QoS sobre Redes TCP/IPQoS sobre Redes TCP/IP

Edgard Jamhour

Conceitos de QoSConceitos de QoS

• QoS pode ser definido como qualquer mecanismos capaz de prover um serviço melhor para um dado fluxo.

• Um fluxo pode ser determinado de várias formas:– Combinação dos endereços de origem e destino– Numero dos sockets de origem e destino– Identificador de sessão– Pacotes enviados ou recebidos de uma certa

aplicação em uma certa interface– URL ou tipo MIME dentro de um pacote HTTP

Objetivos do QoSObjetivos do QoS• Controle sobre recursos

– Exemplo: limitar a banda utilizada por aplicações de FTP em um determinado link.

• Uso mais eficiente de recursos de rede– Privilegiar o uso das aplicações mais importantes (rentáveis) na

rede. • Serviços Customizáveis

– QoS permite diferenciar usuários e serviços oferecidos na rede. • Coexistência de aplicações de missão críticas

– Permitir que as aplicações menos importantes não degradem as aplicações críticas na rede (exemplo, FTP introduzir atraso para aplicações de VOIP).

• Base para construção de uma rede única e integrada– Permitir que uma única tecnologia de rede possa ser utilizada

para prover todos os tipos de serviços (redes convergentes).

Qualidade de Serviço - QoSQualidade de Serviço - QoS• A qualidade de Serviço pode ser definida como sendo garantias oferecidas

pela rede que certos parâmetros serão mantidos entre níveis pré-acordados. • Os principais parâmetros de QoS são:

– Atraso– Jitter: Variação no Atraso– Taxa de transmissão– Taxa de Perda de Pacotes

Internet

QoS em Enlace

QoS na Camada de Rede

QoS na Camada de Transporte

QoS na Camada de APlicação

QoS refere-se a capacidade de criar um caminho com banda e

tempo de atraso garantidos entre dois pontos da rede.

QoS pode ser implementada em vários QoS pode ser implementada em vários níveis:níveis:

• Na camada de Enlace:– Redes Síncronas:

• SDH (combinação de canais de banda constante)– Redes Assíncronas:

• ATM: Permite Reservar Recursos• Frame-Relay: Apenas Limita a Banda

• Na camada de rede:• IP: Permite implementar a qualidade de serviço fim

a fim independente da tecnologia de enlace.

AtrasoAtraso

• O Atraso é o principal fator de QoS.• Em aplicações tempo-real o atraso provoca

perda de QoS.– Por exemplo, surgem dois problemas para o tráfego

de voz quando o atraso é alto: • Eco e Sobreposição de conversação.

• Os principais fatores que influenciam na latência de uma rede são os seguintes: – Atraso de propagação (Propagation Delay); – Velocidade de transmissão e – Processamento nos equipamentos

Fatores que Influenciam o AtrasoFatores que Influenciam o Atraso

Congestionamento na rede local

Bufferização nos Roteadores

Capacidade do Terminal

Congestionamento nos links

Tempo de propagação

Tempo de PropagaçãoTempo de Propagação• Atrasos de Propagação - Fibras Ópticas – Exemplos 

Trecho (Round Trip Delay) Atraso de Propagação

Miami a São Paulo 100 mseg

New York a Los Angeles 50 mseg

Los Angeles a Hong Kong 170 mseg

Fontes de AtrasoFontes de Atraso• Atraso introduzido por equipamentos:

– Roteadores (comutação de pacotes) – LAN Switches (comutação de quadros) – Servidores de Acesso Remoto (RAS) (comutação de pacotes, ...) – Firewalls (processamento no nível de pacotes ou no nível de

aplicação, ...)

• Considerando que a latência é um parâmetro fim-a-fim:– Capacidade de processamento do processador– Disponibilidade de memória– Mecanismos de cache– Processamento nas camadas de nível superior da rede

(Programa de aplicação, camadas acima da camada IP, ...);

Medida do AtrasoMedida do Atraso

• Existem 3 maneiras de se medir o atraso: – One-Way

• Tempo para o pacote ir da origem ao destino

– Paired One-Way • Tempo para informação ir de A para B• Tempo para informação ir de B para A• Necessita de mecanismos de medição nas duas

extremidades.

– Round-Trip (Round Trip Time – RTT)• Tempo para informação ir de A para B e voltar para A• O Atraso é medido dividindo-se o tempo de round-trip por 2.• A medição pode ser feita a partir de uma única extremidade.

Perda de PacotesPerda de Pacotes

• Pacotes são perdidos devido a dois fatores:– Erros no pacote:

• Cabeçalho do pacote:– Descartados pelos roteadores

• Campo de dados:– Descartados pelo computador

– Falta de Banda• Estouro de buffer dos roteadores .• Priorização de tráfego

– Pacotes menos prioritários são descartados.

Curva de QoS em Função do AtrasoCurva de QoS em Função do Atraso

1-

densidade de probabilidade

Atraso Fixo

Variação de Atraso (Jitter)

Máximo Atraso Aceitável

ATRASO

ATRASO VARIÁVEL ACEITÁVEL

ATRASO INACEITÁVEL (Dados Perdidos)

Classificação das AplicaçõesClassificação das Aplicações

• A QoS solicitada ao provedor de serviços depende dos requisitos específicos das aplicações. – Aplicações tempo-real

• Aplicações sensíveis ao atraso– Tolerantes a perda de pacotes – Intolerantes a perda de pacotes

– Aplicações elásticas• Aplicações que não são afetadas pelo atraso.

Requisitos de QoSRequisitos de QoS 

Requisitos de QoS Voz FTP E-mail Vídeo Broadcast

Vídeo Interativo

Exigência de largura de banda

Baixa a Média

Baixa Baixa Alta Alta

Sensibilidade ao descarte aleatório de pacotes

Média Média Média Média Média

Sensibilidade ao atraso

Alta Baixa Baixa Baixa Alta

Sensibilidade ao jitter Alta Baixa Baixa Média Alta

Arquitetura para QoSArquitetura para QoS• As arquiteturas de QoS envolvem 3 elementos:

– Técnicas para implementar QoS em um nó da rede. – Técnicas de sinalização de QoS, para informar aos vários nós da

rede como proceder na passagem de um fluxo.– Funções para gerenciamento, política e contabilização do QoS

de uma rede como um todo.

Estratégias para Implantação de QoSEstratégias para Implantação de QoS

• Duas estratégias possíveis:– Priorização (serviços diferenciados):

• O tráfego da rede é classificado e os recursos da rede são distribuídos de acordo com critérios da política de gerenciamento de banda.

– Reserva de Recursos (serviços integrados): • recursos da rede são reservados de acordo com a

requisição de QoS da aplicação e sujeitos a uma política de gerenciamento de banda.

– Exemplo: RSVP

Níveis de Serviço QoSNíveis de Serviço QoS

• Três níveis básicos de QoS podem ser providos através de redes heterogêneas:– 1) Melhor Esforço (Best-effort Service):

• É a implementação default da Internet (sem QoS).– 2) Serviço Diferenciado (soft QoS):

• Algum tráfego é tratado melhor que o resto.– Exemplos: PQ, CQ, WFQ, e WRED (definidos na

seqüência).

– 3) Serviço Garantido (hard QoS)• Reserva absoluta de recursos de rede para tráfego

específico.– Exemplos: RSVP e CBWFQ

Níveis de QoSNíveis de QoS

MELHOR ESFORÇO

DIFERENCIADO

GARANTIDO

Reserva de Recursos

Prioridade

Sem QoS

Técnicas de QoS DiferenciadoTécnicas de QoS Diferenciado

• Controle de Congestionamento– Estabelece mecanismo para diferenciar o tráfego em

caso de congestionamento da rede.– Permite tratar o tráfego de tempo real de maneira

diferente do tráfego elástico.• Antecipação de Congestionamento

– Introduz técnicas que tomam ações preventivas para evitar o congestionamento.

• Adequação do Perfil de Tráfego– Forçam um perfil de tráfego específico na saída, de

maneira independente do fluxo de tráfego na entrada.

Controle de CongestionamentoControle de Congestionamento

• Os roteadores devem suportar mecanismos de filas com priorização para permitir a implementação de mecanismos de QoS.

• As principais técnicas de priorização são:– First-in, first-out (FIFO) queuing– Priority queuing (PQ)– Custom queuing (CQ)– Weighted fair queuing (WFQ)

FIFO – First In Firt OutFIFO – First In Firt Out• Trata as variações de tráfego através de uma fila, mas

não utiliza nenhum tipo de prioridade. É a opção default dos dispositivos de rede.

FILA INTERNA NO ROTEADOR

LINK A(rede local: 100

Mbps)

LINK B(rede WAN: 1 Mbps)

LINK A > LINK B

PQ: Prioritizing TrafficPQ: Prioritizing Traffic

• Utiliza várias filas FIFO de prioridades diferentes:– high, medium, normal ou low

• O tráfego é classificado e colocado em filas diferentes, dependendo da sua prioridade.

• Os critérios de classificação podem ser diversos:– Tipo de protocolo– Interface de entrada– Tamanho do pacote– Endereço de origem e/ou destino

• A estratégia consiste em transmitir primeiro o tráfego das filas de maior prioridade.

PQ: Prioritizing TrafficPQ: Prioritizing Traffic

CQ: Guaranteeing BandwidthCQ: Guaranteeing Bandwidth• Esta técnica utiliza até 16 filas em escalonamento round

robin. O tamanho das filas é proporcional a prioridade do tráfego.

• A classificação para entrada nas filas é feita por protocolo ou interface de entrada.

1/10 2/10 3/10 4/10 Fila de alta prioridade

4 pacotes de cada vez (a

medição pode também ser

feita em bytes).

Fila de baixa prioridade

(1 pacotes de cada vez)

CQ: Guaranteeing BandwidthCQ: Guaranteeing Bandwidth

Weighted fair queuing (WFQ)Weighted fair queuing (WFQ)• Efetua classificação do tráfego por fluxo:

– Endereço IP de origem e destino– Portas de origem e destino– Prioridade e Tipo de protocolo

• Os fluxos são armazenados num número configurável de filas.– Fluxos de baixo volume, que são a grande maioria do

tráfego, recebem um serviço preferencial.– Fluxos de alto volume, dividem o restante da banda

de maneira proporcional entre eles.

Weighted fair queuing (WFQ)Weighted fair queuing (WFQ)

Weighted fair queuing (WFQ)Weighted fair queuing (WFQ)• Dando prioridade para os fluxos mais curtos, o WFQ

reduz significativamente o atraso médio de entrega dos pacotes.

Prioridades no IPPrioridades no IP• O protocolo IPv4 possui um campo denominado tipo de

serviço, com informações que podem ser utilizadas para definir a prioridade dos pacotes.

 

Bit Requisição

1 Minimizar retardo

2 Maximizar vazão

3 Maximizar confiabilidade

4 Minimizar custo

Bit Prioridade

000 Muito Baixa

001 Baixa

.. Maximizar confiabilidade

111 Muito Alta

PACOTE IPCABEÇALHO

TOS

Precedência de IPPrecedência de IP• A ponderação das filas leva em conta as informações do

campo “Tipo de Serviço” do protocolo IP (3 bits):– Prioridades de 0 (menos prioritário) a 7 (mais prioritário).

• É feito uma média ponderada para determinar a quantidade de banda que cada fluxo recebe.

• Por exemplo, se estão chegando 3 fluxos de prioridade 2 e 4 fluxos de prioridade 1, cada fluxo recebe:– 3*2 + 4*1 = 10: banda total disponível– 2/10, 2/10, 1/10, 1/10, 1/10, 1/10: banda alocada por fluxo

Cabeçalho IP

TOS 1 byte, 3 bits de prioridade

CBWFQ – Class Based WFQCBWFQ – Class Based WFQ• Class Based WFQ é uma variante do WFQ.• O problema que este método quer resolver, é permitir

que vários fluxos do tipo tempo real que tenha prioridade idêntica tenham que dividir banda entre si.

• Por exemplo, no método WFQ pode alocar uma certa banda para um fluxo de vídeo. Todavia, quando vários fluxos de vídeo atravessarem o nó, a banda será dividida.

• No método CBWFQ cria-se uma classe para representar todos os fluxos de vídeo.

• Todos os demais fluxos podem ser agrupados em uma ou mais classes menos especializadas gerenciados por WFQ.

Técnicas para Evitar CongestionamentoTécnicas para Evitar Congestionamento

• As técnicas para evitar congestionamento antecipam a tendência de congestionamento na rede e agem antes que o congestionamento ocorra.

• RED:– RED: Randon Early Detection– Os roteadores iniciam um processo de descarte randômico de

pacotes assim que percebem um congestionamento nas suas interfaces.

• WRED:– RED ponderado– A operação de descarte acontece levando em conta as

informações de prioridade do campo TOS dos pacotes IP.

REDRED

Ferramentas de Monitoramento de Controle de TráfegoFerramentas de Monitoramento de Controle de Tráfego

• GTS– Generic Traffic Shaping– Baseado no Token Bucket Approach– Reduz o tráfego de saída de uma interface para um taxa constante

Ferramentas de Monitoramento de Controle de TráfegoFerramentas de Monitoramento de Controle de Tráfego

• FRTS– Frame Relay Traffic Shaping– As informações fornecidas pelo Frame Relay são usadas para controlar as

funcionalidades de QoS implementadas pelo roteador.• CIR: Committed Information Rate (CIR)• FECN, BECN• DE

Taxa definida pelo CIR

Indicações do BECN faz com que os pacotes aguardem na fila.

Circuito virtual

O flag DE indica quais pacotes

devem ser descartados em caso de

congestionamento.

Reserva de RecursosReserva de Recursos

• Ao contrário das técnicas de priorização, permite reservar banda para as aplicações.

• Frame-Relay– Trabalha apenas com priorização

• ATM– Trabalha com priorização e reserva de recursos

• IP – Trabalha apenas com o melhor esforço– Novos protocolos foram criados para o IP para

permitir a reserva de recursos.– Entre eles, o mais importante: RSVP

• Resource Reservation Protocol

RSVPRSVP• RSVP: Resource Reservation Protocol

– Protocolo de controle de rede que permite as aplicações solicitarem Qos (Qualidade de Serviço) especiais para seus fluxos de dados.

RSVPRSVP• O RSVP foi concebido no “Information Sciences Institute

(ISI)” da “University of Southern California (USC)”, MIT e no “Xerox Palo Alto Research Center”. Atualmente ele está publicado na RFC2205.– O IETF define que o uso do RSVP é para implementar redes

com serviços integrados.

• RSVP não é um protocolo de transporte de dados, mas sim um protocolo de controle, como ICMP ou IGMP.– Sua função é permitir que os nós da rede recebem informações

que permitam caracterizar fluxos de dados, definir caminhos e características de QoS para esses fluxos ao longo desses caminhos.

• RSVP não é um protocolo de roteamento. Ele depende de outros protocolos para execução dessas funções.

Arquitetura do RSVPArquitetura do RSVP

• As funções de implementação do QoS pelos nós não são de responsabilidade do RSVP. Outros módulos são especificados na arquitetura:– Módulos de Decisão:

• Controle de Admissão: verifica se existem recursos para o pedido.

• Controle de Política: verifica se o usuário pode pedir os recursos.

– Módulos de Controle de Tráfego:• Classificador: determina a classe do pacote• Escalonador: implementa o QoS

Arquitetura do RSVPArquitetura do RSVP

Host

aplicaçãoProcesso

RSVP

Controle de Políticas

Controle de Admissão

Classificador Escalonador

dados

Roteador

Processo de

Roteamento

ProcessoRSVP

Controle de Admissão

Classificador Escalonador

dados

Dados

RSVP

Controle de Políticas

RSVP é UnidirecionalRSVP é Unidirecional• As reservas em RSVP são sempre unidirecionais.

– As reservas podem ser em unicast ou multicast.– Para uma mesma aplicação transmitir e receber dados com QoS

são necessárias duas reservas:• Uma para receber dados (feita pela própria aplicação).• Uma para enviar dados (feito pelo receptor).

• No RSVP o pedido de uma reserva sempre é iniciado pelo receptor.

Servidor Cliente

REDE

1. Solicita serviço

2. Especifica os requisitos

3. Faz reserva

Sessões RSVPSessões RSVP

• Em RSVP, a política de QoS não é aplicada individualmente sobre cada pacote, mas sim em sessões.

• Uma sessão é um fluxo de dados enviado a um mesmo destino e com o mesmo protocolo de transporte:

• Uma sessão é definida por três parâmetros:– Endereço de destino– Identificador de Protocolo (TCP ou UDP)– Porta de destino (Opcional).

Sessões RSVPSessões RSVP• Podem ser de dois tipos:

multicast

unicast

IGMP

EndereçoClasse D

Os receptores precisam formar

um grupo multicast para

poder receber as mensagens.

Transmissor

Receptor

ReceptorTransmissor

Sessões Unicast e MulticastSessões Unicast e Multicast

Comunicação Unicast

Comunicação Multicast

S1

S2

S3

S1

S2

S3

R1

R2

R1

Fluxo de dados Sessão RSVP

O RSVP suporta três tipos de tráfegoO RSVP suporta três tipos de tráfego• Best Effort

– IP tradicional. – Exemplo: email

• Rate-sensitive:– Garante uma taxa média de transferência.– Exemplo transmissão de vídeo não interativo. – Se em certos momentos a taxa de dados superar a taxa média

reservada, o roteador pode bufferizar os dados.

• Delay-sensitive:– Garante o atraso máximo dos dado, mesmo com taxa de

transmissão variável.– Exemplo transmissão de video interativo. – O número de quadro pode variar, mas não pode haver perda de

sincronia.

RSVP: Visão GeralRSVP: Visão Geral

• RSVP é formado por um conjunto de mensagens trocadas entre os elementos de rede.

• As principais mensagens são: PATH e RESV

Tipos de Mensagem RSVPTipos de Mensagem RSVP• PATH:

– Enviada do Transmissor para o Receptor.– Objetivo: Definir uma rota entre o transmissor e o receptor.– Todos os roteadores que recebem a mensagem PATH

armazenam um estado definido PATH state.

S

servidor

21

3

C

cliente

1) PATH de S 2) PATH de 1 3) PATH de 2

Estado: S Estado: 1 Estado: 2

Tipos de Mensagem RSVPTipos de Mensagem RSVP• Reservation Request:

– Enviada pelo receptor ao longo do PATH pré-estabelecido.– Objetivo: solicitar a reserva de acordo com a especificação feita

em PATH.

S

servidor

21

3

C

cliente

3) RESV para C 2) RESV para C 1) RESV para C

Estado: S Estado: 1 Estado: 2

Tipos de Mensagem RSVPTipos de Mensagem RSVP• Reservation Request Acknowlegment:

– Enviada do transmissor até o receptor através do PATH.– Cada nó RSVP decide se pode cumprir os requisitos de QoS

antes de passar a mensagem adiante.– Esta mensagem cria efetivamente a reserva nos roteadores e no

servidor.

S

servidor

21 C

cliente

3) RACK de S 2) RACK de 1 1) RACK de 2

Estado: S Estado: 1 Estado: 2

Tipos de Mensagem RSVPTipos de Mensagem RSVP

• Mensagens de Erro:– Podem ser de dois tipos:

• Erros de Caminho (Path error)• Erros de Reserva (Reservation Request error).

– Os erros são gerados de acordo com os seguintes casos:

• Falha de admissão (o solicitante não tem permissão para fazer a reserva).

• Banda indisponível.• Serviço não suportado.• Má especificação de fluxo.• Caminho ambíguo.

Tipos de Mensagem RSVPTipos de Mensagem RSVP

• Mensagens Teardown:– Enviada pelo cliente, servidor ou roteadores

para abortar a reserva RSVP. – Limpa todas as reservas e informações de

PATH.

Descritor de Fluxo de DadosDescritor de Fluxo de Dados

Especificação de Fluxo

Especificação de TráfegoTspec

Especificação de Requisição

Rspec

Especificação de Filtro

(endereço e porta de origem do emissor)

Descritor de Fluxo de Dados

Especificação de fluxo Especificação de fluxo

• Um reserva em RSVP é caracterizada por uma estrutura de dados denominada Flowspec.

• Flowspec é composta por dois elementos:– Rspec (Reserve Spec):

• indica a classe de serviço desejada.– Tspec (Traffic Spec):

• indica o que será Transmitido.

O Token Bucket ModelO Token Bucket Model• Rspec e Tspec são definidas na RFC 2210 e são opacos

para o RSVP.• Geralmente, esses parâmetros são definidos assumindo

que o modelo utilizado para garantia de QoS é o Token Bucket Model.– Este modelo é um método realiza para definir uma taxa de

transmissão variável com atraso limitado.

Fluxo de saída do enlace: R

Buffer de Recepção:

Serviço Garantido se r <= R

TspecTspec• Assumindo o Token Bucket Model, Tspec é definido da

seguinte forma:– r - taxa média em bytes/s

• Taxa de longo prazo: 1 a 40 terabytes/s– b - tamanho do bucket (em bytes)

• Taxa momentânea: 1 a 250 gigabytes– p - taxa de pico– m - tamanho mínimo da unidade policiada

• (pacotes menores que esse valor são contados como m bytes)– M - MTU (máximo tamanho de pacote que pode ser enviado pelo

flow)

• Regra: seja o tráfego total pelo fluxo num período T:– T < rT + b

RspecRspec

• Assumindo o Token Bucket Model, Rspec é definido da seguinte forma:– R - taxa desejável

• Taxa média solicitada – s - Saldo (slack) de retardo

• Valor excedente de atraso que pode ser utilizado pelos nós intermediários.

• Ele corresponde a diferença entre o atraso garantido se a banda R for reservada e o atraso realmente necessário, especificado pela aplicação.

FuncionamentoFuncionamento• 1. A aplicação servidora identifica sua necessidade de

QoS através de uma mensagem PATH– A mensagem PATH contém dois parâmetros básicos:

• Tspec: estrutura de dados que especifica o que será transmitido.• Adspec (opcional): estrutura que especifica os recursos disponíveis.

– Cada roteador com o RSVP habilitado através da rota percorrida pela mensagem PATH estabelece um “path-state” que inclui o último endereço da mensagem PATH.

Mensagem PATHMensagem PATH• Opcionalmente, a mensagem PATH pode conter uma

estrutura de dados ADSPEC informando aos nós subseqüentes os recursos disponíveis para implementar o QoS:

• Os parâmetros passados são os seguintes:– hopCount:

• número de elementos intermediários – pathBW:

• estimativa da largura de banda – minLatency:

• estimativa do retardo de propagação – composedMTU:

• MTU composta do referido caminho

FuncionamentoFuncionamento

• 2. A aplicação cliente solicita à rede a garantia de QoS que lhe é conveniente (Reserva) através do protocolo RSVP; – Os receptores enviam uma mensagem RESV

(Reservation Request) de volta. • Flow Spec

– Service Class– Tspec: requisitos do transmissor– Rspec: taxa de transmissão solicitada

• Filter Spec: identifica os pacotes que devem de beneficiar da reserva

– Protocolo de transporte e número de porta.

A Mensagem RESVA Mensagem RESV– Filterspec

• O receptor define um subset de pacotes da sessão (especificado pelo destino) que deverão receber os privilégios de QoS.

• No IPv4 o Filterspec é especificado pelo IP e porta de origem (do transmissor) e no IPv6 pelo Flow Label.

• Pacotes que não são enquadrados no Filterspec são tratados como “Best Effort”.

FuncionamentoFuncionamento

• 3. A rede (Equipamentos roteadores e switch routers) aceita eventualmente a solicitação e "tenta garantir" a reserva solicitada.– Quando um roteador recebe a mensagem RESV:

• autentica a requisição • alocar os recursos necessários.

– Se a requisição não pode ser satisfeita (devido a falta de recursos ou falha na autorização), o roteador retorna um erro para o receptor.

– Se aceito, o roteador envia a mensagem RESV para o próximo roteador.

FuncionamentoFuncionamento

• 4. Confirmação– Quando o último roteador recebe a mensagem RESV

e aceita sua solicitação, envia uma mensagem de confirmação de volta para o receptor (note que o último roteador é o mais perto do transmissor ou o ponto de agregação de reserva para fluxos multicast).

• 5. Operação– Uma vez aceita a reserva, os fluxos de dados

(streams) correspondentes à aplicação são identificados e roteados segundo a reserva feita para os mesmos.

Fluxo de mensagens PATH e RESVFluxo de mensagens PATH e RESV

Service ClassService Class

• Classes de Serviço:– Serviço de Carga Controlada (RFC 2211)

• O mecanismo de QoS é feito pelos roteadores da rede através do controle de admissão (carga controlada) que limitam a carga da rede.

• Não é necessário especificar o parâmetro Rspec. A banda necessária é deduzida a partir de Tspec.

• Os aplicativos devem manter a transferência de dados através do fluxo numa taxa < rT +b.

– Serviço Garantido (RFC 2212)• Utiliza Tspec e Rspec para definir uma reserva ao longo do

caminho entre o transmissor e o receptor, de maneira a garantir o atraso solicitado.

Implementação do RSVPImplementação do RSVP

• Quando cofirmam mensagens RSVP:– Servidores:

• Reservam memória.• Reservam CPU.• Reserva banda de suas placas de rede.

– Roteadores:• Configurar os recursos de controle de filas de acordo com os

critérios do RSVP.• Negociam com outros dispositivos de rede a reserva de QoS,

caso esta seja implementada a nível de enlace (por exemplo, ATM).

Implementação do RSVPImplementação do RSVP

RSVP na InternetRSVP na Internet• Para que o RSVP possa ser implementado na Internet,

utiliza-se técnicas de tunelamento para saltar os roteadores que não suportam RSVP.

Nuvem não RSVP

servidor cliente

O endereço de destino das mensagens PATH é do próximo roteador que suporta RSVP.

Problemas do RSVPProblemas do RSVP

• A classificação de pacotes feita pelos roteadores a fim de implementar o QoS necessita que este tenham acesso as informações de porta de origem e destino.– Quando ocorre a fragmentação estas informações só

estão contidas no primeiro fragmento de um pacote.• Solução:

– As aplicações transmitem as informações com o mínimo MTU do caminho.

– IPsec ou outras técnicas de tunelamento podem criptografar os pacotes:

• Uma extensão do IPsec foi proposta para suportar RSVP.

Aglutinação de ReservasAglutinação de Reservas• As reservas RSVP precisam ser aglutinadas a fim de não

desperdiçar recursos quando a reserva está vinculada a uma transmissão em Multicast.

S

R1

R2

RESERVA

RESERVA

RESERVA

aglutinação

R

S1

S2

RESERVA

RESERVA

RESERVA

desaglutinação

Estilos de ReservaEstilos de Reserva• As reservas em RSVP podem ser feitas de formas diferentes

(estilos):

Seleção do Emissor Reserva Distinta

Reserva Compartilhada

Explícita Filtro Fixo (FF) Explícito Compartilhado (SE)

Curinga Não Definido Filtro com Curinga(WF)

Exemplo de WildCard FilterExemplo de WildCard Filter• WildCard-Filter (WF)

– Estabelece uma única reserva para todos os emissores de uma sessão (tipicamente multicast, onde só um transmite de cada vez).

– Só a maior requisição de reserva chega aos emissores.– Sintaxe: WF (* {Q})

Exemplo de Fixed FilterExemplo de Fixed Filter• Fixed-Filter (FF):

– Pacotes de emissores diferentes numa mesma sessão não compartilham reservas.

– Mas as reservas são compartilhadas pelos receptores.– Sintaxe: FF (S{Q}) ou FF(S1{Q1},S2{Q2},...}

Exemplo de Shared ExplicitExemplo de Shared Explicit• Shared-Explicit (SE):

– A reserva é propagada para todas as fontes no valor máximo feito por cada receptor.

– Sintaxe: SE ((S1,S2,...){Q})

Mensagens RSVPMensagens RSVP

Msg Type: 8 bits

1 = Path2 = Resv3 = PathErr4 = ResvErr5 = PathTear6 = ResvTear7 = ResvConf

... Objetos de tamanho variável

Objetos RSVPObjetos RSVP• NULL• SESSION• RSVP_HOP• TIME_VALUES• STYLE• FLOWSPEC• FILTER_SPEC• SENDER_TEMPLATE• SENDER_TSPEC• ADSPEC• ERROR_SPEC• POLICY_DATA• INTEGRITY• SCOPE• RESV_CONFIRM

Serviços DiferenciadosServiços Diferenciados• O IETF está definindo uma série de RFC que

regulamentam a implementação de redes IP de grande porte segundo a arquitetura de Serviços Diferenciados.

• Serviços Diferenciados são uma alternativa para Serviços Integrados, que supostamente são pouco escaláveis devido ao custo de manutenção das sessões RSVP.

• O conceito básico dos serviços diferenciados (Diff-Serv) é o SLA:– Service Level Agreement

SLASLA

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

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

• Os fundamentos do Diff-Serv são:1. Os pacotes IP precisam ser marcados nas fronteiras

de entrada na rede administrada em DS.1. A marcação é feita utilizando os bits TOS do IPv4.

2. Os roteadores utilizam esses bits para identificar como os pacotes são tratados na rede.

3. Os pacotes são tratados pelos roteadores de acordo como o SLA associado a eles.

Marcação para DiffServMarcação para DiffServ

• O IETF definiu uma reutilização do campo TOS do IPv4 a fim de suportar serviços diferenciados.

• 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)– CU: currently unused

• 2 bits (reservado)

Uso do DSUso do DS

• O DS é utilizado como critério (ou um dos critérios) de classificação em um roteador com capacidade de policiamento e condicionamento tráfego de saída.

• Por exemplo, pode-se ter uma regra:– Se DSCP=X, use token-bucket r, b

• token bucket meter with rate r and burst size b.

• Cada roteador de uma rede Diff-Serv deve ser capaz de intepretar o DS a uma regra de QoS específica.

• A configuração do roteador é denominada PHB (Per-Hop Behavior)

Arquitetura de um Nó Diff-ServArquitetura de um Nó Diff-Serv

DS

DS

DS

Classificador DS

Medidor

RemarcadorFormador/

Descartador

Traffic Shapping

Arquitetura de um Nó Diff-ServArquitetura de um Nó Diff-Serv• Classificador: (2 tipos)

– Multicampos (MF):• Utiliza o Byte DS e outros campos do cabeçalho IP (IP, Porta, etc.)

– Comportamento Agregado (BA):• Utiliza apenas o Byte DS.

• Medidor:– Responsável por medir o tráfego de entrada (r e b, por exemplo) e

disparar trigger para os outros elementos do nó.• Marcador:

– Responsável por marcar ou remarcar o byte DS dos pacotes.– A marcação acontece para pacotes sem marcação emitidos pelo cliente.– A remarcação pode acontecer também porque o nó subseqüente tem

uma outra interpretação para o valor de DS.• Formador/Descartador:

– Policia (por descarte) e adequa o tráfego de saída de acordo com o PHB atribuídos aos pacotes.

PHB – Per Hop BehaviorPHB – Per Hop Behavior• O IETF tem um Working Group para serviços

diferenciados:– http://www.ietf.org/html.charters/diffserv-charter.html

• Entre outras especificações, o IETF define uma RFC para auxiliar na padronização do PHB:– RFC 3140: Per Hop Behavior Identification Codes .

• PHP são definidos em grupos, formados por um ou mais PHB.

• Exemplos:– O PHB padrão (best effort): DSCP: 00000.– O PHB EF (Expedited Forwarding): DSCP: 101100

Domínios de Serviços DiferenciadosDomínios de Serviços Diferenciados• A arquitetura Diff-Serv define que a Internet é formada por uma

coleção de domínios de serviços diferenciados (suportamente contíguos).

• Um domínio é uma porção da rede Internet controlada por uma única entidade.

B I B

I

I

I

I

B

I

Domínio Domínio

Nó Interno

Nó de Fronteira de DS

Remarcação (Exemplo)Remarcação (Exemplo)• Cada domínio pode ter sua própria interpretação para o

valor do DS, por isso os roteadores de fronteira fazer remarcação.

3

Roteador Interno

Roteador Fronteira Roteador Interno

3 7

7cl

assi

ficad

o

rem

arca

do

Marcação e Domínios de OrigemMarcação e Domínios de Origem• Na arquitetura Diff-Serv, os serviços diferenciados

podem ser transparente para os clientes. – Normalmente, os hosts emissores (clientes) tem um contrato

SLA (Service Level Agreement) com um provedor.– Para associar os pacotes ao SLA, o byte DS precisa ser

marcado.• Se o cliente suportar Diff-Serv, ele mesmo marca os pacotes.• Se o cliente não suporta Diff-Serv, os pacotes podem ser marcados

pelo roteador do provedor (eventualmente, por uma regra que identifica os aplicativos por IP´s e portas).

• O provedor pode ter um contrato SLA com um outro domínio DIff-Serv (por exemplo, um backbone), e assim por diante.

ConclusãoConclusão• Serviços Integrados:

– Garantia das características de QoS para os fluxos numa comunicação fim-a-fim.

– A rede nunca “admite” mais tráfego do que é capaz.– Pouco escalável devido ao alto custo de manter o estado nos

roteadores.

• Serviços Diferenciados:– Policiamento e priorização de tráfego em domínios de serviço

diferenciado.– A rede pode eventualmente ficar sobre-carregada e não cumprir

as características de QoS solicitadas.– Escalável, pois não precisa manter rígidas condições de estado

nos roteadores.