Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Suporte a QoS em Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD Roteadores FreeBSD

Clarissa MarquezanClarissa MarquezanLisandro Zambenedetti GranvilleLisandro Zambenedetti Granville

Ricardo ViannaRicardo ViannaRodrigo Sanger AlvesRodrigo Sanger Alves

Tiago FiorezeTiago Fioreze

Universidade Federal do Rio Grande do SulUniversidade Federal do Rio Grande do Sul

Suporte a QoS em Roteadores FreeBSDSuporte a QoS em Roteadores FreeBSD 2.2.22

Qualidade de Serviço em Redes IPQualidade de Serviço em Redes IP

IntroduçãoIntrodução Disciplinas de filasDisciplinas de filas ProtocolosProtocolos RSVPRSVP DiffServDiffServ AltQAltQ CaracterísticasCaracterísticas ComandosComandos Disciplinadores de Fila:Disciplinadores de Fila:

• PRIQ (PRIQ (Priority QueueingPriority Queueing))• CBQ (CBQ (Class Based QueuingClass Based Queuing))

AtividadesAtividades


IntroduçãoIntrodução

O que é? (do ponto de vista da rede)O que é? (do ponto de vista da rede)• Capacidade de fornecer melhores serviços para Capacidade de fornecer melhores serviços para

determinados fluxos de uma rede.determinados fluxos de uma rede. Arquitetura de QoS básicaArquitetura de QoS básica

• QoS implantada dentro de um dispositivos (através de QoS implantada dentro de um dispositivos (através de filas, escalonadores, conformadores de tráfego, etc.)filas, escalonadores, conformadores de tráfego, etc.)

• Técnicas de sinalização para coordenar o QoS fim-a-fim Técnicas de sinalização para coordenar o QoS fim-a-fim no caminho completo dos fluxosno caminho completo dos fluxos

• Políticas, gerenciamento e funcionalidades de Políticas, gerenciamento e funcionalidades de contabilização para controle e administração de QoScontabilização para controle e administração de QoS


IntroduçãoIntrodução

3. Gerente3. Gerente

Rede Rede conectadaconectada




ServidorServidor

2. Sinalização2. Sinalização

1. QoS dentro 1. QoS dentro dos dispositivosdos dispositivos


Disciplinas de filasDisciplinas de filas

Para tratar congestionamento (maior fluxo de Para tratar congestionamento (maior fluxo de entrada do que de saída em um roteador) é entrada do que de saída em um roteador) é necessário o uso de filas (controle de necessário o uso de filas (controle de congestionamento)congestionamento)

De acordo com o funcionamento de cada fila De acordo com o funcionamento de cada fila (algoritmo de filas) tem-se a definição de disciplinas (algoritmo de filas) tem-se a definição de disciplinas de filas diferentesde filas diferentes



First Come First Served (FCFS) = First Come First Served (FCFS) = First In First Out (FIFO)First In First Out (FIFO)• Os primeiros pacotes a chegarem serão despachados em Os primeiros pacotes a chegarem serão despachados em

primeiro lugar, independentemente do tipo do pacoteprimeiro lugar, independentemente do tipo do pacote• Não existe priorização, pois todos os pacotes são tratados da Não existe priorização, pois todos os pacotes são tratados da

mesma formamesma forma• Não existe proteção contra aplicações mal comportadas (que Não existe proteção contra aplicações mal comportadas (que

geram, por exemplo, fluxos que congestionam a rede)geram, por exemplo, fluxos que congestionam a rede)• Implementado na interface de entrada ou saída Implementado na interface de entrada ou saída

(preferencialmente)(preferencialmente)• É o algoritmo padrão de qualquer roteador, e não exigem É o algoritmo padrão de qualquer roteador, e não exigem

nenhuma parametrização.nenhuma parametrização.



Priority Queuing (PQ)Priority Queuing (PQ)• Garante que tráfegos importantes receberão tratamento Garante que tráfegos importantes receberão tratamento

especialespecial• Cada interface de saída implementa várias filas Cada interface de saída implementa várias filas

diferentesdiferentes• Cada pacote é colocado em uma fila diferente, de Cada pacote é colocado em uma fila diferente, de

acordo com a prioridade do pacoteacordo com a prioridade do pacote• As filas de mais alta prioridade são atentidas enquanto As filas de mais alta prioridade são atentidas enquanto

existir tráfegoexistir tráfego



ClassifiClassificaçãocação


InterfaceInterface

AltaAlta

MédiaMédia

NormalNormal

BaixaBaixa



Priority Queuing (cont.)Priority Queuing (cont.)• Garantias sobre os atrasosGarantias sobre os atrasos• Sem proteção contra aplicações mal comportadasSem proteção contra aplicações mal comportadas• Uma aplicação pode monopolizar toda a banda! Neste Uma aplicação pode monopolizar toda a banda! Neste

caso, pior que FIFOcaso, pior que FIFO• Gerenciável: é o administrador da rede que deve Gerenciável: é o administrador da rede que deve

programar a classificação dos pacotes. Disso depende programar a classificação dos pacotes. Disso depende o sucesso do algoritmo PQ.o sucesso do algoritmo PQ.



Custom Queuing (CQ)Custom Queuing (CQ)• Criado para a definição e diferenciação da alocação de Criado para a definição e diferenciação da alocação de

banda mínima entre várias aplicaçõesbanda mínima entre várias aplicações• Garante banda mínima para aplicações críticas mesmo Garante banda mínima para aplicações críticas mesmo

em pontos de congestionamentoem pontos de congestionamento• Exemplo: Vídeo sob demanda atravessando roteadores Exemplo: Vídeo sob demanda atravessando roteadores

congestionados.congestionados.• Uso de várias filas, mas a prioridade é dada pelo tempo Uso de várias filas, mas a prioridade é dada pelo tempo

que cada fila pode utilizar uma interface.que cada fila pode utilizar uma interface.





InterfaceInterface

1/101/10

4/104/10

2/102/10

3/10 3/10



Custom Queuing (cont.)Custom Queuing (cont.)• Também precisa de gerenciamento: o administrador Também precisa de gerenciamento: o administrador

indicaindica– Quais os pacotes irão ser direcionados para quais filasQuais os pacotes irão ser direcionados para quais filas– Quanto de banda cada fila possuem em relação à banda total Quanto de banda cada fila possuem em relação à banda total

da interfaceda interface• Garante que aplicações mal comportadas não Garante que aplicações mal comportadas não

conseguirão monopolizar os recursosconseguirão monopolizar os recursos


Disciplinas de filas (comparação)Disciplinas de filas (comparação)

33

22

11 11 1111

22

33

FIFOFIFO


11

22

33

PQ - Prioridade = 1>2>3PQ - Prioridade = 1>2>3


33

22

11 11 11



11

22

33

CQ - 1 (2/10); 2 (4/10); 3 (4/10)CQ - 1 (2/10); 2 (4/10); 3 (4/10)

33

22

11 11 11


As soluções mais promissoras são aquelas As soluções mais promissoras são aquelas desenvolvidas dentro do IETFdesenvolvidas dentro do IETF• Serviços Integrados (IntServ) e RSVPServiços Integrados (IntServ) e RSVP• Serviços Diferenciados (DiffServ)Serviços Diferenciados (DiffServ)• MPLS (Multi Protocol Labeling Switching)MPLS (Multi Protocol Labeling Switching)

Por que?Por que?• Forte influência de indústria de equipamentos de redeForte influência de indústria de equipamentos de rede

Soluções de QoSSoluções de QoS


Soluções de QoSSoluções de QoS

Em relação ao fornecimento de garantias:Em relação ao fornecimento de garantias:• Reserva de recursos (serviços integrados)Reserva de recursos (serviços integrados)• Priorização (serviços diferenciados)Priorização (serviços diferenciados)

Caracterização de QoS através de dois tipos:Caracterização de QoS através de dois tipos:• Por fluxo: stream de informações uni-direcional Por fluxo: stream de informações uni-direcional

identificado através de protocolo, endereço origem, identificado através de protocolo, endereço origem, endereço destino, porta origem e porta destinoendereço destino, porta origem e porta destino

• Por agregado: conjunto de fluxos que possuem algo em Por agregado: conjunto de fluxos que possuem algo em comum (normalmente o byte de prioridade)comum (normalmente o byte de prioridade)


Reserva dinâmicaReserva dinâmica de recursos através do de recursos através do RSVPRSVP ((RResource reesource reSSererVVation ation PProtocolrotocol))

Soluções de QoS (IntServ)Soluções de QoS (IntServ)



Diferenciação por fluxo: cada roteador deve Diferenciação por fluxo: cada roteador deve guardar internamente uma descrição dos fluxosguardar internamente uma descrição dos fluxos• Endereços IP origem e destinoEndereços IP origem e destino• Protocolo (tipicamente TCP ou UDP)Protocolo (tipicamente TCP ou UDP)• Portas (aplicações) origem e destinoPortas (aplicações) origem e destino• Prioridade do fluxoPrioridade do fluxo

Exemplo: fluxo de download do relatório de vendas Exemplo: fluxo de download do relatório de vendas para a máquina do diretorpara a máquina do diretor

200.10.230.1:80, 200.10.230.9:1798, tcp, alta200.10.230.1:80, 200.10.230.9:1798, tcp, alta



Principal problema da solução: Principal problema da solução: escalabilidadeescalabilidade!!• Para redes com muitos roteadores, o tempo de Para redes com muitos roteadores, o tempo de

estabelecimento de uma sessão pode ser muito grandeestabelecimento de uma sessão pode ser muito grande• Em roteadores próximos ao backbone o número de Em roteadores próximos ao backbone o número de

informações necessárias pode ser maior que a informações necessárias pode ser maior que a capacidade de armazenamentocapacidade de armazenamento


Soluções de QoS (DiffServ)Soluções de QoS (DiffServ)

Reserva estática de recursosReserva estática de recursos• As aplicações não estabelecem sessões como no As aplicações não estabelecem sessões como no

IntServIntServ• O gerente da rede é responsável por determinar como O gerente da rede é responsável por determinar como

os recursos (banda) existentes são alocadosos recursos (banda) existentes são alocados



Diferenciação por agregadoDiferenciação por agregado• Vários fluxos são agrupados em agregadosVários fluxos são agrupados em agregados• Cada agregado é diferenciado dentro dos roteadoresCada agregado é diferenciado dentro dos roteadores• Não existe priorização dentro do agregadoNão existe priorização dentro do agregado

Exemplo: qualquer fluxo cujo destino é a máquina Exemplo: qualquer fluxo cujo destino é a máquina do diretordo diretor

*:*, 200.10.230.9:*, TCP|UDP|*, alta*:*, 200.10.230.9:*, TCP|UDP|*, alta



Vantagens de relação ao IntServVantagens de relação ao IntServ• EscalávelEscalável

– Não existe tempo de estabelecimento de sessãoNão existe tempo de estabelecimento de sessão– Os roteadores próximos ao backbone armazenam menos Os roteadores próximos ao backbone armazenam menos

informaçõesinformações

ProblemasProblemas• Configurado manualmenteConfigurado manualmente• Serviços menos garantidosServiços menos garantidos


AltQAltQ

AltQ é um gerenciador de tráfego de pacotes que é AltQ é um gerenciador de tráfego de pacotes que é capaz de fornecer qualidade de serviço (QoS) em capaz de fornecer qualidade de serviço (QoS) em uma rede de computadores.uma rede de computadores.


CaracterísticasCaracterísticas

AltQ suporta parâmetros tradicionais de QoS (e.g., AltQ suporta parâmetros tradicionais de QoS (e.g., banda, atraso, etc.)banda, atraso, etc.)

AltQ possui uma variedade de disciplinadores de AltQ possui uma variedade de disciplinadores de fila (e.g., CBQ, PRIQ, HFSC, etc.)fila (e.g., CBQ, PRIQ, HFSC, etc.)


ComandosComandos

InterfaceInterface::• Comando responsável por habilitar o ALTQ em uma determinada Comando responsável por habilitar o ALTQ em uma determinada

interface de rede.interface de rede. ClassClass::

• Comando responsável por criar classes de serviço.Comando responsável por criar classes de serviço. FilterFilter::

• Comando responsável por associar um fluxo de pacotes a Comando responsável por associar um fluxo de pacotes a determinada classe de serviço.determinada classe de serviço.


ExemploExemplo

Roteador FreeBSD com ALTQ

ed0

(100Mbps)

ed1

(100Mbps)

Computador PessoalServidor HTTP

(200.18.42.6)(www.WebServer.com.br)


Exemplo (cont.)Exemplo (cont.)

interface ed1 priqinterface ed1 priq interface ed0 priqinterface ed0 priq ## # Interface ed1# Interface ed1 class priq ed1 def_class priority 1 defaultclass priq ed1 def_class priority 1 default class priq ed1 http_class priority 15class priq ed1 http_class priority 15 filter ed1 http_class filter ed1 http_class www.WebServer.com.brwww.WebServer.com.br 80 200.18.42.6 0 6 80 200.18.42.6 0 6 ## # Interface ed0# Interface ed0 class priq ed0 def_class priority 1 defaultclass priq ed0 def_class priority 1 default class priq ed0 http_class priority 15class priq ed0 http_class priority 15 filter ed0 http_class 200.18.42.6 0 filter ed0 http_class 200.18.42.6 0 www.www.WebServerWebServer.com..com.brbr 80 6 80 6


Disciplinadores de FilaDisciplinadores de Fila

PRIQ (PRIQ (Priority QueueingPriority Queueing):):• Possue Possue buffers buffers com prioridades diferentes. O com prioridades diferentes. O bufferbuffer com com

maior prioridade é o que será atendido primeiro e terá maior prioridade é o que será atendido primeiro e terá direito de transmitir os pacotes armazenados.direito de transmitir os pacotes armazenados.

• BuffersBuffers com prioridades menores podem não ser com prioridades menores podem não ser atendidos.atendidos.


PRIQ: Sintaxe dos comandos PRIQ: Sintaxe dos comandos

interfaceinterface nomenome [ [bandwidthbandwidth bpsbps] [] [tbrsizetbrsize bytesbytes] ] priqpriq• nome: nome: Especifica o nome da interfaceEspecifica o nome da interface• bandwidthbandwidth : : Especifica a quantidade de banda da interface que será ocupada. Especifica a quantidade de banda da interface que será ocupada.• tbrsizetbrsize : : Especifica o tamanho em Especifica o tamanho em bytesbytes do balde de do balde de tokens.tokens.

class priq class priq nomenome nome_classe classe_pai nome_classe classe_pai [[priority priority pp] [] [defaultdefault]]• nome: nome: Especifica o nome da interfaceEspecifica o nome da interface• nome_classe:nome_classe: Especifica o nome da classe. Especifica o nome da classe.• classe_pai:classe_pai: Especifica o nome da classe pai. No caso do PRIQ, esse parâmetro Especifica o nome da classe pai. No caso do PRIQ, esse parâmetro

deve ser NULL.deve ser NULL.• prioritypriority:: Especifica a prioridade da classe. Os valores variam de 0 a 15. Quanto Especifica a prioridade da classe. Os valores variam de 0 a 15. Quanto

maior o valor, maior é a prioridade da classe.maior o valor, maior é a prioridade da classe.• default:default: Especifica a classe Especifica a classe defaultdefault. A classe . A classe defaultdefault tratará todos os pacotes tratará todos os pacotes

que não pertencerem a algum determinado filtro.que não pertencerem a algum determinado filtro.


Disciplinadores de FilaDisciplinadores de Fila

CBQ (CBQ (Class Based QueueingClass Based Queueing))• Parâmetros de QoS são agrupados em classesParâmetros de QoS são agrupados em classes• Classes são estruturadas de forma hierárquicaClasses são estruturadas de forma hierárquica


CBQ: Sintaxe dos comandosCBQ: Sintaxe dos comandos

interfaceinterface nomenome [ [bandwidthbandwidth bpsbps] [] [tbrsizetbrsize bytesbytes] ] cbqcbq• nome: nome: Especifica o nome da interfaceEspecifica o nome da interface

• bandwidthbandwidth: Especifica a quantidade de banda da interface que será : Especifica a quantidade de banda da interface que será ocupadaocupada

• tbrsizetbrsize: Especifica o tamanho em : Especifica o tamanho em bytesbytes do balde de do balde de tokenstokens


CBQ: Sintaxe dos comandosCBQ: Sintaxe dos comandos

class cbq class cbq nomenome nome_classe classe_pai nome_classe classe_pai [[priority priority pp] [] [pbandwidth pbandwidth percentpercent] [] [borrowborrow] [] [defaultdefault] ] • nome: nome: Especifica o nome da interfaceEspecifica o nome da interface• nome_classe:nome_classe: Especifica o nome da classe Especifica o nome da classe• classe_pai:classe_pai: Especifica o nome da classe pai Especifica o nome da classe pai • prioritypriority:: Especifica a prioridade da classe. Os valores variam de 0 a 7. Especifica a prioridade da classe. Os valores variam de 0 a 7.

Quanto maior o valor, maior é a prioridade da classeQuanto maior o valor, maior é a prioridade da classe• pbandwidthpbandwidth: Especifica a porcentagem de largura de banda da : Especifica a porcentagem de largura de banda da

interface que será destinada para essa classeinterface que será destinada para essa classe• borrowborrow: Especifica se a classe pode pedir para a classe pai largura de : Especifica se a classe pode pedir para a classe pai largura de

banda emprestadabanda emprestada• default:default: Especifica a classe Especifica a classe defaultdefault. A classe . A classe defaultdefault tratará todos os tratará todos os

pacotes que não pertencerem a algum determinado filtropacotes que não pertencerem a algum determinado filtro


CBQ: Estrutura hierárquicaCBQ: Estrutura hierárquica

root(100 %)

default(97 %)

controle(3 %)

HTTP(20 %)

FTP(20 %)

TELNET( 10 %)

VÍDEO(40 %)


Comando Comando filterfilter

O comando O comando filter filter é um comando genérico e é é um comando genérico e é utilizado por todos os disciplinadores de filautilizado por todos os disciplinadores de fila


Comando Comando filter:filter: Sintaxe Sintaxe

filterfilter nomenome nome_classe dst_addr nome_classe dst_addr [[netmasknetmask maskmask] ] dport src_addr dport src_addr [[netmasknetmask maskmask] ] sportsport protoproto• nome: nome: Especifica o nome da interfaceEspecifica o nome da interface

• nome_classe:nome_classe: Especifica o nome da classe a qual o fluxo de pacotes Especifica o nome da classe a qual o fluxo de pacotes será associadoserá associado

• dst_addrdst_addr: Especifica o endereço de destino do fluxo de pacotes: Especifica o endereço de destino do fluxo de pacotes

• dport:dport: Especifica a porta de destino Especifica a porta de destino

• src_addrsrc_addr: Especifica o endereço de origem do fluxo de pacotes: Especifica o endereço de origem do fluxo de pacotes

• sport:sport: Especifica a porta de origem Especifica a porta de origem

• netmasknetmask: Especifica a máscara de rede destino ou origem: Especifica a máscara de rede destino ou origem

• protoproto: Especifica qual o número do protocolo: Especifica qual o número do protocolo


Atividades: Topologia da redeAtividades: Topologia da rede

A G

10.0.1.2 - ED0

Rede 10.0.2.0

10.0.2.1 - RL0

10.0.2.2 - XL0

10.0.6.2

B

C

Rede 10.0.3.0

10.0.3.1 - RL0

10.0.3.2 - XL0

D Rede 10.0.4.0

10.0.4.1 - FXP0

10.0.4.2 - ED0

Rede 10.0.5.0

10.0.5.1 - XL0

10.0.5.2 - DC0

Rede 10.0.6.010.0.6.1 - ED0

E

F

10.0.1.1

Rede 10.0.1.0


Atividades: 1ª atividadeAtividades: 1ª atividade

Ação: Máquina A irá pingar a máquina G.Ação: Máquina A irá pingar a máquina G.• Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de

congestionamentocongestionamento• Cenário 2: A ação será realizada com simulação de Cenário 2: A ação será realizada com simulação de


congestionamento e com o AltQ atuandocongestionamento e com o AltQ atuando

Objetivo: Verificar o comportamento dos pacotes ICMP Objetivo: Verificar o comportamento dos pacotes ICMP sem e com o uso do Altqsem e com o uso do Altq



Ação: Máquina A irá realizar um FTP e acessará páginas Ação: Máquina A irá realizar um FTP e acessará páginas HTTP na máquina G.HTTP na máquina G.• Cenário 1: Tráfego FTP e HTTP serão concorrentes, ou seja, Cenário 1: Tráfego FTP e HTTP serão concorrentes, ou seja,

utilizarão a mesma bandautilizarão a mesma banda• Cenário 2: Tráfego FTP e HTTP não serão concorrentes, ou seja, Cenário 2: Tráfego FTP e HTTP não serão concorrentes, ou seja,

cada um terá uma porcentagem de largura de bandacada um terá uma porcentagem de largura de banda

Objetivo: Verificar como é possível dividir banda para Objetivo: Verificar como é possível dividir banda para diferentes fluxos de pacotesdiferentes fluxos de pacotes



Ação: Máquina A e G irão realizar uma comunicação de Ação: Máquina A e G irão realizar uma comunicação de voz entre elas.voz entre elas.• Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de




Objetivo: Verificar o comportamento da comunicação de Objetivo: Verificar o comportamento da comunicação de voz sem e com o uso do AltQvoz sem e com o uso do AltQ



Ação: Máquina A e G irão realizar uma comunicação de Ação: Máquina A e G irão realizar uma comunicação de vídeo entre elas.vídeo entre elas.• Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de




Objetivo: Verificar o comportamento da comunicação de Objetivo: Verificar o comportamento da comunicação de vídeo sem e com o uso do AltQvídeo sem e com o uso do AltQ



Ação: Máquina A e G irão realizar uma videoconferência Ação: Máquina A e G irão realizar uma videoconferência entre elas.entre elas.• Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de




Objetivo: Verificar o comportamento da videoconferência Objetivo: Verificar o comportamento da videoconferência sem e com o uso do AltQsem e com o uso do AltQ

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