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 4 2

1

perda

2 3 4

tempo

Edgard Jamhour

Excesso de Tráfego e Desempenho

1 2

atraso de propagação (fixo)

fila com tamanho variável

atraso

fixo atraso

variável

(jitter)

atraso

densidade de

probabilidade

pacotes

descartados

atraso máximo Rede muito

ocupada

Rede

pouco

ocupada

Edgard Jamhour

Medidas de Disponibilidade

funcionando

12 h

falha tempo

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 horas

MTBF = (13+18)/2 = 15.5

MTTR = (1+2)/2 = 1.5

Edgard Jamhour

SLA: Acordo de Nível de Serviço

Provedor de Serviço

A B

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

CPE

CPE

CPE

usuário núcleo

ISP

externo 1

2

3

controle de admissão

policiamento

priorização

condicionamento de tráfego

descarte preventivo

Edgard Jamhour

Requisitos de QoS

Classe de Serviço Necessidade de

banda

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 QoS

Priorização

Descarte

Etc.

Políticas de QoS

(SLA, Controle de

Admissão)

sinalização 2. sinalização sinalização sinalização

Edgard Jamhour

Metodologias de QoS

Melhor Esforço

Serviços

Diferenciados

Serviços

Integrados

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 RSVP RSVP – Resource Reservation Protocol

Servidor

Cliente

1. Solicita conexão com o servidor

Aplicação

Multimídia

Servidora

Aplicação

Multimídia

Cliente

2. Informa requisitos para o cliente (PATH)

3. Solicita Reserva (RESV)

4. Confirma Reserva (RESVconf)

Edgard Jamhour

Comportamento do Tráfego O 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

t VoIP com supressão de silêncio

Comportado

p: taxa de pico

r: taxa média

VoIP sem supressão de silêncio

Comportado

Vídeo compactado

Não 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

R

Modelo da fonte transmissora

Reserva no roteador

Edgard Jamhour

Exemplo de Reserva RSVP

Servidor

Cliente

2

3 1

Total: 100 Mbps

30 Mbps (delay 5ms)

10 Mbps (delay 0)

PATH

Total: 100 Mbps

15 Mbps (delay 10ms)

1 Mbps (delay 0)

Total: 100 Mbps

10 Mbps (delay 10ms)

3 Mbps (delay 0)

5 Mbps

Folga 30 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 individuais Regras individuais para cada fluxo

Fluxos agregados

Regras apenas para

os fluxos agregados

ouro, 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

0

PHB Padronizado

ECN 0

Edgard Jamhour

PHBs Padronizados

DF

b‘000000

AF 1 AF 2 AF 3 AF 4 EF

b‘101110

Baixa

Preferência

de Descarte

AF11

b'010000'

AF21

b'011000'

AF31

b'100000'

AF41

b'101000'

Média

Preferência

de Descarte

AF12

b'010010'

AF22

b'011010'

AF32

b'100010'

AF42

b'101010'

Alta

Preferência

de Descarte

AF13

b'010100'

AF23

b'011100'

AF33

b'100100'

AF43

b'101100'

prioridade

Edgard Jamhour

PHBs Padronizados: RFC 4594

Classe de Serviço DSCP Tratamento na Borda Tolerância para Escalonament

o

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

Medidor

Descartador 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 AF11

Se 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

X

dro

p

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

t

Tráfego Saída

b=2

r=1

p=2

t

Tráfego Entrada

b=1 b=1

FILA 1

Regra:

Aplicar PHB A para Fila 1

Edgard Jamhour

Formatado de Tráfego

AF 4

AF 3

AF 2

AF 1

SAÍDA Escolhe 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 de

4 Mbps

Video

Conf.

Video

Stream.

Dados

Interativos

Dados

Download

Edgard Jamhour

Descartador

AF 4

AF 3

AF 2

AF 1

SAÍDA Escolhe 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 de

4 Mbps

Video

Conf.

Video

Stream.

Dados

Interat.

Dados

Download

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 DOMÍNIOS

remarcar AF4 para EF

Remarcar AF2 para AF1 AF1, AF2

cliente

cliente

PROVEDOR BACKBONE

AF1, EF

ENTRADA Classificador

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

2 1Gbps [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 -3

Para 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

210.0.0.0/24

com 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

30 31

32

33 34

35

20

21

22

23

10

11 12

13

LSP: Label Switch Path

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

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

SE LABEL de entrada for 30 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 31

SE LABEL de entrada for 10 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 11

SE 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.