Qualidade de Serviços em Redes IP

Edgard Jamhour

Edgard Jamhour

Tipos de Comutação e Qualidade de Serviço

cabeçalho dados

...

t

1 2 N 1 2 N...

...

...

......

quadro

sincronismo de quadro

slot de tempo = canal

circuito

pacote

Edgard Jamhour

Medidas de Desempenho

1

transmitido

recebido

2 3 4

atraso

jitter

1 2 3 4

tempo

tempo

tempo

1 3 42

1

perda

2 3 4

tempo

Edgard Jamhour

Excesso de Tráfego e Desempenho

1 2atraso de propagação (fixo)

fila com tamanho variável

atraso fixo

atrasovariável(jitter)

atraso

densidade de probabilidade

pacotes descartados

atraso máximo Rede muito ocupada

Rede pouco ocupada

Edgard Jamhour

Medidas de Disponibilidade

funcionando

12 h

falhatempo

funcionando

2 h 16 h

TTR= 1

TBF = 13 TBF = 18

Disponibilidade = (MTBF - MTTR)/ MTBF

Disponibilidade = (15.5 - 1.5) / 15.5 = 0,90 (90%)

falha

1 h

TTR= 2

Taxa de Falhas = 2/31 = uma falha a cada 15.5 horasMTBF = (13+18)/2 = 15.5MTTR = (1+2)/2 = 1.5

Edgard Jamhour

SLA: Acordo de Nível de Serviço

Provedor de Serviço

AB

SLA

Os pacotes que forem enviados de A para B em a uma taxa de até 1 Mbps, terão uma perda máxima de 0.01% e um atraso médio inferior a 5 ms

Edgard Jamhour

Necessidade de QoS em Redes IP

CPE

B-RAS

PPPoE

acesso núcleo

CPE

CPE

CPECPE

CPE

usuário núcleo

ISPexterno1

23

controle de admissãopoliciamento

priorizaçãocondicionamento de tráfegodescarte preventivo

Edgard Jamhour

Requisitos de QoS 

Classe de Serviço Necessidade debanda

Tolerância em relação a ...Perda de Pacotes

Atraso Jitter

VoIP baixa muito baixa muito baixa muito baixa

Video Conferência média baixa/média muito baixa alta

Streaming de vídeo alta baixa/média média alta

Dados sensíveis ao atraso variável baixa baixa/média alta

Dados de grande vazão alta baixa média/alta alta

Padrão (melhor esforço) variável alta alta alta

Edgard Jamhour

Metodologias de QoS

3. Ferramenta de Gerenciamento

nó nó nó

host host

1. Mecanismo de QoSPriorizaçãoDescarte

Etc.

Políticas de QoS(SLA, Controle de

Admissão)

sinalização2. sinalização sinalização sinalização

Edgard Jamhour

Metodologias de QoS

Melhor Esforço

Serviços Diferenciados

ServiçosIntegrados

Controle de recursos por fluxo ao longo de um caminho pré-definido

Controle de recursos para tráfego agregado sem caminho pré-definido

Ausência de controle de recursos. O primeiro pacote a chegar é o primeiro a ser atendido.

MPLS

menos QoS

mais QoS

Controle de recursos para tráfego agregado ao longo de um caminho pré-definido

Edgard Jamhour

Serviços Integrados e RSVPRSVP – Resource Reservation Protocol

Servidor Cliente

1. Solicita conexão com o servidor

Aplicação MultimídiaServidora

AplicaçãoMultimídia

Cliente

2. Informa requisitos para o cliente (PATH)

3. Solicita Reserva (RESV)

4. Confirma Reserva (RESVconf)

Edgard Jamhour

Comportamento do TráfegoO que a rede deve suportar? Taxa média ou Taxa de Pico?

r

taxa(bytes/s)

p

t

r

taxa(bytes/s)

p

t

r

taxa(bytes/s)

p

tVoIP com supressão de silêncioComportado

p: taxa de picor: taxa média

VoIP sem supressão de silêncioComportado

Vídeo compactadoNão comportado

A a taxa média não provoca nenhum atraso

Atribuir a taxa média prova um pequeno atraso

Atribuir a taxa média prova um grande atraso

Edgard Jamhour

O Modelo Balde de Fichas (Token Bucket)Permite descrever diversos tipos de tráfego

Serviço Garantido se

r <= R

F

b bytes

r bytes/s

chegada

p bytes/s

saída

d <= b/p

r

saída(bytes/s)

p

t

R

B

reserva

RModelo da fonte transmissora

Reserva no roteador

Edgard Jamhour

Exemplo de Reserva RSVP

Servidor Cliente

2

3 1

Total: 100 Mbps30 Mbps (delay 5ms)10 Mbps (delay 0)

PATH

Total: 100 Mbps15 Mbps (delay 10ms)1 Mbps (delay 0)

Total: 100 Mbps10 Mbps (delay 10ms)3 Mbps (delay 0)

5 MbpsFolga 30 ms

Folga 20 ms

Folga 20 ms

Folga 10 ms

Edgard Jamhour

Elementos de um Nó RSVP

Classificador

Escalonador

ENTRADA DADOS

Policiador

Fila de Saída

Policiador

Fila de Saída

SAÍDA DADOS

ENTRADA

SAÍDA

Medidor

Roteamento

controle de admissão

configuração

controle de política

FLUXO RSVP

FLUXO RSVP

Edgard Jamhour

Serviços Diferenciados

ROTEADOR DE BORDA

ROTEADOR DE NÚCLEO

cliente

DOMÍNIO DIFFSERV

Edgard Jamhour

borda 2

borda 1

Agregação de Fluxo

Fluxos individuaisRegras individuais para cada fluxo

Fluxos agregados

Regras apenas para os fluxos agregadosouro, prata e bronze

usuário A nível ouro

usuário B nível prata

usuário C nível bronze

usuário D nível bronze

usuário E nível ouro

usuário F nível ouro

usuário G nível bronze

usuário H nível bronze

núcleo 1 núcleo 2

Edgard Jamhour

Differentiated Services (DS) Field

VERS HLEN TOS Comprimento Total

ID 8 bits FLG Deslocamento

TTL Protocolo CheckSum Cabeçalho

IP Origem

IP Destino

Dados...

DSCP

(6 bits)

ECN

(2 bits)

DS FIELD

Edgard Jamhour

PHB’s Padronizados

B'xxxxx0' – PHBs padronizados B'xxxx11' – PHBs de uso experimental ou local. B'xxxx01' – PHBs sem atribuição

DS5 DS4 DS3 DS2 DS1 ECN

Seletores de Classe

Códigos dentro da

classe

0PHB Padronizado

ECN0

Edgard Jamhour

PHBs Padronizados

DF

b‘000000

AF 1 AF 2 AF 3 AF 4 EF

b‘101110Baixa Preferência de Descarte

AF11b'010000'

AF21b'011000'

AF31b'100000'

AF41b'101000'

Média Preferência de Descarte

AF12b'010010'

AF22b'011010'

AF32b'100010'

AF42b'101010'

Alta Preferência de Descarte

AF13b'010100'

AF23b'011100'

AF33b'100100'

AF43b'101100'

prioridade

Edgard Jamhour

PHBs Padronizados: RFC 4594

Classe de Serviço DSCP Tratamento na Borda Tolerância para Escalonamento

Perda Atraso Jitter

Telefonia EF Nenhum muito baixa muito baixa muito baixa prioridade

Conferência Multimídia AF4(1-3) Marcação em até três cores de acordo com a taxa de chegada.

baixa/média

muito baixa alta taxa

Streaming Multimídia

Dados sensíveis a atraso

Dados de grande vazão

AF3(1-3)

AF2(1-3)

AF1(1-3)

baixo/médio

baixo

baixo

médio

baixa/alto

médio/alta

alta

alta

alta

taxa

Standard (Best Effort) DF taxa

Edgard Jamhour

Elementos de um Nó Diffserv

Classificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

ENTRADA

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Policiador

Marcador

Fila de Saída

SAÍDA

ENTRADA

SAÍDA

MedidorDescartador Descartador Descartador

Edgard Jamhour

Classificador: CORE e EDGE

Classificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

ENTRADA

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Policiador

Marcador

Fila de Saída

SAÍDA

Se IPsrc=200.1.2.0/24 e AF11

Se IPsrc=200.1.2.0/24 e TCP e PORTdst 80

Se IPsrc=200.10.1.0/24

Classificador

Policiador

Marcador

Formatador de Tráfego

ENTRADA

Policiador

Marcador

Policiador

Marcador

SAÍDA

Se AF1 Se AF2 Se AF3

Descartador Descartador Descartador

Fila de Saída Fila de Saída Fila de Saída

Descartador Descartador Descartador

Edgard Jamhour

Policiador e Marcador

Classificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

ENTRADA

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Policiador

Marcador

Fila de Saída

SAÍDA

Se não houver transbordo no balde 1: Marcar com AF11Se houver transbordo no balde 1: Passar ao balde 2 Se não houver transbordo no balde 2: Marcar com AF12 Se houver transbordo no balde 2 Descartar

balde 1(62,5kbytes)

rate 500 kbps

balde 2(62,5kbytes)

rate 500 kbps

Xdrop

tráfego chegada

AF11 AF12

Descartador Descartador Descartador

Edgard Jamhour

Formador de Tráfego com Balde de Fichas

Formatador

b=1

r=1

saída(bytes/s)

p=2

tTráfego Saída

b=2

r=1

p=2

tTráfego Entrada

b=1b=1

FILA 1

Regra: Aplicar PHB A para Fila 1

Edgard Jamhour

Formatado de Tráfego

AF 4

AF 3

AF 2

AF 1

SAÍDAEscolhe de qual fila o pacote será retirado

para encaminhamento

INJUSTO (UNFAIR):• A fila mais prioritária é servida enquanto houver pacotes• Algumas filas podem nunca transmitir pacotes

JUSTO (FAIR):• Cada fila é associada a um token bucket• A fila mais prioritária é servida enquanto não ultrapassar a especificação do bucket

r = 1 Mbps, b= 64Kbytes

r = 1 Mbps, b= 64Kbytes

r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes

r = 4 Mbps, b= 0Kbytes

Enlace com capacidade de4 Mbps

VideoConf.

VideoStream.

DadosInterativos

DadosDownload

Edgard Jamhour

Descartador

AF 4

AF 3

AF 2

AF 1

SAÍDAEscolhe de qual fila o pacote será retirado

para encaminhamento

r = 1 Mbps, b= 64Kbytes

r = 1 Mbps, b= 64Kbytes

r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes

r = 4 Mbps, b= 0Kbytes

Enlace com capacidade de4 Mbps

VideoConf.

VideoStream.

DadosInterat.

DadosDownload

Um novo pacote está chegando para a classe AF4: Fila Máxima 10 ms- Se a fila estiver com mais de 90 de ocupação descartar o pacote- Se a fila estiver entre 75 e 90% de ocupação aceitar apenas AF41- Se a fila estiver entre 50 e 70% de ocupação aceitar AF41 e AF42- Se a fila estiver entre 0 e 50% de ocupação aceitar AF41, AF42 e AF43

Edgard Jamhour

SLA: Service Level Agreement

EF, AF4

NÓ ENTRE DOMÍNIOSremarcar AF4 para EF

Remarcar AF2 para AF1AF1, AF2

cliente

cliente

PROVEDOR BACKBONE

AF1, EF

ENTRADAClassificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

Descartador

Se EF, AF4 Se AF2, AF1

Remarca para AF 1

Remarca para AF4

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

Edgard Jamhour

MPLS X Roteamento Tadicional (Hop by Hop)

200.0.0.0/24

1

4

5

3

21Gbps [900]

210.0.0.0/24

200.0.0.0/25

200.0.0.128/25

50 Mbps para 210.0.0.0/24

Melhor caminho:

Para 200.0.0.0/24: 1 -2 -3Para 210.0.0.0/24: 1-4-5

1Gbs [900]

100 Mbps para 200.0.0.0/25

50 Mbps para 200.0.0.128/25

100Mbps [50]

100Mbps [100]

100Mbps [50]100Mbps [100]

100Mbps [50]

Nova demanda

100Mbps [0]Cliente

Edgard Jamhour

Roteamento MPLS

200.0.0.0/24

1

4

5

3

2

210.0.0.0/24

200.0.0.0/25

200.0.0.128/25

50 Mbps para 210.0.0.0/24com LABEL 20

100 Mbps para 200.0.0.0/25 com LABEL 10

50 Mbps para 200.0.0.128/25 com LABEL 30

Cliente

3031

32

33 34

35

20

21

22

23

1011 12

13

LSP: Label Switch Path

SE LABEL de entrada for 31 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 32SE LABEL de entrada for 11 ENTÃO enviar para 3 com LABEL 12

SE LABEL de entrada for 30 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 31SE LABEL de entrada for 10 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 11SE LABEL de entrada for 20 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 21

Edgard Jamhour

Conclusão

Para suportar QoS, diversos mecanismos de controle de tráfego precisam estar disponíveis em roteadores e outros elementos de rede.

Atualmente, três metodologias de QoS são empregadas em redes IP:

– Serviços Integrados: QoS por fluxo com protocolo de sinalização– Serviços Diferenciados: QoS para grandes classes sem protocolo de

sinalização.– MPLS: QoS para caminhos específicos, com ou sem protocolo de

sinalização.