Controle de QoS
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Controle de QoS Em Redes Convergentes. Dr. Denis Gabos, Eng. Coordenador Tecnologia em Redes de Computadores Centro Universitário SENAC Campus Santo Amaro [email protected] Agenda. 1. INTRODUÇÃO. Caracterização de Tecnologias Convergentes

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Controle de QoS Em Redes Convergentes

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Presentation Transcript


Controle de qos em redes convergentes

Controle de QoS

Em

Redes Convergentes

Dr. Denis Gabos, Eng.

Coordenador Tecnologia em Redes de Computadores

Centro Universitário SENAC

Campus Santo Amaro

[email protected]


Agenda

Agenda

1

INTRODUÇÃO

  • Caracterização de Tecnologias

  • Convergentes

  • Motivação

2

CONCEITOS GERAIS

  • QoS e Controle de QoS

  • Arquitetura Conceitual

  • Arquiteturas Edge-to-edge

3

ARQUITETURAS COMPLETAS

E TECNOLOGIAS

  • IntServ e DiffServ

  • MPLS

  • Controle de QoS no IPv6

4

EXEMPLO

  • Rede SADIA


1 introdu o

1INTRODUÇÃO


Redes convergentes

Redes Convergentes

  • São aquelas que suportam a integração de

  • dados, voz (áudio) e vídeo

  • com suas respectivas necessidades de qualidade de serviço, isto é,

  • suportam aplicações multimídia, de voz e de comunicação de dados, todas juntas numa mesma rede.


Benef cios da converg ncia

Benefícios da Convergência

  • Redes por comutação de circuitos desperdiçam banda. As redes por comutação de pacotes e as redes IP em particular otimizam a utilização dessa banda.

  • Existência de uma única infra-estrutura de rede com interface única padronizada para acesso de voz, dados e vídeo.

  • Acabam com a sobreposição de redes, que geram custos mais elevados por multiplicação de custos.

  • Uso de tecnologias abertas (IP).

  • Etc...


Par metros de qualidade de servi o

Parâmetros de Qualidade de Serviço

  • Parâmetros de Qualidade de Serviço:

    • Vazão

    • Atraso de Trânsito

    • Variação do Atraso de Trânsito (jitter)

    • Taxa de Erro

    • Disponibilidade


As aplica es e a qualidade de servi o

Aplicações

Quesitos

Dados

Dados Gráficos

Voz

Voz Interativa

Vídeo

Vídeo Interativo

Vazão/Banda

PE

E

E

E

ME

ME

Atraso

PE

PE

E

ME

E

ME

Variação do Atraso

PE

PE

ME

ME

ME

ME

Taxa de Erro

E

ME

PE

PE

E/(PE)

ME/(E)

As Aplicações e a Qualidade de Serviço

  • As aplicações variam em suas exigências sobre os parâmetros de QoS.

  • As redes convergentes precisam acomodar e integrar todas essas exigências.

PE: Pouco Exigente; E: Exigente; ME: Muito Exigente.


Controle de qos em redes convergentes

Técnicas de Comutação

REDE = COMPARTILHAMENTO

De meios físicos

(Técnicas de Multiplexação)

De estruturas de equipamentos

(Técnicas de Comutação)

  • De Circuitos

  • De Pacotes

  • De Células

  • Em frequência.

  • No tempo

As diversas tecnologias existentes combinam tais técnicas fornecendo diversos resultados de qualidade de serviço.


Controle de qos em redes convergentes

Técnicas de Comutação e QoS

Técnicas e Tecnologias: Características

Vantagens ou Desvantagens??

  • Comutação de Circuitos

    • Baixo Jitter

    • Sem congestionamento

    • Capacidade fixa

    • Desperdício de Banda

    • Menor disponibilidade média

    • Menor “overhead”

  • Comutação de Pacotes/Frames

    • Jitter

    • Suporta tráfego burst

    • Tráfego agregado estatisticamente

    • Sem alocação fixa de recursos

    • Perda de pacotes

    • Rotas alternativas (eng. de tráfego)

  • Comutação de Células

    • Baixo “overhead” de processamento

    • Alto “overhead” de cabeçalho

    • Alocação dinâmica de banda

    • Suporta vários tipos de serviço


2 conceitos b sicos

2Conceitos Básicos


Mecanismos para controle de qualidade de servi o

Mecanismos para Controle de Qualidade de Serviço

  • Reserva de banda através de sinalização e controle de buffers.

  • Priorização de dados de acordo com a categoria do serviço associada ao canal lógico:

    • Exemplo:

      • Se o canal é rt-VBR é prioritário em relação a um canal nrt-VBR.

  • Implementação de mecanismos de sincronização e priorização para aplicações sensíveis a atraso de trânsito.

  • Mecanismos de detecção e recuperação de erros.


Controle de qualidade de servi o

Atraso

Variação de atraso

Banda

Confiabilidade

Priorização de dados de acordo com a categoria do canal:

rt-VBR > nrt-VBR

Mecanismos de Sincronização:

Ex: time stamp.

Reserva de banda através de sinalização.

Detecção e correção de erros.

Controle de Qualidade de Serviço


Objetivo do controle de qualidade de servi o

Objetivo do Controle de Qualidade de Serviço

IMPLEMENTAR SERVIÇOS

COM QoS ESPECÍFICO PARA CADA TIPO OU CLASSE, INDEPENDENTEMENTE DO QUE

ACONTECE COM OS OUTROS TRÁFEGOS OU SERVIÇOS.


Controle de qos em redes convergentes

Fila 1

Fila n

Fila 2

Pacote

Pacote

Pacote

Pacote

Componentes de Uma Estrutura de QoS

Roteamento

Enfileramento

Escalonamento

Classificação

Rótulos

Priorização

Tipos de Tráfego

Serviços

Aplicações

Gerenciamento de Fila

Traffic shapping

Priorização

Policiamento

Marcações

Descarte


Controle de qos em redes convergentes

Componentes de Uma Estrutura de QoS

Rot

Class

Queue

Sched

Rot

Queue

Sched

Rot

Queue

Sched

Rot

Queue

Sched

Per-Hop Behavior

PHB

PHB

PHB

PHB

Edge-to-edge QoS

Core

Router

Core

Router

Edge

Router

Edge

Router


Conceitos da estrutura de qos

Conceitos da Estrutura de QoS

Sinalização:

Troca de informações entre elementos de rede para configurar um certo serviço edge-to-edge.

Modelos Edge-to-edge de QoS:

Soluções que especificam o número suficiente de características para a construção de redes com QoS. Normalmente especificam:

  • Modelo de Rede

  • Modelo de Serviço

  • Sinalização e Controle de Admissão

  • Tipos de tráfego


Qos e tecnologias de rede

QoS e Tecnologias de Rede

  • Tecnologias de alta velocidade que já suportam alguma integração e convergência de aplicações: Frame Relay.

  • Tecnologias que suportam controle de QoS nativamente: ATM.

  • Tecnologia IP com:

    • IntServ: Integrated Services

    • RSVP: Reservation Protocol (sinalização),

    • Diffserv: Differentiated Services

    • Padrões IEEE 802.1 Q/p

    • MPLS: Multi Protocol Label Switching

    • RTP, RTCP (Real Time Protocol, Real Time Control Protocol).


Redes ip tecnologias para qos 1

Redes IP: Tecnologias para QoS (1)

  • Modelos de QoS edge-to-edge

    • IntServ (Integrated Services): define procedimentos para classificação sofisticada e diversificada de serviços para o IP e mecanismos de reserva de banda. Utiliza o RSVP como protocolo de sinalização.

    • Diffserv (Differentiated Services): define um sub-conjunto de classes de serviços para o IP do IntServ e mecanismos de reserva de banda.


Redes ip tecnologias para qos 2

Redes IP: Tecnologias para QoS (2)

  • Controle de Circuito Virtual Sobre Redes IP

    • MPLS (MultiProtocol Label Switching): emprega a técnica de tag switching para aumentar velocidade de chaveamento e roteamento, reduzindo o atraso de trânsito e o jitter. Torna mais fácil a implementação de prioridade de tráfego com requisitos críticos de tempo.

  • Protocolo de Sinalização:

    • RSVP (Resource Reservation Protocol): requisita a reserva de recursos e preparação dos roteadores para garantir QoS;


3 arquiteturas completas e tecnologias

3Arquiteturas Completas e Tecnologias


3 1 arquitetura intserv

3.1Arquitetura IntServ


Integrated services intserv hist rico

Integrated Services (IntServ): Histórico

  • Desenvolvido no início da década de 90;

  • Foi o primeiro esforço de especificação de uma arquitetura de controle de QoS;

  • Foram organizados 3 grupos de trabalho:

    • INTSERV:Arquitetura Geral

      Modelos de Serviço

      Especificação de Fluxos

      Framework para os demais trabalhos e componentes

    • ISSLL (Integrated Services over Specific Link Layers): IntServ sobre tecnologias específicas (Ethernet, ATM, etc);

    • RSVP:Alocação de recursos na rede.


Intserv vis o geral

IntServ: Visão Geral

  • Controla o que se chama de Fluxo IntServ: conjunto identificável e classificável de pacotes de uma fonte em direção a um ou mais destinos com tratamento comum de QoS requisitado.

  • O IntServ identifica e classifica fluxos através da quíntupla [IP fonte, IP destino, ID protocolo(IP), Port fonte, Port destino];

  • Controla de maneira dinâmica e contínua os recursos alocados através do protocolo RSVP.


Intserv modelo de refer ncia

IntServ: Modelo de Referência

Agente de Roteamento

c/ QoS

Controle de Admissão

Agente de Estabelecimento

De Reserva

Tabela de Reserva de Recursos

Plano de Controle

Identificação de Fluxo

Escalonador de Pacotes

Plano de Dados


Intserv roteamento a es nos principais componentes

IntServ: RoteamentoAções nos Principais Componentes

  • Aplicação caracteriza seu fluxo e especifica requisitos de QoS;

  • Requisitos de QoS são enviados à rede;

  • Roteador interage com módulo de Roteamento e determina próximo passo;

  • Interage com Controle de Admissão para determinar se há recursos suficientes;

  • Reserva de fluxo é configurado na Tabela de Alocação de Recursos;

  • Informações da Tabela são usadas para configurar o identificador de fluxo e o escalonador de pacotes;

  • Roteador passa a chavear pacotes com essas informações: identifica fluxo, coloca na fila correta e o escalonador trata as filas de acordo com as alocações de recurso configuradas.

APLICAÇÃO

PLANO DE CONTROLE

PLANO DE DADOS


Controle de qos em redes convergentes

RSVP

  • RSVP: Resource Reservation Protocol;

  • Responsável pelos procedimentos de reserva de recursos (sinalização) e controle de admissão na arquitetura IntServ;

  • São implementadas três funções:

    • Negociação: verifica se a rede (NE por NE) pode comprometer-se com esse novo fluxo que está entrando;

    • Configuração: quando a rede configura os NEs ao longo do caminho para suportar o tráfego negociado;

    • Policiamento: controle permanente sobre o usuário e sobre os recursos da rede para manter o que foi negociado.


Rsvp modelo b sico

RSVP – Modelo Básico

  • Duas principais mensagens:

    • PATH (Path establishment)

    • RESV (Reservation)

Host

B

Host

C

Host

A

PATH

RESV


Rsvp prop sitos das mensagens

RSVP: Propósitos das Mensagens

  • As mensagens PATH e RESV possuem vários propósitos:

  • PATH:

    • Distribui informações sobre a fonte de tráfego para os receptores;

    • Repassa para a rede as características do caminho;

    • Instala o estado necessário para a RESV encontrar a fonte.

  • RESV:

    • É utilizado pelo receptor para requisitar a reserva de recursos;

    • Especifica os recursos requisitados pelo receptor;

    • Estabelece o estado de reserva nos elementos de rede.


3 2 arquitetura diffserv

3.2Arquitetura DiffServ


Problemas do intserv

Problemas do IntServ

  • Complexidade dos mecanismos de classificação;

  • Grande quantidade de fluxos exige muito processamento nos roteadores;

  • Procedimentos de controle e manutenção do RSVP geram muito overhead na rede.


Differentiated services diffserv

Differentiated Services (DiffServ)

  • DiffServ define um conjunto reduzido de fluxos (classes de tráfego) e define mecanismos sobre esses fluxos;

  • Serviços edge-to-edge construídos a partir de um sub-conjunto restrito de comportamentos nos roteadores do núcleo;

  • Objetivo é obter roteadores mais rápidos no núcleo;

  • Menos informações para tratar, menos processos e armazenamento;

  • Núcleo da rede trabalha sobre conjunto restrito de classes pré configuradas (não há protocolo de sinalização).


Diffserv vis o geral

Fila 2

Fila n

Fila 1

Pacote

Pacote

Queuing

Scheduling

DiffServ – Visão Geral

Edge

Edge

Edge

Roteador Edge:

Classificação Multicampo, Policing, Marking

ToS

/DS

Tipo

Prot.

End.

Fonte

End.

Destino

Portas

Font/Dest

Core

Core

Roteador Core:Classificação DS, Policing, Marking, Queuing, Scheduling

DS

0

1

2

3

4

5

6

7

DSCP: Differentiated Services Code-Point


Diffserv terminologia e conceitos

DiffServ: Terminologia e Conceitos

  • DiffServ especifica comportamento per-hop (PHB – Per-Hop Behavior);

  • Provedores combinam PHBs para implementar serviços edge-to-edge;

  • Uma rede com suas regras de mapeamento e mecanismos DiffServ constituem um Domínio DiffServ;

  • Um conjunto de Domínios DS é uma Região DS. É responsabilidade do operador/administrador garantir que o serviço end-to-end esteja de acordo com o previsto,


Diffserv phb e codepoints

DiffServ: PHB e Codepoints

  • PHB: enfileiramento, gerenciamento de fila e policing;

  • Permite certa liberdade na escolha de algoritmos para implementar o comportamento;

  • PHBs são indicados por valores específicos no DSCP;

  • Grupos de PHBs podem ter vários códigos de DSCP;

  • RFC 2474 é um “guia” para alocação de DSCPs:

POOL

DSCP

Descrição

1

XXXXX0

Definido pelo IANA – Padrões DiffServ

2

XXXX11

Experimental / Local

3

XXXX01

Experimental / Local / IANA


Defini es de dscp 1

Definições de DSCP (1)

  • PHB Default: Padrão de comportamento antigo “Best efort”, código 000000:

    • Reencaminhamento sem nenhum tipo de tratamento;

    • Enviados o quanto antes;

    • As outras classes tem maior prioridade mas deve ser alocado um mínimo de banda.

  • Class Selector: Compatibilidade com os comportamentos antigos do ToS do IPv4: DSCP = XXX000:

    • Ex: os códigos 110 e 111 são usados para tráfego de roteamento;


Defini es de dscp 2

Definições de DSCP (2)

  • Expedited Forwarding (EF PHB) (RFC 2598): reencaminhamento imediato – usado para serviços de baixo atraso e jitter;

  • Assured Forwarding (AF PHB) (RFC 2597): grupo para serviços edge-to-edge especificados em termos de largura de banda;


3 3 mpls multiprotocol label switching

3.3MPLS: Multiprotocol Label Switching


Controle de qos em redes convergentes

MPLS (MultiProtocol Label Switching)

  • Label Based Switching.

    • Cria um circuito virtual através de um rótulo (Label) que substitui internamente as informações de nível 3.

    • Torna mais rápido o processo de chaveamento;

    • Separa roteamento de chaveamento;

    • Permite implementação de Engenharia de Tráfego, controle de QoS e VPNs.

  • MPLS - Multiprotocol Label Switching

    • Cria rotas por classe de equivalência de reencaminhamento.

    • Classes identificadas por rótulos mais simples.

    • Se pacote não se enquadra em nenhuma classe é roteado de maneira convencional


Controle de qos em redes convergentes

Histórico: Solução Desejada

  • Manter a flexibilidade do roteamento baseado no endereçamento IP;

  • Aumentar a velocidade do re-encaminhamento;

  • Fornecer gerenciamento de tráfego e suporte a QoS para a rede IP.

Protocolo de Roteamento

Informações sobre rotas

Informações sobre rotas

Tabela de Roteamento

Controle

Encaminhamento

Processamento do pacote

Pacote entrando

Pacote saindo


Controle de qos em redes convergentes

Arquitetura

LSP1

LSRA

LSRC

LSRB

LSP3

LSP2

LSRD

LSR - Label Switched Router: Roteador que implementa MPLS;

LSP - Label Switched Path: Circuito Virtual sobre a rede IP.


Controle de qos em redes convergentes

Operação da Rede MPLS: Visão Geral

1b. Protocolo de distribuição de label determina o mapeamento entre o label e a rede de destino

1a. Protocolos de roteamento existentes (e.g. OSPF, IS-IS) estabelecem a alcançabilidade da rede de destino

4. LSR de Egresso remove o label e entrega o pacote

2. LSR de Ingresso recebe o pacote, realiza uma busca na tabela de labels e insere um label no pacote.

3. LSRs encaminham os pacotes usando label swapping


Controle de qos em redes convergentes

Rede Operando com MPLS

Os pacotes “exporádicos são roteados normalmente.

Label Switching

Routers

Um fluxo repetitivo Recebe um Label e é chaveado como um

Circuito virtual


Controle de qos em redes convergentes

Suporte a Controle de Qos

em Redes MPLS

Suporte a QoS: MPLS+DiffServ

Mapeamento de DiffServ na rede MPLS:

  • E-LSPs:

    • classe de agendamento do PHB mapeado no campo EXP

    • suporta até 8 DSCPs

  • L-LSPs:

    • classe de agendamento mapeada no valor do LSP

    • campo EXP pode carregar a prioridade de descarte

  • LSP Híbrido

    • L-LSP implementando EF e E-LSP implementando AF e BE


Mpls e qos

MPLS e QoS

  • Pode-se dizer que o MPLS com o QoS permite criar dutos na rede relativos a diferentes classes de serviço:

Fluxo de Dados

LSR

A

LSR

B

LSR

E

Servidor

de Arquivos

LSR

C

LSR

D

Fluxo de Vídeo

Servidor

de Vídeo

LSR - Label Switching Router


3 4 controle de qos no ipv6

3.4Controle de QoS no IPv6


Controle de qos em redes convergentes

IPv6

  • Motivação Inicial: espaço de endereçamento esgotado por volta de 2008;

  • Motivações adicionais posteriores:

    • Melhorar o formato do header para permitir maior velocidade de processamento e de transmissão;

    • Mudanças no header para incorporar mecanismos de controle de QoS;

    • Novo tipo de endereço: “anycast” - permite enviar uma mensagem para o melhor dentre vários servidores replicados;


Cabe alho ipv6

Cabeçalho IPv6

0

15 16

31

Version

4 bits

Priority, 8 bits

Flow Label, 20 bits

Payload Lenght, 16 bits

Next Header

8 bits

Hop Limit

8 bits

Source Address, 128 bits

cabeçalho

20

bytes

Destination Address, 128 bits

dados


Ipv6 algumas caracter sticas

IPv6: Algumas Características

  • Cabeçalho fixo de 40 bytes;

  • Não é permitida fragmentação;

  • Checksum removido para reduzir tempo de processamento;

  • Options são permitidas, mas são alocadas em cabeçalhos complementares, apontados pelo “Next Header”;

  • ICMPv6: nova versão de ICMP com novas mensagens e funções de administração de grupos multicast;

  • Priority: permite definir prioridades diferentes em cada fluxo de informação;

  • Flow Label: identifica datagramas do mesmo fluxo. O conceito de fluxo não é bem definido;

  • Next Header: identifica o protocolo da camada superior ou header adicional.


4 exemplo rede sadia

4Exemplo: Rede SADIA


Controle de qos em redes convergentes

Rede SADIA: Visão Geral

  • Matriz em São Paulo e outras 41 localidades remotas, distribuídas em várias localidades no território Brasileiro;

  • Integração: a rede deveria integrar os serviços de dados em IP, dados em X.25 e voz;

  • Para os serviços de voz optou-se pela tecnologia de VoIP, pela flexibilidade em termos de implementação sobre diferentes infra-estruturas de rede em nível de enlace, assim como a possibilidade de integração futura com ambiente de desktop;

  • Qualidade de Serviço: necessidade de classificação de tráfegos, pois alguns, apesar de serem de dados, necessitavam de QoS, por serem muito importantes, tais como Lotus Notes, transações de cartões de crédito.


Controle de qos em redes convergentes

Visão Completa da Rede

Site que eventualmente

HSRP

não tenha acesso terrestre

Toledo

Uberlândia

Várzea Grande

Belo Horizonte

Campo Verde

D. Vizinhos

F. Beltrão

Faxinol dos Guedes

Salvador

Três Passos

Duque de Caxias

Paranaguá Ind.

Bauru

Brasília

Campinas

Chapecó

Concordia

Jundiaí

Manaus

Porto Alegre

Recife

Ribeirão Preto

Pta Grossa

Serra

S. José dos Campos

Porta

HDLC

Matriz

São Paulo

(Vila Anastácio)

MPLS

EMBRATEL

Rua dos Ingleses

HSRP

BGP - Peer

EBGP - Multi-Hop

MHSRP

Porta Frame Relay c/QoS

Portas

HDLC

EBT Lapa

RAS

Portas

Frame Relay

c/QoS

Office Dial

Paranaguá Porto

Belém

Campo Erê

Guaraniaçu

Medianeira

Pato Branco

S. Joaquim da Barra

Xanxerê

BGP - Peer

Assis Chateubriand

Castro

Fortaleza

(Colombo)

Curitiba

(Maracanaú)

Lucas do Rio Verde (acesso via satélite)


Controle de qos em redes convergentes

Classes de Serviço

  • Foram definidas cinco classes de serviços (Classes de Re-encaminhamento:


Controle de qos em redes convergentes

Descrição das Classes de Serviço

  • Classe Voz: pacotes de voz.;

  • Classe Altíssima: dados provenientes do tráfego X.25. O trafego X.25 é transportado pela rede IP através do protocolo XOT (X.25 over TCP) (porta 1998);

  • Classe Alta: dados provenientes das aplicações IP que o cliente considera de maior prioridade. Os pacotes referentes a estas aplicações foram identificados através das portas TCP e UDP e endereços IP utilizados por cada um deles, por meio de listas de acesso;

  • Classe Média: dados provenientes das aplicações IP que o cliente considera de média prioridade. Mesma técnica de identificação que a Classe Alta;

  • Classe Regular: nesta classe foram incluídos os pacotes referentes ao tráfego de Lotus Notes. Classe específica devido ao alto tráfego. Também foram alocadas aqui os fluxos de controle de rede e de roteamento;

  • Classe baixa(class default): dados das demais aplicações IP.


Controle de qos em redes convergentes

Mapeamento de Aplicações nos Serviços


Controle de qos em redes convergentes

Créditos e Referências

  • Denis Gabos – “Redes Convergentes: Tecnologias e Aplicações”. Notas de Aula – Disciplina Tópicos Especiais em Redes De Computadores. Bacharelado em Ciência da Computação – Centro Universitário SENAC – Campus Santo Amaro – Tecnologia da Informação;

  • Marcelo Tsutomu Yamaguchi – Voz Sobre IP e Qualidade de Serviço em Redes Multiserviço: Experiências de um Caso Prático. Trabalho de Formatura - MBA/LARC – Escola Politécnica da USP – 2006;

  • LARC/PCS/EPUSP: Lab. de Arquitetura e Redes de Computadores – Departamento de Sistemas Digitais - Escola Politécnica da USP;


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