Qualidade de serviço. Determina o grau de satisfação do usuário em relação a um serviço específico Capacidade da rede de atender a requisitos de

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1 Qualidade de serviço Determina o grau de satisfação do usuário em relação a um serviço específico Capacidade da rede de atender a requisitos de Vazão Atraso Variação do atraso Erros Outros

2 Qualidade de serviço Atualmente Melhor esforço Futuro Garantia de QoS (Quality of Service) Intserv Diffserv

3 Qualidade de serviço Necessidade de QoS apresentada através de exemplos

4 Exemplo de rede simples com duas aplicações (fonte: Kurose)

5 Exemplo 1 de áudio e FTP concorrentes (fonte: Kurose) Áudio de 1 Mbps (entre H1 e H3) FTP (entre H2 e H4)

6 Qualidade de serviço Exemplo 1 (cont.) Rajadas do FTP podem congestionar o roteador, causando perdas no áudio Solução prioridade ao áudio Princípio 1 Marcação de pacotes permite que um roteador faça a distinção de pacotes pertencentes a diferentes classes de tráfego

7 Exemplo 2 de áudio e FTP concorrentes (fonte: Kurose) Áudio de 1 Mbps (entre H1 e H3) FTP de alta prioridade (entre H2 e H4)

8 Qualidade de serviço Exemplo 2 (cont.) Áudio não pode ter prioridade em relação ao FTP Solução classificação dos pacotes segundo algum critério Exemplo: através do endereço IP da fonte Princípio 1 (modificado) Classificação de pacotes permite que um roteador faça a distinção de pacotes pertencentes a diferentes classes de tráfego

9 Qualidade de serviço Marcação é apenas um dos mecanismos para distinguir pacotes Marca carregada pelo pacote não determina por si só que o pacote receberá uma dada QoS

10 Qualidade de serviço Exemplo 3 Áudio mal comportado (entre H1 e H3) FTP (entre H2 e H4) FTP pode não receber nenhum serviço Solução isolamento entre os fluxos Princípio 2 É desejável fornecer um certo grau de isolamento entre os fluxos de tráfego, de modo que um fluxo não seja afetado adversamente por outro fluxo de comportamento inadequado

11 Qualidade de serviço Exemplo 3 (cont.) Duas abordagens simples Regular fluxos de tráfegos Mecanismo de regulação pode descartar ou atrasar os pacotes que estão violando o critério Ex.: balde furado

12 Regulação (e marcação) de fluxos de áudio e FTP (fonte: Kurose)

13 Qualidade de serviço Exemplo 3 (cont.) Duas abordagens simples (cont.) Isolar logicamente fluxos de tráfego Problema: alocação fixa pode fazer com que o FTP não aumente a sua taxa quando o áudio para

14 Qualidade de serviço Isolamento lógico de fluxos de áudio e FTP (fonte: Kurose) Telefone 1 Mbps R1 Enlace lógico 1 Mbps R2 Enlace 1,5 Mbps Enlace lógico 0,5 Mbps

15 Qualidade de serviço Princípio 3 Ao fornecer isolamento de fluxos, é desejável que se usem os recursos da maneira mais eficiente possível

16 Qualidade de serviço Exemplo 4 Áudio (entre H1 e H3) Áudio (entre H2 e H4) Compartilhamento igual, cada um recebe 0,75 Mbps Qualidade inaceitável Solução rede deve poder bloquear um fluxo Processo de controle de admissão (ou aceitação de chamada) Fluxo deve declarar suas exigências de QoS

17 Qualidade de serviço Princípio 4 Se nem sempre haverá recursos suficientes disponíveis, é preciso um processo de aceitação de chamada pelo qual os fluxos declarem suas exigências de QoS e a rede os aceite ou os bloqueie

18 Qualidade de serviço Mecanismos para alcançar QoS Escalonamento Policiamento (regulação) Outros

19 Qualidade de serviço - escalonamento Disciplina de escalonamento do enlace Modo como os pacotes enfileirados são selecionados para transmissão pelo enlace Ex.: FIFO, enfileiramento prioritário etc.

20 Qualidade de serviço - escalonamento FIFO (fonte: Kurose)

21 Qualidade de serviço - FIFO Política de descarte de pacotes Descarte do pacote que chega Retirada de outro pacote menos prioritário da fila

22 Qualidade de serviço - com prioridade Prioridade pode depender de Informação do cabeçalho do pacote (Ex.: campo ToS do IPv4) Endereço IP de origem ou de destino Número de porta de origem ou de destino Outros

23 Qualidade de serviço - com prioridade Enfileiramento prioritário (fonte: Kurose)

24 Qualidade de serviço - com prioridade Exemplo de operação do enfileiramento prioritário (fonte: Kurose)

25 Qualidade de serviço - varredura cíclica Enfileiramento justo (Fair Queuing - FQ) Usa um modo de atendimento de filas chamado varredura cíclica (Round Robin) Alternância de serviços entre as classes Usa conservação de trabalho Não permite que o enlace fique ocioso enquanto houver pacotes enfileirados a serem transmitidos

26 Qualidade de serviço - varredura cíclica Exemplo de operação do enfileiramento por varredura cíclica (fonte: Kurose)

27 Qualidade de serviço - justo ponderado Weighted Fair Queuing - WFQ Atende às classes de modo cíclico Usa conservação de trabalho Cada classe obtém um volume diferenciado de serviço em cada ciclo Cada classe i tem um peso w i e recebe uma fração de serviço igual a w i / Σw j

28 Qualidade de serviço - justo ponderado Enfileiramento justo ponderado (fonte: Kurose)

29 Qualidade de serviço - policiamento Ajuste da taxa com a qual é permitido que um fluxo injete pacotes na rede Limita o tráfego de modo a não exceder os parâmetros declarados Critérios de policiamento Taxa média Tamanho do intervalo de tempo é importante Taxa de pico Tamanho da rajada Mecanismos de policiamento Ex.: balde furado

30 Qualidade de serviço - balde furado Leaky bucket Limita a entrada dentro de um tamanho de rajada e uma taxa média especificados

31 Qualidade de serviço - balde furado Balde furado (fonte: Kurose)

32 Qualidade de serviço - balde furado Balde pode conter até b permissões Tamanho máximo da rajada é b Permissões são geradas a uma taxa r Número máximo de pacotes que podem entrar na rede é rt + b

33 Qualidade de serviço - Internet Duas arquiteturas Serviços integrados (Integrated Services - IntServ) Serviços diferenciados (Differentiated Services - DiffServ)

34 Qualidade de serviço - IntServ Fornece garantias de QoS específicas às sessões de aplicações individuais QoS baseada no fluxo Duas características fundamentais Recursos reservados Estabelecimento de chamada

35 Qualidade de serviço - IntServ Estabelecimento de chamada (fonte: Kurose)

36 Qualidade de serviço - IntServ Etapas do estabelecimento de chamada Caracterização do tráfego e especificação da QoS desejada Sinalização para o estabelecimento de chamada Aceitação de chamada por elemento

37 Qualidade de serviço - IntServ Classes de serviços Serviço garantido Definido na RFC 2212 Estabelece limites rígidos para os atrasos de fila que um pacote sofrerá em um roteador Serviço de carga controlada Definido na RFC 2211 Sessão receberá uma QoS que se aproxima muito da QoS que o fluxo receberia de um elemento da rede sem carga Não há garantias quantitativas de desempenho

38 Qualidade de serviço - RSVP Protocolo de reserva de recursos (Resource Reservation Protocol) Definido na RFC 2205 Principal protocolo do IntServ Protocolo de sinalização Não reserva nada Recursos Largura de banda dos enlaces Buffers dos roteadores

39 Qualidade de serviço - RSVP Deve rodar em Remetentes Receptores Roteadores Características principais Fornece reservas de largura de banda em árvores multicast É orientado ao receptor Transmissor teria dificuldades em função das entradas e saídas de um grupo Receptor inicia e mantém a reserva para um fluxo

40 Qualidade de serviço - RSVP Dados fluem do topo (remetente) para a base da árvore (receptores) Mensagens de reserva se originam nos receptores Podem ser fundidas (consolidadas) em um roteador Sessão pode consistir em vários fluxos multicast Ex.: um fluxo de áudio e um fluxo de vídeo Cada fluxo tem o mesmo endereço multicast

41 Exemplo de uso do RSVP com programas de TV (fonte: Tanenbaum) (a) A network, (b) The multicast spanning tree for host 1. (c) The multicast spanning tree for host 2.

42 Exemplo de uso do RSVP com programas de TV (fonte: Tanenbaum) (a) Host 3 requests a channel to host 1. (b) Host 3 then requests a second channel, to host 2. (c) Host 5 requests a channel to host 1.

43 Qualidade de serviço - RSVP RSVP não Especifica como a rede fornece largura de banda Roteador pode usar mecanismos de escalonamento É um protocolo de roteamento Depende de um protocolo de roteamento para determinar as rotas dos fluxos RSVP acomoda receptores heterogêneos Remetente pode codificar fluxos de áudio e vídeo em várias camadas e enviá-las à taxa máxima Receptores escolhem as camadas adequadas

44 Qualidade de serviço - RSVP Operação do RSVP Remetente anuncia conteúdo através do envio de mensagens de caminho RSVP Indica a largura de banda, a duração do estado soft e as informações sobre o caminho até o remetente Cada receptor envia uma mensagem de reserva RSVP à árvore multicast Estado se extingue por temporização Exige transmissão periódica das mensagens de caminho e de reserva

45 Qualidade de serviço - RSVP Operação do RSVP (cont.) Quando a mensagem chega a um roteador, este verifica se pode aceitar o fluxo e, caso possa, ajusta o escalonador para atender o fluxo e envia uma reserva para a corrente ascendente Cada roteador recebe uma mensagem de cada um de seus enlaces na corrente descendente e envia uma única mensagem na corrente ascendente

46 Qualidade de serviço - IntServ Problemas Escalabilidade Mantém estado para cada fluxo que passa pelo roteador Pequeno número de classes de serviço préespecificadas Solução DiffServ

47 Qualidade de serviço - DiffServ QoS baseada na classe Provê a capacidade de manipular diferentes classes de tráfego de modos diferentes Descritas nas RFCs 2474, 2475 e outras Pode ser oferecido por um conjunto de roteadores que formam um domínio administrativo Ex.: ISP ou empresa de telecomunicações

48 Qualidade de serviço - DiffServ Características fundamentais Funcionalidade simples no núcleo da rede Operações de controle mais complexas na borda da rede (hospedeiros ou roteadores) Não define serviços específicos ou classes de serviço específicas Fornece os componentes funcionais para a construir classes de serviços

49 Qualidade de serviço - DiffServ Dois conjuntos de elementos funcionais Funções de borda Classificação de pacotes Campo DS do cabeçalho do pacote Policiamento de tráfego Função central Envio De acordo com o comportamento por salto (Per Hop Behavior - PHB) associado à classe PHB influencia como a banda e os buffers são compartilhados entre as classes

50 Qualidade de serviço - DiffServ Analogia Ingresso em eventos sociais Roteadores divididos em Roteador de borda Roteador de núcleo

51 Qualidade de serviço - DiffServ Roteador de borda Gerencia o tráfego por fluxo Marca os pacotes como no perfil ou fora do perfil Perfil taxa, tamanho da rajada Pacotes fora do perfil também podem ser ajustados (ex.: atrasados) ou descartados

52 Qualidade de serviço - DiffServ Classificação dos pacotes e policiamento (fonte: Kurose)

53 Qualidade de serviço - DiffServ Roteador de núcleo Gerencia o tráfego por classe Armazena em buffer e escalona baseado na marcação da borda Preferência dada aos pacotes no perfil

54 Qualidade de serviço - DiffServ Escolha de classes de serviço cabe a cada operadora Pacotes encaminhados entre sub-redes de diferentes operadoras Solução definição de classes de serviço independentes da rede PHBs ou classes Encaminhamento acelerado (Expedited Forwarding - EF) Encaminhamento assegurado (Assured Forwarding - AF)

55 Qualidade de serviço - DiffServ EF Definida na RFC 3246 Taxa de partida de uma classe de tráfego de um roteador deve ser igual ou maior do que uma taxa configurada Simula um enlace com largura de banda de enlace mínima garantida

56 Qualidade de serviço - DiffServ AF Definida na RFC 2597 Divide o tráfego em quatro classes Garante a cada classe o fornecimento de alguma quantidade mínima de largura de banda e de buffer Dentro de cada classe, os pacotes são divididos em três categorias de descarte de pacotes Baixo, médio e alto

57 Qualidade de serviço - DiffServ AF Etapas Classificação feita no remetente ou no primeiro roteador (roteador de ingresso) Marcação dos pacotes de acordo com a classe Passagem dos pacotes por um filtro modelador/regulador Pode retardar ou descartar pacotes

58 Qualidade de serviço - DiffServ Implementação possível do fluxo de dados para AF (fonte: Tanenbaum)

59 Qualidade de serviço - Internet Problemas para implantação do IntServ e do DiffServ Serviço fim-a-fim Configuração de vários ISPs Cobrança Provavelmente por volume Diferença (pouca) para uma rede com carga moderada e serviço de melhor esforço

60 Bibliografia Kurose Capítulos 4 e 7 Tanenbaum Capítulo 5 Comer Capítulo 7

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