Mestrado Profissional em Computação Uece -IFCE Disciplina: Protocolos

1. Mestrado Profissional em ComputaçãoUece-IFCEDisciplina: Protocolos Chico Anysio Óleo sobre tela 60x40 cm

2. Provendo Múltiplas Classes de Serviço • Até agora: extraímos o máximo do serviço de melhor esforço • modelo de serviço do tipo tamanho único • alternativa: múltiplas classes de serviço • Separa o tráfego em classes • Rede trata de forma diferenciada as diferentes classes de tráfego (analogia: serviço VIP x serviço normal) • granularidade: serviço diferenciado entre as diversas classes e não entre conexões individuais • história: bits de tipo de serviço (ToS) 0111 7: Multimedia Networking

3. Cenário de serviço com múltiplas classes 7: RedesMultimídia

4. Cenário 1: mistura de FTP e áudio • Exemplo: Telefone IP de 1Mbps, FTP compartilhando enlace de 1,5 Mbps. • Surtos de FTP podem congestionar o roteador e causar a perda de pacotes de áudio. • Gostaríamos de dar prioridade ao tráfego de áudio sobre o de FTP Princípio 1 É preciso marcar os pacotes para que o roteador faça uma distinção entre as classes diferentes; e uma nova política no roteador para tratar os pacotes de forma diferenciada 7: RedesMultimídia

5. Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.) • E se as aplicações se comportarem mal (áudio envia pacotes a uma taxa mais elevada do que a declarada)? • Policiamento: força que as fontes respeitem as alocações de banda • marcação e policiamento/regulação nas bordas da rede: • semelhante à UNI (User Network Interface) do ATM Princípio 2 prover proteção (isolamento) de uma classe sobre as demais 7: RedesMultimídia

6. Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.) • Alocar uma largura de banda fixa (não-compartilhável) para o fluxo: uso ineficiente da banda se os fluxos não usarem suas alocações Princípio 3 Embora fornecendo isolamento, é desejável que os recursos sejam usados da forma mais eficiente possível 7: RedesMultimídia

7. 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço: um telefone por Internet como exemplo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real RTP,RTCP,SIP, H.323 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.6 Além do melhor esforço 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.9 RSVP Capítulo 7: Roteiro 7: RedesMultimídia

8. 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real RTP,RTCP,SIP 7.5 provendo múltiplas classes de serviço 7.6 Além do melhor esforço 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.6 provendo garantias de QoS 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.9 RSVP Capítulo 7: Roteiro 7: RedesMultimídia

9. chegadas partidas fila (área de espera) enlace (servidor) Mecanismos de Escalonamento e Regulação (Policiamento) • Escalonamento: seleção do próximo pacote para transmissão num canal • Primeiro a entrar/primeiro a sair (FIFO): transmite na ordem de chegada à fila • Exemplos da vida real? • política de descarte: se os pacotes ao chegarem encontrarem a fila cheia: quem deve ser descartado? • Descarta o último (cauda): descarta o pacote que acabou de chegar • Prioridade: descarta/remove baseado na prioridade • Aleatório: descarta/remove aleatoriamente 7: RedesMultimídia

10. Disciplinas de Escalonamento: mais • Enfileiramento com Prioridades: transmite o pacote enfileirado de mais alta prioridade • múltiplas classes, com diferentes prioridades • classe pode depender da marcação ou outra informação do cabeçalho (ex. IP origem/destino, números de portas, etc.) • Exemplo da vida real? fila de alta prioridade (área de espera) chegadas tempo pacotes no servidor chegadas partidas classificação tempo enlace (servidor) partidas fila de baixa prioridade (área de espera) 7: RedesMultimídia

11. chegadas tempo pacote em serviço tempo partidas Disciplinas de Escalonamento (cont.) Varredura cíclica (Round Robin): • múltiplas classes • varre as filas das classes transmitindo um pacote de cada classe cuja fila não estiver vazia • exemplo da vida real? 7: RedesMultimídia

12. classificador de chegadas enlace partidas Disciplinas de Escalonamento (cont.) Enfileiramento justo ponderado(WFQ): • Round Robin generalizado • cada classe recebe um tempo de serviço diferenciado em cada ciclo • exemplo do mundo real? 7: RedesMultimídia

13. Mecanismos de Regulação (Policiamento) Objetivo: limita o tráfego para que não exceda os parâmetros declarados • Três critérios comumente usados: • Taxa Média (de Longo prazo): quantos pacotes podem ser enviados por unidade de tempo (em longo prazo) • questão crucial: qual é o comprimento do intervalo: 100 pacotes por seg ou 6000 pacotes por min têm a mesma média! • Taxa de Pico: ex., 6.000 pacotes por minuto (ppm) em média e taxa de pico de 1500 ppm • Tamanho da rajada:número máximo de pacotes enviados consecutivamente (sem intervalo ocioso) 7: RedesMultimídia

14. Mecanismos de Regulação (Policiamento) Token Bucket (Balde de Permissões): limita a entrada para Tamanho da Rajada e Taxa Média especificadas. • balde pode guardar b permissões • tokens são gerados a uma taxa de r tokens/seg a menos que o balde esteja cheio • num intervalo de comprimento t: número de pacotes admitidos é menor ou igual a (r t + b). 7: RedesMultimídia

15. taxa do token, r tráfego de chegada tamanho do balde, b WFQ D = b/R max Mecanismos de Regulação (Policiamento) (mais) • combinação de token bucket, WFQ provê limite superior garantido no atraso, i.e., garantia deQoS! taxa por fluxo, R 7: RedesMultimídia

16. 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real RTP,RTCP,SIP 7.5 provendo múltiplas classes de serviço 7.6 Além do melhor esforço 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação 7.8Serviços integrados e serviços diferenciados 7.6 provendo garantias de QoS 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.9 RSVP Capítulo 7: Roteiro 7: RedesMultimídia

17. Serviços Diferenciados do IETF • desejamos classes de serviços “qualitativas” • “comportamento como de um fio” • distinção relativa entre os seviços: Platina, Ouro e Prata • escalabilidade: funções simples no núcleo da rede, funções relativamente complexas nos roteadores de borda (ou sistemas finais) • sinalização, manutenção do estado do roteador por fluxo é difícil para um grande número de fluxos • Não define classes de serviço, provê componentes funcionais para construir as classes de serviço 7: RedesMultimídia

18. marcação r b escalonamento . . . Arquitetura Diffserv • Roteador de borda: • gerenciamento de tráfego por-fluxo • marca os pacotes como dentro-perfil e fora-perfil • Roteador de Núcleo: • gerenciamento de tráfego por classe • armazenamento e escalonamento baseado na marcação na borda • Preferência para os pacotes dentro-perfil 7: RedesMultimídia

19. Taxa A B Marcação de Pacotes no Roteador de Borda • perfil: taxa A, comprimento do balde B pré-negociados • marcação de pacote na borda baseada no perfil por-fluxo Pacotes do Usuário Possível uso da marcação: • marcação baseada em classes: pacotes de classes diferentes são marcados diferentemente • Marcação dentro da mesma classe: porção do fluxo bem comportado marcado diferentemente do mau comportado 7: RedesMultimídia

20. Classificação e Condicionamento • O Pacote é marcado no campo de Tipo de Serviço (TOS) no IPv4 e, Classe de Tráfego no IPv6 • São usados 6 bits para fornecer a codificação dos Serviços Diferenciados e determinar a PHB que o pacote receberá • No momento há 2 bits que não estão sendo usados. [Estão sendo usados para indicação de congestionamento] X 7: RedesMultimídia

21. Classificação e Condicionamento Pode ser desejável limitar a taxa de injeção de tráfego para alguma classe; • o usuário declara o seu perfil de tráfego (ex. taxa e comprimento das rajadas); • o tráfego é medido e moldado se não estiver de acordo com o seu perfil 7: RedesMultimídia

22. Comportamentos por salto (PHB) • PHB resulta num comportamento de desempenho de encaminhamento diferente observável (mensurável) • O PHB não especifica quais os mecanismos a serem usados para garantir o comportamento de desempenho PHB requisitado • Exemplos: • Classe A recebe x% da taxa de transmissão do enlace de saída dentro de intervalos de tempo de comprimento especificado • Pacotes da classe A deixam os buffers antes dos pacotes da classe B 7: RedesMultimídia

23. Comportamentos por salto (PHB) PHBs já definidos: • Expedited Forwarding (Repasse acelerado): taxa de partida dos pacotes de uma classe é maior ou igual a uma taxa especificada • enlace lógico com uma taxa mínima garantida • Assured Forwarding (Envio assegurado): 4 classes de tráfego • a cada uma é garantida uma quantidade mínima de largura de banda • cada uma com três partições de preferência para o descarte 7: RedesMultimídia

24. 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real RTP,RTCP,SIP 7.5 provendo múltiplas classes de serviço 7.6 Além do melhor esforço 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.6 provendo garantias de QoS 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.9 RSVP Capítulo 7: Roteiro 7: RedesMultimídia

25. Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.) • Fato básico da vida: não é possível atender a um tráfego superior à capacidade do enlace Princípio 4 Admissão de Chamadas: o fluxo da aplicação declara as suas necessidades, a rede pode bloquear a chamada se não puder atender a estas necessidades 7: RedesMultimídia

26. Reserva de recursos estabelecimento de chamada, sinalização (RSVP) Declaração de tráfego e QoS controle de aceitação de chamada por-elemento escalonamento sensível a QoS (ex., WFQ) Intserv: cenário de garantia de QoS pedido/ resposta 7: RedesMultimídia

27. Serviços Integrados do IETF • Uma arquitetura para prover garantias de QOS em redes IP para sessões individuais de aplicações • reserva de recursos: roteadores devem manter info de estado (Circuito Virtual??), manter registros dos recursos alocados, requisitos de QoS • admitir/rejeitar novos pedidos de chamadas: Pergunta: os novos fluxos que chegam podem ser admitidos com garantias de desempenho e ainda assim não violar as garantias de QoS prometidas a fluxos já admitidos? 7: RedesMultimídia

28. Aceitação de Chamadas A sessão entrante deve: • declarar os seus requisitos de QOS • R-spec: define a QOS que está sendo solicitada • caracterizar o tráfego que injetará na rede • T-spec: define as características do tráfego • protocolo de sinalização: necessário para levar a R-spec e T-spec aos roteadores (onde a reserva é necessária) • RSVP (RFC 2210) 7: RedesMultimídia

29. Serviço de qualidade garantida: chegada de tráfego de pior caso: fonte policiada por um leaky bucket. limite simples (provável matematicamente) para o atraso [Parekh 1992, Cruz 1988] taxa do token, r tráfego de chegada tamanho do balde, b WFQ D = b/R max Intserv QoS: Modelos de serviço [RFC 2211, RFC 2212] Serviço de carga controlada: • “uma qualidade de serviço que muito se aproxima da QoS que o mesmo fluxo receberia de um elemento de rede em carga leve” 7: RedesMultimídia

30. 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real RTP,RTCP,SIP 7.5 provendo múltiplas classes de serviço 7.6 Além do melhor esforço 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.6 provendo garantias de QoS 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.9 RSVP Capítulo 7: Roteiro 7: RedesMultimídia

31. Sinalização na Internet nenhum protocolo de sinalização de rede no projeto inicial IP • Novo requisito: reservar recursos ao longo de um caminho fim a fim (sistemas finais, roteadores) para QoS para aplicações multimídia • RSVP:Resource Reservation Protocol [RFC 2205] • “ … permite aos usuários comunicar os seus requisitos à rede de uma forma eficiente e robusta.”, ou seja, com sinalização! • protocolo anterior de sinalização Internet: ST-II [RFC 1819] Repasse sem conexões (sem estado) pelos roteadores IP serviço melhor esforço + = 7: RedesMultimídia

32. Objetivos de Projeto do RSVP • acomodar receptoresheterogêneos (larguras de banda diferentes ao longo dos caminhos) • acomodar diferentes aplicações com diferentes requisitos de recursos • tornar o multicast um serviço de primeira classe, com adaptação para participação em grupo multicast • aproveitamento do roteamento multicast/unicast existente, com adaptação a mudanças nas rotas unicast e multicast • sobrecargado protocolo de controle com crescimento linear (no pior caso) em função do número de receptores • projetomodular para tecnologias heterogêneas 7: RedesMultimídia

33. O que o RSVP não faz • especifica como os recursos devem ser reservados • ele é um mecanismo para comunicar as necessidades • determina as rotas seguidas pelos pacotes • este é a tarefa dos protocolos de roteamento • sinalização desvinculada do roteamento • interação com o repasse de pacotes • separação dos planos de controle (sinalização) e dados (repasse) 7: RedesMultimídia

34. RSVP: visão geral da operação • Transmissores e receptor aderem a um grupo multicast • Realizado fora do RSVP • Transmissores não precisam se unir ao grupo • Sinalização do transmissor para a rede • Mensagem de caminho: torna a presença do transmissor conhecida dos roteadores • Desligamento do caminho: remove o estado do caminho do transmissor dos roteadores • Sinalização dos receptores para a rede • Mensagem de reserva: reserva recursos dos transmissores para o receptor • Remoção (teardown) das reservas: remove as reservas do receptor • Sinalização da rede para o sistema final • Erro de caminho • Erro de reserva 7: RedesMultimídia

35. Redes Multimídia: Resumo Princípios • classificação das aplicações multimídia • identificação das necessidades de serviços de redes das aplicações • extraindo o máximo do serviço atual de melhor esforço Protocolos e Arquiteturas • protocolos específicos para o melhor esforço • mecanismos para fornecimento de QoS • arquiteturas para QoS • múltiplas classes de serviço • Garantias de QoS, controle de admissão 7: RedesMultimídia