Implementação de Mecanismos de Policiamento para Redes de Alta Velocidade

Transcrição

1 Implementação de Mecanimo de Policiamento para Rede de Alta Velocidade Célio Viniciu Neve de Albuquerque 1 Marcio Faerman 1 Otto Carlo Muniz Bandeira Duarte Grupo de Teleinformática e Automação - GTA COPPE / EE - Programa de Engenharia Elétrica Univeridade Federal do Rio de Janeiro CP CEP Rio de Janeiro, RJ {celio, faerman, otto}@coe.ufrj.br Reumo Ete artigo propõe implementaçõe para o principai mecanimo de policiamento de tráfego para rede de alta velocidade. A implementaçõe ão baeada em um ambiente de deenvolvimento que privilegia o deempenho e ão decrita atravé de diagrama de bloco comentado. Foram coniderado o mecanimo Balde Furado com ua variaçõe, Janela Saltitante, Janela Saltitante Sincronizada, Janela Delizante Contínua, Janela Delizante Dicretizada e Janela Móvel Particionada. O mecanimo foram implementado no ambiente UNIX e DOS. São apreentado dado comparativo enfocando a complexidade de implementação em termo da memória requerida, do número de temporizadore e da ua precião, do tempo médio de proceamento do itema de comunicação e do tempo médio de proceamento epecífico do mecanimo. O reultado confirmam a implicidade de implementação do mecanimo Balde Furado, Janela Saltitante e Janela Móvel Particionada. Abtract Thi paper propoe implementation of the well-known traffic policing mechanim for high peed network. The implementation are baed on a high performance development environment and are decribed through commented block diagram. There conidered mechanim are Leaky Bucket with variation, Jumping Window, Triggered Jumping Window, Continuou Sliding Window, Dicrete Sliding Window and Time-Slotted Moving Window. Thee mechanim were implemented in UNIX and DOS environment. A comparion of the reult focuing the implementation complexity i preented conidering required memory, number of timer and it preciion, mean proceing time of the communication ytem and mean mechanim proceing time. The reult confirm the low implementation complexity of Leaky Bucket, Jumping Window and Time-Slotted Moving Window mechanim. 1 Aluno de Metrado do Programa de Engenharia Elétrica da COPPE/UFRJ.

2 1 Introdução Devido à crecente demanda por erviço integrado, compoto da mai variada mídia (voz, dado aíncrono e vídeo), o modo de tranferência adotado para a Rede Digital de rviço Integrado - Banda Larga (RDSI-BL) deve er ao memo tempo flexível e eficiente. O Modo de Tranferência Aíncrona - Aynchronou Tranfer Mode (ATM) veio atender ete requiito. Para e obter uma maior eficiência da RDSI-BL, a fonte de tráfego devem er multiplexada etatiticamente, o que implica no fato de cada chamada dipor de uma banda paante alocada abaixo de ua taxa máxima de tranmião. Coneqüentemente, urge o complexo deafio de diciplinar e regular o tráfego atravé da rede, evitando-e ituaçõe de congetionamento cauadora de perda de célula e atrao indeejávei. A RDSI-BL deve atender de forma eficiente ao maior número poível de uuário e garantir a veiculação do tráfego contratado. Parâmetro de Qualidade de rviço (Quality of rvice - QoS), como taxa de perda de célula, atrao, variação do atrao, etc., devem er definido, monitorado e garantido pela rede. O controle de tráfego da RDSI-BL é em dúvida um do problema mai complexo a er reolvido. A fim de garantir um bom deempenho da RDSI-BL é neceário um conjunto de mecanimo de controle de tráfego. Vário controle ão previto [1] tai como: controle de admião de conexão, controle de prioridade, controle de congetionamento e controle de parâmetro de utilização/rede. Ete trabalho concentra-e no controle de parâmetro de utilização/rede que refere à açõe efetuada pela rede, durante a fae de tranferência de informação, a fim de monitorar e controlar o tráfego do uuário. O principal objetivo dete controle é a proteção do recuro da rede contra tráfego "mal comportado" intencionai ou não. Ete tráfego ão aquele que violam o parâmetro negociado durante a fae de etabelecimento de conexão podendo incluive alterar a qualidade de erviço de outra conexõe. O mecanimo uado por ete controle têm a função de detectar a poívei violaçõe do parâmetro contratado pela conexão. O mecanimo que executam eta função também ão conhecido como mecanimo de policiamento. Além de monitorar e controlar a fonte de tráfego de forma eficaz, o mecanimo de policiamento deve demandar baixo cuto de implementação e apreentar flexibilidade de parametrização. Vário mecanimo de policiamento têm ido propoto. Entre o mai citado na literatura tem-e o balde furado (Leaky Bucket) [2,3] e ua extenõe [4], o contador de pico [5] e o mecanimo baeado em janela [2,5,6]. Ete artigo propõe implementaçõe para o mecanimo de policiamento de tráfego balde furado convencional e a ua variação com uavização do tráfego de aída, janela altitante imple e incronizada, janela delizante contínua e dicretizada e janela móvel particionada. A implementaçõe ão baeada em um ambiente de deenvolvimento que privilegia o deempenho e ão decrita atravé de diagrama de bloco comentado. O mecanimo foram implementado em linguagem C no ambiente UNIX e DOS. São apreentado dado comparativo enfocando a complexidade de implementação em termo da

3 memória neceária, do número de temporizadore e ua preciõe e do tempo médio de proceamento de cada célula, geral e epecífico de cada mecanimo. Na eção 2 o mecanimo de policiamento coniderado nete trabalho ão decrito. A eção 3 apreenta a arquitetura de implementação e o eu módulo. A eção 4 propõe implementaçõe para o mecanimo. A eção 5 apreenta o reultado numérico obtido na implementação e compara o mecanimo. Finalmente a concluõe ão apreentada na eção 6. 2 Mecanimo de Policiamento Dado que uma chamada é admitida, a rede e protege de fonte abuiva travé de um controle de parâmetro, denominado policiamento, garantindo que a fonte de tráfego não violará o parâmetro contratado, como taxa máxima, taxa média e comprimento de rajada. Além dio, clae de erviço com menor enibilidade ao atrao podem ter eu tráfego moldado ou uavizado em equema de controle de taxa. A célula que compõem a parcela de tráfego coniderada pelo controle de policiamento como violadora, ão implemente decartada ou "marcada". Neta ituação, a célula marcada ão tranferida, cao não ejam cauadora de congetionamento para a rede, com poível obretaxa para o uuário. Entre o mecanimo de policiamento mai citado na literatura têm-e: Balde Furado, Janela Saltitante e Janela Delizante ou Retangular. Célula que chegam ao nó N Célula tranmitida Célula Violadora Nó N Chegada de Célula Célula Violadora Envio de Célula "Balde" de Taxa Média Retirada de Figura 1: Repreentaçõe do mecanimo Balde Furado. Balde Furado Uma da técnica para policiamento mai citada na literatura é a conhecida como Balde Furado - BF (Leaky Bucket - LB). Na técnica do balde furado uma célula ó é tranmitida quando ela pode depoitar um crédito em um depóito de crédito, o balde furado (figura 1). O depóito de crédito tem um tamanho finito denotado por C. o depóito de crédito etiver cheio, então a célula é coniderada violadora, podendo er decartada ou marcada. O crédito ão retirado ou "vazam" do depóito à taxa média contratada. A capacidade do depóito pode er encarada como o comprimento máximo de rajada permitido (deconiderando-e crédito

4 retirado durante a rajada) já que omente C célula poderão er tranmitida durante um intervalo menor que o intervalo de atualização de crédito. Janela Saltitante O mecanimo Janela Saltitante - JS (Jumping Window - JW) conidera janela com período de tempo fixo e iguai a T jutapota ao longo do tempo. Aim, uma janela tem início imediatamente apó o término da janela anterior. Durante uma janela omente C célula poderão er ubmetida a rede. Cao C célula já tenham ido recebida pela rede durante uma janela, a célula eguinte erão coniderada violadora e, coneqüentemente, decartada ou marcada (figura 2). Chegada de Célula rajada célula decartada ou marcada 0 Etado do Contador t C Janela de Duração T Janela Saltitante Sincronizada Figura 2: O mecanimo Janela Saltitante. O mecanimo Janela Saltitante Sincronizada - JSS (Triggered Jumping Window - TJW) é emelhante ao mecanimo Janela Saltitante porém o início de uma janela etá condicionada a (incronizada com a) chegada de uma célula. Ete procedimento evita período de ilêncio no início de uma janela permitindo aim um controle mai acurado do tráfego. Janela Delizante Contínua O mecanimo de Janela Delizante Contínua - JDC (Sliding Window - SW) também limita em C o número máximo de célula ubmetida a rede durante uma janela com duração T. A diferença em relação a janela altitante conite na forma como ão coniderada a janela. O início de uma janela etá aociado ao intante de chegada de cada célula e eu término exatamente T unidade de tempo depoi. Aim, vária janela uperpota vão endo aberta e fechada ao longo do tempo e toda retringindo o tráfego em C célula no máximo, em qualquer período de tempo T. No entanto, ua complexidade de implementação é relativamente alta, tendo em vita a neceidade do armazenamento do intante de chegada da célula, diparando um temporizador para cada chegada de célula, além de armazenar o número de chegada, de até C

5 célula. Ito pode er extremamente cutoo para janela com intervalo de longa duração. A figura 3 ilutra o comportamento dete mecanimo. Janela Delizante Dicretizada A Janela Delizante Dicretizada - JDD é emelhante à Janela Delizante Contínua. A diferença conite no fato do intante da chegada erem aferido em egmento de tempo, cuja duração é igual ao tempo de tranmião de uma célula, ou eja, a aferição da chegada é feita no tempo dicreto. Uma da vantagen dete equema é relativa ao número de temporizadore neceário a ua implementação, que erá explicada na eção 4. O equema de armazenamento do intante de chegada é realizado a partir da aociação de um bit para cada poição de T onde a célula pode ter chegado. Aim como o equema anterior, para grande valore de C, ete equema também apreentará um cuto elevado. Chegada de Célula rajada 0 Etado do Contador célula decartada ou marcada t C Janela de Duração T Figura 3: O mecanimo Janela Delizante Contínua. Janela Móvel Particionada No mecanimo Janela Móvel Particionada - JMP [18] a janela de duração T é ubdividida em P período de tempo iguai, denominado partiçõe. Analogamente ao demai mecanimo baeado em janela, a cada chegada de célula um contador, e poitivo, é decrementado. O contador é incrementado do número de célula que chegaram durante uma partição p i,.t unidade de tempo apó o início deta partição (figura 4). Oberva-e que para o número de partiçõe P igual a um, ete mecanimo é equivalente à janela altitante. Quando P tende a infinito, a duração de cada partição tende a zero e ete mecanimo aproxima-e do mecanimo janela delizante. O JMP buca um compromio entre a implicidade da janela altitante e a eficiência da janela delizante em relação a memorização do tráfego, policiamento acurado da taxa média e retrição a comprimento de rajada.

6 Chegada de Célula rajada 0 Etado do Contador C Janela de Duração T célula decartada ou marcada (a) t Chegada de Célula rajada 0 Etado do Contador C Janela de Duração T célula decartada ou marcada (b) t Figura 4: O mecanimo Janela Móvel Particionada para a) 2 partiçõe e b) 5 partiçõe. Suavização e controle da taxa média e máxima Normalmente o mecanimo de policiamento controlam apena uma taxa de tranmião. Para policiar a taxa máxima e a taxa média imultaneamente é neceário interconectar doi módulo de mecanimo de policiamento. De uma maneira geral, ito é obtido atravé do cacateamento do mecanimo na ua forma convencional com um outro que tenha a função de epaçador de célula à taxa máxima. A figura 5(a) motra ete equema para o balde furado, onde o epaçador conite de um balde furado com depóito de tamanho C máx = 1 e com taxa de atualização de crédito igual a taxa máxima contratada. Uma outra clae de controle de tráfego é a moldagem de tráfego (traffic happing). Nete tipo de mecanimo "molda-e" o tráfego de forma a repeitar o parâmetro negociado. Em relação a taxa negociada a moldagem e comporta como um uavizador de tráfego (traffic moothing) e pode er realizada pela imple introdução de um buffer que tenha a finalidade de armazenar a célula que eriam decartada. Embora não ocorra o decarte da célula, ete armazenamento tem o inconveniente de introduzir atrao. A figura 5(b) apreenta o BF com

7 uavização do tráfego na entrada e a figura 5(c) com uavização na aída. A célula coniderada violadora ão armazenada até que poam er tranmitida em penalização. Chegada de Célula Célula Violadora Envio de Célula Chegada de Célula Célula Violadora Envio de Célula #C #1 Retirada de (tx.méd) Retirada de (tx.máx) Retirada de (a) (b) Chegada de Célula Célula Violadora Envio de Célula #C #1 Retirada de (tx.méd) Retirada de (tx.máx) Figura 5: Variaçõe do mecanimo Balde Furado. 3 Arquitetura de Implementação A implementação do mecanimo de policiamento fez uo de um ambiente de deenvolvimento de itema de comunicação de alto deempenho com garantia de qualidade de erviço (figura 6). Eta arquitetura de implementação conite de trê módulo báico utilizado no deenvolvimento de todo itema de comunicação e de algun módulo epecífico, opcionai, que definem a caracterítica do itema de comunicação a er deenvolvido. O módulo báico ão o Módulo de Gerenciamento de Memória (GM), o Módulo de Ecalonamento de Tarefa (ET) e do Módulo de Gerenciamento de Temporizaçõe (GT). O módulo epecífico ão o Módulo de Gerenciamento do Sitema, o Protocolo de Comunicação, o Módulo de Sincronização e o Módulo de Garantia de Qualidade de rviço que engloba o Módulo de Controle de Tráfego e Policiamento. O módulo epecífico viam oferecer um conjunto de facilidade para a implementação do itema O módulo de gerenciamento do itema configura o demai módulo de acordo com a caracterítica do itema deejado. O protocolo de comunicação [11] via oferecer o conjunto de funcionalidade exitente no principai protocolo de alta velocidade. A funcionalidade ão configurávei ou por primitiva de erviço ou pelo módulo de gerenciamento do itema. O módulo de incronização via coordenar a ordenação temporal de informaçõe multimídia (voz, vídeo, gráfico, dado, etc.). Atravé de Rede de (c)

8 Petri temporizada [12], ete módulo implementa o tipo de incronização inter e intra-mídia. O módulo de Garantia de Qualidade de rviço poui implementado o mecanimo Virtual Clock [13], Stop-and-Go [14], Jitter-Earliet-Due-Date [15] e Hierarchical Round Robin [16]. Ete módulo engloba ainda a implementaçõe do mecanimo de policiamento de tráfego balde furado e balde furado com uavização do tráfego de aída, janela altitante, janela altitante incronizada, janela delizante contínua e janela móvel particionada. ET Aplicação A A QoS GM GT SC Sinc. Sitema de Comunicação SC QoS Figura 6: A arquitetura de implementação. O Módulo de Gerenciamento de Memória, de maneira a evitar exceo de fragmentação, divide a memória em regiõe de tranmião e recepção. Ete modelo permite um uo mai ordenado da memória tornando o gerenciamento mai rápido e eficiente. Ito é poível porque o fluxo de tranmião e recepção ão independente. Eta regiõe ão ainda ubdividida em quatro parte. Dua etão reervada para etrutura de dado de tamanho fixo da interface entre camada adjacente e entre o módulo báico. Uma região é alocada para etrutura de tamanho variável uada na paagem de parâmetro entre camada de um memo itema. A quarta região de memória alocada de acordo com cada fluxo etabelecido e contém etrutura de dado de tamanho fixo, denominado bloco, que ão uado pelo dado que erão efetivamente tranmitido. Diferentemente do gerenciadore de memória de propóito geral, ete gerenciador armazena a informaçõe de controle de alocação eparado do dado, permitindo a implementação eficiente e em cópia de funçõe de egmentação, remontagem, concatenação, eparação, liberação de parte do dado, entre outra. O Módulo de Ecalonamento de Tarefa armazena e determina a eqüência da tarefa a erem executada. Além dio, poui funçõe para permitir nívei de prioridade para o fluxo em tempo real. O comportamento da fila de tarefa é modelado como o de dua fila onde um elemento da fila de menor prioridade ó é ervido quando a fila de maior prioridade etiver vazia. De forma a priorizar o atendimento de tarefa de altíima prioridade, como por exemplo o etouro de temporizadore, eta tarefa ão inerida na primeira poição da fila de tarefa (ponto c da figura 7). Ete ponto é também o ponto de aída de toda a tarefa. Um egundo nível de prioridade é dado à tarefa do fluxo em tempo real inerida no ponto b. A demai tarefa de menor prioridade ão inerida no final da fila de tarefa (ponto a). Implementando o modelo de dua fila com prioridade atravé de uma única fila com trê ponto de entrada e um único ponto de aída evitamo tete a cada retirada da fila para verificar e a fila de maior prioridade etá vazia ou não.

9 c Fila de Tarefa b a a b c Modelo Implementação a - ponto de entrada da tarefa de menor prioridade. b - ponto de entrada da tarefa de maior prioridade. c - ponto de entrada da tarefa de prioridade máxima e de aída de toda a tarefa. Figura 7: Módulo de ecalonamento de tarefa. O Módulo de Gerenciamento de Temporizaçõe é batante eficiente. Ele é baeado na propota de Varghee & Lauck [17], no qual uma analogia a um relógio real é imulada atravé de um contador em módulo. Eta implementação privilegia o deempenho, evitando tete deneceário a cada interrupção, permitindo portanto a criação de um grande número de temporizadore dinamicamente. São fornecida funçõe para diparar temporizadore imple e auto-diparávei, reiniciar, interromper e obviamente inalizar o etouro de um temporizador. Neta arquitetura, o etouro de um temporizador é tratado como uma primitiva de erviço, ou eja, a indicação de etouro (evento) é colocada na fila apropriada da interface, e a tarefa correpondente é colocada na fila de prioridade máxima do ecalonador de tarefa. 4 Implementação de Mecanimo de Policiamento O objetivo deta eção é apreentar propota de implementaçõe do mecanimo de policiamento coniderado nete trabalho. O procedimento de execução do mecanimo é decrito atravé da forma de diagrama de bloco, com bae na arquitetura de implementação utilizada. A complexidade da implementaçõe erá analiada em eqüência. Balde Furado O mecanimo balde furado pode er implementado por meio de um contador de crédito e de um temporizador auto-diparável. Ao e completar o etabelecimento da conexão e e determinar o parâmetro do mecanimo, dipara-e o temporizador auto-diparável reponável por incrementar o crédito a cada (1/λ méd ) unidade de tempo, onde λ méd é a taxa média policiada. O contador de crédito é incrementado até o limite máximo Cmáx. A cada célula ubmetida ao mecanimo, e o crédito for poitivo, ete ão decrementado e a célula é tranmitida. Ete procedimento etá ilutrado no fluxograma da figura 8.

10 Epera Célula Epera 1 / λméd u.t. Decarta ou Marca Célula n C > 0 Decrementa n C<Cmax Incrementa Tranmite Figura 8: Diagrama em bloco da implementação do balde furado. Uma outra implementação dete mecanimo, propota por Dittmann et al [6], é baeada em marcaçõe de tempo de forma que a atualização do contador é feita atravé de uma ubtração a cada chegada de célula. O valor a er ubtraído do crédito é calculado de acordo com o tempo decorrido dede a chegada da última célula. Ete equema é decrito atravé do eguinte peudocódigo, e poui a devantagen de requerer marca de tempo demaiadamente precia e de executar operaçõe de ubtração não-unitária. A cada chegada de célula faça: 1. t := tempo_ultima_chegada - tempo_atual; 2. tempo_ultima_chegada := tempo_atual; 3. e C < t x λ méd então C := 0; enao C := C - t x λ méd ; 4. e C > C máx -1 então decarta célula; enao C := C + 1; Balde Furado com Suavização do Tráfego de Saída Foi implementado ainda o mecanimo do balde furado com limitação da taxa máxima de tranmião, ou com uavização do tráfego de aída. Eta variação do balde furado é implementada pela adição ao mecanimo original de um temporizador auto-diparável de controle da taxa máxima de aída e de uma fila FIFO. Por implicidade de implementação foi utilizada uma lógica de evolução do contador invera à decrita na eção 2. Nete equema (figura 9), a cada célula entregue ao mecanimo, e o crédito for poitivo, ete ão decrementado e a célula é enviada para a fila FIFO de aída. O temporizador de uavização do tráfego de aída é reponável por retirar a célula da fila FIFO e enviá-la para erem tranmitida a cada 1/λ máx unidade de tempo, onde λ máx é a taxa máxima de tranmião contratada.

11 Epera Célula Epera 1 / λméd u.t. Decarta ou Marca Célula n C > 0 Decrementa n C<Cmax Incrementa Envia para Fila Epera 1 / λmáx u.t. fila vazia n Tranmite Figura 9: Diagrama em bloco da implementação do balde furado com uavização do tráfego de aída. Janela Saltitante O mecanimo de janela altitante pode er implementado por meio de 1 temporizador e 1 contador, de acordo com o eguinte procedimento. Ao concluir a fae de etabelecimento da conexão e de determinação do parâmetro do mecanimo, o JS cria um temporizador autodiparável reponável pela atualização do credito a cada T unidade de tempo até o termino da conexão. Paralelamente, a cada célula entregue ao JS, ete teta a variável crédito e e o reultado for poitivo, o mecanimo decrementa o crédito e entrega a célula para er tranmitida multiplexada com a demai conexõe; cao contrário, a célula é coniderada violadora e nete cao, optou-e por decartar a célula. Epera Célula Epera T u.t. Decarta ou Marca Célula n C > 0 Decrementa C := Cmax Tranmite Figura 10: Diagrama em bloco da implementação da janela altitante.

12 Janela Saltitante Sincronizada Ete mecanimo foi implementado de forma imilar a janela altitante, no entanto o temporizador de atualização de crédito é criado no intante da chegada da primeira célula de cada janela de comprimento T. Ito é implementado de forma batante imple atravé de uma pequena alteração na máquina de etado do mecanimo, onde apó o etabelecimento da conexão e apó cada etouro do temporizador, a janela altitante incronizada fica no etado "Epera Primeira Célula". Ao receber uma célula nete etado, dipara o temporizador, decrementa o crédito e paa para o etado de tranmião normal. Epera Primeira Célula Epera Célula Epera T u.t. Decarta ou Marca Célula n C > 0 Decrementa C = Cmax Tranmite Figura 11: Diagrama em bloco da implementação da janela altitante incronizada. Janela Delizante Contínua O mecanimo de janela delizante contínua- JDC (Sliding Window - SW) pode er implementado por meio de divero temporizadore e por um contador. A cada célula entregue ao JDC, e o crédito for poitivo, o mecanimo decrementa o crédito e dipara um temporizador com duração T unidade de tempo. No etouro de cada temporizador a variável crédito é incrementada. A utilização de um grande e variável número de temporizadore implica em uma maior utilização da memória e da CPU, além de dificultar uma reerva de recuro eficiente para a conexão.

13 Cria Novo Temporizador Epera Célula Decarta ou Marca Célula n C > 0 Decrementa Epera T u.t. Incrementa Tranmite Figura 12: Diagrama em bloco da implementação da janela delizante contínua. Janela Delizante Dicretizada O mecanimo janela delizante dicretizada - JDD é implementado de forma emelhante ao JDC, porém com o uo de um único temporizador e de um vetor de delocamento de bit, no qual cada bit dete vetor regitra a chegada de uma célula na unidade de tempo correpondente, onde em cada unidade de tempo (p. ex. t cel = 2,7µ para taxa de tranmião de 155 Mbp) permite a chegada de apena uma célula. Nete equema, além do vetor de bit, exite a neceidade de apena um temporizador e um contador. Ete equema permite uma melhor utilização da memória e de CPU. Epera Célula Epera t cel Decarta ou Marca Célula n C > 0 Decrementa C = bit final Incrementa bit = 1 inicial Deloca bit Tranmite bit = 0 inicial Figura 13: Diagrama em bloco da implementação da janela delizante dicretizada. Janela Móvel Particionada O mecanimo janela móvel particionada - JMP foi implementado por meio de um temporizador auto-diparável e de um vetor FIFO de tamanho fixo alocado no etabelecimento

14 da conexão de acordo com o parâmetro do tráfego e do mecanimo. Diferentemente do outro mecanimo baeado em janela, além do parâmetro T e C, ete mecanimo define o parâmetro P que indica o número de partiçõe em cada janela de comprimento T. Ete parâmetro é extremamente importante na definição da utilização da memória e da CPU. Quanto maior o número de partiçõe P, maior erá a memória neceária para alocação do vetor FIFO, maior erá a utilização da CPU e mai próximo ete mecanimo etará do JDD. Quanto menor o número de partiçõe, menor erá a memória neceária, menor erá a utilização da CPU e mai próximo etará do mecanimo JS. O temporizador é reponável pela atualização do crédito a cada T/P unidade de tempo. Eta atualização correponde ao incrementado do crédito do número de célula que chegaram durante a partição p i iniciada T unidade de tempo ante deta atualização. Ete valor etá armazenado na última poição do vetor FIFO. Epera Célula Epera T / P u.t. Decarta ou Marca Célula n C > 0 Decrementa C = Vet[f] Vet[i] ++ Deloca Vetor Tranmite Vet[i] = 0 Figura 14: Diagrama em bloco da implementação da janela móvel particionada. 5 Reultado Eta eção via apreentar dado comparativo obtido a partir de uma implementação epecífica, enfocando a complexidade de implementação do mecanimo. São analiado a quantidade de memória neceária, o número de temporizadore e a ua precião, o tempo médio de proceamento total de cada célula e o tempo médio de proceamento epecífico do mecanimo para cada célula. A tabela 1 contém informaçõe comparativa entre o mecanimo. A notação {x} repreenta o número de bit neceário para repreentar o valor x. O tempo de proceamento de cada célula, geral e epecífico de cada mecanimo, foi medido em uma etação de trabalho SUN SPARC 2. O tempo de todo o mecanimo foram obtido atravé da média de 1000 mediçõe, toda feita na mema condiçõe de operação da máquina. A etação etava dedicada para a execução do proceo do mecanimo. A computação do tempo foi obtida atravé de um relógio virtual que computa eparadamente o tempo de proceamento de

15 cada proceo. Quanto ao reultado obtido, oberva-e que o mecanimo balde furado, janela altitante e janela altitante incronizada ão o mai eficiente, com tempo de proceamento, geral e epecífico, da ordem de 160 µ e 140µ. O mecanimo janela delizante contínua é um do mai cutoo em relação ao tempo de proceamento, 192 µ e 167 µ, devido ao diparo do temporizadore a cada chegada de célula. O mecanimo balde furado com uavização do tráfego de aída teve um cuto de proceamento alto devido à manutenção da fila de aída. Já o mecanimo janela móvel particionada motrou pouir um tempo médio de proceamento de cada célula relativamente independente do número de partiçõe e de valor intermediário ao JS e ao JDD, da ordem de 176 µ e 150 µ. Tabela 1: Comparação entre o mecanimo. Mecanimo BF BF uav. JS JSS JDC JDD JMP Tempo de Proc. 165 µ 194 µ 160 µ 165 µ 192 µ 176 µ 176 µ Total Tempo de Proc. 143 µ 170 µ 141 µ 142 µ 167 µ 150 µ 150 µ do Mecanimo Número de C 1 1 Temporizadore Precião do variável variável baixa baixa alta alta ajutável Temporizadore Memória para Temporizadore {Tmp.} {Tmp.} {Tmp.} {Tmp.} C {Tmp.} {Tmp.} {Tmp.} Memória para Contadore e Parâmetro {C} + {C max } {C} + {C max } {C} + {C max } {C} + {C max } {C} + {C max } {C} + {C max } {C} + {C max } + {P} Um fator importante a er coniderado é a precião requerida pelo temporizadore. Oberva-e que o mecanimo janela delizante contínua neceita do maior valor, C temporizadore, além do memo exigirem uma altíima precião, devendo er diparado na chegada de cada célula, e portanto, em qualquer intante de tempo. Deve-e realtar que quanto maior o número de temporizadore, maior erá a utilização da CPU. A janela delizante dicretizada já é meno crítica, porém há ainda a neceidade de uma precião batante alta, por exemplo 2.7 µ para a taxa de tranmião de 155 Mbp. O balde furado neceita de temporizadore da ordem do invero da taxa média policiada e da taxa máxima de tranmião. Para taxa de por exemplo 100 célula / egundo, o temporizador deve er de 10 m. Já a janela altitante utiliza de um temporizador da ordem de T unidade de tempo, e portanto ua precião, em média, não erá crítica. O mecanimo janela móvel particionada permite a utilização de temporizadore com toda a faixa de precião, dede a utilizada na JS até a utilizada na JDC, conforme o número de partiçõe utilizada. A quantidade de memória neceária para cada mecanimo pode er dividida na memória utilizada pelo temporizadore, na memória utilizada pelo contadore e parâmetro do mecanimo e na memória de controle auxiliar. Eta última é neceária apena para o mecanimo janela delizante e janela móvel particionada, que neceitam, repectivamente, de T t e bit cel P T P t cel

16 para memorização do tráfego. A demai regiõe de memória etão ilutrada na tabela 1. Pode-e reparar que a janela delizante contínua neceita de C {Tmp.} bit para o temporizadore, enquanto a janela móvel particionada neceita de {P} bit para armazenar o número de partiçõe. 6 Concluõe Ete trabalho apreentou a implementação de mecanimo de policiamento de tráfego. A implementaçõe foram baeada em uma arquitetura de implementação que priviliegia o deempenho, atravé de módulo otimizado de gerenciamento de memória, de ecalonamento de tarefa com prioridade e de gerenciamento eficiente de temporizaçõe, além de módulo opcionai para qualidade de erviço e incronização de mídia. Foram implementado o mecanimo balde furado convencional e a ua variação com uavização do tráfego de aída, janela altitante imple e incronizada, janela delizante contínua e dicretizada e janela móvel particionada. A implementaçõe foram feita em linguagem C no ambiente DOS e UNIX. Foi analiada a complexidade de implementação do mecanimo, baeando-e no reultado obtido da implementação, em termo da quantidade de memória neceária, do número de temporizadore e da ua precião, do tempo médio de proceamento total de cada célula e do tempo médio de proceamento epecífico do mecanimo para cada célula. O reultado obtido demontram a maior complexidade do mecanimo janela delizante contínua e a implicidade de implementação do mecanimo balde furado e janela altitante. A janela móvel particionada apreenta a vantagem de er flexível que de acordo com a ua parametrização oferece um conjunto de funcionalidade que varia dede a janela altitante, com ua implicidade, até a janela delizante contínua, com eu acurado controle da taxa média. Além dio o mecanimo balde furado, janela altitante e janela móvel particionada pouem a vantagem de permitir uma implementação com apena um único temporizador auto-diparável. Eta caracterítica em comparação com o mecanimo janela altitante incronizada e janela delizante contínua requerem uma menor complexidade e menor precião em termo de temporização. Deve-e atentar para o fato de a variação do mecanimo balde furado com uavização do tráfego de aída neceitar de uma alta complexidade de implementação, devendo a inúmera variaçõe dete mecanimo er cuidadoamente analiada a fim de e avaliar o compromio entre a vantagen e o cuto de implementação de tai variaçõe. 7 Referência [1] ITU-T Recomendação I.311, B-ISDN General Network Apect, Genebra, [2] E. Rathgeb, "Modeling and Performance Compariion of Policing Mechanim for ATM Network", IEEE JSAC, pp , vol. 9, no. 3, abril de [3] M. Butto, E. Cavallero, A. Tonietti, "Effectivene of the Leaky Bucket Policing Mechanim in ATM Network", IEEE JSAC, pp , vol. 9, no. 3, abril de [4] A. Berger,"Performance Analyi of a Rate Control Throttle Where Token and Job Queue", IEEE INFOCOM, pp , 1990.

17 [5] J. Junior, J. Monteiro, "On The Efficiency of Policing Mechanim for ATM Network", IEEE ITS'94, pp , agoto de [6] L. Dittman, S. Jacoben, K. Moth, "Flow Enforcement Algorithm for ATM Network", IEEE JSAC, pp , vol 9. no. 3, abril de [7] C. V. Albuquerque, M. L. Lanza, O. C. Duarte, "Sitema de Comunicação Aberto em Rede Locai: Uma Implementação e Medida de Deempenho em Ambiente de Computadore Peoai", XIII Congreo Sociedade Braileira de Computação (SEMISH), pp , Florianópoli, Santa Catarina, etembro de [8] C. V. Albuquerque, M. D. Nune, O. C. Duarte, "Performance Meaurement in a Manufacturing Communication Sytem", IEEE International Conference on Circuit and Sytem ISCAS' 94, pp , Londre, Inglaterra, maio de [9] L. F. Baginky, O. C. Duarte, "Um Modelo de Implementação de Alto Deempenho para Protocolo de Comunicaçõe Etruturado em Camada", Revita da Sociedade Braileira de Computação", vol. 6, pp , abril de [10] L. F. Baginky, O. C. Duarte, "Um Modelo de Implementação de Alto Deempenho para Sitema Aberto", IX Congreo da Sociedade Braileira de Telecomunicaçõe, São Paulo, pp , etembro de [11] M. D. Nune, O. C. Duarte, "Análie de Mecanimo para Protocolo de Alto Deempenho", VI Simpóio Braileiro de Arquitetura de Computadore e Computação de Alto Deempenho, Caxambú, Mina Gerai, agoto de [12] M. Woo, N. U. Qazi, A. Ghafoor, "A Synchronization Framework for Communication of Pre-Orchetrated Multimedia Information", IEEE Network, pp.52-61, janeiro de [13] L. Zhang, "Virtual Clock: A New Traffic Control Algorithm for Packet-Switched Network", ACM Tran. on Computer Sytem, vol. 9, no. 2, maio [14] S. J. Goletani, "A Stop-and-Go Queueing Framework for Congetion Management", SIGCOMM Sympoium, Communication Architecture & Protocol, pp. 8-18, Filadelphia Penilvania, etembro de [15] D.Verma, H. Zhang, D. Ferrari, "Delay Jitter Control for Real Time Communication in a Packet Switching Network", Proceeding of TriComm 91, pp , Chapel Hill, abril de [16] H. Zhang, S. Kehav, "Comparion of Rate-Baed rvice Dicipline", Proceeding of ACM SIGCOMM, pp , etembro de [17] G. Varghee, T. Lauck, Hahed and Hierarchical Timing Wheel: Data Structure for the Efficient Implementation of a Timer Facility, in Proc. 11th ACM SIGOPS Symp. on Operating Sytem Principle, pp , Autin, TX, [18] M.. Faerman, C. V. Albuquerque, O. C. Duarte, Janela Móvel Particionada: Propota de um Novo Mecanimo de Policiamento de Tráfego, Relatório Técnico do Grupo de Teleinformática e Automação da COPPE/UFRJ, 1995.