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Qualidade de Serviços em Redes IP
Edgard Jamhour
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Edgard Jamhour
Tipos de Comutação e Qualidade de Serviço
cabeçalho dados
...
t
1 2 N 1 2 N
...
...
...
...
...
quadro
sincronismo de quadro
slot de tempo = canal
circuito
pacote
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Edgard Jamhour
Medidas de Desempenho
1
transmitido
recebido
2 3 4
atraso
jitter
1 2 3 4
tempo
tempo
tempo
1 3 4 2
1
perda
2 3 4
tempo
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Edgard Jamhour
Excesso de Tráfego e Desempenho
1 2
atraso de propagação (fixo)
fila com tamanho variável
atraso
fixo atraso
variável
(jitter)
atraso
densidade de
probabilidade
pacotes
descartados
atraso máximo Rede muito
ocupada
Rede
pouco
ocupada
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Edgard Jamhour
Medidas de Disponibilidade
funcionando
12 h
falha tempo
funcionando
2 h 16 h
TTR= 1
TBF = 13 TBF = 18
Disponibilidade = (MTBF - MTTR)/ MTBF
Disponibilidade = (15.5 - 1.5) / 15.5 = 0,90 (90%)
falha
1 h
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
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Edgard Jamhour
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
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Edgard Jamhour
Necessidade de QoS em Redes IP
CPE
B-RAS
PPPoE
acesso núcleo
CPE
CPE
CPE
CPE
CPE
usuário núcleo
ISP
externo 1
2
3
controle de admissão
policiamento
priorização
condicionamento de tráfego
descarte preventivo
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Edgard Jamhour
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
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Edgard Jamhour
Metodologias de QoS
3. Ferramenta de
Gerenciamento
nó nó nó
host host
1. Mecanismo de QoS
Priorização
Descarte
Etc.
Políticas de QoS
(SLA, Controle de
Admissão)
sinalização 2. sinalização sinalização sinalização
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Edgard Jamhour
Metodologias de QoS
Melhor Esforço
Serviços
Diferenciados
Serviços
Integrados
Controle de recursos por fluxo ao longo
de um caminho pré-definido
Controle de recursos para tráfego
agregado sem caminho pré-definido
Ausência de controle de recursos. O
primeiro pacote a chegar é o primeiro a
ser atendido.
MPLS
menos QoS
mais QoS
Controle de recursos para tráfego agregado
ao longo de um caminho pré-definido
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Edgard Jamhour
Serviços Integrados e RSVP RSVP – Resource Reservation Protocol
Servidor
Cliente
1. Solicita conexão com o servidor
Aplicação
Multimídia
Servidora
Aplicação
Multimídia
Cliente
2. Informa requisitos para o cliente (PATH)
3. Solicita Reserva (RESV)
4. Confirma Reserva (RESVconf)
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Edgard Jamhour
Comportamento do Tráfego O que a rede deve suportar? Taxa média ou Taxa de Pico?
r
taxa
(bytes/s)
p
t
r
taxa
(bytes/s) p
t
r
taxa
(bytes/s) p
t VoIP com supressão de silêncio
Comportado
p: taxa de pico
r: taxa média
VoIP sem supressão de silêncio
Comportado
Vídeo compactado
Não comportado
A a taxa média não
provoca nenhum atraso
Atribuir a taxa média
prova um pequeno atraso
Atribuir a taxa média
prova um grande atraso
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Edgard Jamhour
O Modelo Balde de Fichas (Token Bucket) Permite descrever diversos tipos de tráfego
Serviço
Garantido se
r <= R
F
b bytes
r bytes/s
chegada
p bytes/s
saída
d <= b/p
r
saída
(bytes/s)
p
t
R
B
reserva
R
Modelo da fonte transmissora
Reserva no roteador
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Edgard Jamhour
Exemplo de Reserva RSVP
Servidor
Cliente
2
3 1
Total: 100 Mbps
30 Mbps (delay 5ms)
10 Mbps (delay 0)
PATH
Total: 100 Mbps
15 Mbps (delay 10ms)
1 Mbps (delay 0)
Total: 100 Mbps
10 Mbps (delay 10ms)
3 Mbps (delay 0)
5 Mbps
Folga 30 ms
Folga 10 ms
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Edgard Jamhour
Elementos de um Nó RSVP
Classificador
Escalonador
ENTRADA DADOS
Policiador
Fila de
Saída
Policiador
Fila de
Saída
SAÍDA DADOS
ENTRADA
SAÍDA
Medidor
Roteamento
controle de
admissão
configuração
controle de
política
FLUXO RSVP
FLUXO RSVP
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Edgard Jamhour
Serviços Diferenciados
ROTEADOR DE
BORDA
ROTEADOR DE
NÚCLEO
cliente
DOMÍNIO DIFFSERV
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Edgard Jamhour
borda 2
borda 1
Agregação de Fluxo
Fluxos individuais Regras individuais para cada fluxo
Fluxos agregados
Regras apenas para
os fluxos agregados
ouro, prata e bronze
usuário A nível ouro
usuário B nível prata
usuário C nível bronze
usuário D nível bronze
usuário E nível ouro
usuário F nível ouro
usuário G nível bronze
usuário H nível bronze
núcleo 1 núcleo 2
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Edgard Jamhour
Differentiated Services (DS) Field
VERS HLEN TOS Comprimento Total
ID 8 bits FLG Deslocamento
TTL Protocolo CheckSum Cabeçalho
IP Origem
IP Destino
Dados
...
DSCP
(6 bits)
ECN
(2 bits)
DS FIELD
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Edgard Jamhour
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 ECN
Seletores de
Classe
Códigos
dentro da
classe
0
PHB Padronizado
ECN 0
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Edgard Jamhour
PHBs Padronizados
DF
b‘000000
AF 1 AF 2 AF 3 AF 4 EF
b‘101110
Baixa
Preferência
de Descarte
AF11
b'010000'
AF21
b'011000'
AF31
b'100000'
AF41
b'101000'
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'
prioridade
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Edgard Jamhour
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
Dados sensíveis a atraso
Dados de grande vazão
AF3(1-3)
AF2(1-3)
AF1(1-3)
baixo/
médio
baixo
baixo
médio
baixa/alto
médio/alta
alta
alta
alta
taxa
Standard (Best Effort) DF taxa
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Edgard Jamhour
Elementos de um Nó Diffserv
Classificador
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
ENTRADA
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Policiador
Marcador
Fila de Saída
SAÍDA
ENTRADA
SAÍDA
Medidor
Descartador Descartador Descartador
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Edgard Jamhour
Classificador: CORE e EDGE
Classificador
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
ENTRADA
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Policiador
Marcador
Fila de Saída
SAÍDA
Se IPsrc=200.1.2.0/24 e AF11
Se IPsrc=200.1.2.0/24 e TCP e PORTdst 80
Se IPsrc=200.10.1.0/24
Classificador
Policiador
Marcador
Formatador de Tráfego
ENTRADA
Policiador
Marcador
Policiador
Marcador
SAÍDA
Se AF1 Se AF2 Se AF3
Descartador Descartador Descartador
Fila de Saída
Fila de Saída
Fila de Saída
Descartador Descartador Descartador
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Edgard Jamhour
Policiador e Marcador
Classificador
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
ENTRADA
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Policiador
Marcador
Fila de Saída
SAÍDA
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
balde 1
(62,5kbytes)
rate 500 kbps
balde 2
(62,5kbytes)
rate 500 kbps
X
dro
p
tráfego
chegada
AF11 AF12
Descartador Descartador Descartador
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Edgard Jamhour
Formador de Tráfego com Balde de Fichas
Formatador
b=1
r=1
saída
(bytes/s)
p=2
t
Tráfego Saída
b=2
r=1
p=2
t
Tráfego Entrada
b=1 b=1
FILA 1
Regra:
Aplicar PHB A para Fila 1
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Edgard Jamhour
Formatado de Tráfego
AF 4
AF 3
AF 2
AF 1
SAÍDA Escolhe de qual fila o
pacote será retirado
para encaminhamento
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
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes
r = 4 Mbps, b= 0Kbytes
Enlace com
capacidade de
4 Mbps
Video
Conf.
Video
Stream.
Dados
Interativos
Dados
Download
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Edgard Jamhour
Descartador
AF 4
AF 3
AF 2
AF 1
SAÍDA Escolhe de qual fila o
pacote será retirado
para encaminhamento
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 1 Mbps, b= 64Kbytes
r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes
r = 4 Mbps, b= 0Kbytes
Enlace com
capacidade de
4 Mbps
Video
Conf.
Video
Stream.
Dados
Interat.
Dados
Download
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
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Edgard Jamhour
SLA: Service Level Agreement
EF, AF4
NÓ ENTRE DOMÍNIOS
remarcar AF4 para EF
Remarcar AF2 para AF1 AF1, AF2
cliente
cliente
PROVEDOR BACKBONE
AF1, EF
ENTRADA Classificador
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Formatador de Tráfego
Descartador
Se EF, AF4 Se AF2,
AF1
Remarca
para AF 1 Remarca
para AF4
Policiador
Marcador
Fila de Saída
Descartador
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Edgard Jamhour
MPLS X Roteamento Tadicional (Hop by Hop)
200.0.0.0/24
1
4
5
3
2 1Gbps [900]
210.0.0.0/24
200.0.0.0/25
200.0.0.128/25
50 Mbps para
210.0.0.0/24
Melhor caminho:
Para 200.0.0.0/24: 1 -2 -3
Para 210.0.0.0/24: 1-4-5
1Gbs [900]
100 Mbps para
200.0.0.0/25
50 Mbps para
200.0.0.128/25
100Mbps [50]
100Mbps [100]
100Mbps [50]
100Mbps [100]
100Mbps [50]
Nova demanda
100Mbps [0] Cliente
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Edgard Jamhour
Roteamento MPLS
200.0.0.0/24
1
4
5
3
2
210.0.0.0/24
200.0.0.0/25
200.0.0.128/25
50 Mbps para
210.0.0.0/24
com LABEL 20
100 Mbps para
200.0.0.0/25 com
LABEL 10
50 Mbps para
200.0.0.128/25 com
LABEL 30
Cliente
30 31
32
33 34
35
20
21
22
23
10
11 12
13
LSP: Label Switch Path
SE LABEL de entrada for 31 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 32
SE LABEL de entrada for 11 ENTÃO enviar para 3 com LABEL 12
SE LABEL de entrada for 30 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 31
SE LABEL de entrada for 10 ENTÃO enviar para 2 com LABEL 11
SE LABEL de entrada for 20 ENTÃO enviar para 4 com LABEL 21
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Edgard Jamhour
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.