Serviço best-effort. Internet rede baseada em datagramas. projeto original

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1 Serviço best-effort Internet rede baseada em datagramas pacotes (datagramas) tratados uniformemente encaminhamento feito da melhor maneira possível tratamento democrático em vez de privilégios projeto original tratamento diferenciado via campo ToS razões históricas sem implementações significativas» inicialmente, por simplicidade e poder computacional» implementações posteriores copiando trabalho pioneiro» atualmente, por compatibilidade 32 bits versão IHL tipo de serviço comprimento total identificação D M deslocamento de fragmento F F tempo de vida protocolo checagem do cabeçalho endereço de origem endereço de destino ToS = Type of Service para operar corretamente, todos os elementos de rede no caminho lógico devem honrar as informações do campo; na realidade de hoje da Internet, é quase impossível mudar a regra do jogo com ele andando opções (0 ou mais palavras de 32 bits) Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.1

2 Serviço best-effort tráfego computacional tradicional tipicamente em rajadas (com baixo duty-cycle) necessidades mais recentes multimídia (audio, video, telefonia pela rede) negócios (serviços de organizações tempo real) retomada de pesquisas» diversos mecanismos existentes Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.2

3 Congestionamento situação de congestionamento aumento na oferta de tráfego faz cair desempenho capacidade máx. de carga da sub-rede pacotes entregues pacotes oferecidos perfeito desejável congestionamento eventos que levam ao congestionamento» pacotes em linhas de entrada concentram-se em 1 saída apenas» falta de memória nos buffers dos roteadores» memória excessiva nos buffers dos roteadores duplicações dos pacotes tornam o cenário pior ainda» processadores lentos nas interfaces dos roteadores influência sobre situação de congestionamento» filas de pacotes e prioridades» limitações em buffers e descarte de pacotes» tempo de vida de pacotes pacotes começam a ser descartados por vencerem sua temporização controle de congestionamento garantir que a sub-rede carregue o tráfego oferecido controle de fluxo relacionado ao tráfego ponto-a-ponto entre um dado transmissor e um dado receptor Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.3

4 Requisitos de grande variação nos requisitos de aplicações típicas importância desses requisitos = Quality of Service, qualidade de serviço aplicação confiabilidade atraso jitter (variação atraso) banda correio eletrônico alta baixa baixa baixa+ transf. arquivos alta baixa baixa média+ web alta média baixa média login remoto alta média baixa baixa audio sob demanda baixa baixa alta média video sob demanda baixa baixa alta alta telefonia baixa alta alta baixa videoconferência baixa alta alta alta Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.4

5 Técnicas para superdimensionamento solução trivial, mas cara buffering (amortecimento) mascara-se o jitter criando-se folga de tempo (atraso) atraso deve cobrir o pior caso» atraso suficientemente grande pode atrapalhar Ex: stream de audio ou video é muito prejudicado em sua qualidade por qualquer jitter Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.5

6 Técnicas para modelamento do tráfego (fixando comportamento) regular taxa média e de rajada (ritmo de cada pacote)» princípio irregularidade no despacho piora congestionam. tráfego bem comportado» provedor pode garantir melhores condições a clientes leaky bucket (balde que vaza) pacotes liberados a taxa constante» analogia: vazamento do balde por furo taxa constante» balde cheio derramamento, perda (ou bloqueio) SLA = Service Level Agreement, acordo de qualidade de serviço entre cliente e provedor nº de pacotes constante em, p.ex., ATM, ou nº de bytes constante com pacotes de tamanho variável fluxo irregular, como no caso da torneira pouco ou muito aberta, é represado no balde e sempre liberado a uma taxa constante (desconsiderado o efeito da variação da pressão da água, nesta analogia) rede Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.6

7 Técnicas para token bucket (balde com bastões) balde armazena direitos de transmissão (bastões) se, é claro, a máquina não os está usando se necessário, máquina pode transmitir rajada do tamanho da quantidade de bastões armazenados tamanho máximo de rajada capacidade do balde = direito de transmissão rede bastões podem contabilizar direitos de transmissão de pacotes ou de bytes na figura, pode-se ver que a segunda rajada remetida por camada superior conseguiu ser enviada no ritmo mais rápido determinado pela banda passante disponível, pois créditos suficientes foram acumulados após a primeira rajada (que foi retardada por ausência de créditos) ao esgotarem-se os créditos, o ritmo de envio fica limitado ao ritmo de liberação dos créditos, cujos instantes estão representados pelos símbolos Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.7

8 Técnicas para a) tráfego desejado b) saída de um leaky bucket saída de um token bucket com capacidades de c) 250 KB d) 500 KB e) 750 KB f) saída de um token bucket de 500 KB alimentando um limitador leaky bucket de 10 MB/s Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.8

9 Técnicas para reserva de recursos implicações de se tentar regular tráfego» pacotes de um determinado fluxo devem seguir mesma rota» volatilidade típica de rede de datagrama torna difícil garantir» volta às origens quase estabelecimento de circuito virtual!!! recursos que podem ser reservados» banda passante» espaço em buffers» poder de processamento em roteador (ciclos de CPU) tráfego de dados é raramente regular problemas acontecem quando demanda próxima a limite» variações estatísticas ocasionam ociosidade temporária seguida de acúmulo repentino de pacotes a processar» atraso no processamento dificil de recuperar atraso extra por roteador λ = taxa média de demanda de pacotes µ = capacidade do roteador T = -- 1 µ λ µ 1 -- = atraso caso demanda seja regular y = λ µ correção para flutuação estatística em caso de falta, só resta descartar pacotes seguindo alguma política também, pode-se alocar buffers distintos para diferentes fluxos de dados Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.9

10 Técnicas para controle de admissão roteador decide sobre aceitação ou não de novo fluxo» supondo-se fluxos já massageados p/ ser bem comportados» pesando recursos vs. tolerância individual de aplicações especificação de fluxo» acordo inicial entre transmissor, sub-rede e receptor características da entrada taxa do balde com bastões (B/s) tamanho do balde c/ bastões (B) taxa de transmissão instantânea (B/s) tamanho máx. de pacote (B) tamanho mín. de pacote (B) influência taxa máxima de transm. em regime tamanho máximo de rajada taxa máxima por curtos períodos restrições de enlace, fragmentação poder de processamento de roteador controle em sub-redes de circuitos virtuais» controle dinâmico, com realimentação» controle de admissão de novos circuitos evita que situação problemática desmorone de vez» controle de roteamento de novos circuitos» negociação inicial a distinção entre controle de admissão em redes de datagramas e de circuitos virtuais vai ficando cada vez mais tênue contorna canais problemáticos sub-rede nunca aloca mais do que pode lidar Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.10

11 Técnicas para packet scheduling (escalonamento de pacotes) des-democratização no tratamento de pacotes fluxos de dados são individualizados pelo roteador» um fluxo pesado não poderá sufocar fluxos menores fair queueing» filas individuais por linha de saída e por fluxo» porém, fluxo que usa pacotes maiores recebe maior banda variação» contabilizar bytes e não pacotes weighted fair queueing (WFQ)» distinção mais fina entre fluxos, p.ex. nos pesados» Ex: servidor de arquivos vs. servidor de video volumes de dados podem ser até semelhantes, mas video tem restrições mais severas que arquivos simples Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.11

12 Integrated Services esforço da IETF para tratar fluxos de multimídia tráfego unicast caso particular de multicast RSVP uso exclusivo para reserva de recursos otimização de banda e eliminação de congestionamento grupos roteados via multicast com spanning trees estações enviam pedidos de reserva rumo ao remetente retorno da mensagem revela sucesso ou falha do pedido bandas reservadas em todo o trajeto desvantagens estabelecimento prévio de cada fluxo não escalável estado mantido nos roteadores vulnerável a crashes atualização de firmware infra-estrutura afora negociações não triviais entre roteadores» para estabelecimento de fluxos período Resource reservation Protocol protocolos adicionais para transmissão dos dados spanning tree árvore de envergadura ou de cobertura Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.12

13 Integrated Services compartilhamento eficiente de recursos Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.13

14 Differentiated Services abordagem posterior, mais simples, da IETF» sem prévio envolvimento dos roteadores» baseado em classes de tráfego, e não em fluxos individuais classes de tráfego com regras de encaminhamento» pré-estabelecidas em um domínio administrativo» redefinição do campo ToS no cabeçalho IP» não há recursos (estado) envolvidos nos roteadores regras são fixas» não há pré-negociação p.ex. um provedor querendo oferecer certa qualidade nos seus serviços Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.14

15 Differentiated Services Expedited Forwarding (encaminhamento agilizado) bastante simples duas classes de encaminhamento, regular e expedited suposição de que maior parte do tráfego é regular possível utilização de WFQ» estabelecer prioridades entre os tráfegos, conforme demanda Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.15

16 Differentiated Services Assured Forwarding (encaminhamento garantido) quatro classes de encaminhamento três políticas de descarte de pacotes para cada classe» baixa, média e alta efetivamente 12 classes diferentes de tratamento pacotes classificados e marcados para encaminhamento» no roteador de ingresso na infra-estrutura» ou na máquina emissora dos pacotes, o que é melhor utilização do campo ToS do IP cada classe com seus próprios recursos existe mais informação local para classificação mais correta e precisa dos pacotes Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.16

17 MPLS encaminhamento eficiente de pacotes pacote rotulado na admissão na infra-estrutura encaminhamento baseado nos rótulos roteamento é muito mais rápido recursos podem facilmente ser reservados no trajeto ToS não é suficiente; novo cabeçalho adicionado MPLS = MultiProtocol Label Switching em vez de nos endereços, efetivamente assimilando técnicas de circuitos virtuais Redes de Computadores versão Nov.04 Pág 52.17