Qualidade de Serviço em Redes de Dados

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1 Qualidade de Serviço em Redes de Dados Mário Serafim Nunes Instituto Superior Técnico Março 2005 Programa da disciplina de Qualidade de Serviço em Redes de Dados 1. Introdução a QdS 2. QdS em Frame Relay 3. QdS em ATM 4. QdS em tecnologias LAN e WLAN 5. QdS em redes de acesso (ADSL, HFC, FWA, LFI) 6. QdS em redes IP (IntServ, DiffServ, MPLS, IPv6) 7. QdS em protocolos de transporte (UDP/RTP, TCP, DCCP) 8. QoS em Áudio e Voz 9. QoS em Vídeo 2 1

2 Sumário 1. Introdução a QdS 2. QdS em diferentes tecnologias de redes de comunicação 3 O que é Qualidade de Serviço em redes de comunicação Qualidade de Serviço (QdS/QoS): Efeito colectivo do desempenho de um sistema que determina o grau de satisfação do utilizador do serviço (ITU-T E.800). Conjunto das características quantitativas e qualitativas de um sistema necessárias para atingir os requisitos das aplicações, relativamente a vários parâmetros de qualidade (Débito, Atraso ou Latência, Variação de atraso ou jitter, Perdas de informação). (MSN) 4 2

3 Porquê QdS em redes de dados Comutação de Pacotes: Permite o uso eficiente de ligações físicas, por permitir multiplexação (em pacotes) de diferentes aplicações o mesmo canal físico. Os pacotes podem seguir rotas diferentes e chegarem fora de ordem (connectionless). Pode ter atraso variável e perdas. QdS possibilita aos clientes de redes de dados baseadas em comutação de pacotes o estabelecimento de diferentes níveis de serviço, através de acordos de nível de serviço (SLA) com os operadores de rede. Palavra chave: diferenciação de serviços. 5 Tecnologias de Comutação de Pacotes WAN - Núcleo Frame Relay ATM / Cell Relay WAN - Acesso HFC ADSL LAN/ WLAN IEEE /Ethernet IEEE /b/a IP FR, ATM HFC, ADSL IEEE 802.x L3 L1/2 6 3

4 Service Level Agreement (SLA) SLA: contrato entre os operadores de redes de comunicações e os seus clientes, procurando especificar detalhadamente o serviço prestado. Os SLAs vêm realçar problemas relacionados com a QdS das redes, devido às garantias a que obriga os operadores. 7 QdS em LAN e WAN LAN (Local Area Network) Curtas distâncias Atrasos reduzidos Elevados débitos de transmissão Meio físico partilhado WAN (Wide Area Network) Longas distâncias Atrasos médios a elevados Débitos de transmissão menores WLAN Taxa de erros elevada WWAN Taxa de erros elevada 8 4

5 Parâmetros de QdS Débito ou largura de banda A rede tem de assegurar capacidade suficiente de acordo com os requisitos da aplicação (bit/s ou pacote/s). Fixo ou variável. Atraso ou Latência Tempo entre o envio de uma unidade de informação pelo emissor e a chegada ao receptor, através dos vários elementos da rede. RTT (Round-Trip-Time). Variação de atraso ou jitter Variação do atraso de chegada das unidades de informação ao receptor. Perdas de informação Perdas de bits (BER - Bit Error Ratio) nível físico Perdas de tramas/pacotes (PER - Packet Error Ratio) nível 2/3 Perda de unidades de informação de aplicação. nível aplicação 9 Arquitectura de QdS: modelo protocolar QdS extremo-a-extremo é o resultado dos mecanismos (inter-independentes) de QdS nas diferentes camadas. Camada de Aplicação Camada de Transporte Camada de Rede Terminal Camada de Ligação de Dados Rede Camada Física 10 5

6 2. QoS em Diferentes Tecnologias de Comutação de Pacotes 1. QdS em Frame Relay 2. QdS em ATM 3. QdS em LAN Ethernet 4. QdS em WLAN IEEE QdS em xdsl 6. QdS em redes HFC 7. QdS em ligações de baixo débito Frame Relay Frame Relay (FR) é uma tecnologia baseada na comutação de tramas Tem origem em X.25, com protocolos mais simplificados Orientada à conexão LAPF cntl LAPF core Nível Físico FR X.25-Nível Pacote LAPB Nível Físico X

7 Estrutura da Trama FR FR F Cabeçalho de Trama Campo de Informação FCS F Info. X.25 GFID/ LCGN LCN Dados Info. IP Cntl IP Endereços IP Dados (TCP, UDP) 13 Estrutura da Trama de FR F Cabeçalho Campo de Informação (IP, X.25) FCS F DLCI C/R EA DLCI FE CN BE CN DE EA DLCI - Data Link Connection Identifier (2 octetos) FECN - Forward Explicit Congestion Notification BECN - Backward Explicit Congestion Notification DE - Discard Eligibility flag 14 7

8 Controlo de Congestão em FR Objectivos (ITU-T I.370): minimizar o descarte de tramas manter (c/ elevada probabilidade) a QdS acordada minimizar a possibilidade de um utilizador monopolizar os recursos da rede à custa dos outros simples de implementar, com baixo overhead minimizar o tráfego adicional na rede distribuição justa de recursos entre utilizadores limitar o alastramento da congestão a outras redes 15 Indicadores de Congestão em FR FECN - Forward Explicit Congestion Notification Bit activado pelo nó da rede que detecta congestão, enviado na direcção do destinatário. BECN - Backward Explicit Congestion Notification Bit análogo, enviado na direcção da fonte. DE - Discard Eligibility flag Bit activado pelo DTE ou pelo nó da rede, se o utilizador exceder o CIR, para descartar se a rede estiver em congestão. 16 8

9 Notificação de Congestão FR Congestão Fonte BECN Nó B FECN Destino Router Nó A Nó C Router LAN LAN 17 Controlo de Congestão FR Baseado em Ritmo % de Tramas c/ BECN=1 num intervalo Tm Não há Congestão 0 P1 Aumenta débito (max Re) Mantém débito Há congestão P2 100 Reduz débito (min CIR) (análogo para FECN) 18 9

10 Controlo de Congestão FR Baseado em Janela Variável % de Tramas c/ BECN/FECN=1 num intervalo Tm Não há Congestão 0 P1 Aumenta Janela (até Wmax) Mantém Janela Há congestão P2 100 Reduz Janela (min W=1) Requer intervenção de níveis superiores, FR não tem confirmação de recepção de tramas. 19 Parâmetros de Tráfego em FR Committed Information Rate (CIR) Ritmo (bps) que a rede garante para um VC (Virtual Circuit) Committed Burst (Bc) Máximo de dados que a rede garante (em condições normais) num intervalo de medida T (Bc=CIR*T) Excess Burst Size (Be ) Máximo de dados em excesso de Bc que a rede tentará transferir (em condições normais) num intervalo de medida T Excess Rate (Re) (Be=Re*T) 20 10

11 Relação entre Parâmetros FR Bits Bc+Be Bc Tráfego Re CIR Tramas eliminadas Tramas marcadas Tramas Garantidas T 21 Gestão de Ritmos em FR O CIR para cada conexão é estabelecido (PVC ou SVC) quando a conexão é definida Cada nó deve assegurar que para cada interface: CIRj RitmoInterface j Quando for detectada congestão: a rede descarta em primeiro lugar as tramas de VCs que excederam o CIR. A probabilidade de descartar tramas no CIR é baixa

12 Valores Típicos de Parâmetros de QdS em FR Parâmetros Débito Latência de nó Variação de atraso Perdas de tramas Valores típicos 64 Kbps- 2 Mbps ms ms Tr. <= CIR - muito baixas Tr. > CIR - elevadas ATM ATM (Asynchronous Transfer Mode) é uma tecnologia de comutação baseada em células (pacotes de tamanho fixo), orientada à conexão (2 Mbps - 2 Gbps) Utilizada em WAN e LAN, em redes fixas e sem fios Cabeçalho da célula Informação 5 octetos 48 octetos GFC VPI VCI PT CLP HEC bit 24 12

13 Modelo de Protocolos ATM Plano de Utilizador Camadas superiores Plano de Gestão Plano de Controlo Camada de Adaptação (AAL) Camada ATM Camadas superiores Camada Física AAL na periferia - Dependente do Serviço ATM no núcleo - Independente do Serviço 25 Tipos de AAL Classe A Classe B Classe C Classe D Relação Temporal Existente Não existente Ritmo Modo de conexão Constante Com conexão (CO) Variável Sem conexão (CL) Tipo de AAL AAL1 AAL2 AAL3/4, 5 AAL3/4,

14 Parâmetros de QdS em ATM Cell Error Ratio (CER) Rácio entre células erradas e células transferidas com sucesso ou com erros. Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR) Total de blocos de células erradas sobre o total de blocos de células transferidas. Cell Loss Ratio (CLR) Rácio entre células perdidas e células transmitidas. Cell Misinsertion Rate (CMR) Total de células mal inseridas por intervalo de tempo. Cell Transfer Delay (CTD) Média de atraso de transferência de células. 27 Parâmetros de Tráfego em ATM Peak Cell Rate (PCR) Especifica o limite superior do ritmo que pode ser submetido numa conexão ATM; Sustainable Cell Rate (SCR) Especifica o ritmo médio de transmissão de células durante a duração da conexão; Intrinsic Burst Tolerance (IBT) Define o tamanho máximo do burst (MBS) a que a fonte pode transmitir ao ritmo máximo (PCR) Minimum Cell Rate (MCR) Define o ritmo a que a fonte é autorizada a transmitir

15 Requisitos de QdS vs Parâmetros de Tráfego ATM Parâmetros de QdS Débito Parâmetros de Tráfego ATM PCR, SCR, MCR Atraso CTD, CDV Perdas CLR 29 Categorias de Serviço ATM As categorias de serviço ATM têm por objectivo adequar a rede ATM às diferentes aplicações, procurando optimizar as capacidades e recursos da rede para satisfazer os requisitos de QdS dessas aplicações. CBR - Constant Bit rate RT-VBR - Real Time Variable Bit Rate NRT-VBR - Non Real time Variable Bit Rate ABR - Available Bit Rate UBR - Unspecified Bit Rate GFR - Guaranteed Frame Rate 30 15

16 Categorias de Serviço ATM CBR - Constant Bit Rate, (Aplicação: Voz) VBR - Variable Bit Rate, (Aplicação: Vídeo, dados sensíveis) ABR - Available Bit Rate, (Aplicação: interligação de LANs) UBR - Unspecified Bit rate, (Aplicação: , Web) ABR / UBR VBR CBR 31 Categorias de Serviço ATM Serviço Garantido Largura de Banda a pedido Serviço Best Effort CBR VBR ABR UBR Constant Bit Rate Emulaçao de Circuitos, Voz Variable Bit Rate Caracterização detalhada de tráfego RT-VBR e NRT-VBR Available Bit Rate MCR garantido e informação de Controlo de Congestão assegura baixas perdas Unspecified Bit Rate No Guaranteed parameters UBR+ guarantees MCR 32 16

17 Categorias de Serviço ATM Categoria Serviço Parâmetros de tráfego Garantias Parâm. Desempenho CBR PCR CTD, CDV Baixo Atraso Aplicações Emulação de circuitos, Video/ Áudio interactivo RT-VBR PCR, SCR CTD CDV Baixo Atraso Áudio/Vídeo ritmo variável Aplicações multimédia NRT-VBR PCR, SCR CLR, Baixas Perdas Dados em geral ABR PCR, MCR CLR, Baixas Perdas Interligação de LANs UBR PCR (informativo) GFR PCR, SCR, MCR Não tem garantias Perdas Baixas ao nível de trama Internet Interligação de LANs Dados 33 Atributos de Tráfego Contrato de Tráfego - SLA (Service Level Agreement) Classe de Tráfego Parâm. de Tráfego Parâmetros de QoS Constant Bit Rate (CBR) Variable Bit Rate Real Time (VBR RT) Variable Bit Rate Non Real Time (VBR-NRT) Available Bit Rate (ABR) Unspecified Bit Rate (UBR) Peak Cell Rate (PCR) + Cell Delay Variation Tolerance (CDVT) Sustainable Cell Rate (SCR) + Maximum Burst Size (MBS) Minimum Cell Rate (MCR) max. Cell Transfer Delay (CTD) Peak-to-Peak Cell Delay Variation (CDV) Cell Loss Ratio (CLR) 34 17

18 Mecanismos/Componentes de QdS em ATM Connection Admission Control (CAC) controlo de admissão por VC no estabelecimento Usage Parameter Control (UPC) policiamento de tráfego à entrada da rede, para verificação de contrato. Traffic Shaping modificação das características do tráfego pelo terminal ou pela rede, para adaptar ao contrato Cell Loss Priority Control (CLP) política de descarte da rede baseada no bit CLP ABR Flow Control via RM 35 Controlo de Admissão de Conexão (CAC) Para garantir a qualidade das conexões existentes, é necessário verificar para cada novo pedido de conexão se existem recursos necessários para a satisfazer sem deteriorar a QdS das conexões já existentes. Duas abordagens alternativas (complexas): baseada em medidas analítica, baseada em estatísticas e parâmetros de tráfego Não são definidos algoritmos específicos nas normas, aberto a investigação e soluções proprietárias

19 Policiamento (UPC) e Formatação de Tráfego (TS) UPC: policiamento de tráfego à entrada da rede, para verificação de contrato. TS: modificação das características do tráfego pelo terminal ou pela rede, para adaptar ao contrato. O algoritmo de referência é GCRA algoritmo leaky bucket define relações entre PCR and CDVT assim como SCR e BT (burst tolerance, derivado de PCR, SCR and MBS) GCRA(I,L); I=increment, L=limit 37 GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) O algoritmo GCRA é usado no terminal e na rede para medir conformidade de tráfego Baseado no algoritmo leaky bucket (I.371) GCRA(I, L); I=incremento, L=limite Nó CLP=0 +I Bucket CLP=1 CLP=0 Descarta L Rm 38 19

20 Cell Loss Priority (CLP) Control O bit CLP no cabeçalho das células ATM é activado a 1 pelo equipamento terminal ou pelos nós da rede ATM (UPC/NPC) É usado pelos nós ATM para controlo de congestão, descartando as células durante períodos de congestão. 39 Valores Típicos de Parâmetros de QdS em ATM Parâmetros Débito Latência de um nó Variação de atraso (vários nós) Perdas de células Valores típicos 2 Mbps 1 Gbps µs (CBR, rt-vbr) 2-3 ms CBR/VBR/ABR - muito baixa GFR - baixa (tramas) UBR - média/elevada 40 20

21 Síntese de QdS em ATM Múltiplas categorias de serviço para aplicações com diferentes requisitos de QdS. Múltiplos AAL para melhorar o QdS fornecido pela rede, para diferentes aplicações. Múltiplos mecanismos para implementação de garantias de QdS. ATM: tecnologia WAN que actualmente oferece as melhores garantias de QdS. 41 Tecnologias de Comutação de Pacotes 1. QdS em Frame Relay 2. QdS em ATM 3. QdS em LAN Ethernet 4. QdS em WLAN IEEE

22 2.3 QdS em LAN/Ethernet Nas LANs há uma elevada largura de banda disponível, não são necessários mecanismos de QdS (?) Os comutadores L2 têm elevado desempenho e baixo custo. - Ethernet IEEE Mbps - Fast Ethernet IEEE 802.3u 100 Mbps - Gigabit Ethernet IEEE 802.3z/ab 1 Gbps - 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae 10 Gbps IEEE 802.1p/1D introduz prioridades 43 Prioridades nas LAN/Bridge IEEE 802.1D (priority queueing) especifica 8 níveis de prioridade (CdS) ao nível MAC nas LAN/Bridges Prioridade Classe de Tráfego Serviços e requisitos 1 Tráfego de Base Não deve afectar outros serviços 2 Não especificado - 0 Melhor Esforço Requisitos não especificados 3 Excelente Esforço Melhor que best-effort 4 Carga Controlada Aplicações importantes 5 Vídeo Atraso e jitter < 100 ms 6 Voz Atraso e jitter < 10 ms 7 Controlo de Rede Serviço crítico 44 22

23 Valores Típicos de Parâmetros de QdS em Ethernet Parâmetros Valores típicos Débito 6 Mbps (x10, 100, 100) Latência de um nó Variação de atraso Perda de tramas 5 ms 5 ms Muito baixos QdS em WLAN Família IEEE WLAN: IEEE Mbps; 2,4 GHz IEEE b 11 Mbps; 2,4 GHz IEEE a 54 Mbps; 5 GHz IEEE g 54 Mbps; 2,4 GHz IEEE e b/g/a com QdS 46 23

24 Adaptação de Ritmo em IEEE WLAN IEEE b 11, 5.5, 2, 1 Mbps Date Rate (Mbps) a b g IEEE a 54, 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6 Mbps IEEE g 54, 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6, 2, 1 Mbps Rede AdHoc vs Rede Infraestruturada Rede AdHoc Conjunto de estações que comunicam directamente umas com as outras. Rede InfraEstruturada A rede consiste em pelo menos um AP ligado à rede fixa e um conjunto de estações wireless. O AP encaminha o tráfego entre as duas interfaces (bridging ou routing) 48 24

25 IEEE e - QdS Prioridades Prioridade Utilizador ( 802.1D) Designação 802.1D Categoria de Acesso 1 BK AC_BK Base 2 - AC_BK Base Designação (informativo) 0 BE AC_BE Melhor Esforço 3 EE AC_BE Vídeo 4 CL AC_VI Vídeo 5 VI AC_VI Vídeo 6 VO AC_VO Voz 7 NC AC_VO Voz 49 IEEE e - TS Especificação de Tráfego TS Info Nominal MSDU Size Maximum MSDU Size Minimum Service Interval Maximum Service Interval Inactivity Interval Minimum Data Rate Mean Data Rate Maximum Burst Size Minimum PHY Rate Peak Data Rate Delay Bound Surplus Bandwidth Allowance (2 octets) (2 octets) (2 octets) (4 octets) (4 octets) (4 octets) (4 octets) (4 octets) (4 octets) (4 octets) (4 octets) (4 octets) (2 Octets) 50 25

26 Valores Típicos de Parâmetros de QdS em WLAN Parâmetros Débito Valores típicos 6 Mbps Latência de um nó 100 ms? Variação de atraso 50 ms? Perdas de tramas 10-3 a 2 % Tecnologias xdsl Tecnologia Ritmos Comentários IDSL 128 Kbps, simétrico Interface U da interface básica RDIS (ISDN DSL) ADSL Down: 1.5 a 8 Mbps Indicado para o mercado residencial e (Asymmetric DSL) Up: 16 a 640 kbps PMEs. UDSL ADSL Lite / G.Lite HDSL Down: 1.5 Mbps Up: 500 Kbps) ETSI: até Mbps EUA: até Mbps Ritmo de transmissão mais baixo que ADSL, norma ANSI T Não tem Splitter. Substituto das tecnologias T1/E1. Canal simétrico full duplex em 2 /3 pares. HDSL2 /SDSL (Single Line DSL) 768 Kbps a 2.3 Mbps Canal simétrico, utiliza só um par de cobre. VDSL (Very-High-Bit-Rate DSL) máx. 52 Mbps Curta distância, até aproximadamente 900 metros 52 26

27 ADSL e SDSL ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line 256 K / 1 Mbps => 640 Kbps / 6 Mbps POTS UP DOWN KHz SDSL Single Line Digital Subscriber Line 2,3 Mbps / 2,3 Mbps Up Down KHz 53 Arquitectura ADSL LAN R Central Local POP ISP Internet Ethernet a/b PABX E1 ISDN IAD Par entrançado DSLAM Central ATM GW Central Local Telef. PSTN/ ISDN 54 27

28 Protocolos ADSL Voz (CBR) (AAL2) PCM E1 PABX Aplic. PCM E1 ADPCM AAL 2 ATM ADSL SDH ADPCM AAL 2 ATM SDH GW PCM E1 PSTN/ ISDN Dados (UBR) (AAL5) TCP/UDP IP Ethernet IP PPP Ethernet AAL5 ATM DSLAM PPP AAL5 ATM IP FR/ ATM ADSL SDH LAN IAD POP Internet 55 Valores Típicos de Parâmetros de QdS em ADSL Parâmetros Débito Valores típicos 6 Mbps Latência de um nó Variação de atraso Perdas de tramas 56 28

29 2.6 HFC Hybrid Fiber Coax A n te n a s P a r a b ó lic a s In te r n e t H e a d E n d C a b o d e F ib ra Ó p tic a F ib e r N o d e s F ib e r N o d e s F ib e r N o d e s C a b o s C o a x ia is (F e e d e r /D r o p ) 57 HFC Ocupação do Espectro no Cabo Coaxial Upstream (digital) Downstream (analógico) Downstream (digital) MHz QPSK 64/256 QAM 58 29

30 Arquitectura DOCSIS DOCSIS - Data Over Cable Service Interface Specifications (CableLabs / ITU-T) CPE CMCI CM Cable Modem RFI Rede de Cabo (Coax+Fibra) Cable Modem Termination System CMTS CMTS-NSI WAN (Internet) 59 Protocolo MAC Descendente (CMTS) Mapa de Atribuição i Dados descendentes Mapa de Atribuição i+1 Ascendente (CM) Oportunidades de Transmissão de Modem de Cabo Área de pedidos com contenção Oportunidades de Transmissão de Modem de Cabo Manutenção Mapa i-1 Mapa i 60 30

31 QdS em DOCSIS DOCSIS define 5 categorias de QdS no sentido ascendente Unsolicited Grant Service (UGT) serviços de tempo real, com pacotes de comprimento fixo (VoIP) Real-Time Polling Service (rtps) serviços de tempo real com comprimento variável como MPEG. Unsolicited Grant Service with Activity Detection (UGS-AD) fluxos que se podem tornar inactivos durante períodos (VoIP +VAD) Non-Real-Time Polling Service (nrtps) serviços não tempo real de tamanho variável como FTP Best Effort (BE) service serviço sem requisitos específicos. 61 Valores Típicos de Parâmetros de QdS em HFC Parâmetros Débito Valores típicos 6 Mbps Latência de um nó Variação de atraso Perdas de tramas 62 31

32 2.7 Fragmentação em Ligações de Baixo Débito Link Fragmentation and Interleaving (LFI) is a router technique for dealing with slow links. Packets of all different sizes arrive at routers; some packets are 40 bytes long, while others are 1,500 bytes long. VoIP packets are generally the small ones. On a slow link, you don t want a VoIP packet to get stuck behind a 1,500-byte packet that s part of a file transfer the delay of the VoIP packets can reduce the call quality. Activating LFI in a router means that the router cuts the big packets into fragments, and interleaves smaller packets in between the larger fragments, which are reassembled at the other end. This interleaving avoids excessive delay for any small packet. 63 Fragmentação e Interpolação As tecnologias baseadas em tramas necessitam de mecanismo de fragmentação para garantir QdS em linhas de baixo débito. Sem fragmentação ms (56 Kbps) Trama de Dados (1500 octetos) Voz (60 octeto) 214 ms (56 Kbps) tempo Com fragmentação e interpolação Dados Voz (60 octeto) Dados Dados Dados 64 32

33 Tempo de Atraso de Serialização (ms) Dimensão do fragmento (Octetos) Ritmo (Kbps) ,1 18,3 36,6 73,1 146,3 214,3 64 8,0 16,0 32,0 64,0 128,0 187, ,0 8,0 16,0 32,0 64,0 93, ,0 4,0 8,0 16,0 32,0 46, ,0 2,0 4,0 8,0 16,0 23, ,5 1,0 2,0 4,0 8,0 11,7 DimensãoFragmento TempoAtras o = RitmoLinha 65 Dimensão Máxima de Fragmento para garantir QdS (atraso) Ritmo (Kbps) Dimensão do fragmento para garantir 10 ms de atraso (Octetos) Dimensão de Fragmento = 10 ms * Ritmo 66 33

34 3. QdS em Redes IP Modelos de Redes IP Modelo IP Clássico Modelo de Serviços Integrados (IntServ) Modelo de Serviços Diferenciados (Diff- Serv) MPLS (Multiprotocol Label Switching) QdS em IPv6 67 Modelo IP Clássico O protocolo Internet clássico define no cabeçalho do pacote IP um campo (TOS - Type of Service) que permite diferenciação de serviço nos nós da rede. Precedence Type of Service 0 RFC 791 define os bits de Precedência como uma indicação da importância do pacote: 111 Network Control 110 Internetwork Control 101 CRITIC/ECP 100 Flash Override 011 Flash 010 Immediate 001 Priority 000 Routine (menos importante) 68 34

35 Modelo IP Clássico RFC 1349 define os seguintes valores do campo Type of Service: Precedence Type of Service 0 minimiza atraso maximiza throughput maximiza fiabilidade minimiza custo monetário serviço normal 69 QdS em Redes IP Modelos de Redes IP Modelo IP Clássico Modelo de Serviços Integrados (IntServ) Modelo de Serviços Diferenciados (DiffServ) MPLS (Multiprotocol Label Switching) QdS em IPv

36 Modelo de Serviços Integrados (IntServ) Classes de Tráfego - Best Effort service - Controlled-Load service - Guaranteed service Protocolo de Sinalização - Resource reservation Protocol (RSVP) 71 IntServ Controlled-Load service - Equivalente a best effort numa rede com baixa carga - Não degrada quando a carga aumenta (mantém atraso, perdas e largura de banda) - Adequado para aplicações tolerantes a atraso (e variação) e perdas (buffers no receptor - Não adequado para serviços com requisitos de atraso muito apertados - Comparável ao nrt-vbr de ATM 72 36

37 IntServ Guaranteed service - Garantia de atraso máximo - Adequado para aplicações com requisitos de atraso estritos - Os Routers reservam largura de banda e espaço de buffer Descritor da fonte: token-bucket (ρ, σ ) + peak rate + MTU - Comparável ao rt-vbr de ATM 73 IntServ RSVP - Resource reservation Protocol Protocolo de Sinalização baseado em reservas efectuadas pelos receptores Mensagens PATH A fonte envia mensagens PATH com descrição do tráfego (TSPEC) São enviadas em multicast para todos os receptores do grupo Mensagens RESV O receptor envia uma mensagem RESV com os recursos que pretende reservar (RSPEC) A mensagem RESV segue a rota inversa do PATH A reserva é feita nó-a-nó, parando se houver reservas anteriores de valor igual ou superior

38 IntServ RSVP - Resource reservation Protocol PATH PATH PATH RESV PATH RESV RESV PATH RESV PATH RESV RESV Sender Receiver 75 IntServ Problemas Dificuldade de Escalabilidade, devido a Classificação por nó (hop) Escalonamento e gestão de buffer por fluxo Manutenção de estado por fluxo Processamento RSVP Refrescamento de estado (soft-state) Sinalização de aplicação Requer modificação das aplicações Difícil especificar os parâmetros de QdS Granularidade fina Necessidade não comprovada 76 38

39 QdS em Redes IP Modelos de Redes IP Modelo IP Clássico Modelo de Serviços Integrados (IntServ) Modelo de Serviços Diferenciados (DiffServ) MPLS (Multiprotocol Label Switching) QdS em IPv6 77 Modelo de Serviços Diferenciados (DiffServ) Necessidade de modelo mais simples e mais escalável. Classes de tráfego (agregados de fluxos) 78 39

40 DiffServ Classes de Tráfego Premium service Serviço equivalente a linha alugada Típico para tráfego de voz (banda garantida) Mínimo atraso, jitter, perdas Descarta pacotes se exceder o tráfego de pico Assured service Melhor que o serviço best effort Se os pacotes estão dentro do perfil, são entregues com elevada probabilidade Se estão fora do perfil (marcados na entrada) têm baixa probabilidade de entrega Best Effort service 79 DiffServ Per Hop Behaviours (PHBs) PHB é um mecanismo de suporte a um dado serviço num nó O serviço Premium é suportado pelo PHB Expedited Forwarding (EF) O serviço Assured é suportado pelo PHB Assured Forwarding (AF) DiffServ Codepoint (DSCP) BE EF 80 40

41 DiffServ PHB AF AF é uma família de 4x3 PHB: 4 classes: AF1, AF2, AF3 e AF4: Isolam fluxos de diferentes tipos de aplicações (UDP, TCP) 3 precedências de descarte em cada classe Permitem degradação progressiva de pacotes (ex: MPEG) Classes AF AF 1 AF 2 AF 3 AF 4 Low Drop Precedence Medium Drop Precedence High Drop Precedence DiffServ Entidades Classificador Marcador Condicionador (Shaper/Dropper) Medidor Classificação baseada no DSCP ou outros campos do cabeçalho Medição de tráfego, de acordo com o perfil definido no SLA Muda o campo DS de acordo com a informação do Medidor Pode atrasar os pacotes de modo a cumprir o perfil ou eliminá-los 82 41

42 QdS em Redes IP Modelos de Redes IP Modelo de Melhor Serviço (Best Effort) Modelo de Serviços Integrados (IntServ) Modelo de Serviços Diferenciados (Diff- Serv) MPLS (Multiprotocol Label Switching) QdS em IPv6 83 MPLS (Multiprotocol Label Switching) MPLS é um mecanismo de envio, orientado à conexão (connection-oriented) Link layer H. (ATM, FR) MPLS shim Network layer H. (IP) Data Label value (20 bit) EB BS (3 bit) (1 bit) Time to Live (8 bit) EB Experimental bits BS-Bottom of Stack 84 42

43 QdS em MPLS Tecnologia orientada à conexão: a rota é determinada para todos os pacotes, antes do envio do primeiro é conservada a ordem dos pacotes permite fazer reserva de recursos de transmissão e comutação para garantir a qualidade do serviço Permite definir QdS em cada LSP Permite Engenharia de tráfego 85 QdS em Redes IP Modelos de Redes IP Modelo IP Clássico Modelo de Serviços Integrados (IntServ) Modelo de Serviços Diferenciados (DiffServ) MPLS (Multiprotocol Label Switching) QdS em IPv

44 QdS em IPv6 Suporte de IntServ: Flow Label (20 bit) identifica fluxos específicos que requerem QdS As fontes escolhem os seus valores de Flow Label Os routers usam Source Addr + Flow Label para identificar fluxos distintos Flow Label 0 usado para best effort 87 QdS em IPv6 Suporte de DiffServ: Traffic Class (8 bit) usada para identificar classes de pacotes com QdS especial Análogo ao campo DSCP de IPv4 Pode ser inicializada pelas fontes ou pelos routers; Pode ser alterada pelos routers de trânsito Traffic Class 0 usado para serviço best effort 88 44

45 Arquitectura de QdS: blocos funcionais Medidas de Tráfego Controlo de Admissão QdS Routing Reserva de Recursos Policiamento Plano de Controlo Restauração de Serviço Gestão de Buffers Prevenção de Congestão Marcação de Pacotes Queuing e Escalonamento SLA Plano de Dados Formatação de Tráfego Policiamento de Tráfego Classificação de Tráfego Plano de Gestão 89 45