso elevado ou uma porcentagem de perdas no trfego muito alta. Com esta nova demanda, surgiram algumas propostas de implantao de qualidade de servios (QoS) em redes IP. O ISO (Instituto Internacional para Padronizao) define QoS como sendo o efeito coletivo de desempenho que determina o grau de satisfao do usurio de um servio especfico (KAMIENSKI, 2000, online). Qualidade de servios, segundo Tanenbaum (2003, p.422), a necessidade de manter parmetros mnimos para entrega de um servio por uma aplicao. Os principais parmetros de qualidade de servios so; MOS/VMOS para udio e vdeo respectivamente, atraso, variao no atraso, largura de banda e perda de pacotes. Como em um ambiente de comunicao unificada o trfego de voz e vdeo predominante e tais servios necessitam de parmetros mnimos de qualidade, o uso de QoS neste ambiente de fundamental importncia.

10

Neste contexto, o objetivo desse trabalho estudar servios de Comunicaes Unificadas, visando mostrar a importncia de prover qualidade de servios a esses. Para isso, foi implantado o servidor de Comunicaes Unificadas GNU/Linux Elastix em uma rede local com dois clientes, foram realizados e descritos testes de comunicao nesta rede, sem e com a configurao de QoS, para verificar as caractersticas do trfego nas duas situaes. Este trabalho est estruturado da seguinte maneira: no segundo captulo so apresentados os conceitos referentes a comunicaes unificadas e qualidade de servios (QoS). No terceiro captulo so apresentados: metodologia, a localizao de implantao da rede de testes, o material e os software utilizados, e ainda, so apresentadas as configuraes necessrias para realizao deste trabalho e as mtricas de QoS utilizada nos testes. No quarto captulo so apresentados os resultados obtidos nos testes nos dois cenrios propostos, cenrio 1 (sem QoS) e cenrio 2 (com QoS). No quinto captulo so apresentadas as consideraes finais do trabalho.

11

2

REFERENCIAL TERICO

2.1

Comunicaes Unificadas

A necessidade humana de se comunicar provocou o surgimento de formas de comunicao que usam meios eletrnicos para transportar a voz em longas distncias. Por muito tempo, a comunicao de voz foi feita em redes dedicadas a esse fim, as redes de telecomunicaes. Com o uso crescente dos computadores e das redes de dados, principalmente da Internet, por sua vasta expanso, essas passaram a ser usadas para comunicao de voz e vdeo. Esta evoluo nas comunicaes est presente nas organizaes, melhorando os processos e facilitando o gerenciamento das mesmas. Nas empresas, muitas formas de comunicao so utilizadas atualmente, como e-mail, MI(Mensagem Instantnea), telefonia, mecanismos de presena e conferncias, mas, nem sempre essas so integradas de modo a facilitar o todo da comunicao. Muitas aplicaes de comunicao foram criadas e mantidas de forma separadas, geralmente, em redes distintas e aparelhos distintos. Com a necessidade de se ter vrias formas de comunicao integradas, de modo que possam ser gerenciadas de um ponto nico, foi criado o conceito de Unifield Communications (UC).

UC o resultado da convergncia das aplicaes de comunicao. Diferentes aplicaes de comunicao tm sido desenvolvidas e comercializadas de forma separadas. Em alguns casos at os dispositivos usados nestas aplicaes eram distintos. A convergncia destas comunicaes em redes IP e plataforma de softwares abertos, esta trazendo um novo paradigma e mudando a forma como os indivduos, grupos e organizaes se comunicam. (Gartner, 2009, online).

12

Com a convergncia est acontecendo uma mudana em como os indivduos ou grupos se comunicam em uma organizao, que a utilizao de um mesmo meio, as redes IP, para estabelecer uma comunicao com o apoio de um sistema que integra os servios de mensagem, udio e vdeo. A UC integra um conjunto de equipamentos, softwares e servios que facilitam a comunicao e a colaborao entre os indivduos de uma organizao. As tecnologias fundamentais neste tipo de ambiente incluem centrais telefnicas que utilizam a tecnologia VoIP (Voice over IP), servios de mensagem, como e-mail, servios de presena e mensagem instantnea e conferncia em udio e vdeo (BRIGATTO, 2008, p. 19). Existem vrias ferramentas que provm os servios de comunicao unificada, oferecidos por empresas da rea de TIC (Tecnologia da informao e Comunicao). As principais empresas fornecedoras de servios de comunicaes unificadas no mundo atualmente so: Microsoft, Cisco, IBM e Avaya (Gartner, 2009, online). Os sistemas produzidos por estas empresas possuem como principais funcionalidades prover os seguintes servios: conferncia. Alm das empresas listadas pelo Gartner, outras organizaes de pequeno porte esto criando plataformas abertas e que utilizam software livre para a criao e manuteno de um ambiente de comunicaes unificadas. Uma destas empresas a Palo Santo, empresa que criou e mantm o servidor de UC chamado Elastix. O Elastix possui um conjunto de softwares instalados que o permite oferecer servios de voz sobre IP, correio eletrnico, mensagens instantneas e presena, alm de outros servios que so acrescentados atravs de mdulos como CRM e CALLCENTER. Explicaes detalhadas do Elastix esto na seo 3.3. servio de voz sobre IP e telefonia: com esta funcionalidade, os sistemas

integram a telefonia convencional com a telefonia que usa voz sobre o protocolo IP. servio de correio eletrnico e mensagens de voz: servidor de correio

eletrnico integrado ao servio de mensagens de voz. presena e IM (Mensagem Instantnea): servio unificado de mensagens,

servidor de presena e mensagem instantnea. conferncias: conferncias em udio e web, vdeo conferncia e udio

13

Os servios de VoIP, mensagens instantneas e presena, correio eletrnico e udio e videoconferncia, que so oferecidos pelas ferramentas de comunicaes unificadas, sero apresentados nas sees seguintes.

2.1.1 VoIP (Voz Sobre IP)

Um dos servios de comunicao sobre redes de computadores o VoIP (Voice over IP), protocolo que prov transmisso de voz sobre as redes de dados interligadas pelo protocolo IP. O VoIP permite que chamadas telefnicas possam ser feitas por meio de uma rede de dados, substituindo os servios telefnicos convencionais (KELLER, 2009, p. 17). O protocolo VoIP estabelece as normas que devem ser implementadas para que a voz saia de uma origem, seja codificada, dividida em pacotes, transportada usando uma rede IP, chegue ao seu destino e, por fim, seja decodificada de modo que possa ser ouvida (KELLER, 2009, 18). Por ser utilizado sobre as redes IP, o VoIP possui algumas limitaes para garantir qualidade da voz, tais limitaes se do pelo fato das redes IP serem baseadas em comutao de pacotes ao contrrio das redes telefnicas convencionais que so baseadas em circuito. Na comutao de circuitos estabelecido um caminho fim-a-fim, de forma que antes da comunicao feita uma reserva dos recursos que sero necessrios para a transferncia dos dados (GOMES, 2005, p. 41). As redes baseadas em comutao por circuito fazem a reserva prvia de recursos, como largura de banda, que ficam dedicados durante a comunicao. Desta forma, tais redes, por reservarem previamente os recursos e no compartilh-los, conseguem garantir qualidade de servios (QoS), em contra partida, perde-se eficincia, pois quando no est sendo utilizado o meio fica alocado, no permitindo seu uso por outra comunicao. As redes de comutao por pacote so mais eficientes, pois a utilizao da banda feita de acordo com a necessidade e a banda no ocupada pode ser utilizada para trfego de pacotes entre origens e destinos no associados, pois os caminhos no so dedicados (TANENBAUM, 2003, p. 395). Estas redes compartilham recursos e, com a no alocao de um caminho dedicado, os pacotes podem percorrer uma rota diferente, o que pode ocasionar a perda da seqncia dos pacotes.

14

Outro problema da comutao por pacote, relacionado transmisso de voz, que as redes IP trabalham baseadas no melhor esforo (best effort). Em um ambiente de melhor esforo os pacotes so transmitidos sem a garantia de entrega, nesse caso, os pacotes dos diferentes tipos de trfegos so tratados da mesma forma, sem priorizao ou discriminao (GOMES, 2005, p. 41). Os pacotes so transmitidos da melhor maneira possvel, porm, sem garantia alguma de qualidade de servios, o desempenho de cada aplicao depende das caractersticas da rede (KUROSE, 2006, p.481). Por outro lado, a utilizao da comunicao atravs de voz sobre IP (VoIP) pode trazer muitos benefcios. Keller (2009, p. 23) aponta alguns benefcios em adotar comunicao de voz atravs do protocolo IP: reduo de custo: na maioria das vezes, esta reduo pode ser notada em curto

prazo principalmente em empresas que possuem filiais em outra localidade e costumam fazer ligaes para estas constantemente. infraestrutura nica: os servios passam a ser convergentes, e a voz passa a

ser transmitida pela rede de dados, o que retira a necessidade de se manter uma rede de dados e outra de telefonia em uma mesma empresa, mobilidade: o usurio ter seu ramal em um equipamento que ele pode se

autenticar e no uma localizao fsica do mesmo, controle do sistema de telefonia: a empresa passa a controlar seu sistema

interno de telefonia. Para se conseguir os benefcios listados, necessrio suprir a necessidade que o VoIP tem de que a comunicao seja feita sem falhas. As mtricas que devem ser observados no momento da implantao de VoIP so: atraso: o atraso o tempo que um pacote gasta para fazer o percurso de uma

origem at o destino. O atraso pode ser reduzido com a priorizao dos pacotes nos ns de comutao da rede (FILHO, 2006, 15). variao do atraso (jitter): a variao no atraso a variao no tempo e/ou na

sequncia de entrega de pacotes. O problema de jitter pode ser resolvido com o uso de atraso de reproduo (KUROSE, 2006, p.460). largura de banda: a largura de banda um termo utilizado para especificar a

quantidade de dados demandada por uma aplicao em uma unidade de tempo (SILVA, 2004,

15

p.11). Deve-se especificar uma largura de banda mnima para cada aplicao de maneira que o fluxo de dados demandado possa ser atendido. perda de pacotes: os pacotes so dados como perdidos se ao sarem da sua

origem por algum motivo no chegarem ao seu destino. Desta forma, como as redes IP so Best effort, a implantao de um ambiente de voz sobre IP tem que ser feita em conjunto com a implantao de um sistema que possa garantir a entrega dos pacotes com menor atraso, menos perdas e com maior prioridade em relao aos demais dados transmitidos, conseguindo assim ter qualidade no servio. Dois importantes componentes envolvidos no processo de comunicao VoIP so os codecs e os protocolos de sinalizao. Os codecs so codificadores e decodificadores, que tm como funes bsicas converter sinais analgicos para uma forma digital e

comprimir/descomprimir os dados trafegados. Os protocolos de sinalizao tm como objetivo iniciar, controlar e terminar as sesses multimdia. Os codecs e os protocolos de sinalizao VoIP so detalhados nas prximas sees.

2.1.1.1

CODEC

No envio de dados na comunicao VoIP a voz digitalizada e comprimida, para depois ser feito o encapsulamento em pacotes IP e o encaminhamento para o outro ponto da rede. No recebimento os pacotes so decodificados e descompactados, por fim, o udio ouvido. Para fazer esse processo de converso analgico para digital do som e a compactao e descompactao dos dados so utilizados os codecs, codificador/decodificador (KELLER, 2009, p. 20). Os codecs so modelos matemticos utilizados para fazer a digitalizao e compresso do som. Todo equipamento ou programa que utiliza VoIP tem pelo menos um codec, que deve ser previamente configurados tanto na origem quanto no destino para que seja possvel a realizao da comunicao. Existem vrios tipos de codecs, com necessidades distintas. As principais caractersticas dos codecs so: taxa de bits, que se refere a quantidade de bits por segundo necessria para entrega de um pacote de voz; e o MOS (Mean Opinion Score), padro mantido pelo ITU-T (International Telecommunication Union) que tem como objetivo a medio da qualidade do udio na viso do usurio. Os valores do MOS so obtidos de forma subjetiva, um grupo de pessoas ouvem um determinado codec e atribuem

16

uma nota de 1 a 5, sendo 1 pssimo e 5 excelente. Quando a qualidade do udio fica abaixo de 3,5 o udio considerado no aceitvel (DAVIDSON, 2008, p. 169). Os principais codecs de udio existentes so: G.711, G.729a, GSM e iLBC. Na Tabela 1 so exibidas as principais caractersticas destes codecs.

Tabela 1 - Principais codecs de udioCodec G.711 G.729 GSM Taxa de bits (Kbps) 64 8 13 Licena Livre? Sim No Sim MOS 4,3 3,7 3,8 Comentrios Baixo uso da CPU (baixa compresso) timo uso da Banda e qualidade de voz (alta compresso) Mesma codificao do celular / baixo uso da banda (compresso baixa/mdia) Resistente a perda de pacotes (compresso baixa/mdia)

iLBC

13.33/15

Sim

4,14

Outras caractersticas dos codecs devem ser consideradas no momento de escolher qual usar, como: intervalo de amostra, que define o intervalo de amostra que um codec opera; tamanho de amostra, que define a quantidade de bytes em cada intervalo de amostra; e tamanho e payload de voz, que representa quantos bytes so preenchidos em cada pacote (KELLER, 2009, p.23).

2.1.1.2

Protocolos de sinalizao VoIP

Os protocolos de sinalizao VoIP definem as regras para inicializao, estabelecimento e finalizao da comunicao multimdia. Segundo Dinau (2006, online), os protocolos de voz sobre IP devem ser responsveis, ainda, por especificar a codificao da voz, a configurao das chamadas, o transporte dos dados, a autenticao, a segurana, o cabealho e os mtodos utilizados na comunicao.

17

Para comunicao de voz sobre IP existem vrios protocolos de sinalizao, sendo que, independente da escolha do conjunto de protocolos a serem utilizados, estes devem ser capaz de controlar o fluxo de dados, fazendo o empacotamento e estabelecendo a sesso de comunicao. Os principais protocolos de sinalizao que podem ser utilizados em uma comunicao VoIP so SIP, H323, IAX, Skinny/SCCP e o UNISTIM (MEGGELEN, 2005, p.114). Os protocolos Skynny/SCCP e o UNISTIM so protocolos proprietrios para uso com equipamento dos fabricantes, o primeiro da Cisco e o segundo da Nortel.

SIP

O protocolo de Iniciao de sesso (SIP) um padro IETF (Fora Tarefa de Engenharia da Internet) definido pela RFC 2543, que utiliza duas portas de comunicao, a porta UDP 5060 para sinalizao e outra porta qualquer definida em tempo de execuo para o trfego de mdia. Souza (2003, online) afirma que "o SIP um protocolo de texto e baseia-se no modelo cliente/servidor: o cliente faz pedidos e o servidor retorna respostas aos pedidos do cliente. Desta forma, pode se utilizando o SIP fazer uma conexo fim-a-fim, sem a necessidade de um equipamento intermedirio. Ele se baseia em dois outros protocolos cliente/servidor, o SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) e no HTTP (HyperText Transfer Protocol). A facilidade do SIP em fazer a integrao com servios da Internet, a simplicidade, a flexibilidade, a segurana e a mobilidade, tm contribudo para o papel cada vez mais significante deste protocolo para a telefonia IP.

IAX

Protocolo criado pela empresa mantenedora do software de PABX Asterisk, o IAX (Inter Asterisk), possui o tratamento de fluxos de dados muito parecido com o SIP, a diferena que o IAX utiliza a porta UDP 4569 para o fluxo de sinalizao de canal (MEGGELEN, 2005, p. 110). O IAX foi criado para fazer comunicao entre servidores Asterisk e passou a ser utilizado para interligao de clientes. O IAX um protocolo aberto, porm ainda no um padro mantido por um rgo de padronizao o que no tem impedido o seu crescimento.

18

H.323

O H.323 um protocolo desenvolvido e mantido pelo ITU (MEGGELEN, 2005, p. 112). Entre os protocolos de sinalizao VoIP, o mais complexo no que tange a especificao. Esse protocolo usa portas TCP (Transport Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol) para iniciar e manter as comunicaes de voz, vdeo. Comparando com o SIP, o H.323 possui melhor suporte a videoconferncias com transmisso de dados, porm, o SIP tem um maior suporte a segurana. Os protocolos de sinalizao VoIP definem as regras para inicializao, estabelecimento e finalizao da comunicao multimdia. Segundo Dinau (2006, online), os protocolos de voz sobre IP devem ser responsveis, ainda, por especificar a codificao da voz, a configurao das chamadas, o transporte dos dados, a autenticao, a segurana, o cabealho e os mtodos utilizados na comunicao.

MGCP

Por fim, a comunicao VoIP de forma centralizada feita utilizando o MGCP (Protocolo de Mdia Gateway). O MGCP uma especificao do IETF, definido pela RFC 3435. O MGCP diferente do SIP, IAX e do H.323, no permite chamadas entre dois pontos sem o intermdio de um gateway. O que pode ser uma desvantagem em se tratando de ambiente VoIP no qual a mobilidade e essencial, porm, em um ambiente em que necessrio o controle centralizado do fluxo de dados de uma chamada, uma boa opo (MEGGELEN, 2005, p. 113). Para controle de reas que no so cobertas pelo protocolo de sinalizao, so utilizados outros protocolos. No transporte de mdias feita a utilizao do RTP (Real Time Protocol - Protocolo de Transporte de Tempo Real) e do RTCP (Real Time Control Protocol Protocolo de Controle em Tempo Real) (MEGGELEN, 2005, p. 111). O RTP utilizado para a entrega fim-a-fim, em tempo real, de udio interativo, vdeo e dados enquanto o RTCP monitora a entrega dos dados e faz o controle e identificao dos servios. Estes dois protocolos utilizam portas diferentes, por padro o RTP uma porta par, enquanto o RTCP uma porta mpar (DAVIDSON, 2008, p. 266).

Foram mostrados nesta seo os codecs e os protocolos de sinalizao utilizados em sesses multimdia, porm estes codecs e protocolos precisam de auxlio de outros protocolos

19

no processo de comunicao, protocolos estes que no foram abordados por no serem foco destes trabalhos.

2.1.1.3

Software e Hardware Envolvidos em uma comunicao VoIP

A forma mais simples de se ter uma comunicao usando VoIP feita utilizando dois computadores e um programa softphone, que um software que simula um telefone convencional para fazer a ligao entre dois usurios de uma rede. Nesse caso, a comunicao ser de VoIP para VoIP e a ligao pode ser feita com ou sem o uso de um servidor (TELECO, 2007, online). Outra forma de comunicao VoIP usar um computador ou telefone IP para se conectar a um telefone da rede de telefonia convencional. Neste caso, h a necessidade do uso de um Gateway, que faz a interligao entre as duas redes. O equipamento VoIP, registra-se neste gateway, que faz a ligao com a rede de telefonia convencional. Geralmente, tal ligao feita usando um servidor VoIP. Existem vrios aparelhos que podem ser utilizados para fazer-se uma comunicao de voz utilizando o protocolo IP. Os aparelhos utilizados em uma comunicao VoIP mais comuns so: computador: o computador usado como um telefone IP, apenas instalando um softphone, para isto necessrio um microfone, alto falantes ou fones de ouvidos. adaptador para Telefone analgico (ATA): um equipamento que converte um ramal IP para ser utilizado com um telefone analgico convencional. Este dispositivo conectado a rede IP e um telefone convencional conectado a ele para fazer ligaes. telefone IP: um telefone que possui todos os recursos necessrios para um servio VoIP. Para ser usado necessrio apenas conect-lo a um acesso de banda larga (rede IP), para fazer e receber ligaes do servio VoIP. softphone um programa para fazer a ligao em cada computador e que tenham os protocolos necessrios.

20

As Figuras 1, 2 e 3 demonstram as possibilidades de ligaes utilizando VoIP, entre dois computadores, entre dois telefones ou entre um computador e um telefone convencional.

Figura 1 - Chamada VoIP entre dois computadores (TELECO, 2007, online)

Para chamadas entre dois computadores, como mostra a Figura 1, necessrio apenas que dois computadores tenham um headphone, e um softphone instalados,

Figura 2 - Chamada VoIP de um computador para um telefone convencional (TELECO, 2007, online)

Usando o gateway, equipamento intermedirio entre a rede IP e a rede de telefonia convencional, um usurio pode receber e fazer ligao para telefones convencionais fixos ou mveis como mostra a Figura 2 .

21

Figura 3 - Chamada VoIP entre computador e telefone Convencional (TELECO, 2007, online)

Neste ltimo caso, um usurio pode fazer chamadas VoIP entre dois telefones, sendo que um destes sendo IP e o outro um telefone analgico da rede de telefonia convencional como mostra a Figura 3. A principal diferena aqui que pode fazer-se ligaes entre dois telefones de redes distintas.

2.1.2 Mensagens Instantneas e Presena

Segundo Harald (2002, online), mensagem instantnea e presena uma funo capaz de verificar se um determinado usurio est conectado em uma rede e estabelece uma comunicao enviando uma mensagem em tempo real para todos os contatos deste com a informao de presena, desta forma podero enviar mensagem em tempo real para o usurio conectado. O protocolo para mensagem instantnea e presena padronizado pelo IETF o XMPP (eXtensible Messaging and Presence Protocol). O XMPP baseado em XML (Extensible Markup Language) que tem como principal funcionalidade a facilidade de descrever dado e documento pela internet. Este protocolo oferece servios de mensagem instantnea com o modelo cliente servidor e no oferece a possibilidade de troca de udio e vdeo. Porm, este protocolo pode ser usado com algumas extenses que possibilitem a comunicao com voz e vdeo, alm de transferncia de arquivos (CASCARDO, 2005, online).

22

No XMPP, cada objeto recebe uma identificao nica, o Jabber IP (JID), esta identificao permite que mais de um servidor seja utilizado para a comunicao entre diversos usurios. Uma funcionalidade importante disponvel neste protocolo a comunicao multiusurio, em que um usurio pode conversar simultaneamente com mais de um usurio (CARCARDO, 2005, online). Desta forma, podem ser criadas salas com grupos de usurios, que podem ser usadas para reunio de qualquer tipo. A arquitetura para funcionamento do protocolo XMPP pode ser simples ou mista (JUNIOR, 2007, online): arquitetura simples: um servidor configurado com o protocolo e os clientes conectados a estes servidores podem trocar mensagens, sendo que esses clientes tm seu estado de presena informado pelo servidor, ou seja, o servidor recebe uma confirmao de status do usurio e informa a seus contatos este status. arquitetura mista: um servidor XMPP conecta-se a outro servio de mensagem instantnea como, por exemplo, yahoo menssenger, MSN menssenger, atravs de um gateway, assim, um cliente XMPP pode se

comunicar com clientes que usam outro servio com outro protocolo como se estivesse no mesmo servidor.

A Figura 4 exibe a arquitetura simples do XMPP.

Figura 4 - Arquitetura XMPP Simples

23

A Figura 4 apresenta a arquitetura mista, que representa a comunicao do servidor XMPP com outros servidores, que usam protocolo XMPP ou outro qualquer como, por exemplo, MSN, AIM e Yahoo! Messenger.

Figura 5 - Arquitetura XMPP Mista

Como mostra a Figura 5 em um ambiente misto, pode-se ter a comunicao entre dois clientes registrados em servidores distintos. 2.1.3 Correio Eletrnico

O correio eletrnico, ou e-mail, uma forma de comunicao textual baseada em redes de computadores, que simula o sistema postal para envio e recebimento de mensagens eletrnicas (KUROSE, 2006, p.84). A arquitetura bsica de um servio de correio eletrnico composta por agentes de usurios (MUA - Message User Agents), que so programas utilizados pelos usurios para a criao e recebimento de mensagens, e por um agente de transferncia de mensagens (MTA Message Transfer Agents), que tem a finalidade de encaminhar as mensagens da origem ao destino (TANEMBAUM, 2004, 736). Dois exemplos de MUA so o Thunderbird e o Evolution; e de MTA so o postfix e o sendmail. Um usurio utiliza o MUA para escrever sua mensagem e envia a mesma para o MTA, que verifica se o destinatrio est em sua base de dados, se no, o MTA reenvia a mensagem

24

para o MTA responsvel pelo destinatrio. A comunicao entre o dois MTAs feita atravs de uma sintaxe rgida com comando e respostas a tais comandos. Kurose (2006, p.87) observa a importncia do fato de que o protocolo utilizado para envio de mensagens de correio eletrnico no deve usar servidores intermedirios para o envio das mensagens, desta forma, no importa se um servidor est localizado de lados opostos do globo terrestre, a entrega feita diretamente de um servidor a outro. Por exemplo, uma mensagem enviada por um usurio de um servidor do Brasil para outro em um servidor localizado na frica do Sul entregue diretamente do servidor no Brasil para o servidor da frica do Sul sem intermedirios. O protocolo utilizado para envio das mensagens pelo correio eletrnico o SMTP (Simple Mail Transfer Protocol - Protocolo Simples de Transferncia de Mensagens), que utilizado tanto para envio de mensagens de um MUA para um MTA, quanto para o envio de mensagens entre dois servidores MTA. O SMTP tem como objetivo a transferncia de mensagens de forma confivel e eficiente. implementado para ser independente da camada de transporte. Alm do SMTP o correio eletrnico tambm utiliza outros trs protocolos. Para o acesso ao contedo do correio so utilizados outros protocolos. Os protocolos mais popularmente utilizados para acesso ao correio eletrnico so POP, o IMAP e o HTTP que so detalhados a seguir (KUROSE, 2006, p.92): POP3 (Post Office Protocol verso 3 - Protocolo de Agncia de Correio): com o protocolo POP3 um protocolo de simples implementao, que tem como principal funo, baixar as mensagens de um servidor e apagar mensagens marcadas para tal pelo usurio. IMAP (Internet Maill Acces Protocol - Protocolo de Acesso a Email na Internet): o IMAP mais complexo que o POP3, pois alm de poder baixar os email e apaga, pode se fazer sincronismo com as pastas locais e remotas, ou seja, um email associado a uma pasta no equipamento local do usurio tambm tem esta correspondncia no servidor. HTTP (Hypertext Transfer Protocol - Protocolo para Transferncia de Hypertextos): o HTTP pode ser utilizado tambm para a verificao do usurio, desta forma o navegador de internet do usurio passa a ser o agente de e-mail.

25

A Figura 6 ilustra o funcionamento bsico do servio de correio eletrnico.

Figura 6 - Funcionamento Bsico do correio eletrnico

Na seqncia exibida na Figura 6, um usurio faz a composio de uma mensagem usando o MUA Thunderbird e a envia para o destinatrio que verifica as mensagens no MUA Evolution. O MUA origem envia com o protocolo SMTP a mensagem para o MTA, este, ao verificar que o destinatrio no est em sua base, encaminha a mensagem para o MTA responsvel pelo destinatrio da mensagem, tambm usando o SMTP. Por fim, o destinatrio, utilizando o MUA Evolution, recebe a mensagem utilizando um dos protocolos a seguir IMAP, POP ou HTTP.

2.1.4 udio e Videoconferncia

udio e videoconferncia oferecem a possibilidade de discusso em grupos ou entre duas pessoas que podem estar em localizaes geogrficas diferentes, simulando uma comunicao entre pessoas que estejam em um mesmo local (CARNEIRO, 1999, online).

26

Em uma conferncia de udio, um grupo de pessoas est ligado a uma mesma conexo de udio, na qual, uns podem ouvir os outros e serem ouvidos. Para fazer uma conferncia de udio as pessoas envolvidas apenas ligam para um nmero especfico e se identificam no sistema de udio conferncia. Em udio ou videoconferncia IP, a empresa configura seu servidor para prover os servios, e os dados trafegam em uma rede de dado como a Internet. Em uma videoconferncia, alm da voz trafegam imagens, de forma que a interao entre os usurios mais interativa. Com o avano da informtica e a evoluo das redes de dados, criar e manter um ambiente para provimento de reunies com o auxlio de udio e vdeo tem sido comum nas organizaes. As conferncias passaram de um modelo no qual, usavam-se equipamentos e salas especiais, para um ambiente no qual os usurios podem usar seu desktop para fazer sua participao na reunio (CARNEIRO, 1999, online). Servios de udio e videoconferncias so oferecidos por operadoras de telecomunicaes. Porm, devido a necessidades de segurana e a necessidade de aparelhos especficos, no caso da videoconferncia, as empresas passaram a implantar estruturas prprias para prover esse tipo de servio para a realizao de reunies telepresenciais. Existem duas formas de videoconferncia: ponto-a-ponto, e multicast (CARNEIRO, 1999, online). Em uma conferncia ponto-a-ponto apenas dois usurios esto presentes e podem interagir simultaneamente. As conferncias multicast, para comunicao em grupo, podem ser de duas formas: "one way", em que o criador da conferncia envia o vdeo e o udio e os demais participantes assistem apresentao; e a conferncia em grupo, em que todos os usurios podem enviar vdeo e udio e a interao entre todos do grupo simultnea. Em um ambiente de UC, udio e videoconferncias so importantes por diminuir a locomoo das pessoas para reunies e melhorar a comunicao na medida em que pessoa em reas geogrficas diferentes podem se comunicar com voz e vdeo.

2.2

Qualidade de servios (QoS)

Com o aumento significativo de aplicaes sobre as redes de computadores e, conseqentemente, com o aumento no trfego de informaes, cresceu tambm os problemas

27

com atraso, perda de pacotes etc. As redes de computadores e a Internet usam por padro o protocolo IP para comunicao. Por ser baseado em pacotes, o IP faz a comunicao entre os computadores dividindo as informaes enviadas em pacotes que so recebidos e montados no destino. A forma com que estes pacotes trafegam pode permitir ou no que uma determinada aplicao seja utilizada com um determinado nvel de qualidade. Por isso, existe a necessidade de verificao de parmetros de qualidade de servios de cada aplicao e uma adaptao na rede para atend-los. Aplicaes tolerantes ao atraso no so prejudicadas quando h algum tipo de atraso nos pacotes, como o caso da navegao na Web. Ao solicitar o acesso a uma pgina usando o navegador de Internet feita uma solicitao na rede IP que seque o melhor esforo, ou seja, feita uma tentativa de entrega do pacote sem garantia de entrega da solicitao. Neste ambiente de melhor esforo, a falta de garantia na transferncia dos pacotes pode impedir que algumas aplicaes possam usar a rede e ter nveis mnimos de parmetros que permitam o seu uso adequado. Com o crescimento da utilizao de aplicaes que necessitam cada vez mais de recurso da rede, como transmisso de TV via Internet, videoconferncia e jogos online, surge necessidade de que as tecnologias de rede utilizadas possam diferenciar e priorizar o fluxo de dados e fazer a reserva de recursos necessrios para garantir a qualidade de servio. Algumas aplicaes necessitam que os dados transmitidos sejam tratados com parmetros especficos, como a videoconferncia e a voz sobre IP, que exigem menor atraso ou latncia e variao no atraso (jitter), bem como perdas mnimas e uma largura de banda especfica. Com a implantao de regras para que os pacotes de uma determinada aplicao tm um tratamento diferenciado obedecendo alguns parmetros pode-se obter qualidade de servios em uma rede IP para as diferentes aplicaes. Em um ambiente de comunicaes unificadas, que possui aplicaes de videoconferncia, voz sobre IP, servios de mensagem instantnea e de correio eletrnico, exigido um tratamento diferenciado dos fluxos de dados, visto que cada um dos servios oferecidos requer um tipo diferente de tratamento e priorizao para que o servio seja mantido com os parmetros mnimos de funcionamento do mesmo... As necessidades de algumas aplicaes em ter nveis mnimos de taxa de transferncia e perdas de pacotes, entre outros requisitos, podem ser atendidas com a implementao de qualidade de servio na rede.

28

Existem vrias definies para o termo qualidade de servios. O ISO (Instituto Internacional para padronizao) define qualidade de servios como sendo o efeito coletivo de desempenho que determina o grau de satisfao do usurio de um servio especfico (KAMIENSKI, 2000, online). Segundo Tanenbaum (2003, p.422), qualidade de servios a necessidade de manter parmetros mnimos para entrega de um servio por uma aplicao, diferenciando o tipo de trfego das diferentes aplicaes existentes em uma rede. A Figura 7 mostra o funcionamento de uma rede com garantia de qualidade de servios.

Figura 7 - QoS componentes bsicos (VISOLVE, 2006, online)

Como exibe a Figura 7, existem dois componentes bsicos para se criar um ambiente com garantia de qualidade de servios, os filtros responsveis por identificar os pacotes e as disciplinas de servios que fazem o tratamento de forma diferenciada de cada pacote de acordo com uma especificao de QoS. Os parmetros bsicos para especificao de qualidade de servios so: atraso, variao no atraso, largura de banda, perda de pacotes e a qualidade de voz e vdeo (MOS/VMOS), que so explicados nas sesses seguintes. Esses parmetros so usados como mtricas para a realizao de testes realizados com o objetivo de medir e analisar a qualidade de determinados servios/aplicaes.

29

2.2.1 Atraso

O atraso o tempo gasto pelo pacote, ou grupo de pacotes, para sair de um ponto de origem e chegar ao seu destino. Neste contexto tem-se: o atraso de transmisso, que corresponde ao tempo que um equipamento, como roteador, interface de rede etc., leva para transmitir um pacote para um enlace; o atraso de propagao, que referente ao tempo que um sinal eltrico gasta para percorrer o meio que est sendo utilizado; o atraso nas filas, que o tempo que os pacotes esperam nas filas de um dado equipamento para serem transmitidos ao enlace; e o atraso de processamento, que corresponde ao tempo consumido pelos equipamentos para examinar e encaminhar um pacote (FILHO, 2006, 15). O conjunto dos atrasos citados denominado atraso fim-a-fim. O atraso fim a fim a soma dos atrasos que podem ser sofridos por um pacote de sua origem ao seu destino. Aplicaes de tempo real como telefonia e videoconferncia, so mais sensveis ao atraso. Por exemplo, se alguns pacotes forem retardados em uma chamada telefnica, a ligao no ter a qualidade esperada. Em uma aplicao de telefonia o atraso de 150 milissegundos no percebido pelo ouvido humano, atraso entre 150 e 400 milissegundos pode ser aceitvel, j atraso acima de 400 milissegundos pode tornar a comunicao invivel (KUROSE, 2006, p.459), porm, o mesmo atraso em uma aplicao como correio eletrnico no diminui a qualidade do servio.

2.2.2 Variao no atraso (jitter)

Considerando uma rede de computadores, pode-se entender o jitter como sendo a variao no tempo e na seqncia de entrega das informaes (GOMES, 2005, p. 26). O jitter caracterizado pela quebra da seqncia no trfego dos pacotes, pois os mesmo podem seguir caminhos distintos na rede e, em cada roteador, o pacote deve esperar sua vez para ser processado, fazendo com que alguns pacotes no chegam ao destino na ordem de envio.

30

Aplicaes multimdia, como vdeo e voz, necessitam que os pacotes cheguem em ordem e em tempos definidos, exigindo um jitter mnimo para no sofrerem a degradao da comunicao. Servios de voz, vdeo e transaes crticas, para serem oferecidos com QoS, precisam que os problemas com a variao no atraso sejam resolvidos ou minimizados. O problema do jitter pode ser amenizado com a utilizao de um atraso de reproduo (KUROSE, 2006, p.460). Nesse caso, um atraso fixo ou adaptativo adicionado na reproduo do contedo. Para adio do atraso utilizada a tcnica de buffering, que consiste em retardar a reproduo das pores de udio/vdeo, agrupando os pacotes em um buffer antes da reproduo. O atraso deve ser suficientemente longo para que grande parte dos pacotes seja recebida antes do tempo de programado para iniciar reproduo pelo receptor. Assim, os pacotes so reproduzidos sem que a latncia degrade a comunicao.

2.2.3 Largura de banda (Vazo)

Segundo Silva (2004 p. 11), a largura de banda um termo utilizado para descrever a capacidade de transferncia de dados de uma determinada aplicao em uma unidade de tempo. Fazendo uma analogia com encanamento de gua, pode-se dizer que largura de banda corresponde a largura do cano para a passagem de uma quantidade pr-determinada de gua. Em uma rede IP a largura de banda corresponde ao nmero de bits que podem ser transmitidos por segundo. O bit (binary digit - digito binrio) neste contexto a menos unidade de informao transmitida, desta forma, a medio da vazo ou bitrate feita em bits por segundo (bps). Quantidades mltiplas de 1024 recebem na nomenclatura o acrscimo de uma letra que corresponde ao valor. Por exemplo, 1024 bps nomeado como 1 kbps e assim por diante. Algumas aplicaes no necessitam de qualidade de servios, porm, todas necessitam de uma largura de banda especfica, por isso, este o parmetro mais bsico na especificao de QoS (MARTINS, 1999, p. 8). Dessa forma, para fornecer qualidade de servios deve-se garantir uma largura de banda mnima para o fluxo de dados da aplicao, que deve ser prconfigurada na rede. Na Tabela 2 so listadas algumas aplicaes e a largura de banda requerida por estas.

31

Tabela 2 - Aplicaes x Largura de banda (MARTINS, 1999, p. 9)Aplicao Aplicaes Transacionais Voz Aplicaes Web (www) Vdeo (Streaming) Vdeo MPEG Aplicao imagens mdicas Aplicao Realidade Virtual Vazo (Tpica) 1 kbps a 50 kbps 10 kbps a 120 kbps 10 kbps a 500 kbps 100 kbps a 1 Mbps 1Mbps a 10 Mbps 10 Mbps a 100 Mbps 80 Mbps a 150 Mbps

Em uma aplicao de voz que requeira uma largura de banda de 120 Kbps, se em algum momento a vazo disponvel para este fluxo for menor que os 120 kpbs demandados, como em casos de congestionamento, a comunicao ser degradada ou at impossibilitada. Por isso, para garantir qualidade de servios a uma determinada aplicao, necessria a garantia de largura de banda mnima.

2.2.4 Perda de Pacotes

Um pacote pode ser enviado e no ser recebido por um destinatrio, quando isto ocorre diz-se que houve a perda do pacote. A quantidade de pacotes perdidos tende a aumentar conforme o aumento do trfego na rede, sendo que a maioria das perdas ocorre em ns congestionados (KUROSE, 2006, p. 32). A perda de pacotes afeta diretamente as aplicaes na rede e deve ser considerada quando se pensa em implantar QoS pois, tais perdas podem inviabilizar a utilizao de algumas aplicaes sensveis a perda de pacotes. Pacotes podem ser perdidos em vrias situaes, as principais so (FILHO, 2006, p. 18): perdas devido s filas dos roteadores estarem cheias: quando a fila de um roteador enche, os pacotes encaminhados para o mesmo so descartados.

32

falhas em algum enlace no trajeto do pacote: com a queda de um enlace, pacotes que estavam sendo transmitidos so perdidos. encaminhamento errado por um n da rede. erro de transmisso, que podem ocasionar perda de pacotes.

As perdas de pacotes so problemticas principalmente para aplicaes em tempo real, como o caso da voz sobre IP e da videoconferncia, por exemplo, perdas de pacotes de voz digitalizada podem tornar a comunicao invivel. Por isso, existe a necessidade de definio e garantia de perdas mnimas para cada tipo de aplicao. A Tabela 3 mostra a relao de sensibilidade de alguns servios quanto aos parmetros de qualidade de servios, nota-se que diferentes aplicaes requerem diferentes nveis dos parmetros de QoS. A voz, por exemplo, requer uma largura de banda (vazo) muito baixa, porm, muito sensvel ao atraso e a variao do atraso, j o correio eletrnico mais sensvel a perdas e menos sensvel a latncia e ao jitter.

Tabela 3 - Aplicaes x Sensibilidade ao Parmetro de QoS (SILVA, 2004, p. 10)Tipo de Trfego Voz Comrcio Eletrnico Transaes Correio Eletrnico Acesso Remoto (Telnet) Navegao Web Casual Navegao Web Crtica Transferncia de Arquivos Videoconferncias Multicast Vazo Muita Baixa Baixa Baixa Baixa Baixa Baixa Mdia Alta Alta Alta Perdas Mdia Alta Alta Alta Alta Mdia Alta Mdia Mdia Alta Latncia Alta Alta Alta Baixa Mdia Mdia Alta Baixa Alta Alta Jitter Alta Baixa Baixa Baixo Baixa Baixa Baixa Baixa Alta Alta

33

Na seo seguinte so apresentadas algumas alternativas tcnicas para implantao de qualidade de servios em uma rede IP.

2.2.5 Qualidade de Voz - MOS, e vdeo VMOS.

O MOS (Mean Opinion Score) e o VMOS (Video Mean Opinion Score) so padres de verificao de qualidade de udio e vdeo respectivamente, baseados em uma opinio subjetiva dos ouvintes ou visualizadores do vdeo. Os valores de MOS/VMOS so obtidos de forma subjetiva, em que atribuda uma nota de 1 a 5, sendo 1 para pssimo, nestes caso a comunicao invivel, e 5 excelente quase como a comunicao face face. As outras opes so 2 para muito ruim, comunicao ou visualizao tambm impossvel, 3 para razovel e 4 para bom, com imperfeies perceptveis porm, sem atrapalhar o udio ou vdeo (DAVIDSON, 2008, p.169).

2.2.6 Alternativas tcnicas para implantao de QoS em rede IP

Existem vrias alternativas para implantao de qualidade de servios em redes IP. A escolha da alternativa a ser implantada deve considerar a situao em que a qualidade de servios requerida, como, por exemplo, nos perodos de pico de trfego, quando a rede enfrenta situaes de congestionamento e de carga muito elevada (MARTINS, 1999, p.14). Nesses casos, o mecanismo de qualidade de servios ser definido visando solucionar problemas como a alocao de recursos, a seleo de trfego de pacotes, a priorizao de pacotes e o descarte de pacotes. Das alternativas disponveis, duas so considerada para uso em qualquer rede baseada em IP, o IntServ e o DiffServ. O Intserv baseado em reserva de recursos e o Diffserv baseado em diferenciao de fluxos baseado no campo TOS (Type of Service - Tipo de

34

Servio) dos pacotes IP. Nos itens que segue, sero apresentadas as duas arquiteturas e suas caractersticas.

2.2.6.1

Arquitetura IntServ

Nesta arquitetura, os recursos so previamente reservados por uma aplicao antes do envio dos dados, esta reserva feita atravs do protocolo de sinalizao RSVP (Resource Reservation Protocol - Protocolo de Reserva de Recursos) (MARTINS, 1999, p.15). O RSVP um protocolo de sinalizao que tem suas funcionalidades sobre o trfego de pacotes numa rede. Alm da definio de como as aplicaes solicitam sua necessidade de QoS rede, outro aspecto operacional da arquitetura IntServ como os elementos da rede (roteadores, switch etc) procedero para que seja garantida a qualidade de servio solicitada, que so detalhadas em vrias recomendaes RFCs (Request for Comment - Requisies de Comentrios) produzidas pelo IETF(MARTINS, 1999, p.15). A arquitetura IntServ garante qualidade de servios a fluxos individuas devido a sua capacidade de requisitar reserva de recursos por fluxo. Porm, a reserva de recurso por fluxo causa algumas dificuldades na implantao e manuteno de tal arquitetura. Kurose (2006, p.493) aponta duas dificuldades presentes na arquitetura IntServ associadas ao modelo de reserva de recursos por fluxo, que so a escalabilidade e a definio de modelos de servios flexveis. Na reserva de recurso por fluxo exige-se que um roteador seja utilizado para processar tal reserva de modo que possa ser mantido o estado de cada fluxo que passa pelo roteador. Em uma rede de grande porte pode haver uma sobrecarga no roteador que executa, tambm, esta funo. Por isso, a dificuldade em escalabilidade presente nesta arquitetura. Alm disso, Kurose (2006, p.494) afirma que, pelo fato da arquitetura IntServ atender apenas um pequeno nmero de classes de servios preestabelecidas, no seria possvel definies mais qualitativas ou relativas entre as classes como, por exemplo: "o servio de classe A receber tratamento preferencial em relao ao servio de classe B", o que seria mais prximo da nossa idia intuitiva de diferenciao de servios. Desta forma, fica caracterizada a dificuldade de definio de modelos de servios flexveis na arquitetura IntServ.

35

Essas dificuldades levaram a criao da arquitetura Diffserv, que tem como objetivo prove diferenciao de servios escalvel e flexvel. Por isso, neste trabalho ser utilizada tal arquitetura para implantao da qualidade de servios no o ambiente proposto, pois em um ambiente de comunicaes unificadas, a escalabilidade e flexibilidade, so essenciais, devido aos vrios servios disponibilizados nesta arquitetura. Assim, a seo a seguir apresenta a arquitetura DiffServ com mais detalhes.

2.2.7 Arquitetura DiffServ

A arquitetura DiffServ tem como principal motivao a implementao de diferenciao para agregados de trfego de forma flexvel e escalvel em redes IP. Agregados de trfego so agrupamentos de pacotes que possuem um cdigo que os identifica. Na arquitetura DiffServ este cdigo o DSCP (Differentiated Service Code Point), de forma que os pacotes so categorizados e classificados atravs da marcao do DSCP no campo DS (Differentiated Service) (FILHO, 2006, p.31). No cabealho de um pacote IP, o campo ToS (Type of Service - Tipo de Servio), no caso do IPv4, ou o campo CoS (Class of Service - Casse de Servio), no caso do IPv6, utilizado para marcao DS, sendo que os pacotes que possuem as mesmas marcaes DS so tratados da mesma forma em todos os ns da rede, em um ambiente DiffServ. O DSCP um cdigo de 6 bits utilizado para marcar os pacotes de modo que os mesmos possam ter um comportamento diferenciado na rede. Os trs primeiros bits do DSCP correspondem a precedncia IP, os trs seguintes so utilizados para marcao DS para diferenciao dos servios e os dois ltimos bits so utilizado para controle de rede. Na Figura 8, mostrado, com um corte no cabealho IP, o campo DSCP

36

Figura 8 - Campo TOS no pacote IP

Os bits de precedncia permitem que um roteador faa o agrupamento de fluxos de trfego baseados nas oito diferentes classificaes possveis neste campo (DAVIDSON, 2008, p. 194). A precedncia IP est padronizada e corresponde ao nvel de prioridade dos pacotes. Na Tabela 4 esto listados os valores de IP precedncia, quanto maior o valor em que o pacote estiver classificado maior ser o nvel de prioridade no tratamento e alocao de recursos da rede. Tabela 4 -: Bits de Precedncia (SILVA, 2004, p. 24)Valor 0 1 2 3 4 5 6 7 Bits 000 001 010 011 100 101 110 111 Descrio Precedncia Padro (Rotina) Precedncia Prioridade Precedncia Prioridade Imediata Precedncia Relmpago (Flash) Precedncia Super Relmpago Precedncia Crtica Precedncia Controle Inter-Redes (Internetwork Control) Precedncia Controle de Rede

Os pacotes marcados com um determinado DSCP, devem ter um comportamento diferenciado na rede. O comportamento destes pacotes dentro de um domnio DS chamado de PHB (Per Hop Behavior - Comportamento por Salto). Nos prximos itens, so descritos alguns aspectos tcnicos que so relevantes na implantao de um domnio DiffServ

37

2.2.7.1

Comportamento por Salto (Per Hop Behavior - PHB)

O Per Hop Behavior (PHB) define o comportamento que determinados pacotes devem ter na rede de acordo com um DSCP especfico em um domnio DS. O PHB padro definido pelo valor 000 000 no DS, que corresponde ao servio de melhor esforo (best effort). Desta forma, assegurado o roteamento pelos roteadores que no so configurados para o domnio DiffServ (FILHO, 2006, p.35). O PHB definido conforme as necessidades de trfego e de acordo com as funes dos servios contratados, um servio define as caractersticas necessrias para cada pacote transmitido na rede, para isso, podem requerer largura de banda e buffer e a definio de algumas caractersticas de trfego como perdas, atraso e jitter (SILVA, 2004, p. 19). O IETF, atravs da RFC 2744, define mais dois padres de PHB, alm do comportamento padro de melhor esforo. O encaminhamento expresso (Expedited Forwarding - EF - Repasse Acelerado) e o encaminhamento assegurado (Assured Forwarding - AF - Envio Assegurado). O PHB de encaminhamento expresso (PHB-EF) utilizado para assegurar baixa perda, baixo atraso, baixa variao no atraso (jitter) e garantia mnima de banda. Aplicaes que exigem esses parmetros para funcionar adequadamente, como VoIP e videoconferncia, costumam utilizar este tipo de PHB (FILHO, 2006, p. 35). O PHB-EF especifica que a taxa de envio de uma determinada classe pelo roteador deve ser igual ou maior que a taxa configurada, de maneira que durante qualquer intervalo de tempo de que esta classe tenha assegurada uma banda mnima para sua taxa de transmisso. Outra implicao que um isolamento deve ser definido entre as classes de trfego para que esta taxa de mnima seja mantida mesmo que as demais classes estejam sobrecarregadas. O PHB de encaminhamento assegurado (PHB-AF) se divide em quatro grupos, chamados de classes. Cada classe pode ter trs nveis de precedncia de descarte e tem um tratamento preferencial sobre outras classes. A precedncia de descarte corresponde a seqncia das classes que tero pacotes descartados quando houver congestionamento na rede. Desta forma o PHB-AF permite que diferentes classes possam ter diferentes nveis de servios para os vrios agregados de trfego. A Figura 9 relaciona as classes de servios DiffServ a seu respectivos DSCP.

38

Figura 9 - Classes DiffServ e seus respectivos cdigos DSCP

Nos valores DSCP, representados na Figura 9, os trs primeiros dgitos correspondem a precedncia de descarte para casos de congestionamento na rede e os trs ltimos dgitos representam a classe, ou seja, o nvel de prioridade de tratamento dos pacotes. Por exemplo, na classe 1, os valores 001010(AF11) correspondem a classe com maior prioridade e o menor nvel de precedncia de descarte, j os valores 100110(AF43) corresponde a classe 4 o que equivale menor prioridade e maior precedncia de descarte do PHB-AF. Quando houver congestionamento, os primeiro pacotes a serem descartados so os da classe AFx3, em seguida os da classe AFx2 e, por fim, os da classe AFx1 (FILHO, 2006, p.36). A precedncia de descarte utilizada para penalizar fluxos dentro de um mesmo agregado de trfego que excedam parmetros estabelecidos classe. So necessrias funes de roteamento configuradas em cada n DS para que o mesmo comportamento seja assegurado em todos os ns do domnio DiffServ, de maneira que os pacotes marcados com um determinado DSCP tenham o mesmo comportamento na rede. A seo a seguir apresenta as funes de roteamento necessrias para a garantia de qualidade de servios em um ambiente IP.

2.2.8 Funes de roteamento para garantia de qualidade de servios

O condicionamento do trfego requerido para que seja fornecida qualidade de servios em um ambiente DiffServ inclui as seguintes funes de roteamento: classificao, marcao, policiamento, suavizao e escalonamento de filas (FILHO, 2006, p.20). A Figura 10

39

demonstra as funcionalidades necessrias para a implantao de qualidade de servios nos roteadores, em seguida cada uma delas ser explicada cada uma delas.

Figura 10 - Funes de Roteamento para garantia de qualidade de servios

Com a funo de classificao, um roteador faz a distino dos pacotes pertencentes a diferentes classes de trfego (KUROSE, 2006, p. 482). Na classificao, o roteador examina o cabealho dos pacotes, seguindo alguns critrios como, por exemplo, nmero da porta, endereo de origem etc. Com o objetivo de identificar o fluxo ou servio a qual os pacotes pertencem. Esta identificao permite que possa ser tomada uma ao previamente estabelecida, tornando possvel uma modificao no comportamento dos pacotes. Um exemplo da utilizao de classificao, descrito por Filho (2006, p. 21), que dois pacotes ao chegarem fila do roteador, um de vdeo e outro de FTP, o primeiro sensvel e o ltimo tolerante ao atraso, teriam que ser diferenciados pelo roteador de forma que um tratamento diferenciado possa ser dado a cada um com relao ao atraso. J a marcao, dos pacotes que podem ser feitas antes ou depois da entrada no domnio DS, distingue os pacotes de maneira que uma classificao dos mesmos possa ser feita. importante ressaltar que apenas a marcao dos pacotes no define um comportamento para o trfego do mesmo, e sim a configurao prvia da rede para tratar os pacotes com esta marcao. Classificao e marcao so funes que esto intrinsecamente associadas, para que os pacotes sejam marcados, uma distino prvia dos mesmos deve ser feita pelo roteador. As funes de classificao e marcao so definidas de acordo com a estratgia de qualidade de servios utilizada (FILHO, 2006, p.21). Na arquitetura DiffServ os pacotes classificados so marcados com a alterao do campo ToS (Type of Service) do cabealho IP com o cdigo

40

DSCP. Desta forma, os pacotes so tratados de forma diferenciada pelo roteador, de acordo com as classes de trfego. Aps a marcao, os pacotes so submetidos ao policiamento ou a suavizao de trfego. O primeiro consiste em um conjunto de regras associadas a servios e descreve condies que devem ser satisfeitas para que uma ao seja tomada. O segundo fornece um mecanismo para controle do trfego injetado na rede, esta tem a funo de regular os fluxos da rede (FILHO, 2006, p.22). O policiamento, neste contexto, monitora o trfego da rede e verifica se o mesmo est em conformidade com contratos de nveis de servios. O contrato de nvel de servios (Service Level Agrement - SLA) estabelece um conjunto mnimo de parmetros de QoS para um determinado servio(COSTA, 2008, 12). Os pacotes fora deste acordo so processados conforme regra de policiamento definida e o que esto dentro do acorda devem obedecer ao conjunto de regras estabelecido no mesmo. Um exemplo de policiamento a marcao de pacotes que esto fora do acordo para descarte, a condio aqui seria pacotes fora da taxa acordada para o servio e a ao marcao para descarte (FILHO, 2006, p.22). A suavizao de trfego um mecanismo utilizado para controle do volume do trfego na rede. Os fluxos encaminhados na rede podem ser superiores ao trfego permitido para o mesmo, desta forma, se nenhuma ao for tomada tal fluxo poderia sobrecarregar a rede. Por isso, importante o uso da suavizao para controlar o fluxo na rede. Kurose (2006, p. 489) aponta trs diferentes critrios para regulao do trfego: a taxa mdia na qual pode se limitar a taxa mdia de encaminhamento de um determinado fluxo por um perodo de tempo; taxa de pico em que alm de limitao da taxa mdia pode se tambm determinar um valor mximo para envio dos pacotes de um fluxo; tamanho da rajada que limita o tamanho mximo de pacotes que podem ser enviados para dentro da rede durante um intervalo de tempo.

Por fim, aps o processamento, os pacotes so repassados atravs de filas de sada. Nestas filas, os pacotes aguardam at que chegue a vez de serem transmitidos. A maneira pela qual estes pacotes so selecionados para envio conhecido como escalonamento de filas (FILHO, 2006, p. 24). As filas tm o objetivo de prover mecanismos de escalonamento nos roteadores de maneiro que se possa compartilha banda de uma forma justa, garantir parmetros de qualidade

41

de servios como atraso, variao no atraso e largura de banda especfica. Existem vrios algoritmos de escalonamento de filas, tambm chamados de disciplinas de escalonamento de enlace (KUROSE, 2006, p. 485). As principais disciplinas de escalonamento so FIFO (First In First Out - Primeiro a Entra - Primeiro a Sair), PQ (Priority Queueing - Enfileiramento Prioritrio), CBQ (Class Based Queueing - Enfileiramento Baseado em Classes) e o WFQ (Weighted Fair Queueing - Enfileiramento Justo Ponderado).

2.2.8.1

Primeiro a Entrar - Primeiro a Sair/ First In First Out (FIFO)

Nas filas do tipo FIFO os pacotes so encaminhados na ordem de chegada, o primeiro a chegar o primeiro a sair. Neste tipo de fila no h uma deciso sobre prioridade dos pacotes, a sua ordem de chegada que determina a distribuio dos recursos como largura de banda, atraso etc (SILVA, 2004, p.25). A Figura 11 demonstra o funcionamento de disciplina de escalonamento FIFO.

Figura 11 - FIFO - Primeiro a entrar, Primeiro a Sair.

A disciplina de enfileiramento FIFO foi muito utilizada para roteamento, porm, atualmente, com o aumento de servios fornecidos, as redes necessitam de algoritmos com um maior nvel de sofisticao. Nesta disciplina, como a ordem de chegada dos pacotes que determina a largura de banda e o tempo que os mesmos ficaro na fila, no h como ser garantida a qualidade dos servios, pois a latncia e o fluxo dos pacotes dependero do tamanho da fila. Alm dos problemas citados, nas filas que usam esta disciplina os pacotes so descartados quando as

42

filas esto cheias. Com isso, a FIFO mesmo sendo uma das disciplinas que fazem um tratamento justo aos pacotes no cumpre as exigncias dos ns servios sobre a rede IP.

2.2.8.2

Enfileiramento Prioritrio / Priority Queueing (PQ)

Nas filas PQ os pacotes so classificados e encaminhados de acordo com um nvel preestabelecido de prioridade, de forma que os com maior prioridade so atendidos primeiro e em seguida os com prioridade menor. A classificao dos pacotes em um domnio DiffServ feita utilizando o campo ToS no IPv4 e CoS no IPv6 (KUROSE, 2006, p.486). Deve-se tomar cuidado ao utilizar o enfileiramento prioritrio, pois o mesmo pode postergar de forma indefinida o envio de pacotes na rede, visto que, enquanto tiver pacotes com maior prioridade sendo transmitidos, os com menor prioridade ficam aguardando, e ainda como os que ficam aguardando no buffer enquanto os de maior prioridade so atendidos os de menor prioridade que chegam so descartados, aumentando a latncia e a perda de pacotes.

2.2.8.3

Enfileiramento Baseado em Classes / Class Based Queueing (CBQ)

O CBQ uma variao do enfileiramento prioritrio em que so criadas vrias filas, nas quais, pode-se personalizar a prioridade e a largura de banda. Desta forma, cada tipo de trfego pode ter uma largura de banda definida e uma prioridade especfica (SILVA, 2004, p.31). Outro ponto importante desta disciplina que o atendimento das filas de forma cclica, ou seja, um pacote de classe 1 transmitido, em seguida um de classe 2 e assim por diante, ao chegar ao final da fila volta a enviar outro pacote com prioridade 1 (KUROSE, 2006, p. 488). A Figura 12 ilustra o processo feito pela disciplina de escalonamento CBQ.

43

Figura 12 - Algoritmo de Escalonamento CBQ

Na disciplina de enfileiramento baseado em classes, como o trfego categorizado e classificado e, em seguida, enfileirado em diversas filas que so atendidas de forma cclica, tem-se uma diminuio da latncia e a diminuio da possibilidade de haver escassez de buffer.

2.2.8.4

Enfileiramento Justo Ponderado / Weighted Fair Queueing (WFQ)

No WFQ, os pacotes so classificados e enfileirados por classes. Como acontece no CBQ, o atendimento das filas se d de forma cclica, ou seja, um pacote de cada fila enviado por vez, iniciando pelo de maior prioridade. A diferena entre o CBQ e WFQ o fato de cada classe poder receber uma quantidade de servios diferentes a qualquer intervalo de tempo (KUROSE, 2006, p. 488). A Figura 13 ilustra o processo da disciplina de enfileiramento ponderado.

Figura 13 - Algoritmo de Escalonamento WFQ

A cada classe i no WFQ atribudo um valor wi o enfileiramento justo ponderado garante que, em cada intervalo de tempo no qual houver pacotes da classe i a ser transmitido, e classe receber uma frao de servio de acordo com a Equao 1:

44

Equao (1)

Na qual o denominador a soma de todas as classes que tambm tenham pacotes na fila para transmisso. Desta forma mesmo com o pior caso, mesmo com todas as classes tendo pacotes na fila, a classe i ter uma garantia de uma frao de acordo com a Equao 1 da largura de banda. Sendo assim, um enlace com transmisso R, a classe i, conseguir sempre uma largura de banda mnima de um valor resultante da Equao 2 (KUROSE, 2006, p. 488).

Equao (2)

As duas principais alternativas tcnicas para implantao de QoS em rede IP, que esto sendo consideradas pelo IETF (Internet Engineering Task Force), so as arquiteturas IntServ e a DiffServ (MARTINS, 1999, p.16). O IntServ (Integrated Services - Servios Integrados) garante a qualidade de servios atravs de um mecanismo de reserva de recursos na rede. O DiffServ (Differentiated Services Servios Diferenciados) prov garantia de servios atravs de mecanismos de priorizao de pacotes na rede, nesta arquitetura no h uma reserva de recurso e sim uma classificao dos pacotes. Na seo seguinte, sero apresentados recursos existentes no ambiente operacional GNU\Linux, que sero utilizados neste trabalho para a implantao de qualidade de servios em um ambiente de comunicaes unificadas (UC

2.2.9 Roteamento e QoS no GNU\Linux

O GNU\Linux um sistema operacional multitarefa, multiusurio e de distribuio livre (FILHO, 2006, p.37). O GNU\Linux um sistema operacional, distribudo pela a licena GPL

45

(General Puclic Licence), est licena permite que qualquer usurio ou empresa em posse deste sistema faa cpias, modificaes em seu cdigo e o redistribua livremente contato apenas que a redistribuio tambm seja feita para GPL e as liberdades desta forma, possam ser asseguradas. Esta liberdade no uso do GNU\Linux tem o feito evoluir muito rapidamente no que tange ao conjunto de funcionalidades disponveis no sistema e um conjunto muito grande de ferramentas que so constantemente aprimoradas fora criado ao longo de sua existncia. Como o GNU\Linux pode ser utilizado como roteador e possui todas as funcionalidades necessrias a ser implantadas para suportar qualidade de servios em uma rede IP usando a arquitetura DiffServ, o mesmo foi escolhida a ser utilizado na rede implantada para realizao dos testes de qualidade de servios no ambiente de comunicaes unificadas.

2.2.9.1

Controle de trfego e QoS usando o GNU\Linux

Controle de trfego o nome dado ao conjunto de funcionalidade de uma rede com objetivo de controlar o fluxo de pacotes, decidindo quais sero encaminhados, descartados, priorizados e qual a taxa de transmisso de cada pacote. O controle de trfego foi implantado no GNU\Linux partir do FIFO (First In First Out - Primeiro a Entra - Primeiro a Sair), PQ (Priority Queueing - Enfileiramento Prioritrio), CBQ (Class Based Queueing Enfileiramento Baseado em Classes) e o WFQ (Weighted Fair Queueing - Enfileiramento Justo Ponderado) (FILHO, 2006, p. 38). Em sua configurao padro o controle de trfego no GNU\Linux trabalha com uma fila simples e o escalonamento usando a disciplina FIFO. O controle de trfego baseado em 4 conceitos principais, disciplina de servio, classe, filtro e policiadores. Para melhor entendimento os princpios bsicos sero detalhados a seguir (SOARES, online): disciplina de servio: usada para gerenciamento das filhas de trfego, estas disciplinas podem possuir algoritmos de escalonamento como CBQ por exemplo. Pode ainda apenas fazer a marcao ou remarcao dos pacotes como a dsmark.

46

classe: um n na hierarquia de controle de trfego, ela no faz o gerenciamento das filas. Para este fim, ela utiliza uma disciplina de servio. filtro: a forma pela qual um pacote atribudo a uma classe. Cada disciplina ou classe possui uma lista de filtros aos quais se aplicam as suas prioridades. policiadores: os policiadores so responsveis pelas aes tomadas quando um pacote chega ao roteador. Vrias aes so possveis, dependendo a arquitetura de controle de trfego no GNU\Linux Demonstra-se a tal arquitetura na Figura 14.

Figura 14 - Arquitetura de controle de trfego no GNU\Linux

A ferramenta de controle de trfego e configurao de QoS no GNU\Linux a TC (Trffic Control), que faz parte do pacote Iproute2, utilizado para configurao de parmetros de rede no GNU\Linux. Essa configurao pode ser feita por meio da combinao de diversos parmetros como seleo das interfaces a serem utilizadas, seleo dos campos a serem marcado para identificao das classes e configurao das disciplinas a serem utilizadas para controle de trfego.

47

3

TRABALHOS RELACIONADOS

Nesta seo so apresentados dois trabalhos relacionados ao tema deste aqui apresentado, que foram estudados com o objetivo de auxlio na compreenso do funcionamento da garantia de QoS e na definio dos testes a serem realizados no trabalho. Este trabalho e os relacionados tm objetivos distintos, mas possuem um foco semelhante. Foram encontrados vrios outros trabalhos relacionados QoS em redes IP, porm, os dois abordados aqui se assemelham mais a este projeto e apresentaram resultados de maior relevncia. Os trabalhos apresentados so: "Tecnologias DiffServ como suporte para a qualidade de servios (QoS) de aplicaes multimdia - aspectos de configurao e integrao", dissertao apresentada Universidade Salvador para obteno de ttulo de mestre por Jorge Lima de Oliveira Filho; e "Anlise de qualidade de Servios em Redes Corporativa, dissertao apresentada ao Instituto de Computao UNICAM para obteno do ttulo de mestre por Dinalton Jos da Silva.

3.1

Tecnologias DiffServ como suporte para a qualidade de servios (QoS) de

aplicaes multimdia - aspectos de configurao e integrao.

O trabalho Tecnologias DiffServ como suporte para a qualidade de servios (QoS) de aplicaes multimdia - aspectos de configurao e integrao foi realizado com o objetivo de especificao, desenvolvimento, implantao e validao de um prottipo experimental, utilizando a arquitetura DiffServ para a verificao de problemas de QoS em rede IP. O prottipo implantado teve como objetivo simular um experimento de telemedicina. No trabalho de Filho (2006, online) so apresentados os princpios bsicos, parmetros e definio de qualidade de servios. O autor apresenta a arquitetura DiffServ e suas especificidades, em seguida apresenta detalhes, apresenta ainda, um cenrios com aplicaes

48

multimdias no qual foram feitos os testes, por fim, so feitas 12 campanhas de medio em cenrios de testes distintos. O ambiente produzido uma rede prottipo experimental que simula o projeto Infravida, criado no intuito de prover sistema de telemedicina com udio e videoconferncia. Filho (2006, p.12) apresenta os requisitos de QoS do projeto Infravida e, em seguida, os requisitos para criao dos cenrios de testes. Finalmente, foi efetuado teste na rede prottipo experimental para os cenrios descritos. As medies so feitas com base em quatro parmetros de QoS, a saber: vazo, Atraso, Variao no Atraso e Perda de pacotes. So utilizados cenrios com duas disciplinas de escalonamento, a CBQ e a HTB. Em seu trabalho, baseado nos resultados dos testes, Filho (2006, p.112) concluiu que a disciplina CBQ atendeu de forma satisfatria os requisitos da rede utilizada para os testes. Com a simulao do trfego de um ambiente multimdia de telemedicina, o trabalho realizado por Filho (2006, online) demonstrou algumas caractersticas importantes das duas disciplinas utilizadas para se obter qualidade de servios em um ambiente com diversas aplicaes, cada uma com as suas especificidades. Em um outro ambiente, com um conjunto distinto de aplicaes do estudo por filho, este trabalho procurou verificar o comportamento de diversas aplicaes em um ambiente sem as configuraes para garantia de QoS, e um outro utilizando a disciplina CBQ.

3.2

Anlise de qualidade de Servios em Redes Corporativa

O trabalho Anlise de qualidade de Servios em Redes Corporativa foi realizado com o objetivo de analisar os modelos de QoS, e a sua aplicabilidade em redes corporativas, para isso so analisados os modelos para aplicaes de redes corporativas. Silva (2004, online), neste trabalho, faz um breve histrico sobre qualidade de servios, em seguida apresenta a arquitetura DiffServ e suas especificidades, depois detalha os experimentos e testes para redes corporativas propostos em seu trabalho. Foram realizados testes com quatro disciplinas de escalonamento, a saber: Melhor Esforo (Best Effort), Fila de Prioridade (Priority Queue), Fila Customizada (Custum Queue)

49

e Fila Baseada no Peso (Weight Fair Queue). Segundo o autor, os resultados dos testes podem auxiliar na escolha de que mtodo aplicar em determinadas redes corporativas. Em sua dissertao, o autor comprovou as funcionalidades e benefcios do uso de QoS, bem como demonstrou, por meio de testes prticos, as vantagens que se podem ter com cada um dos modelos de QoS testados. O autor conclui seu trabalho discorrendo sobre cada um dos modelos estudados, o de melhor esforo, primeiro estudado o modelo mais utilizado porem no atende aos nveis de exigncia necessrio para comunicaes e outras aplicaes, quanto ao modelo de prioridade, eficiente por fazer a diviso do trfego por prioridade, porm deve ser utilizado de forma criteriosa, as filas customizadas, ainda segundo Silva (2004, online), se aproxima de um modelo mais justo por possuir algoritmos que podem definir uma largura de banda e priorizao para pacotes,, o modelo de fila justa baseado em peso, neste modelo, o trfego compartilhado e no h o problema de um servio ser totalmente bloqueado, por fim, feita a anlise em uma variao do modelo de fila justa baseada em peso. Assim como foi feito no trabalho de Silva (2004, online), fez-se um estudo neste trabalho de cada uma das principais disciplinas, porm, aqui com o intuito de se obter uma melhor alternativa para o ambiente de rede e o conjunto de apl