10. Gestão de Tráfego e QoS ATM. - Parâmetros de desempenho ATM

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1 10. Gestão de Tráfego e QoS ATM - Definições: Célula bem sucedida na entrega Célula errada: célula bem sucedida na entrega ao destinatário correcto, mas com erros. Célula perdida: devido a sobrecarga nos buffers ou a erros não corrigidos no cabeçalho. Célula mal inserida: devido a erros no cabeçalho. Atraso de transferência de uma célula: intervalo de tempo para transferir uma célula entre dois pontos da rede. - Parâmetros de desempenho ATM Taxa de células perdidas (Cell Loss Ratio - CLR): razão entre o número de células perdidas e a soma do número de células perdidas e de entrega bem sucedida. Taxa de células erradas (Cell Error Ratio - CLR): razão entre o número de células erradas e o número de células bem sucedidas na entrega. Taxa de células mal inseridas (Cell Misinsertion Rate - CMR): número de células inseridas num intervalo de tempo especifico. 1

2 Atraso médio de transferência de células (Mean Cell Transfer Delay MCTD): média aritmética de um número especificado de atrasos de transferência de células. Variação do atraso (Cell Delay Variation - CDV): diferença entre uma única observação de um atraso de transferência de uma célula e o atraso médio na mesma conexão. CMR << CLR <<CER (normalmente) 2

3 Controlo de tráfego O objectivo do controlo de tráfego numa rede ATM é proteger a rede de modo a atingir os objectivos de desempenho para a rede e optimizar o uso dos recursos da rede. Controlo para aceitação de conexão Procedimentos de controlo de tráfego em ATM Controlo dos parâmetros do utilizador Controlo de prioridades Controlo de congestão Controlo para aceitação de conexão (CAC) Conjunto de acções efectuadas pela rede na fase de estabelecimento de uma chamada de modo a determinar se uma conexão VP/VC pode ser aceite ou é rejeitada. Uma conexão só pode ser aceite se existirem recursos suficientes na rede para estabelecer a conexão com a qualidade de serviço requerida, sem afectar a qualidade de serviço das restantes conexões. 3

4 Os parâmetros para suportar CAC são: Descrição das características do tráfego da fonte ritmo médio (Sustainable Cell Rate - SCR) ritmo de pico (Peak Cell Rate - PCR) duração do pico (Intrinsic Burst Tolerance - IBT) ritmo mínimo (Minimum Cell Rate - MCR) Classe de qualidade de serviço requerida. Controlo de parâmetros do utilizador (UPC) Conjunto de acções efectuadas pela rede para monitorar e controlar o tráfego, em termos de tráfego oferecido e validade do encaminhamento das células. O principal objectivo é proteger os recursos da rede de utilizadores mal intencionados/mal comportados, que podem afectar negativamente a qualidade de serviços das conexões existentes. A monitorização dos parâmetros do utilizador implica: verificar a validade dos valores VPI/VCI. medir o volume de tráfego em conexões VP/VC activas medir o volume de tráfego total numa ligação de acesso 4

5 UPC pode tomar as seguintes acções: passar a célula marcar a célula (CLP = 0 CLP = 1) eliminar a célula libertar a conexão Os algoritmos UPC têm como características: possibilidade de detectar situações ilegais de tráfego selectividade no intervalo de variação dos parâmetros tempo de resposta rápida a violações dos parâmetros simplicidade de realização. Exemplo: Generic Cell Rate Algorithm (GCRA) 5

6 Controlo de prioridade O utilizador pode gerar fluxos de células com prioridades diferentes, através do bit CLP. Se necessário, um elemento da rede pode eliminar células de baixa prioridade, para garantir a qualidade de serviço para as células com maior prioridade. Controlo de congestão Congestão: estado da rede, em que devido a excesso de tráfego e/ou sobrecarga dos recursos da rede, a rede não é capaz de garantir a qualidade de serviço negociada para as conexões existentes. Controlo de congestão é um conjunto de acções efectuadas pela rede para minimizar a intensidade, o âmbito e a duração de congestão. Funções identificadas para o controlo de congestão são: eliminação selectiva de células indicação explícita de congestão para os elementos de rede seguintes. 6

7 Generic Cell Rate Algorithm OAlgoritmodeRitmodeCélula Genérico(GCRA - Generic Cell Rate Algorithm) é utilizado para definição de conformidade para as fontes de tráfego de ritmo variável. Este método é vulgarmente conhecido por algoritmo de balde furado (em inglês, Leaky Bucket), podendo ser graficamente representado pela seguinte figura, em que se arbitraram os parâmetros I=5 e L=15. O parâmetro I é função do ritmo PCR contratado e o parâmetro L é função do IBT da rede. 7

8 De cada vez que é recebida uma célula o contador é incrementado de I unidades, o que no exemplo apresentado corresponde a 5 unidades. Por cada unidade de tempo o contador é decrementado de uma unidade. Enquanto o contador não atingir o valor do parâmetro L (correspondente ao "balde cheio), a célula é aceite. Caso o contador ultrapasse o valor de L a célula é marcada com CLP=1. 8

9 Exemplo Ritmo de chegada de células de 0 a 30 células/s. Ritmo de fuga de 10 células/s. Dimensão do balde de 30 células. E se num segundo chegarem 40 células? 9

10 Classes de Qualidade de Serviço (QoS) ITU-T I.356 Classe 1 (stringent): Classe de QoS por omissão - CLR baixo. A classe 1 requer buffers pequenos (100 células) Classe 2 (tolerant): Classe de QoS de altos CDV/CTD, mais elevados que na classe 1. A Classe 2 não põe requisitos na CDV. São requeridos nesta classe buffers maiores (>1000 células) que na classe 1. Classe 3 (bi-level): Classe de QoS de alto CLR. Valores de CLR maiores que na classe 1 e requisitos de CDV menos rigorosos que na classe 1. São necessários buffers pequenos. Classe U: Classe de QoS sem especificação de limites de parâmetros de QoS. 10

11 Capacidades de Transferência ATM Uma capacidade de Transferência ATM ATM Transfer Capability - ATC) suporta o serviço da camada ATM e uma QoS associada através de um conjunto de parâmetros de tráfego e procedimentos. CBR(Constant Bit Rate) ATCs VBR(Variable Bit Rate) ABR(Available Bit Rate) GFR (Guaranteed Frame Rate) UBR (Unspecified Bit Rate) Definidas pelo ATM Forum ATCs DBR(Deterministic Bit Rate) SBR(Statistical Bit Rate) ABR(Available Bit Rate) ABT (ATM Block Transfer) GFR (Guaranteed Frame Rate) Definidas pela ITU-T 11

12 Equivalências ATMF ITU-T CBR < > DBR rt VBR < > SBR nrt VBR < > SBR ABR < > ABR UBR < > Classe de QoS = U < > ABT GFR < > GFR 12

13 CBR Usada em conexões ATM que requerem um ritmo constante durante todo o tempo de vida da conexão. Descritor de tráfego da fonte: PCR, tolerância CDV Classe QoS usada: inclui CLR especificada (CLP=0+1) e CDV máximo. VBR Usada em conexões para aplicações não-cbr, em que se conhecem as características de tráfego a priori. Existem duas variantes: rt-vbr (real-time VBR) e nrt-vbr (non-real-time VBR). Nrt-VBR é mais tolerante que rt-vbr em termos dos parâmetros CTD e CDV, admitindo uma maior multiplexagem estatística. Descritor de tráfego da fonte: PCR, SCR e tolerância CDV Classe QoS: CLR especificado CDV e CTD específicas (opcional) 13

14 ABR Fornece uma largura de banda variável na conexão, dependendo da carga da rede e dos requisitos da conexão. O valor real da largura de banda é controlado pela troca de células RM. A ideia é que um utilizador capaz de adaptar as suas características de tráfego às características variáveis da conexão terá um CLR baixo. Descritor de tráfego: PCR, MCR ( Minimum Cell Rate ) Classe QoS: CLR especificado (CLP=0) ABT Bloco de células de comprimento variável, contido entre duas células RM. Cada bloco é transmitido a ritmo constante. O ritmo de cada bloco é negociado. O PCR do bloco é conhecido por BCR ( Block Cell Rate ). Descritor de tráfego: PCR max, SCR Classe QoS: CLR, CDV especificado (CLP=0+1). 14

15 GFR A categoria de serviço GFR é usada por utilizadores que não têm capacidade de especificar os parâmetros de tráfego necessários para requerer a maioria dos serviços ATM, nem tenham a capacidade para reduzir ou aumentar o seu ritmo de informação consoante a rede o requerer. O serviço GFR é adequado para aplicações de não tempo-real, em que as as células do utilizador estejam organizadas em tramas. Este serviço proporciona ao utilizador uma garantia de MCR, para um determinado Maximum Frame Size (MFS) e um Maximum Burst Size (MBS), ambos expressos em unidades de células. Está implícito nesta garantia de serviço que se o utilizador enviar células que não excedam o MFS num burst que não exceda o MBS, todas as tramas serão transmitidas pela rede com perdas muito baixas. O serviço GFR permite que o utilizador envie tráfego que exceda os parâmetros referidos, contudo a transmissão desse tráfego não é garantida, estando sujeita à eventual disponibilidade dos recursos da rede. UBR A categoria de serviço UBR define um serviço de melhor esforço, sem requisitos de específicos de desempenho. Serve para aplicações muito tolerantes a perdas e atraso, e permite um elevado grau de multiplexagem estatística. 15

16 Available Bit Rate ABR Há muitas aplicações que não têm um valor médio de ritmo bem definido, tal como no VBR sendo apenas possível definir um valor mínimo e um valor máximo do ritmo expectável. Descritor de Tráfego: Peak Cell Rate (PCR) e Minimum Cell Rate (MCR). O valor de MCR pode ser zero. A banda disponível na rede para as conexões ABR pode variar, sendo a soma de todos os MCR adicionada de um valor variável que resulta da partilha da capacidade disponível entre todas as conexões ABR activas de acordo com critérios de justiça. Mecanismo de controlo de fluxo que suporta vários tipos de realimentação para controlar o ritmo da fonte: E.g., protocolo de realimentação em malha fechada baseado em ritmos utilizando células de gestão de recursos RM (Resource Management) transmitidas entre cada conjunto de células de dados (Nrm=32 em geral). 16

17 Para cada conexão ABR o ritmo disponível, definido por ACR (Allowed Cell Rate) é dado pela expressão: MCR <= ACR <= PCR O ritmo da fonte Rs é definido pela expressão: Rs <= ACR Foram definidos dois tipos de controlo de fluxo ABR: Realimentação binária Ritmo explícito 17

18 Controlo de Fluxo com Realimentação Binária A realimentação binária é caracterizada pelo facto de um elemento da rede, quando num estado de congestionamento de recursos, utilizar informação binária (bits CI (Congestion Indicator) e NI (No Increase) nas células RM (FRM - célula RM no sentido Forward / BRM - célula RM no sentido Backward), ou bit EFCI (Explicit Forward Congestion Indicator) nas células de dados ) para reportar a outros elementos da rede, nomeadamente às fontes de transmissão de dados ABR, que deverão reduzir os seus ritmos de transmissão. 18

19 Controlo de Fluxo com Ritmo Explícito A realimentação com ritmo explícito é caracterizada pelo facto de um elemento da rede receber e utilizar o ritmo corrente de transmissão das fontes (campo CCR (Current Cell Rate), nas células FRM) para calcular e posteriormente, quando num estado de congestionamento de recursos, indicar às mesmas fontes ABR, o valor do ritmo de transmissão que estas não deverão ultrapassar (campo ER - Explicit Rate), nas células BRM). Este método, apesar de mais complexo, é mais justo e eficaz na atribuição de largura de banda aos vários VCs que transitam nos comutadores que o utilizam, pois apenas os VCs cujo ritmo corrente for superior ao ritmo dado pelo comutador (ritmo justo) deverão reduzir o seu ritmo de transmissão. 19

20 Pseudo-código de uma fonte ABR: recebe célula BRM (CI, ER) da rede if CI=1 ACR = ACR - ACR*RDF /* multiplicative decrement */ else (CI=0) ACR = ACR + RIF*PCR /* additive increment */ ACR = min(acr, PCR) ACR = min(acr, ER) ACR = max(acr, MCR) RDF - Rate Decrease Factor RIF - Rate Increase Factor 20