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Mestrado Profissional em Computação Uece -IFCE Disciplina: Protocolos. Chico Anysio Óleo sobre tela 60x40 cm. Provendo Múltiplas Classes de Serviço. Até agora: extraímos o máximo do serviço de melhor esforço modelo de serviço do tipo tamanho único alternativa: múltiplas classes de serviço - PowerPoint PPT Presentation
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Chico AnysioÓleo sobre tela 60x40 cm
Mestrado Profissional em Computação
Uece-IFCE
Disciplina: Protocolos
7: Multimedia Networking 7-2
Provendo Múltiplas Classes de Serviço• Até agora: extraímos o máximo do serviço de melhor esforço
– modelo de serviço do tipo tamanho único• alternativa: múltiplas classes de serviço
– Separa o tráfego em classes– Rede trata de forma diferenciada as diferentes classes de tráfego
(analogia: serviço VIP x serviço normal)
0111
granularidade: serviço diferenciado entre as diversas classes e não entre conexões individuais
história: bits de tipo de serviço (ToS)
Cenário de serviço com múltiplas classes
7: Redes Multimídia 7b-3
7: Redes Multimídia 7b-4
Cenário 1: mistura de FTP e áudio• Exemplo: Telefone IP de
1Mbps, FTP compartilhando enlace de 1,5 Mbps. – Surtos de FTP podem
congestionar o roteador e causar a perda de pacotes de áudio.
– Gostaríamos de dar prioridade ao tráfego de áudio sobre o de FTP
É preciso marcar os pacotes para que o roteador faça uma distinção entre as classes diferentes; e uma nova política no roteador para tratar os pacotes de forma diferenciada
Princípio 1
7: Redes Multimídia 7b-5
Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.)
• E se as aplicações se comportarem mal (áudio envia pacotes a uma taxa mais elevada do que a declarada)?
– Policiamento: força que as fontes respeitem as alocações de banda
• marcação e policiamento/regulação nas bordas da rede:
– semelhante à UNI (User Network Interface) do ATM
prover proteção (isolamento) de uma classe sobre as demais
Princípio 2
7: Redes Multimídia 7b-6
Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.)
• Alocar uma largura de banda fixa (não-compartilhável) para o fluxo: uso ineficiente da banda se os fluxos não usarem suas alocações
Embora fornecendo isolamento, é desejável que os recursos sejam usados da forma mais eficiente possível
Princípio 3
7: Redes Multimídia 7b-7
Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede
Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo
contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível
com o serviço de melhor esforço: um telefone por Internet como exemplo
• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP, H.323
• 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo
• 7.6 Além do melhor esforço
• 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação
• 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados
• 7.9 RSVP
7: Redes Multimídia 7a-8
Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede
Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo
contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível
com o serviço de melhor esforço– 7.5 Distribuição de Multimídia:
redes de distribuição de conteúdo
• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP
7.5 provendo múltiplas classes de serviço– 7.6 Além do melhor esforço– 7.7 Mecanismos de
escalonamento e regulação– 7.8 Serviços integrados e
serviços diferenciados
• 7.6 provendo garantias de QoS– 7.8 Serviços integrados e
serviços diferenciados– 7.9 RSVP
7: Redes Multimídia 7b-9
Mecanismos de Escalonamento e Regulação (Policiamento)• Escalonamento: seleção do próximo pacote para transmissão num canal• Primeiro a entrar/primeiro a sair (FIFO): transmite na ordem de chegada à fila
– Exemplos da vida real?– política de descarte: se os pacotes ao chegarem encontrarem a fila cheia: quem deve ser
descartado?• Descarta o último (cauda): descarta o pacote que acabou de chegar• Prioridade: descarta/remove baseado na prioridade• Aleatório: descarta/remove aleatoriamente
chegadas partidas
enlace(servidor)
fila(área de espera)
7: Redes Multimídia 7b-10
Disciplinas de Escalonamento: mais• Enfileiramento com Prioridades: transmite o pacote
enfileirado de mais alta prioridade• múltiplas classes, com diferentes prioridades
– classe pode depender da marcação ou outra informação do cabeçalho (ex. IP origem/destino, números de portas, etc.)
– Exemplo da vida real?
chegadas
classificação
fila de baixa prioridade(área de espera)
fila de alta prioridade(área de espera)
partidas
partidas
chegadas
pacotesno
servidor
tempo
tempoenlace(servidor)
7: Redes Multimídia 7b-11
Disciplinas de Escalonamento (cont.)
Varredura cíclica (Round Robin): • múltiplas classes• varre as filas das classes transmitindo um pacote de cada classe cuja fila não estiver vazia• exemplo da vida real?
chegadas
pacote em serviço
partidas
tempo
tempo
7: Redes Multimídia 7b-12
Disciplinas de Escalonamento (cont.)Enfileiramento justo ponderado (WFQ): • Round Robin generalizado• cada classe recebe um tempo de serviço
diferenciado em cada ciclo• exemplo do mundo real?classificador
de chegadas
partidas
enlace
7: Redes Multimídia 7b-13
Mecanismos de Regulação (Policiamento)Objetivo: limita o tráfego para que não exceda os
parâmetros declarados• Três critérios comumente usados: • Taxa Média (de Longo prazo): quantos pacotes podem
ser enviados por unidade de tempo (em longo prazo)– questão crucial: qual é o comprimento do intervalo: 100
pacotes por seg ou 6000 pacotes por min têm a mesma média!
• Taxa de Pico: ex., 6.000 pacotes por minuto (ppm) em média e taxa de pico de 1500 ppm
• Tamanho da rajada: número máximo de pacotes enviados consecutivamente (sem intervalo ocioso)
7: Redes Multimídia 7b-14
Mecanismos de Regulação (Policiamento)Token Bucket (Balde de Permissões): limita a entrada para Tamanho da Rajada
e Taxa Média especificadas.
• balde pode guardar b permissões• tokens são gerados a uma taxa de r tokens/seg a menos que o balde esteja
cheio• num intervalo de comprimento t: número de pacotes admitidos é menor ou
igual a (r t + b).
7: Redes Multimídia 7b-15
Mecanismos de Regulação (Policiamento) (mais)
• combinação de token bucket, WFQ provê limite superior garantido no atraso, i.e., garantia de QoS!
taxa porfluxo, R
WFQ
taxa do token, r
tamanho do balde, b
D = b/Rmax
tráfego de chegada
7: Redes Multimídia 7a-16
Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede
Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo
contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível
com o serviço de melhor esforço– 7.5 Distribuição de Multimídia:
redes de distribuição de conteúdo
• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP
7.5 provendo múltiplas classes de serviço– 7.6 Além do melhor esforço– 7.7 Mecanismos de
escalonamento e regulação– 7.8 Serviços integrados e
serviços diferenciados
• 7.6 provendo garantias de QoS– 7.8 Serviços integrados e
serviços diferenciados– 7.9 RSVP
Serviços Diferenciados do IETF
• desejamos classes de serviços “qualitativas”– “comportamento como de um fio”– distinção relativa entre os seviços: Platina, Ouro e Prata
• escalabilidade: funções simples no núcleo da rede, funções relativamente complexas nos roteadores de borda (ou sistemas finais)– sinalização, manutenção do estado do roteador por fluxo é
difícil para um grande número de fluxos
• Não define classes de serviço, provê componentes funcionais para construir as classes de serviço
7: Redes Multimídia 7b-17
7: Redes Multimídia 7b-18
Roteador de borda: gerenciamento de tráfego por-
fluxo
marca os pacotes como dentro-perfil e fora-perfil
Roteador de Núcleo: gerenciamento de tráfego por
classe armazenamento e escalonamento
baseado na marcação na borda Preferência para os pacotes
dentro-perfil
Arquitetura Diffserv
escalonamento
...
r
b
marcação
7: Redes Multimídia 7b-19
Marcação de Pacotes no Roteador de Borda
marcação baseada em classes: pacotes de classes diferentes são marcados diferentemente
Marcação dentro da mesma classe: porção do fluxo bem comportado marcado diferentemente do mau comportado
perfil: taxa A, comprimento do balde B pré-negociados marcação de pacote na borda baseada no perfil por-fluxo
Possível uso da marcação:
Pacotes do Usuário
Taxa A
B
7: Redes Multimídia 7b-20
Classificação e Condicionamento• O Pacote é marcado no campo de Tipo de Serviço (TOS)
no IPv4 e, Classe de Tráfego no IPv6• São usados 6 bits para fornecer a codificação dos
Serviços Diferenciados e determinar a PHB que o pacote receberá
• No momento há 2 bits que não estão sendo usados. [Estão sendo usados para indicação de congestionamento]
X
7: Redes Multimídia 7b-21
Classificação e CondicionamentoPode ser desejável limitar a taxa de injeção de tráfego para alguma
classe; • o usuário declara o seu perfil de tráfego (ex. taxa e comprimento das
rajadas); • o tráfego é medido e moldado se não estiver de acordo com o seu
perfil
7: Redes Multimídia 7b-22
Comportamentos por salto (PHB)
• PHB resulta num comportamento de desempenho de encaminhamento diferente observável (mensurável)
• O PHB não especifica quais os mecanismos a serem usados para garantir o comportamento de desempenho PHB requisitado
• Exemplos:– Classe A recebe x% da taxa de transmissão do enlace de
saída dentro de intervalos de tempo de comprimento especificado
– Pacotes da classe A deixam os buffers antes dos pacotes da classe B
7: Redes Multimídia 7b-23
Comportamentos por salto (PHB)
PHBs já definidos:
• Expedited Forwarding (Repasse acelerado): taxa de partida dos pacotes de uma classe é maior ou igual a uma taxa especificada– enlace lógico com uma taxa mínima garantida
• Assured Forwarding (Envio assegurado): 4 classes de tráfego– a cada uma é garantida uma quantidade mínima de largura
de banda – cada uma com três partições de preferência para o descarte
7: Redes Multimídia 7a-24
Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede
Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo
contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível
com o serviço de melhor esforço– 7.5 Distribuição de Multimídia:
redes de distribuição de conteúdo
• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP
7.5 provendo múltiplas classes de serviço– 7.6 Além do melhor esforço– 7.7 Mecanismos de
escalonamento e regulação– 7.8 Serviços integrados e
serviços diferenciados
• 7.6 provendo garantias de QoS– 7.8 Serviços integrados e
serviços diferenciados– 7.9 RSVP
7: Redes Multimídia 7b-25
Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.)• Fato básico da vida: não é possível atender a um tráfego
superior à capacidade do enlace
Admissão de Chamadas: o fluxo da aplicação declara as suas necessidades, a rede pode bloquear a chamada se não puder atender a estas necessidades
Princípio 4
7: Redes Multimídia 7b-26
Intserv: cenário de garantia de QoS
• Reserva de recursos– estabelecimento de chamada, sinalização (RSVP)– Declaração de tráfego e QoS– controle de aceitação de chamada por-elemento– escalonamento sensível a QoS (ex., WFQ)
pedido/resposta
7: Redes Multimídia 7b-27
Serviços Integrados do IETF
• Uma arquitetura para prover garantias de QOS em redes IP para sessões individuais de aplicações
• reserva de recursos: roteadores devem manter info de estado (Circuito Virtual??), manter registros dos recursos alocados, requisitos de QoS
• admitir/rejeitar novos pedidos de chamadas:
Pergunta: os novos fluxos que chegam podem ser admitidos com garantias de desempenho e ainda assim não violar as garantias de QoS prometidas a fluxos já admitidos?
7: Redes Multimídia 7b-28
Aceitação de ChamadasA sessão entrante deve:
• declarar os seus requisitos de QOS– R-spec: define a QOS que está sendo solicitada
• caracterizar o tráfego que injetará na rede – T-spec: define as características do tráfego
• protocolo de sinalização: necessário para levar a R-spec e T-spec aos roteadores (onde a reserva é necessária)– RSVP (RFC 2210)
7: Redes Multimídia 7b-29
Intserv QoS: Modelos de serviço [RFC 2211, RFC 2212]
Serviço de qualidade garantida:• chegada de tráfego de pior caso: fonte
policiada por um leaky bucket. • limite simples (provável
matematicamente) para o atraso [Parekh 1992, Cruz 1988]
Serviço de carga controlada:
“uma qualidade de serviço que muito se aproxima da QoS que o mesmo fluxo receberia de um elemento de rede em carga leve”
WFQ
taxa do token, r
tamanho do balde, b
D = b/Rmax
tráfego de chegada
7: Redes Multimídia 7a-30
Capítulo 7: Roteiro• 7.1 Aplicações de Rede
Multimídia• 7.2 Áudio e vídeo de fluxo
contínuo armazenados• 7.3 Fazendo o melhor possível
com o serviço de melhor esforço– 7.5 Distribuição de Multimídia:
redes de distribuição de conteúdo
• 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real– RTP,RTCP,SIP
7.5 provendo múltiplas classes de serviço– 7.6 Além do melhor esforço– 7.7 Mecanismos de
escalonamento e regulação– 7.8 Serviços integrados e
serviços diferenciados
• 7.6 provendo garantias de QoS– 7.8 Serviços integrados e
serviços diferenciados– 7.9 RSVP
7: Redes Multimídia 7b-31
Sinalização na Internet
Repasse sem conexões (sem estado) pelos roteadores IP
serviço melhor esforço
nenhum protocolo de sinalização de rede no projeto
inicial IP
+ =
• Novo requisito: reservar recursos ao longo de um caminho fim a fim (sistemas finais, roteadores) para QoS para aplicações multimídia
• RSVP: Resource Reservation Protocol [RFC 2205]– “ … permite aos usuários comunicar os seus requisitos à rede
de uma forma eficiente e robusta.”, ou seja, com sinalização!• protocolo anterior de sinalização Internet: ST-II [RFC
1819]
7: Redes Multimídia 7b-32
Objetivos de Projeto do RSVP1. acomodar receptores heterogêneos (larguras de banda diferentes ao
longo dos caminhos)
2. acomodar diferentes aplicações com diferentes requisitos de recursos
3. tornar o multicast um serviço de primeira classe, com adaptação para participação em grupo multicast
4. aproveitamento do roteamento multicast/unicast existente, com adaptação a mudanças nas rotas unicast e multicast
5. sobrecarga do protocolo de controle com crescimento linear (no pior caso) em função do número de receptores
6. projeto modular para tecnologias heterogêneas
7: Redes Multimídia 7b-33
O que o RSVP não faz especifica como os recursos devem ser reservados
ele é um mecanismo para comunicar as necessidades
determina as rotas seguidas pelos pacotes
este é a tarefa dos protocolos de roteamento
sinalização desvinculada do roteamento
interação com o repasse de pacotes
separação dos planos de controle (sinalização) e dados (repasse)
7: Redes Multimídia 7b-34
RSVP: visão geral da operação• Transmissores e receptor aderem a um grupo multicast
– Realizado fora do RSVP– Transmissores não precisam se unir ao grupo
• Sinalização do transmissor para a rede– Mensagem de caminho: torna a presença do transmissor conhecida dos
roteadores– Desligamento do caminho: remove o estado do caminho do transmissor dos
roteadores
• Sinalização dos receptores para a rede– Mensagem de reserva: reserva recursos dos transmissores para o receptor– Remoção (teardown) das reservas: remove as reservas do receptor
• Sinalização da rede para o sistema final– Erro de caminho– Erro de reserva
Redes Multimídia: Resumo
Princípios• classificação das aplicações multimídia• identificação das necessidades de serviços de redes das
aplicações• extraindo o máximo do serviço atual de melhor esforçoProtocolos e Arquiteturas• protocolos específicos para o melhor esforço• mecanismos para fornecimento de QoS• arquiteturas para QoS
– múltiplas classes de serviço– Garantias de QoS, controle de admissão
7: Redes Multimídia 7b-35