Qualidade de Servi

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Qualidade de Serviço em Redes IPMecanismos de
QoS

• Edgard Jamhour

2
QoS sobre Redes IP

• O protocolo IP, conforme definido originalmente
• Não suporta QoS (Qualidade de Serviço).
• Adota o modelo de serviço BEST EFFORT
• o primeiro pacote a chegar será o primeiro a ser
  atendido.

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QoS sobre Redes IP

• Atualmente o protocolo IP está sendo modificado e
  novos padrões estão sendo definidos para suportar
  duas estratégias de QoS
• Serviços integrados
• Serviços diferenciados

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Objetivos do QoS

• Controle sobre recursos
• Privilegiar aplicações mais importantes
  (rentáveis) na rede.
• Garantir o funcionamento de aplicações sensíveis
  a atraso
• Evitar que o tráfego Web introduza atraso para
  aplicações de VoIP.

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Objetivos de QoS

• SLA (Service Level Agreements)
• Diferenciar usuários e serviços de acordo com
  contratos pré-estabelecidos.
• Redes Convergentes.
• Permitir que uma única tecnologia de rede possa
  ser utilizada para prover todos os tipos de
  serviços.

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Qualidade de Serviço - QoS

• QoS é uma garantia oferecida pela rede que certos
  parâmetros serão mantidos entre níveis
  pré-acordados.
• Os principais parâmetros de QoS são
• Atraso
• Jitter Variação no Atraso
• Taxa de transmissão
• Taxa de Perda de Pacotes

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Qualidade de Serviço - QoS
QoS na Camada de Aplicação
QoS na Camada de Transporte
QoS na Camada de Rede
Internet
QoS em Enlace
QoS refere-se a capacidade de criar um caminho
com banda e tempo de atraso garantidos entre dois
pontos da rede.
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QoS Rede ou Enlace?

• Na camada de Enlace
• Redes Síncronas
• SDH (combinação de canais de banda constante)
• Redes Assíncronas
• ATM Permite Reservar Recursos
• Frame-Relay Apenas Limita a Banda

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QoS Rede ou Enlace?

• Na camada de rede
• IP Permite implementar a qualidade de serviço
  fim a fim independente da tecnologia de enlace.
• Implementado com ou sem sinalização.

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Atraso

• O atraso é uma das principais medidas de QoS.
• Em aplicações tempo-real o atraso provoca perda
  de QoS.
• Exemplo eco e sobreposição de conversação em
  VOIP.

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Fatores que Influenciam o Atraso
Congestionamento nos links
Capacidade do Terminal
Velocidade do Link
Congestionamento na rede local
Tempo de propagação
Bufferização nos Roteadores
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Curva de QoS em Função do Atraso
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Tempo de Propagação
 

• Atrasos de Propagação - Fibras Ópticas Exemplos

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Fontes de Atraso

• Atraso introduzido por equipamentos
• Roteadores, Switches, Firewalls, etc.
• Atraso introduzido pelos hosts
• Velocidade da CPU e Acesso a Memória
• Eficiência do Sistema Operacional e da Pilha de
  Protocolos
• Paginação de Memória

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Perda de Pacotes

• Pacotes são perdidos devido aos seguintes
  fatores
• Erros no pacote
• Cabeçalho do pacote
• Descartados pelos roteadores
• Campo de dados
• Descartados pelo computador

IP
TCP
DADOS
Checksum apenas do cabeçalho
Checksum inclui os dados
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Perda de Pacotes

• Falta de Banda
• Estouro de buffer dos roteadores .
• Descarte preventivo (controle de atraso)
• Pacotes menos prioritários são descartados.

Os buffers são associados a cada interface
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Tipos de Controle de QoS

• Aplicações tempo-real
• Aplicações sensíveis ao atraso
• Tolerantes a perda de pacotes
• Intolerantes a perda de pacotes
• OBJETIVO DISPONIBILIDADE CONSTANTE DE BANDA
• Aplicações elásticas
• Aplicações que não são afetadas pelo atraso.
• Exemplo Email, FTP, Compartilhamento P2P
• OBJETIVO BANDA MÉDIA EM PERÍODOS MÉDIOS OU LONGOS

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Requisitos de QoS
 
Requisitos de QoS Voz Interativa FTP E-mail Vídeo Broadcast Vídeo Interativo
Exigência de largura de banda Média Baixa Baixa Alta Alta
Sensibilidade a perda (aleatória) de pacotes Média Média Média Média Média
Sensibilidade ao atraso Alta Baixa Baixa Baixa Alta
Sensibilidade ao jitter Alta Baixa Baixa Média Alta
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Arquiteturas para QoS

• As arquiteturas de QoS envolvem 3 elementos
• Técnicas para implementar QoS em um nó da rede.
• Técnicas de sinalização de QoS, para informar aos
  vários nós da rede como proceder na passagem de
  um fluxo.
• Funções para gerenciamento, política e
  contabilização do QoS de uma rede como um todo.

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Arquiteturas para QoS
nó
nó
sinalização
2. sinalização
sinalização
sinalização
nó
nó
nó
Políticas de QoS (SLA, Controle de Admissão)
1. Mecanismo de QoS Priorização Descarte Etc.
3. Ferramenta de Gerenciamento
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Mecanismos de QoS no Nó

• Classificação
• Enfileiramento
• Priorização (com ou ser garantia de banda)
• Adequação do Perfil de Tráfego
• Antecipação de Congestionamento
• Policiamento

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Classificação

• A classificação dos pacotes é feita de acordo com
  regras para descriminação de fluxo.
• As regras comumente utilizadas são
• Interface do dispositivo
• IP origem
• IP destino
• Tipo de Protocolo
• TOS
• Flow Label (IPv6)
• Porta origem
• Porta destino

Enlace
Rede
Transporte
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Campo TOS Tipo de Serviço
PayLoad
IP Header
TOS
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Enfileiramento FIFO

• Trata as variações de tráfego através de uma
  fila, mas não utiliza nenhum tipo de prioridade.
• Modelo Best-Effort

LINK B (rede WAN 1 Mbps)
LINK A (rede local 100 Mbps)
LINK A gt LINK B
FILA INTERNA NO ROTEADOR
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Enfileiramento com Prioridade
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Enfileiramento com Banda Garantida

• Escalonamento round-robin.
• A quantidade de pacotes transmitidos de cada fila
  é ponderada.

2/10
3/10
4/10
1/10
Fila de alta prioridade (4 pacotes de cada vez)
Fila de baixa prioridade (1 pacotes de cada vez)
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CQ Guaranteeing Bandwidth
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Weighted fair queuing (WFQ)

• Efetua classificação do tráfego por fluxo
• Endereço IP de origem e destino
• Portas de origem e destino
• Tipo de protocolo
• Os fluxos são armazenados num número configurável
  de filas.
• Fluxos de baixo volume, que são a grande maioria
  do tráfego, recebem um serviço preferencial.
• Fluxos de alto volume, dividem o restante da
  banda de maneira proporcional entre eles.

29
Weighted fair queuing (WFQ)
30
Weighted fair queuing (WFQ)

• Dando prioridade para os fluxos mais curtos, o
  WFQ reduz significativamente o atraso médio de
  entrega dos pacotes.

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Adequação do Perfil de TráfegoModelo Token Bucket

• Permite adequar o tráfego em torno de uma taxa
  média, com rajadas de intensidade controlada.

r bytes/s
R
b bytes
reserva
chegada
Serviço Garantido se r lt R
saída
R
p bytes/s
B
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Parâmetros

• r - taxa média em bytes/s
• b - tamanho do bucket (em bytes)
• p - taxa de pico
• m - tamanho mínimo do pacote
• (pacotes menores que esse valor são contados como
  m bytes)
• M - MTU (tamanho máximo do pacote)
• Regra seja T o tráfego total pelo fluxo num
  período T
• T lt rT b

33
Traffic Shaping com Token Bucket
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Técnicas para Evitar Congestionamento

• Limitam o tamanho da filas através de um descarte
  preventivo.
• RED Randon Early Detection
• Descarte randômico assim que o tamanho da fila
  atinge um limiar pré-definido.
• WRED RED ponderado
• Leva em conta as informações de prioridade do
  campo TOS dos pacotes IP.

35
RED
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Policiamento

• Um limite de tráfego é imposto aos fluxos
  definidos pelo classificador.
• O descarte de pacotes é feito com base na medição
  do tráfego antes do armazenamento dos pacotes nas
  filas do roteador.
• Pode utilizar o modelo token bucket.

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Conclusão

• Muitos dispositivos de rede possuem mecanismos
  para QoS.
• A disponibilidade de mecanismos variam de
  dispositivo para dispositivo.
• Vários algoritmos estão disponíveis para
  priorização, policiamento, descarte e adequação
  do perfil de tráfego.