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Chico Anysio Óleo sobre tela 60x40 cm Mestrado Profissional em Computação Uece-IFCE Disciplina: Protocolos.

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1 Chico Anysio Óleo sobre tela 60x40 cm Mestrado Profissional em Computação Uece-IFCE Disciplina: Protocolos

2 7: Multimedia Networking7-2 Provendo Múltiplas Classes de Serviço Até agora: extraímos o máximo do serviço de melhor esforço – modelo de serviço do tipo tamanho único alternativa: múltiplas classes de serviço – Separa o tráfego em classes – Rede trata de forma diferenciada as diferentes classes de tráfego (analogia: serviço VIP x serviço normal) 0111 r granularidade: serviço diferenciado entre as diversas classes e não entre conexões individuais r história: bits de tipo de serviço (ToS)

3 Cenário de serviço com múltiplas classes 7: Redes Multimídia7b-3

4 7: Redes Multimídia7b-4 Cenário 1: mistura de FTP e áudio Exemplo: Telefone IP de 1Mbps, FTP compartilhando enlace de 1,5 Mbps. – Surtos de FTP podem congestionar o roteador e causar a perda de pacotes de áudio. – Gostaríamos de dar prioridade ao tráfego de áudio sobre o de FTP É preciso marcar os pacotes para que o roteador faça uma distinção entre as classes diferentes; e uma nova política no roteador para tratar os pacotes de forma diferenciada Princípio 1

5 7: Redes Multimídia7b-5 Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.) E se as aplicações se comportarem mal (áudio envia pacotes a uma taxa mais elevada do que a declarada)? – Policiamento: força que as fontes respeitem as alocações de banda marcação e policiamento/regulação nas bordas da rede: – semelhante à UNI (User Network Interface) do ATM prover proteção (isolamento) de uma classe sobre as demais Princípio 2

6 7: Redes Multimídia7b-6 Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.) Alocar uma largura de banda fixa (não-compartilhável) para o fluxo: uso ineficiente da banda se os fluxos não usarem suas alocações Embora fornecendo isolamento, é desejável que os recursos sejam usados da forma mais eficiente possível Princípio 3

7 7: Redes Multimídia7b-7 Capítulo 7: Roteiro 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço: um telefone por Internet como exemplo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real – RTP,RTCP,SIP, H Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.6 Além do melhor esforço 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.9 RSVP

8 7: Redes Multimídia7a-8 Capítulo 7: Roteiro 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço – 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real – RTP,RTCP,SIP 7.5 provendo múltiplas classes de serviço – 7.6 Além do melhor esforço – 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação – 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.6 provendo garantias de QoS – 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados – 7.9 RSVP

9 7: Redes Multimídia7b-9 Mecanismos de Escalonamento e Regulação (Policiamento) Escalonamento: seleção do próximo pacote para transmissão num canal Primeiro a entrar/primeiro a sair (FIFO): transmite na ordem de chegada à fila – Exemplos da vida real? – política de descarte: se os pacotes ao chegarem encontrarem a fila cheia: quem deve ser descartado? Descarta o último (cauda): descarta o pacote que acabou de chegar Prioridade: descarta/remove baseado na prioridade Aleatório: descarta/remove aleatoriamente chegadas partidas enlace (servidor) fila (área de espera)

10 7: Redes Multimídia7b-10 Disciplinas de Escalonamento: mais Enfileiramento com Prioridades: transmite o pacote enfileirado de mais alta prioridade múltiplas classes, com diferentes prioridades – classe pode depender da marcação ou outra informação do cabeçalho (ex. IP origem/destino, números de portas, etc.) – Exemplo da vida real? chegadas classificação fila de baixa prioridade (área de espera) fila de alta prioridade (área de espera) partidas chegadas pacotes no servidor tempo enlace (servidor)

11 7: Redes Multimídia7b-11 Disciplinas de Escalonamento (cont.) Varredura cíclica (Round Robin): múltiplas classes varre as filas das classes transmitindo um pacote de cada classe cuja fila não estiver vazia exemplo da vida real? chegadas pacote em serviço partidas tempo

12 7: Redes Multimídia7b-12 Disciplinas de Escalonamento (cont.) Enfileiramento justo ponderado (WFQ): Round Robin generalizado cada classe recebe um tempo de serviço diferenciado em cada ciclo exemplo do mundo real? classificador de chegadas partidas enlace

13 7: Redes Multimídia7b-13 Mecanismos de Regulação (Policiamento) Objetivo: limita o tráfego para que não exceda os parâmetros declarados Três critérios comumente usados: Taxa Média (de Longo prazo): quantos pacotes podem ser enviados por unidade de tempo (em longo prazo) – questão crucial: qual é o comprimento do intervalo: 100 pacotes por seg ou 6000 pacotes por min têm a mesma média! Taxa de Pico: ex., pacotes por minuto (ppm) em média e taxa de pico de 1500 ppm Tamanho da rajada: número máximo de pacotes enviados consecutivamente (sem intervalo ocioso)

14 7: Redes Multimídia7b-14 Mecanismos de Regulação (Policiamento) Token Bucket (Balde de Permissões): limita a entrada para Tamanho da Rajada e Taxa Média especificadas. balde pode guardar b permissões tokens são gerados a uma taxa de r tokens/seg a menos que o balde esteja cheio num intervalo de comprimento t: número de pacotes admitidos é menor ou igual a (r t + b).

15 7: Redes Multimídia7b-15 Mecanismos de Regulação (Policiamento) (mais) combinação de token bucket, WFQ provê limite superior garantido no atraso, i.e., garantia de QoS! taxa por fluxo, R WFQ taxa do token, r tamanho do balde, b D = b/R max tráfego de chegada

16 7: Redes Multimídia7a-16 Capítulo 7: Roteiro 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço – 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real – RTP,RTCP,SIP 7.5 provendo múltiplas classes de serviço – 7.6 Além do melhor esforço – 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação – 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.6 provendo garantias de QoS – 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados – 7.9 RSVP

17 Serviços Diferenciados do IETF desejamos classes de serviços qualitativas – comportamento como de um fio – distinção relativa entre os seviços: Platina, Ouro e Prata escalabilidade: funções simples no núcleo da rede, funções relativamente complexas nos roteadores de borda (ou sistemas finais) – sinalização, manutenção do estado do roteador por fluxo é difícil para um grande número de fluxos Não define classes de serviço, provê componentes funcionais para construir as classes de serviço 7: Redes Multimídia7b-17

18 7: Redes Multimídia7b-18 Roteador de borda: gerenciamento de tráfego por- fluxo marca os pacotes como dentro- perfil e fora-perfil Roteador de Núcleo: gerenciamento de tráfego por classe armazenamento e escalonamento baseado na marcação na borda Preferência para os pacotes dentro-perfil Arquitetura Diffserv escalonamento... r b marcação

19 7: Redes Multimídia7b-19 Marcação de Pacotes no Roteador de Borda r marcação baseada em classes: pacotes de classes diferentes são marcados diferentemente r Marcação dentro da mesma classe: porção do fluxo bem comportado marcado diferentemente do mau comportado r perfil: taxa A, comprimento do balde B pré-negociados r marcação de pacote na borda baseada no perfil por-fluxo Possível uso da marcação: Pacotes do Usuário Taxa A B

20 7: Redes Multimídia7b-20 Classificação e Condicionamento O Pacote é marcado no campo de Tipo de Serviço (TOS) no IPv4 e, Classe de Tráfego no IPv6 São usados 6 bits para fornecer a codificação dos Serviços Diferenciados e determinar a PHB que o pacote receberá No momento há 2 bits que não estão sendo usados. [Estão sendo usados para indicação de congestionamento] X

21 7: Redes Multimídia7b-21 Classificação e Condicionamento Pode ser desejável limitar a taxa de injeção de tráfego para alguma classe; o usuário declara o seu perfil de tráfego (ex. taxa e comprimento das rajadas); o tráfego é medido e moldado se não estiver de acordo com o seu perfil

22 7: Redes Multimídia7b-22 Comportamentos por salto (PHB) PHB resulta num comportamento de desempenho de encaminhamento diferente observável (mensurável) O PHB não especifica quais os mecanismos a serem usados para garantir o comportamento de desempenho PHB requisitado Exemplos: – Classe A recebe x% da taxa de transmissão do enlace de saída dentro de intervalos de tempo de comprimento especificado – Pacotes da classe A deixam os buffers antes dos pacotes da classe B

23 7: Redes Multimídia7b-23 Comportamentos por salto (PHB) PHBs já definidos: Expedited Forwarding (Repasse acelerado): taxa de partida dos pacotes de uma classe é maior ou igual a uma taxa especificada – enlace lógico com uma taxa mínima garantida Assured Forwarding (Envio assegurado): 4 classes de tráfego – a cada uma é garantida uma quantidade mínima de largura de banda – cada uma com três partições de preferência para o descarte

24 7: Redes Multimídia7a-24 Capítulo 7: Roteiro 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço – 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real – RTP,RTCP,SIP 7.5 provendo múltiplas classes de serviço – 7.6 Além do melhor esforço – 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação – 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.6 provendo garantias de QoS – 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados – 7.9 RSVP

25 7: Redes Multimídia7b-25 Princípios para o fornecimento de garantias de QoS (cont.) Fato básico da vida: não é possível atender a um tráfego superior à capacidade do enlace Admissão de Chamadas: o fluxo da aplicação declara as suas necessidades, a rede pode bloquear a chamada se não puder atender a estas necessidades Princípio 4

26 7: Redes Multimídia7b-26 Intserv: cenário de garantia de QoS Reserva de recursos – estabelecimento de chamada, sinalização (RSVP) – Declaração de tráfego e QoS – controle de aceitação de chamada por-elemento – escalonamento sensível a QoS (ex., WFQ) pedido/ resposta

27 7: Redes Multimídia7b-27 Serviços Integrados do IETF Uma arquitetura para prover garantias de QOS em redes IP para sessões individuais de aplicações reserva de recursos: roteadores devem manter info de estado (Circuito Virtual??), manter registros dos recursos alocados, requisitos de QoS admitir/rejeitar novos pedidos de chamadas: Pergunta: os novos fluxos que chegam podem ser admitidos com garantias de desempenho e ainda assim não violar as garantias de QoS prometidas a fluxos já admitidos?

28 7: Redes Multimídia7b-28 Aceitação de Chamadas A sessão entrante deve: declarar os seus requisitos de QOS – R-spec: define a QOS que está sendo solicitada caracterizar o tráfego que injetará na rede – T-spec: define as características do tráfego protocolo de sinalização: necessário para levar a R-spec e T-spec aos roteadores (onde a reserva é necessária) – RSVP (RFC 2210)

29 7: Redes Multimídia7b-29 Intserv QoS: Modelos de serviço [RFC 2211, RFC 2212] Serviço de qualidade garantida: chegada de tráfego de pior caso: fonte policiada por um leaky bucket. limite simples (provável matematicamente) para o atraso [Parekh 1992, Cruz 1988] Serviço de carga controlada: r uma qualidade de serviço que muito se aproxima da QoS que o mesmo fluxo receberia de um elemento de rede em carga leve WFQ taxa do token, r tamanho do balde, b D = b/R max tráfego de chegada

30 7: Redes Multimídia7a-30 Capítulo 7: Roteiro 7.1 Aplicações de Rede Multimídia 7.2 Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados 7.3 Fazendo o melhor possível com o serviço de melhor esforço – 7.5 Distribuição de Multimídia: redes de distribuição de conteúdo 7.4 Protocolos para aplicações interativas em tempo real – RTP,RTCP,SIP 7.5 provendo múltiplas classes de serviço – 7.6 Além do melhor esforço – 7.7 Mecanismos de escalonamento e regulação – 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados 7.6 provendo garantias de QoS – 7.8 Serviços integrados e serviços diferenciados – 7.9 RSVP

31 7: Redes Multimídia7b-31 Sinalização na Internet Repasse sem conexões (sem estado) pelos roteadores IP serviço melhor esforço nenhum protocolo de sinalização de rede no projeto inicial IP + = Novo requisito: reservar recursos ao longo de um caminho fim a fim (sistemas finais, roteadores) para QoS para aplicações multimídia RSVP: Resource Reservation Protocol [RFC 2205] – … permite aos usuários comunicar os seus requisitos à rede de uma forma eficiente e robusta., ou seja, com sinalização! protocolo anterior de sinalização Internet: ST-II [RFC 1819]

32 7: Redes Multimídia7b-32 Objetivos de Projeto do RSVP 1.acomodar receptores heterogêneos (larguras de banda diferentes ao longo dos caminhos) 2.acomodar diferentes aplicações com diferentes requisitos de recursos 3.tornar o multicast um serviço de primeira classe, com adaptação para participação em grupo multicast 4.aproveitamento do roteamento multicast/unicast existente, com adaptação a mudanças nas rotas unicast e multicast 5.sobrecarga do protocolo de controle com crescimento linear (no pior caso) em função do número de receptores 6.projeto modular para tecnologias heterogêneas

33 7: Redes Multimídia7b-33 O que o RSVP não faz r especifica como os recursos devem ser reservados m ele é um mecanismo para comunicar as necessidades r determina as rotas seguidas pelos pacotes m este é a tarefa dos protocolos de roteamento m sinalização desvinculada do roteamento r interação com o repasse de pacotes m separação dos planos de controle (sinalização) e dados (repasse)

34 7: Redes Multimídia7b-34 RSVP: visão geral da operação Transmissores e receptor aderem a um grupo multicast – Realizado fora do RSVP – Transmissores não precisam se unir ao grupo Sinalização do transmissor para a rede – Mensagem de caminho: torna a presença do transmissor conhecida dos roteadores – Desligamento do caminho: remove o estado do caminho do transmissor dos roteadores Sinalização dos receptores para a rede – Mensagem de reserva: reserva recursos dos transmissores para o receptor – Remoção (teardown) das reservas: remove as reservas do receptor Sinalização da rede para o sistema final – Erro de caminho – Erro de reserva

35 Redes Multimídia: Resumo Princípios classificação das aplicações multimídia identificação das necessidades de serviços de redes das aplicações extraindo o máximo do serviço atual de melhor esforço Protocolos e Arquiteturas protocolos específicos para o melhor esforço mecanismos para fornecimento de QoS arquiteturas para QoS – múltiplas classes de serviço – Garantias de QoS, controle de admissão 7: Redes Multimídia7b-35


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