5. 18 mar16 qos em redes ip-v2

05-01-2016 Sistemas de Telefonia - Comutação Digital 1

http://mainstreet.eshore.ca/high-speed-internet-coming-to-the-columbia-basin-boundary-region/

15Fev16 Sistemas de Telecomunicações 2

Fila do buffer desaída do Roteador

Fluxos mais pesados e de maior duração podem dominar osbuffers do roteador onde há disputa por banda

O problema no acesso

100Mbps

2Mbps


Onde ocorre formação de fila?


Formação de fila na interface de saída

© 2014 Pearson. Todos os direitos reservados.


Estratégias de QoS

Differentiated Service (DiffServ)

Serviços diferenciados

Controle de tráfego agregado (class-based);

Menor carga nos processadores para realizar QoS;

Per-Hop Behavior;

Traffic Policing

Integrated Service (IntServ)

Serviços Integrados

Controle de tráfego por fluxo(Flow-based);

Alta carga nos processadorespara realizar QoS;

Controle do fluxo por sinalizaçãona rede (RSVP)

Traffic Shaping


Sinalização de requisição de reserva de recursos

Mensagem de erro

Mensagem pedido para

estabelecer path (Path_request)

Emissor; Transmissor

Receptor


Sinalização de resposta de reserva de recursos

Resposta:Mensagem de reserva de recursos

Mensagem de erro na reserva de recursos

Emissor; Transmissor

Receptor


DIFFSERV

Serviços diferenciados

De modo geral, os pacotes são classificados em três

principais perfis:

─ Best Effort (BE) Melhor esforço

─ Assured Forwarding (AF)

─ Expedited Forwarding (EF)

Serviços diferenciados - Diffserv


DISTRIBUIÇÃO

CORE

ACESSO


Medir

Classificar

Marcar

“Policiar”

Identificar

Marcação

Medir

Classificar

Marcar

“Policiar”

Identificar

Marcação

PHB

Garante

QoS

localmente

Serviços diferenciados/Diffserv – Arquitetura

Identificar

Marcação

Identificar

Marcação

PHB

Garante

QoS

localmente

AdmissionControl

Marcação e Policing

SchedulingQueuing e Dropping

TrafficShappingClassificação

http://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/solutions/Enterprise/WAN_and_MAN/QoS_SRND/QoS-SRND-Book/QoSIntro.html

Serviços diferenciados/Diffserv – Componentes do QoS



— Classificação

— Marcação

— Traffic Shaping/Policing

— Gerenciamento de Congestionamento - Congestion Management

— Congestion Avoidance

Diffserv - Componentes do QoS


CLASSIFICAÇÃO

─ É uma etapa fundamental do QoS

─ Identifica diferentes fluxos para serem tratados conforme

política da rede

─ Sempre realizado no perímetro da rede

─ Sem classificação, todos os pacotes são igualmente tratados

Diffserv - Classificação



Tráfego recebido da LAN é

classificado conforme regras do

acordo de nível de serviço (SLA)


Voz Vídeo BestEffort

Aplicacoes


DiffservClassificação

Scheduler Descarte


Tipo de serviço

Usuários domésticos x Bombeiros/polícia/hospitais

Tipo de aplicação

VoIP x HTTP x Torrent

Protocolo (Porta)

RTP X TCP x UDP

Endereço IP

Endereço MAC

interface

Classificação de pacotes - Possibilidades


Classificação - Lab


Vamos classificar todos os pacotes

que vem de PC1. Este tráfego

poderia ser p. ex. de um PABX IP

Classificação - Lab


class-map match-all <nome>

match <critério de classificação>

Classificação - comandos para classificar pacotes

1

2

Cria uma classe de tráfego

Define que critério será usado para

classificar o tráfego


class-map match-all cmvoip

match input-interface Fast0/0


Classificação - comandos para classificar pacotes

1

2

Define que critério será usado para

classificar o tráfego


MARCAÇÃO


Marcação

cabeçalho do pacote IPv4


Banda garantida

Baixo delay e jitter

Banda garantida

Delay e jitter normais

Não garante banda

Alto delay e alto jitterServiços Dados

Vídeo On-Demand

VPN

Sinalização

Voz

Diffserv-Marcação


Utilizada para garantir a identificação de pacotes que deverão ser

priorizados na rede

A marcação dos pacotes ocorre nos bits do cabeçalho do pacote

IP, próximo da origem

Marcação

Diffserv-Marcação


IP Precedence - no cabeçalho do pacote IP

DSCP - no cabeçalho do pacote IP

802.1p CoS - no cabeçalho do frame Ethernet

ATM CLP - na célula ATM

Frame Relay DE - no cabeçalho do frame

Diffserv - Opções de Marcação


Diffserv - Marcação IP - Tipo de serviço (RFC 791)

http://nomundodasredes.blogspot.com.br/2011/05/cabecalho-do-pacote-ipv4.html


Version Length Total Length

80 15 31

Precedence Unused

D T

0 1

D Normal Delay Low Delay

T Normal Throughput High Throughput

R Normal Reliability High Reliability

ToS …

Diffserv - Marcação - Tipo de serviço ToS (RFC 791 - Set81)

0 1 2 3 4 5 6 7

111 - Network Control

110 - Internet Control

101 - Critical

100 - Flash override

011 - Flash

010 - Immediate

001 - Priority

000 - Routine

R


Diffserv - Marcação ToSRoteador marca e classifica

pacotes com codificação ToSRoteador marca e

classifica pacotes

com codificação ToS

010000

100

010

100

010



80 15 31

Precedence SemUso

D T

ToS …

0 1 2 3 4 5 6 7

R

D S C P Unused

0 1 2 3 4 5 6 7

RFC 791

RFC 2475

Diffserv - Compatibilidade Precedence - DSCP



80 15 31

DSCP ECN

ToS …

0 1 2 3 4 5 6 7

CS7 1 1 1 0 0 0 56 - 63

CS6 1 1 0 0 0 0 48 - 55

CS5 1 0 1 0 0 0 40 - 47

CS4 1 0 0 0 0 0 32 - 39

CS3 0 1 1 0 0 0 24 - 31

CS2 0 1 0 0 0 0 16 - 23

CS1 0 0 1 0 0 0 8 - 15

DEFAULT 0 0 0 0 0 0 0 - 7

Diffserv - Compatibilidade Precedence/DSCP

RFC 2475 - Dez98


Diffserv – Marcação DSCP e ToS

Roteador marca e classifica

pacotes com codificação ToSRoteador marca e

classifica pacotes

com codificação DSCP

100000

010000

100

010


Diffserv - Marcação - DSCPRoteador marca e classifica

pacotes com codificação DSCPRoteador marca e

classifica pacotes

com codificação DSCP

100000

010000

100000

010000


A RFC 2597 define quatro classes de serviço e dentro

de cada uma delas há três níveis de probabilidade de

descarte de pacotes, caso haja congestionamento.

https://blogs.manageengine.com/network/netflowanalyzer/2013/12/04/quality-of-service-qos-a-good-traffic-engineering-component-2.html

Diffserv - DSCP - Assured Forwarding - RFC 2597


A RFC 2597 define quatro classes de serviço e dentro de

cada uma delas há três níveis de probabilidade de

descarte de pacotes, caso haja congestionamento.



descarte

Alta

Média

Normal

Baixa

Prioridade

São criadas quatro filas e dentro de cada uma delas há três níveis de prioridade de descarte de pacotes


Se houver congestionamento em uma determinada classe,

os primeiros pacotes a serem descartados serão aqueles

marcados com AFx3, se o congestionamento aumentar

serão descartados os AFx2 e se houver congestionamento

severo, será a vez dos pacotes marcados com AFx1.




De modo geral, os pacotes são classificados em três

principais perfis:

─ Best Effort (BE) Melhor esforço……… 1 DSCP 000000

─ Expedited Forwarding (EF)…………….....1 DSCP 101110

─ Assured Forwarding (AF)……………….……12 códigos DSCP



Best Effort (BE) DSCP 000000

– É a classe original da Internet

– Não há garantias



Expedited Forwarding (EF) - DSCP 101110

– Minimiza delay e jitter

– QoS com maior prioridade

– Tráfego excedente ao perfil da classe é descartado



Assured Forwarding (AF) - 12 códigos DSCP

– 4 classes

– 3 filas de prioridade de descarte em cada classe

– Tráfego excedente ao perfil da classe é descartado



Policy-map <nome>

class <nome da class-map>

set dscp ef

Cria um filtro para marcação

Associa uma classe

de tráfego ao filtro

Define que os pacotes pertencentes à classe

associada, os pacotes serão marcados com EF

1

2

3

Diffserv - Marcação - comandos para marcar pacotes


Diffserv - Marcação - Lab


Vamos marcar todos os pacotes

selecionados pela classe que

definimos ao configurarmos a

classificação (class-map).

Diffserv - Marcação - Lab


policy-map <nome>

class <nome da classe>

set dscp 46


1

2


Associa uma classe de

tráfego à policy-map

Marca os pacotes da classe

associada à policy-map

3


policy-map pmvoip

class cmvoip

set dscp 46


1

2

Cria uma policy-map

Associa uma classe de

tráfego à policy-map

Marca os pacotes da classe cmvoip

que foi associada à policy-map

3


Pode-se sempre priorizar e encaminhar qualquerpacote marcado com EF?

Se o tráfego marcado com EF ocupar toda a banda?



A RFC 2597 define quatro classes de serviço e dentro de cada

uma delas há três níveis de probabilidade de descarte de

pacotes, caso haja congestionamento.



probabilidade de descarte baixa na

classe

probabilidade de descarte média

na classe

probabilidade de descarte alta

na classe

Precedência DescriçãoNome/Binario/deci

malNome/Binario/de

cimalNome/Binario/d

ecimal

7pacotes

Keep aliveCS7/111000

6pacotes

IP RoutingCS6/11000

5 Critical CS5/101000

4 Classe 4 AF41/100010/34 AF42/100100/36 AF43/100110/38

3 Classe 3 AF31/011010/26 AF32/011100/28 AF33/011110/30

2 Classe 2 AF21/010010/18 AF22/010100/20 AF23/010110/22

1 Classe 1 AF11/001010/10 AF12/001100/12 AF13/001110/14

0 Best-Effort BE/000000/0


probabilidade de descarte

baixa na classe

probabilidade de descarte média na

classe

probabilidade de descarte

alta na classe

Nível de Precedência

DescriçãoNome/Binario/

decimalNome/Binario/

decimalNome/Binario/

decimal

7pacotes


6pacotes

IP RoutingCS6/11000

5 Critical CS5/101000

4 Classe 4 AF41/100010/34 AF42/100100/36 AF43/100110/38

3 Classe 3 AF31/011010/26 AF32/011100/28 AF33/011110/30

2 Classe 2 AF21/010010/18 AF22/010100/20 AF23/010110/22

1 Classe 1 AF11/001010/10 AF12/001100/12 AF13/001110/14

0 Best-Effort BE/000000/0

Diffserv - DSCP - RFC 2597 - Dez98


Controle de Congestionamento(Congestion Avoidance)

probabilidade de descarte baixa na

classe

probabilidade de descarte média na

classe

probabilidade de descarte alta na

classe

DescriçãoNome/Binario/dec

imalNome/Binario/deci

malNome/Binario/dec

imal

NÍV

EL

DE P

RECED

ÊN

CIA

(P

rioridade)

7pacotes


6pacotes

IP RoutingCS6/11000

5ExpeditedForwarding

EF/101110

4 Classe 4 AF41/100010/34 AF42/100100/36 AF43/100110/38

3 Classe 3 AF31/011010/26 AF32/011100/28 AF33/011110/30

2 Classe 2 AF21/010010/18 AF22/010100/20 AF23/010110/22

1 Classe 1 AF11/001010/10 AF12/001100/12 AF13/001110/14

0 Best-Effort BE/000000

Diffserv - DSCP - Expedited Forwarding - RFC 2598 - Dez98

192.168.x.0/24 192.168.x+2.0/24

192.168.x+1.0/24

.1

.254

.1

.254

.1 .2

Lab – Atividade II


Congestion ManagementControle de Congestionmento


Em situações de congestionamento, garante que

pacotes com diferentes níveis de prioridade recebam

QoS distintos, tais como atraso e banda

Diffserv - Gerenciamento de Congestionamento - queuing


Queuing

─ Rajadas de tráfego podem exceder

temporariamente a capacidade da interface;

─ Filas permitem que o tráfego excedente

aguarde para ser transmitido assim que o

congestionamento diminuir;

─ O gerenciamento de filas determina quais

pacotes serão transmitidos;

─ As filas introduzem atraso no tráfego.


Diffserv - Algoritmos de gerenciamento de filas

FIFO - First In First Out

Priority Queue (Absolute)

Custom Queue

Fair-Queue (WFQ, CBWFQ, LLQ)


Diffserv - Algoritmos de gerenciamento de filas - FIFO

Interface de entrada Buffer da Interface

de saída Interface de saída



─ É o método mais simples

─ Tem o menor carga sobre a CPU

─ Não controla congestionamento

─ Os pacotes são transmitidos na ordem em que

chegam na fila

─ Tráfegos com alto volume podem inviabilizar

tráfegos interativos


Em caso de congestionamento o tamanho das filas - e

por consequência, o atraso e a probabilidade de

descarte de pacotes - cresce exponencialmente.



Prioridadedas filas

Alta

Média

Normal

Baixa

Priority Queuing

─ Se há pacotes de determinado tipo aguardandopriorize o seu envio imediato;

Descarte(drop)


Coloca pacote na fila de Tx do Hardware

P1 vaziaN

Y

Priority Queuing – Lógica de Scheduling

P2 vaziaN

Y

P3 vaziaN

Y

P4 vaziaN

Aguarda espaçona fila TX

Prioridade Alta

Prioridade Média

Prioridade Normal

Prioridade Baixa


Interface Buffer

Transmit Queue

Output Line

Interface de saída• Ethernet• Frame Relay• ATM• Serial Link• Etc.

Alta

Média

Normal

Baixa

Tamanho da fila

Classificação

Interface de entrada• Ethernet• Frame Relay• ATM• Serial Link• Etc.

Priority Queuing


─ Necessita de controle de admissão de tráfego;

─ Não há limite para cada nível de prioridade;

─ Há um alto risco das filas de menor prioridade

não serem atendidas (starvation effect).

Priority Queuing - Limitações


Custom queue

Permite que o usuário determine a quantidade de bytes de

cada fila que será transmitida

O número de filas depende do Equipamento e do Engenheiro

de Rede

Descarte(drop)

Fila 0

Fila 1

Fila 2 ...

Fila N


Custom Queuing – Lógica de Scheduling

Aguarde liberação de espaço na fila TX do hardware

Mova pacote para fila Txdo Hardware

Repita esse processo com a próxima fila

Adicione o tamanho do pacote ao contador de bytes da fila

O limite do contador de bytes da fila foi atingido?

Há pacote na fila atual? N

N

Y

Y


Interface Buffer

Até 16 filas

3/10

1/10

Weighted RoundRobin Scheduling(byte count)

Aloca percentualda banda do link

Classificação

Interface Hardware• Ethernet• Frame Relay• ATM• Serial Link• Etc.

2/10

3/10

2/10

Taxa de ocupaçãodo link

Transmit Queue

Output Line

Custom Queuing - Weighted Round Robin


─ Torna Jitter imprevisível

─ Equidade depende fortemente de MTU e Tamanho de

janelas TCP

─ O cálculo de percentual para cada tipo de tráfego é

complex

Custom Queuing - Limitações


WFQ classifica o tráfego por fluxo

Um fluxo é formado pelos pacotes que apresentam em

seus cabeçalhos: o mesmo IP de origem, o mesmo IP de

destino, como também os mesmos ports na origem e

destino

Cada fluxo é colocado numa fila. Isso resulta em um

elevado número de filas (p.ex. 4096 filas). Ao fim de um

fluxo a fila é destruída

Diffserv -Weighted Fair Queue - WFQ


WFQ tem como objetivo dividir a banda disponível por todos os

fluxos, aproximando-se da tecnologia TDM (time-division

multiplexing)

Fila 0

Fila 1

Fila 2 ...

Fila N

Descarte(drop)

Diffserv - Weighted Fair Queue - WFQ


WFQ permite dividir a banda disponível considerando a

prioridade entre os fluxos.

Fila 0

Fila 1

Fila 2 ...

Fila N

Descarte(drop)

Diffserv -Weighted Fair Queue - WFQ


WFQ funciona bem para redes em que o tráfego

“real-time” consome um baixo percentual da banda.

WFQ atende melhor tráfegos que tem baixo volume.

O número de filas depende do número de fluxos e é

controlada automaticamente pelo dispositivo.

Essa estratégia de QoS combina as classes de serviço

com o controle automático de banda e fluxos do WFQ.

Diffserv - Weighted Fair Queue - WFQ


Diffserv - Class-Based Weighted Fair Queue - CBWFQ

CBWFQ suporta até 64 filas, é obrigatória a existência

de uma fila chamada “class-default”. Essa fila receberá

os pacotes não priorizados.

CBWFQ permite maior controle sobre a classificação

do tráfego e, com o uso do WFQ, pode-se obter uma

melhor distribuição da banda conforme as prioridades

do tráfego.


Class-Based Weighted Fair Queue - CBWFQ

CBWFQ reserva um percentual da banda para cada

classe, com base em valores configurados pelo

Engenheiro de rede

Se uma fila não necessitar de sua cota de banda, ela

é imediatamente pulverizada para as demais filas;


Class-Based Weighted Fair Queue - CBWFQ

CBWFQ perde a funcionalidade da Priority Queue, pois

não garante prioridade absoluta para nenhuma fila,

na medida em que divide a banda disponível pelos

fluxos existentes.


Low Latency Queue (LLQ)

LLQ procura atender o tráfego sensível a atrasos.

LLQ é um caso específico de CBWFQ.

Com LLQ, pode-se configurar PQ em uma estratégia

CBWFQ.


Low Latency Queue (LLQ) – Cenário de Lab


Definição de classe de tráfego

Definição de Policy LLQ

Marcação de pacotesDefinição de prioridade e Reserva de banda

Associação de policy LLQ à interface serial

Low Latency Queue - Configuração

ACESSO (R1, R2)

class-map match-all cmappllqaccessmatch input-interface fastethernet 1/0exit

policy-map pmappllqaccessclass cmappllqaccessset ip dscp efpriority percent 45exit

int s2/0service-policy output pmappllqaccessexit


definição de classe de tráfegoseleciona pacotes marcados com DSCP 46

definição de Policy LLQassociação com classedefinição de prioridade e reserva de banda

associação de policy LLQ à interface serial

Low Latency Queue - Configuração

CORE (R3, R4)

class-map match-all cmappllqcorematch ip dscp 46exit

policy-map pmappllqcoreclass cmappllqcorepriority percent 45exit

interface serial 2/0service-policy output pmappllqcoreexit

interface fast0/0service-policy output pmappllqcoreexit

associação de policy LLQ à interface FastEthernet


Melhora performance dos serviços de alta prioridade

… às expensas de tráfegos de baixa prioridade

Causa algum “overhead” nos roteadores de borda da rede

(ingress/egress)

Baixo overhead nos roteadores de Core – não é por fluxo

Diffserv – Serviços diferenciados - Vantagens


Implementação é relativamente simples

– Não requer reservas rígidas

– Não requer sinalização

– Não requer negociação fim-a-fim

Diffserv – Serviços diferenciados - Vantagens


– Ganhos de performance são relativos, não absolutos

– Granulação “grosseira” na classificação

– Não possui previsibilidade fim-a-fim: QoS executado por

hop (PHB)

Diffserv – Serviços diferenciados - DESvantagens


– Requer maior atenção no gerenciamento da rede

– Qualquer host pode marcar tráfego com alta prioridade

(requer cuidados com sergurança). Ex.: Windows 2000

marcava todos os seus pacotes com alta prioridade

Diffserv – Serviços diferenciados - DESvantagens


– Reservas são garantidas e precisas

– Reserva de banda não é compartilhada numa classe; granulação

“fina” no QoS

– Reserva justa para cada fluxo (conforme SLA)

Intserv – Serviços integrados - Vantagens


‒É ético favorecer um tipo de tráfego?

‒É ético manipular o conteúdo de pacotes?

‒É válido banir completamente alguma aplicação?

‒É correto que quem pague mais receba maior

prioridade?

Controvérsias do QoS

Education

5. 18 mar16 qos em redes ip-v2