Qualidade de Serviços em Redes IP
Tipos de Comutação e Qualidade de Serviço slot de tempo = canal...... 1 2 N 1 2 N...... quadro... circuito sincronismo de quadro cabeçalho dados... t pacote
Medidas de Desempenho recebido atraso 1 2 3 4 transmitido tempo 1 2 3 4 tempo jitter 1 3 2 4 tempo perda 1 2 3 4 tempo
Excesso de Tráfego e Desempenho 1 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
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 = (15.5-1.5) / 15.5 = 0,90 (90%)
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
Necessidade de QoS em Redes IP priorização condicionamento de tráfego descarte preventivo CPE CPE CPE PPPoE controle de admissão policiamento 1 2 3 ISP externo B-RAS CPE CPE CPE usuário acesso núcleo núcleo
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
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)
Metodologias de QoS mais QoS Serviços Integrados Controle de recursos por fluxo ao longo de um caminho pré-definido MPLS Serviços Diferenciados Controle de recursos para tráfego agregado ao longo de um caminho pré-definido 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.
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
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
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
Exemplo de Reserva RSVP Servidor Se houver banda suficiente PATH RESV 2 3 1 Se não houver banda suficiente Total: 100 Mbps Per-Flow: 1 Mbps Cliente RESV Shared ou Distinct
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
Serviços Diferenciados cliente ROTEADOR DE BORDA ROTEADOR DE NÚCLEO DOMÍNIO DIFFSERV
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
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...
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
PHBs Padronizados prioridade DF AF 1 AF 2 AF 3 AF 4 EF b 000000 Baixa Preferência de Descarte AF11 b'010000' AF21 b'011000' AF31 b'100000' AF41 b'101000' b 101110 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'
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
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
Classificador: CORE e EDGE Se IPsrc=200.1.2.0/24 e AF11 Se IPsrc=200.10.1.0/24 Se AF1 Se AF2 Se AF3 Se IPsrc=200.1.2.0/24 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
Policiador e Marcador rate 500 kbps rate 500 kbps tráfego chegada balde 1 (62,5kbytes) balde 2 (62,5kbytes) X drop 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
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
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 Video Conf. Video Stream. Dados Interativos AF 4 AF 3 AF 2 r = 1 Mbps, b= 64Kbytes 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
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 Video Conf. Video Stream. Dados Interat. AF 4 AF 3 AF 2 r = 1 Mbps, b= 64Kbytes 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
MPLS X Roteamento Tadicional (Hop by Hop) Nova demanda 50 Mbps para 200.0.0.128/25 Melhor caminho: Para 200.0.0.0/24: 1-2 -3 Para 210.0.0.0/24: 1-4-5 100 Mbps para 200.0.0.0/25 Cliente 50 Mbps para 210.0.0.0/24 1 1Gbps [900] 100Mbps [50] 4 2 100Mbps [100] 100Mbps [0] 3 1Gbs [900] 200.0.0.128/25 200.0.0.0/24 200.0.0.0/25 100Mbps [50] 100Mbps [100] 5 100Mbps [50] 210.0.0.0/24
Roteamento MPLS LFIB LABEL Forwarding Information Base SE LABEL de entrada for 1 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 2 100 Mbps para 200.0.0.0/25 com LABEL 10 Cliente 1 if0 1 if1 2 2 3 3 4 200.0.0.128/25 200.0.0.0/24 200.0.0.0/25 4 LSP: LABEL Switch Path 5 210.0.0.0/24
Roteamento MPLS SE LABEL de entrada for 1 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 1 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 1 SE LABEL de entrada for 2 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 1 SE LABEL de entrada for 1 ENTÃO enviar para 3 com LABEL 1 Cliente 2 1 3 1 1 1 4 1 2 2 2 1 1 3 1 2 200.0.0.128/25 200.0.0.0/24 200.0.0.0/25 1 LSP: LABEL Switch Path 5 1 210.0.0.0/24
LSR x LER Se destino REDE A então inserir LABEL 1 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 1, remover o LABEL e encaminhar para REDE A Se chegar pacote LABEL 2, remover o LABEL e encaminhar para REDE B
Forwarding Equivalence Class (FEC) FEC1 44.1.2.0/24 1 LSR2 LSR3 LER2 55.1.2.0/24 LER1 2 LSR1 3 FEC2 LSR4 LER3 66.1.2.0/24 BE Se FEC1 inserir LABEL 1 e enviar para LSR1 Se FEC2 inserir LABEL 2 e enviar para LSR1 Se FEC3 inserir LABEL 3 e enviar para LSR1 FEC3 60.1.2.0/24 EF
Cabeçalho MPLS e Empilhamento de LABELs LABEL do topo LABEL empilhado Cabeçalho L2 1 2 3 Cabeçalho L3 LABEL 1 Exp 0 TTL LABEL 2 Exp 0 TTL LABEL 3 Exp 1 TTL O valor do campo S do último rótulo é 0
LABEL Switching com Tunelamento Site A Site B A 5 6 7 G C D E F B 7 6 8 H A 5 20-6 23-6 6 7 G C D E F B 6 20-7 23-7 7 8 H
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 100 Fec 101 Address List 103 Hop Count 104 Path Vector 200 Generic Label 201 ATM Label 202 Frame Relay Label 300 Status 301 Extended Status 302 Returned PDU 303 Returned Message 400 Common Hello Parameters. 401 Transport Address 402 Configuration Sequence Number 500 Common Session Parameters 501 ATM Session Parameters 502 Frame Relay Session Parameters 600 Label Request Message ID
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
Downstream Não-solicitado Downstream LABELS LSP p/ FEC 64.12 LER 1 Oferta para p/ FEC 64.12 com label #150 LSR 2 Oferta para FEC 64.12 com label #100 LSR 3 LABEL de entrada = #20 FEC = 64.12 LABEL de saída = #150 Próx. vizinho = LSR2 LABEL de entrada = #150 FEC = 64.12 Rótulo de saída = #100 Próx. vizinho = LSR3 LABEL de entrada = #100 FEC = 64.12 LABEL de saída = #134 Próx. vizinho = LSR4 DADOS Upstream
Downstream Sob Demanda Downstream LABELS LSP p/ FEC 64.12 Requisição de atribuição para 64.12 Requisição de atribuição para 64.12 LER 1 Atribuição de label #150 p/ FEC 64.12 LSR 2 Atribuição de label #100 p/ FEC 64.12 LSR 3 LABEL de entrada = #20 FEC = 64.12 LABEL de saída = #150 Próx. vizinho = LSR2 LABEL de entrada = #150 FEC = 64.12 LABEL de saída = #100 Próx. vizinho = LSR3 LABEL de entrada = #100 FEC = 64.12 LABEL de saída = #134 Próx. vizinho = LSR4 DADOS Upstream
Combinando formas de Distribuição Solicitação de LABEL para FEC Solicitação de LABEL para FEC LER 1 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 1 LSR 4
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 821 LSPID 822 ResCls 503 Optical Session Parameters 800 Explicit Route 801-804 ER-Hop TLVS 810 Traffic Parameters 820 Preemption 823 Route Pinning 910 Optical Interface Type 920 Optical Trail Desc 930 Optical Label 940 Lambada Set
Restrição por Roteamento Explícito Requisição de LABEL com Rota Explicita: 2, 3, 5 Requisição de LABEL com Rota Explícita: 3, 5 LER 1 LSR 2 Anuncia o LABEL 30 Anuncia o LABEL 20 LSR 3 Anuncia o LABEL 10 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
Restrição por Parâmetros de Tráfego Requisição de LABEL com Tráfego Prometido e Serviço Desejado Requisição de LABEL com Tráfego Prometido e Serviço Desejado LER 1 LSR 2 Anuncia o LABEL 30 Anuncia o LABEL 20 LSR 3 Anuncia o LABEL 10 Requisição de LABEL com Tráfego Prometido e Serviço Desejado LSR 4 LSR 5 LSP
Fluxo de Mensagens: CR-LDP A B C D 1 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
Preempção A nova demanda irá derrubar o caminho vermelho 50 Mbps Configuração 2 50 Mbps Retenção 3 100 Mbps 50 Mbps Retenção 2 1 4 100Mbps 2 100Mbps 3 100Mbps 200.0.0.128/25 200.0.0.0/24 200.0.0.0/25 100Mbps 100Mbps 5
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
Criação de um LSP com RSVP-TE 1. Path. Define a FEC de destino e restrições de caminho <2,3,4> e recursos 2. Path propagada para o próximo Nó LER 1 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 1
Mensagens PATH e RESV PATH Ingress Session Service: IPv4-LSP Destination: 10.0.1.7 Setup Prio 7 Hold Prio 7 Label Request Tspec 62500 bps Explicit Route 10.0.7.33, 10.0.1.7 Egress RESV Flow Spec Filter Spec... LABEL Ingress Service Class Rspec Tspec IP origem Porta origem ou Flow LABEL Egress
Extensões de Engenharia de Tráfego Extensões foram feitas aos protocolos IGP, como o OSPF e o IS-IS, para divulgar informações adicionais sobre os enlaces, a fim de suportar a engenharia de tráfego e os requisitos do MPLS. As informações do estado de enlace são divulgadas pelos roteadores através de mensagens denominadas LSA (Link State Advertisement) ou LSP (Link State PDU).
LSA Opacos no OSPF LSA (Link State Advertisements) opacos permitem que roteadores compartilhem informações privadas ou proprietárias pela rede, de maneira inter-operável. Roteadores que não entendem LSA opacos, simplesmente re-encaminham as mensagens para outros roteadores sem processar seu conteúdo. Inundar LSA opaco para toda a área OSPF TE TE N TE
Parâmetros de Engenharia de Tráfego do Enlace Maximum Link Bandwidth (MLB): relacionado a taxa de transmissão do link. Maximum Reservable Link Bandwidth (MRLB): pode ser inferior a banda máxima do enlace. A banda não reservável é utilizada para túneis MPLS com carga controlada, mas sem reserva.
Sinalização do Túnel: RSVP-TE Informações desejadas do túnel: Prioridade: 0 mais alta, 7 mais baixa Banda desejada Afinidade e Máscara O túnel pode usar enlaces quando a afinidade do enlace & máscara túnel = afinidade túnel Antes de calcular o caminho, todos os enlaces que não satisfizerem os requisitos são removidos Caso a rede resultante fique desconectada, a criação do LSP é abortada.
Exemplo Nenhum enlace é removido, o LSP segue o caminho de menor custo Banda: 1Mbit/s P7 Afinidade: 0x0/0x0 A=b0001 P1=10Mbit/s P7=1Mbit/s b A=b0011 P1=10Mbit/s P7=3Mbit/s a A=b0011 P1=10Mbit/s P7=3Mbit/s d Banda: 5Mbit/s P1 Afinidade: b0010/b0010 A=b0010 P1=10Mbit/s P7=1Mbit/s c A=b0011 P1=10Mbit/s P7=1Mbit/s O enlace ab é removido, o LSP segue o caminho de menor custo no grafo resultante
Conclusão MPLS oferece a possibilidade de múltiplas rotas para o mesmo destino A criação dos caminhos pode ser feita com rotas explicitas ou de forma automática pela rede Extensões de TE para IGP são necessárias para cálculo automático de caminhos Dois protocolos de sinalização para MPLS são usados atualmente: CR-LDP RSVP-TE (Preferido pelo IETF)
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.