Qualidade de Serviço em Redes ATM

FEUP/DEECRedes de Banda Larga

MIEEC – 2009/10José Ruela

QoS em redes ATM• O ATM Forum especificou uma arquitectura de serviços orientada para

o suporte de QoS diferenciada por conexão em redes ATM

• Essa arquitectura está descrita no documento ATM Forum Traffic Management (AF-TM-0121.000) e inclui os seguintes elementos

– Parâmetros de QoS

– Parâmetros de tráfego

– Categorias de serviço

– Funções de gestão de tráfego (traffic management)

Parâmetros de Qualidade de Serviço

• Cell Loss Ratio (CLR)– Definido para cada conexão pela relação

Nº de células perdidas / Nº total de células transmitidas

• Maximum Cell Transfer Delay (maxCTD)– O valor especificado por conexão é o percentil (1 - ) de CTD, isto é

p (CTD > maxCTD) < – Para serviços de tempo real, células cujo atraso exceda um certo limite devem

ser consideradas perdidas (inúteis), sendo descartadas pelo receptor– O valor de CLR é usado para especificar um limite superior do valor de

• Peak-to-peak Cell Delay Variation (peak-to-peak CDV)– Habitualmente designado Delay Jitter– É a diferença entre o maxCTD e o valor das componentes fixas do atraso (que

determinam o atraso mínimo)

CTD para serviços de tempo real

Peak-peak CDV

1 -

Probability Density

Cell Transfer Delay

Fixed Delay

maxCTD

Cells Delivered Late or lost

Caracterização do tráfego – objectivos

• A caracterização do tráfego gerado por uma fonte, recorrendo a um conjunto limitado de parâmetros de tráfego, é um elemento essencial no contexto do contrato estabelecido com a rede

• Em primeiro lugar, a descrição do tráfego permite à rede decidir se pode ou não aceitar uma conexão, com base na previsão de quais os recursos necessários (e respectiva disponibilidade) para satisfazer os requisitos de QoS

• Caso a conexão seja aceite, permite à rede– Reservar os recursos necessários e adoptar estratégias de atribuição adequadas– Monitorizar o tráfego submetido pela fonte (policiamento), de forma a verificar a

sua conformidade com os valores declarados

• A descrição do tráfego constitui igualmente uma referência para a fonte, que deverá realizar a respectiva conformação (shaping) de modo que esteja de acordo com o contrato subscrito, aumentando assim a probabilidade de que a rede providencie o nível de QoS prometido

Parâmetros de tráfego

• Peak Cell Rate – PCR

• Cell Delay Variation Tolerance – CDVT

• Sustainable Cell Rate – SCR

• Maximum Burst Size – MBS

• Minimum Cell Rate – MCR

• Maximum Frame Size – MFS

Parâmetros de tráfego – PCR• Informalmente corresponde ao débito máximo instantâneo duma conexão

• O Peak Cell Rate é definido como o inverso do intervalo mínimo T entre células sucessivas duma conexão (PCR = 1 / T)

• Valores inferiores a T podem, no entanto, ser observados na ligação física– A multiplexagem temporal assíncrona de fluxos na fonte ou na rede de acesso é

responsável pela introdução de jitter (CDV), pelo que a relação temporal entre células é alterada na entrada da rede ATM (pode mesmo ocorrer cell clumping)

– Os valores de PCR não são em geral submúltiplos do débito na ligação física, pelo que o espaçamento nominal entre células (T = 1 / PCR) num burst enviado com o débito de pico não é múltiplo do tempo de transmissão de uma célula e portanto, nalguns casos, o espaçamento observado entre células é inferior a T

• Por estas razões o intervalo nominal T deve ser definido na interface com a camada física (PHY-SAP), com base no conceito de Terminal Equivalente

• Para verificação de conformidade por parte da rede, deve ser associado ao valor de PCR uma tolerância (CDVT), que na UNI deve ser contabilizada em relação aos instantes nominais de emissão de células pelo Terminal Equivalente

Parâmetros de tráfego – CDVT

• CDVT é a tolerância concedida a uma célula, se observada antes do instante esperado de chegada (Theoretical Arrival Time – TAT), definido com base em chegadas anteriores

• Seja ta(i) a sequência de instantes de chegada de células (observada num ponto) e seja T o intervalo de tempo nominal entre células

• Com a chegada da primeira célula a variável TAT é inicializada com o valor ta(1) e de seguida actualizada com o valor ta(1) + T, que corresponde ao instante nominal de chegada da próxima célula; com a chegada de células subsequentes, é verificada a conformidade em relação a CDVT e o valor da variável TAT é actualizado

– Se ta(k) for superior ao valor de TAT (célula atrasada), a célula é conforme e TAT é actualizado com o valor ta(k) + T

– Se ta(k) for inferior ao valor de TAT mas superior a (TAT – CDVT), a célula éconforme (dentro da tolerância) e TAT é incrementado com o valor T

– Se ta(k) for inferior a (TAT – CDVT), a célula é não conforme (pois está fora da tolerância) e o valor de TAT não é alterado

Modelo de referência – PCR

Traffic Source N

Traffic Source 1

ConnectionPoints

VirtualShaper

PHYSAP

TEfunctionsgenerating

CDV

Otherfunctionsgenerating

CDV

MUX UPC

PublicUNI

PrivateUNI

Equivalent Source

ATM Layer

Equivalent Terminal

GCRA(T,CDVT*) GCRA(T,CDVT)

Virtual shaper providesconformance with peak emissioninterval T

Private Network Elements

Conformidade de células (PCR, CDVT)

• Seja o tempo de transmissão de uma célula e T o intervalo nominal entre células, correspondente a PCR ( PCR = 1 / T)

• Seja o valor de CDVT, que corresponde à antecipação permitida de uma célula em relação a TAT

– A conformidade de uma célula é verificada por um algoritmo designado Generic Cell Rate Algorithm – GCRA (T, ) – descrito mais adiante

• A existência de CDVT permite que o intervalo entre algumas células seja inferior a T e inclusivamente que algumas células possam ocorrer contíguas na ligação física (cell clumping)

• O número máximo de células contíguas (back-to-back) conformes édado por

TN 1

ta(i)

X + LCT(TAT)

time

Figure 1: Ideal Cell Arrival at the Public UNI ( = 0.)

ta(i)

X + LCT(TAT)

time

Figure 2: Possible Cell Arrival at the Public UNI ( = 1.5)

Conformidade de células (PCR, CDVT) – exemplos

T = 4.5

X + LCT(TAT)

ta(i)

time

Figure 3: Possible Cell Arrival at the Public UNI ( = 3.5)

ta(i)

X + LCT(TAT)

time

Figure 4: Possible Cell Arrival at the Public UNI ( = 7)

T = 4.5

Conformidade de células (PCR, CDVT) – exemplos

Parâmetros de tráfego – SCR, MBS, BT• Sustainable Cell Rate (SCR)

– É definido como o limite superior do débito médio numa conexão

• Maximum Burst Size (MBS)– Um terminal é autorizado a transmitir temporariamente com um débito que não

pode exceder PCR (ressalvado o CDVT)– Para garantir que o débito médio na conexão não excede SCR, é necessário

limitar os períodos em que a transmissão se realiza com débito igual a PCR (ou, mais geralmente, com débito superior a SCR)

– MBS especifica o número máximo de células (burst) que é possível transmitir com um débito igual a PCR

– De forma a verificar a conformidade de um fluxo de células relativamente aos três parâmetros (PCR, SCR, MBS), com base no algoritmo GCRA, é habitual definir-se um outro parâmetro – Burst Tolerance (BT)

• Burst Tolerance (BT)– BT representa a máxima antecipação possível de uma célula de um burst,

relativamente ao seu instante nominal de emissão, se a transmissão se realizasse com um débito igual a SCR

– A conformidade de células em relação a (SCR, BT) é igualmente referida a um Terminal Equivalente

Modelo de referência – SCR e BT

Traffic Source N

Traffic Source 1

ConnectionPoints

VirtualShaper

PHYSAP

TEfunctions

generatingCDV

Otherfunctions

generatingCDV

MUX UPC

PublicUNI

PrivateUNI

Equivalent Source

ATM Layer

Equivalent Terminal

CDVT

CDVT*

GCRA(Ts,BT) GCRA(Ts,BT+CDVT*) GCRA(Ts,BT+CDVT)Virtual shaper providesconformance with peak emissioninterval Ts

Conformidade de células (PCR, SCR, BT)• O tráfego submetido por uma fonte com parâmetros PCR = 1 / T,

SCR = 1 / Tss e BT = ss deve estar conforme com GCRA (T, 0) e com GCRA (Tss, ss) no PHY-SAP do Terminal Equivalente

• O tamanho máximo de um burst (MBS) emitido com débito igual a PCR e em conformidade com GCRA (Tss, ss) é dado pela relação

• Dados MBS, T e Tss, o valor de ss é, por convenção, o mínimo entre os valores possíveis

ss = (MBS - 1)(Tss - T)• Se uma fonte pretender emitir bursts de duração máxima MBS = B com

débito PCR = 1 / T, em conformidade com GCRA (Tss, ss), o intervalo mínimo TI entre bursts deve satisfazer a relação

TTTTB

S

SI S,min1

TT

MBSs

s1

MBS = b * PCR / (PCR – SCR) > bBT = b / SCR

SCR * t + b

SCR * t

PCR * t

b

MBS

t

(bits)

BT

BT

PCR, SCR, MBS, BT

Parâmetros de tráfego – MCR, MFS

• Minimum Cell Rate (MCR)– Este parâmetro foi inicialmente definido no âmbito da categoria de

serviço ABR, mas é também especificado na categoria de serviço GFR– Nestas categorias de serviço o MCR corresponde ao débito mínimo

requerido por uma conexão, que deve ser garantido pela rede, semprejuízo de poder ser disponibilizado um valor superior (até um valor máximo igual a PCR)

– O MCR pode ser especificado com valor zero

• Maximum Frame Size (MFS)– Este parâmetro foi definido no âmbito da categoria de serviço GFR– Nesta categoria de serviço o MFS é o tamanho máximo das tramas

AAL5 especificado por conexão

Categorias de serviço – necessidade • O ATM Forum definiu um conjunto de categorias de serviço com o

objectivo de relacionar características de tráfego e requisitos de QoS com o comportamento da rede, que é determinado pelos respectivos mecanismos de controlo de tráfego e pelas estratégias de reserva e atribuição de recursos

• Nesta classificação tiveram-se em conta vários aspectos– Natureza do tráfego (débito constante ou variável, grau de burstiness)– Compromisso entre eficiência (multiplexagem estatística) e garantias de

Qualidade de Serviço– Requisitos de tempo real / tolerância a atrasos– Grau de interactividade– Tolerância a perdas– Prioridades– Reutilização de largura de banda disponível (não reservada ou reservada

mas não utilizada)– Equidade (fairness)

Requisitos de aplicações• Aplicações de dados tolerantes a atrasos (elásticas) usam tipicamente serviços

best effort, sendo a fiabilidade, se necessário, assegurada por protocolos extremo-a-extremo; contudo, algumas aplicações de dados sem requisitos de tempo real podem beneficiar de garantias oferecidas pela rede

• Aplicações críticas de tempo real (hard real time) requerem garantias absolutas e rígidas por parte da rede no que se refere a atrasos e perdas

• Aplicações de tempo real adaptativas (adaptive real time) admitem alguma tolerância relativamente a atrasos e perdas, podendo ser concebidas para se adaptarem a variações do atraso ou do débito na rede

– No caso de adaptação ao atraso (delay adaptive), o débito da fonte é independente do estado da rede; as aplicações são tolerantes a algumas perdas (devido a descarte ou atrasos ocasionais superiores ao limite aceitável), mas requerem uma largura de banda crítica, abaixo da qual a degradação de qualidade é perceptível

– No caso de adaptação ao débito (rate adaptive), a fonte adapta o seu débito ao estado da rede, pelo que a qualidade não depende do atraso (que se mantém baixo) mas da partilha efectiva de largura de banda; o processo de codificação pode ser baseado em níveis de precedência (codificação em camadas) ou pode ser alterado com base em feedback da rede

Categorias de serviço (ATM Forum)• Em resultado da análise dos aspectos referidos e da sua relação com

requisitos típicos de várias classes de aplicações, o ATM Forum definiu seis categorias de serviço, caracterizadas por um número reduzido de parâmetros de tráfego e de QoS

– Constant Bit Rate – CBR– real time Variable Bit Rate – rt-VBR– non real time Variable Bit Rate – nrt-VBR– Unspecified Bit Rate – UBR– Available Bit Rate – ABR– Guaranteed Frame Rate – GFR

• As categorias de serviço não devem ser confundidas nem com as Classes de Serviço (A, B, C, D) nem com os tipos de protocolo AAL

– As categorias de serviço representam características de serviços oferecidos pela rede, em função da forma como os recursos são atribuídos às conexões; por exemplo, um serviço CBR pode ser negociado por aplicações que geram tráfego com débito constante ou variável e que, conforme os casos, podem usar AAL1 ou AAL5

Categorias de serviço

ATM Layer Service Category

Attribute CBR rt-VBR nrt-VBR UBR ABR GFR

Traffic Parameters:

PCR, CDVT Specified Specified Specified Specified

SCR, MBS n/a Specified n/a

MCR n/a Specified n/a

MCR, MBS, MFS, CDVT n/a Specified

QoS Parameters:

Peak-to-peak CDV Specified Unspecified

MaxCTD Specified Unspecified

CLR Specified Unspecified

Other Attributes:

Feedback Unspecified Specified Unspecified

Serviço CBR• O serviço CBR é usado por conexões que requerem um valor fixo da

largura de banda (caracterizado pelo PCR), que deve estar disponível de modo permanente durante o tempo da conexão

– Este serviço emula o comportamento de um circuito com capacidade fixa– A rede oferece garantias estritas quanto ao débito e à variação do atraso (jitter)

• A fonte pode, em qualquer momento, emitir células com um débito máximo igual a PCR, mas pode eventualmente emitir com um débito inferior, isto é, a fonte não é necessariamente CBR (a designação CBR refere-se ao serviço e não às características da fonte)

– A rede deve reservar recursos de forma a garantir que a largura de banda (PCR) negociada por um serviço CBR está sempre disponível, o que tem de ser tido em conta pelo processo de controlo de admissão

• A categoria CBR é usada por aplicações de tempo real que exigem controlo apertado do atraso e da variação do atraso (jitter) – áudio e vídeo (interactivo, distribuição, retrieval) e emulação de circuitos

– Serviços compatíveis com a rede telefónica / RDIS, que requerem emulação de circuitos, deverão usar AAL1

– Serviços multimédia usarão tipicamente AAL5 (e.g., MPEG2 Transport Stream)

Serviço rt-VBR

• O serviço rt-VBR é adequado para aplicações com requisitos de tempo real, isto é, que exigem um controlo apertado do atraso e variação do atraso, e cujo tráfego é inerentemente de débito variável

• A rede pode explorar multiplexagem estatística, dada a natureza bursty do tráfego; o ganho estatístico é condicionado pelos valores dos parâmetros de tráfego (PCR, SCR, MBS), pelo nível de QoS negociado e pelo número de fontes multiplexadas

– A rede reserva tipicamente recursos de forma estatística, especificando um valor de largura de banda efectiva no intervalo ]SCR, PCR[; este valor é usado pelo processo de controlo de admissão

• Entre as aplicações que podem beneficiar da categoria rt-VBR incluem-se a voz (com compressão e supressão de silêncio) e aplicações multimédia interactivas (áudio e vídeo comprimidos) e dum modo geral as mesmas aplicações que usam CBR, mas que geram tráfego com débito variável e que toleram ou podem recuperar de um CLR pequeno (mas não nulo)

Serviço nrt-VBR

• O serviço nrt-VBR é adequado para aplicações que não têm requisitos de tempo real e que geram tráfego bursty caracterizado por PCR, SCR e MBS (beneficiando das garantias associadas)

• O serviço nrt-VBR não oferece garantias relativamente ao atraso máximo e ao jitter, mas em contrapartida garante um débito médio (SCR) e permite transmissão de bursts com débito máximo igual a PCR

• Este serviço suporta naturalmente multiplexagem estatística de conexões

• O serviço nrt-VBR pode ser usado por aplicações transaccionais que requerem tempos de resposta baixos, em interligação de LANs e em cenários de interfuncionamento com Frame Relay

Serviço UBR• O serviço UBR corresponde ao serviço tradicional best effort, usado

por aplicações de dados sem requisitos de tempo real

• No serviço UBR não são especificadas quaisquer garantias de serviço relacionadas com o tráfego gerado pela aplicações

– Não existe o conceito de negociação de largura de banda por conexão– A rede não se compromete em relação a valores de CLR numa conexão UBR,

nem relativamente ao atraso sofrido pelas células da conexão

• Os serviços UBR usam a largura de banda disponível, que pode ser atribuída, em qualquer altura, a serviços com garantias

• O serviço UBR é usado por aplicações de comunicação de dados tradicionais (e.g., transferência de ficheiros, correio electrónico)

– Tráfego TCP/IP é um candidato natural à utilização da categoria de serviço UBR, uma vez que eventuais perdas são recuperadas ao nível TCP

– A perda de uma única célula determina a perda do pacote a que pertence, o que motivou a concepção de mecanismos inteligentes de descarte de células UBR ou, em alternativa, a utilização da categoria de serviço ABR

Serviço ABR• O serviço ABR baseia-se num mecanismo de controlo de fluxo, que permite às

fontes adaptarem dinamicamente o seu débito com base em informação de controlo enviada pela rede e que depende do estado desta

• A informação de controlo pode consistir na indicação de um débito explícito, do estado de congestionamento da rede ou ambos

• Conforme a indicação recebida, uma fonte pode manter o débito, aumentá-lo progressivamente (additive increase) ou diminuí-lo de forma rápida (multiplicative decrease), no caso de receber indicação de congestionamento

• O mecanismo baseia-se no envio regular de células especiais (RM – Resource Management) por parte das fontes (tipicamente, uma em cada 32 células)

– As células RM indicam o débito actual autorizado (ACR – Allowed Cell Rate) e o débito máximo solicitado (PCR – Peak Cell Rate) pela fonte

– Os comutadores no percurso processam as células RM e calculam o débito que podem suportar, com base no estado actual

– O novo valor do débito autorizado (ER – Explicit Rate) é comunicado por células RM enviadas pelo receptor em sentido oposto (ER é o menor débito calculado pelos comutadores e é determinado pela ligação mais congestionada no percurso)

Serviço ABR• Por cada conexão ABR é possível especificar um débito mínimo garantido

(MCR), assim como um débito máximo alvo (PCR)

• Se uma fonte adaptar o seu débito de acordo com o feedback recebido da rede, em princípio estará sujeita a uma taxa de perda de células (CLR) muito inferior ao que ocorreria no serviço UBR

– No caso de se usar este serviço para suportar tráfego TCP/IP, evitam-se as avalanches de retransmissões de pacotes que tenderiam a ocorrer se fosse usado o serviço UBR, com a consequente melhoria de desempenho

• O serviço ABR tende a distribuir a largura de banda disponível de forma equitativa entre as conexões (max-min fairness), o que é igualmente favorável no caso de tráfego TCP/IP

• O serviço ABR é adequado para interligação de LANs (em especial em ambientes TCP/IP) e emulação de LANs (LAN Emulation) e dum modo geral como alternativa a UBR se as aplicações conseguirem tirar partido do protocolo de controlo de fluxo para reduzir significativamente o CLR

Serviço GFR

• O serviço GFR é usado por aplicações sem requisitos de tempo real, que requerem um débito mínimo garantido e que podem beneficiar de largura de banda adicional, disponível dinamicamente

• Este serviço não exige qualquer protocolo de controlo de fluxo

• A informação é enviada em tramas AAL5 e durante situações de congestionamento a rede tenta descartar tramas AAL5 completas

• Uma conexão GFR é especificada com os parâmetros PCR, MCR, MBS e MFS e a rede apenas garante transferência de células em tramas completas se o débito não exceder MCR

• Aplicações típicas deste serviço são interfuncionamento com Frame Relay e, em alternativa a UBR, aplicações em que os dados podem ser organizados em tramas delineadas na camada ATM (e.g., AAL5)

Mecanismos de controlo de tráfego – necessidade

• Numa rede ATM é possível, mediante negociação, disponibilizar QoS diferenciada por conexão

• O comportamento da rede é determinado por vários mecanismos de controlo, com dois objectivos principais

– Proteger a rede e os end-systems de possível congestionamento, de modo a atingir os objectivos de desempenho e cumprir os contratos negociados

– Utilizar os recursos da rede de forma eficiente, explorando multiplexagem estatística condicionada aos objectivos de desempenho

• As possíveis causas de congestionamento exigem medidas diversas– Se o congestionamento for temporário pode resolver-se com a rejeição de novas

conexões e/ou terminação selectiva de conexões, enquanto que se for persistente requer medidas de planeamento (redimensionamento de recursos)

– O congestionamento em algumas zonas da rede (e sub-utilização de recursos noutras) resulta de uma distribuição de tráfego não óptima; neste caso são necessários mecanismos de Engenharia de Tráfego que permitam organizar os fluxos de tráfego na rede com o objectivo de utilizar recursos de forma eficiente, evitar congestionamento e garantir a QoS negociada pelas conexões

Funções de controlo de tráfego

• O ATM Forum identificou um conjunto de funções de controlo (gestão) de tráfego, que deverão ser suportadas em diferentes elementos de rede(equipamento terminal, nós de acesso e nós internos da rede)

– Connection Admission Control – CAC

– Feedback Control

– Usage Parameter Control – UPC

– Cell Loss Priority Control

– Traffic Shaping

– Network Resource Management

– Frame Discard

Connection Admission Control

• Inclui as acções executadas pela rede na sequência do pedido de estabelecimento de uma nova conexão e que levam a um processo dedecisão que consiste na aceitação ou rejeição do pedido

• O estabelecimento de uma conexão pressupõe a negociação de um contrato entre o utilizador e a rede, baseado em parâmetros de tráfego e de QoS que constituem os elementos do contrato

• A rede decide se pode ou não aceitar uma nova conexão (cumprir ocontrato), tendo em atenção os requisitos de QoS, as características do tráfego e os recursos disponíveis (estado actual da rede)

• Uma conexão só será aceite se, face aos recursos disponíveis, for previsível que é possível cumprir o contrato, sem comprometer os contratos estabelecidos, isto é, a QoS das conexões em curso deverámanter-se dentro dos limites negociados

Feedback Control e Cell Loss Priority Control

• Feedback Control consiste em acções combinadas realizadas pela rede e pelos end-systems com o objectivo de regular o tráfego gerado por estes, com base no estado da rede (comunicado de forma explícita ou implícita)

– Foi especificado para a categoria de serviço ABR um mecanismo que permite a partilha da largura de banda disponível de forma adaptativa

• O mecanismo Cell Loss Priority Control baseia-se na utilização do bit CLP presente no cabeçalho das células ATM

– O valor CLP = 1 indica uma célula com um nível de prioridade mais baixo (em relação a células com CLP = 0)

– A rede pode adoptar mecanismos que tratem o bit CLP para efeitos de descarte (descarte prioritário de células com CLP = 1) ou, pelo contrário, pode tratar o bit CLP de forma transparente

Network Resource Management e Frame Discard• As funções de gestão de recursos (Network Resource Management)

baseiam-se na separação lógica de conexões virtuais, característica da arquitectura ATM, o que permite atribuir recursos às conexões de forma diferenciada

– É possível usar técnicas de escalonamento baseadas em prioridades e/ou distribuição de largura de banda de acordo com múltiplos critérios

– É possível atribuir recursos a Trajectos Virtuais (Virtual Paths)

• Em caso de congestionamento, a rede tem necessidade de descartarcélulas, sendo preferível descartar células de uma mesma trama (Frame Discard) e não células isoladas de múltiplas tramas

– Uma vez que o processo de reassemblagem descartará qualquer trama incompleta, torna-se inútil o transporte pela rede de células de uma trama após ocorrer o descarte de uma qualquer célula dessa trama

– Sempre que possível deverá ser descartada uma trama completa (Early Packet Discard – EPD), que pode ser seleccionada de forma aleatória (Random Early Discard – RED)

– Se for descartada uma célula intermédia de uma trama, as células subsequentes da trama deverão ser descartadas (Partial Packet Discard – PPD)

Usage Parameter Control e Traffic Shaping• O mecanismo UPC consiste na monitorização pela rede do tráfego que

lhe é submetido com o objectivo de verificar a respectiva conformidade com os valores declarados (policiamento)

– A rede pretende garantir que os contratos são respeitados, protegendo-se de usos indevidos ou mal intencionados, e evitando que sejam penalizados os utilizadores que cumprem os respectivos contratos

– A rede pode impor que o tráfego aceite esteja em conformidade com o contrato, descartando células não conformes ou introduzindo um atraso adicional (shaping)

• O mecanismo de Traffic Shaping consiste na alteração controlada das características temporais do tráfego de uma conexão (e.g., espaçamento entre células, tamanho dos bursts) de forma a garantir a respectiva conformidade com os valores declarados

– É tipicamente (mas não exclusivamente) realizado nos end-systems com o objectivo de garantir que o tráfego gerado está de acordo com o declarado e que portanto será aceite pela rede, depois de policiado

• UPC e Traffic Shaping são normalmente baseados em mecanismos do tipo Leaky Bucket e Token Bucket, de que é exemplo o GCRA

Leaky Bucket

• O mecanismo Leaky Bucket (LB) tem como objectivo transformar tráfego bursty num fluxo em que o débito máximo instantâneo écontrolado (r – leak rate), realizando deste modo shaping isócrono

• O LB aceita bursts na entrada, mas impede que ocorram na saída; para o efeito o LB inclui um buffer de tamanho B, que limita o tamanho máximo dos bursts admitidos

• Bursts submetidos ao LB com um débito superior a r resultam num fluxo periódico com débito r na saída (período T = 1 / r)

– Enquanto o buffer tiver células, estas são espaçadas de 1 / r– Quando o buffer estiver cheio, novas células na entrada são descartadas– O número máximo de células que podem ser aceites sem perdas num

burst submetido com débito R > r éNmax = B R / (R – r)

• O LB pode ser usado para controlar o PCR numa conexão ATM (shaping), mas no que se refere ao policiamento é necessário controlar PCR e CDVT (o que requer um Token Bucket)

Leaky Bucket

B

r

Dados

Token Bucket• O mecanismo Token Bucket (TB) tem como objectivo controlar o débito

médio de tráfego bursty, permitindo a transmissão de bursts com um débito instantâneo superior ao médio, mas limitando a sua duração, isto é, o TB permite burstiness, mas limita-a

• O TB baseia-se num contentor de tokens com capacidade para b tokens, que são gerados com um ritmo r igual ao débito médio a controlar; a transmissão de uma célula só é possível depois de retirado um token do contentor (o TB éde facto um contador)

– Quando o TB estiver vazio, a transmissão de células é interrompida– Quando o TB estiver cheio, novos tokens gerados são descartados– A existência de vários tokens disponíveis permite a transmissão de um burst de

células com débito instantâneo superior a r– Considerando um burst de células transmitidas com débito R > r, o tamanho

máximo possível do burst (MBS) e a sua tolerância (BT) são respectivamente MBS = b R / (R – r) > bBT = b / r

• O TB permite controlar (SCR, BT) numa conexão ATM, em conjunto com um LB que controla o PCR

Token Bucket

b

r

Tokens

Dados

Buffer(opcional)

Generic Cell Rate Algorithm – GCRA• O GCRA é descrito de dois modos equivalentes – como um algoritmo

do tipo virtual scheduling ou do tipo continuous state Leaky Bucket(em rigor Token Bucket)

• É definido com dois parâmetros: I (Increment) e L (Limit), que não são necessariamente inteiros

• GCRA (I, L) pode ser descrito como um Token Bucket cujo conteúdo édecrementado continuamente de uma unidade por unidade de tempo de célula e incrementado de I unidades por cada célula conforme

– Se no momento da chegada de uma célula o conteúdo do TB for inferior ou igual a L, a célula é conforme; de contrário é não conforme

– A capacidade do TB é I + L (valor máximo possível do conteúdo)• Considerando como exemplo o controlo de (SCR, BT), o parâmetro I é

igual ao intervalo de tempo nominal entre células transmitidas com débito SCR (I = Tss = 1 / SCR) e L igual a BT (L = BT), medidos em unidades de tempo de célula

Generic Cell Rate Algorithm – GCRAArrival of a cell k at time ta(k)

X' = 0

TAT = TAT + IConforming Cell

?

TAT < ta(k)

?

X' < 0?

?

X' = X - (ta(k) – LCT)

TAT = ta(k)

CONTINUOUS-STATELEAKY BUCKET ALGORITHM

VIRTUAL SCHEDULINGALGORITHM

Theoretical Arrival TimeTAT

Time of arrival of a cellta(k)

Value of the Leaky Bucket counterX

auxiliary variableX'

Last Conformance TimeLCT

At the time of arrival ta of the firstcell of the connection, TAT = ta(1)

At the time of arrival ta of the first cellof the connection, X = 0 and LCT = ta(1)

I IncrementL Limit

YES

NO

NO YES

NO

NO

YESNonConforming

Cell

NonConforming

Cell

X = X' + ILCT = ta(k)

Conforming Cell

TAT > ta(k) + L

X' > L

YES