Serviços Diferenciados

Edgard Jamhour

Estratégias para Implantação de QoS

Serviços Integrados– Baseado em um protocolo de sinalização: RSVP– Reserva de recursos por fluxo, fim-a-fim– Controle de admissão no momento que a reserva é

solicitada.

Serviços Diferenciados– Não utiliza protocolo de sinalização.– Utiliza um conjunto de configurações de QoS estáticas.– Atribui os fluxos de usuários as configurações estáticas

através de acordos de nível de serviço (SLA)

Níveis de QoS

Melhor Esforço

Serviços Diferenciados

ServiçosIntegrados

Reserva de Recursos Fim-a-FimProtocolo de Sinalização

Priorização de Recursos de Acordo com SLAs pré-estabelecidos

O primeiro pacote a chegar é o primeiro a ser atendido.

Serviços Diferenciados: Diff-Serv

Alternativa para Serviços Integrados, que supostamente são pouco escaláveis devido ao custo de manutenção das sessões RSVP.

Os conceitos básicos dos serviços diferenciados (Diff-Serv) são:– Divisão da rede em roteadores de borda e core– SLA: Service Level Agreement– DS Field: marcação de pacotes– Tráfego Agregado– PHB: Per-Hop Behavior

Serviços Diferenciados (RFCs Iniciais)

K. Nichols, S. Blake, F. Baker, D. Black, "Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers", RFC 2474, December 1998. 

M. Carlson, W. Weiss, S. Blake, Z. Wang, D. Black, and E. Davies, "An Architecture for Differentiated Services", RFC 2475, December 1998 

J. Heinanen, F. Baker, W. Weiss, J. Wroclawski, "Assured Forwarding PHB Group.", RFC 2597, June 1999. 

V. Jacobson, K. Nichols, K. Poduri, "An Expedited Forwarding PHB." RFC 2598, June 1999. 

Arquitetura Diffserv

ROTEADOR DE BORDA

ROTEADOR DE CORE

cliente

DOMÍNIO DIFFSERV

Elementos da Rede Diffserv

Domínio Diff-Serv– Conjunto de roteadores que disponibilizam serviço de

comunicação IP com QoS.

Roteador de Borda– Roteador que faz interface direta com a rede do cliente.– Trata o tráfego na forma de fluxos individuais

Roteador de Core– Roteador que faz interface entre os roteadores de

borda.– Trata o tráfego na forma de fluxo agregado.

Agregação de Fluxo

Fluxos de entradas Regras individuais para cada fluxo(geralmente, dependentes de SLA)

Fluxos agregados

Regras apenas para os fluxos agregados

(independentes de SLA)

O que significa fluxo agregado?

O roteador de borda deve ter uma regra para cada fluxo individual, baseada nos campos dos cabeçalhos IP e TCP.

Os pacotes são associados a regras de core através da marcação dos pacotes.

pacotes do usuário A – nivel gold

pacotes do usuário B – nivel silver

pacotes do usuário C – nivel gold

pacotes do usuário D – nivel gold

1 1 1 1

2 2 2 2

Roteadorborda

Roteadorcore

Marcação de Pacotes

Os pacotes IP precisam ser marcados nas fronteiras de entrada na rede administrada em DS.

– A marcação é feita utilizando os bits TOS do IPv4.– Os roteadores utilizam esses bits para identificar como os pacotes

são tratados na rede.

VERS HLEN TOS Comprimento Total

ID

8 bits

FLG Deslocamento

TTL Protocolo CheckSum Cabeçalho

IP Origem

IP Destino

Dados...

Marcação: Redefinição do Campo TOS

O campo TOS (8bits) foi renomeado para:– byte DS.

Este campo é formado da seguinte maneira:– DSCP (Differentiated Services CodePoint)

6 bits (classe de tráfego para o pacote)

– ECN: Explicit Congestion Notification (experimental) 2 bits (reservado)

DSCP

(6 bits)

ENC

(2 bits)

BYTE DS

PHB: Per Hob Behavior

É possível definir 64 valores distintos de DS – O IETF denomina PHB o tratamento associado ao valor

do campo DS

Os PHBs são definidos em 3 grupos:– B'xxxxx0' – PHBs padronizados. – B'xxxx11' – PHBs de uso experimental ou local– B'xxxx01' – PHBs de uso experimental ou local, mas

com potencial de serem agregados ao grupo de PHBs padronizados.

Regra para PHBs

Com carga equivalente, quanto maior o valor do seletor de classe, melhor o comportamento associado a classe.

São definidos 8 códigos seletores de classe– Class Selector Codepoints

ENC

(2 bits)

Seletores de Classe

Códigos dentro

da classe

0PHB

Padronizado

PHB’s Padronizados

BE PHB– Best Effort

EF PHB: b‘101110'

– Expedited Forwarding AF PHB

– Assured Forwarding

AF 1 AF 2 AF 3 AF 4

Low drop preference

b'010000' b'011000' b'100000' b'101000'

Medium drop preference

b'010010' b'011010' b'100010' b'101010'

High drop preference

b'010100' b'011100' b'100100' b'101100'

prio

ridad

e

prioridade

RFC 4594

Service Class DSCP Conditioning at Edge

Tolerance to Queuing

Loss Delay Jitter

Telephony EF none for trusted traffic

very low very low very low priority

MultimediaConferencing

AF4(1-3) two-rate three-color marker

low/med very low yes rate

MultimediaStreaming

Low Latency Data

High-ThroughputData

AF3(1-3)

AF2(1-3)

AF1(1-3)

low/medlowlow

mediumlow/medmed/high

yesyesyes

rate

Standard (Best Effort) DF rate

Funções dos Nós num Domínio DiffServ

Os nós edge (borda) executam ações de:– Classificação, Policiamento, Marcação, Descarte e Formatação de Tráfego

Os nós core (núcleo) executam ações de:– Descarte e Condicionamento de tráfego

cliente

C

Se tráfego r <=1 Mbps, b<=1Mb então AF11Se tráfego 2 Mbps > b >1 Mbps então AF12Se b > 2 Mbps então DROP

cliente

E

Se tráfego r <=1 Mbps, b<=1Mb então AF21Se tráfego 2 Mbps > b >1 Mbps então AF22Se b > 2 Mbps então DROP

cliente

C

C

E

E

Elementos de um nó Diffserv

Elementos do Nó Diffserv

1. Classificador Determina quais regras devem ser aplicadas ao pacote

2. Medidor Contabiliza as estatísticas associadas aos fluxos de pacotes

3. Marcador Determina como o tráfego será agregado

4. Formatador de Tráfego Determina a velocidade com o qual os pacotes são enviados

para rede

5. Descartador Determina se um pacotes será descartado de maneira

preventiva para evitar o congestionamento da rede

Arquitetura do Nó Edge

Classificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

ENTRADA

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

SAÍDA

ENTRADA

SAÍDA

Medidor

Arquitetura do Nó Core

Classificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

ENTRADA

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

SAÍDA

ENTRADA

SAÍDAMedidor

Classificador

São definidos 2 tipos:– Multicampos (MF): – Tipicamente utilizado pelos nós Edge

Utiliza o Byte DS e outros campos do cabeçalho IP (IP, Porta, etc.)

– Comportamento Agregado (BA): – Tipicamente utilizado pelos nós Core

Utiliza apenas o Byte DS.

Classificador: CORE e EDGE

Classificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

ENTRADA

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

SAÍDA

Se IPsrc=200.1.2.0/24 e AF11

Se IPsrc=200.1.2.0/24 e AF21

Se IPsrc=200.10.1.0/24

Classificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

ENTRADA

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

SAÍDA

Se AF1 Se AF2 Se AF3

Medidor

O medidor calcula em tempo real o trafégo gerado por um dado fluxo e pacotes.– Taxa média, Taxa de pico, Rajada, etc.

Caso os parâmetros sejam excedidos, ele dispara triggers para os outros módulos do roteador.– Módulo de policiamento

O medidor decide se o pacote está dentro dos limites de tráfego impostos ao fluxo

– Módulo de formatação de tráfego O medidor decide se o pacote está pronto para ser retirado da

fila e encaminhado

O Token Bucket Model

Os medidores usualmente utilizam um modelo denominado Token Bucket.– Taxa de transmissão variável com atraso limitado.

Serviço Garantido se

r <= R

b bytes

r bytes/s

chegada

p bytes/s

saída

d <= b/p

r

saída(bytes/s)

p

t

R

B

reserva

R

Policiador e Marcador

Classificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

ENTRADA

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

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 chegad

a

AF11 AF12

Formador de Tráfego

Condiciona e policia o tráfego de saída de acordo com o PHB atribuído ao pacote.

Formatador

b=1

r=1

saída(bytes/

s) p=2

t

Tráfego Saída

b=2

r=1

p=2

t

Tráfego Entrada

b=1b=1

FILA 1

Regra: Aplicar PHB A para Fila 1

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

VoIP +

VoIP -

Dados +

Dados -

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

VoIP +

VoIP -

Dados +

Dados -

Um novo pacote está chegando para a classe AF4. - 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

SLA: Service Level Agreement

O SLA é um acordo entre um cliente e um provedor de serviço (Domínio DS).

– O cliente pode ser um usuário final (e.g. uma empresa) ou outro domínio de DS.

Um SLA possui dois componentes principais:– Disponibilidade: MTBF, tempo de reparo– Desempenho: atraso, jitter e perda de pacotes

Associa o tráfego do usuário a uma classe agregada.

Domínio de DSprovedor

Domínio de DSbackbone

SLA1 = AF 4SLA5 = AF 3

SLA6 = AF 3clienteSLA3 = AF 3

SLA2 = AF 3cliente

cliente

Domínio de DSprovedor

Avaliação do SLA

Avaliação fim-a-fim– Considerando o tráfego está dentro das especificações máximas

Controlado pelo policiamento– e.g. r = 1 Mbps e b = 64 Kbytes

– Do total de pacotes transmitidos pelo usuário: Quantos pacotes chegaram ao destino dentro dos limite máximo de

atraso?– Pacotes que chegarem após o limite são considerados perdidos– e.g. Taxa máxima de perda de pacotes: 0.01%

Qual foi o tempo médio de atraso dos pacotes?– e.g. Atraso médio < 50 ms

Qual foi a variância (jitter) do atraso?– e.g. Variância < 5 ms

Probabilidade atraso < 75 ms é 99,9968 %

Remarcação de DS

O mesmo código de DS pode ter significados distintos em domínios diferentes

– Nesse caso, os nós entre domínios DS devem remarcar os pacotes de maneira a manter a coerência da marcação.

SLA1 = AF 4

NÓ ENTRE DOMÍNIOSremarcar AF3 para AF31 e AF4 para AF32

SLA2 = AF 3cliente

cliente

PROVEDOR BACKBONE

SLA2 = AF 3

Remarcação

ENTRADA

SAÍDA

Classificador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Formatador de Tráfego

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

Policiador

Marcador

Fila de Saída

Descartador

Se AF1 Se AF2 Se AF3

Remarca para AF 31

Remarca para AF 32

Remarca para AF 33

Conclusão

A arquitetura Diff-Serv tem por objetivo propor um método simples e escalável para implantar QoS sobre redes IP.

Na arquitetura, cada roteador de borda possui regras para mapear fluxos de usuários em classes agregadas padronizadas.

Os roteadores de core (que trabalham com enlaces de alta capacidade), trabalham com PHB´s padronizados configurados estaticamente.