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Introdução ao QoS

Professor Eduardo Maroñas Monks

Faculdade de Tecnologia SENAC Pelotas/RSFaculdade de Tecnologia SENAC Pelotas/RS

Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores

Unidade Curricular Qualidade em Serviços de RedeUnidade Curricular Qualidade em Serviços de Rede

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Sumário Motivação para o uso de QoS.Motivação para o uso de QoS.

Identificar os principais problemas em Identificar os principais problemas em redes convergentes.redes convergentes.

Cálculo que largura de banda de acordo Cálculo que largura de banda de acordo com múltiplos fluxoscom múltiplos fluxos

Mecanismos projetados para o uso Mecanismos projetados para o uso eficiente de largura de banda.eficiente de largura de banda.

Tipos de atrasos.Tipos de atrasos.

Formas de redução do impactos do atraso Formas de redução do impactos do atraso na qualidade do serviço.na qualidade do serviço.

Perdas de pacotes e formas de redução ou Perdas de pacotes e formas de redução ou prevenção.prevenção.

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Rede tradicional não convergenteRede tradicional não convergente

Características de tráfego de dados Características de tráfego de dados tradicional:tradicional:

Fluxo de dados em rajadasFluxo de dados em rajadasAcesso FIFO (First IN, First OUT) em filasAcesso FIFO (First IN, First OUT) em filasSem necessidade de tempos rígidos nas aplicações, Sem necessidade de tempos rígidos nas aplicações, atrasos são aceitáveisatrasos são aceitáveisBreves paradas na rede são suportadasBreves paradas na rede são suportadas

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Redes Convergentes

Características de redes convergentes:Pacotes pequenos de voz competindo com tráfego de dados em rajadasTráfego crítico deve possuir prioridade em relação ao demaisVoz e vídeo são sensíveis a atrasosParadas na rede não são permitidas

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Questões sobre qualidade em Redes Questões sobre qualidade em Redes ConvergentesConvergentes Insuficiência de largura de banda: múltiplos

fluxos competindo por largura de banda limitada.

Atraso fim a fim (fixo e variável): os pacotes devem passar por diversos enlaces e dispositivos o que acrescenta atraso na transmissão.

Variação de atraso (jitter): algumas vezes existe uma grande capacidade de outros tráfegos o que resulta em um aumento e variação do atraso

Perdas de pacotes: os pacotes podem ser descartados quando um enlace está congestionado

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Definem o desempenho de uma rede, são elas:Definem o desempenho de uma rede, são elas:Largura de BandaLargura de Banda

Medida em bit/sMedida em bit/sQuanto mais, melhor (limite financeiro e tecnológico)Quanto mais, melhor (limite financeiro e tecnológico)

Latência (atraso)Latência (atraso)Medido em ms (1/1000 segundos)Medido em ms (1/1000 segundos)Inserção de atrasos em todo o caminho do pacoteInserção de atrasos em todo o caminho do pacote

Jitter (variação do atraso)Jitter (variação do atraso)Medido em ms (1/1000 segundos)Medido em ms (1/1000 segundos)Variação do atrasoVariação do atrasoNormalmente, devido ao congestionamento e tempo nas filas Normalmente, devido ao congestionamento e tempo nas filas dos roteadoresdos roteadores

Perdas de pacotesPerdas de pacotesMedido em % do total de pacotesMedido em % do total de pacotesPerdas podem ser causadas por congestionamento, meios Perdas podem ser causadas por congestionamento, meios físicos defeituosos, dispositivos com problemas, interferênciasfísicos defeituosos, dispositivos com problemas, interferências

Características de RedesCaracterísticas de Redes

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Medição de Largura de BandaMedição de Largura de Banda

O máximo de largura de banda disponível é relacionado ao link O máximo de largura de banda disponível é relacionado ao link mais lentomais lento

Múltiplos fluxos estã competindo pela mesma banda, resultando Múltiplos fluxos estã competindo pela mesma banda, resultando em menor capacidade de banda para cada aplicação.em menor capacidade de banda para cada aplicação.

A insuficiência de largura impacta no desempenho das A insuficiência de largura impacta no desempenho das aplicações de rede.aplicações de rede.

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Aumentando a banda disponívelAumentando a banda disponível

Aumentar o link (a melhor solução, mas nem sempre possível devido a motivos Aumentar o link (a melhor solução, mas nem sempre possível devido a motivos financeiros ou tecnológicos).financeiros ou tecnológicos).

Aplicar QoS com recursos avançados de filas para repassar os pacotes Aplicar QoS com recursos avançados de filas para repassar os pacotes importantes primeiroimportantes primeiro

Usar compressão na camada 2 (aumenta o atraso)Usar compressão na camada 2 (aumenta o atraso) Usar compressão nos cabeçalhos IP.Usar compressão nos cabeçalhos IP.

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Usando a largura de banda de forma Usando a largura de banda de forma eficiênciaeficiência

Usando mecanismos avançados de filas e compressão de Usando mecanismos avançados de filas e compressão de cabeçalhos, a largura de banda disponível por ser usada com cabeçalhos, a largura de banda disponível por ser usada com maior eficiência:maior eficiência:

Voz:Voz: filas do tipo LLQ e compressão do cabeçalho do protocolo RTP filas do tipo LLQ e compressão do cabeçalho do protocolo RTP

Tráfego interativo:Tráfego interativo: filas do tipo CBWFQ e compressão de cabeçalho TCP filas do tipo CBWFQ e compressão de cabeçalho TCP

Voz(mais alto)

Dados(alto)

Dados(médio)

Dados(baixo)

1 1

2 2

3 3 3

4 4 4 4

4 3 2 1 1

Voz• LLQ• RTP header

compression

Dados• CBWFQ• TCP header

compression

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Tipos de atrasoTipos de atraso

Atraso de processamento:Atraso de processamento: o tempo que leva para o roteador retirar o pacote da o tempo que leva para o roteador retirar o pacote da interface de entrada, examinar o pacote e colocá-lo na fila da interface de saídainterface de entrada, examinar o pacote e colocá-lo na fila da interface de saída

Atraso de enfileramento:Atraso de enfileramento: tempo que o pacote permanece na fila de saída do roteador tempo que o pacote permanece na fila de saída do roteador

Atraso de serialização:Atraso de serialização: tempo gasto para colocar o pacote no meio físico de saída tempo gasto para colocar o pacote no meio físico de saída

Atraso de propagação:Atraso de propagação: tempo que o pacote leva para ser transmitido de um ponto a tempo que o pacote leva para ser transmitido de um ponto a outro na redeoutro na rede

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Impacto de atraso e jitter na qualidadeImpacto de atraso e jitter na qualidade

Atraso fim a fim:Atraso fim a fim: é o somatório de todos os atrasos (propagação, é o somatório de todos os atrasos (propagação, processamento, serialização e enfileiramento) no caminhoprocessamento, serialização e enfileiramento) no caminho

Jitter:Jitter: é a variação do atraso é a variação do atraso ((http://www.ietf.org/rfc/rfc3393.txt).).

Em redes best-effort (melhor esforço) os atrasos de propagação e Em redes best-effort (melhor esforço) os atrasos de propagação e serialização são fixos, enquanto que os atrasos de processamento e serialização são fixos, enquanto que os atrasos de processamento e enfileiramentos são imprevisíveisenfileiramentos são imprevisíveis

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Formas para reduzir o atrasoFormas para reduzir o atraso

Aumentar o link (a melhor solução, mas nem sempre Aumentar o link (a melhor solução, mas nem sempre possível devido a motivos financeiros ou tecnológicos).possível devido a motivos financeiros ou tecnológicos).

Aplicar QoS com recursos avançados de filas para Aplicar QoS com recursos avançados de filas para repassar os pacotes importantes primeirorepassar os pacotes importantes primeiro

Usar compressão na camada 2 (aumenta o atraso)Usar compressão na camada 2 (aumenta o atraso)

Usar compressão nos cabeçalhos IP.Usar compressão nos cabeçalhos IP.

Mudar a prioridade dos pacotesMudar a prioridade dos pacotes

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Redução de atraso na redeRedução de atraso na rede

Roteador do cliente (customer):Compressão de cabeçalhos TCP/RTP

Enfileiramento LLQ (prioridades)

Roteador do provedor (ISP):Mudança de prioridade conforme a política de QoS do roteador

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Efeitos da perda de pacotesEfeitos da perda de pacotes

Ligação telefônica: “Eu não entendi o que falastes. A voz está sendo cortada.”

Teleconferência: “A imagem está distorcida. A voz não está sincronizada.”

Usuário doméstico: “O arquivo está corrompido.”

Call center: “Por favor, aguarde um momento que o sistema está lento.”

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Tipos de descarte de pacotesTipos de descarte de pacotes

Descarte de final de fila (Tail drops) acontecem uqanod Descarte de final de fila (Tail drops) acontecem uqanod a fila de saída está cheia. Estes descartes são comuns e a fila de saída está cheia. Estes descartes são comuns e acontecem quando o link está congestionadoacontecem quando o link está congestionado

Outros tipos de descarteFila de entrada: a cpu do roteador está ocupada e não é possíve processar novos pacotes.Ignore: o roteador não possui mais espaço em buffer.Overrun: a CPU está ocupada e não conseguiu liberar espaço no buffer para um novo pacote.Erros de quadros: o hardware detectou erro no quadro, por exemplo CRC, quadros menores que o tamanho mínimo (runt) ou maiores que o tamanho máximo (giant).

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Formas de evitar perdas de pacotes

Aumentar o link (a melhor solução, mas nem sempre possível devido a motivos Aumentar o link (a melhor solução, mas nem sempre possível devido a motivos financeiros ou tecnológicos).financeiros ou tecnológicos).

Garantir largura de banda para pacotes de aplicações sensíveis a perdas, por Garantir largura de banda para pacotes de aplicações sensíveis a perdas, por exemplo voz.exemplo voz.

Evitar o congestionamento descartando aleatoriamento pacotes menos Evitar o congestionamento descartando aleatoriamento pacotes menos importantes antes de ocorrer o problemaimportantes antes de ocorrer o problema

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Traffic Policing e Traffic Shaping

Time

Tra

ffic

Traffic Rate

Time

Tra

ffic Traffic Rate

Time

Tra

ffic

Traffic Rate

Time

Tra

ffic

Traffic Rate

Policing

Shaping

Comparativo:Comparativo:http://www.cisco.com/en/US/tech/tk543/tk545/technologies_tech_note09186a00800a3a25.shtml

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Exemplo: reduzindo perdas de pacotes Exemplo: reduzindo perdas de pacotes na redena rede

Problema: o congestionamento da intefrace causa a perda de pacotes TCP e de voz, causando uma transferência de arquivos lenta e a qualidade da ligação péssima.

Possibilidade: controle de congestionamento e enfileiramento com prioridades podem ajudar

Solução: Uso de WRED (Weighted Random Early Detection) e e LLQ (low latency queuing) nos roteadores.

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ResumoResumo Redes convergentes possuem diversos tipos de Redes convergentes possuem diversos tipos de

tráfego em uma infraestrutura compartilhada. Isto tráfego em uma infraestrutura compartilhada. Isto cria a necessidade de diferenciar o tráfego e cria a necessidade de diferenciar o tráfego e priorizar o tráfego sensível a atrasopriorizar o tráfego sensível a atraso

Vários mecanismos existem para ajudar a Vários mecanismos existem para ajudar a maximizar o uso da banda disponível, incluindo filas maximizar o uso da banda disponível, incluindo filas e compressãoe compressão

Todas a redes apresentam atraso. O atraso pode Todas a redes apresentam atraso. O atraso pode afetar o desempenho de aplicação de voz e vídeoafetar o desempenho de aplicação de voz e vídeo

Sem provisionamento e gerenciamento, as redes Sem provisionamento e gerenciamento, as redes podem obter perdas de pacotes. As perdas de podem obter perdas de pacotes. As perdas de pacotes são especialmente importantes em pacotes são especialmente importantes em aplicações que utilizam o protocolo UDP, que são os aplicações que utilizam o protocolo UDP, que são os casos de áudio e vídeocasos de áudio e vídeo

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ReferênciasReferências PETERSON, L; DAVIE, B. Redes de Computadores – Uma PETERSON, L; DAVIE, B. Redes de Computadores – Uma

Abordagem de Sistemas. Abordagem de Sistemas. Capítulo 6Capítulo 6. 3ª Ed. Campus, 2004.. 3ª Ed. Campus, 2004.

KUROSE, J; ROSS, K. Redes de Computadores e a Internet KUROSE, J; ROSS, K. Redes de Computadores e a Internet – Uma Abordagem top-down. – Uma Abordagem top-down. Capítulo 7Capítulo 7. 3ª Ed. Pearson, . 3ª Ed. Pearson, 2006.2006.

Quality of Service NetworkingQuality of Service Networkinghttp://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/qos.htm

QoS Congestion AvoidanceQoS Congestion Avoidancehttp://www.cisco.com/en/US/tech/tk543/tk760/tsd_technology_support_protocol_home.html

QoS Congestion Management (queuing)QoS Congestion Management (queuing)http://www.cisco.com/en/US/tech/tk543/tk544/tsd_technology_support_protocol_home.html