Qualidade de Serviços em Redes IP. Edgard Jamhour

Transcrição

1 Qualidade de Serviços em Redes IP

2 Tipos de Comutação e Qualidade de Serviço slot de tempo = canal N 1 2 N quadro... circuito sincronismo de quadro cabeçalho dados... t pacote

3 Medidas de Desempenho recebido atraso transmitido tempo tempo jitter tempo perda tempo

4 Excesso de Tráfego e Desempenho A (100Mbps) atraso da fila D (variável) C (100 Mbps) D (50 Mbps) B (100 Mbps) 1 2 atraso de propagação (fixo) E (50 Mbps) atraso da fila C (variável) atraso da fila E (variável) densidade de probabilidade ATRASO VARIÁVEL ACEITÁVEL ATRASO INACEITÁVEL (Dados Perdidos) 1- ATRASO Atraso Fixo Variação de Atraso (Jitter) Máximo Atraso Aceitável

5 Medidas de Disponibilidade TBF = 13 TBF = 18 1 h 12 h 2 h 16 h falha funcionando falha funcionando tempo TTR= 1 TTR= 2 Taxa de Falhas = 2/31 = uma falha a cada 15.5 horas MTBF = (13+18)/2 = 15.5 MTTR = (1+2)/2 = 1.5 Disponibilidade = (MTBF - MTTR)/ MTBF Disponibilidade = ( ) / 15.5 = 0,90 (90%)

6 SLA: Acordo de Nível de Serviço Provedor de Serviço A B SLA Os pacotes que forem enviados de A para B em a uma taxa de até 1 Mbps, terão uma perda máxima de 0.01% e um atraso médio inferior a 5 ms

7 Necessidade de QoS em Redes IP priorização condicionamento de tráfego descarte preventivo CPE CPE CPE PPPoE controle de admissão policiamento ISP externo B-RAS CPE CPE CPE usuário acesso núcleo núcleo

8 Requisitos de QoS Classe de Serviço Necessidade de banda Tolerância em relação a... Perda de Pacotes Atraso Jitter VoIP baixa muito baixa muito baixa muito baixa Video Conferência média baixa/média muito baixa alta Streaming de vídeo alta baixa/média média alta Dados sensíveis ao atraso variável baixa baixa/média alta Dados de grande vazão alta baixa média/alta alta Padrão (melhor esforço) variável alta alta alta

9 Metodologias de QoS host 2. sinalização sinalização sinalização sinalização nó nó nó host 1. Mecanismo de QoS Priorização Descarte Etc. 3. Ferramenta de Gerenciamento Políticas de QoS (SLA, Controle de Admissão)

10 Metodologias de QoS mais QoS Serviços Integrados Controle de recursos por fluxo ao longo de um caminho pré-definido MPLS Controle de recursos para tráfego agregado ao longo de um caminho pré-definido Serviços Diferenciados Controle de recursos para tráfego agregado sem caminho pré-definido menos QoS Melhor Esforço Ausência de controle de recursos. O primeiro pacote a chegar é o primeiro a ser atendido.

11 Serviços Integrados e RSVP RSVP Resource Reservation Protocol 1. Solicita conexão com o servidor Aplicação Multimídia Servidora 2. Informa requisitos para o cliente (PATH) 3. Solicita Reserva (RESV) Aplicação Multimídia Cliente 4. Confirma Reserva (RESVconf) Servidor Cliente

12 Comportamento do Tráfego O que a rede deve suportar? Taxa média ou Taxa de Pico? taxa (bytes/s) p r t A a taxa média não provoca nenhum atraso VoIP sem supressão de silêncio Comportado p: taxa de pico r: taxa média taxa (bytes/s) p r t Atribuir a taxa média prova um pequeno atraso VoIP com supressão de silêncio Comportado taxa (bytes/s) p r t Atribuir a taxa média prova um grande atraso Vídeo compactado Não comportado

13 O Modelo Balde de Fichas (Token Bucket) Permite descrever diversos tipos de tráfego saída (bytes/s) Modelo da fonte transmissora r bytes/s d <= b/p p r t R b bytes Reserva no roteador chegada F saída p bytes/s B reserva R Serviço Garantido se r <= R

14 Exemplo de Reserva RSVP Roteadores usam filas múltiplas para controlar o QoS 2 Roteador congestionado Fila lenta 15ms Fila rápida 5ms Servidor PATH 3 1 Cliente Folga 5 ms 5 Mbps Folga 30 ms

15 Elementos de um Nó RSVP ENTRADA DADOS FLUXO RSVP Roteamento ENTRADA controle de admissão controle de política configuração Classificador da Interface Policiador Fila de Saída Policiador Fila de Saída Medidor Escalonador SAÍDA FLUXO RSVP SAÍDA DADOS

16 Serviços Diferenciados cliente ROTEADOR DE BORDA ROTEADOR DE NÚCLEO DOMÍNIO DIFFSERV

17 Agregação de Fluxo Fluxos individuais Regras individuais para cada fluxo usuário A nível ouro usuário B nível prata usuário C nível bronze usuário D nível bronze borda 1 Fluxos agregados núcleo 1 núcleo 2 usuário E nível ouro usuário F nível ouro usuário G nível bronze usuário H nível bronze borda 2 Regras apenas para os fluxos agregados ouro, prata e bronze

18 Differentiated Services (DS) Field DS FIELD DSCP (6 bits) ECN (2 bits) VERS HLEN TOS Comprimento Total ID 8 bits FLG Deslocamento TTL Protocolo CheckSum Cabeçalho IP Origem IP Destino Dados...

19 PHB s Padronizados B'xxxxx0' PHBs padronizados B'xxxx11' PHBs de uso experimental ou local. B'xxxx01' PHBs sem atribuição DS5 DS4 DS3 DS2 DS1 0 ECN ECN Seletores de Classe Códigos dentro da classe 0 PHB Padronizado

20 PHBs Padronizados prioridade DF AF 1 AF 2 AF 3 AF 4 EF b Baixa Preferência de Descarte AF11 b'010000' AF21 b'011000' AF31 b'100000' AF41 b'101000' b Média Preferência de Descarte AF12 b'010010' AF22 b'011010' AF32 b'100010' AF42 b'101010' Alta Preferência de Descarte AF13 b'010100' AF23 b'011100' AF33 b'100100' AF43 b'101100'

21 PHBs Padronizados: RFC 4594 Classe de Serviço DSCP Tratamento na Borda Tolerância para Escalonament o Perda Atraso Jitter Telefonia EF Nenhum muito baixa muito baixa muito baixa prioridade Conferência Multimídia AF4(1-3) Marcação em até três cores de acordo com a taxa de chegada. baixa/ média muito baixa alta taxa Streaming Multimídia AF3(1-3) baixo/ médio médio alta taxa Dados sensíveis a atraso AF2(1-3) baixo baixa/alto alta Dados de grande vazão AF1(1-3) baixo médio/alta alta Standard (Best Effort) DF taxa

22 Elementos de um Nó Diffserv INTERFACE DE SAIDA ENTRADA Classificador Policiador Marcador Policiador Marcador Policiador Marcador Descartador Descartador Descartador Fila de Saída Fila de Saída Fila de Saída Medidor Formatador de Tráfego SAÍDA SAÍDA

23 Classificador: CORE e EDGE Se IPsrc= /24 e AF11 Se IPsrc= /24 Se AF1 Se AF2 Se AF3 Se IPsrc= /24 e TCP e PORTdst 80 ENTRADA ENTRADA Classificador Classificador Policiador Policiador Policiador Policiador Policiador Policiador Marcador Marcador Marcador Marcador Marcador Marcador Descartador Descartador Descartador Descartador Descartador Descartador Fila de Saída Fila de Saída Fila de Saída Fila de Saída Fila de Saída Fila de Saída Formatador de Tráfego Formatador de Tráfego SAÍDA SAÍDA

24 Policiador e Marcador rate 500 kbps rate 500 kbps tráfego chegada balde 1 (62,5kbytes) balde 2 (62,5kbytes) X dro p ENTRADA AF11 AF12 Classificador Policiador Marcador Policiador Marcador Policiador Marcador Se não houver transbordo no balde 1: Marcar com AF11 Se houver transbordo no balde 1: Passar ao balde 2 Se não houver transbordo no balde 2: Marcar com AF12 Se houver transbordo no balde 2 Descartar Descartador Descartador Descartador Fila de Saída Fila de Saída Fila de Saída Formatador de Tráfego SAÍDA

25 Formador de Tráfego com Balde de Fichas FILA 1 b=2 b=1 p=2 r=1 saída (bytes/s) Formatador b=1 b=1 p=2 r=1 Tráfego Entrada t Tráfego Saída t Regra: Aplicar PHB A para Fila 1

26 Formatado de Tráfego INJUSTO (UNFAIR): A fila mais prioritária é servida enquanto houver pacotes Algumas filas podem nunca transmitir pacotes Linha de atraso (supor que todos os pacotes chegaram juntos) JUSTO (FAIR): Cada fila é associada a um token bucket A fila mais prioritária é servida enquanto não ultrapassar a especificação do bucket r = 1 Mbps, b= 64Kbytes Video Conf. Video Stream. Dados Interativos AF 4 AF 3 AF 2 r = 1 Mbps, b= 64Kbytes r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes r = 4 Mbps, b= 0Kbytes Escolhe de qual fila o pacote será retirado para encaminhamento Enlace com capacidade de 4 Mbps SAÍDA Dados Download AF 1

27 Descartador Um novo pacote está chegando para a classe AF4: Fila Máxima 10 ms - Se a fila estiver com mais de 90 de ocupação descartar o pacote - Se a fila estiver entre 75 e 90% de ocupação aceitar apenas AF41 - Se a fila estiver entre 50 e 70% de ocupação aceitar AF41 e AF42 - Se a fila estiver entre 0 e 50% de ocupação aceitar AF41, AF42 e AF43 r = 1 Mbps, b= 64Kbytes Video Conf. Video Stream. Dados Interat. AF 4 AF 3 AF 2 r = 1 Mbps, b= 64Kbytes r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes r = 4 Mbps, b= 0Kbytes Escolhe de qual fila o pacote será retirado para encaminhamento Enlace com capacidade de 4 Mbps SAÍDA Dados Download AF 1

28 SLA: Service Level Agreement PROVEDOR BACKBONE cliente EF, AF4 cliente AF1, AF2 AF1, EF NÓ ENTRE DOMÍNIOS Remarcar AF4 para EF Remarcar AF2 para AF1 Classificador ENTRADA Se EF, AF4 Remarca para AF4 Policiador Policiador Marcador Marcador Descartador Descartador Fila de Saída Fila de Saída Formatador de Tráfego Se AF2, AF1 Remarca para AF 1

29 MPLS X Roteamento Tadicional (Hop by Hop) Nova demanda 50 Mbps para /25 Melhor caminho: Para /24: Para /24: Mbps para /25 Cliente 50 Mbps para /24 1 1Gbps [900] 100Mbps [50] Mbps [100] 100Mbps [0] 3 1Gbs [900] / / /25 100Mbps [50] 100Mbps [100] 5 100Mbps [50] /24

30 Roteamento MPLS 50 Mbps para /25 com LABEL Mbps para /25 com LABEL 10 Cliente 50 Mbps para /24 com LABEL SE LABEL de entrada for 30 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 31 SE LABEL de entrada for 10 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 11 SE LABEL de entrada for 20 ENTÃO enviar para 4 com LABEL SE LABEL de entrada for 31 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 32 SE LABEL de entrada for 11 ENTÃO enviar para 3 com LABEL / / /25 LSP: Label Switch Path /24

31 Conclusão Para suportar QoS, diversos mecanismos de controle de tráfego precisam estar disponíveis em roteadores e outros elementos de rede. Atualmente, três metodologias de QoS são empregadas em redes IP: Serviços Integrados: QoS por fluxo com protocolo de sinalização Serviços Diferenciados: QoS para grandes classes sem protocolo de sinalização. MPLS: QoS para caminhos específicos, com ou sem protocolo de sinalização.