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IEEE 802.1D IEEE 802.1Q QoS-Quality of Service Aluno: Vinicius Fernandes de Oliveira Janeiro de 2003 LECA-DCA / PPgEE - Disciplina:

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2 IEEE 802.1D IEEE 802.1Q QoS-Quality of Service Aluno: Vinicius Fernandes de Oliveira Janeiro de 2003 LECA-DCA / PPgEE - Disciplina: Arquitetura de Redes eProtocolos de Baixo Nível

3 Agenda Introdução ao QoSIntrodução ao QoS IEEE 802.1DIEEE 802.1D IEEE 802.1QIEEE 802.1Q Arquiteturas QoS ( DiffServ e IntServ )Arquiteturas QoS ( DiffServ e IntServ )

4 Um cenário típico atual Estariam os usuários PPP satisfeitos com a qualidade de serviço ? E os usuários da LAN ?Estariam os usuários PPP satisfeitos com a qualidade de serviço ? E os usuários da LAN ? PPP I n t e r n e t LAN Ethernet Serviços Integrados

5 Soluções QoS PPP I n t e r n e t Arquitetura DiffServ (nível 3) Arq. IntServ Prot. RSVP LAN Ethernet 802.1D 802.1Q ? ? ? QoS fim a fim ( nível 4 ) Prot. RTP, RTPC Arq. IntServ Prot. RSVP Aplicações Multimídias Contratos SLA Protocolo MPLS (nível 2 ½ )

6 Exigências das aplicações Moderada*Alta*Baixa* Disponibilidade ( projeto ) AltaBaixaAlta Sensibilidade a “jitter” AltaBaixaAlta Sensibilidade a atrasos BaixaAltaBaixa Sensibilidade a perdas Alta Moderada a alta Baixa a moderada Largura de banda VídeoDadosVoz * Depende principalmente da aplicação Serviços integrados Parâmetros de Qos

7 Análise conjunta QoS e Largura de Banda Link super provisionadoLink super provisionado Custo maiorCusto maior QoS desnecessário, exceto como instrumento gerencial ou de garantias adicionaisQoS desnecessário, exceto como instrumento gerencial ou de garantias adicionais

8 Tráfego quase sempre congestionadoTráfego quase sempre congestionado QoS muito útilQoS muito útil Análise conjunta QoS e Largura de Banda

9 Link sub-provisionadoLink sub-provisionado QoS pode ser útil, porém é necessário aumentar a largura de bandaQoS pode ser útil, porém é necessário aumentar a largura de banda

10 Soluções alternativas à QoS RDSI - Faixa estreita ( voz + dados )RDSI - Faixa estreita ( voz + dados ) –Tecnologia STM RDSI - Faixa larga ( voz + dados + vídeo )RDSI - Faixa larga ( voz + dados + vídeo ) –Tecnologia ATM ( possui QoS ) IEEE ( voz + dados + vídeo )IEEE ( voz + dados + vídeo ) –Padrões de nível PHY e MAC –Propõe integração de RDSI, FDDI, TE (equipamento terminal), ISTE (equipamento terminal de serviços integrados) e LANs 802

11 Componentes QoS Nó com QoS: mecanismos para classificação, controle de filas, fluxo e ajuste do tráfegoNó com QoS: mecanismos para classificação, controle de filas, fluxo e ajuste do tráfego Sinalização QoS: técnicas para coordenar os elementos da redeSinalização QoS: técnicas para coordenar os elementos da rede Política, gerenciamento e contabilidade: controlam e administram o tráfego em toda a redePolítica, gerenciamento e contabilidade: controlam e administram o tráfego em toda a rede Nó Host Nó cliente Nó com QoS Sinalização do QoS Política, gerenciamento e contabilidade de QoS

12 IEEE IEEE é um grupo de trabalho que desenvolve padrões e recomendações práticas nas áreas de: arquiteturas LAN/MAN 802, interfaces entre internet e LAN/MAN 802, MANs e outras redes de grande abrangência, gerenciamento de redes sobre 802 e protocolos abragendo os níveis MAC e LCC.IEEE é um grupo de trabalho que desenvolve padrões e recomendações práticas nas áreas de: arquiteturas LAN/MAN 802, interfaces entre internet e LAN/MAN 802, MANs e outras redes de grande abrangência, gerenciamento de redes sobre 802 e protocolos abragendo os níveis MAC e LCC. Todos os padrões são desenvolvidos para serem compatíveis com todas as arquiteturas MAC e PHY desenvolvidas pelo IEEE.Todos os padrões são desenvolvidos para serem compatíveis com todas as arquiteturas MAC e PHY desenvolvidas pelo IEEE.

13 IEEE 802.1D O padrão IEEE 802.1D foi inicialmente criado para implementações de bridges transparentesO padrão IEEE 802.1D foi inicialmente criado para implementações de bridges transparentes O padrão IEEE 802.1p foi um suplemento ao 802.1D onde implementou classes de tráfego, priorização de tráfego e suporte dinâmico a multicastO padrão IEEE 802.1p foi um suplemento ao 802.1D onde implementou classes de tráfego, priorização de tráfego e suporte dinâmico a multicast Em janeiro de 2003, IEEE 802.1D incorporou o IEEE 802.1p e esse foi então arquivadoEm janeiro de 2003, IEEE 802.1D incorporou o IEEE 802.1p e esse foi então arquivado

14 IEEE 802.1D Bridge transparenteBridge transparente 1 2 A B 3 4 B4 B3 A2 A1 RedeHost 1 21 A B 3 4 B4 B3 A2 A1 RedeHost 1  3

15 IEEE 802.1D Bridge transparenteBridge transparente 1 2 A B  7 B4 C6 B3 A2 A1 RedeHost D E 9 10 C 6 E9 E D8 D7 C5 RedeHost

16 IEEE 802.1D Bridge transparenteBridge transparente 1 2 A B 3 4 B4 B3 A2 A1 RedeHost 1  3 B4 B3 A2 A1 RedeHost B1 B1 ?? Loop de bridge

17 IEEE 802.1D Bridge transparenteBridge transparente –Pode ocorrer loop de bridges –Pode ocorrer envio ininterrupto de frames de broadcast A solução é utilizar STA ( Spanning Tree Algorithm )A solução é utilizar STA ( Spanning Tree Algorithm ) –Faz um bloqueio das portas que podem ocasionar loops resultando uma topologia árvore –As portas bloqueadas podem ser reativadas se necessário –As bridges transparentes trocam mensagens de configuração e mudanças de topologias ( BPDU- Bridge Protocol Data Units ) –As bridges transparentes trocam mensagens de configuração e mudanças de topologias ( BPDU - Bridge Protocol Data Units ) –Havendo mudanças, o STA é novamente executado

18 IEEE 802.1D Bridge transparente com STABridge transparente com STA B1 B5 B4 B3 B2 B1 B5 B4 B3 B2 B1 B5 B3B4 L5 L4 L3 L2 L1 L5 L4 L3 L2 L1 L4 L3 L5 L1 L2 B2 Rede original Rede ativa STA para B1

19 IEEE 802.1D Fila, classes de tráfego e prioridade ( 802.1p )Fila, classes de tráfego e prioridade ( 802.1p ) Q 7MAC Token ring 0(default) 3Host Host 7Host 1 Prior.DestOrig Classe 5312Porta Frames Porta de saída Fila de saída Saem 1º Últimos

20 IEEE 802.1D Classes de tráfegoClasses de tráfego –São permitidas até 8 classes de tráfego –As classes podem ser divididas para aplicações: Críticas com relação ao tempo e a segurançaCríticas com relação ao tempo e a segurança Críticas com relação ao tempoCríticas com relação ao tempo Não críticas em relação ao tempo mas sensíveis a perdasNão críticas em relação ao tempo mas sensíveis a perdas Não críticas em relação ao tempo e nem sensíveis a perdaNão críticas em relação ao tempo e nem sensíveis a perda PrioridadesPrioridades –Existem 8 valores de prioridade ( 0 a 7 ) –Valor 7 é o mais prioritário que valor 1 –Valor 0 é o default e o menos prioritário, mas combinado com a classe de tráfego, pode sair antes. –Possui uma dependência da tecnologia MAC associada

21 IEEE 802.1D Multicast com filtragem pela base de dados (802.1p)Multicast com filtragem pela base de dados (802.1p) Q 7MAC Token ring 0(default) 3Host Host 7Host 1 Prior.DestOrig Classe 5312Porta Frames Porta de saída Fila de saída Saem 1º Últimos FiltroHost 82 2Host 71 Porta Saída End. Destino Porta Entrada Grupos Grupos multicast G1 G3 G2 GARP GMRP

22 IEEE 802.1D Filtragem pela base de dadosFiltragem pela base de dados –Entradas estáticas: introduzidas pelo gerente Encaminhamento para todos os gruposEncaminhamento para todos os grupos Encaminhamento para grupos não registradosEncaminhamento para grupos não registrados Filtragem de grupos não registradosFiltragem de grupos não registrados –Entradas dinâmicas –Entradas através de registro ( utiliza GMRP ) GrupoGrupo –Uma conjunto de atributos que definem o encaminhamento e filtragem de informações destinadas a um conjunto MAC (membros do grupo) Exemplo: um grupo multicast para receber streams de vídeoExemplo: um grupo multicast para receber streams de vídeo

23 IEEE 802.1D GARP ( Generic Attribute Registration Protocol )GARP ( Generic Attribute Registration Protocol ) –Define o método, sintaxe do quadro e regras para incluir e eliminar registros da base de dados –Usado para registro de VLANs e de multicast –A informação se propaga para todos os bridges com suporte a GARP GMRP ( GARP Multicast Registration Protocol )GMRP ( GARP Multicast Registration Protocol ) –É uma aplicação GARP –Permite que dispositivos declarem participação como membros em um grupo de multicast –Estações usuárias devem suportar 802.1D –Não existe interface entre IGMP e GMRP

24 IEEE 802.1Q “VLAN” com 802.1D - Problemas“VLAN” com 802.1D - Problemas S1S2 Suporte a 802.1D Perde informação de prioridade MAC

25 IEEE 802.1Q VLAN com 802.1QVLAN com 802.1Q S1S2 Suporte a 802.1Q ( semelhante 802.1D ) Preserva informação de prioridade Identifica a VLAN MAC taggeado

26 IEEE 802.1Q VLANs baseadas em portasVLANs baseadas em portas Marca frame (tag) e retira a marca (untag) quando necessário:Marca frame (tag) e retira a marca (untag) quando necessário: –Estações que não implementam 802.1Q ( legados ) tem seus quadros untagged –Estações e switchs que implementam 802.1Q continuam com quadros tagged Utiliza GVRP ( GARP VLAN Registration Protocol)Utiliza GVRP ( GARP VLAN Registration Protocol) –Uma nova aplicação GARP –Semelhante ao GMRP. Principais diferenças: acrescenta a identificação da VLAN ( VID ) no protocoloacrescenta a identificação da VLAN ( VID ) no protocolo registra e elimina VID e não apenas membros de gruposregistra e elimina VID e não apenas membros de grupos –Também propaga registro VLAN através da rede

27 IEEE 802.1Q Enlaces S2 Enlace de acesso – não suporta VLAN – switch põe / retira tags S1 Enlace híbrido ( estações sem 802.1Q tem que ser da mesma VLAN ) 802.1Q Enlace tronco: – mútiplas VLANs – quadros marcados

28 IEEE 802.1Q - Quadros marcados 4 bytes inseridos após o campo SA:4 bytes inseridos após o campo SA: FCSDadosTipo/TamSADASFDPreâmb SATPIDFCSDadosTipo/TamTCIDASFDPreâmb VLAN IDCFIPrioridade 3 bits 1 bit 12 bits 8100h Número de identificação da VLAN Canônico - sempre 0 Prioridade 802.1D Indica que segue a TAG ( 802.3ac )

29 IEEE 802.1Q - Tabelas de VLAN São as tabelas de encaminhamento, mantida dentro dos switchsSão as tabelas de encaminhamento, mantida dentro dos switchs Relacionam “ VID x Portas x MACs ”Relacionam “ VID x Portas x MACs ” Tabelas múltiplas (Multiple Filtering Database):Tabelas múltiplas (Multiple Filtering Database): –Cada VLAN é mantida em uma tabela “ Portas x MACs “ Tabela única (Single Filtering Database):Tabela única (Single Filtering Database): –É mantida uma tabela “ VID x Portas x MACs “ –Permite criação de VLAN assimétrica: típico para ambiente cliente-servidor, ambos untagged. Configura-se uma VLAN onde o servidor pode trocar informações com todos os clientes, porém os clientes da VLAN não trocam informações entre si. Implementa muitas funcionalidades do 802.1D, porém, para cada VLANImplementa muitas funcionalidades do 802.1D, porém, para cada VLAN

30 DiffServ - Serviços Diferenciados QoS é garantida através de mecanismos de priorização de pacotes na rede:QoS é garantida através de mecanismos de priorização de pacotes na rede: –Os pacotes são classificados, marcados e processados segundo o seu rótulo ( DSCP - Differentiated Service Code Point ) –As informações trafegam em 1 byte já existente na definição do cabeçalho IP ( ToS - Type of Service ) e que não é usado pelos protocolos tradicionais –Cada roteador tem que implementar mecanismos de controle de fluxo e tráfego para tratar esse byte –O roteador de entrada na borda é quem faz a classificação - os demais só retransmitem conforme regras da classe a que pertencem DS - Domínio DiffServ: o conjunto contíguo de roteadores que implementam o serviçoDS - Domínio DiffServ: o conjunto contíguo de roteadores que implementam o serviço

31 DiffServ - DSCP Byte ToS do IP: EF - Expedited Forwarding Emula um linha privadaEmula um linha privada Baixas taxas de perda, retardo e jitterBaixas taxas de perda, retardo e jitter AF - Assured Forwarding Classes Ouro, Prata, Bronze e melhor esforço + 3 níveis de precedênciaClasses Ouro, Prata, Bronze e melhor esforço + 3 níveis de precedência Emula uma rede com pouca cargaEmula uma rede com pouca carga PHB - Per- Hop Behaviour A escolha da classe é motivo de uma SLA (Service Level Agreement )

32 DiffServ - Blocos funcionais Presentes nos roteadores de borda e raramente no backbone –Além do DSCP (classificador BA - Behaviour Aggregate), pode-se usar outros campos (classificador MF - Multi-Field) com base nas características do pacote (origem, aplicação, etc.) –Monitoração do fluxo ( policiamento ) necessário para verificar se o tráfego está dentro dos parâmetros acordados no SLA

33 IntServ - Serviços integrados QoS é garantida através de mecanismos de reservas de recursosQoS é garantida através de mecanismos de reservas de recursos –A reserva de recursos é feita utilizando o protocolo RSVP ( Resource ReSerVation Protocol ) –Oferece dois tipos de serviço (além do “melhor esfôrço”) Serviço garantido (RFC 2212)Serviço garantido (RFC 2212) –garante banda, atraso máximo para o fluxo de dados e não descarte de pacotes –se não houver recursos, a admissão ao serviço é rejeitada Carga controlada (RFC 2211)Carga controlada (RFC 2211) –garante QoS similar a uma rede “sem carga” –mesmo congestionado, a admissão ao serviço é garantido –Inclui ainda: um conjunto de parâmetros para caracterização e controle dos fluxos com QoS (RFC2215)um conjunto de parâmetros para caracterização e controle dos fluxos com QoS (RFC2215) base de dados para gerencimento dos serviços (RFC2213)base de dados para gerencimento dos serviços (RFC2213)

34 IntServ - RSVP Características gerais É um protocolo apenas de sinalizaçãoÉ um protocolo apenas de sinalização Solicita a reserva de recursos, sem entrar no mérito do “como” fazerSolicita a reserva de recursos, sem entrar no mérito do “como” fazer O receptor é quem faz a reservas de recursosO receptor é quem faz a reservas de recursos É simplex, ou seja, as reservas de recursos são unidirecionaisÉ simplex, ou seja, as reservas de recursos são unidirecionais Roteadores sem suporte a RSVP não impedem a sua utilização (operação transparente)Roteadores sem suporte a RSVP não impedem a sua utilização (operação transparente)

35 IntServ - RSVP - Sinalização (1) O transmissor envia uma mensagem PATH para o receptor especificando características do tráfego. (2) Cada roteador intermediário ao longo do caminho, passa a mensagem PATH para o próximo roteador, determinado pelo protocolo de roteamento. (3) (4) Ao receber uma mensagem PATH, o receptor responde com uma mensagem RESV para requisitar recursos para o fluxo. (5) Cada roteador intermediário ao longo do caminho, pode rejeitar ou aceitar as requisições da mensagem RESV. (6) Se a sinalização for aceita, largura de banda no enlace e espaço nos buffers são alocados para cada fluxo

36 IntServ - Componentes Sinalização com protocolo RSVP (reserva de recursos)Sinalização com protocolo RSVP (reserva de recursos) Rotina de controle de admissão: decidirá se uma requisição por recursos pode ser garantida.Rotina de controle de admissão: decidirá se uma requisição por recursos pode ser garantida. Classificador: ao receber um pacote, o classificador realizará uma classificação Multi-Field (MF) e colocará o pacote em uma fila específica baseada no resultado da classificação.Classificador: ao receber um pacote, o classificador realizará uma classificação Multi-Field (MF) e colocará o pacote em uma fila específica baseada no resultado da classificação. Escalonador de pacotes: escalonará os pacotes de forma a satisfazer suas exigências de QoS.Escalonador de pacotes: escalonará os pacotes de forma a satisfazer suas exigências de QoS. Observação: isso gera problemas escalabilidade no caso de aumento de fluxo - por isso não é comum usar em backbones

37 Alguma pergunta ? PPP I n t e r n e t Arquitetura DiffServ (nível 3) Arq. IntServ Prot. RSVP LAN Ethernet 802.1D 802.1Q ? ? ? QoS fim a fim ( nível 4 ) Prot. RTP, RTPC Arq. IntServ Prot. RSVP Aplicações Multimídias Contratos SLA Protocolo MPLS (nível 2 ½ ) Obrigado pela atenção


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