Faculdade de Engenharia da Universidadee do Porto Qualidade de Serviço em chamadas VoIP Hélder Barroso Silva Dissertação realizada no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Major Telecomunicações Orientador: Prof. José Ruela Co-orientador: Eng. Filipe Sousa Junho de 2008

Hélder Barroso da Silva, 2008 ii

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Resumo Esta dissertação tem como tema abrangente a qualidade de serviço, que no caso em estudo se refere à qualidade em chamadas VoIP. Pretende-se implementar/integrar uma funcionalidade que permita prever a qualidade de chamadas para uma dada lista de contactos. Essa qualidade está definida por três níveis, Bom, Aceitável e Mau. Inicialmente, foi feito um levantamento de ferramentas para permitir a selecção de forma consciente das mais adequadas para utilizar. Foi implementada uma arquitectura VoIP para permitir o estabelecimento de chamadas de forma a ser utilizada como cenário de teste. Os testes foram realizados numa rede sem fios, tendo como principio a manipulação do fluxo de tráfego para analisar o comportamento da rede a partir dos resultados obtidos pela aplicação realizada. Este teste permitiu a compreensão da utilidade da ferramenta implementada, do comportamento da rede e a forma como variam as métricas. Foi possível constatar que a rede tinha um comportamento aceitável até ao instante em que o tráfego na rede se aproxima do ponto de saturação, ficando com características bastante degradadas. Observou-se também que as métricas utilizadas para analisar uma rede não variam da mesma forma e algumas são melhores caracterizadoras do que outras. Esta implementação tem então uma aplicação prática, que pode evitar uma má utilização do serviço de VoIP ao informar os utilizadores da qualidade de serviço esperada. Por fim, foram sugeridos melhoramentos e novas funcionalidades para serem efectuados como trabalho futuro. v

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Abstract This dissertation addresses the problem of network quality of service, and in particular in the case under study the quality of VoIP calls. The goal is to implement / integrate a feature that allows predicting the quality of voice calls for a list of contacts. This quality is defined by three levels, Good, Acceptable and Bad. Initially, an inventory of tools was elaborated to allow the selection of the most appropriate to use. A VoIP architecture was defined to enable the establishment of calls to be used in scenario created for testing. Tests were performed in a wireless network, and the objective is the manipulation of traffic flows to analyze the behavior of the network from results achieved by the application. This test allowed understanding of the usefulness of the implemented tool, the behavior of network and how the metrics vary. It was possible to see that the network had an acceptable behavior until traffic approaches the point of saturation, where degradation becomes noticeable. It was also observed that the metrics used to characterize the network behaviour do not vary in the same way, and some are better than others for that purpose. This implementation then has a practical application that can prevent improper use of the VoIP service because users are informed of the expected quality of service. Finally, improvements and addition of new features were suggested as future work. vii

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Agradecimentos Esta dissertação é o culminar de todo um esforço, empenho e dedicação de acordo com o grande objectivo académico que representa. Durante a realização desta tese recebi a ajuda de algumas pessoas que foram extremamente importantes. Estou imensamente agradecido aos meus orientadores, Prof. José Ruela e Eng. Filipe Sousa por todo o empenho, disponibilidade e bons concelhos que sempre contribuíram. Agradeço a todos os meus companheiros que me ajudaram a percorrer este percurso académico. Tenho que agradecer também, a toda a minha família que sempre me incentivou, compreendeu e apoiou nos momentos mais delicados. ix

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Índice 1 Introdução... 1 1.1 Objectivos... 1 1.2 Enquadramento... 2 1.3 Caracterização do Problema... 2 1.4 Estrutura... 3 2 Estado da Arte... 5 2.1 Conceitos abordados... 5 2.1.1 Protocolo IP... 5 2.1.2 P2P (Peer-to-Peer)... 7 2.1.2.1 Arquitectura tradicional dos serviços na Internet... 7 2.1.2.2 Arquitectura de uma rede Peer-to-Peer... 8 2.1.3 QoS... 9 2.1.3.1 Introdução QoS... 9 2.1.3.2 Modelos de QoS... 9 2.1.3.2.1 Modelo IntServ... 9 2.1.3.2.2 Modelo DiffServ... 11 2.1.3.3 Medidas de Qualidade de Serviço para redes IP... 12 2.1.3.3.1 Medidas Passivas... 12 2.1.3.3.2 Medidas Activas... 13 2.1.3 VoIP... 14 2.1.3.1 Introdução VoIP... 14 2.1.3.2 Tipos de ligações VoIP... 15 xi

2.1.3.3 Alguns problemas VoIP... 16 2.1.3.4 Algumas soluções VoIP... 17 2.1.3.5 Funcionamento do VoIP... 17 2.1.4 Protocolo de sinalização H323... 19 2.1.5 Protocolo de sinalização SIP... 22 2.1.5.1 SDP (Session Dresciptor Protocol)... 23 2.1.5.2 Cabeçalho SIP... 24 2.1.5.3 Sessão SIP sem Proxy... 26 2.1.5.4 Sessão SIP com Proxy... 27 2.2 Trabalhos relacionados... 28 3 Ferramentas... 37 3.1 Introdução... 37 3.2 Ferramentas de medidas Activas... 37 3.3 Ferramentas de medidas Passivas... 42 3.4 Outras ferramentas... 42 3.5 Componentes VoIP... 43 3.5.1 Servidores VoIP... 44 3.5.1.1 Asterisk... 45 3.5.1.2 OpenSER... 47 3.5.1.3 Asterisk vs OpenSER... 49 3.5.2 Cliente VoIP... 49 3.5.3 Ekiga... 50 4 Definição de requisitos e especificação... 51 4.1- Introdução... 51 4.2- Cenário de comunicação VoIP... 51 4.3- Requisitos da aplicação de medidas... 53 4.4- Especificação da arquitectura... 54 5 Desenvolvimento e integração... 57 5.1- Introdução... 57 5.2- Fluxograma demonstrativo do funcionamento... 57 5.3- Principais funções implementadas... 60 xii

5.4- Integração dos componentes... 64 5.4.1- Asterisk... 64 5.4.2- Ekiga... 66 5.4.3- X-lite... 68 5.4.4- MGEN... 69 5.4.5- NTP... 69 6 Testes/Resultados... 71 6.1- Introdução... 71 6.2- Cenários de teste... 71 6.3- Testes efectuados... 73 6.3- Análise de resultados... 78 7 Conclusão/Trabalho futuro... 79 7.1- Conclusão... 79 7.2 - Trabalho Futuro... 80 Anexo A... 81 Métodos e tipos de respostas SIP... 81 Referências... 85 xiii

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Lista de figuras Figura 2.1 - Arquitectura TCP/IP [2]... 6 Figura 2.2 - Formato do Pacote IP[2].... 6 Figura 2.3 - Arquitectura Tradicional dos Serviços na Internet [3].... 8 Figura 2.4 - Arquitectura de uma rede Peer-to-Peer [3].... 8 Figura 2.5 - Reserva de Recursos [2].... 10 Figura 2.6 - Tráfego da Rede com medições Passivas [4].... 12 Figura 2.7 - Tráfego na rede com medições Activas [4].... 13 Figura 2.8 - VoIP Ligação PC-PC [6]... 15 Figura 2.9 - VoIP Ligação PC-Telefone [6].... 16 Figura 2.10 - VoIP Ligação Telefone-Telefone [6].... 16 Figura 2.11 - Protocolos de sinalização para VoIP [8]... 17 Figura 2.12 - Formato de um pacote RTP (dados) [2]... 18 Figura 2.13 - Conversão de um sinal analógico para digital... 18 Figura 2.14 - Pilha de protocolos do padrão H323 [9].... 20 Figura 2.15 - Modelo H323... 21 Figura 2.16 - Chamada entre um PC e um telefone convencional [10].... 22 Figura 2.17 - Pilha de protocolos SIP... 22 Figura 2.18 - Mensagem SDP [14]... 23 Figura 2.19 - Métodos de estabelecimento de uma sessão SIP... 25 Figura 2.20 - Sessão SIP sem Servidor Proxy [17].... 26 Figura 2.21 - Sessão SIP com um Servidor Proxy [17].... 27 Figura 2.22 - H323 Beacon níveis de qualidade [19].... 29 Figura 2.23 - H323 Beacon opções [19].... 30 Figura 2.24 - Relação entre a predição e a real perda de pacotes [20].... 31 Figura 2.25 - Diferenças de QoS 1999 e 2002 [21]... 31 Figura 2.26 - Cenário de teste [79].... 33 Figura 2.27 - Classificação MOS [79]... 33 Figura 2.28 - Classificação MOS dos codecs [79].... 34 Figura 2.29 - Relação MOS com % perdas [79]... 34 xv

Figura 2.30 - Relação MOS e % perda, variando o tamanho dos pacotes [79]... 35 Figura 2.31 - Relação entre % perda com jitter [79]... 35 Figura 3.1 - Pathchirp [23].... 38 Figura 3.2 - STAB [24]... 38 Figura 3.3 - Exemplo do funcionamento do MGEN... 40 Figura 3.4 - MRTG [32]... 41 Figura 3.5 - Sistema recurso ao velho modelo de PABX/Softswitch [65].... 46 Figura 3.6 - Arquitectura com recurso ao Asterisk [65].... 47 Figura 3.7 - Ficheiro de configuração do OpenSER... 48 Figura 4.1 - Chamada efectuada entre dois softphones Ekiga... 52 Figura 4.2 - Interligação entre dois Ekigas durante um teste... 54 Figura 4.3 - Interligação do Ekiga com a nova funcionalidade implementada... 55 Figura 5.1 - Fluxograma demonstrativo do funcionamento do trabalho implementado... 58 Figura 5.2 - Exemplo de configuração efectuada no Ekiga.... 67 Figura 5.3 - Exemplo de configuração do X-lite... 68 Figura 6.1 - Cenário de teste apenas com um dos clientes a suportar a previsão da qualidade de chamada... 72 Figura 6.2 - Cenário de teste com ambos os clientes a suportarem a previsão da qualidade de chamada... 73 Figura 6.3 - Variação do jitter na rede dependendo do tráfego injectado... 76 Figura 6.4 - Variação das perdas na rede mediante o tráfego injectado... 76 Figura 6.5 - Variação do atraso na rede mediante o tráfego injectado... 77 Figura 6.6 - Relação entre tráfego na rede e nível de QoS... 77 xvi

Lista de tabelas Tabela 2.1 - Modelo IntServ.... 10 Tabela 2.2 - Modelo DiffServ... 11 Tabela 2.3 - Ferramentas para efectuar medições de parâmetros QoS... 14 Tabela 2.4- Comparação entre medidas Activas e Passivas... 14 Tabela 2.5 - Componentes do SIP... 24 Tabela 2.6 - SIP vs H323... 27 Tabela 3.1 - Servidores VoIP... 43 Tabela 3.2 - Bibliotecas VoIP.... 44 Tabela 3.3 - Clientes VoIP... 44 Tabela 6.1 - Sem tráfego adicional na rede... 74 Tabela 6.2 - Com tráfego adicional de 700 pacotes/s com 1024 bytes... 74 Tabela 6.3 - Com tráfego adicional de 900 pacotes/s com 1024 bytes... 75 Tabela 6.4 - Com tráfego adicional de 1100 pacotes/s com 1024 bytes.... 75 Tabela 6.5 - Qualidade das chamadas VoIP para diferentes valores de tráfego na rede... 75 xvii

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Lista de Abreviaturas ACK ARPANET EF FDDI HTTP IANA IAX IETF IP ISP ITU-T MCU Megaco MGCP NTP PSTN QoS RAS RSVP RTCP RTP SIP SLA SMTP TCP TOS UAC UAS UDP Acknowledgment Advanced Research Projects Agency Network Expedite Forward Fiber Distributed Data Interface HyperText Transfer Protocol Internet Assigned Numbers Authority Inter-Asterisk exchange Internet Engineering Task Force Internet Protocol Internet Service Provider International Telecommunication Union Multipoint Conferencing Unit Media Gateway Control Protocol Media Gateway Control Protocol Network Time Protocol Public Switched Telephony Network Quality of Service Registration, Admission and Status Resource ReSerVation Protocol RTP Control Protocol Real Time Protocol Session Initiate Protocol Service Level Agreement Simple Mail Transfer Protocol Transport Control Protocol Type of Service User Agent Client User Agent Server User Datagram Protocol xix

URI URL VoIP Uniform Resource Identifier Uniform Resource Locator Voice over Internet Protocol xx

1 1.1 Objectivos Capítulo 1 Introdução Este trabalho está inserido no âmbito da dissertação do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores do major em Telecomunicações. O tema está orientado para qualidade de serviço (QoS), no caso particular do serviço de voz sobre IP (VoIP). Pretende-se desenvolver uma funcionalidade capaz de prever a qualidade de serviço de chamadas para qualquer um dos contactos existentes. O tema é interessante sob o ponto de vista de QoS, uma vez que VoIP é uma aplicação em tempo real que necessita de garantir certos níveis de qualidade. Este trabalho obrigou a um levantamento e avaliação de ferramentas a utilizar, pois não tinha o objectivo principal o desenvolvimento mas, sobretudo a integração de módulos de software. A previsão da qualidade das chamadas será baseada numa conversão dos valores de algumas métricas de QoS, para uma quantificação de um nível qualitativo, segundo critérios bem definidos. 1.1 Objectivos Para este trabalho de dissertação foi definido como objectivo principal a integração de uma ferramenta capaz de efectuar medidas de QoS numa aplicação que permita estabelecer ligações VoIP, de modo a ser possível prever individualmente a qualidade de chamada para os possíveis contactos. Para além do objectivo principal que é o de elaborar uma ferramenta capaz de quantificar a qualidade de uma ligação VoIP, outros objectivos acabam por ser inerentes a este tais como, adquirir os conceitos envolvidos, conhecer o meio em que o tema se insere, ter a noção do que já foi feito e do que ainda está por conceber ou desenvolver. Daí que seja necessário obter conhecimento das ferramentas que existem, das que são livres, das suas limitações e ainda compreender de que forma se podem complementar. É

2 Introdução também necessário um estudo acerca de servidores VoIP tal como de clientes que suportem o protocolo SIP. 1.2 Enquadramento Este trabalho baseia-se na análise da qualidade de serviço em VoIP. É uma tecnologia que está em grande expansão e que promete revolucionar toda a rede convencional de voz (PSTN). Esta tecnologia consiste na transmissão de voz através de pacotes, utilizando uma rede IP. Já existem imensas aplicações de Clientes, Servidores e Bibliotecas para VoIP e muitos mais ainda serão desenvolvidos, tal como vários protocolos. Para além de VoIP várias outras aplicações necessitam de garantir certos níveis de qualidade de serviço, tal como as aplicações que incluem vídeo. Geralmente, as aplicações em tempo real são as mais problemáticas relativamente à qualidade, daí requerem maiores cuidados. Por estes aspectos, o tema desta dissertação é muito importante na análise do impacto da qualidade de serviço nas ligações de voz pela Internet. 1.3 Caracterização do Problema Neste trabalho o problema abordado é referente à qualidade de serviço existente numa rede IP. Uma rede como a Internet tem como modelo base o best effort, logo não garante QoS, salvo a excepção de existir um acordo entre o cliente e o seu provedor de serviços Internet (ISP). Como a Internet não foi concebida para aplicações em tempo real, o modelo best effort era suficiente. Actualmente, já não é assim, parte da informação que circula na rede é tráfego com requisitos de tempo real, o que exige melhor qualidade de serviço. Todas as aplicações de tempo real, como é o caso de aplicações de voz ou vídeo, se tiverem problemas de atrasos, perdas ou jitter na entrega dos pacotes são alvo de degradação perceptível por parte do utilizador o que não é aceitável. Daí a necessidade de garantir certos parâmetros de qualidade de serviço. As aplicações que vão ser sujeitas a testes de qualidade de serviço são aplicações de voz VoIP, ou seja, com requisitos de tempo real o que implica uma muito maior exigência da parte da rede e consequentemente um fulcral controlo por parte das entidades responsáveis para garantir um nível de satisfação por parte dos clientes. Portanto, nesta dissertação vão ser efectuadas medições das métricas que caracterizam a qualidade de uma rede de modo a permitir qualificar o nível de QoS, numa ligação entre dois

3 1.4 Estrutura quaisquer clientes VoIP e se possível permitir a identificação de causas para possíveis problemas. 1.4 Estrutura Este relatório está organizado em sete capítulos bem definidos de forma a caracterizar todo o trabalho realizado de forma sequencial. Inicialmente, tem uma introdução para situar o contexto da dissertação expor os objectivos, o enquadramento do tema abordado, a caracterização do problema e a organização do conteúdo. O segundo capítulo aborda o Estado da Arte, e consiste em explicar os conceitos relacionados com o trabalho em causa e fazer referências a trabalhos relacionados com o mesmo. O terceiro capítulo faz referência a ferramentas úteis à dissertação. Foi feita uma pesquisa e uma lista de ferramentas e software que permitiu uma escolha consciente de quais utilizar. No quarto capítulo faz-se um levantamento da arquitectura utilizada para o funcionamento do VoIP, a interligação dos diferentes componentes que a compõem e ainda uma ligeira abordagem ao funcionamento do Ekiga com a nova funcionalidade implementada. O quinto capítulo corresponde à implementação, é uma das fases mais importantes do projecto, pois é onde o projecto ganha vida. Pretende-se descrever todo o trabalho que realmente foi realizado, com demonstração desde configurações da arquitectura da rede até ao código implementado. O objectivo é apresentar as etapas com a devida cronologia. O sexto capítulo da dissertação está reservado para a selecção de um cenário de teste adequado aos objectivos pretendidos, e os consequentes testes que o comprovem. Com os testes pretende-se comprovar a veracidade dos valores obtidos consoante a variação do tráfego injectado na rede, e provar a automatização do sistema para funcionar independentemente da localização dos utilizadores. E obviamente, comprovar o bom funcionamento da solução implementada. O sétimo e último capítulo é constituído pela conclusão, serve para fazer um balanço ao que foi feito, informar quais os conhecimentos que foram apreendidos e claro fazer uma introspecção e verificar se os objectivos foram ou não alcançados.

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5 2.1 Conceitos abordados Capítulo 2 Estado da Arte 2.1 Conceitos abordados 2.1.1 Protocolo IP A rede denominada de Internet, como a conhecemos actualmente, teve origem nos finais dos anos 60 do século XX, mais propriamente em 1969. O Departamento de Defesa Americano constituiu a ARPANET (Advance Research Projects Agency), que tinha como objectivo a interligação de computadores utilizados em centros de investigação com fins militares. Durante os anos 70, por razões de segurança a rede continuava a ser estritamente controlada pelos militares. Foi então dividida em dois grupos a MILNET, que era responsável pelas regiões militares e a nova ARPANET, que era responsável pelas não militares. Em 1970 teve origem o protocolo denominado de IP (Internet Protocol), tornava possível a interligação entre as redes comutando o tráfego de uma rede para outra. Com a inclusão do protocolo IP no UNIX, em 1982 várias universidades criaram as suas redes que por sua vez também foram ligadas à Internet [1]. O IP é um protocolo que permite a troca de informação sobre a forma de pacotes de uma máquina para outra, através da Internet. De um modo geral, quando um utilizador estabelece uma ligação à Internet, o ISP (Internet Service Provider) atribui um endereço IP público ao computador que o identifica de uma forma única em toda a rede. Quando um utilizador quiser enviar informação, ela é dividida em pequenos pacotes (pacotes IP) que contêm o endereço do destinatário e o seu. Os pacotes IP podem ter um percurso complexo até chegarem ao seu destino, pois vão passando por várias máquinas intermediárias. Cada pacote segue um caminho independente

6 Estado da Arte dos restantes, o que pode provocar uma chegada desordenadaa ao destino, isto é o que sair em primeiro lugar não é necessariamente o primeiro a chegar ao destino. O protocolo IP apenas entrega os pacotes, sendo por isso necessário recorrer a outro protocolo de nível superior TCP (Transmission Control Protocol) paraa os reordenar. Figura 2.1 - Arquitectura TCP/IP [2]. Figura 2.2 - Formato do Pacote IP[2].

7 2.1 Conceitos abordados Descrição dos campos pertencentes a um pacote IP [2]. Versão: IPV4 HLEN: Comprimento do cabeçalho Service type: usados em novas redes (QoS, DiffServ) Total Lengh: Comprimento total do datagrama ID: Identificação única do datagrama Flags: DF (Don t Fragment) MF (More Fragment) Fragment offset: Indica a posição de um fragmento em relação ao datagrama inicial TTL: Tempo de vida é dado pelo número máximo de routers pelo qual cada pacote pode passar Protocol: Usado para desmultiplexagem Header Checksum: Calculado sobre o cabeçalho Source IP adress: Endereço IP de origem Destination IP adress: Endereço IP de destino IP options: Registo de rota Registo de tempos Encaminhamento definido pela origem Data: Informação a ser efectivamente transmitida 2.1.2 P2P (Peer-to-Peer) É a designação de um tipo de comunicação ponto a ponto entre dois utilizadores de uma mesma rede, normalmente a Internet. Os utilizadores criam a ligação através de um servidor ou mais servidores em que depois comunicam e fazem troca de dados entre si directamente. Os utilizadores têm iguais responsabilidades e importâncias, ou seja, não existe a relação de Cliente/Servidor mas sim estações, que tanto podem funcionar como Clientes como Servidores. 2.1.2.1 Arquitectura tradicional dos serviços na Internet Como podemos visualizar na figura 2.3, esta arquitectura funciona como Cliente/Servidor, ou seja, temos vários clientes e apenas um servidor que fornece toda a informação e ou serviços. A grande vantagem desta arquitectura é o Cliente não necessita de grande poder computacional, tornando o Cliente simples. O cliente é então denominado de passivo uma vez que requer serviços mas não os fornece. A grande desvantagem desta arquitectura reside no facto de a largura de banda disponível do servidor ser limitada, o que implica um número limitado de atendimento de clientes [3].

8 Estado da Arte Figura 2.3 - Arquitectura Tradicional dos Serviços na Internet [3]. 2..1.2.2 Arquitectura de uma rede Peer-to-Peer Como se pode ver nesta arquitectura (figura 2.4), ao contrário do modelo anteriorr em que todas as ligações estavam dependentes de um servidor, todas as estações estão ligadas directamente entre si. Neste modelo de comunicação as estações não são passivas, ao contrário do que sucedia no anterior, pois são capazes de fornecer e solicitar serviços. Portanto, a grande vantagem reside no facto de existir uma distribuição da responsabilidade de fornecimento de serviços por todas as máquinas envolvidas, sendo uma vantagem no caso de falha, uma vez que não está dependente de apenas uma estação, e também diminui drasticamente a falta de largura de banda uma vez que a informação é partilhada por todos os nós. A tecnologia P2P tem por isso a capacidade de maximizar os recursos de todos os dispositivos da rede, garante uma maior robustez na disponibilização de recursos a um custo reduzido. Figura 2.4 - Arquitectura de uma rede Peer-to-Peer [3].

9 2.1 Conceitos abordados 2.1.3 QoS 2.1.3.1 Introdução QoS O protocolo IP foi implementado e desenvolvido como um protocolo de comunicação com controlo de tráfego baseado no serviço do melhor esforço (Best-effort Service). O serviço Best-effort não prevê nenhum mecanismo de qualidade de serviço e portanto nenhuma garantia de atribuição de recursos da rede. Inicialmente, não se imaginava que a Internet se tornaria a grande rede que é, nem que iria suportar voz, dados e vídeo numa única infra-estrutura de redes de pacotes. Com o desenvolvimento de serviços de voz e vídeo em tempo real, houve a necessidade de desenvolver protocolos de QoS (Qualidade de Serviço). 2.1.3.2 Modelos de QoS Para satisfazer as necessidades de aplicações de dados e aplicações com requisitos de tempo real foi necessário criar melhorias em relação ao modelo tradicional designado de melhor esforço, de forma a incluir diferentes níveis de QoS e capacidade de gerir a atribuição de recursos. Actualmente, existem dois modelos de QoS IP, o modelo de Serviços Integrados (Integrated Services - IntServ) e o modelo de Serviços diferenciados (Differentiated Services - DiffServ). Foram ambos desenvolvidos pela organização encarregue pelos protocolos da internet IETF (Internet Engineering Task Force). 2.1.3.2.1 Modelo IntServ Este modelo aplica-se na qualidade de serviço fim a fim, ou seja, baseia-se na reserva de recursos alocados pelos routers para garantir que os fluxos de pacotes tenham todos os recursos necessários para a obtenção de um bom serviço. IntServ pode, por exemplo, ser utilizado para possibilitar a transmissão de vídeo e som sem interrupções. Fundamentalmente, é um serviço que garante a reserva de recursos para ligações individuais. O modelo IntServ necessita de um protocolo de sinalização para a reserva de recursos e que os routers mantenham a informação de estado por fluxo. Para a sinalização o protocolo RSVP (Resource ReSerVation Protocol) é o utilizado, embora não seja este o protocolo obrigatório.

10 Estado da Arte Modeloo Tabela 2.1 - Modelo IntServ. Classe de Serviço Descrição IntServ Best-effort Guaranteed Service Não há qualquer controle de qualidade de serviço, nem qualquer tipo de diferenciação de tráfego (privilégios). Garante a entrega dos pacotes com um atraso admissível e previamente definido. Controlled-Load Servicee O objectivo desta classe é que funcione como o serviço best-effort mas com a condição de ter carga controlada de maneira a ser mais eficaz. RSVP (Resource ReSerVation Protocol) Protocolo de sinalização para possibilitar a reserva de recursos por parte das estações de modo a garantirem niveis de QoS solicitados. A reserva de recursoss é realizadaa através de mensagens PATH, que constroem o caminho pelo qual as mensagens RESV podem passar a garantir os recursos necessários. Figura 2. 5 - Reserva de Recursos [2].

11 2.1 Conceitos abordados IntServ Problemas Escalabilidade: Possibilidade de ocorrer uma sobrecarga de processamento e memória caso o número de fluxos seja demasiado, uma vez que a quantidade de informação de estado aumenta de forma proporcional ao número de fluxos. Complexidade dos routers: Todos os dispositivos têm de implementar RSVP, controle de admissão, classificação e escalonamento de pacotes. Para Guaranteed Service, a arquitectura tem de ser implementada de uma só vez. 2.1.3.2.2 Modelo DiffServ O diffserv opera sobre grandes volumes de dados ao contrário das reservas individuais utilizados pelo IntServ. A arquitectura DiffServ parte do princípio que domínios adjacentes tenham um acordo sobre os serviços que serão disponibilizados entre os mesmos. Este acordo denomina-se SLA Service Level Agreement. Estes acordos especificam que classes de tráfego serão servidas, que garantias são necessárias para cada classe, e qual o volume de dados para cada classe. No cabeçalho de um pacote IP, existe um campo chamado TOS (Type of Service) que pode representar o tipo do serviço utilizado. Tabela 2.2 - Modelo DiffServ DiffServ Classes de tráfego Best effort Assured Forward (AF) Descrição Não há qualquer controlo de qualidade de serviço, nem qualquer tipo de diferenciação de tráfego (privilégios). Inclui quatro classes de prioridade em que cada uma contém três níveis diferentes de prioridade de descarte. Expedite Forward (EF) Tráfego com maior prioridade

12 Estado da Arte 2..1.3.3 Medidas de Qualidade de Serviço para redes IP Como já foi realçado, a rede IP sofreu um grande avanço não só a nível de crescimento de utilizadores mas também ao nível da diversidade do tipo de aplicações para o qual está a ser utilizada. Este fenómeno tornou imprescindível a existência de um controle do desempenho da rede, uma vez que são cada vez mais as aplicações em tempo real, o que não permite grandes falhas de serviço. Para se poder controlar e monitorizar a qualidade de serviço de uma rede é necessário obter valores de alguns parâmetros capazes de caracterizarr a rede de forma a sabermos o estado em que se encontra. A qualidade de uma rede pode por isso ser caracterizada por alguns parâmetros, tais como: atraso, perdas, diferença entree atrasos e largura de banda. Para se obter os valores destess e outros parâmetros equivalentes há duas maneiras distintas de se fazer, é possível fazer a medição de forma passiva ou activa. 2..1.3.3.1 Medidas Passivas As medidas passivas consistem em controlar e monitorizar o tráfego sem criar ou modificar nada na rede, isto é não se adiciona tráfego inútil à rede como se pode visualizar na seguinte figura. Figura 2.6 - Tráfego da Rede com medições Passivas [4]. Estas medições podem ser implementadas ao adicionar alguma inteligência na rede, de maneira a conseguir capturar e gravar as características e a quantidade dos pacotes que lá passam. Alguns exemplos de parâmetros que podem ser calculados à custa das medidas passivas: - Quantidade de bits/ pacotes transmitidos - Tempos de chegada ou tempos entree chegada dos pacotes - Níveis da fila dos buffers (que podem ser usados como indicadores de perdas ou atrasos nos pacotes) - Tipos de tráfego/ protocolo recebidos

13 2.1 Conceitos abordados 2..1.3.3.2 Medidas Activas As medidas activas são uma outra forma de conseguir medições para as perdas (packet loss), atrasos (delay) e variação de atrasos (jitter) de pacotes na rede. Para se efectuar este tipo de medições é necessário injectar tráfego apropriadoo na rede para se notar as alterações ou mesmo valores calculados directamente, e daí perceber o seu comportamento [4]. Ao contrário das medidas passivas como se pode ver na seguinte figura existee tráfego adicional. Figura 2.7 - Tráfego na rede com medições Activas [4]. Medições que podem ser obtidas através do método activo: - Atraso (Delay) - Perdas (Loss) - Variação do atraso (Jitter) - Largura de banda (Bandwidth) Com o aumento da importância do desempenho das redes devido ao aumento do tráfego e às aplicações de tempo real têm sido implementadas muitas ferramentas capazes de fazerem as medições dos vários parâmetros. Embora num capítulo mais à frente se façaa uma referência mais detalhada, fica já o exemplo de algumas ferramentas open-source capazes de obter os vários valores dos parâmetros já referidos.

14 Estado da Arte Tabela 2.3 - Ferramentas para efectuar medições de parâmetros QoS Tipos de medidas Ferramentas Custo Passivas MRTG, Nagios, NetFlow, Statscout, whireshark Pathchirp, Fping, Mgen, Ping Plotter, MRTG, Pathchar, Activas Pathload, Pathrate, Iperf, H.323 Beacon, OWAMP, Traceroute, freeping, Napoleon, MCM, TRPR, RSVP. Open-source Open-source Tabela 2.4- Comparação entre medidas Activas e Passivas Medidas Vantagens Desvantagens Activas Passivas Consegue caracterizar melhor as métricas pois testa mesmo injectando tráfego próprio para testar o comportamento da rede. Não necessita de injectar tráfego adicional na rede. Ocupação de largura de banda provocada pelo tráfico injectado artificialmente Necessita de mais informação nos cabeçalhos dos pacotes para poder obter e armazenar a informação necessária. 2.1.3 VoIP 2.1.3.1 Introdução VoIP VoIP (Voice over Internet Protocol) como a própria palavra explica é transmitir sinal de voz através de uma rede de dados usando o protocolo internet. A informação é transportada sobre a forma de pacotes quer dizer que é transmitido no formato digital e não analógico. Tornou-se rapidamente numa tecnologia muito popular devido à grande vantagem de ser grátis se usarmos software gratuito existente, porque desta forma estamos a fazer chamadas dispensando os serviços das companhias telefónicas. Outros factores também importantes para justificar este crescimento são nomeadamente o aumento de locais com acesso de banda larga e a melhoria de qualidade de serviço que é