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Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Aula Anterior zDiferentes tipos de Aplicações yAplicações Elásticas.

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1 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Aula Anterior zDiferentes tipos de Aplicações yAplicações Elásticas (ftp, etc...) yAplicações Tempo Real zAplicações de Tempo Real yAplicações multimedia (audio, vídeo, etc...) yAplicações ponto-ponto/multi-ponto yDois tipos de Aplicações T.R. : Adaptativas vs Rígidas zSuportes Protocolares ySobre cenários best-effort inadequação do TCP e UDP yNecessidade de procedimentos adaptativos yProtocolo RTP (Real Time Protocol)

2 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zProtocolo RTP yunicast/multicast yCanais RTP + RTCP (informação de controlo) zMecanismos de Controlo adoptados pelas Aplicações yatrasos yvariação dos atrasos (jitter) yBuffers de amortecimento yEstratégias de reprodução de informação yAdaptação às perdas de pacotes yAlgoritmos para cenários multicast (ponderação de estados) ySincronização dados sobre canais RTP Aula Anterior (cont.)

3 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Requisitos das Aplicações zAplicações Elásticas (ftp, , etc...) yLargura de banda ++ yPara algumas limites nos atrasos zAplicações Tempo-Real (Adaptativas) yProliferam cada vez mais nos ambientes computacionais (IP) yAudio, Vídeo, Vídeo-Conferência - aplicações usuais para os utilizadores finais yLargura de banda (apesar das compressões, adaptações,...) yLimites aceitáveis para atrasos, variações de atrasos, etc. isto porque....

4 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zProcessos adaptativos são limitados zEm situações de saturação da infra-estrutura torna-se impossível a utilização deste tipo de aplicações zExistem aplicações não se enquadram na perspectiva adaptativa e tolerante zRedes IP - Infra-estrutura inicialmente concebida para a comutação de pacotes e que agora enfrenta o desafio dos requisitos das novas aplicações. zNecessidade de introduzir novas funcionalidades que satisfaçam as aplicações/utilizadores Requisitos das Aplicações

5 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Qualidade de Serviço (QoS) zQoS - conjunto de parâmetros segundo os quais a aplicação poderá ter um desempenho aceitável. yLargura de Banda ( X Kbytes/seg) yAtraso máximo fim-a-fim yVariação de atrasos limitada (jitter limitado) yetc... zA aplicação quer uma Qualidade de Serviço Guarantida pela infra-estrutura de comunicação utilizada. zProtocolos adequados à garantia de QoS requerida pelas aplicações

6 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Redes IP Tradicionais zAdequadas à comutação de dados zNão foram projectadas para serem utilizadas massivamente por aplicações com requisitos estritos de QoS zProtocolo IP não estava projectado objectivamente para esses requisitos zComutadores utilizados (routers) não tinham preocupações com requisitos de QoS orientados às aplicações zEm termos gerais um infra-estrutura best-effort

7 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Infra-estrutura best-effort Cenário muito simplificado: IP Router L2 L1L3 L4 fila de espera Capacidade de processamento Memória, buffers internos Técnicas de gestão dos buffers Características:

8 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zNum cenário IP best-effort yComutadores não atendem às necessidades particulares de cada aplicação (stream de pacotes IP) yTratamento é igual para todos os pacotes IP (salvo algumas excepções implementadas pelos fabricantes e previstas nos protocolos..., protocolos prioritários..., mecanismos de priorização de tráfego etc...) yEm situações de congestão os pacotes são eliminados independentemente do tipo de dados que transportam. yAplicações elásticas podem recuperar através de protocolos fiáveis (TCP) yAplicações de Tempo Real perdem informação que dificilmente poderá ser útil após recuperação. Infra-estrutura best-effort

9 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Situações de Congestão Router L2 L1L3 buffer cheio Situação de congestão: capacidade de output de pacotes não acompanha os ritmos de chegada ao router. Proceder à eliminação de pacotes que chegam ao router (independentemente...) Pacotes de aplic. T.R. Pacotes gerados por ftp Como conseguir tratamento diferenciado de tráfego na infra- -estrutura e diferentes níveis de QoS ?

10 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zProtocolos de setup da infra-estrutura yDefinem o tipo de QoS desejado pelas aplicações yComunicam o tipo de tráfego e o QoS aos elementos de comutação da infra-estrutura yIP - RSVP (Resource Reservation Protocol) zElementos de comutação habilitados a cumprir esses requisitos yTécnicas de processamento de pacotes que guarantam um determinado nível de serviço para determinados pacotes yDomínio da matemática, estatística, e de diversos métodos de gestão de tráfego QoS Garantido

11 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet QoS Garantido Exemplo simplificado (router) com múltiplas filas de espera: Router L2 L1 L3 Pacotes de aplic. T.R. Pacotes gerados por ftp R1 R2 Data Priorizar pacotes de tempo-real para as filas de espera Garantir que se processa x pacotes/tempo numa dada fila de espera

12 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet RSVP (Resource Reservation Protocol) zProtocolos de sinalização de reserva de recursos projectado para as redes IP yInformar os elementos (routers) da infra-estrutura de um determinado QoS garantido aos pacotes gerados por uma determinada aplicação yApto para comunicações unicast ou multicast yProcesso iniciado pelos receptores de informação yEngloba uma série de mensagens emitidas pelos emissores e pelos receptores yProcesso de reservas é independente do processo de routing ySoft State - poderão existir alterações dinâmicas às reservas efectuadas (mensagens de actualização, time-outs, etc...)

13 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Modelo de serviço RSVP zFazer reservas para fluxos de dados simplex. zO recpetor decide quando fazer reservas yMensagens de controlo em datagramas IP (proto #46). zMensagens PATH/RESV enviadas para refrescarem o estado periodicamente. zUm passo: y Pedidos não satisfeitos devolvem uma mensagem de erro- O Rx deve tentar de novo y Não há confirmação fim a fim para sucesso.

14 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Soft State zOs encaminhadores mantêm o estado de reserva. yMensagens refrescam o estado yEstados não refrescados são removidos automaticamente zAlternativa: Hard state yNão há mensagens periódicas de refrescamento. yHá garantia que o estado é mantido até ser explicitamente removido. yPorque pode ser um problema?

15 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Soft State (cont) zPropriedades yAdapta-se a mudanças em rotas, emissores e recpetores. yRecupera de falhas zFilosofia: a reserva é uma optimização.

16 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet RSVP (cont.) zDuas mensagens fundamentais: yPath - Descreve o tráfego que vai ser gerado pelo emissor; gerada pelo emissor; transmitida até aos receptores (passando pelos routers e armazenando o end. nó anterior) yResv - Geradas pelos receptores; especifica o QoS pretendido para um conjunto de pacotes gerados pelo emissor; terá que passar por todos os routers no caminho entre o emissor e receptor xendereço do emissor xendereço do destino (por exemplo um grupo multicast) xparâmetros de QoS pretendidos (atrasos, variações, perdas...) xfilter - indica o tipo de dados a que se pretende atribuir o QoS especificado (protocolos, portas,...)

17 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Arquitectura do RSVP (router) Packet Classifier Packet Scheduler Routing Protocol RSVP Daemon Policy Control Admission Control Data Antes de se efectuar a reserva o RSVPD comunica com 2 módulos: Admission Control - Verifica se o router tem recursos suficientes para satisfazer o pedido Policy Control - determina se a entidade responsável pelo pedido está ou não autorizada a fazê-lo Se algum destes módulos não autorizar - mensagem de erro Se estes dois módulos autorizarem

18 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zActualização de parâmetros nos módulos: ypacket classifier - classifica o pacote para um determinado processamento; calcula a rota; QoS necessário etc... ypacket scheduler - processo de forwarding do pacote; alocar tempo de CPU, buffers, etc. zAmbientes multicast yConjunto de routers que reservam recursos para pedidos de n receptores yEm alguns pontos da árvore multicast os routers poderão fazer o merging de pedidos feitos por diferentes receptores yActualização de estado consoante entrada/abandono dos receptores no grupo multicast Arquitectura do RSVP (cont.)

19 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet RSVP (multicast) E RR R E - Emissor R - Receptor mensagens path necessário guardar o caminho inverso E RR R mensagens Resv para o emissor E ponto de junção de pedidos path resv Mensagens RSVP

20 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Estilos de Reserva z3 Estilos yWildcard/Sem filtro – Não especifica um emissor particular no grupo yFiltro fixo – o emissor é especificado para a reserva. xConferência Video yFiltro dinâmico – emisores válidos podem variar com o tempo. xConferência Audio

21 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Estilos de Reservas (cont.) zUm pedido de reservas inclui uma série de opções: yIdentificação de emissores: xwildcard - pedido de reserva para aplicar a todos os emissores xexplicit - pedido de reservas para aplicar a uma determinada lista de emissores yForma processamento de reservas entre os emissores: xdistinct - reserva independente para cada emissor xshared - reserva partilhada entre todos os emissores

22 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Estilos de Reservas (cont.) Sender Selection Reservation Distinct Shared Explicit Wildcard (not defined) Fixed-Filter (FF) Shared-Explicit (SE) Wildcard-Filter (WF) Exemplo de Vídeo-Conferência, que tipos de reservas ? SE ou WF para o canal audio (2*débito da codificação) FF para o canal vídeo (n*débito da codificação)

23 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Exemplos de Reservas Router (S1) (S2,S3) (R1) (R2) (R3) (a) (b) (c) (d) Exemplo de Reserva do tipo WF SENDRESERVERECEIVE (c) < WF( * {4B}) (d) < WF( * {3B}) < WF( * {2B}) (c) (d) * {3B}) * {4B}) WF( * {4B}) <(a) WF( * {4B}) <(b)

24 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Exemplos de Reservas (cont.) Router (S1) (S2,S3) (R1) (R2) (R3) (a) (b) (c) (d) Exemplo de Reserva do tipo FF SENDRESERVERECEIVE (c) < FF(S1{4B},S2{5B}) (d) < FF(S1{3B},S3{B}) < FF(S1{B}) (c) (d) S3{B}) S1{4B}) FF(S1{4B}) <(a) FF(S2{5B},S3{B}) <(b) S2{5B}) S1{3B})

25 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Anomalias no RSVP zDesignadas por Killer reservation problems zP1 (KR-I) yExiste uma reserva Q0 yTentativa de uma segunda reserva Q1> Q0 y Rejeição em encaminhador intermédio xNão deve resultar no bloquear de Q0 ySolução: manter as reservas anteriores, quando o módulo de admissão negar determinada reserva.

26 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Anomalias no RSVP zP2 (KR-II) yTentativa de reserva persistente Q1 é negada xPersistência: apesar de negado, o receptor persiste na tentativa de a obter. ySe houver novo pedido Q0 não deve ser negado (se houver recursos) xNão deve ser feita junção ySolução: A mensagem de erro ResErr estabelece um novo estado nos encaminhadores por onde passou o pedido. Este estado altera o procedimento de junção, permitindo que reservas inferiores possam ser aceites. yA Reserva Q1 permanece em estado bloqueado

27 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Anomalias no RSVP zUma reserva negada num nó de comutação yOrigina um estado de bloqueado nesse nó mas as reservas dos nós inferiores continuam activas xNão será desnecessário? xO rx está interessado em descobrir a disponibilidade de recursos ao longo uma rota ou no máximo nº de nós nessa rota xPoder-se-ia prejudicar a resposta em situações transitórias

28 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet API para o RSVP zOs mecanismos de reservas de recursos alteram alguns conceitos inerentes à programação em rede (sockets, etc.) zNecessidade de elaborar librarias que incorporem os mecanismos definidos pelo RSVP zPermitir ao programador manipular pedidos de QoS aos routers da infra-estrutura. Host Router User Kernel aplicação libraria rsvp cliente Servidor Rsvp Servidor Rsvp dados mensagens rsvp pipe unix classifier scheduler classifier scheduler

29 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Reserva de Recursos zNão é consensual !!! yVantagens/Desvantagens (elevada informação de estado nos nós) yAltera o cenário normal de distribuição de recursos pelos utilizadores/aplicações ySe levada a extermos poderá bloquear acessos ao serviços de rede por parte das aplicações yDúvidas quanto ao tipo de utilização desta técnica (usar em interligação de infra-estruturas de redes, extender a tecnologia até ao utilizador) yReservar/pagar ? yTécnicas intermédias de diferenciação de tráfego xprioridades xcodificação hierárquica x.....

30 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Divergências zÉ possível construir aplicações inteligentes que se adaptam às condições da rede (playout buffers, codificações adaptativas, codificação hierárquica, mecanismos de prioridades, etc.) zNo entanto, em qq uma delas não se tem à priori a certeza de que tipo de condições elas vão enfrentar. Para tal é necessário garantias de QoS Devemos garantir QoS num futuro próximo na infra-estrutura da Internet Esta filosofia é desnecessária e devemos unicamente fornecer + largura de banda e continuar a desenvolver aplicações adaptativas, e alguns mecanismos de diferenciação do tráfego.

31 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Mecanismos alternativos (ao rsvp) zAtribuir diferentes prioridade de processamento a diferentes protocolos, portas protocolares, etc... zUtilizar codificações hierárquicas da informação a transmitir zApostar nas técnicas de codificação/compressão de informação zUtilizar informação do cabeçalho IP para o router dar um tratamento preferêncial a determinados pacotes. yflow label do IPv6 yTOS (type of Service IPv4 e análogo do IPv6) yDifferentiated Services - Grupo IETF que tenta normalizar a interpretação do TOS (IPv4) e Traffic Class (IPv6) por forma aos routers realizarem um tratamento diferenciado para diferentes pacotes IP

32 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Codificação Hierárquica zPor exemplo: O emissor envia em grupos multicast distintos diferentes codificações dos media xvantagens: dados de uma codificação só chegam a uma determinada rede se existir alguem interessado xdesvantagens: condições da infraestrutura afectam por igual todas as sessões; período probatório poderá prejudicar outros receptores E alta qualidade média qualidade qualidade básica grupos multicast diferentes R R R

33 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zPor exemplo: Dados são emitidos na mesma sessão indicando quais os mais/menos prioritários (opções do IP). Em caso de congestão routers eliminam os menos prioritários xvantagens: Em caso de congestão a informação básica terá + hipóteses de alcançar os receptores Permite à aplicação definir quais as codificações +/- importantes em termos de serviço básico/médio/alta qualidade, etc.... Em situações de congestão os pacotes - prioritários são eliminados não prejud. assim a informação básica xdesvantagens: Existem situações em que existe informação redundante na infra- estrutura Cod. Hierárquica + Prioridades

34 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Priorização de Tráfego zPor vezes é necessário algum feedback para não estar a ser desperdiçada largura de banda. ER X Y média baixa alta média baixa Necessidade de alguma comunicação fim-a-fim entre E/R para optimizar o processo Camadas alta e média são redundantes e prejudicam outo tráfego ligação de alto débito ligação débito médio ligação baixo débito


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