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QoS – Qualidade de Serviço em TCP/IP Altamir Brun Eide Marta Gonçalves Vogt Alessandra da Silveira Mendes Março - 2002

Qualidade de Serviço - QoS

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QoS Qualidade de Servio em TCP/IP

Altamir Brun Eide Marta Gonalves Vogt Alessandra da Silveira Mendes

Maro - 2002

Qualidade de Servio -QoS- em redes TCP/IP

NDICEINTRODUO ..................................................................................................... 04

CAPTULO I ESTUDO BSICO DOS PROTOCOLOS TCP/IP1.1 - HISTRICO DO TCP/IP .................................................................................................... ....................................................................... .......................................................... ....................................................................... ....................................................................... ....................................................................... ......................................................... 05 06 07 09 10 12 15 16 1.1.1 - Modelo de referncia ISO/OSI 1.1.2 - Modelo de referncia TCP/IP 1.1.3 - Endereamento IP e Classes 1.1.4 - Subrede IP e mscara de subrede 1.1.5 - Protocolos e aplicaes (IP, ARP)

1.2 - COMUTAO DE PACOTES E DE CIRCUITOS

1.3 - OUTROS PROTOCOLOS RELACIONADOS AO IP .........................................................

CAPTULO II DEFINIO DE QOS2.1 - QUALIDADE DE SERVIOS ........................................................................ ............................. 18 20 23 25 2.2 - QUALIDADE DE SERVIOS E DESCRITORES DE TRFEGO 2.3 - POR QUE QOS?

..................................................................................................................

2.4 - TRANSMISSO MULTIMDIA EM REDES ....................................................................... 2.5 - NECESSIDADES DAS APLICAES (Latncia, Jitter, Skew, Tabela Comparativa) ..................................................................................................................

26

2.6 - QUALIDADE DE SERVIO (requisitos gerais para suporte a servio banda larga) ................................................................................................................................. 29

CAPTULO III - ANLISE DE SERVIOS QOS3.1 GARANTIA DE QOS ..................................................................................... 32 32 33 35 36 39 44 50 52 52 54 3.1.1 - QoS servios diferenciados ..................................................................................... 3.1.2 - QoS servios integrados 3.1.3 - QoS prioridade relativa 3.2 SERVIOS INTEGRADOS 3.2.1 - Classes de servios ..................................................................................... ..................................................................................... ..................................................................................... .....................................................................................

3.2.2 - O RSVP .................................................................................................................. 3.3 SERVIOS DIFERENCIADOS ..................................................................................... ......................................................... ......................................................... .........................................................

3.3.1 - Arquitetura de servios diferenciados 3.3.2 - Uso de RSVP com servios diferenciados 3.4 - RSVP E ROTEADORES (RESUMO DO RSVP)

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3.5 - FUNCIONALIDADE DOS SISTEMAS DE QoS

.........................................................

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CAPTULO IV ANLISE DE QOS EM EQUIPAMENTOS CISCO4.1 - EQUIPAMENTO CISCO IOS ........................................................................ ......................................................... 58 62 63 64 65 65 66 67 68 69 4.2 - EQUIPAMENTO CISCO PROVISIONED QOS 4.2.1 - Resumo dos Recursos 4.2.2 - Benefcios do QPM-PRO

....................................................................... ..................................................................................... ............................. ...............

4.2.3 - Fornecimento de servios diferenciados para toda a rede

4.2.4 - Controle e execuo da poltica de QoS de Borda e de Backbone 4.2.5 - Controla e mantm nveis de servios 4.2.6 - A QoS para voz por pacotes

.........................................................

....................................................................... ........................................... ...........................................

4.2.7 - Automatiza a configurao e instalao da QoS 4.2.8 - Ferramentas e servios do QoS Policy Manager

CAPTULO V CONCLUSES SOBRE QOS5.1 - O FUTURO DOS SERVIOS INTEGRADOS ........................................................................ 5.2 - QUALIDADE D FORA AOS SERVIOS EM BANDA LARGA ............................. 75 76

CAPTULO VI - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS6.1 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ....................................................................... 78

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INTRODUO

QoS QUALITY OF SERVICE As redes IP constituem o grande universo de milhes de computadores interligados em todo o mundo com uma expectativa constante de crescimento. Estas redes se desenvolveram com facilidade devido o crescimento da Internet e pela homologao do TCP/IP como protocolo de suporte s aplicaes em redes e no h nenhum aceno em relao mudanas deste panorama devido grande massa de computadores usando TCP/IP nas suas comunicaes, sejam elas caseiras ou corporativas. Sendo assim, o IP torna-se o padro universal de suporte para aplicaes, pois est presente em milhes de mquinas espalhadas por todo o mundo. As redes TCP/IP foram desenvolvidas com o discurso de que poderiam ser usadas sobre qualquer tipo de meio fsico, sendo estes de qualquer tecnologia, apresentando ou no confiabilidade, com alto ou baixo desempenho. Como o oTCP/IP um protocolo simples, ele tem algumas restries como por exemplo, a falta de garantia no trnsito de pacotes, atrasos, etc. Com o crescimento e diversificao das aplicaes (voz, multimdia, vdeo-conferncia, etc) sobre IP, precisou-se avaliar as limitaes do IP, buscando alternativas para adequ-lo nova realidade, pois a banda est compartilhada com um nmero cada vez maior de usurios podendo ocorrer congestionamento e possveis perdas de pacotes. Para que se obtenha uma garantia de que o servio ser realizado preciso aplicar tecnologias que permitam atingir um nvel de trfego satisfatrio e confivel para os dados e aplicaes. O objetivo desta monografia mostrar alternativas que viabilizem uma qualidade no servio sobre IP, discutindo os parmetros, os protocolos e os mecanismos envolvidos com a garantia de qualidade de servio com nfase nas redes de pacotes tipo IP, mostrando vantagens e desvantagens das tecnologias existentes para cada necessidade.

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CAPTULO I ESTUDO BSICO DOS PROTOCOLOS TCP/IP

1.1 - HISTRICO DO TCP/IP Nos anos 60, o principal setor estratgico americano, Department of Defense DoD se interessou em um protocolo que estava sendo desenvolvido e utilizado pela Universidades para interligao dos seus sistemas computacionais e que utilizava a tecnologia de chaveamento de pacotes. O interesse do DoD estava no desejo de manter a comunicao entre os diversos sistemas espalhados pelo mundo, no caso de um desastre nuclear. O problema maior estava na compatibilidade entre os sistemas computacionais de diferentes fabricantes que possuam diferentes sistemas operacionais, topologia e protocolos. A integrao e compartilhamento dos dados passou a ser um problema de difcil resoluo. Foi atribudo assim Advanced Research Projects Agency ARPA a tarefa de encontrar uma soluo para este problema de tratar com diferentes equipamentos e diferentes caractersticas computacionais. Foi feita ento uma aliana entre universidades e fabricantes para o desenvolvimento de padres de comunicao. Esta aliana especificou e construiu uma rede de teste de quatro ns, chamada ARPANET, e que acabou sendo a origem da internet hoje. No final dos anos 70, esta rede inicial evoluiu, teve seu protocolo principal desenvolvido e transformado na base para o TCP/IP (transmition Control Protocol / Internet Protocol). A aceitao mundial dos conjunto de protocolos TCP/IP deveu-se principalmente a verso UNIX de Berkeley que alm de incluir estes protocolos, colocava-os em uma situao de domnio pblico, onde qualquer organizao, atravs de sua equipe tcnica poderia modific-los e assim garantir seu desenvolvimento. Dentre as vrias organizaes e comits que participaram deste desenvolvimento e divulgao, podemos destacar Internet Engineering Task Force IETF

(http://www.ietf.org) cuja principal funo atual a manuteno e apoio aos padres de Internet e TCP/IP principalmente atravs da srie de documentos Request for Comments RFC. Estes documentos descrevem as diversas tecnologias envolvidas e servem de base

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para as novas tecnologias que devero manter a compatibilidade com as anteriores dentro do possvel. Em resumo, o maior trunfo do TCP/IP o fato destes protocolos apresentarem a interoperabilidade de comunicao entre todos os tipos de hardware e todos os tipos de sistemas operacionais. Sendo assim, o impacto positivo da comunicao computacional aumenta com o nmero de tipos computadores que participam da grande rede internet.

1.1.1 - Modelo de referncia ISO/OSI Dentro deste cenrio de grande variedade de sistemas operacionais, CPUs, interfaces de rede, tecnologia e vrias outras variveis, e a necessidade de interconexo entre os diversos sistemas computacionais em 1977, a International Organization for Standardization ISO, criou um sub-comit para o desenvolvimento de padres de comunicao para promover a interoperabilidade entre as diversas plataformas. Foi ento desenvolvido o modelo de referncia Open Systems Interconnection OSI. importante observar que o modelo OSI simplesmente um modelo que especifica as funes a serem implementadas pelos diversos fabricantes em suas redes. Este modelo no detalha como estas funes devem ser implementadas, deixando isto para que cada empresa/organizao tenha liberdade para desenvolver. O comit ISO assumiu o mtodo dividir para conquistar, dividindo o processo complexo de comunicao em pequenas sub-tarefas (camadas), de maneira que os problemas passem a ser mais fceis de tratar e as sub-tarefas melhor otimizadas. O modelo ISO/OSI

constitudo por sete camadas, descritas sucintamente na figura 1.1 abaixo:7 Aplicao Esta camada funciona como uma interface de ligao entre os processos de comunicao de rede e as aplicaes utilizadas pelo usurio. 6 5 4 Apresentao Sesso Transporte Aqui os dados so convertidos e garantidos em um formato universal. Estabelece e encerra os enlaces de comunicao Efetua os processos de sequenciamento e, em alguns casos, confirmao de recebimento dos pacotes de dados. 3 2 Rede Enlace O roteamento dos dados atravs da rede implementado aqui. Aqui a informao formatada em quadros (frames). Um quadro representa a exata estrutura dos dados fisicamente transmitidos atravs do fio ou outro meio. 1 Fsica Define a conexo fsica entre o sist. computacional e a rede. Especifica o conector, a pinagem, nveis de tenso, dimenses fsicas, caracter. mecnicas e eltricas, etc.

Figura 1.1 Modelo ISO/OSI

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Cada camada se comunica com sua semelhante e outro computador. Quando a informao passada de uma camada para outra inferior, um cabealho adicionado aos dados para indicar de onde a informao vem e para onde vai. O bloco de cabealho mais dados de uma camada o dado da prxima camada. A unidade de informao muda de nome ao longo das camadas de maneira que podemos saber sobre qual camada se est referindo pelos nome destas unidades. A figura 1.2 relaciona os diversos nomes destas unidades de informao ao longo das camadas:

7 4 3 2 1

Aplicao Transporte Rede Enlace Fsica

Mensagem Segmento Datagrama Quadro / Frame Bit

Figura 1.2 Unidades de informao por camadas

Antes do desenvolvimento do modelo de camada ISO/OSI, o o DoD definiu seu prprio modelo de rede conhecido como modelo DoD de rede ou tambm modelo Internet de rede. Posteriormente este modelo passou a ser conhecido como modelo de camadas TCP/IP.

1.1.2 - Modelo de referncia TCP/IP O modelo de camadas ISO/OSI acabou se tornando apenas uma base para praticamente todos os protocolos desenvolvidos pela indstria. Cada desenvolvedor tem uma arquitetura que difere em detalhes as vezes fundamentais no seu desenvolvimento. Sendo assim, de se esperar uma variao nas descries do conjunto de protocolos TCP/IP. Apresentaremos a seguir a comparao entre duas possveis interpretaes, esquerda e direita do modelo base ISO/OSI ao centro:

Na figura 1.3, vemos que a tabela da esquerda apresenta os principais protocolos distribudos pelas diversas camadas, enquanto que na tabela da direita as funes so o destaque.

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TELNET FTP SMTP TCP

NFS SNMP DNS UDP

Aplicao Apresentao Sesso Transporte

Aplicao Processos

Transporte

IP

Rede

Rede

Enlace

Enlace Fsica

Fsica

Fsica

Figura 1.3- Interpretao, esquerda e direita do modelo base ISO/OSI

Na tabela da esquerda vemos que o TCP/IP no faz distino entre as camadas superiores. As trs camadas superiores so estritamente equivalentes aos protocolos de processos da Internet. Os processos possuem o nome do prprio protocolo utilizado porm importante no confundir o protocolo em si com a aplicao que geralmente apresenta uma interface com usurio amigvel para utilizao do protocolo. No modelo ISO/OSI, a camada de transporte (4) responsvel pela liberao dos dados para o destino. No modelo Internet (TCP/IP) esto feito pelos protocolos ponto a ponto TCP e UPD. Por fim, o protocolo IP o responsvel pela conexo entre os sistemas que esto se comunicando. Basicamente este protocolo se relaciona com a camada de rede (3) do modelo ISO/OSI. Este protocolo o responsvel principal do movimento da informao na rede. nesta camada/protocolo que a informao fragmentada no sistema fonte e reagrupada no sistema alvo. Cada um destes fragmentos podem ter caminhos diferentes pela rede de forma que os fragmentos podem chegar fora de ordem. Se, por exemplo, o fragmento posterior chegar antes do anterior, o protocolo IP no sistema destino reagrupa os pacotes na seqncia correta. Na tabela de direita consideramos o TCP/IP como sendo constitudo por 4 camadas apenas. A camada superior, camada de aplicao/processo responsvel por permitir que aplicaes possam se comunicar atravs de hardware e software de diferentes sistemas

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operacionais e plataformas. Muitas vezes este processo chamado de cliente-servidor. A aplicao cliente em geral est em um equipamento mais simples e com uma boa interface com usurio. Esta aplicao envia requisies aplicao servidor que normalmente est em uma plataforma mais robusta e que tem capacidade para atender vrias requisies diferentes de clientes diferentes. A camada que segue, camada de Transporte ou Ponto a Ponto, tem a funo principal de comear e terminar uma conexo e ainda controlar o fluxo de dados e de efetuar processos de correo e verificao de erros. A camada de rede a responsvel pelo roteamento. Comparativamente ela corresponde no modelo ISO/OSI a camada de Rede (3) e parte da camada Enlace (2). Esta camada usada para atribuir endereo de rede (IP) ao sistema e rotear a informao para a rede correta. Tem ainda a funo de ligao entre as camadas superiores e os protocolos de hardware . Em essncia podemos afirmar que sem esta camada, as aplicaes teriam que ser desenvolvidas para cada tipo de arquitetura de rede como por exemplo Ethernet ou Token Ring. A primeira camada, camada Fsica, no definida pelo TCP/IP, porm ntida sua importncia em relao parte fsica da mdia de comunicao, de bits, de quadros, de endereos MAC, etc.

1.1.3 - Endereamento IP e Classes Como visto anteriormente, a camada do protocolo IP ou protocolo Internet, define um endereo de identificao nico e atravs deste endereo executa servios de roteamento que basicamente definem o caminho disponvel naquele momento para comunicao entre a fonte e o destino. O protocolo Internet (IP) necessita da atribuio de um endereo Internet (endereo IP) organizado em 4 octetos (bytes). Estes octetos definem um nico endereo dividido em uma parte que representa a rede a qual pertence o endereo, em alguns casos a subrede tambm, e por fim a representao particular daquele sistema na rede. Alguns endereos possuem significado especial: Endereo 0: Significa a prprio rede ou sistema. O endereo 0.0.0.35 referencia a estao 35 da rede local. O endereo 127.0.0.0 referencia a estao em anlise. O endereo

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152.84.40.0 referencia a subrede 40 inteira da rede local do CBPF que pode ser representada por 152.84.0.0. Endereo 127: conhecido como loopback e utilizado em processos de diagnose. O endereo 127.0.0.1 o prprio loopback da estao em anlise. Endereo 255: Este endereo muito utilizado em mensagens broadcast e servios de anncio generalizados. Uma mensagem enviada para o endereo 152.84.255.255 ir atingir todos os 255 sistemas de cada uma das 255 subredes da rede local do CBPF. A figura 1.4 relaciona os diversos aspectos relevantes na definio do endereo Internet: o nmero de sistemas possveis, os primeiros bits do primeiro octeto e os seus possveis valores. Os demais octetos podem assumir livremente os valores entre 0 e 255, sempre levando em conta aqueles de significado especial.

Classe A B C D E

2n 24 16 8 -

Hosts 167.772 65.536 256 -

Bits Iniciais 0xxx 10xx 110x 1110 1111

Primeiro Octeto 0 127 128 191 192 223 224 239 240 - 255

Figura 1.4 Tabela relacionando a definio do endereo Internet

Os endereos Classe A so usados para redes muito grandes normalmente ligada a funes educacionais e cientficas. Os endereos Classe B so usados em redes muito grandes, normalmente atribudas a instituies que possuam um perfil disseminador de tecnologia e assim pudessem de alguma forma distribuir suas redes entre instituies e empresas contribuindo assim para o desenvolvimento de uma grande rede mundial. Os endereos Classe C so os mais difundidos pois permitem redes de 256 IPs o que parece ser um nmero conveniente para gerenciamento e implantao de sistemas de informao. Os endereos Classe D so reservados para Multicast utilizado nas aplicaes de videoconferncia, Multimdia, dentre outras, e por fim, os endereos Classe E so reservados para experimentao e desenvolvimento.

1.1.4 - Subrede IP e mscara de subrede

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A criao de subredes a partir de uma rede primria um procedimento tpico na rea de redes. O objetivo desta segmentao permitir uma melhor performance da rede em termos organizacionais, estruturais e funcionais. A idia bsica acrescentar alguns bits identificador de rede do endereo Internet. Os endereos permitidos so aqueles formados pelos bits restantes do octeto. O identificador de redes e subredes, a mscara de subrede, tambm composta por 4 octetos. A mscara formada por bits 1 nos campos que caracterizam o endereo de rede, e bits 0 nos campos relativos ao host. Considere uma Classe C com cada posio representada por um nico bit de um endereo de 32bits: R-> Rede H - > Host

RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.HHHHHHHH Se esta Classe C for dividida em 8 subredes com 32-2(rede e broadcast)=30 hosts em cada uma delas, a mscara ser 255.255.255.224 ou ainda/27 e sua representao fica: RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRHHHHH 11111111.11111111.11111111.11100000 Em um outro exemplo queremos fazer 64 subredes com 4-2=2 hosts permitidos por subredes. Neste caso a mscara seria 255.255.255.252 ou ainda /30 com a seguinte representao: RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRHH 11111111.11111111.11111111.11111100 O mesmo raciocnio pode ser empregado em uma Classe B ou Classe A, mudando somente a relao entre bits 1 e bits 0, ou em outras palavras muda o octeto em anlise. No caso de 2 subredes na Classe B teremos 255.255.128.0 ou/17 representadas por: RRRRRRRR.RRRRRRRR.RHHHHHHH.HHHHHHHH 11111111.11111111.10000000.00000000 Vale ressaltar aqui uma operao simples implementada por todos algoritmos de roteamento que o AND lgico entre a mscara de subrede e o endereo do host. Se o endereo tiver os mesmos bits 1 da mscara ento este endereo pertence a subrede em anlise e portanto o pacote pode ser enviado atravs de broadcast na subrede. Se diferir, ento o pacote deve ser enviado ao gateway, pois certamente pertence a outra subrede.

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1.1.5 - Protocolos e aplicaes (IP, ARP) Protocolo Internet IP O protocolo Internet definido na camada 3 do modelo ISO/OSI. Esta camada responsvel pelo endereamento dos pacotes de informao dos dispositivos origem e destino e possvel roteamento entre as respectivas redes, se diferentes. Este roteamento executado atravs do IP. O endereo IP composto de 4 octetos, que so divididos em parte rede e parte dispositivo, chamados de identificadores de rede e de host, de acordo com o tipo de classe definido pelos primeiro octeto, e/ou subrede, definida pelo nmero de mscara. Este protocolo, usando a parte rede do endereo ou identificador de rede, pode definir a melhor rota atravs de uma tabela de roteamento mantida e atualizada pelos roteadores. Este protocolo recebe os dados da camada superior (transporte) na forma de segmentos. Ocorre ento o processo de fragmentao e os conjuntos de dados passam a se chamar datagramas. Estes datagramas so ento codificados para envio camada inferior (fsica) para encaminhamento no meio fsico. Na figura 1.5 relacionamos as diversas partes (9) constituintes de um datagrama, o nmero de bits e funo ou descrio. O primeiro campo, Cabealho, contm informao sobre a verso do nmero IP (ipv4 ou ipv6) e o tipo de servio (ToS), muito usado em aplicaes que necessitem de Qualidade de Servio (QoS). O segundo campo, Comprimento, informa o comprimento do datagrama incluindo dados e cabealho. O terceiro campo, Fragmentao, instrui ao protocolo, como reagrupar datagramas quando chegam aps um processo de fragmentao muito comum em interfaces defeituosas e trfego intenso. O quarto campo, Time to Live TTL, informa o nmero de roteadores que podem redirecionar o datagrama. O valor decrementado at zero a cada roteador quando ento o datagrama descartado, impedindo a criao de loops e assim garantindo estabilidade ao processo de roteamento.

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1 Bits D E S C R I O 32 C A B E A L H O

2 16 C O M P R I M E N T O

3 16 F R A G M E N T A O

4 8 T T L

5 8 P R O T O C O L O

6 16 V E R I F I C A

7 32 E N D E R E O

8 32 E N D E R E O

9 Xxx D A D O S

F O N

D E S T I N O

TCP Ou UDP

O

DE

T E

ERROS

Figura 1.5 Tabela relacionando as partes constituintes de um datagrama.

O quinto campo, informa qual protocolo dever receber o datagrama na prxima camada. Se o valor deste campo for 6, TCP, se 7, UDP. O sexto campo, Verificao de Erro, seleciona que o processo ser utilizado na deteco de erros: Cyclical Redundance Check CRC ou Frame Check Sequence FCS. Os prximos campos, stimo e oitavo, Endereo Fonte e Endereo Destino, 32 bits cada, caracterizam por completo toda informao sobre endereamento necessrio ao processo de roteamento. O ltimo campo contm os dados, informao na realidade, e tem tamanho livre porm definido pelo tipo de rede sendo o MTU igual a 1500kbytes. Todas as informaes necessrias para que o IP possa se comunicar com o resto da rede esto distribudas nestes campos, principalmente naqueles relativos ao endereamento. importante observar que a camada de rede utiliza estes endereos lgicos de 4x8bits, para definir as redes existentes e como conseguir obter informao delas. Entretanto, para que os dados cheguem aos hosts necessrio um outro tipo de endereo: endereo Media Access Control MAC ou Ethernet. O TCP/IP define um protocolo, ARP, que caracteriza e relao entre o endereo IP e o endereo MAC.

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Address Resolution Protocol ARP um protocolo de resoluo de endereos, um protocolo padro de rede especfica. O protocolo de resoluo de endereos responsvel pela converso de endereos de protocolo de nvel superior (endereo IP) para endereos de rede fsica. Em uma nica rede fsica, os hosts individuais so conhecidos na rede pelo seu endereo fsico de hardware. Os protocolos de nvel superior localizam os hosts de destino na forma de um endereo simblico (neste caso o endereo IP). Quando tal protocolo que enviar um datagrama para o endereo IP de destino w.x.y.z, o driver de dispositivo no entende este endereo. Assim, fornecido um mdulo (ARP) que converter o endereo IP para o endereo fsico de destino. Ele usa uma tabela (algumas vezes referida como cache de ARP), para fazer esta converso. Quando o endereo no encontrado no cache de ARP, um broadcast enviado na rede, com um formato especial chamado de solicitao ARP. Se uma das mquinas na rede reconhecer o seu prprio endereo IP nesta solicitao, devolver uma resposta ARP para o host solicitante. A resposta conter o endereo fsico do host e as informaes da rota de origem (se o pacote tiver cruzado bridges em seu caminho). Tanto este endereo quanto a informao da rota de origem so armazenados no cache de ARP do host solicitante. Todos os datagramas subseqentes enviados para este endereo IP de destino podem agora ser convertidos em um endereo fsico, que usado pelo driver de dispositivo para enviar os datagramas pela rede. A tecnologia ATM (Asyncronous Transfer Mode modo de transferncia assncrona) constitui uma exceo regra, onde o ARP no pode ser implementado na camada fsica como foi descrito anteriormente. Por esta razo, quando um servidor ARP usado, todos host tem de registrar-se logo na inicializao para poder decompor os endereos IP em endereos de hardware. O ARP foi planejado para ser usado em redes que suportam o broadcast de hardware. Isto significa, por exemplo, que o ARP no funcionar em uma rede X.25. O ARP usado tanto em redes IEEE 802 quanto em redes Ethernet DIX mais antigas, para mapear os endereos IP para endereos fsico de hardware. Para fazer isto, ele est

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intimamente relacionado ao driver de dispositivo desta rede. Na verdade, as especificaes ARP na RFC 826 descrevem apenas a sua funcionalidade, no sua implementao. A implementao depende em grande parte do driver de dispositivo para um tipo de rede e so geralmente codificados em conjunto no microcdigo do adaptador. Se um aplicativo deseja enviar dados para um determinado endereo IP de destino, o mecanismo de roteamento IP determina primeiro o endereo IP da prxima parada do pacote (pode ser o prprio host de destino, ou um roteador) e o dispositivo de hardware ao qual deveria ser enviado. Se for uma rede IEEE 802.3/4/5, o mdulo ARP deve ser consultado para mapear o para um endereo fsico. O mdulo ARP tenta encontrar o endereo neste cache de ARP. Se encontrar o par correspondente, ele devolve o endereo fsico de 48 bits para o solicitante ( o driver de dispositivo) que ento transmite o pacote. Se no encontrar o par nesta tabela, ele se livra do pacote (supe que um protocolo de nvel superior ir transmiti-lo) e gera um broadcast de rede de uma solicitao ARP. Para o pacote de solicitao ARP, o endereo de hardware de destino o nico campo indefinido no pacote.

1.2 - COMUTAO DE PACOTES E DE CIRCUITOS O TCP/IP permitiu a existncia de comunicaes abertas e a proliferao de conectividade LAN a LAN e LAN a WAN entre vrios ambientes operacionais. Sua tipologia e arquitetura, porm no tinham como base os mtodos empregados pela empresa telefnica: comutao de circuitos. A empresa telefnica (AT&T, antes da diviso) basicamente ria diante da idia de uma rede de comutao de pacotes e afirmou publicamente que isso jamais daria certo. Uma rede onde as informaes transmitidas pudessem encontrar o seu prprio caminho na rede? Impossvel ! Uma rede onde todo pacote de informaes transmitido tivesse a mesma chance de encaminhamento ? A companhia telefnica manteve sua postura de que a comutao de circuitos era o nico mtodo que deveria ser usado para voz, vdeo ou dados. A comutao por definio oferecia largura de banda garantida e, portanto, qualidade de

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servio. Nessa poca, a empresa telefnica estava correta, mas somente para voz. Voz e vdeo no podem resistir a nenhum retardo pequeno que seja (cerca de 150 mili segundos, ou 0,150 segundos), mas os dados podem! Em comutao de pacotes, o percurso encontrado em tempo real, e toda vez o percurso deve ser igual; mas pode no ser. Alm disso, as informaes vo do ponto A ao ponto B. Existem muitas diferenas entre comutao de circuitos e de pacotes. Uma delas que, na comutao de circuitos, um percurso construdo antes do envio das informaes, enquanto que na comutao de pacotes no; um percurso no definido nem se for criado antes do envio das informaes. Por exemplo, quando voc faz uma chamada telefnica, a companhia telefnica cria fisicamente um circuito para essa chamada. Voc no pode falar (transmitir informaes) at que o circuito seja criado. Esse circuito criado via hardware. Esse percurso um circuito fsico atravs do sistema de rede telefnica ; no entanto, a companhia telefnica est empregando no momento outras tecnologias para permitir a comutao de circuitos virtuais atravs de tecnologias como ATM Asynchronous Transfer Mode . Para nossa comparao um percurso de voz criado no hardware antes que as informaes sejam passadas. Nenhuma informao est contida o sinal de voz digitalizada para indicar aos switches onde o destino est localizado. Um n de transmisso possui a mesma chance de obter suas informaes para o receptor. Na comutao de pacotes, as informaes necessrias para atingir a estao de destino esto contidas no cabealho das informaes que esto sendo enviadas. As estaes, conhecidas como roteadores, liam essas informaes na rede e as encaminhavam ao longo do seu percurso. Milhares de pacotes de informaes distintos podem usar o mesmo percurso para diferentes destinos. Atualmente, estamos provando que a comutao de pacotes, alm de ser vivel, pode ser usada para voz, vdeo e dados. Foram inventadas estaes mais novas e mais rpidas na rede, junto com transportes de transmisso mais rpidas. Junto com isso, existem novos protocolos de qualidade de servio que permitem prioridades na rede. Determinados pacotes de informaes podem saltar sobre os outros, para serem transmitidos primeiro.

1.3 - OUTROS PROTOCOLOS RELACIONADOS AO IP

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O ICMP (Internet Control Message Protocol) uma extenso da camada do IP. por essa razo que ele usa um cabealho IP, e no um cabealho UDP (User Datagram Protocol). O objetivo do ICMP relatar ou testar determinadas condies na rede. O IP transmite dados e no possui outra forma de comunicao. O ICMP oferece algum mecanismo de relato de erro para o IP. Basicamente, ele permite que dispositivos de ligao entre redes (host ou roteadores) transmitam mensagens de erro ou de teste. Essas mensagens de erro podem ser que um destino de rede no pode ser alcanado ou que pode ser gerado ou respondido um pacote de solicitao de eco. O IGMP (internet Group Management Protocol) uma extenso do protocolo IP que permite multicasting para o IP. O endereo de multicast j existia para o IP, mas no havia um protocolo de controle que permitisse sua existncia em uma rede. O IGMP um protocolo que opera em estaes de trabalho e em roteadores, o qual permite que os roteadores determinem quais endereos de multicast existem em seus segmentos. Com esse conhecimento, os roteadores podem criar rvores de multicast, permitindo que dados de multicast sejam recebidos e propagados para suas estaes de trabalho de multicast. Os cabealhos IGMP so usados como base para todos os protocolos de roteamento de multicast para o Ipv4. O RSVP chamado de protocolo de reserva de recursos e permite que haja uma certa aparncia de Qualidade de Servio (QoS) usando-se o IP. Costumava ser possvel aumentar a velocidade de uma rede para permitir mais largura de banda no encaixe de aplicativos famintos. Com essa capacidade, a QoS era essencialmente ignorada. No entanto, a largura de banda no pode expandir-se continuamente. A Internet no foi feita com intenes de Qualidade de Servio, e o RSVP a primeira tentativa nesse sentido. Seus benefcios so aparentes em aplicativos de multicast, mas ela tambm pode ser usada com aplicativos de unicast. Ela permite que as estaes na rede reservem recursos por meio dos roteadores na rede.

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CAPTULO II DEFINIO DE QoS

2.1 - QUALIDADE DE SERVIOS Outra forma de ver a camada de transporte considerar que sua principal funo seja melhorar a QoS (Qualidade de Servio) oferecida pela camada de rede. Se o servio de rede for perfeito, o trabalho da camada de transporte ser fcil. No entanto, se o servio de rede no for perfeito, a camada de transporte ter que servir de ponte para cobrir a distncia entre o que os usurios de transporte desejam e o que a camada de rede oferece. Ainda que primeira vista o conceito de qualidade de servio seja vago (fazer com que todos concordem sobre o que significa um servio bom no uma tarefa simples), a QoS pode ser definida por um nmero especfico de parmetros. O servio de transporte pode permitir ao usurio determinar os valores preferenciais, os valores aceitveis e os valores mnimos para vrios parmetros de servio no momento em que uma conexo estabelecida. Alguns parmetros tambm podem ser usados no transporte sem conexo. tarefa da camada de transporte examinar esses parmetros e, dependendo do(s) tipo(s) de servio(s) de rede disponvel(eis), determinar se possvel realizar o servio solicitado. Os parmetros tpicos para a qualidade de servio da camada de transporte so resumidos em: Retardo no estabelecimento da conexo Probalidade de falha no estabelecimento da conexo Throughput Taxa de erros residuais Proteo Prioridade Resilincia

Observe que poucas redes ou protocolos oferecem todos esses parmetros. Muitas apenas tentam reduzir a taxa de erros da melhor maneira possvel. Outras tm arquiteturas de QoS mais elaboradas. O retardo no estabelecimento da conexo o tempo transcorrido entre a solicitao de uma conexo de transporte e o recebimento de sua confirmao pelo usurio do servio de transporte. Nessa caracterstica tambm est includo o retardo do processamento na

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entidade de transporte remota. A exemplo de todos os parmetros que medem um retardo, quando menor o retardo, melhor o servio. A Probabilidade de falha no estabelecimento da conexo a possibilidade de a conexo no se estabelecer dentro de um perodo mximo estabelecido devido a, por exemplo, um congestionamento na rede, falta de espao de tabela em algum lugar ou a outros problemas internos. O parmetro throughput calcula o nmero de bytes de dados do usurio transmitidos por segundo durante um determinado intervalo de tempo. separadamente para cada direo. O retardo de trnsito calcula o tempo transcorrido desde o envio de uma mensagem pelo usurio de transporte da mquina de origem at seu recebimento pelo usurio de transporte da mquina de destino. A exemplo do throughput, cada direo do transporte analisada separadamente. A taxa de erros residuais calcula o nmero de mensagens perdidas ou corrompidas em um porcentagem do total enviado. Na teoria, a taxa de erros residuais deveria ser zero, pois o trabalho da camada de transporte esconder os erros da camada de rede. Na prtica, essa taxa pode apresentar um valor (baixo) finito. O parmetro de Proteo oferece uma forma de o usurio de transporte especificar seu interesse no fato de a camada de transporte fornecer proteo contra a leitura, ou a modificao, de dados por parte de terceiros (que se utilizam de grampos para violar a comunicao). O parmetro de Prioridade oferece ao usurio de transporte um modo de indicar que algumas conexes so mais importantes do que outras e, em caso de congestionamento, garantir que as conexes de maior prioridade sejam atendidas primeiro. Por fim, o parmetro de Resilincia oferece camada de transporte a probabilidade de finalizar uma conexo espontaneamente devido a problemas internos ou a O throughput medido

congestionamento. O parmetros QoS so especificados pelo usurio de transporte quando uma conexo solicitada. Os valores mnimo e mximo aceitveis podem ser fornecidos. s vezes, ao conhecer os valores de QoS, a camada de transporte percebe imediatamente que alguns deles no podem ser alcanados. Nesse caso, ela informa ao responsvel pela chamada que

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a tentativa de conexo falhou sem sequer tentar contato com o destino. O relatrio da falha especifica o que a causou. Em outros casos, a camada de transporte sabe que no pode alcanar o objetivo desejado (por exemplo, um throughput de 600Mbps), mas pode atingir uma taxa mais baixa, porm aceitvel (por exemplo, 150Mbps). Em seguida, a camada de transporte envia a taxa mais baixa e a mnima aceitvel para a mquina remota e solicita o estabelecimento de uma conexo. Se a mquina remota no puder administrar o valor sugerido mas conseguir administrar qualquer valor acima do mnimo, a camada de transporte far uma contraproposta. Se a mquina remota no puder trabalhar com qualquer valor acima do mnimo, ela rejeitar a tentativa de conexo. Por fim, o usurio de transporte da mquina de origem informado do fato de que a conexo foi estabelecida ou rejeitada. Se a conexo tiver sido estabelecida, o usurio ser informado dos valores dos parmetros acordados. Esse procedimento chamado de negociao de opo (option negotiation). Uma vez que tenham sido negociadas, as opes sero mantidas durante toda a conexo. Muitas concessionrias de servios de melhor qualidade para evitar que seus clientes fiquem obcecados por esses detalhes.

2.2 - QUALIDADE DE SERVIOS E DESCRITORES DE TRFEGO A recomendao I.350 fornece a descrio das noes de qualidade de servio (Quality of Service QoS), desempenho da rede (Network Performance NP) e descritores de trfego. A descrio de QoS tomada da recomendao E.800, onde define-se a qualidade de servio como sendo o efeito coletivo provocado pelas caractersticas de desempenho de um servio, determinando o grau de satisfao do usurio. Tal definio engloba,

originalmente, vrios aspectos de diversas reas de atuao, incluindo o nvel de satisfao do usurio. Na recomendao I.350, o ITU-T achou por bem considerar como parmetro relevantes para definio da qualidade de servio na camada ATM, somente aqueles que podem ser diretamente observveis e mensurveis no ponto de acesso do servio dos usurios. Outros tipos de parmetros no diretamente mensurveis ou subjetivos em sua natureza no sero tratados como parmetros para a especificao da QoS. Exemplos de parmetros utilizados para a definio da QoS na camada ATM so: o retardo, a

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sensibilidade variao estatstica do retardo, a taxa de perda de clulas etc. A traduo da QoS especfica da aplicao para a QoS adequada da camada ATM papel das camadas superiores de protocolo, incluindo a AAL. O desempenho da rede (NP) medido em termos de parmetros utilizveis pelo provedor dos servios de comunicao com o propsito de projeto, configurao, operao e manuteno do sistema. Os objetivos do desempenho de rede em um SAP ATM so definidos para capturar a capacidade da rede em atender a qualidade de servio requerido da camada ATM. As noes de QoS e NP diferem quanto ao propsito e enfoque dos parmetros que as caracterizam. Os parmetros de QoS so definidos sob o ponto de vista do usurio de um determinado servio, enquanto que os parmetros de NP so definidos sob o ponto de vista da infra estrutura de comunicao que fornece suporte ou implementa esse servio. Ambos os parmetros so necessrios, e os seus valores devem estar quantitativamente relacionados para que a rede possa servir efetivamente aos seus usurios. A definio dos parmetros de QoS e NP deve tornar claro o mapeamento entre os seus valores em todos os casos onde esse mapeamento no for um para um. A recomendao I.371 apresenta as tcnicas de controle de trfego e controle de congestionamento que devero ser aplicados na RDSI-FL. Tais mecanismos tm como principal objetivo garantir a manuteno da qualidade de servio especificada e desejada pelos usurios no momento em que uma conexo ATM estabelecida. Uma RDSI-FL dever fornecer um determinado nmero de classes de servio, cada uma associada a uma qualidade de servio e seus parmetros cada conjunto de parmetros e seus valores determina uma QoS. Adicionalmente, dentro de cada classe, caracterstica particulares de capacidade podem ser especificadas. Um usurio requisita uma QoS especfica da camada ATM atravs das classes QoS que a rede fornece. Isso deve fazer parte do contrato de trfego definido no estabelecimento da conexo. responsabilidade da rede garantir a qualidade de servio negociada, desde que o usurio cumpra a sua parte no contrato de trfego. Se o usurio violar o contrato , a rede pode no respeitar a QoS acordada. Um usurio pode requisitar at duas classes diferentes de QoS para uma conexo ATM cada uma associada uma taxa de perda das clulas (cell loss ratio CLR). O bit de

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prioridade de perda de clula, por ns visto quando estudamos o cabealho de uma clula ATM, definir os parmetros QoS que devero ser atendidos para a clula em questo. Parmetros de trfego descrevem as caractersticas de trfego de uma conexo ATM. Parmetros de trfego so agrupados em descritores de trfego da fonte para a troca de informao entre o usurio e a rede. Podemos, assim, definir mais precisamente os descritos de trfego como uma lista genrica de parmetros de trfego que podem ser utilizados para capturar as caractersticas de uma conexo ATM. Exemplos de parmetros de trfego so: taxa de pico de gerao de clulas (cell peak rate), taxa mdia de transferncia de clulas (avarage cell rate),durao de um pico (peak duration),explosividade (burstiness) e tipo de fonte (telefone, videofone etc.). Se o usurio requerer dois nveis de prioridade para a conexo ATM, conforme indicado pelo bit CLP do cabealho de uma clula, as caractersticas intrnsecas de trfego do fluxo de ambos os tipos de clulas devem ser especificados no descritor de trfego da fonte. Isto feito por meio de um conjunto de parmetros de trfego associado com as clulas CLP=0, e um conjunto de parmetros de trfego associado com todas as clulas (isto CLP=0+1). Os procedimentos de controle de admisso fazem uso dos descritos de trfego da fonte para a alocao de recursos e para derivar parmetros para a operao dos mecanismos de policiamentos da fonte. Todo parmetro de trfego de um descritor de trfego da fonte deve ser enquadrado pelos mecanismos de policiamento. Os algoritmos de controle de trfego e congestionamento requerem o conhecimento de certos parmetros para atuarem eficientemente. Eles devem levar em considerao o descritor de trfego da fonte, a QoS requerida e a tolerncia mxima variao de retardo da clula tolerncia mxima CDV (cell delay variation) para decidir se uma conexo requerida pode ser aceita(isto , se uma determinada QoS pode ser atendida.) As funes de uma camada ATM (por exemplo, a multiplexao de clulas) pode alterar as caractersticas de trfego de uma conexo ATM pela introduo de uma variao do retardo. Quando clulas de duas ou mais conexes ATM so multiplexadas, as clulas de uma dada conexo podem ser retardadas enquanto clulas de outra conexo esto sendo inseridas na sada do multiplexador. Clulas tambm podem sofrer retardos devido ao overhead do nvel fsico ou a introduo de clulas OAM no fluxo de sada do multiplexador. Assim, alguma aleatoriedade pode ser introduzida no intervalo de tempo entre clulas no

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ponto final de uma conexo ATM. Alm disso, a multiplexao AAL pode tambm originar a variao de retardo de clulas (CDV). Ora, os mecanismos de policiamento no devem descartar, ou marcar para descartar, clulas geradas pela fonte em acordo com o descritor de trfego negociado. Contudo, se a CDV no for limitada no ponto onde o mecanismo de controle de policiamento executado, no possvel projetar um mecanismo adequado (taxas de clulas so aumentadas e diminudas no pela fonte, mas pela CDV, o que pode causar a iluso de que a taxa de pico de uma fonte de trfego est sendo violada), nem fazer o uso de uma alocao de recursos apropriada. Assim, importante que um valor mximo para a CDV seja estabelecido ente o SAP da conexo ATM e a interface TB, entre a interface TB e a interface NNI, e entre interfaces NNI. Esses valores devem ser levados em conta nos mecanismos de controle de trfego e congestionamento. O descritor de trfego da fonte, a QoS requerida e a tolerncia mxima CDV alocada a um equipamento do usurio definem o contrato e trfego em um ponto de referncia TB. O descritor de trfego da fonte e a QoS requerida so declaradas pelo usurio no estabelecimento da conexo, por meio de sinalizao ou subscrio. Se a tolerncia mxima CDV tambm negociada na subscrio ou por conexo assunto ainda em estudo. A taxa de pico de gerao de clulas e a tolerncia mxima CDV so parmetros obrigatrios em um contrato de trfego. Parmetros adicionais podem prover uma melhora significativa da utilizao da rede.

2.3 - POR QUE QoS? Na internet e nas intranets atuais, a largura de banda um assunto importante. Mais e mais pessoas esto usando a Internet por motivos comerciais e particulares. O montante de dados que precisa ser transmitido atravs da internet vem crescendo exponencialmente. Novos aplicativos, como RealAudio, RealVideo, Internet Phone e sistemas de videoconferncia precisam cada vez de mais largura de banda que os aplicativos usados nos primeiros anos da Internet. Enquanto que aplicativos Internet tradicionais, como WWW, FTP ou Telnet, no toleram perda de pacotes, mas so menos sensveis aos retardos variveis, a maioria dos aplicativos em tempo real apresenta exatamente o comportamento oposto, pois podem

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compensar uma quantidade razovel de perda de pacotes mas so, normalmente, muito crticos com relao aos retardos variveis. Isso significa que sem algum tipo de controle de largura de banda, a qualidade desses fluxos de dados em tempo real dependem da largura de banda disponvel no momento. Larguras de banda baixas, ou mesmo larguras de banda melhores mas instveis, causam m qualidade em transmisses de tempo real, com eventuais interrupes ou paradas definitivas da transmisso. Mesmo a qualidade de uma transmisso usando o protocolo de tempo real RTP depende da utilizao do servio de entrega IP subjacente. Por isso, so necessrios conceitos novos para garantir uma QoS especfica para aplicativos em tempo real na Internet. Uma QoS pode ser descrita como um conjunto de parmetros que descrevem a qualidade (por exemplo, largura de banda, utilizao de buffers, prioridades, utilizao da CPU etc.) de um fluxo de dados especfico. A pilha do protocolo IP bsica propicia somente uma QoS que chamada de melhor tentativa. Os pacotes so transmitidos de um ponto a outro sem qualquer garantia de uma largura de banda especial ou retardo mnimo. No modelo de trfego de melhor tentativa, as requisies na Internet so processadas conforme a estratgia do primeiro a chegar, primeiro a ser atendido. Isso significa que todas as requisies tm a mesma prioridade e so processadas uma aps da outra. No h possibilidade de fazer reserva de largura de banda para conexes especficas ou aumentar a prioridade de uma requisio especial. Assim, foram desenvolvidas novas estratgias para oferecer servios previsveis na Internet. Hoje em dia, h dois princpios bsicos para conseguir QoS na Internet: Servios integrados Servios diferenciados

Os servios integrados trazem melhoramentos ao modelo de rede IP para suportar transmisses em tempo real e garantir largura de banda para seqncias de dados especficas. Neste caso, definimos um fluxo de dados (stream) como uma seqncia distinguvel de datagramas relacionados transmitidos de um nico emissor para um nico receptor que resulta de uma nica atividade de usurio e requer a mesma QoS. Por exemplo, um fluxo de dados poderia consistir de um stream de vdeo entre um par de host determinado. Para estabelecer a conexo de vdeo nas duas direes, so necessrios dois fluxos de dados.

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Cada aplicativo que inicia um fluxo de dados pode especificar a QoS exigida para esse fluxo. Se a ferramenta de videoconferncia precisar de uma largura de banda mnima de 128 Kbps e um retardo de pacote mnimo de 100 ms para garantir exibio de vdeo contnua, essa QoS pode ser reservada para essa conexo. O mecanismo de Servios Diferenciados no usa sinalizao por fluxo. Nveis diferentes de servios podem ser reservados para grupos diferentes de usurios da Internet, o que significa que o trfego todo ser dividido em grupos com parmetros de QoSs diferentes. Isso reduz a carga extra de manuteno em comparao com os Servios Integrados.

2.4 - TRANSMISSO MULTIMDIA EM REDES Pode-se dividir a parte de transmisso multimdia em redes de computadores como mostra a figura 2.1, ou seja, a parte de conferncia (que requer interatividade) e a parte de transmisso de vdeo (que envolve apenas um lado transmitindo e vrios clientes recebendo). Ambas possuem necessidades diferentes para funcionarem a contento, por exemplo, as aplicaes de conferncia normalmente possuem necessidades mais rgidas em relao ao atraso da rede, enquanto que a transmisso unidirecional pode trabalhar com um atraso maior.

Figura 2.1 Transmisso multimdia em rede

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No item 2.5, a seguir, sero analisados com maiores detalhes os conceitos e padres envolvidos em transmisso multimdia em redes de computadores.

2.5 - NECESSIDADES DAS APLICAES (LATNCIA, JITTER, SKEW, TABELA COMPARATIVA) Atualmente existe uma tendncia de convergncia de aplicaes em um nico meio fsico, ou seja, voz, vdeo, dados, imagens, msicas, e tudo que possa ser transformado em bits utilizando o mesmo meio fsico. Entretanto, as aplicaes tem caractersticas e necessidades bem diferentes umas das outras, como por exemplo voz, que exige latncia e jitter baixos, dados, que no tem tanta preocupao com latncia e jitter, e videoconferncia, que alm de exigir latncia e jitter baixos, ainda necessita de skew baixo, a fim de manter sincronizados voz e vdeo. A seguir ser feita a definio desses termos, e depois ser mostrada uma tabela comparativa das necessidades das aplicaes.

Latncia Em redes de computadores, latncia o tempo que um pacote leva da origem ao destino. Caso esse atraso seja muito grande, prejudica uma conversao atravs da rede, tornando difcil o dilogo e a interatividade necessria para certas aplicaes. Segundo /PAS 97a/, que se baseou em muitos registros, um atraso confortvel para o ser humano fica na ordem de 100ms. Suponha duas pessoas conversando atravs da Internet. medida que o atraso aumenta, as conversas tendem a se entrelaar, ou seja, uma pessoa no sabe se o outro a ouviu e continua falando. Aps alguns milisegundos vem a resposta do interlocutor sobre a primeira pergunta efetuada, misturando as vozes. Num atraso muito grande, as pessoas devem comear a conversar utilizando cdigos, tipo cmbio, quando terminam de falar e passam a palavra ao outro. Os principais responsveis pela latncia so o atraso de transmisso, de codificao e de empacotamento, que podem ser definidos da seguinte forma: Atraso de transmisso: tempo aps a placa de rede ter transmitido o pacote at ele chegar na placa de rede do computador destino. Esse tempo envolve uma srie de fatores, como o atraso no meio fsico (por exemplo fibra tica, UTP, wireless), processamento em cada

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roteador ou switch intermedirio (por exemplo, para trocar o TTL do pacote e decidir sua rota), fila de espera em cada roteador e switch intermedirio, e assim por diante; Atraso de codificao e decodificao: sinais como voz e vdeo normalmente so codificados em um padro, tipo PCM (G.711 a 64Kbps) para voz, ou H.261 para vdeo. Essa codificao gasta um tempo de processamento na mquina. Alguns protocolos gastam menos, como o G.711, que ocupa menos de 1ms de codificao /PAS 97a/, porm, requer 64Kbps de banda. Alguns protocolos de voz, como o G.729, requerem 25ms de codificao, mas ocupam apenas 8Kbps de banda; Atraso de empacotamento e desempacotamento: aps codificado, o dado deve ser empacotado na pilha OSI a fim de ser transmitido na rede, e isso gera um atraso. Por exemplo, numa transmisso de voz a 64Kbps, ou 8000 bytes por segundo, tem-se que, para preencher um pacote de dados contendo apenas 100 bytes, vai levar 12,5ms. Mais 12,5ms sero necessrios no destino a fim de desempacotar os dados. Alm da latncia, a existncia do jitter outro fator de atraso na comunicao entre duas pessoas.

Jitter Utilizar somente a latncia no suficiente para definir a qualidade de transmisso, pois as redes no conseguem garantir uma entrega constante de pacotes ao destino. Assim, os pacotes chegam de forma varivel, como mostra a figura 2.2, ocasionando o jitter, que nada mais do uma flutuao na latncia, ou variao estatstica do retardo.

Figura 2.2 Comparao entre latncia e jitter

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A conseqncia do jitter que a aplicao no destino deve criar um buffer cujo tamanho vai depender do jitter, gerando mais atraso na conversao. Esse buffer vai servir como uma reserva para manter a taxa de entrega constante no interlocutor. Da a importncia de latncia e jitter baixos em determinadas aplicaes sensveis a esses fatores, como videoconferncia.

Skew O skew um parmetro utilizado para medir a diferena entre os tempos de chegada de diferentes mdias que deveriam estar sincronizadas, como mostra a figura 2.3. Em muitas aplicaes existe uma dependncia entre duas mdias, como udio e vdeo, ou vdeo e dados. Assim, numa transmisso de vdeo, o udio deve estar sincronizado com o movimento dos lbios (ou levemente atrasado, visto que a luz viaja mais rpido que o som, e o ser humano percebe o som levemente atrasado em relao viso). Outro exemplo quando tem-se uma transmisso de udio explicativo e uma seta percorrendo a figura associada.

Figura 2.3 Definio do Skew entre mdias diferentes

Tabela comparativa A figura 2.4 mostra algumas aplicaes tpicas em rede, bem como seus fatores crticos, em aplicaes numa tendncia de convergncia nas redes.

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Telefone Latncia Jitter Skew Velocidade (largura banda) Sensvel Sensvel Baixa

Download Insensvel insensvel Insensvel Depende

TV Insensvel Sensvel Sensvel Alta

Videoconferncia Sensvel Sensvel Sensvel Alta

Figura 2.4 Tabela de fatores crticos em aplicaes numa tendncia de convergncia.

Aplicaes de telefonia so sensveis a latncia e jitter. Caso estiverem associadas a sincronismo em alguma figura, como por exemplo um udio explicativo associado a uma seta se movendo numa figura, o udio tambm sensvel a skew. Possuem velocidade baixa, de 64Kbps no padro G.711, o mais comum em telefonia atualmente, mas pode-se chegar a apenas 8Kbps, usando a compresso no padro G.729. Aplicaes de download de dados so insensveis a latncia, jitter e skew, podem variar em necessidades de velocidade, e possuem taxa varivel. Entretanto, na maior parte das vezes esse tipo de mdia no pode sofrer perdas. Pode-se imaginar o problema que pode acontecer de perdas de pacotes numa transao bancria. J em transmisses unilaterais de udio e vdeo, como por exemplo TV, a latncia no to importante, visto que no vai fazer muita diferena se a transmisso demorar 5 segundos para comear a passar. Entretanto, uma vez que comeou, deve se manter at o final e com sincronismo entre udio e vdeo, da a necessidade de jitter e skew baixos. Aplicaes de videoconferncia so muito parecidas com aplicaes de voz em termos de latncia e jitter, entretanto, possuem alta largura de banda e devem manter um baixo skew, pois necessitam sincronizao entre udio e vdeo.

2.6 - QUALIDADE DE SERVIO (REQUISITOS GERAIS PARA SUPORTE A SERVIO BANDA LARGA) A camada de transporte tem como uma das principais funes a ampliao da qualidade de servio (Quality of Service QoS) fornecida pela camada de rede. A qualidade de servio pode ser caracterizada por uma srie de parmetros especficos (parmetros QoS). Entre estes podemos citar:

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-

O retardo no estabelecimento da conexo. O retardo no encerramento da conexo. A probabilidade de falha no estabelecimento da conexo. Isto , a probabilidade que uma conexo no seja estabelecida dentro do retardo mximo de estabelecimento.

-

A probalidade de falha na liberao da conexo. Isto , a frao das tentativas de liberao de conexes que no se completaram dentro do retardo mximo de encerramento.

-

A vazo em cada sentido da conexo, isto , a taxa de bits transferidos por segundo. O retardo de transferncia mdio, tambm em cada sentido. A variao estatstica do retardo, expressa, por exemplo, em termos da varincia do retardo de transferncia.

-

A taxa de erro, expressa em porcentagem dos bits transmitidos. A prioridade de queda de uma conexo, isto , a probabilidade de que a camada de transporte. O servio de transporte permite ao usurio especificar valores preferencias, valores aceitveis e inaceitveis, quando do estabelecimento de uma conexo. Alguns dos parmetros se aplicam tanto ao servio com conexo quanto ao servio sem

conexo. funo da camada de transporte examinar os parmetros requeridos e determinar se pode ou no fornecer o servio. A definio da camada de transporte RM-OSI no determina a codificao ou os valores permitidos para os parmetros QoS.

Requisitos Gerais para Suporte a Servios de Banda Larga Os requisitos bsicos que uma rede de banda larga deve atender para dar suporte aos servios especificados so identificados na recomendao I.211, que inclui categorias como as de: requisitos multimdia, qualidade de servios (Quality of Service QoS), temporizao, sincronizao e aspectos de sinalizao. A RDSI-FL dever fornecer facilidades que permitam, em uma nica chamada associada a um servio, estabelecer um nmero de conexes que podem ser associadas a tipos especficos de trfego. Em maro de 1993, no encontro de Helsinki, o ITU-T aprovou uma recomendao especfica para a infraestrutura de uma rede de banda larga para dar suporte

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a servios multimdia (recomendao I.374: Framework Recomendation on Network Capabilities to Support Multimedia Services). A recomendao I.374 apresenta uma arquitetura funcional para servios multimdia que define os elementos de controle de servio: procedimentos executados, pelos participantes de uma chamada, para fornecer servios multimdia. Uma chamada pode envolver a participao de vrias conexes entre usurios, servidores e equipamentos de apresentao e armazenamento. As diferentes conexes podem apresentar diferentes caractersticas para atender a diferentes mdias. Os elementos de controle de servios so utilizados para o controle das chamadas, o controle das conexes e o controle das mdias. O controle das chamadas inclui o estabelecimentos e liberao de chamadas. O controle das conexes dever permitir o estabelecimento de conexes entre dois ou mais usurios, a incluso de novos usurios em uma chamada, o desligamento de um participante de uma chamada e a liberao de uma conexo pertencentes a uma chamada. O controle das mdias inclui a alocao e liberao de mdias em uma chamada. A qualidade de servio(QoS) , normalmente, um parmetro negociado na fase de estabelecimento de uma conexo, muito embora, os procedimentos de sinalizao permitam que a negociao possa ser feita tambm aps o estabelecimento. Os parmetros que definem uma determinada qualidade de servio so definidos pela recomendao I.350. A recomendao I.211 reconhece que novos parmetros podem vir a ser definidos, como a taxa de perda de clulas permitida (cell loss ratio). Adicionalmente, para alguns servios, a recomendao I.211 reconhece poder ser necessria a indicao explcita, clula por clula, de uma prioridade para o descarte de clulas em caso de congestionamento. Essa capacidade muito til para minimizar a degradao da QoS para trfegos do tipo voz ou vdeo.

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CAPTULO III ANLISE DE SERVIOS QoS

3.1 GARANTIA DE QoS Somente o aumento na largura de banda no suficiente para garantir a qualidade do servio aplicao, pois em se tratando de redes compartilhadas por mltiplos usurios e muitas vezes a longas distncias, podem haver congestionamentos, provocando atrasos inadmissveis em certas aplicaes sensveis, como por exemplo voz e videoconferncia. Existem algumas formas de prover qualidade de servio s aplicaes crticas: servios integrados, servios diferenciados, prioridade relativa e label switching.

3.1.1 - Servios Diferenciados Ao contrrio dos servios integrados, descrito mais adiante, os padres que utilizam servios diferenciados preenchem um campo especfico no pacote para dizer a prioridade que a aplicao tem. Assim, cada n da rede pode priorizar ou no o encaminhamento do pacote. O diffserv, visto a seguir, um exemplo dessa arquitetura.

Differentiated Services (diffserv) O objetivo da arquitetura diffserv melhorar o protocolo IP a fim de obter qualidade de servio de uma forma escalvel, ou seja, sem depender de protocolos de sinalizao em cada n ou reserva de recursos baseada em fluxo. Para isso, utilizado o campo DS (Differentiated Services) do cabealho IP, que nada mais do que o campo TOS (Type Of Service) do cabealho IPv4 (RFC 791) ou o campo classe de trfego do IPv6 (RFC 2460). A configurao do campo DS pela aplicao vai determinar o comportamento do pacote na rede e seu tipo de servio, ou seja, se ele vai ser mais ou menos prioritrio. Servios so definidos como necessidades dos usurios, tanto fim a fim como dentro de um mesmo domnio. Tais necessidades podem ser de largura de banda ou baseadas em desempenho relativo (uso de classes). O contrato de servio entre o cliente e o provedor de servios conhecido como Service Level Agreement (SLA). Os servios podem ser implementados de acordo com as seguintes diretivas:

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Marcar o campo DS do cabealho IP de acordo com o tipo de servio. Usado nos limites da rede (limites de sistemas autnomos, limites administrativos internos ou hosts); Usar o campo DS para determinar a prioridade com que os pacotes sero encaminhados atravs dos ns da rede; Condicionar os pacotes nos limites da rede de acordo com os requerimentos de cada servio, como por exemplo monitoramento, poltica e conformao de trfego. Dessa forma, cada pacote vai ter um comportamento num determinado n, e isso conhecido como per-hop behaviors, ou PHB. Muitos padres de PHB esto em desenvolvimento no IETF, como por exemplo o Expedited Forwarding (EF), ou encaminhamento agilizado, e Assured Forwarding (AF), ou encaminhamento garantido . O campo DS mostrado na figura 3.1. Como pode ser visto, seis bits so usados como cdigo para determinar o PHB que determinado pacote vai ter em cada n da rede. Dois bits no so usados ainda.

0

1

2

3

4

5 CU

6

7

DSCP

Figura 3.1 Estrutura do campo DS

DSCP: differentiated services codepoint CU: Currently Unused

O campo DS visto acima incompatvel com a estrutura definida no campo TOS do IPv4, podendo provocar comportamentos de encaminhamento de pacotes indesejveis caso o pacote seja IPv4 original. Para eliminar esse problema, est definido um mtodo de utilizao do DS onde existe uma compatibilizao ao campo TOS.

3.1.2 - Servios Integrados O grupo de trabalho de servios integrados do IETF desenvolveu um modelo que inclui servios de melhor esforo e de tempo real, descrito na RFC 1633. O servio de tempo real utilizado para prover qualidade de servio em aplicaes multimdia sobre redes IP. O protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol) permite uma reserva de recursos ao longo do caminho entre origem e destino, e ser analisado a seguir.

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Resource Reservation ProtocolRSVP um protocolo de controle que roda sobre IP, ocupando o lugar do protocolo de transporte, da mesma forma que o ICMP, IGMP ou protocolos de roteamento. As aplicaes utilizam RSVP para reservar e manter durante a conexo uma determinada qualidade de servio at a aplicao destino, e o RSVP faz isso criando um caminho entre origem e destino, perguntando a todos os ns intermedirios se eles suportam a qualidade desejada, e reservando as necessidades daquela aplicao. Para tanto, todos os ns no meio do caminho devem suportar esse protocolo. O protocolo RSVP utiliza outros protocolos para efetuar roteamento e transmisso. Seu objetivo nico a reserva, manuteno e liberao de recursos quando solicitado. Assim, pode operar em unicast, multicast, Ipv4, Ipv6, e outros. A figura 3.2 mostra os mdulos necessrios em uma implementao RSVP, e em seguida tem um resumo deles.

Figura 3.2 Mdulos necessrios em uma implantao RSVP. Controle de admisso: utilizado no incio da chamada para verificar se o n tem recursos suficientes para atender a qualidade de servio solicitada; Controle de polticas: determina se o usurio tem permisso administrativa para fazer a reserva; Classificador e scheduler de pacotes: o classificador de pacotes determina a classe de QoS. Quando a solicitao passa pelo controle de admisso e polticas, so configurados alguns parmetros nesses mdulos, a fim deles reconhecerem os pacotes para ordenar corretamente na sada, dando a necessria qualidade de servio para cada fluxo;Pgina 34 / 78

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Fluxo de dados: RSVP simplex, ou seja, faz reservas para fluxos unidirecionais.

O processo do RSVP tambm se comunica com as rotinas de roteamento para determinar o caminho das solicitaes de reserva. Isso causa um problema no caso de mudana de uma rota na tabela de roteamento (que dinmica), gerando uma necessidade de reserva (feita automaticamente) atravs do novo caminho. Para conseguir isso, o caminho estabelecido do tipo soft state, necessitando mensagens peridicas para se manter. Na ausncia de tais mensagens (por uma mudana de rota ou sada de cliente), a interface d time-out e a reserva liberada. A reserva de QoS feita na ordem reversa, ou seja, do receptor ao transmissor. Essa solicitao de reserva se repete at que chegue no transmissor ou

encontre um n com as mesmas necessidades. Tais reservas so implementadas atravs de dois tipos de mensagens: PATH e RESV. PATH: mensagens enviadas periodicamente pelo transmissor ao endereo multicast. Contm a especificao de fluxo (formato de dados, endereo fonte, porta fonte) e caractersticas de trfego. Essa informao utilizada pelos receptores para achar o caminho reverso ao transmissor e determinar quais recursos devem ser reservados. Os receptores devem se cadastrar no grupo multicast a fim de receber mensagens PATH; RESV: mensagens geradas pelos receptores contendo parmetros de reserva, como especificao de fluxo e de filtro. O filtro determina quais pacotes no fluxo de dados devem ser usados no classificador de pacotes. A especificao de fluxo usada no scheduler, que procura manter a necessidade do receptor.

3.1.3 - Prioridade Relativa No modelo de prioridade relativa, a aplicao configura uma determinada prioridade (ou precedncia) para o pacote, e os ns ao longo do caminho aplicam essa regra na hora de encaminhar o quadro. O comportamento que pode ser configurado de atraso relativo ou prioridade de descarte. A arquitetura Diffserv pode ser considerada um refinamento desse modelo, pois especifica com maiores detalhes a importncia dos domnios de trfego, bem como os condicionadores de trfego. Alguns exemplos desse tipo de QoS /BLA 98/ so o modelo de precedncia do IPv4 definido na RFC 791, a prioridade das redes Token Ring

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(IEEE 802.5) e a interpretao das classes de trfego dada no protocolo IEEE 802.1p, que ser analisado a seguir.

Protocolo IEEE 802.1p/QO protocolo IEEE 802.1p uma tcnica para priorizao de trfego em redes locais, sendo especificado na norma IEEE 802.1D LAN Bridges /CON 99/. Atravs dessa tcnica, possvel utilizar aplicaes sensveis a tempo em ambientes LAN. No IEEE 802.1p, esto definidas 8 classes de trfego. Como os pacotes Ethernet no possuem campos para priorizao de trfego, a norma 802.1p recomenda a utilizao da extenso Ethernet para reconhecimento de VLANs, definida na norma 802.1Q. Essa norma adiciona 4 bytes ao pacote Ethernet a fim de reconhecimento de VLANs, e desses 4 bytes, 3 bits so reservados para priorizao de trfego.

Classes de servio no ATMNo ATM, a qualidade de servio est especificada na camada AAL (ATM Adaptation Layer). Como as aplicaes possuem necessidades diferentes, como visto no item 1.2, o ITU definiu grupos de aplicaes com requisitos semelhantes, baseado em trs critrios: Temporizao entre origem e destino: necessria ou no necessria; Taxa de bit: constante ou varivel; Modo de conexo: orientado conexo ou no.

3.2 - SERVIOS INTEGRADOS O modelo de servios integrados (IS, Integrated Services) foi definido por um grupo de trabalho da IETF a fim de ser a pedra angular da Internet IS planejada. Esse modelo de arquitetura Internet inclui o servio de melhor tentativa usado atualmente e um novo servio em tempo real que disponibiliza funes para reservar larguras da banda na Internet. O IS foi desenvolvido para otimizar a utilizao de redes e recursos para novos aplicativos, como multimdia em tempo real, que requer garantias de QoS. Devido aos retardos de roteamento e perdas devido ao congestionamento, os aplicativos em tempo real no

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funcionam muito bem na Internet atual que usa o mtodo da melhor tentativa. Os programas de videoconferncia, transmisso de vdeo e conferncias usando udio precisam de larguras de banda garantidas a fim de obter qualidade aceitvel de vdeo e de udio. Os servios integrados tornam isso possvel dividindo o trfego da Internet no trfego da melhor tentativa padro para uso tradicional e no trfego de fluxos de dados de aplicativos como QoS garantida. Para suportar o modelo de servios integrados, um roteador da Internet precisa ser capaz de propiciar uma QoS apropriada para cada fluxo de dados, de acordo com o modelo do servio. A funo do roteador que propicia qualidades diferentes de servios chamada de controle de trfego. Ela consiste dos seguintes componentes:

Programador de Pacotes O programador de pacotes controla o direcionamento de fluxos de pacotes deferentes em hosts e roteadores com base em suas classes de servio, usando gerenciamento de filas e vrios algoritmos de programao. Ele precisa garantir que a entrega do pacote corresponda ao parmetro de QoS de cada fluxo. Um programador de pacotes tambm pode policiar ou moldar o trfego de acordo com o nvel de servios. Ele precisa ser implementado no ponto onde os pacotes so enfileirados. Esse normalmente o nvel do driver de sada em um sistema operacional e corresponde ao protocolo de camada de enlace.

Classificador de Pacotes O classificador de pacotes identifica os pacotes de um fluxo IP em hosts e roteadores que iro receber um certo nvel de servio. Para realizar um controle efetivo de trfego, cada pacote de entrada mapeado pelo classificador em uma classe especfica. Todos os pacotes que so classificados na mesma classe obtm o mesmo tratamento por parte do programador de pacotes. A escolha de uma classe se baseia nos endereos de origem e de destino e no nmero da porta no cabealho do pacote existente ou em um nmero de classificao adicional que precisa ser adicionado a cada pacote. Uma classe pode corresponder a uma ampla categoria de fluxos de dados. Por exemplo, todos os fluxos de vdeo de uma videoconferncia com vrios participantes podem pertencer a uma classe de

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servio. Mas tambm possvel que apenas um fluxo pertena a uma classe especfica de servio.

Controle de Admisso O controle de admisso contm o algoritmo de deciso que um roteador usa para determinar se h recursos de roteamento suficientes a fim de aceitar a QoS solicitada para um novo fluxo de dados. Se no houver recursos de roteamento livres suficientes, a aceitao de um fluxo novo de dados iria prejudicar garantias anteriores e o novo fluxo precisa ser rejeitado. Se o novo fluxo for aceito, a solicitao de reserva no roteador designa o classificador de pacotes e o programador de pacotes para reservarem a QoS reservada para esse fluxo. O controle de admisso chamado em cada roteador ao longo do caminho de reserva, para tomar uma deciso de aceitao/rejeio na hora que um host requisitar um servio de tempo real. O algoritmo de controle de admisso precisa ser consistente com o modelo do servio.

Figura 3.3 Modelo de Servios Integrados. Note que o controle de admisso algumas vezes torna-se confuso com a fiscalizao, que uma funo pacote a pacote processada pelo programador de pacotes. Ela garante que um host no viole suas caractersticas de trfego definidas. Apesar disso, para garantir que as garantias de QoS sejam honradas, o controle de admisso estar preocupado com o esforo das polticas administrativas sobre as reservas de recursos. Algumas polticas sero usadas para verificar a autenticao dos usurios para uma reserva requisitada. Requisies de

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reservas no autorizadas podem ser rejeitadas. O controle de admisso ter um papel importante nos custos dos recursos da Internet no futuro. A figura 3.3 mostra a operao do modelo de servios integrados em um host e em um roteador. Os servios integrados usam o RSVP (Reservation Protocol protocolo de reserva) para a sinalizao das mensagens de requisio de reservas. As instncias IS se comunicam via RSVP para criar e manter estados de fluxos especficos nos hosts dos pontos terminais e nos roteadores ao longo do caminho de um fluxo de dados. O aplicativo que quiser enviar pacotes de dados em um fluxo reservado, se comunica com a instncia de fazer reservas RSVP. O protocolo RSVP tenta fazer uma reserva de fluxo com a QoS solicitada, a qual ser aceita se o aplicativo atender s restries do plano de ao e os roteadores puderem lidar com a QoS requisitada. O RSVP informa ao classificador de pacotes e ao programador de pacotes em cada n para processar os pacotes desse fluxo adequadamente. Se o aplicativo enviar agora os pacotes de dados para o classificador no primeiro n, o qual classificou esse fluxo em uma classe de servio especfica de acordo com a QoS solicitada, o fluxo ser reconhecido como o endereo IP do emissor e ser transmitido para o programador de pacotes. Este encaminha os pacotes, dependendo de suas classes de servio, para o roteador seguinte ou, finalmente, para o host de recepo. Como o RSVP um protocolo simplex, as reservas de QoS so feitas somente em uma direo, do n emissor para o n receptor. Se o aplicativo de nosso exemplo quiser cancelar a reserva do fluxo de dados, ele envia uma mensagem para a instncia de reserva que libera os recursos da QoS reservados em todos os roteadores ao longo do caminho, podendo ento esses recursos serem usados para outros fluxos de dados. As especificaes IS esto definidas na RFC 1633.

3.2.1 - Classes de servios O modelo de servios integrados usa classes diferentes de servios que so definidas pelo grupo de trabalho IETF de servios integrados. Dependendo do aplicativo, essas classes de servios propiciam limites mais estreitos ou tolerantes nos controles de QoS. O modelo IS atual inclui o Guaranteed Service (servio garantido) definido na RFC 2212 e o Controlled Load Service (servio de carga controlada) definido na RFC 2211. Para entender essas classes de servios, alguns termos precisam ser aplicados.

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Como o modelo IS fornece reservas por fluxo, a cada fluxo atribudo um descritor de fluxo. Este define as caractersticas de trfego e QoS para um fluxo especfico de pacotes de dados. Nas especificaes IS, o descritor de fluxo consiste de uma especificao de filtro e uma especificao de fluxo. A especificao de filtro usada para identificar os pacotes que pertencem a um fluxo especfico com o endereo IP do emissor e a porta de origem. A informao da especificao de filtro usada no classificador de pacotes. A especificao de fluxo contm um conjunto de parmetros que so chamados de informao de chamada. possvel ordenar a informao de chamada em dois grupos: Especificao de Trfego (Tspec) Especificao de Requisio (Rspec)

A especificao de trfego descreve as caractersticas de trfego requisitado. No modelo IS essa especificao representada por um filtro chamado de token bucket (balde de fichas). Esse princpio define um mecanismo de controle de fluxo de dados que adiciona fichas (tokens) em intervalos de tempo peridicos em um buffer (o balde bucket) e permite que um pacote de dados deixe o emissor somente se houver pelo menos tantas fichas no balde quanto o comprimento do pacote de dados. Essa estratgia permite um controle preciso do intervalo entre dois pacotes de dados na rede. Esse sistema especificado por dois parmetros : a taxa de fichas que representa a taxa na qual as fichas so colocadas no balde e a capacidade do balde(b). Ambos, r e b tm que ser valores positivos.

Figura 3.4 Token Bucket (balde de fichas)

O parmetro r especifica a taxa de dados a longo prazo e medida em bytes de datagramas IP por segundo. O valor desse parmetro pode variar de 1 byte por segundo a at 40 terabytes por segundo. O parmetro b especifica o montante de dados momentneo

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permitido pelo sistema e medido em bytes. O valor desse parmetro pode variar de 1 bytes a 250 gigabytes. As faixas de valores permitidas para esses parmetros so propositadamente grandes para que o sistema esteja preparado para as tecnologias de rede do futuro. No se espera que os elementos de rede suportem essa faixa to ampla de valores. O trfego que passa pelo filtro do balde de fichas tem que obedecer regra de que, durante todos os perodos T de tempo, o montante de dados enviados no deve exceder rT+b, onde r e b so os parmetros do filtro. A figura 3.4 mostra um filtro Token Bucket. Dois outros parmetros do balde de fichas tambm fazem parte da especificao de trfego. A unidade policiada mnima m e o tamanho de pacote mximo M. O parmetro m especifica o tamanho mnimo do datagrama IP em bytes. Pacotes menores so contados como tendo tamanho m. O parmetro M especifica o tamanho mximo dos pacotes em bytes que esto de acordo com as especificaes de trfego. Os elementos da rede precisam rejeitar uma requisio de servio se o tamanho mximo de pacote requisitado for maior que o tamanho MTU do enlace. Resumindo, o filtro de balde de fichas uma funo de fiscalizao que isola os pacotes que esto de acordo com as especificao de trfego daqueles que no esto. A especificao de requisio especifica a Qualidade de Servio que o aplicativo quer requisitar para um fluxo especfico. Essa informao depende do tipo de servio e das necessidades do aplicativo que solicita a QoS. Ela pode consistir de uma largura de banda especfica, um retardo mximo de pacote ou uma taxa de perda mxima de pacotes. Na implementao IS, a informao das especificaes de trfego e de requisio so usadas no programador de pacotes.

Servio de carga controladaO servio de carga controlada tem a inteno de suportara classe de aplicativos que so altamente sensveis s condies de sobrecarga na Internet, tal como ocorre com os aplicativos de multimdia. Esses aplicativos funcionam bem em redes no carregadas, mas degradam rapidamente em condies sobrecarregadas. Se um aplicativo usar o servio de carga controlada, o desempenho de um fluxo de dados especfico no ir degradar caso a carga da rede aumente.

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O servio de carga controlada oferece somente um nvel de servio que intencionalmente mnimo. No h recursos opcionais ou outras capacidades na especificao. O servio oferece somente uma nica funo. Ele aproxima o servio de melhor-tentativa em redes levemente carregadas. Isso significa que os aplicativos que fazem reserva de QoS usando os servios de carga controlada recebem um servio equivalente bem prximo ao servio fornecido por um trfego de melhor tentativa no controlado em condies de sobrecarga leve. Nesse contexto, condies levemente carregadas significam que um percentual alto de pacotes transmitidos ser entregue com sucesso ao destino, e o retardo de trnsito de um percentual alto de pacotes entregues no ir exceder muito o retardo mnimo de trnsito. Cada roteador em uma rede que aceita pedidos de servios de carga controlada precisa garantir que uma largura de banda adequada e os recursos de processamento de pacotes estejam disponveis para processar a solicitaes de reservas de QoS. Isso pode ser realizado com o controle de admisso ativo. Antes que um roteador aceite uma nova reserva de QoS, representada pela especificao de trfego, ele precisa considerar todos os recursos importantes, tais como largura de banda de enlaces, espao de buffer do roteador de swicth e a capacidade computacional de encaminhamento de pacotes . A classe de servio de carga controlada no aceita ou no faz uso de valores-alvo especficos para parmetros de controle como largura de banda, retardo ou perda. Aplicativos que usam os servios de carga controlada precisam suportar e ser a prova de perdas e retardos de pacotes. As reservas de QoS usando os servios de carga controlada precisam fornecer uma especificao de trfego que consista dos parmetros r e b do balde de fichas bem como a unidade m policiada mnima e o tamanho M de pacote mximo. Uma especificao de requisio no necessria porque os servios de carga controlada no oferecem funes para reservar uma largura de banda fixa ou garantir retardos de pacotes mnimos. Os servios de carga controlada fornecem controle de QoS somente para trfego que esteja de acordo com a especificao de trfego fornecida no momento da montagem do pacote. Isso significa que as garantias do servio aplicam-se somente aos pacotes que respeitam a regra do balde de fichas que diz que durante todos os perodos de tempo T, o montante de dados enviados no pode exceder rT=b.

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Os servios de carga controlada so projetados para aplicativos que podem tolerar uma quantia razovel de perda e retardo de pacotes, tal como software de aplicativos de udio e videoconferncia.

Servio garantidoO modelo de servio garantido propicia funes que garantem que os datagramas cheguem em um tempo de entrega garantido. Isso significa que cada pacote de um fluxo que est de acordo com as especificaes de trfego vai chegar pelo menos at o tempo de retardo mximo especificado no descritor do fluxo. O servio garantido usado em aplicativos que precisam de uma garantia que o datagrama vai chegar no receptor no depois de um certo tempo aps ter sido transmitido da sua origem. Por exemplo, os aplicativos multimdia em tempo real, como sistemas de transmisso de vdeo e udio que usam tecnologias de sequenciamento de dados, no podem permitir que os datagramas cheguem depois do momento especfico de sua exibio. Aplicativos que apresentam exigncias crticas em tempo real, como a distribuio em tempo real de dados financeiros (preos compartilhados), tambm precisam de um servio garantido. O modelo de servio garantido no minimiza a variao (a diferena entre os retardos mximo e mnimo dos pacotes), mas ele controla o retardo mximo de enfileiramento. O modelo de servio garantido representa a extremidade final do controle de retardos em redes. Outros modelos de servios que propiciam controle de retardos apresentam

restries muito mais tolerantes. Por isso, o modelo de servio garantido somente til se for implementado em cada roteador ao longo do caminho de reserva. O modelo de servio garantido fornece aos aplicativos um controle considervel sobre sus retardos. importante entender que o retardo em uma rede IP tem duas partes: um retardo de transmisso fixo e um retardo de varivel de enfileiramento. O retardo fixo depende do caminho escolhido, o qual determinado no por servio garantido, mas pelo mecanismo de configuraes. Todos os dados de pacotes em uma rede IP tm um retardo mnimo que limitado pela velocidade da luz e pelo tempo de retorno dos pacotes de dados em todos os roteadores do caminho de roteamento. O retardo de enfileiramento determinado pelo servio garantido e controlado pelos dois parmetros j vistos: o balde de fichas (em particular, o tamanho b do balde) e a largura de banda R solicitada pela reserva. Esses

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parmetros so usados para construir o modelo de fluido para o comportamento ponta a ponta de um fluxo que usa servios garantidos. O modelo de fluido especifica o servio que seria propiciado por um enlace dedicado entre emissor e receptor que tenha a largura de banda R. No modelo de fluido, o servio de fluxo completamente independente do servio de outros fluxos. A definio de servio garantido conta com o resultado de que o retardo do fluido de um fluxo obedecendo um balde de fichas (r, b) e sendo servido por uma linha com largura de banda R controlado por b/R enquanto R no for menor que r. O modelo de servio garantido aproxima esse comportamento da taxa de servio R, onde agora R uma parte da largura de banda atravs do caminho de roteamento e no largura de banda de uma linha dedicada. No modelo de servio garantido, as especificaes de trfego e de requisio so usadas para preparar uma reserva de fluxo. A especificao de trfego representada pelos parmetros do balde de fichas. A especificao de requisio contm o parmetro R que especifica a largura de banda da reserva de fluxo. O modelo de servio garantidos definido na RFC 2212.

3.2.2 - O RSVP O modelo de Servios Integrados usa o RSVP (Reservation Protocol protocolo de reserva) para preparar e controlar as reservas de QoS. O RSVP definido na RFC-2205 e tem o status de uma padro proposto. Como o RSVP um protocolo de controle da Internet e no um protocolo de roteamento, ele requer a existncia de um protocolo de roteamento para operar. O protocolo RSVP executa baseado no IP e do UDP e precisa ser implementado em todos os roteadores no caminho de reserva. Os conceitos-chaves do RSVP so fluxos e reservas. Uma reserva RSVP se aplica a um fluxo especfico de pacotes de dados em um caminho especfico atravs dos roteadores. Um fluxo definido como um fluxo de dados distinguvel de datagramas relacionados de um nico emissor para um nico receptor. Se o receptor for um endereo de multicast, um fluxo pode alcanar mltiplos receptores. O RSVP fornece o mesmo servio para fluxos de unicast e de multicast. Cada fluxo identificado no RSVP por seu endereo IP de destino e sua porta de destino. Todos os fluxos tm um descritor de fluxo dedicado que contm a QoS que um fluxo especfico

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requer. O protocolo RSVP no entende o contedo do descritor de fluxo. Ele transportado como um objeto opaco pelo RSVP e entregue s funes de controle de trfego do roteador (classificador e programador de pacotes) para processamento. Como o RSVP um protocolo simplex, as reservas so feitas somente em uma direo. Nas conexes duplex, como conferncias de vdeo e udio em que cada emissor tambm um receptor, torna-se necessrio montar duas sesses RSVP para cada estao. O protocolo RSVP iniciado pelo receptor. Usando mensagens de sinalizao RSVP, o emissor propicia uma QoS especfica para o receptor que envia uma mensagem de reserva RSVP de volta com a QoS que deveria ser reservada para o fluxo do emissor para o receptor. Esse comportamento considera as exigncias de QoS diferentes para receptor heterogneos em grandes grupos de multicast. O emissor no precisa saber quais so as caractersticas de todos os pos