Convergência ncia de Redes NGN - NEXT GENERATION NETWORK Hugo Santana Lima hugosl@nec.com.br Porque Telefonia IP? O negócio Presença universal do IP Maturação da tecnologia Passagem para a rede de dados
Passagem para Rede de Dados Dados Volume Total de Tráfego Voz Velho Mundo Novo Mundo Tempo O tráfego de dados começa a superar o de voz Switching Office Hoje... Switching Office PSTN Voz Redes distintas! ISP ISP Internet Dados
Em breve: Convergência SS7 S.O. S.O. Rede IP PBX Rede Convergente IP Phone Redes Corporativas Telefonía IP PSTN PSTN Localidade A E1 E1 Localidade B Gateway Internet Gateway Fone para Fone PC para Fone PC para PC Usuário VoIP Usuário VoIP
Reavaliando os problemas DELAY Causado pelo tratamento dos pacotes durante o percurso pela rede (Delay Máx.= 150 ms.). Pode causar ECO(50ms) e Talker Overlap (250ms). JITTER Variação do DELAY durante a transmissão. Para elimina-lo é necessário buferizar alguns pacotes antes de reproduzir o som, para que pacotes atrasados possam chegar, gerando assim mais DELAY. PACKET LOSS Devido a voz ser sensível ao tempo de transmissão, perda de pacotes causam o seu reenvio em redes TCP, causando um grande DELAY e a perda da ordem dos pacotes no destino. Sendo assim quando um pacote é perdido prefere-se não reenvia-lo, característica do UDP. (perda máx = 10%) Requisitos Básicos para VoIP Compressão Supressão de Silêncio QoS Sinalização para Tráfego de Voz Controle do Eco
Qualidade de Serviço (QoS) Tolerância máxima do atraso (delay) Redução do jitter (variância do atraso) Tratamento de perda de pacotes Comparação - MOS Mean Opinion Score - MOS Método de Taxa MOS Com pressão (K bps) PCM (G.711) 64 4,1 ADPCM (G.726) 32 3,8 LD -C E LP (G.728) 16 3,6 C S-A C E LP (G.729) 8 3,9 CS-ACELP (G.729a) 8 3,7 G.723.1 5,3 e 6,3 3,9 MOS 4.2 = Toll Quality
Taxa exigida pelos padrões de Codificação de Voz adotados : Tecnologia Ethernet Padrão G.711-64Kbps 8 Bytes 22 Bytes 20 Bytes 8 Bytes 12 Bytes 160 Bytes 4 Bytes 12 Bytes Preâmbulo Ethernet Frame IP UDP RTP PAYLOAD Ether Fram Gap A Qtde de pacotes transmitida em 1 seg. é igual a 64Kbps = 50 pps 160 x 8 bits Tamanho do pacote de voz = 8+22+20+8+12+160+4+12 = 246 Bytes Banda necessária = 50 x 246 x 8 = 98,4 Kbps Padrão G.723-42,4Kbps 8 Bytes 22 Bytes 20 Bytes 8 Bytes 12 Bytes 106 Bytes 4 Bytes 12 Bytes Preâmbulo Ethernet Frame IP UDP RTP PAYLOAD Ether Fram Gap A Qtde de pacotes transmitida em 1 seg. é igual a 42,4 Kbps = 50 pps 106 x 8 bits Tamanho do pacote de voz = 8+22+20+8+12+106+4+12 = 192 Bytes Banda necessária = 50 x 192 x 8 = 76,8 Kbps. Padrão G.729-8Kbps 8 Bytes 22 Bytes 20 Bytes 8 Bytes 12 Bytes 20 Bytes 4 Bytes 12 Bytes Preâmbulo Ethernet Frame IP UDP RTP PAYLOAD Ether Fram Gap A Qtde de pacotes transmitida em 1 seg. é igual a 8 Kbps = 50 pps 20 x 8 bits Tamanho do pacote de voz = 8+22+20+8+12+20+4+12 = 106 Bytes Banda necessária = 50 x 106 x 8 = 42,4 Kbps. Suprimindo-se o Silêncio será útil 60% da banda, então : Banda necessária = 25,4 Kbps Qualidade de Serviço 1. Introdução: conceitos e definições. 2. Mecanismos utilizados: Classificação e priorização de tráfego; Controle de congestionamento; Policiamento e formatação de tráfego. 3. Arquiteturas de Rede voltadas à QoS: Integrated Services e RSVP; Differentiated Services; MPLS. 4. Considerações Finais.
A necessidade de QoS Crescimento explosivo de tráfego de informações: Internet, aplicações de missão crítica, multimídia; Aplicações distintas demandam recursos variados das redes de comunicações. O que fazer? O que é Qualidade de Serviço? Habilidade da rede em garantir e manter certos níveis de desempenho para cada aplicação de acordo com as necessidades específicas de cada usuário.
Parâmetros de QoS Fatores que influenciam a qualidade do sinal de voz em redes de pacotes: Largura de banda; Perda de pacotes; Atraso das amostras de voz; Jitter (variação de atraso). Largura de banda A banda utilizada pela voz é função dos codificadores de voz utilizados e do empacotamento: Influencia o atraso e consequentemente a qualidade do sinal.
Atraso do sinal de voz Recomendação G.114 da ITU-T: máximo atraso fim-a-fim (1-way) deve ser de 0 a 150 msec; de 150 a 400 msec: atraso aceitável, dependendo da aplicação; acima de 400 msec: qualidade inaceitável. Atraso - componentes fixos Atraso de propagação: 6 microsegundos / Km; Atraso de serialização; Atraso de processamento: codificação / compressão; empacotamento.
Jitter - variação do atraso Atraso - componentes variáveis Enfileiramento; Buffer de compensação de jitter; Tamanho de pacote variável.
Atraso - exemplo Perda de pacotes A perda de pacotes pode ser causada por congestionamento da rede, atraso excessivo (time to live), buffer overflow, imperfeições na transmisão. 20% Perda 10% 5% Toll quality Good Useful 100 150 400 [ms] Atraso
Mecanismos para prover QoS Mecanismos implementados nos nós da rede para garantir QoS: Classificação de tráfego; Priorização de pacotes; Controle de congestionamento; Policiamento e conformação de tráfego. Classificação de tráfego Identificação do tráfego transportado por cada pacote, realizado na aplicação ou pelos dispositivos de rede.
IP Precedence Precedence D T R 0 0 Precedence: 111 - Network control 110 - Internetwork control 101 - Critic/ECP 100 - Flash Override 011- Flash 010 - Immediate 001 - Priority 000 - Routine D: 0 = normal, 1 = low delay T: 0 = normal, 1 = high throughput R: 0 = normal, 1 = high reliability Priorização de tráfego A priorização de tráfego trata do enfileiramento e disciplina de despacho dos pacotes presentes nas interfaces dos dispositivos da rede: First In, First Out (FIFO) Queuing; Priority Queuing (PQ); Class-based Queuing (CBQ); Weighted Fair Queuing (WFQ).
FIFO Queuing É um dispositivo de armazenamento e envio de pacotes, onde a ordem de chegada dos pacotes determina a alocação de banda, sendo que o primeiro a chegar será o primeiro a ser atendido. Priority Queuing Neste esquema é formado por filas distintas para diferentes classes de tráfego, onde a transmissão tem início pelo tráfego de maior prioridade e é realizada de forma exaustiva.
Class-Based Queuing (CBQ) Uma fila para cada tipo de tráfego servida de forma cíclica, onde especifica-se o porcentual de banda do canal ou ainda o número de bytes a ser transmitido a cada ciclo. Similar à WRR (Weighted Round Robin) ou Custom Queuing (CQ). Weighted Fair Queuing (WFQ) O esquema WFQ pondera os fluxos de tráfego, escalonando o tráfego prioritário para a frente da fila, reduzindo o tempo de resposta, e compartilha o restante da banda com outros tipos de tráfego. A atribuição de peso pode variar de forma dinâmica em função do tráfego.