UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE COMPUTAÇÃO PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO GERENCIAMENTO DE QOS PARA O SISTEMA FINAL COM O USO DO SNMP MÁRCIO ANDREY TEIXEIRA DEZEMBRO 2004
Márcio Andrey Teixeira GERENCIAMENTO DE QOS PARA O SISTEMA FINAL COM O USO DO SNMP Dissertação apresentada ao programa de Pós-graduação em Ciência da Computação da Universidade Federal de Uberlândia, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Ciência da Computação. Área de concentração: Redes de Computadores. Orientador: Prof. Dr. Jamil Salem Barbar UBERLÂNDIA Universidade Federal de Uberlândia - UFU Dezembro 2004
FICHA CATALOGRÁFICA Elaborada pelo Sistema de Bibliotecas da UFU / Setor de Catalogação e Classificação T266m Teixeira, Márcio Andrey, 1979- Gerenciamento de QoS para o sistema final com o uso do SNMP / Márcio Andrey Teixeira. Uberlândia, 2004. 100f.:il. Orientador: Jamil Salem Barbar. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Uberlândia, Programa da Pós-Graduação em Ciência da Computação. Inclui Bibliografia. 1. Redes de Computação - Protocolos - Teses. 2. Sistemas multimídia - Teses. 3. Internet (Redes de Computação) - Teses. 4. Ciência da Computação - Teses. I. Barbar, Jamil Salem. II. Universidade Federal de Uberlândia. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. III. Título. CDU:681.3.02 (043.3) iii
Márcio Andrey Teixeira GERENCIAMENTO DE QOS NO SISTEMA FINAL COM O USO DO SNMP Dissertação apresentada ao Programa de Pósgraduação em Ciência da Computação da Universidade Federal de Uberlândia, para obtenção do título de Mestre. Área de concentração: Redes de Computadores. Banca Examinadora: Uberlândia, 10 de Dezembro de 2004. Prof. Dr. Jamil Salem Barbar - UFU (orientador) Prof. Dr. Anilton Salles Garcia - UFES Prof. Dr. Paulo Roberto Guardieiro - UFU
A Deus, primeiramente, aos meus pais Dorival e Cleusa, aos meus irmãos Marcos e Ana Paula e a minha noiva Aline por todo o incentivo proporcionado. v
Agradecimentos A Deus, pela oportunidade de fazer o mestrado e pela força e sabedoria que me auxiliou durante os meus estudos. Ao prof. Dr. Jamil Salem Barbar, que auxiliou-me durante todo o tempo nos meus estudos acreditando e confiando na minha pessoa. Aos meus pais, Dorival e Cleusa, que sempre me incentivaram e me apoiaram em todo o momento em que eu precisei. À minha noiva Aline, pelo carinho e compreensão. A todos os colegas do Mestrado que me apoiaram e a todos aqueles que me ajudaram de alguma forma para a realização deste trabalho. À CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, pelo apoio financeiro concedido. vi
Resumo Este trabalho descreve um modelo de gerenciamento de QoS para o sistema final com o uso do protocolo de gerenciamento SNMP (Simple Network Management Protocol). O gerenciamento proposto é baseado nos conceitos de gerenciamento do protocolo SNMP em conjunto com os conceitos de gerenciamento de QoS. O modelo de gerenciamento é composto por módulos de gerenciamento que atuam com o sistema operecional. Tais módulos interagem com as aplicações de multimídia que necessitam de QoS através das primitivas de gerenciamento do protocolo SNMP, que obtêm as informações necessárias ao gerenciamento de uma MIB (Management Information Base). Uma aplicação multimídia foi desenvolvida para validar o gerenciamento proposto, a qual faz uso de um protótipo do modelo de gerenciamento de QoS para o sistema final. Através desse gerenciamento, pode-se observar que as aplicações multimídia obtêm um ganho significativo em relação ao desempenho, pois os recursos são alocados mediante aos parâmetros de QoS das aplicações de multimídia, variando de acordo com as necessidades de cada aplicação. Palavras-chave: Gerenciamento de QoS, protocolo SNMP, Gerenciamento de Recursos, Sistema Final. vii
Abstract The present paper aims at describing a QoS management model for the end-system with the use of the management protocol SNMP (Simple Network Management Protocol). The proposed management is based on the concept of management of the SNMP protocol along with the concept of QoS management and is composed of management modules that act with the operational system. Such modules interact with the requiring QoS multimedia applications by means of the management primitives of the SNMP protocol; those primitives obtain the necessary information for the management of a MIB (Management Information Base). A multimedia application was developed to make the proposed management valid. It uses a prototype of the QoS management model for the end-system. Through this management, it can be observed that the multimedia applications have a significant improvement relating to its performance, since the resources are allocated by means of the QoS parameters of the multimedia applications, varying according to the needs of each application. Key-words: QoS management, SNMP protocol, Resource management, End-system. viii
Sumário Lista de Figuras xiii Lista de Tabelas xvi Lista de Acrônimos xvii 1 Introdução 1 2 A Qualidade de Serviço 5 2.1 As formas de representação da QoS......................... 5 2.1.1 A QoS na Internet.............................. 6 2.1.2 Soluções da IETF sobre a QoS........................ 7 2.1.3 A abordagem da ISO sobre QoS....................... 10 2.2 A Qualidade de Serviço em sistemas multimídia.................. 11 2.2.1 Os requisitos de QoS das aplicações de multimídia............. 12 2.2.2 O gerenciamento dos parâmetros de QoS.................. 14 2.2.3 A parametrização da QoS da aplicação................... 17 2.2.4 A parametrização da QoS do sistema.................... 18 2.2.5 A parametrização da QoS da rede...................... 19 2.3 Um framework generalizado para QoS....................... 20 2.3.1 Princípios de QoS............................... 21 2.3.2 Especificações de QoS............................ 22 ix
SUMÁRIO x 2.3.3 Os mecanismos de QoS............................ 23 2.4 Arquiteturas de QoS................................. 25 2.4.1 A arquitetura Omega............................. 26 2.4.2 A arquitetura QoS-A............................. 27 2.4.3 A arquitetura IntServ............................. 29 2.4.4 Algumas considerações a respeito das arquiteturas de QoS........ 31 3 O que é gerenciamento de redes 33 3.1 O Gerenciamento de Redes.............................. 33 3.1.1 Os serviços gerenciáveis de uma rede de computadores.......... 35 3.2 As áreas funcionais do gerenciamento de redes................... 35 3.2.1 Gerenciamento de falta............................ 36 3.2.2 Gerenciamento de configuração....................... 37 3.2.3 Gerenciamento de segurança......................... 38 3.2.4 Gerenciamento de desempenho....................... 39 3.2.5 Gerenciamento de contabilidade....................... 40 3.3 Os protocolos de gerenciamento........................... 41 3.3.1 O Protocolo de gerenciamento SNMP.................... 42 3.3.2 SMI...................................... 43 3.3.3 Identificação dos objetos gerenciados.................... 44 3.3.4 ASN.1..................................... 46 3.3.5 Definição de gerenciadores.......................... 49 3.3.6 Definição de agentes de gerenciamento................... 49 3.4 MIBs.......................................... 50 3.4.1 Estrutura da MIB............................... 52 3.4.2 Grupos..................................... 53 3.5 Versões do protocolo SNMP............................. 55 3.5.1 Evolução do SNMP.............................. 55
SUMÁRIO xi 3.6 As mensagens e as operações oferecidas pelo protocolo SNMP.......... 56 3.6.1 Formato das mensagens........................... 56 3.6.2 Transmissão das mensagens SNMP..................... 58 3.6.3 Operações fornecidas pelo protocolo..................... 61 3.6.4 Operação get................................. 61 3.6.5 Operação get-next.............................. 62 3.6.6 Operação get-bulk............................... 62 3.6.7 Operação get, get-next, e set para respostas de erro............ 63 3.6.8 Traps do SNMP................................ 63 3.6.9 Notificação do SNMP............................. 64 3.7 Comunidades e políticas do Protocolo SNMP.................... 64 4 Um modelo de gerenciamento de QoS para o Sistema Final com o uso do SNMP 66 4.1 O gerenciamento de QoS no sistema final..................... 66 4.2 A estrutura organizacional dos objetos na MIB................... 67 4.3 Implementação e estruturação dos parâmetros de QoS na MIB.......... 74 4.3.1 Objeto da estrutura do nível do usuário.................. 77 4.3.2 Objeto da estrutura do nível da aplicação................. 79 4.3.3 Objeto da estrutura do nível de sistema.................. 80 4.3.4 A contabilização dos recursos utilizados pelas aplicações de multimídia no sistema final................................ 82 4.4 Mapeando os parâmetros de QoS na MIB...................... 84 4.5 Os módulos de gerenciamento de QoS do sistema final............... 85 4.5.1 Os módulos de gerenciamento e os mecanismos de gerenciamento..... 87 4.5.2 Os módulos de gerenciamento e a MIB................... 88 4.6 Funcionalidades dos módulos de gerenciamento................... 92 4.6.1 Módulo gerenciador de aplicação...................... 92
SUMÁRIO xii 4.6.2 Módulo gerenciador de QoS......................... 93 4.6.3 Módulo gerenciador de recursos....................... 94 4.7 O ciclo de execução dos módulos de gerenciamento................ 95 4.7.1 A execução do gerenciador de aplicação................... 96 4.7.2 A execução do gerenciador de QoS..................... 97 4.7.3 A execução do gerenciador de recursos................... 98 5 Uma aplicação multimídia 100 5.1 Descrição da aplicação de multimídia........................ 100 5.2 Os requisitos de QoS da aplicação de Tele-monitoramento na MIB........ 102 5.2.1 A definição do arquivo na MIB....................... 103 5.2.2 A implementação dos objetos definidos na MIB............. 110 5.2.3 O modo de acesso do agente SNMP aos parâmetros de QoS....... 111 5.3 Resultados obtidos da aplicação de Tele-monitoramento.............. 113 6 Conclusão 126 Referências Bibliográficas 130 A - (Apêndice A) - Partes dos códigos fonte dos programas 134
Lista de Figuras 2.1 Estabelecimento de uma chamada.......................... 9 2.2 Cabeçario de serviço diferenciado........................... 9 2.3 Arquitetura de um sistema multimídia........................ 11 2.4 Arquitetura de um sistema multimídia dividido em camadas de abstração.... 15 2.5 Parametrização da QoS da camada da aplicação................... 17 2.6 Parametrização da QoS da camada do sistema.................... 18 2.7 Parametrização da QoS da camada de rede por conexão.............. 19 2.8 QoS fim-a-fim...................................... 21 2.9 Mapeamento QoS................................... 24 2.10 Arquitetura Omega.................................. 26 2.11 Arquitetura QoS-A................................... 27 2.12 Arquitetura QoS-A................................... 30 2.13 Framework que traz QoS para o sistema final.................... 31 3.1 Configuração do SNMP................................ 43 3.2 Árvore de objetos da SMI............................... 45 3.3 Uso das sintaxes abstratas e de transferências.................... 47 3.4 Relação entre uma estação com um agente e uma MNS............... 51 3.5 Grupos definidos na MIB-II.............................. 53 3.6 Formato da mensagem SNMP............................. 57 3.7 Construção das Mensagens SNMP.......................... 58 xiii
LISTA DE FIGURAS xiv 3.8 Seqüência das requisições das PDUs......................... 59 3.9 Modelo da comunicação TCP/IP e o SNMP..................... 60 3.10 Seqüência da solicitação get.............................. 62 3.11 Seqüência da solicitação trap............................. 63 4.1 Disposição do módulo endsystemqos na estrutura da MIB........... 71 4.2 Organização das aplicações multimídia que utilizam o gerenciamento de QoS no sistema final...................................... 72 4.3 Estrutura dos níveis de representação......................... 74 4.4 Estrutura dos níveis e camadas............................ 75 4.5 Objetos do nível do usuário e seus sub-níveis.................... 78 4.6 Objetos do nível da aplicação e seus sub-níveis................... 80 4.7 Objetos do nível do sistema e alguns de seus parâmetros.............. 81 4.8 Objeto RequisitoSistema na estrutura da MIB.................... 83 4.9 Contabilizaçao dos recursos do sistema........................ 83 4.10 Mapeamento dos parâmetros de QoS na MIB.................... 86 4.11 Os módulos de gerenciamento e os mecanismos de gerenciamento......... 88 4.12 Os módulos de Gerenciamento e a MIB....................... 89 4.13 Os módulos de Gerenciamento no Sistema Final................... 93 4.14 Seqüência da execução dos Módulos de Gerenciamento............... 96 5.1 Cenário da implementação............................... 101 5.2 Organização dos parâmetros de QoS na MIB.................... 107 5.3 Interação de Agente SNMP e a MIB......................... 112 5.4 Interação de Agente de Sub-Agente.......................... 113 5.5 Imagem com 25 de qualidade............................. 114 5.6 Imagem com 65 de qualidade............................. 114 5.7 Imagem com 100 de qualidade............................ 115 5.8 Tempo de processamento x Qualidade........................ 116
LISTA DE FIGURAS xv 5.9 Tamanho de arquivo x Qualidade da imagem.................... 117 5.10 Gráfico da Tabela 5.2................................ 120 5.11 Gráfico da Tabela 5.3................................ 121 5.12 Gráfico da Tabela 5.4................................ 122 5.13 Gráfico comparativo das três imagens........................ 123 5.14 Execução da aplicação sem e com o gerenciamento................. 124
Lista de Tabelas 2.1 Exemplos de Parâmetros de QoS.......................... 13 3.1 Tipos de dados básicos permitidos no SNMP.................... 48 3.2 Grupo de gerenciamento............................... 54 3.3 Relação entre a categoria de acesso a MIB e o modo de acesso do SNMP..... 65 5.1 Dados obtidos da imagem.............................. 115 5.2 Dados obtidos da imagem como fator de qualidade 25............... 119 5.3 Dados obtidos da imagem como fator de qualidade 65............... 120 5.4 Dados obtidos da imagem como fator de qualidade 100.............. 121 xvi
Lista de Acrônimos ASN.1 - Abstract Sintaxe Notation One ATM - Asynchronous Transfer Mode BER - Basic Encoding Rules CoS - Class of Service DiffServ - Differentiated Services Framework IAB - Internet Architecture Board IETF - Internet Engineering Task Force ISO - International Organization for Standardization IOS- Internetwork Operating System IP - Internet Protocol IntServ - Integrated Service Architecture JPEG - Joint Photographic Experts Group LAN - Local Area Network LSP - Label Switching Paths MIB - Management Information Base MPLS - Multiprotocol Label Switching xvii
LISTA DE TABELAS xviii OID - Object Identifier PDU - Protocol Data Unit POSIX - Portable Operating System Interface QoS - Quality of Service RFCs - Request for Comments SNMP - Simple Network Management Protocol SMI - Structure of Management Information SMP - Simple Management Protocol TCP - Transfer Control Protocol ToS - Type of Service WAN - Wide Area Network
LISTA DE TABELAS xix
Capítulo 1 Introdução Com a evolução e o crescimento dinâmico do poder computacional dos sistemas finais, tais como os computadores pessoais, as estações de trabalho, a disponibilização dos recursos locais e o crescimento e uso da Internet estão levando ao surgimento de novas aplicações multimídia, principalmente aquelas distribuídas. Essas aplicações geram grande quantidade de fluxos de dados denominados de streams multimídia (streams de áudio e streams de vídeo), que são transmitidos pela rede de comunicação e processados no sistema final, onde este último tem a responsabilidade de apresentar os streams de forma correta para os usuários finais, mantendo um certo nível de qualidade. As aplicações multimídia demandam grandes variedades de recursos, tanto do sistema final quando da rede de computadores, sendo importante e necessário haver gerenciamento da Qualidade de Serviço (QoS - Quality of Service) atribuída às aplicações multimídia, no sistema final, e na rede de computadores, podendo, assim, garantir o nível global da QoS para as aplicações multimídia, em realce, as aplicações que necessitam de recursos controlados e monitorados remotamente (por exemplo, as aplicações de robótica, Tele-monitoramento, Tele-medicina etc.). Os recursos requisitados pelas aplicações multimídia são determinados por parâmetros, denominados parâmetros de QoS que definem o nível de serviço a ser atribuído às aplicações multimídia. Através dos parâmetros de QoS, o usuário e ou a aplicação poderá especificar quais são os requisitos necessários para que a aplicação multimídia tenha desempenho satisfatório. 1
2 Muitas pesquisas sobre QoS estão sendo realizadas, porém, a maioria delas estão voltadas às redes de computadores, como, por exemplo, o IntServ, o DiffServ etc. Pouco tem sido feito no sistema final, sendo necessários mecanismos para garantir a entrega e o processamento dos dados no sistema final de maneira oportuna quanto à QoS exigida pelas aplicações multimídia. No que diz respeito aos recursos disponíveis no sistema final (por exemplo, memória, CPU, buffers etc.), para que possa ser mantido e ou garantido um nível de qualidade de serviço (QoS), os recursos do sistema final deverão ser gerenciados para atender os requisitos exigidos pelas aplicações multimídia, bem como deverão respeitar as restrições de comunicação e de processamento exigidos pelos streams multimídia. Os sistemas finais (end-systems), neste contexto, são os computadores utilizados diariamente, e ficam situados nas extremidades da rede. Eles executam os programas de aplicações utilizados pelos usuários finais. A maioria dos sistemas finais não possui gerenciamento de QoS para as aplicações multimídia, sendo seus recursos gerenciados pelo sistema operacional que não distingue os requisitos das aplicações multimídia das outras demais aplicações. Por exemplo, os sistemas operacionais existentes nas estações de trabalho, tal como UNIX, são projetados para oferecer uso justo dos recursos do sistema aos programas (que podem estar competindo com o mesmo recurso), que dificulta a manutenção da resposta, em tempo hábil, para as aplicações multimídia, comprometendo-se, assim, o gerenciamento da QoS Global. Esses sistemas operacionais evidenciam barreiras impostas à adaptabilidde do sistema e à provisão de QoS, conseqüências do processamento por compartilhamento do tempo e da estrutura monolítica em que se baseiam. As aplicações multimídia distribuídas geralmente são executadas em ambientes remotos com características distintas, por exemplo, vários sistemas finais podem executar as aplicações multimídia com capacidades diferente de processamento. Com isto, as informações relevantes à execução destas aplicações como, também, dos recursos que estão sendo utilizados deverão ser obtidos remotamente, através de algum tipo de protocolo, nesse caso o protocolo de geren-
3 ciamento SNMP. O objetivo desta dissertação é propôr uma arquitetura de gerenciamento de QoS para o sistema final, utilizando os princípios e conceitos do gerenciamento de redes de computadores, bem como os dos mecanismos de gerenciamento de QoS e do protocolo de gerenciamento SNMP, podendo, assim, o sistema final ter seus recursos monitorados e controlados remotamente (quando necessário) em função dos requisitos de QoS das aplicações multimídia, contribuindo para o gerenciamento de QoS global. Esse gerenciamento tem como característica principal, gerenciar os parâmetros da QoS das aplicações em relação aos recursos a serem utilizados no sistema final. A arquitetura de gerenciamento de QoS para o sistema final proposto neste trabalho, mostra que é factível e eficaz conciliar o protocolo de gerenciamento SNMP e seus mecanismos de gerenciamento com os princípios de gerenciamento de QoS. A obtenção da QoS para as aplicações multimídia é feito através do gerenciamento dos parâmetros de QoS destas aplicações, que estão embutidas em uma base de gerenciamento. Com estes parâmetros e através de um agente SNMP, é possível fazer o controle e o monitoramento da QoS no sistema final remotamente. O SNMP é atualmente o modelo de gerenciamento de redes mais amplamente usado e disseminado, sendo projetado para ser independente dos produtos de fabricantes específicos ou de redes [1], sendo isso, um dos motivos de sua utilização neste trabalho. Outro motivo é que o SNMP é um protocolo relativamente simples, porém suficientemente poderoso para efetuar o gerenciamento aqui proposto. Para o gerenciamento proposto, são definidos três módulos de gerenciamento que utilizam as premissas do protocolo SNMP, no controle e no monitoramento remoto da QoS das aplicações de multimídia, e atuam em conjunto com uma MIB, possuidora dos parâmetros de QoS das aplicações multimídia que representam os requisitos de QoS dessas aplicações. Os módulos de gerenciamento atuam entre si com o objetivo de prover QoS para as aplicações multimídia no sistema final. Para a validação desta proposta, é desenvolvida uma aplicação multimídia de Tele-monitoramento.
4 Os parâmetros de QoS desta aplicação foram inseridos na MIB, onde, para isso, foi definido um módulo para abrigar esses parâmetros. Nesse módulo foi definido uma estrutura organizacional e funcional da disposição dos parâmetros de QoS para serem utilizados no gerenciamento proposto. Com isso, os recursos utilizados por essa aplicação são monitorados e controlados remotamente. É importante ressaltar que este trabalho deu origem a uma publicação nacional e duas publicações internacionais, sendo uma delas no ICT (11th International Conference on Telecommunications) e a outra no SCI (The 8th World Multiconference on Systemics, Cybernetics and Informatics). Este trabalho apresenta, no Capítulo 2, uma descrição resumida dos conceitos de QoS, os mecanismos utilizados para a obtenção e para o gerenciamento da QoS num sistema global, e alguns Frameworks relatados na literatura que utilizam os mecanismos de QoS aqui descritos. No Capítulo 3, são apresentados os conceitos sobre gerenciamento SNMP, uma descrição das 5 áreas funcionais definida pela OSI e a estrutura de gerenciamento SNMP, como, por exemplo, um resumo das versões existentes, os formatos das mensagens e a ferramenta NET-SNMP. O Capítulo 4 é composto pela descrição do modelo de gerenciamento de QoS para o sistema final com o uso do protocolo SNMP, como também a descrição da estrutura organizacional e funcional da MIB para abrigar os parâmetros de QoS das aplicações multimídia, a implementação e a estruturação dos objetos na MIB. No Capítulo 5 é mostrado o desenvolvimento de uma aplicação multimídia que utiliza o gerenciamento proposto como também, os resultados obtidos por essa aplicação. Finalmente, no Capítulo 6 são apresentadas as conclusões do presente trabalho e as sugestões para o desenvolvimento de trabalhos futuros. No Apêndice A são mostrados algumas partes dos códigos fontes utilizados no desenvolvimento da estrutura da MIB e também da aplicação multimídia desenvolvida.
Capítulo 2 A Qualidade de Serviço Este capítulo apresenta questões relacionadas à qualidade de serviço, o porquê da sua utilização, a influência da QoS nas aplicações multimídia e algumas soluções encontradas na literatura para tentar garantir QoS para as aplicações multimídia. Em seguida são mostradas as definições de um sistema multimídia bem como a sua organização, a parametrização do sistema multimídia, os requisitos de QoS das aplicações multimídia e as tarefas envolvidas no gerenciamento dos parâmetros de QoS para garantir a QoS num âmbito global. 2.1 As formas de representação da QoS Com os recentes desenvolvimentos tecnológicos nas redes de computadores e nos sistemas finais, novas classes de aplicações multimídia distribuídas continuam surgindo, como, por exemplo: Educação a Distância, Vídeo-conferência, Vídeo sob demanda etc. Tais aplicações utilizam diversas mídias integradas, tais como: vídeo, imagem e voz, e são caracterizadas por gerar grandes fluxos de informações relativos a essas mídias, nas quais são denominadas de streams multimídia. Exemplos de streams multimídia são: stream de áudio, os stream de vídeo e aplicações elásticas. Os streams multimídia gerados por essas aplicações são transportados pela rede de computadores até o sistema final, onde serão processados e apresentados ao usuário. Esses streams possuem requisitos extremamente diversos, tanto de transmissão, quanto de processamento, os 5
2.1 As formas de representação da QoS 6 quais deverão ser atendidos pela rede de computadores e pelo sistema final, podendo assim garantir algum nível de qualidade. Nesse contexto surge o conceito de Qualidade de Serviço (QoS - Quality of Service) que determina o nível de qualidade empregado numa determinada aplicação multimídia, de acordo com seus requisitos, para a satisfação do usuário. Os requisitos de QoS exigidos pelas aplicações multimídia, expressam a necessidade da utilização de uma variedade de recursos da rede e do sistema final, sendo tais requisitos representados através da utilização de parâmetros, denominados parâmetros de QoS. Os parâmetros de QoS representam as diversas características existentes nas aplicações multimídia em relação aos recursos que essas aplicações utilizam. Esses parâmetros são representados em vários níveis de abstração, por exemplo, um nível de abstração alto, precedente dos usuários, a um nível mais baixo, do próprio sistema multimídia. Uma rede de computadores poderá garantir QoS quando puder estabelecer parâmetros mínimos para determinados streams multimídia, e conseguir manter esses parâmetros em quaisquer circunstâncias da rede, respeitando os requisitos de QoS impostos pelas aplicações multimídia, independente da quantidade de pessoas que estiverem compartilhando os recursos de rede. O sistema final poderá garantir QoS para as aplicações multimídia quando seus recursos, que são compartilhados com outras aplicações multimídia, forem gerenciados e utilizados de acordo com os requisitos de QoS dessas aplicações, e respeitando as restrições temporais e espaciais existentes entre as mídias contínuas. 2.1.1 A QoS na Internet A arquitetura original de rede da Internet foi projetada para permitir o envio de informações através de um modelo de serviço de melhor esforço (best-effort), sem qualquer garantia de vazão, atraso, ou outro requisito de QoS, não atendendo, assim, às necessidades exigidas pelas aplicações multimídia.
2.1 As formas de representação da QoS 7 O protocolo IP, baseou-se originalmente na idéia de igualdade de acesso, sem tratamento especial para qualquer nó ou serviço. Com exceção dos sistemas finais de comunicação, nenhuma informação de estado da conexão era mantida em qualquer lugar da rede. Além disso, o protocolo IP oferece um serviço de datagrama não confiável, sem qualquer garantia de serviço e não faz nenhuma diferenciação entre as classes de tráfego das diferentes mídia que ele transporta, levando à degradação da QoS exigida pelas aplicações multimídia. Outros fatores que levam à degração da QoS na Internet e também em outras redes de computadores são: Enlaces de comunicação compartilhados, nos quais dois ou mais usuários, ou dispositivos, disputam o mesmo canal de comunicação. Atrasos causados por equipamentos de rede (por exemplo, a incapacidade de se processar grandes cargas de dados). Atraso causado pela distância (enlaces de satélites) ou saltos excessivos (entre estados, ou roteamento global da rede). Congestionamento da rede causado pelo overflow das filas e pela retransmissão dos pacotes perdidos. Algumas pesquisas estão sendo levadas a cabo com o propósito de solucionar esses problemas, a par do desenvolvimento de novas arquiteturas e modelos de serviço que suportem as aplicações de multimídia. O desenvolvimento da arquitetura de serviços integrados e a proposta de serviços diferenciados são alguns exemplos dessas pesquisas [2]. 2.1.2 Soluções da IETF sobre a QoS A IETF (Internet Engineering Task Force) tem trabalhado há muitos anos para definir modelos de QoS para a Internet, para dotá-la de garantias de QoS, porém, essa tarefa não tem sido fácil. Os pacotes que trafegam na Internet atravessam muitas redes de computadores com
2.1 As formas de representação da QoS 8 características heterogêneas, tornando difícil prover a melhor decisão de como implementar e gerenciar QoS. Alguns exemplos de modelos desenvolvidos pela IETF para prover QoS na Internet são: o IntServ (Integrated Services), o DiffServ (Differentiated Services) e o MPLS ( Multiprotocol Label Switching). O IntServ é uma arquitetura para prover da QoS na Internet e nas Intranets. Ele foi desenvolvido para fornecer garantias de QoS individualizadas às sessões de aplicações individuais [1], tendo como pontos-chave: Reserva de recursos: A reserva de recursos é feita nos nós da rede, nos roteadores, em gateways e em outros elementos de rede, com o uso de protocolo específico para isso, denominado RSVP (Resource Reservation Protocol). Por exemplo, um roteador tem de saber que a quantidade de seus recursos (buffers, largura de banda de enlace) que já está reservada, antes de aceitar uma nova chamada. Estabelecimento de chamada: Uma sessão que exige garantia de QoS deve primeiramente estar habilitada a reservar recursos suficiente em cada roteador de rede em seu trajeto fonte-destino para garantir que suas exigências de QoS fim a fim sejam cumpridas. Esse processo de estabelecimento de chamadas exige a participação de cada roteador do trajeto. A Figura 2.1 demonstra o processo de estabelecimento de chamada. O RSVP é utilizado como mecanismo de sinalização e atualmente, está presente na maioria dos roteadores atuais. Através do RSVP, uma quantidade de largura de banda poderá ser reservada para determinado fluxo, e tal reserva poderá ser compartilhada a outros roteadores. Esta abordagem implica em manter variáveis de estado nos roteadores de cada fluxo de dados, fato que significa manter grande quantidade de informações nos roteadores de núcleo da rede, que transportam um número muito elevado de fluxos. O processamento associado a tais variáveis de estado acarreta sobrecarga dos roteadores, instalando-se um gargalo de desempenho. Os problemas de escalabilidade dessa arquitetura levaram ao estudo de soluções mais simples.