GT-QoS RNP2 José Augusto Suruagy Monteiro Leobino Sampaio

GT-QoS RNP2 José Augusto Suruagy Monteiro Leobino Sampaio
Mércia E. B. Figueredo Setembro de 2002 © 2002 – RNP

GT-QoS Roteiro Objetivos do GT-QoS Proposta de Trabalho
Qualidade de Serviço Arquiteturas de Serviços Melhor Esforço Serviços Integrados Serviços Diferenciados Implementações em Redes Acadêmicas Propostas de Projetos Piloto Infra-estrutura de Medições Métricas de Interesse Projetos relacionados

GT-QoS Objetivos Definição/detalhamento de uma Arquitetura de Serviços com Diferenciação de QoS para a RNP2 Implementação de uma Infra-estrutura de Medições com a finalidade de monitorar a QoS que está sendo oferecida para as diversas classes de serviços

GT-QoS Proposta de Trabalho Formação do GT:
base: coordenadores de projetos relacionados Articulação com os Projetos de Redes Avançadas: atividades/objetivos comuns necessidades de QoS: definição de uma arquitetura mínima de serviços

Projetos de Redes Avançadas Relacionados:
Proposta de Trabalho Projetos de Redes Avançadas Relacionados: Projeto IQoM (UNIFACS, UFPR, UFSC, UFRGS e CPqD): prevê a definição de métricas, implantação de uma infra-estrutura de medições (ativas e passivas) e implementação de serviços diferenciados. · Projeto InfraVIDA (UFPE, UFRN, UFBA, UNIFACS e Real Hospital Português): infra-estrutura de suporte a telemedicina, envolve também a transmissão de vídeo fazendo uso de serviços diferenciados no backbone da RNP2. · Projeto MAPPED (UFRJ, UFF, UFMG e CEDERJ): Desenvolvimento e incorporação de novas técnicas de adaptação fim-a-fim para dar maior eficiência e flexibilidade às aplicações multimídia aplicada ao ensino à distância.

Projetos de Redes Avançadas Relacionados:
Proposta de Trabalho Projetos de Redes Avançadas Relacionados: Projeto QoSWare (UFPE, UFMG e Telemar): Middleware para gerenciamento de QoS para suporte a aplicações interativas (jogos, simulação interativa distribuída, aplicações de voz, aplicações de vídeo e realidade virtual compartilhada) · Projeto QUARESMA (UFRJ, UNICAMP, UFF, LIP6 e Netcenter): QUAlidade de Serviço em Redes – Segurança, Mobilidade e Aplicações. Aborda diversos aspectos relacionados a QoS, desde a caracterização de tráfego até a incorporação de QoS nas aplicações, passando também por corretores de banda na plataforma CORBA.

Qualidade de Serviço

Qualidade de Serviço Conceito Básico
Recomendação E.800: Efeito coletivo do desempenho do serviço e que determina o grau de satisfação do usuário deste serviço. Novidade das redes integradas e mais recentemente da Internet: oferecimento de serviços que atendam os diferentes requisitos de QoS das aplicações. Quantitativamente, a QoS para uma dada aplicação pode ser expressa através de um conjunto de parâmetros mensuráveis tais como retardo máximo, variação máxima do retardo, percentual máximo de perdas, etc.

Necessidades das Aplicações – Pesquisa SEQUIN
Qualidade de Serviço Necessidades das Aplicações – Pesquisa SEQUIN

Arquiteturas de Serviços
Tipos Principais Melhor Esforço (Best Effort) Serviços Integrados (IntServ) Serviços Diferenciados (DiffServ)

Serviços Integrados Arquitetura de serviços idealizada para disponibilizar funções de reserva de banda fim-a-fim para aplicações de tempo real. Tipos de Serviço: Serviço Garantido: Este serviço foi concebido para aplicações de tempo real. Para isso o retardo é controlado e o tráfego condicionado por um token bucket. Serviço de carga controlada: Este serviço foi criado para aplicações elásticas e está próximo do serviço melhor esforço quando em leve sobrecarga. É garantida a entrega de pacotes (baixa perda) e o retardo não irá exceder o máximo retardo suportado pela aplicação.

Serviços Integrados RSVP (Reservation Protocol): Protocolo de sinalização para reserva de recursos.

Serviços Integrados Limitações: Não escalável Alta exigência nos roteadores.

Serviços Diferenciados
Arquiteturas de Serviços Serviços Diferenciados Arquitetura de serviços baseada no controle de QoS para fluxos agregados que são identificados através do DSCP (Differentiated Service Code Point):

Arquiteturas de Serviços Serviços Diferenciados Comportamento por salto (PHB): Descrição do tratamento de encaminhamento que cada pacote recebe em cada nó. O Valor do DSCP é utilizado para selecionar o PHB Os roteadores devem possuir funções de programação/gerenciamento de filas para priorização de pacotes e controle do tamanho das filas. O roteador de um domínio DiffServ deve ser capaz de oferecer o PHB para cada classe de serviço. Comportamento por domínio (PDB): O tratamento que um grupo de pacotes marcado receberá, a partir do nó de entrada até o nó de saída (borda-a-borda) em um domínio.

Tipos de Serviços Encaminhamento Assegurado (AF): O serviço AF é composto por várias sub-classes de serviço, que possuem diferentes níveis de precedência em relação ao descarte de pacotes. É indicado para as aplicações que não são sensíveis ao atraso, mas não suportam perda. Encaminhamento Expresso (EF): O encaminhamento expresso oferece um serviço de redes com baixa perda, pequeno atraso, baixo jitter e banda garantida. É indicado para aplicações de tempo real.

Arquiteturas de Serviços Serviços Diferenciados Maior escalabilidade Número limitado de classes de serviços Menor exigência nos roteadores.

Alternativas de Serviços
Serviços Diferenciados Alternativas de Serviços Nobres (Elevated) Premium (QPS e SEQUIN) Olympic Best Effort Plebeus (Non-Elevated) Scavenger (QBSS) Alternative Best Effort (ABE) Best-Effort Differentiated Service (BEDS)

Implementações em Redes Acadêmicas
Serviços Diferenciados Implementações em Redes Acadêmicas QBone Premium Service (QPS) Projeto SEQUIN Projeto Piloto de QoS IP da RNP QBone Scavenger Service (QBSS) Proposta de Projetos Piloto do GT-QoS

QBone Premium Service (QPS)
Serviços Diferenciados QBone Premium Service (QPS) Definido pelo QoS-WG da Internet2 ( A sua implantação encontra-se suspensa indefinidamente. Motivos principais: falta de suporte dos roteadores, custo de atualização dos equipamentos em cada rede (cada domínio QPS deve efetuar policiamento em cada porta de entrada), ausência de demanda por parte das aplicações, preocupações com o custo e complexidade operacionais.

Projeto SEQUIN Objetivo: Implantação de um serviço Premium IP extensível e flexível sobre a rede GÉANT, baseado nas tecnologias de QoS disponíveis . Oferecer um serviço fim-a-fim, modular, escalável, operando entre múltiplos domínios de gerenciamento. Um Serviço independente das tecnologias de rede existentes O Serviço implementado não deve interferir com outros serviços existentes. Conformidade com o padrão IETF.

Projeto SEQUIN Decisões principais: O Serviço Premium deve ter uma adição mínima de processamento por nó, a fim de se que tenha uma implementação abrangente com o hardware existente. O Serviço será implementado passo a passo. Na primeira fase (durante o projeto) foi implantado um pequeno domínio DiffServ. Somente uma fração de cada link foi destinada ao serviço Premium (entre 5 a 10%), como forma de garantir que os outros serviços não fossem prejudicados. Inicialmente (na primeira fase), a configuração é estática e nenhum protocolo de sinalização foi utilizado.

Projeto SEQUIN Decisões principais: Uma especificação de interface entre domínios é obrigatória para se manter o comportamento por domínio de acordo com o EF PHB. Ex: a interface pode conter valores de DSCP, regras de policiamento e todos os parâmetros necessários para assegurar a correta propagação do serviço. O serviço tem destino especificado (destination aware): é obrigatório o conhecimento da origem e destino (no nó de ingresso) na fase inicial do serviço.

Projeto SEQUIN SLA (Service Level Agreements) composto de duas partes: Administrativa Especificação do Nível de Serviço (SLS): Especifica o grupo de parâmetros que definem o serviço oferecido.

Projeto SEQUIN Parte Administrativa (alguns campos): Contatos Técnico e Administrativo envolvidos (Escopo) Duração (Escopo) Garantias de disponibilidade (Escopo, Processo, Solução) Monitoração (Escopo, Processo): Parte SLS: Escopo Descrição do fluxo : Atributo da marca de QoS: O valor do DSCP Atributo da origem: Um valor único que representa a NREN X. Atributo do destino: Um conjunto de valores que representa as NRENS destino. Garantias de desempenho

Projeto SEQUIN Fonte:SEQUIN Deliverable D2.1

Projeto SEQUIN Corrente de SLAs:

Projeto SEQUIN Funcionalidade dos roteadores fim-a-fim: Fonte: QoS and SLA aspects across multiple management domains: The SEQUIN approach

Projeto SEQUIN Topologia de testes para o serviço Premium: Fonte: QoS and SLA aspects across multiple management domains: The SEQUIN approach

Projeto SEQUIN Resultados: Tiveram êxito na realização do serviço na rede de produção Resultados demonstraram que é possível a implementação do serviço em maior escala Os testes continuarão a ser feitos de forma a se evoluir o sistema de provisão do serviço.

Projeto Piloto de QoS da RNP
Serviços Diferenciados Projeto Piloto de QoS da RNP Serviços Serviço Premium (Virtual Leased Line) Serviço Assegurado Serviço Best Effort

Serviços Diferenciados Projeto Piloto de QoS da RNP Mecanismos testados: O mecanismo de fila LLQ (Low Latency Queueing) Sua implementação se vale de uma fila com prioridade para o serviço Premium e filas usando a política CBWFQ (Class-based Weighted Fair Queueing) para as demais classes; É obrigatório alocar um mínimo de 25% da banda para a classe Best Effort; A Cisco recomenda o uso de, no máximo, 5 classes de tráfego.

Serviços Diferenciados Projeto Piloto de QoS da RNP Utilização de geradores de tráfego Os parâmetros de desempenho avaliados nos testes objetivos foram: perda, atraso e jitter; As ferramentas escolhidas: MGEN/DREC, TANGRAM II e o RUDE/CRUDE.

Serviços Diferenciados Projeto Piloto de QoS da RNP Usando o serviço Premium: Geração de 4 Mbits/seg entre RS/SP com e sem QoS; Geração de 2,2 Mbits/seg entre

Serviços Diferenciados Projeto Piloto de QoS da RNP Problemas com IOS: Alguns reloads, fora deste padrão, também foram registrados; Devido ao fato dos testes estarem atrapalhando o serviço de produção, estes foram suspensos. Problemas com sincronização: NTP não fornece precisão suficiente para esta medida;

Serviços Diferenciados Projeto Piloto de QoS da RNP Resultados: Apesar da interrupção dos testes, foi possível verificar a priorização de serviço para os tráfegos gerados ao se habilitar as políticas de QoS; Redução acentuada da perda e redução de jitter.

QBone Scavenger Service (QBSS)
Serviços Diferenciados QBone Scavenger Service (QBSS) Definido pelo QoS-WG da Internet2 ( Objetivo: O descongestionamento do serviço BE, principalmente nos "gargalos" da rede. Indicação : aplicações que suportem bem, perdas, atraso, variação de atraso: Aplicações para transferência de grandes volumes de dados com TCP ou aplicações “TCP-friendly”. Novas aplicações distribuídas destinadas a usar banda subutilizada da rede.

Serviços Diferenciados QBone Scavenger Service (QBSS) Funcionamento geral: É uma classe adicional ao serviço BE, com baixa probabilidade de atendimento e pouca banda alocada. Funciona como uma rede virtual paralela com baixos recursos, mas que podem ser aumentados à medida que a classe default (BE) é subutilizada. O DSCP padrão para o tráfego QBSS é o (QBSS codepoint) Política de marcação dos pacotes: O usuário deve indicar que aplicações devem ser marcadas para o serviço. A marcação dos pacotes pode ser feita pela aplicação ou no roteador de borda mais próximo do host origem.

Serviços Diferenciados QBone Scavenger Service (QBSS) Patches disponibilizados pelo Qbone: wu-ftpd-qbss.diff : Altera o servidor de FTP wuftpd-2.6.1, para marcar pacotes com o QBSS codepoint quando o usuário usa o serviço como anonymous. apache-qbss.diff: O servidor WEB apache_ também marca os pacotes com o QBSS codepoint, só que é possível configurar a partir de que tamanho de arquivo o serviço marca os pacotes.

Propostas de Projetos Piloto
GT-QoS Propostas de Projetos Piloto Levantamento da Demanda por QoS: Projetos de redes avançadas Questionário. Definição de uma arquitetura de QoS para a RNP Quais serviços atendem melhor a demanda por QoS (Premium, Scavenger, etc.)? Dimensionar o serviço: Capacidade dos links a ser reservada, 5%? Descobrir uma solução para SLA : CiscoWorks2000 Service Management Solution ? Retomada dos testes no backbone da RNP com Serviços Diferenciados. Pilotos com os Serviços escolhidos Medições específicas para avaliar o benefício e o impacto da implementação destes serviços

Infra-Estrutura de Medições

Roteiro Motivação Objetivos Métricas de Interesse Tipos de medições Projetos de medições Projetos relacionados Propostas de projetos piloto do GT-Qos

Motivação Necessidade de monitorar o tráfego para checar se os objetivos de QoS estão sendo atendidos. Falta de um diagnóstico rico e preciso sobre informações específicas do tráfego e sua tendência. Necessidade de visualização permanente das características do tráfego. Necessidade de visualização dos fluxos de tráfegos entre os diversos POPs da rede.

Objetivos Avaliar os recursos oferecidos pelas ferramentas existentes no mercado, levando em consideração o tipos de medição e as métricas de desempenho. Desenvolver um ambiente de coleta, acompanhamento e apresentação de resultados sobre as características da rede. Obter um ambiente que permita uma análise mais precisa da rede para definir a prioridade dos serviços. Responder às seguintes questões: Qual é a composição do tráfego? O que priorizar? Quais são as origens e destinos do tráfego?

Métricas de Interesse Largura de banda Atraso Jitter Perda de pacotes Utilização Caracterização do tráfego

Tipos de Medições Ativas – São gerados pacotes de teste e monitorado o desempenho para os mesmos através da rede. Problemas: falta de sincronização dos relógios e tráfego extra na rede. Ideais para medições de Jitter, atraso, perda e latência. Passivas – são coletadas informações sobre todos os pacotes que trafegam na rede sem fazer nenhuma interferência. Requer maior investimento na infra-estrutura de equipamentos. Ideais para medições de caracterização de tráfego, utilização.

Projetos de Medições Caida (Cooperative Association for Internet Data Analysis) Surveyor IEPM (Internet end-to-end performance monitoring) RIPE (Réseaux IP Européens) NLANR (MOAT) E2Epi (End-to-End Performance Initiative)

Projetos Relacionados
Infra-Estrutura de Medições Projetos Relacionados IQoM (Redes Avançadas) LAND/UFRJ GT-VOIP Experiência da RNP

Projeto IQoM Levantamento de um conjunto de equipamentos e ferramentas que visam coletar dados sobre as métricas de interesse relacionadas à QoS das aplicações. Manter um estrutura permanente de coleta e visualização das medidas. Implantação de um piloto de infra-estrutura de medições (passiva e ativa) a ser posteriormente ampliado para todos os demais pontos de interesse.

Ferramentas do LAND Objetivos Desenvolver modelos para permitir a análise de mecanismos e algoritmos. Medições e testes. Tangram II Viva Voz Whiteboard distribuído Servidor Multimídia RIO

GT-VOIP Piloto VOIP Telefonia IP sobre a RNP2 Fases do Piloto Fase 0 Medições fim-a-fim sobre estrutura existente Fase 1 Implantação de gateways e operação da telefonia IP Fase 2 Implantação de gatekeepers, criação de diretórios de usuários, ampliação do uso peer-to-peer

Experiência da RNP As estatísticas atuais são baseadas no MRTG

GT-QoS Propostas de Projetos Piloto Num primeiro momento, os esforços serão direcionados para a caracterização do tráfego. Determinar: Quanto do tráfego está sendo destinado para cada serviço; A origem e destino de um tráfego; Maior diagnóstico da rede.

GT-QoS Propostas de Projetos Piloto Utilização do Netflow/NetraMet/Flow-tools Experimentos iniciais no PoP-BA (UFBa) e UNIFACS Exemplos de resultados:

Referências http://qbone.internet2.edu/premium http://www.caida.org

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