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 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 2 atraso de propagação (fixo) fila com tamanho variável densidade de probabilidade atraso máximo Rede muito ocupada pacotes descartados atraso fixo atraso variável (jitter) atraso Rede pouco ocupada

5 Medidas de Disponibilidade TBF = 3 TBF = 8 h 2 h 2 h 6 h falha funcionando falha funcionando tempo TTR= TTR= 2 Taxa de Falhas = 2/3 = uma falha a cada 5.5 horas MTBF = (3+8)/2 = 5.5 MTTR = (+2)/2 =.5 Disponibilidade = (MTBF - MTTR)/ MTBF Disponibilidade = ( ) / 5.5 = 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 Mbps, terão uma perda máxima de 0.0% 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 2 3 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. 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. 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) r p 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 Se houver banda suficiente Se não houver banda suficiente 2 Servidor PATH 3 Total: 00 Mbps Per-Flow: Mbps Cliente RESV RESV Shared ou Distinct

15 Elementos de um Nó RSVP ENTRADA DADOS FLUXO RSVP Roteamento ENTRADA controle de admissão controle de política configuração Policiador Fila de Saída Classificador 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 Fluxos agregados núcleo 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'xxxx' PHBs de uso experimental ou local. B'xxxx0' PHBs sem atribuição DS5 DS4 DS3 DS2 DS 0 ECN ECN Seletores de Classe Códigos dentro da classe 0 PHB Padronizado

20 PHBs Padronizados prioridade DF AF AF 2 AF 3 AF 4 EF b Baixa Preferência de Descarte AF b'00000' AF2 b'0000' AF3 b'00000' AF4 b'0000' b 00 Média Preferência de Descarte AF2 b'0000' AF22 b'000' AF32 b'0000' AF42 b'000' Alta Preferência de Descarte AF3 b'0000' AF23 b'000' AF33 b'0000' AF43 b'000'

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(-3) Marcação em até três cores de acordo com a taxa de chegada. baixa/ média muito baixa alta taxa Streaming Multimídia AF3(-3) baixo/ médio médio alta taxa Dados sensíveis a atraso AF2(-3) baixo baixa/alto alta Dados de grande vazão AF(-3) baixo médio/alta alta Standard (Best Effort) DF taxa

22 Elementos de um Nó Diffserv ENTRADA 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 AF Se IPsrc= /24 Se AF 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 (62,5kbytes) balde 2 (62,5kbytes) X drop ENTRADA AF AF2 Classificador Policiador Marcador Policiador Marcador Policiador Marcador Se não houver transbordo no balde : Marcar com AF Se houver transbordo no balde : Passar ao balde 2 Se não houver transbordo no balde 2: Marcar com AF2 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 b=2 b= p=2 r= saída (bytes/s) Formatador b= b= p=2 r= Tráfego Entrada t Tráfego Saída t Regra: Aplicar PHB A para Fila

26 Formatado de Tráfego INJUSTO (UNFAIR): A fila mais prioritária é servida enquanto houver pacotes Algumas filas podem nunca transmitir pacotes JUSTO (FAIR): Cada fila é associada a um token bucket A fila mais prioritária é servida enquanto não ultrapassar a especificação do bucket r = Mbps, b= 64Kbytes Video Conf. Video Stream. Dados Interativos AF 4 AF 3 AF 2 r = 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

27 Descartador Um novo pacote está chegando para a classe AF4: Fila Máxima 0 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 AF4 - Se a fila estiver entre 50 e 70% de ocupação aceitar AF4 e AF42 - Se a fila estiver entre 0 e 50% de ocupação aceitar AF4, AF42 e AF43 r = Mbps, b= 64Kbytes Video Conf. Video Stream. Dados Interat. AF 4 AF 3 AF 2 r = 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

28 MPLS X Roteamento Tadicional (Hop by Hop) Nova demanda 50 Mbps para /25 Melhor caminho: Para /24: -2-3 Para /24: Mbps para /25 Cliente 50 Mbps para /24 Gbps [900] 00Mbps [50] Mbps [00] 00Mbps [0] 3 Gbs [900] / / /25 00Mbps [50] 00Mbps [00] 5 00Mbps [50] /24

29 Roteamento MPLS LFIB LABEL Forwarding Information Base SE LABEL de entrada for ENTÃO enviar para 2 com LABEL 2 00 Mbps para /25 com LABEL 0 Cliente if0 if / / /25 4 LSP: LABEL Switch Path /24

30 Roteamento MPLS SE LABEL de entrada for ENTÃO enviar para 2 com LABEL SE LABEL de entrada for 2 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 2 SE LABEL de entrada for 3 ENTÃO enviar para 4 com LABEL SE LABEL de entrada for 2 ENTÃO enviar para 4 com LABEL SE LABEL de entrada for ENTÃO enviar para 3 com LABEL Cliente / / /25 LSP: LABEL Switch Path /24

31 LSR x LER Se destino REDE A então inserir LABEL e enviar para B Se destino REDE B então inserir LABEL 2 e enviar para B pacotes sem rótulo pacotes com rótulo C LER de Egresso rede A A B E F G LER de Ingresso LSR pacotes com rótulo rede B pacotes sem rótulo Se chegar pacote LABEL, remover o LABEL e encaminhar para REDE A Se chegar pacote LABEL 2, remover o LABEL e encaminhar para REDE B

32 Forwarding Equivalence Class (FEC) FEC /24 LSR2 LSR3 LER /24 LER 2 LSR 3 FEC2 LSR4 LER /24 BE Se FEC inserir LABEL e enviar para LSR Se FEC2 inserir LABEL 2 e enviar para LSR Se FEC3 inserir LABEL 3 e enviar para LSR FEC /24 EF

33 Cabeçalho MPLS e Empilhamento de LABELs LABEL do topo LABEL empilhado Cabeçalho L2 2 3 Cabeçalho L3 LABEL Exp 0 TTL LABEL 2 Exp 0 TTL LABEL 3 Exp TTL O valor do campo S do último rótulo é 0

34 LABEL Switching com Tunelamento Site A Site B A G C D E F B H A G C D E F B H

35 LDP - LABEL Distribution Protocol ID do LSR PDU/LDP header PDU msg LDP header TLV TLV sub TLV sub TLV msg LDP header TLV TLV Tipos TLV opcionais 00 Fec 0 Address List 03 Hop Count 04 Path Vector 200 Generic Label 20 ATM Label 202 Frame Relay Label 300 Status 30 Extended Status 302 Returned PDU 303 Returned Message 400 Common Hello Parameters. 40 Transport Address 402 Configuration Sequence Number 500 Common Session Parameters 50 ATM Session Parameters 502 Frame Relay Session Parameters 600 Label Request Message ID

36 LDP - LABEL Distribution Protocol LSR Ativo (maior ID) Hello (UDP) LSR Passivo (menor ID) Conexão TCP Inicialização de Sessão (IS) (IS) ou notificação de erro Keep Alive (KA) tempo de KA tamanho max PDU Anúncio de Endereços de Interface Solicitação de LABEL (LABEL Request) Anúncio de LABEL (LABEL Mapping) Remoção de LABEL (LABEL Withdraw) Liberação de LABEL (LABEL Release)_ Indica todos os endereços do LSR Utilizado apenas na distribuição de rótulos sob demanda Controla o mapeamento de FECs em LABELs

37 Downstream Não-solicitado Downstream LABELS LSP p/ FEC 64.2 LER Oferta para p/ FEC 64.2 com label #50 LSR 2 Oferta para FEC 64.2 com label #00 LSR 3 LABEL de entrada = #20 FEC = 64.2 LABEL de saída = #50 Próx. vizinho = LSR2 LABEL de entrada = #50 FEC = 64.2 Rótulo de saída = #00 Próx. vizinho = LSR3 LABEL de entrada = #00 FEC = 64.2 LABEL de saída = #34 Próx. vizinho = LSR4 DADOS Upstream

38 Downstream Sob Demanda Downstream LABELS LSP p/ FEC 64.2 Requisição de atribuição para 64.2 Requisição de atribuição para 64.2 LER Atribuição de label #50 p/ FEC 64.2 LSR 2 Atribuição de label #00 p/ FEC 64.2 LSR 3 LABEL de entrada = #20 FEC = 64.2 LABEL de saída = #50 Próx. vizinho = LSR2 LABEL de entrada = #50 FEC = 64.2 LABEL de saída = #00 Próx. vizinho = LSR3 LABEL de entrada = #00 FEC = 64.2 LABEL de saída = #34 Próx. vizinho = LSR4 DADOS Upstream

39 Combinando formas de Distribuição Solicitação de LABEL para FEC Solicitação de LABEL para FEC LER Anúncio Solicitado LABEL 4 para FEC LSR 2 Anúncio Solicitado LABEL 3 para FEC LSR 3 Anúncio não solicitado LABEL 2 FEC LSP p/ FEC LSR 5 Anúncio não solicitado LABEL LSR 4

40 CR-LDP - Constraint-Based LDP ID do LSR PDU/LDP header PDU msg LDP header TLV TLV sub TLV sub TLV msg LDP header TLV TLV Tipos TLV adicionais 82 LSPID 822 ResCls 503 Optical Session Parameters 800 Explicit Route ER-Hop TLVS 80 Traffic Parameters 820 Preemption 823 Route Pinning 90 Optical Interface Type 920 Optical Trail Desc 930 Optical Label 940 Lambada Set

41 Restrição por Roteamento Explícito Requisição de LABEL com Rota Explicita: 2, 3, 5 Requisição de LABEL com Rota Explícita: 3, 5 LER LSR 2 Anuncia o LABEL 30 Anuncia o LABEL 20 LSR 3 Anuncia o LABEL 0 Requisição de LABEL com Rota Explícita: 5 LSR 4 LSR 5 * (estrito) + (flexível) A*:B*:D*:E*:G* A*:F+:G* A B C D E F G LSP

42 Restrição por Parâmetros de Tráfego Requisição de LABEL com Tráfego Prometido e Serviço Desejado Requisição de LABEL com Tráfego Prometido e Serviço Desejado LER LSR 2 Anuncia o LABEL 30 Anuncia o LABEL 20 LSR 3 Anuncia o LABEL 0 Requisição de LABEL com Tráfego Prometido e Serviço Desejado LSR 4 LSR 5 LSP

43 Fluxo de Mensagens: CR-LDP A B C D LABEL Request 2 [Trafego] [Flag Neg.] LABEL Request [Reduzido] 3 LABEL Request [Reduzido] Notification 2* Notification 3* LABEL Mapping [Mínimo] 6 LABEL Mapping [Mínimo] 5 LABEL Mapping [Mínimo] 4 7 LABEL Release 8 LABEL Release 9 LABEL Release

44 Preempção A nova demanda irá derrubar o caminho vermelho 50 Mbps Configuração 2 50 Mbps Retenção 3 00 Mbps 50 Mbps Retenção Mbps 2 00Mbps 3 00Mbps / / /25 00Mbps 00Mbps 5

45 RSVP-TE (RSVP Traffic Extension) O RSVP-TE reutiliza todas as sete mensagens RSVP: Path: pedido de reserva (ingresso) Resv: confirmação de reserva (egresso) ResvConf: confirmação pelo ingresso ResvTear: desistência pelo egresso ResvErr: notificação de erro ao receber pedido de reserva PathErr: notificação de erro ao receber medido de path PDU/RSVP-TE PathTear: desistência pelo ingresso header PDU Tipo de Mensagem Objeto Objeto Objeto Objeto

46 Criação de um LSP com RSVP-TE. Path. Define a FEC de destino e restrições de caminho <2,3,4> e recursos 2. Path propagada para o próximo Nó LER LSR 2 LSR 3 LER 4 FEC LSP 5. Resv com a informação do Rótulo 3 4. Resv com a informação do Rótulo 2 3. Resv com a informação do Rótulo

47 Mensagens PATH e RESV PATH Ingress Session Service: IPv4-LSP Destination: Setup Prio 7 Hold Prio 7 Label Request Tspec bps Explicit Route , Egress RESV Flow Spec Filter Spec... LABEL Ingress Service Class Rspec Tspec IP origem Porta origem ou Flow LABEL Egress

48 Conclusão MPLS oferece a possibilidade de múltiplas rotas para o mesmo destino A definição dos caminhos pode ser feita de forma manual ou automática No modo automático utiliza-se protocolos de distribuição de LABELs. Dois protocolos são usados atualmente: CR-LDP RSVP-TE (Preferido pelo IETF)

49 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.