1. Qualidade do Servio em Redes Prof. Mauro Tapajs

2. Necessidade de QoS

A Internet uma rede baseada no melhor esforo( best effort ): trata todos os pacotes do mesmo modo

3. Para uma srie de novas aplicaes, so necessrios mecanismos que garantam otrfegocontnuo de pacotessem alterao 4. Apesar de IPv4 prever campos para indicao de nveis de QoS, as implementaes nos roteadores normalmente ignoram esta facilidade 5. Qualidade do Servio- QoS

Um mecanismo QoS traduz um pedido de servio num conjunto de caractersticas de trfego para aquele servio (enfileiramento adequado, roteamento, disponibilizao de recursos capacidade, buffers, etc)

6. Grupos de trabalho demonstraram que possvel se oferecer este tipo de suporte sobre uma rede assncrona de datagramas 7.

Requer pequenos atrasos com pouca variao nos mesmos

8. Dificuldade em prover este tipo de servio sobre redes de pacotes 9. Alternativa escolhida foi redes comutadas por circuito 10. Muitas corporaes utilizam rede telefnicas mas poucas implementam suas redes privadas de telefonia (custo!) Exemplo Redes de Voz (telefnicas) 11. Alternativas QoS em Camada 2

802.1p mecanismos de priorizao de quadros em MANs

12. ATM pronta para QoS 13. Redes determinsticas: Token Ring, FDDI, TDM 14. Outras tecnologias sobre Fibra tica velocidade bastante para garantir demandas 15.

Redes pblicas (como X.25)

16. Redes privadas 17. Linhas dedicadas entre sites 18. Redes comutadas por circuitos pblicas e privadas (interconexo de PABX digitais) 19. ISDN (integrao dados e comutao por circuito tradicional) Redes de Dados - Modalidades 20. Tipos de Trfego

Elstico

Se ajusta bem dentro de determinada faixa de variao de atraso e banda

21. Normalmente roda sobre UDP e TCP (aplicaes bsicas da Internet) 22. Ex: FTP (sensvel a throughput), SMTP (no to afetado por atrasos), TELNET e HTTP (razoavelmente sensvel a atraso), todas com pequenas variaes na exigncia de QoS necessidade modesta de suporte QoS Inelstico

No se adapta bem a mudanas da qualidade da rede

23. Melhor exemplo: Trfego real-time 24. Em caso de congestionamento, continua a enviar a mesma carga na rede (no recua) 25. Requisitos (throughput, atraso,jitter , perda de pacotes) 26. Trfego Inelstico

Uma rede ter dificuldade em atender este tipo de trfego com atrasos variveis e ocorrncia de congestionamentos

27. Existe, assim, a exigncia ento detratamento preferencial 28. Aplicaes que geram este tipo de trfego devem sinalizar requisitos 29. A rede deve ainda suportar trfego elstico podendo priorizar recursos para atendimento de trfego preferencial 30. Requisitos de Aplicao

Existe a necessidade de se permitir que as aplicaes apresentem seus requisitos de QoS

31. Duas maneiras de se fazer isto:

Criao de um mecanismo para requerimento de QoS (melhor em caso de congetionamento da rede caso a rede esteja congestionada, novos pedidos so negados)

32. Indicao do QoS desejado no cabealho IP 33. Requisitos de Aplicao - Exemplos 34. Algumas Tcnicas para seImplementar QoS em Redes

Superprovisionamento

35. Bufferizao ( jitter ) 36. Enfileiramento diferenciado 37. Traffic Shaping(SLA) 38. Algoritmo de Leaky Bucket (balde vazante) 39. Algoritmo de Token Bucket (balde de fichas) 40. Reserva de recursos 41. Controle de admisso 42. Agendamento de pacotes ( packet scheduli ng ) 43. QoS sobre IP - Aspectos

IP, na verdade, um conjunto de protocolos que viabilizam o servio IP tornando uma rede de vrias tecnologias numa nica rede para a aplicao

44. Muitos dos protocolos de camada dois originalmente usados com IP foram desenvolvidos apenas para o escopo das redes de dados antigas: envio demailse arquivos 45. Estes protocolos no implementavam mecanismos para lidarem com trfego real-time sensvel atrasos na rede 46. Transmitem os dados em quadros de tamanho varivel e mecanismos de controle de erros geram retransmisses de um nmero incerto de quadros, no h garantia de tempo de entrega de um quadro (redes estatsticas) 47. QoS sobre IP

Como compartilhar recursos em situao de escassez dos mesmos?

48. Mecanismos existentes disponveis:

• Descarte de Pacotes - opo no pode ser levada em conta para se garantir qualidade de servio

49. Algoritmo de Roteamento - podemadapta rsuas rotas s linhas menos congestionadas, mas reagem lentamente demais s mudanas nos perfis de trfego

Ser necessria uma forma de se poder indicar os servios de QoS para IP, isto significa adicionar funcionalidades nos roteadores IP

50. QoS sobre IP

Novas caractersticas do trfego Internet:

Alto volume de aplicaes cliente-servidor

51. Uso cada vez maior de multimdia no contedo WEB 52. Trfego de tempo-real (por exemplo: transmisses de eventos em tempo real) Padres propostos para QoS pelo IETF (podem ser complementares)

Integrated services- Intserv

53. Differentiated services- Diffserv 54. ISA Integrated Services

Descrito na RFC 1633

55. Conceito deFluxo : sequncia distinta de pacotes resultantes da mesma atividade e sujeitos aos mesmos parmetros de QoS (se difere de uma conexo TCP por ser unidirecional e poder ter mais de um destino caso multicast) 56. Desta forma, cada pacote pode ento ser associado a um fluxo 57. Limitado s redes que suportam a arquitetura (como uma Intranet) 58. Fluxos 59. Arquitetura ISA -Intserv

A principal funcionalidade do roteador encaminhar pacotes

60. Existem componentesna arquitetura ISA queauxilia mesta tarefa, implementando os mecanismosIntserv :

Protocolos de reserva de recursos

61. Controle de admisso 62. Agente de gerenciamento 63. Protocolos de roteamento 64. Intserv Funes de Encaminhamento

Dentro da arquitetura o encaminhamento de pacotes baseado nos seguintesmecanismos :

Classificador de pacotes : mapeia os pacotes entrantes em classes de servio

65. Selecionador de rota : define o prximo destino do pacote 66. Agendador de pacotes : define e gerencia as vrias filas de pacotes baseado nas caractersticas de cada fluxo, na situao da interface de sada e das informaes de trfego 67. Funes ISA -Intserv

Controle de admisso para o estabelecimento de QoS para um fluxo deve-se alocar previamente os recursos da rede, caso algum dos roteadores no percurso no tenha recursos no momento, o pedido negado

68. Algoritmo de roteamento gera vrias rotas podendo oferecer melhores caminhos baseados em vrias mtricas 69. Algoritmo de enfileiramento define regras para tratar os pacotes que chegam nas filas dos roteadores 70. Poltica de descarte em situao de congestionamento, decidir quais pacotes tem prioridade e quais so escolhidos primeiro para o descarte 71. Arquitetura ISA - Intserv 72. Arquitetura ISA - Servios

Servios ( t raffic specification- TSpec) so definidos por fluxoem dois nveis:

Categorias gerais de servios

• Garantido

73. Carga Controlada

74. Melhor Esforo

Parmetros especficos para um determinado fluxo parmetros especficos do fluxo

75. Servios ISA Servio Garantido

a categoria de servio mais exigente (aplicaesreal-timecom rgidas premissas de entrega sem atraso ou perdas)

76. Prev um nvel de recursos ou taxa de dados garantida 77. Define um limite superior para o atr a so atravs do percurso do pacote 78. No tolera perdas de pacotes porbuffer overflow 79. Servios ISA Carga Controlada

Apresenta um servio semelhante melhor esforo sob condies sem congestionamento

80. No define um limite superior para o atraso, mas impede que um porcentagem razovel do trfego no experimente atrasos muito maiores que o normal 81. Poucas perdas de pacotes 82. Adequado s chamadas a plicaes de tempo real adaptativas (vdeo pode experimentar atraso ou perder um frame, voz pode ajustar perodos de silncio) 83. RSVP(Resource Re S er V ation Protocol)

Protocolo desenvolvido para realizar a prvia reserva de recursos na rede para uma transmisso

84. a escolha atual para a funo de protocolo de reserva de recursos prevista emIntServ 85. Pretende ser adotado de maneira gradual 86. Descrito na RFC 2205 87. Baseado em fluxos ( streams ) ao invs de pacotes individuais 88. um protocolosimplexque trabalhaantesde qualquer informao ser enviada 89. Suporta IPv4 (ToS) e IPv6 (campoflow label ) 90. RSVP

Suporta reservasmulticastmas tambm reservas especficas individuais dentro de um mesmo grupomulticast,acompanhando as mudanas dos membros do grupo

91. Pode trabalhar com as mudanas nos grupos multicast 92. Receptores podem escolher dentre vrias fontes de informao 93. ComunicaoUnicast pode usar reserva de recursos como alterativa para evitar ou sanar congestionamentos 94. ComunicaoMulticast reduo de carga possvel quando determinados membros do grupo no querem a transmisso ou no suportam determinado nvel de detalhes (exemplo: canais de vdeo de melhor ou pior resoluo) 95. RSVP

Prev que reservas com mesmos requisitos mas feitas separadamente devem poder ser agregadas de forma a minimizar os recursos disponibilizados eotimizar trfego em funo de caminhos semelhantes

96. O receptor da transmisso inicia a reserva e a mantm 97. Uma reserva (sesso) alocada num roteador para uma sesso definida por:

Endereo IP de destino

98. Identificador de protocolo (campoprotocol ) 99. Porta de destino 100. RSVP e Roteamento

Baseado em roteamentomulticastcom spanning trees, maso roteamento no parte do protocolo usa as rotas definidas pelo protocolo de roteamento existente

101. Opera independentemente do protocolo de roteamento utilizado mas deve interagir com o mesmo 102. O host previamente se inclui no grupo multicast relacionado atravs de IGMP (se unicast o roteamento automtico) e depois emite seu pedido de reserva 103. Acompanha as mudanas nas rotas usadas de forma transparente para a transmisso 104. Soft state um conjunto de informaes de estado num roteador que pode expirar se no for atualizada constantemente pelos usurios atravs de mensagens 105. MensagensRSVP

O protocolo possui quatro mensagens bsicas:

• Mensagens de reserva ( RESV): enviadas pelos destinos (unicast ou multicast) em direo aos hosts originadores das transmisses ( upstream ) para criar as reservas

106. Mensagens de caminho ( PATH): enviada pelo originador da transmisso para divulgar e manter as rotas possveis num determinado fluxo para os destinos multicast

107. Mensagens de erro e confirmao: sinalizam erro e confirmam reservas ( path-error, reservation-request-error e reservation-request-acknoledgement ) 108. Mensagens deteardown : removem informao de caminho (path) e reservas. So enviadas por aplicaes ou roteadores

Vrias mensagens RESV enviadas podem ser agregadas numa nica e devem ser periodicamente reenviadas para manter ossoft states

109. OperaoRSVP 110. OperaoRSVP

Deve ser implementadoem todos osroteadores que estejam no caminho das reservas feitas

111. Pode operar de forma transparente atravs de ns no-RSVP atravs de tunelamento 112. Cada receptor enviar uma mensagemRESVreservandorecursospara determinada origem dentro de uma sesso 113. Uma sesso identificada pelo endereo de destino e um identificador de reserva (32 bits) 114. No caminho, os roteadores iro reservando os recursos necessrios 115. Caso seja impossvel em algum deles, ser enviada uma mensagem de erro 116. RSVP 117. Especificao da Reserva

Pode-se oferecer diferentes estilos de reserva onde usurios especificam como as reservas de grupos so agregadas

118. Um pedido de reserva (chamadoflowdescriptor ) feito pela destino 119. Umflowdescriptor composto por umflowspec(define parmetros no agendador de pacotes Rspec e Tspec) e umfilterspec(define os pacotes a aplicar a reserva) 120.

Alguns parmetros:

Atributo de reserva

Reserva compartilhada ( shared ) shared-explicit(SE)

121. Distinta ( distinct ) fixed filter(FF) Seleo de originadores ( senders )

Lista explcita de fontes

122. wild card Tipos de Reservas de Recursos 123.

No se espera o uso de RSVP em toda a Internet

124. Se prev comunicao de roteadores que suportam RSVP atravs de tunelamento para criar a malha de roteadores RSVP 125. As nuvens no-RSVP devem ter capacidade em excesso para garantirem o servio Reservas 126. Servios Diferenciados - DS

Arquitetura ISA pode significar grande complexidade a ser incorporada na rede

127. Para grandes quantidades de trfego a sinalizao prevista pode ser onerosa 128. A informao de estados nos roteadores pode tomar grandes propores em redes maiores 129. Esta arquitetura descrito naRFC 2475 130. Prev uma forma de oferecer servios QoS simples, fcil e com pouca gerao de overhead 131. No exige que as aplicaes suportem a arquitetura o provedor do servio ir definir os nveis contratados 132. DiffServ- Premissas

Os pacotes carregaro a informao de tratamento QoS usando o ca m po ToS do cabealho IP v4 ou o campoTraffic Classdo IPv6

133. Pode agregarvrios pacotes pertencentes vrios fluxos diferentes - mesmos campos DS so tratados da mesma maneira facilitando a escalabilidade no caso de grandes redes 134. DS prev implementao nos roteadores encaminhando e enfileirando os pacotes se baseando unicamente no campo ToS 135. No exige que se armazene nos roteadores informao de estado dos fluxos existentes 136. Campo Tipo do Servio no padro IPv4 ToS

Precedence nvel de urgncia ou prioridade

137. TOS a seleo do prximo salto 138. Campo DS IPv4

O campo Codepoint DS define a classe de servio sendo aplicada ao pacote IP

139. Categorias possveis (2^6 = 64 classes): 140. Xxxxx0 usado correntemente para definir classes previstas no padres em uso (000000 significa servio comum melhor esforo) 141. Xxxx11 reservado para testes e uso local 142. Xxxx01 reservado para testes e uso local e futuros padres 143. DiffServ-Servios

Um domnio DS uma poro contgua da rede sujeita a um conjunto de polticas de DS administrada por uma nica organizao

144. Se um pacote endereado para dentro do domnio, o provedor deve garantir o servio tal qual foi acertado no SLA servio uniforme e consistente 145. Se o pacote endereado para fora do domnio, o provedor o encaminha por outros domnios requerendo o servio que mais se assemelha ao pedido no campo DS 146. SLA Service Level Agreement

O servio IP oferecido por um provedor definido em acordos onde se detalha o que ser oferecido em termos de servios e capacidades

147. O SLA um contrato firmado entre um provedor de servio e um cliente (usurio) detalhando os parmetros de performance da rede em operao 148. Documentos SLA podem conter parmetros como:

Throughput, probabilidade de descarte e latncia mdia da rede

149. Restries nos pontos de entrada e sada da rede do provedor, definindo o escopo do servio 150. Perfis de trfego consistentes com o servio que ser oferecido (ex. Parmetrostoken bucket ) 151. A resposta da rede ao trfego em excesso do cliente 152. OperaoDiffServ 153. Diffserv- Operao

Interna

A interpretao das classes de servio deve ser consistente dentro de um domnio

154. Roteadores internos tem mecanismos para manipular os pacotes de acordo com as classes definidas

Enfileiramento preferencial PHB ( Per Hop Behaviour )

155. Descarte seletivo Externa

Inclui as regras PHB

156. Condicionamento de trfego para o servio desejado 157. Maior complexidade nos roteadores 158. Destination Domain Providers Diffserv Domain Source Domain *Pre-marking *SLA *TCA Providers Diffserv Domain Non-DS Capable Domain *Pre-marking *SLA *TCA Diffserv Routers Non Diffserv Routers Ingress Router Egress Router Egress Router Ingress Router Interior Router *SLA *TCA *SLA *TCA Interior Router

TCA - Traffic Conditioning Agreements

159. SLA - Service Level Agreements Host Egress Router PHB Conditioning and PHB Conditioningand PHB Host Egress Router PHBConditioning and PHB Conditioningand PHB Host DS Unaware Router ArquiteturaDiffServ 160.

Classificador de pacotes separa o trfego em classes baseado no Codepoint ou em campos do pacote

161. Medidor ( meter ) medidor de trfego para verificar concordncia com o perfil definido para o mesmo 162. Marcador ( marker ) remarcacodepointsse necessrio de acordo com a poltica em vigor 163. Delineador ( shaper ) formata o fluxo de pacotes para o perfil 164. Descartador ( dropper ) Funo de Condicionamento de TrfegoDiffserv 165. Multiprotocol Label Switching(MPLS)

Estratgia do IETF para oferecer recursos de encaminhamento que faltam ao protocolo IP (ou outros) nativamente

166. Pode ter vrios propsitos: garantir certo nvel de performance, rotear adequadamente em situaes de congestionamento ou criar tneis VPN 167. Suporta IP, IPX, Apletalk, ATM e FR e pode trabalhar com protocolos como RSVP e OSPF 168. Define anecessidadede um protocolo para distribuio delabels:por exemplo:Label Distribution Protocol(LDP) entre LSRs 169. Pode estabelecer rotas com base em critrios como:

Endereos IP

170. Classe de servio 171. Polticas Viabiliza de maneira fcil engenharia de trfego (camada 3) 172. MPLS 173. MPLS

Permite a comutao de pacotes de camada 3 rapidamente atravs da pesquisa de uma etiqueta ( label ) de 20 bits numa tabela de entradas de tamanho fixo (ao contrrio do IP padro que pesquisa em tabelas de roteamento com base em prefixos)

174. Cada fluxo (FEC Forward Equivalence Class ) tem um caminho especfico atravs de LSRs definido com base nos seus requisitos de QoS 175. O encaminhamento feito somente com base nolabel(o cabealho IP no analisado) identificado em cada pacote e que pode ainda ser substitudo 176. O protocolo de roteamento determina a topologia e as condies das rotas para que um caminho seja definido para a FEC 177. Os demais LSRs so avisados de um novo caminho criado para uma FEC 178. Base de dados de encaminhamento ( Forwarding Information Base FIB) : possui as entradas de cada label conhecido e seu encaminhamento 179. MPLS

Idia: roteadores rpidos como switches ATM (no seria mais necessrio ter ambas as tecnologias na mesma rede)

180. Cria uma estrutura de suporte QoS semelhante usada em ATM (mais rpida que o encaminhamento IP) 181. Suporte QoS multiprotocolo orientado conexo (mesmo sobre redes IP) 182. Cria uma camada de controle e provisionamento de rede independente dos ns da rede (NE Networks Elements ) e do encaminhamento (roteamento IP) 183. Engenharia de trfego permite a definio de rotas dinamicamente, alocao de recursos baseados em demandas conhecidas, balanceamento de trfego dinmico e otimizao da utilizao de rede 184. Suporte a VPN garantias de performance e segurana 185. Prov nveis SLA especficos e garantidos, diferenciando clientes 186. MPLS - Arquitetura LER de entrada LER de sada LSR 187. MPLS

Cada pacote est associado a uma FEC ( Forwarding Equivalence Class ) atravs de umlabel

188. Um LSP ( Label Switched Path ) definido atravs de um protocolo de distribuio de labels com LDP, RSVP-TE ou CR-LDP 189. MPLS permite roteamento explcito 190. Integrao comDiffserv

MPLS apresenta um campo QoS de 3 bits somente

191. Diffserv tem um campo de 6 bits podendo ter 64 classes de servio Empilhamento delabels - hierarquia de caminhos 192. MPLS 193. HeaderMPLS

Label de 20 bits

194. Exp - Informaes DS ou PHB ( Class-of-Service- CoS) 195. S bitstack 196. TTL 197. Cabealhos MPLS em Vrias Tecnologias de Redes 198. Engenharia de Trfego

Baseada no conceito de encontrar rotas adequadas de acordo com exigncias de servio adequadas

199. Exige um protocolo de troca de informaes de rotas 200. Protocolos de roteamento com extenses apropriadas para divulgao de rotas e recursos disponveis na rede 201. Constraint-based routing - CBR- capacidade de encontrar caminhos com base em mecanismos de otimizao e critrios de restrio 202. Suporta critrios relacionados com recursos disponveis (por exemplo: banda disponvel) e tambm relacionados com aspectos administrativos (por exemplo: clientes VIP) 203. Suporte a rotashot stand-by 204. RSVP pode estabelecer caminhos sobre uma rede MPLS com base em critrios CBR 205. Pode-se ainda estabelecer rotas manualmente 206. Redes Multiservios Data-Optimized Optical Advanced Services QoS Engine Packet Multiplexing to the Transport Layer