EQUIPE 2

Qualidade de Serviço em Redes de Computadores

A Qualidade de Serviço(QoS) serve para melhorar a qualidade dos serviços oferecidos por uma rede, como Frame Relay, MPLS, Ethernet, ATM. Ou seja, fazendo com que aplicações diferentes tenham tratamentos diferentes, e aquelas que precisam de maior qualidade, receberam uma prioridade maior enquanto as outras continuaram utilizando o modelo Best Effort.

Porém isso não quer dizer que deveria reduzir ou retirar banda de aplicações menos importantes, mas sim conhecer e reconhecer o que é mais importante para trafegar primeiro pela rede e explorar bem os recursos disponíveis.*1

O Qos pode ser medido através de garantias que a rede oferece para o tráfego de pacotes. Existem basicamente dois tipos: de desempenho e de disponibilidade.

As garantias de desempenho estão relacionadas a como a entrega dos pacotes. será feita. Os parâmetros que medem o desempenho são:

• Confiabilidade: sua falta ocasiona perda de pacotes ou sua confirmações.
• Atraso: indica quanto tempo o pacote leva para ser enviado da origem até o destino;
• Jitter: é a variação no tempo e na sequência da entrega desinformações devido à variação no atraso da rede;
• Largura de banda: para diferentes tipos de aplicações ou de redes necessitam de diferentes capacidades de transmissão.

A disponibilidade está relacionadas a garantias que o serviço de conectividade estará "quase" sempre disponível. Que podem ser medida pelos seguintes parâmetros

• MTBF (mean time between failures): indica o intervalo médio esperado entre duas falhas sucessivas da rede. Ele corresponde ao inverso da taxa de falhas (número de falhas pelo período observado).
• MTTR (mean time to recover): indica o tempo médio que o serviço leva para ser restaurado, uma vez que a falha aconteça.
• Disponibilidade: indica a porcentagem de tempo que serviço fica disponível.

---

Onde o QoS é aplicado?

• Telemedicina e Telesaúde, tem que ocorrer a priorização do tráfego. Um exemplo é em um rede hospitalar, onde tenho o cadastro de pacientes e cirurgias realizadas por equipamentos robóticos, logo a cirurgia deve possuir maior prioridade.

Figura 1 - Cirurgias com equipamentos robóticos.

• Baseada em endereços IP, máscara ou endereço MAC. Ou seja, em uma empresa o dono pode marcar os endereços IP de seus funcionários com maior prioridade, enquanto os visitantes possuem menor. *2

• Streaming de multimídia.

• Telefonia IP ou VoIP.

• Teleconferência de vídeo.

Figura 2 - Requisitos de aplicações.

---

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.

Figura 3 - 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.

Figura 4 - 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.

Figura 5 - Diagrama:Combinação de reservas.

Um exemplo prático de como funciona o IntServ :

Figura 6 - Exemplo de IntServ. *7

Problemas:

• Escalabilidade *5
• Limitação de Tipos de Serviços *6

---

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 TOS: apesar desse campo ser implementado em muitos roteadores, ele foi considero pouco significativo. Então, o IETF propôs um campo alternativo que ocupa exatamente os mesmos 8 bits do campo TOS. Esse campo foi denomina do Differentiated Services Field" (o campo DS). O campo DS, por sua vez, foi dividido em dois campos menores: o DSCP (Differentiated Services Code Point) e o ECN (Explicit Congestion Notification).

• • O DSCP é um campo utilizado para marcação das classe agregadas da metodologia Difiserv.

• • O ECN é uma proposta experimental, que permite que os roteadores indiquem que estão congestionados ao nível do protocolo IP.

Figura 7 - mostrando o campo TOS (Tipo de serviços).

Como essas classes de serviços precisam ser independentes das redes a IETF definiu algumas classes de redes que são elas:

• Encaminhamento expresso: Dentro dessa a duas classificação de serviços,onde os pacotes podem ser marcados como regulares, não possuiram nenhuma prioridade. E também tem os marcados como expressos, esses podem trafegar na rede como se não existisse nenhum pacote na rede só ele, dessa forma receberam serviços com poucas perdas e atrasos, exatamente o que é necessário para VoIP.

Figura 8 - Encaminhamento Expresso, classificação dos serviços

• Encaminhamento Garantido: Especifica que haverá quatro classes de prioridades, cada uma delas tendo seus próprios recursos. Sendo que as três superiores podem ser chamadas de ouro, prata e bronze.Assim cada classe recebe a largura de banda conforme sua prioridade, quem tem a mais alta ganha maior largura de banda.

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. *8

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

---

MPLS

O MPLS (Multi Protocol Label Switching - comutação de rótulos multi protocolo) é um protocolo que atua entre as camadas 2 e 3, onde ele faz o chaveamento dos pacotes através de rótulos. No pacote é adicionado um cabeçalho MPLS, no qual os roteadores irão fazer o encaminhamento destes pacotes conforme o rótulo recebido.

Figura 9 - Pacote com MPLS.

Label:campo de 20 bits, no qual informar o valor do rotulo, gerando até 220 rótulos diferentes. QoS: indica a classe de serviço e pode ser usado para indicar níveis de prioridade. S:permirte a um roteador remover um rótulo para saber se existem rótulos adicionais. TTL(Time to Live):evitar que um pacote fique circulando em loop.

Com base nas informações do campo QoS, os roteadores poderão dar um tratamento especifico a estes pacotes, quando há diversos pacotes MPLS, que percorrem um mesmo salto e tem as mesmas características, eles recebem o mesmo tratamento, este conjunto recebe o nome FEC – Forwarding Eqivalence Class(classe de equivalência de caminhamento).

Esse protocolo acrescenta rótulos(chamados de labels) em cada pacote e faz o roteamento das informações de acordo com a categoria de serviços, tendo tratamento diferenciado cada tipo de aplicação, tornando as redes IP previsíveis e gerenciáveis.

No MPLS o controle de qualidade de serviço ocorre com o emprego de técnicas de gestão inteligente de filas de pacotes nos roteadores da rede de dados, viabilizando, por exemplo, o transporte integrado de voz com qualidade.