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Qualidade de Serviços em Redes IP Edgard Jamhour

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    Edgard Jamhour

    Tipos de Comutao e Qualidade de Serviocabealhodados...t12N12N...............quadro sincronismo de quadroslot de tempo = canal circuitopacote

    Edgard Jamhour

    Medidas de Desempenho1transmitidorecebido234atrasojitter1234tempotempotempo13421perda234tempo

    Edgard Jamhour

    Excesso de Trfego e Desempenho12atraso de propagao (fixo)fila com tamanho varivelatraso mximoRede muito ocupadaRede pouco ocupada

    Edgard Jamhour

    Medidas de Disponibilidadefuncionando12 hfalhatempofuncionando2 h16 hTTR= 1TBF = 13TBF = 18Disponibilidade = (MTBF - MTTR)/ MTBF

    Disponibilidade = (15.5 - 1.5) / 15.5 = 0,90 (90%)falha1 hTTR= 2Taxa 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 Nvel de ServioProvedor de ServioABSLAOs pacotes que forem enviados de A para B em a uma taxa de at 1 Mbps, tero uma perda mxima de 0.01% e um atraso mdio inferior a 5 ms

    Edgard Jamhour

    Necessidade de QoS em Redes IPCPE

    B-RAS

    PPPoEacessoncleo

    CPECPECPECPECPEusurioncleoISPexterno123controle de admissopoliciamentopriorizaocondicionamento de trfegodescarte preventivo

    Edgard Jamhour

    Requisitos de QoS

    Classe de ServioNecessidade debandaTolerncia em relao a ...Perda de PacotesAtrasoJitterVoIPbaixamuito baixamuito baixamuito baixaVideo Confernciamdiabaixa/mdiamuito baixaaltaStreaming de vdeo altabaixa/mdiamdiaaltaDados sensveis ao atrasovarivelbaixabaixa/mdiaaltaDados de grande vazoaltabaixamdia/altaaltaPadro (melhor esforo)varivelaltaaltaalta

    Edgard Jamhour

    Metodologias de QoS3. Ferramenta de Gerenciamentonnnhosthost1. Mecanismo de QoSPriorizaoDescarteEtc.Polticas de QoS(SLA, Controle de Admisso)sinalizao2. sinalizaosinalizaosinalizao

    Edgard Jamhour

    Metodologias de QoSMelhor EsforoServios DiferenciadosServiosIntegradosControle de recursos por fluxo ao longo de um caminho pr-definidoControle de recursos para trfego agregado sem caminho pr-definidoAusncia de controle de recursos. O primeiro pacote a chegar o primeiro a ser atendido.MPLSmenos QoSmais QoSControle de recursos para trfego agregado ao longo de um caminho pr-definido

    Edgard Jamhour

    Servios Integrados e RSVPRSVP Resource Reservation Protocol

    Servidor

    Cliente

    1. Solicita conexo com o servidorAplicao MultimdiaServidoraAplicaoMultimdia Cliente2. Informa requisitos para o cliente (PATH)3. Solicita Reserva (RESV)4. Confirma Reserva (RESVconf)

    Edgard Jamhour

    Comportamento do TrfegoO que a rede deve suportar? Taxa mdia ou Taxa de Pico?rtaxa(bytes/s)ptrtaxa(bytes/s)ptrtaxa(bytes/s)ptVoIP com supresso de silncioComportadop: taxa de picor: taxa mdiaVoIP sem supresso de silncioComportadoVdeo compactadoNo comportadoA a taxa mdia no provoca nenhum atrasoAtribuir a taxa mdia prova um pequeno atrasoAtribuir a taxa mdia prova um grande atraso

    Edgard Jamhour

    O Modelo Balde de Fichas (Token Bucket)Permite descrever diversos tipos de trfegoServio Garantido se r r. Quanto maior a relao R/r, menor o tamanho mdio da fila, e menor o atraso mdio experimentado pelos pacotes.A figura ilustra como ocorre o procedimento de reserva utilizando o RSVP. Primeiramente, o servidor define um caminho fixo para o cliente atravs da mensagem PATH. Essa mensagem inclui a descrio dos parmetros do trfego que ser transmitido, utilizando o modelo de balde de fichas (taxa mdia, taxa de pico e tamanho do balde).

    O cliente por sua vez efetua o pedido de reserva de recursos para o roteador 1, indicando o quanto de banda necessita (isto , o valor R, definido quando falamos do modelo de balde de fichas) e uma folga de atraso. A folga de atraso permite que os roteadores ao longo do caminho utilizem uma banda menos prioritria para transportar os pacotes da reserva. Quanto mais folga for cedido ao roteador, mais ele poder bufferizar os pacotes recebidos aguardando a passagem de momentos de congestionamento para transportar os pacotes. Se a folga for muito pequena, o roteador precisar utilizar recursos privilegiados, que so mais escassos. Como veremos adiante, esses recursos correspondem a filas internas de alta prioridade, que geralmente so reservadas apenas para trfego de VoIP e VideoConferncia.

    No exemplo, o roteador 1 no tem banda suficiente para tratar a requisio sem atraso. Por isso, ele aloca a reserva em sua faixa menos privilegiada, consumindo 10 ms da folga. Observe que o pedido de reserva passado para o roteador 2 com a folga reduzida a 20 ms. O processo se repete at que a reserva chegue no servidor. O servidor por sua vez, envia a mensagem de confirmao da reserva para o cliente.

    Se algum dos roteadores ao longo do caminho no puder atender a reserva, uma mensagem de erro retornada ao cliente. Por exemplo, se o roteador 1 no puder atender a reserva, ele simplesmente retorna um erro ao cliente sem repassar o pedido ao roteador 2.Computadores e roteadores, para terem suporte ao protocolo RSVP, precisam conter internamente alguns elementos capazes de interpretar as mensagens do protocolo e tambm alterar a forma como os pacotes so tratados. Os principais elementos envolvidos no processo RSVP esto ilustrados na figura. Observe, primeiramente, que o fluxo de mensagens RSVP e o fluxo de pacotes de dados so independentes. Os elementos de rede, como roteadores, possuem diversos mecanismos para efetuar o tratamento diferenciado de pacotes, conforme ser estudado na seqncia deste mdulo. Um roteador com suporte RSVP precisa ter pelo menos trs mecanismos bsicos:1) Classificador: determina quais pacotes correspondem a reserva RSVP estabelecida2) Policiador: garantem que o roteador no ir receber mais pacotes do que estabelecido na reserva.3) Escalonador/Formatador de Trfego: gerencia de qual fila do roteador cada pacote ser retirado. As filas internas permitem criar vrios nveis de prioridade para diferentes tipos de trfego (por exemplo, fila com pouco atraso e fila com muito atraso).A funo principal do RSVP configurar os elementos do roteador para que ele trate os pacotes de forma diferenciada. O "software" de RSVP tem trs funes principais:1) Controle de Admisso: determina se o enlace de sada ainda tem recursos suficientes para atender a demanda vinda da mensagem RESV.2) Controle de Poltica: determina se o solicitante tem direitos suficientes para fazer o pedido de reserva. O controle de poltica utiliza informaes de autenticao do usurio disponveis nas mensagens RSVP.3) Configurao: uma vez que a reserva seja aceita, cria as regras para:a) Direcionar o trfego do fluxo para fila de sada adequada, atravs do Classificador.b) Descartar o excesso de trfego atravs do policiador.A metodologia de Intserv, baseada no RSVP, foi considerada pouco escalvel para ser utilizada na Internet, pois como a configurao dos mecanismos de QoS dinmica, e feita por fluxo, roteadores de backbones poderiam ter que manter o estado de milhares de fluxos simultaneamente. Como alternativa, o IETF props uma outra metodologia, visando eliminar, ou pelo menos reduzir significativamente, a necessidade de criar regras de QoS em roteadores de backbone. Essa metodologia foi denominada "Servios Diferenciados", ou Diffserv (definida na RFC 2475, de 1998).

    A metodologia de Diffserv denomina "domnio Diffserv" um conjunto de roteadores que disponibilizam servio de comunicao IP com QoS. Os roteadores de um domnio Diffserv so divididos em dois grandes grupos: roteadores de borda (EDGE) e roteadores de ncleo (CORE). Os roteadores de borda so aqueles que fazem interface direta com a rede do cliente. Geralmente, so os roteadores que fazem a fronteira entre a rede de acesso e o backbone (como o B-RAS utilizado no acesso via ADSL). Os roteador de ncleo interconectam os roteadores de borda. Na topologia fsica eles corresponderiam aos roteadores do backbone.

    A idia bsica do Diffserv foi que os roteadores de ncleo tratariam apenas grandes classes de trfego, deixando a tarefa de discriminar os fluxos individuais apenas para os rotedores de borda. O Diffserv utiliza o conceito de qualidade de servio para o trfego agregado ao invs de fluxos individuais como o Intserv. De acordo com essa metodologia, os roteadores de ncleo possuem uma configurao esttica, capaz de diferenciar apenas algumas poucas classes de trfego. Essa configurao esttica denominada de "PHB - Per Hop Behavior". Os PHBs padronizados so definidos nas RFC 2597 e 2598, de 1999. A principal funo dos roteadores de borda determinar a qual classe agregada o trfego do usurio pertence. Para marcar a classe nos pacotes IP, um novo campo denominado "Campo DS" foi criado em substituio ao antigo campo TOS do IP (definido pela RFC 2474, de 1998). A figura ilustra a relao que existe entre os roteadores de borda e os roteadores de ncleo. De acordo com a metodologia Diffserv, os roteadores de borda possuem regras para usurios individuais. Por exemplo, um roteador de borda sabe como identificar um usurio de ADSL especfico. Isto , ele sabe qual o seu plano, a quantidade de banda, e o tipo de trfego que ele transmite (suporte ou no a VoIP, por exemplo). Conforme dito anteriormente, um roteador de borda corresponde geralmente ao roteador que faz a fronteira entre a rede de acesso e o backbone. Na arquitetura ADSL, ele seria o B-RAS (Broadband Remote Access Server). Essas regras so geralmente dinmicas. Por exemplo, quando feita a venda de uma linha para um novo usurio de ADSL, um regra criada no B-RAS. Quando o contrato terminado, a regra removida. J os roteadores de ncleo possuem regras estticas, que independem da venda de assinaturas para usurios finais. Nos roteadores de ncleo todos os usurios pertencentes a uma mesma classe so tratados da mesma forma. Um roteador de borda executa duas funes principais:a) Marcao: ele determina a qual classe agregada o trfego do usurio pertence. Por exemplo, o roteador de borda 1 determinaria que o usurio A pertence a classe ouro, o B a classe prata e o C e D a classe bronze. J o roteador de borda 2 indicaria que os usurios E e F pertence a classe ouro e os usurios G e H a classe bronze. O roteadores de borda marcam os pacotes do usurio com cdigos padronizados utilizando um novo campo no cabealho IP, a fim de permitir que os roteadores de ncleo identifiquem a classe dos pacotes sem possuir regras para cada usurio.b) Policiamento: o roteador de borda diminui a prioridade ou descarta o trfego do usurio que exceda ao seu contrato.O roteador de ncleo, por sua vez, implementa o tratamento diferenciado para cada uma das classes agregadas pr-definidas utilizando os mecanismos clssicos de QoS, como priorizao, descarte preventivo, escalonamento com mltiplas filas e controle da taxa de transmisso.Os pacotes IP precisam ser marcados nas fronteiras de entrada de uma rede administrada segundo a metodologia Diffserv. A verso 4 do IP j continha um campo cuja finalidade era definir uma forma diferenciada de tratamento para os pacotes IP. Esse campo era denominado TOS (Type of Service). Atravs desse campo, era possvel definir nveis de prioridade para os pacotes transportados, e o tipo de tratamento desejado. O TOS era utilizado como mais um classificador para que os pacotes seguissem rotas alternativas. Por exemplo, de acordo com a marcao, o rotedor poderia escolher uma rota confivel, mas lenta (para evitar perdas), uma rota rpida (para evitar atraso) ou, simplesmente, uma rota barata (para reduzir custos). Apesar do TOS ser implementado em muitos roteadores, sua adeso foi considerada pouco significativa. Ento, o IETF props um campo alternativo que ocupa exatamente os mesmos 8 bits do campo TOS. Esse campo foi denominado "Differentiated Services Field" (o campo DS). O campo DS, por sua vez, foi dividido em dois campos menores: o DSCP (Differentiated Services Code Point) e o ECN (Explicit Congestion Notification). O DSCP corresponde, efetivamente, ao campo utilizado para marcao das classes agregadas da metodologia Diffserv. O ECN uma proposta experimental, que permite aos roteadores indicar que esto congestionados ao nvel do protocolo IP, de forma similar ao que j existe nas tecnologias ATM e Frame-Relay.Os roteadores de borda utilizam o campo DSCP para informar aos roteadores de ncleo como o pacote deve ser tratado. Enquanto um roteador de borda precisa ter regras para cada usurio (ou redes), os roteadores de ncleo podem ter regras genricas, para tratar cdigos DSCP especficos. Apesar do DSCP permitir a criao de at 2^6= 64 cdigos, o IETF definiu apenas alguns cdigos padronizados para a metodologia Diffserv. As regras que os roteadores de ncleo utilizam para tratar esses cdigos padronizados so denominadas PHB (Per Hop Behavior). O termo Per Hop uma referncia ao fato que os roteadores do domnio Diffserv adotam um tratamento local para os pacotes recebidos, sem se preocupar com o efeito do QoS fim-a-fim, como na metodologia Intserv.

    Utilizando os 6 bits do DSCP, possvel definir at 64 valores distintos para tratamento do trfego agregado. O IETF denomina PHB o tratamento associado ao valor do campo DSCP. Os PHBs so definidos em 3 grupos:

    B'xxxxx0' PHBs padronizados. Os roteadores devem implementar um comportamento padronizado para todos os pacotes recebidos com esses cdigos.B'xxxx11' PHBs de uso experimental ou local. Esses cdigos tem significado apenas para um nico domnio de servios diferenciados (isto , para uma empresa especfica). O administrador pode definir um comportamento customizado para esses cdigos, mas no deve enviar pacotes com essa marcao para outros domnios.B'xxxx01' PHBs de uso experimental ou local, mas com potencial de serem agregados ao grupo de PHBs padronizados. Esses cdigos no so usados pelo IETF, mas podem vir a ser utilizados no futuro.

    Todos os PHBs padronizados utilizam o valor zero no bit menos significativo do DSCP (bit DS1 na figura), de maneira que apenas 5 bits so utilizados para distinguir os cdigos. Esses cinco bits so, por sua vez, definidos da seguinte forma: Seletores de classe: 3 bits mais significativos, Cdigos dentro da classe: 2 bits menos significativos.

    Apesar de ser possvel definir at 8 classes com os seletores de classes, o IETF definiu apenas 6 classes padronizadas:

    DF: Default Forwading (Encaminhamento Default ou Melhor Esforo): Corresponde ao cdigo 000000

    AF1: Assured Forwarding 1 (Encaminhamento Garantido): Corresponde ao cdigo 010xx0AF2: Assured Forwarding 2 (Encaminhamento Garantido): Corresponde ao cdigo 011xx0AF3: Assured Forwarding 3 (Encaminhamento Garantido): Corresponde ao cdigo 100xx0AF4: Assured Forwarding 4 (Encaminhamento Garantido): Corresponde ao cdigo 101xx0

    EF: Expedited Forwarding (Encaminhamento Expresso): Corresponde ao cdigo 101110

    Internamente no roteador, cada uma dessas classes tratada como uma fila independente, sendo que a fila EF a mais prioritria e a fila DF a menos prioritria. Dessa forma, a qualidade do servio oferecido varia nessa mesma ordem, isto , EF a mxima qualidade e DF a mnima.

    A classe EF corresponde a prioridade mxima dentro da rede. Isto significa que um pacote marcado como EF ser sempre entregue com o menor atraso possvel, passando a frente de todos os outros tipos de pacotes no roteador. Essa classe indicada para as aplicaes de telefonia sobre IP (VoIP).

    As classes AF, por sua vez, so usadas para transporte de trfego que deve ter poucas perdas, mas que admite um certo nvel de atraso e jitter. A classe AF4 a mais prioritria entre as AF, sendo utilizada para trfego sensvel ao atraso como a Video Conferncia. O streaming admite mais atraso que a vdeo conferncia, podendo assim usar a classe AF3. A classe AF2 designada para trfego de dados sensvel ao atraso, como o SSH, por exemplo, e a AF1 para trfego de grande volume e pouco sensvel ao atraso, como o FTP.

    Cada uma das classes AF dividida em subclasses. Por exemplo, a classe AF1 subdivida em AF11, AF12 e AF13. Essas subdivises (denominadas cores) so usadas para dar diferentes nveis de descarte para o trfego atribudo a classe. Elas permitem que o usurio injete trfego excedente na rede, caso a rede esteja com recursos livres, mas descarta o excesso quando a rede est congestionada. Por exemplo, um usurio transmitindo dados dentro de uma faixa "garantida" seria marcado como AF11. Caso o usurio injete mais trfego na rede que seu limite garantido, o trfego excedente marcado como AF12. Em caso de congestionamento, o trfego AF12 ser descartado antes do AF11. O mesmo raciocnio se aplica a classe AF13.

    A classe DF corresponde a ausncia de tratamento diferenciado. Os pacotes sem marcao (valor 0 no campo DSCP) esto nessa classe, e so tratados como best effort.A figura ilustra os mecanismos que devem estar disponveis em um n (tipicamente, um roteador) com suporte a metodologia Diffserv. Observe que o roteador utiliza mltiplas filas para diferenciar o trfego. Por exemplo, ele pode ter uma fila para o EF, uma fila para o AF (ou quatro filas, se todos os AF forem usados) e uma fila para o DF. A quantidade de filas no roteador pode variar bastante, uma vez que o IETF no obriga que todas as classes padronizadas sejam utilizadas. muito comum que provedores de acesso a Internet utilizem apenas trs filas: EF, AF (sem distino) e DF.

    Internamento, o roteador precisa ter os seguintes mecanismos bsicos de QoS:Classificador: Determina para qual fila cada pacote recebido deve ser encaminhado. Medidor: Contabiliza as estatsticas associadas aos fluxos de pacotes (taxa mdia, balde de fichas, etc.)Marcador: Marca o campo DSCP do pacote com os cdigos EF, AF11, AF12, AF13, AF21, etc.Formatador de Trfego: Determina a velocidade com o qual os pacotes sero retirados da fila e enviados para redeDescartador: Determina se alguns pacotes sero descartados de maneira preventiva para evitar o congestionamento da rede

    A implementao desses elementos no equipamento de rede pode varias bastante. Mas geralmente, existe um conjunto independente desses elementos para cada uma das interfaces do equipamento. Isto , se um roteador tiver trs interfaces, poderemos ter um conjunto independente de filas de sada para cada interface do roteador. Isto significa que o processo de QoS s ter incio aps o roteador determinar para qual de suas interfaces o pacote ser encaminhado, atravs da consulta a sua tabela de roteamento. Ento, considere na figura que o classificador recebe o pacote do mdulo de roteamento.A configurao interna de um roteador de borda (edge) e core (ncleo) no idntica. Conforme discutimos anteriormente, o objetivo da metodologia Diffserv foi reduzir ao mximo a necessidade de alterar a configurao nos roteadores dos backbones. Tipicamente, um roteador de borda tem todos os mecanismos de QoS descritos anteriormente. J o roteador de ncleo no tem os elementos de policiamento e marcao. A responsabilidade de policiar e marcar o trfego feita exclusivamente pelos roteadores de borda (isto , apenas o roteador de borda sabe que usurios da rede IP 200.10.1.0/24 podem transmitir no mximo 1 Mbps em AF11 e at 2 Mbps em AF12). Os roteadores de ncleo, por sua vez, faro todo o possvel para transportar o trfego AF11 sem perda, sacrificando o trfego AF12 apenas se necessrio.

    O classificador de um roteador de borda pode ser complexo. Ele precisa determinar a qual classe agregada cada pacote pertence utilizando qualquer conjunto de atributos disponveis no cabealho de rede e transporte do pacote. J o classificador de um roteador de ncleo bem mais simples, pois ele precisa apenas interpretar o campo DSCP.

    O IETF define os classificadores em dois grandes grupos:Multicampos (MF): Tipicamente utilizado pelos roteadores de Borda. Utiliza o DSCP e outros campos do cabealho IP (IP, Porta, etc.)Comportamento Agregado (BA): Tipicamente utilizado pelos roteadores de Ncleo. Utiliza apenas o campo DSCP

    Em uma rede Diffserv, o controle do trfego injetado na rede deve ser feito pelos roteadores de borda. Os roteadores de borda realizam duas tarefas que esto diretamente relacionadas: Policiamento e Marcao. Essas tarefas so realizadas com a ajuda de um terceiro elemento, denominado genericamente de Medidor. O medidor geralmente implementado utilizando um algoritmo do tipo balde de fichas (token bucket). Para as classes AF, que possuem at trs subnveis, utiliza-se geralmente uma seqncia de balde de fichas em cascata. A figura ilustra como o cascateamento de baldes usado em um cenrio em que a classe AF1 subdividida nas classes AF11 e AF12. O IETF no obriga que todas as subdivises sejam utilizadas, cabendo ao administrador da rede essa escolha.

    A poltica que implementada pelos baldes a seguinte: Se o usurio transmitir at 500 kbps, todo o seu trfego ser marcado como AF11 (pouca possibilidade de descarte). O trfego do usurio que estiver entre 500 kbps e 1 Mbps, ser transmitido como AF12 (mdia possibilidade de descarte). O trfego do usurio que estiver acima de 1 Mbps ser descartado imediatamente, mesmo que no haja congestionamento da rede. Conforme vimos anteriormente, o balde de fichas permite que o usurio envie rajadas de amplitude superior a taxa mdia, desde que ele compense essas rajadas com perodos de baixa transmisso. A durao das rajadas definida pelo tamanho do balde. Um balde de 62,5 Kbytes (500 Kbits) permite que o usurio transmita a uma taxa de 1 Mbps por um segundo, sem que nenhum pacote seja marcado como AF12. Somente os pacotes da rajada que excederem a durao de um segundo iro para o segundo balde. Nesse mesmo cenrio, para esvaziar o balde e ganhar o direito de transmitir outra rajada, o usurio deve ficar 1 segundo sem transmitir. O mesmo raciocnio se aplica aos pacotes que chegam no segundo balde.

    O condicionador de trfego (Traffic Shaping) determina em que velocidade os pacotes que foram alocados nas filas do roteador sero removidos e encaminhados para rede.

    Existem inmeras estratgias utilizadas para condicionamento de trfego. A figura ilustra o efeito de um formatador de trfego implementado segundo a estratgia do balde de fichas (token bucket). Como vimos, o balde de fichas determina que o trfego deve respeitar a uma certa taxa mdia, mas admite que rajadas de durao controlada sejam transmitidas, desde que essas sejam posteriormente compensadas por perodos de baixa transmisso.

    Suponha que o trfego que chega na entrada do roteador mal comportado, contendo rajadas de durao superior ao permitido. Se os pacotes no forem descartados pelo mecanismo de policiamento, eles sero alocados na fila de sada do roteador para posterior transmisso. O tempo que os pacotes iro aguardar na fila depender do formatador de trfego. Se a taxa de retirada e envio dos pacotes for definida pelo balde de fichas, ento o perfil do trfego na sada do roteador ser conforme ilustrado no lado direito da figura. Observe que na sada o trfego respeita perfeitamente ao limites imposto pelo balde.

    A formatao do trfego usualmente empregada para "suavizar" o trfego, isto , reduzir as rajadas e aproximar o perfil do trfego de sua taxa mdia, tornado-o mais comportado. Esse efeito muito til para rede, pois evita o congestionamento instantneo dos enlaces devido a superposio de rajadas. A formatao, contudo, tem o aspecto negativo de introduz atraso e jitter no trfego do usurio, pois os pacotes devero aguardar um tempo varivel na fila se chegarem com um perfil diferente daquele imposto na sada.O formatador de trfego deve determinar duas coisas:a) Se uma dada fila tem pacotes "prontos" para serem transmitidos.b) Se mais de uma fila tiver pacotes "prontos", de qual fila o pacote ser removido primeiro.

    Antes de discutirmos o significado de pacotes "prontos", precisamos considerar que existem basicamente duas estratgias para escolher qual fila ser servida primeiro: a estratgia justa e a injusta (a ao de escolher em que ordem as filas so servidas comumente denominada "escalonamento").

    Na estratgia injusta, uma prioridade atribuda a cada uma das filas. No exemplo da figura, as filas poderiam ser ordenadas da mais prioritria para menos prioritria como AF4, AF3, AF2 e AF1. Nessa estratgia, todos os pacotes das filas esto sempre "prontos", isto , cada fila pode ser servida individualmente na capacidade mxima do enlace de sada. Dessa forma, a fila AF4 servida enquanto tiver pacotes. A fila AF3 ser servida apenas se no houver pacotes na AF2 e assim por diante. Essa estratgia chamada de injusta pois pode acontecer que as filas menos prioritrias jamais sejam servidas.

    Na estratgia justa, um balde de fichas define uma taxa de transmisso para cada fila. Nessa abordagem, os pacotes devero aguardar a chegada das fichas de maneira a estarem "prontos" para transmitir. No exemplo da figura, AF4 ser servido antes das demais filas at uma taxa mxima de 1 Mbps. Se a chegada de pacotes na fila for acima de 1 Mbps, eles tero que aguardar na fila, cedendo sua vez para as filas menos prioritrias. Nessa abordagem, garante-se que todas as filas iro receber um mnimo de banda. A abordagem tambm garante que a fila AF4 ser sempre servida com menos atraso que as demais filas, desde que no seja excedido o seu limite de banda.O descarte preventivo de pacotes uma estratgia comum para diminuir o atraso total imposto aos pacotes que atravessam um roteador. Para entender como essa estratgia funciona, suponha que exista um roteador com um enlace de sada de 4 Mbps, e uma fila nica com capacidade de 4 Mbits. Suponha tambm que em algum instante, o roteador receba uma rajada de 5 Mbps durante 4 segundos, e que depois disso a taxa de chegada fique fixa em 4 Mbits. O resultado desse cenrio que o excedente de 1 Mbps durante 4 segundos ir encher completamente a fila do roteador. Aps isso, todos os pacotes que chegarem ao roteador sero transmitidos com um atraso de 1s, mesmo que a taxa de chegada se mantenha nos 4 Mbps suportados pelo enlace. Para evitar que isso acontea, o roteador precisa evitar que sua fique cheia por muito tempo. Dependendo da aplicao, o atraso de 1s pode fazer com que os pacotes transmitidos no sejam mais teis para o destino final (isso seria o caso se o pacote for de VoIP). Dessa forma, melhor descartar alguns pacotes quando a fila cresce muito, pois isso ir beneficiar todos os pacotes que chegaro depois.

    Para a classe AF da metodologia Diffserv, o descarte de pacotes implementado usando as subdivises de classe (AFX1, AFX2, AFX3). Por exemplo, suponha que uma fila responsvel por servir a classe AF4, que deve garantir nveis baixos de atraso, mas aceita nveis mais elevados de perdas e jitter. Uma poltica possvel para essa fila a seguinte:Um novo pacote est chegando para a classe AF4: - Se a fila estiver com mais de 90 de ocupao descartar o pacote- Se a fila estiver entre 75 e 90% de ocupao aceitar apenas AF41- Se a fila estiver entre 50 e 70% de ocupao aceitar AF41 e AF42- Se a fila estiver entre 0 e 50% de ocupao aceitar AF41, AF42 e AF43

    A metodologia Diffserv prev a possibilidade de integrao entre domnios de servios diferenciados administrados por entidades distintas. Na verdade, esse cenrio pode acontecer em vrias situaes onde o provedor de acesso a Internet utiliza um backbone de outra operadora de telecomunicaes.

    Por exemplo, um pequeno provedor pode necessitar se conectar a um Backbone de outra operadora para obter conectividade com regies no cobertas por sua rede. Nessas situaes, o mesmo cdigo DSCP pode ter significados distintos em domnios Diffserv diferentes. A figura ilustra esse conceito. Suponha que um provedor tenha definido o cdigo EF para usurios com suporte a video-conferncia e AF2 para os usurios que transmitem qualquer tipo de dados. Todavia, o Backbone usa o cdigo EF apenas para VoIP e AF4 para o trfego de video-conferncia. Da mesma forma, o Backbone usa o cdigo AF2 apenas para trfego de dados sensvel ao atraso, usando o cdigo AF1 para dados sem requisitos de tempo-real.

    Para essas situaes, a abordagem Diffserv prev que os ns de fronteira entre diferentes domnios Diffserv devem fazer remarcao de pacotes. A estrutura de um n de fronteira est ilustrada na parte inferior da figura.

    O MPLS: Multiprotocol Label Switching foi originalmente proposto pelo IETF em 1997, como uma soluo para acelerar o processo de roteamento na Internet. A idia principal por trs do MPLS era introduzir uma tcnica de comutao por rtulos, similar a existente nas tecnologias Frame-Relay e ATM. A tcnica de comutao por rtulos (Label Switching) considerada mais eficiente que a tcnica Hop by Hop usada pelo protocolo IP. No protocolo IP, o endereo de destino de um pacote pode estar contido em mltiplas rotas de destino ao mesmo tempo. Por exemplo, o endereo 200.1.2.3 pode estar nas rotas 200.1.2.0/24, 200.1.0.0/16, 200.0.0.0/8 e at mesmo 0.0.0.0/0. Dessa forma, um roteador precisa localizar a melhor rota para encaminhar um pacote. No MPLS, por outro lado, o prprio quadro traz um cdigo que identifica a rota de destino de maneira nica.Alm disso, a tcnica de comutao por rtulos permite definir mltiplos caminhos para um mesmo destino. Essa caracterstica tornou o MPLS um instrumento primordial para engenharia de trfego, pois ele permite uma melhor distribuio do trfego pelas rotas alternativas que uma rede WAN oferece. Antes de discutir esse aspecto do MPLS, convm ilustrar porque o roteamento Hop-by-Hop considerado inadequado para engenharia de trfego.Considere o exemplo ilustrado na figura. Suponha que uma operadora de telecomunicaes vendeu para um cliente um canal de 100 Mbps para a subrede 200.0.0.0/25 e 50 Mbps para a subrede 210.0.0.0/24. No roteamento hop-by-hop os pacotes so sempre roteados pelo caminho de menor custo. Considerando as velocidades dos enlaces, o caminho de menor custo para a rede 200.0.0.0/25 1-2-3 e para rede 210.0.0.0/24 1-4-5.Suponha agora que a operadora deseja vender mais um canal de 50 Mbps para a rede 200.0.0.128/25. Considerando a velocidade dos enlaces, o melhor caminho para essa rede tambm 1-2-3. Como o enlace 2-3 j est exaurido, o novo canal no pode ser vendido. Contudo, observando a rede, ainda seria possvel alocar o canal usando o trajeto 1-4-5-3. O MPLS utiliza uma tcnica de roteamento denominada "comutao de rtulos" (label switching), que muito utilizada pelas tecnologias que permitem criar "circuitos virtuais", como o ATM e o Frame Relay. No MPLS, o termo LSP (Label Switch Path) utilizado ao invs de circuito virtual, todavia seu significa muito similar. Um LSP um caminho fixo entre dois pontos da rede, definido como uma seqncia de enlaces de roteadores. Cada enlace de roteador usado por um caminho especfico identificado por um LABEL, de forma que um LSP definido por uma seqncia de LABELs.Um LABEL um nmero inteiro (de 12 bits), contido no cabealho MPLS. O cabealho MPLS colocado entre os cabealhos de enlace (camada 2) e rede (camada 3) de cada pacote. Por essa razo o MPLS classificado com sendo pertencente a camada 2.5 do modelo OSI.A figura ilustra o conceito de LSP e comutao por LABELs. Primeiramente, considere o caminho do cliente para a rede 200.0.0.0/5 (indicado em vermelho na figura). Esse LSP definido como sendo a seqncia de LABELs 10-11-12-13. Do ponto de vista do cliente, contudo, o caminho identificado apenas como sendo LABEL 10. Para o cliente usar o caminho ele simplesmente configura a regra: "marcar com LABEL 10 todos os pacotes direcionados para a rede 200.0.0.0/25). Observe que o LABEL 10 tem significado apenas local ao enlace. O roteador 1 possui uma tabela de encaminhamento por LABELs, conforme indicado na figura. Essa tabela pode ser preenchida manualmente pelo administrador da rede quando o LSP criado, ou automaticamente, utilizando protocolos de sinalizao criados para o MPLS, como o RSVP-TE e o CR-LDP. Observe que quando o roteador 1 encaminha o pacote, ele troca o LABEL, justificando o nome da tcnica como "label switching". Apenas o roteador 1 precisa efetuar o mapeamento entre o mundo IP e os LABELs. Todos os demais roteadores fazem o roteamento baseado exclusivamente na informao do LABEL.Na seqncia da disciplina, teremos um mdulo adicional, onde o MPLS ser visto com mais detalhes.Neste mdulo, ns vimos as principais metodologias de qualidade de servio definidas para as redes IP. Para suportar a qualidade de servio, diversos mecanismos de controle de trfego precisam estar disponveis em roteadores e outros elementos de rede. Esses mecanismos permitem alterar a forma como os pacotes recebidos pelo roteador so encaminhados.

    No modelo sem qualidade de servio (denominado melhor esforo) os pacotes so encaminhados segundo a filosofia FIFO (First In First Out). No modelo FIFO os pacotes so servidos na ordem em que chegam no rotedor. Quando os mecanismos de QoS so utilizados, os roteadores criam mltiplas filas para encaminhamento dos pacotes. Dessa forma, possvel diferenciar o tratamento oferecido para os pacotes, e oferecer garantias para o trfego transportado.

    O IETF definiu trs metodologias principais para controlar a QoS em redes IP:Servios Integrados: faz o controle de QoS por fluxo, com o auxlio de um protocolo de sinalizaoServios Diferenciados: faz o controle de QoS apenas para grandes classes de trfego e sem protocolo de sinalizao.MPLS: faz o controle de QoS para caminhos especficos, com ou sem auxlio de um protocolo de sinalizao.

    Atualmente, as metodologias de Servios Diferenciados e MPLS so as mais empregadas operadoras de telecomunicaes.