RED29004-2014-1-Seminario1-QoS

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Título
QoS


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Atualmente, a Internet trabalha com a filosofia do melhor esforço, essa é a melhor forma possível que um fluxo pode chegar ao seu destino, conforme as suas rotas definidas e largura de bandas que estiver disponível. Sendo que este fluxo se caracteriza por:

  • Confiabilidade: sua falta ocasiona perda de pacotes ou sua confirmações.
  • Atraso.
  • Jitter: variação de atraso entre pacotes pertencentes ao mesmo fluxos.*
  • Largura de banda: transmissão de bits por segundo.


Dessa forma foi criado QoS( Quality of Services), pois ele oferece maior garantia e segurança nas aplicações para Internet. Sendo que o tráfego de aplicações avançadas (voz sobre IP, videoconferência, login remoto e entre outros) passam a ter maior prioridade, enquanto usuários de aplicações tradicionais continuam utilizando o melhor esforço.


P) Como ocorre essa prioridade?

R: As aplicações que utilizam o QoS marcam seus pacotes, para ter prioridade em relação aos pacotes que usam o melhor esforço. Quando há um congestionamento, ocorre descarte apenas nos pacotes que não possuem prioridade, garantindo maior confiabilidade. Outra prioridade é em relação aos roteadores, onde esses criam filas distintas de acordo com as prioridades do pacote. E este também é capaz de limitar uma faixa da largura de banda( Shaping / policiamento ) para fluxo de dados ou algumas aplicações.

Para implementar o QoS na Internet foi criado dois modelos:

 serviços Integrados (IntServ): Faz a reserva de recurso. 
 serviços diferenciados (DiffServ):  é o modelo QoS baseada em classes,projetada para IP.

P) Como requerer QoS?

R: Para fazer a requisição do QoS é diferente para cada modelo:

Intserv, é necessário fazer a criação de um mecanismo para solicitar o requerimento do QoS (Porém se a rede estiver congestionada, novos pedidos serão negados).

Diffserv, está indicado no cabeçalho do pacote.

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Figura2.Espaço reservado no cabeçalho para requisição do Diffserv, paro o QoS.


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Tabela1.Requisitos de aplicações.



Técnicas para melhorar o QoS 


  • Programação: trata os diferentes fluxos de maneira equilibrada e apropriada. São implementadas três delas:


1.Formação de fila FIFO (frist-in,frist-out):quando a velocidade de processamento no buffer é menor que velocidade de chegada, ocorrerá enfileiramento, assim os novos pacotes que chegarem serão descartados.


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Figura3.Diagrama de fila FIFO.


2.Formação de filas por prioridades: os pacotes que chegam ao enlace de saída são classificados em classe de prioridade na fila, na qual cada fila atende a mesma prioridade. O enfileiramento transmitirá primeiro os pacotes da classe de alta prioridade. Pode ocorrer uma inanição, ou seja, se existir um fluxo continuo de alta prioridade, os pacotes nas filas de menor prioridade jamais terão uma chance de serem processados.


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Figura4.Diagrama de filas por prioridade.


3.Enfileiramento de filas ponderadas:os pacotes recebem diferentes classificações por peso e são colocados em filas diferentes,a qual a prioridade é baseada no peso maior. Assim o valor do peso corresponde a quantidade de pacotes que serão processados em cada fila.


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Figura5.Diagrama de filas ponderadas.



  • Formatação de tráfego: É usado para controlar a quantidade e a velocidade com que o tráfego é transmitido pela a rede. São utilizadas duas técnicas principais:

1.Balde Furado(leaky bucket):formata o tráfego em rajadas para um tráfego de velocidade fixa tirando uma média da taxa de dados. Porém descarta pacotes se o balde estiver cheio.


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Figura6.Esquema do “balde furado”.


 Pode ser que os pacotes tenham tamanho fixo, por exemplo células em redes ATM, o processo elimina um numero fixo de pacotes da fila a cada instante de clock.
 Mas se o comprimento for variável, a velocidade de saída fixa deve se basear de numero de bytes por segundo.

2.Balde de Fichas(token bucket):O “balde” armazena fichas geradas a uma taxa constante e as transmite com maior flexibilidade. Cada célula transmitida consome uma ficha. Se não houver fichas, uma célula deve esperar a geração de uma nova ficha. Quando o “balde” transborda, descarta fichas (não células ou byte).


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Figura7.Diagrama do “balde de fichas”.


  • Reserva de recurso: o QoS é melhorado com a reserva de recursos os quais são: buffers, largura de banda, tempo de CPU e entre outros.


  • Controle de admissão: verifica se o roteador ou comutador possuem disponibilidade de reserva de recursos que está célula precisa. Assim ele aceita ou rejeita o pedido.


Serviços Integrados ou IntServ


É um modelo do QoS baseado em fluxo. Onde pode ser semelhante a um circuito virtual, da origem até o destino informando aos roteadores as reservas necessárias. Como o QoS foi desenvolvido para IP(esse não orientado à conexão), precisou-se de um protocolo de sinalização, para efetuar a reserva de recurso, este chamado de RSVP(Protocolo de Reserva de Recurso).


  • Especificação de fluxo: possuem duas componentes:
    • Respec(Especificação de recurso): declaram o recurso que o fluxo precisa reserva(largura de banda, tamanho de buffer e outros).Neste caso os pacotes nunca são descartados, desde que o tráfego se mantenha dentro das especificações desejáveis.
    • Tspec(Especificação de trafego):caracteriza o trafego do fluxo.


  • Admissão: é a decisão do roteador de aceitar ou não o serviço, esta baseia-se em dois fatores: em comprometimento anteriores e sua atual disponibilidade de recursos.


Existem dois serviços no IntServ:

  • Classe de Serviços Garantidos:esse é quantitativo, onde a quantidade de atraso ponto-a-ponto e a taxa de dados são definidos pela aplicação. Ele garante que os pacotes cheguem dentro de um determinado tempo e que não haverá descarte, caso o trafego de fluxo fique dentro dos limites estipulado pelo Tspec. É usado em aplicações de tempo real.
  • Classe de Serviços Controlados por Carga: é um serviço qualitativo, o qual aceita atrasos, mas não tolera perdas de pacotes. Exemplos: transferência de arquivos, e-mail e acesso a Internet.


RSVP: é um protocolo independente de sinalização, para ajudar o IP a criar um fluxo,ou seja, fazer suas reservas(largura de banda e o tempo em que será mantida à conexão). Neste período de tempo, o emissor daquele serviço tem uma faixa da largura de banda disponível para transmitir seus dados. E ele é projetado para multicast, mas pode ser usado em unicast.*

  • Reserva baseada em Receptor: a reserva fica por responsabilidade do receptor. ***
  • Mensagem de RSVP: são varias mensagens as quais são trocadas entre aplicações, a fim de requerer adequadamente o QoS. Existem diversas tipos de mensagens, mas citaremos as duas principais:
    • PATH: é enviada pelo transmissor, é propagada pela multicast, passando por todos os receptores da sua rota. Um elemento no caminho dos dados, ao receber um PATH, criará um estado chamado PATH state . Nessa armazenam o estado de cada nó por onde ela transitou.***


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Figura8.Diagrama de Mensagem Path.
    • RESV: ele volta em direção ao transmissor, durante seu retorno ele verifica quais os roteadores que suportam RSVP .Caso nenhum dos roteadores suporte o RSVP, ele reformula os pacotes utilizando o método do melhor esforço.***


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Figura9.Diagrama de Mensagem Resv.


  • Combinação de reservas: o roteador reserva através de uma combinação, ou seja, ele reserva a maior largura de banda que foi solicitado.


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Figura10.Diagrama:Combinação de reservas.
  • Estilos de reserva: possuem três componentes:
    • Estilo de filtro Coringa: cria uma só reserva para todos emissores, reservando a de maior valor. Usado quando o fluxo não ocorre ao mesmo tempo de diferentes emissores
    • Estilo de filtro Fixo: cria diferentes reservas para cada emissor. Utilizado quando o fluxo acontece ao mesmo tempo
    • Estilo Explicito Compartilhado: um conjunto de fluxo compartilha uma única reserva
  • Estado Soft: atualizações periódicas das reservas contidas de um nó.

Problemas:

  • Escalabilidade*
  • Limitação de Tipos de Serviços*


Serviços Diferenciados ou DiffServ


Esse serviço foi montado a fim de solucionar os problemas encontrado no IntServ. Para resolver a questão da escalabilidade transferiam o processo do núcleo para a borda da rede. Assim não acontece o armazenamento de informações de recursos nos roteadores, agora essa responsabilidade fica para os host, eles escolhem o tipo de serviço. Para solucionar o outro problema ao invés de encaminhar o pacote baseado no serviço de fluxo foi modificado para serviços de classe. Divididas em classes, cada uma provavelmente adaptada às necessidades especiais da situação. Exemplo: Ouro, Prata e Bronze.


  • Campo DS: É um campo do DiffServ, o qual é acionado pelo primeiro roteador que o pacote passa ou pelo próprio host. A IETF está tentando substituir no IPV4(TOS) e no IPV6(Campo de Classe) pelo Campo DS.*


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Figura11.Cabeçalho do IPV4 com o campo DS.

O campo DS é constituído por dois campos: DSCP e CU.

O DSCP( Ponto de Código de Serviços Diferenciados) é um sub-campo de 6 bits que define o PHB(Comportamento por Salto). *

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Figura12.Campo DS.


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Figura13.Campo DS em bits.

Comportamento Por Salto:*** Existem três tipos de PHBs:

  • DE PHB: igual ao Melhor Esforço.
  • EF PHB(encaminhamento explicito): fornece três serviços:
    • Baixa Perda.
    • Baixa Latência (Pequeno periodo de espera)***.
    • Largura de Banda.
  • AF PHB(com encaminhamento garantido): Garante um desempenho melhor que o serviço de melhor esforço.Executando uma alta garantia, quando o tráfego não exceder o tráfego do nó.

Condicionador de Tráfego:

  • Medidor: ele verifica se o fluxo real é igual ao fluxo solicitado. E uma das ferramentas que ele pode usar nessa verificação, é o “Balde de Fichas”.
  • Marcador: ele tanto pode promover um pacote de Melhor Esforço para QoS ou rebaixar, segundo as informações recebidas do mediador.
  • Configurador: com as informações transmitidas pelos mediadores, pode haver uma reorganização do tráfego caso necessário.
  • Descartado é responsável por eliminar os pacotes, os quais não adequaram-se as necessidades do tráfego.


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Figura14.Esquema com os tipos de Condicionador de Tráfego.***

Desvantagens:

  • um problema é prever o comportamento do pacote numa visão ponto-a-ponto. Principalmente se durante o roteamento passar por nuvens DiffServ, ocorrendo troca de classificação de pacotes.

Uma tentativa de solucionar isso seria implementar uma política standard, porém a tornaria muito complexa. *

  • Capacidade: quando aumentar o trafego na rede, pode ocorrer que os pacotes de bronze sejam descartados.


Bibliografia

http://www.rnp.br/newsgen/9911/qos.html

http://imasters.com.br/artigo/13011/redes-e-servidores/conceitos-basicos-de-qos/

http://www.slideshare.net/maurotapajos/redes-avanadas-6qos?qid=b8715959-6df1-461a-9ab9-1453da7d11f8&v=default&b=&from_search=1

http://www.slideshare.net/rodrigopassos/qos-e-asterisk-4669693?qid=b8715959-6df1-461a-9ab9-1453da7d11f8&v=default&b=&from_search=2

Livro do Kurose, sessão 7.6 (Fornecendo garantias de qualidade de serviços): conceitos gerais, Intserv e RSVP.

Livro do Forouzan,cap. 24, pag 775

http://en.wikipedia.org/wiki/Diffserv

http://en.wikipedia.org/wiki/Intserv