Mestrado Profissional em Computação Uece-IFCE Disciplina: Protocolos

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

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) granularidade: serviço diferenciado entre as diversas classes e não entre conexões individuais história: bits de tipo de serviço (ToS) 0111 7: Multimedia Networking

3 Cenário de serviço com múltiplas classes
7: Redes Multimídia

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 Princípio 1 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 7: Redes Multimídia

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 Princípio 2 prover proteção (isolamento) de uma classe sobre as demais 7: Redes Multimídia

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 Princípio 3 Embora fornecendo isolamento, é desejável que os recursos sejam usados da forma mais eficiente possível 7: Redes Multimídia

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.323 7.5 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 7: Redes Multimídia

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 7.9 RSVP 7: Redes Multimídia

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) 7: Redes Multimídia

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 partidas pacotes no servidor tempo enlace (servidor) 7: Redes Multimídia

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 7: Redes Multimídia

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 7: Redes Multimídia

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) 7: Redes Multimídia

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). 7: Redes Multimídia

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

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 7.9 RSVP 7: Redes Multimídia

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 Multimídia

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

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

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 7: Redes Multimídia

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 7: Redes Multimídia

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 7: Redes Multimídia

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 7: Redes Multimídia

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 7.9 RSVP 7: Redes Multimídia

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 Princípio 4 Admissão de Chamadas: o fluxo da aplicação declara as suas necessidades, a rede pode bloquear a chamada se não puder atender a estas necessidades 7: Redes Multimídia

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 7: Redes Multimídia

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? 7: Redes Multimídia

28 Aceitação de Chamadas declarar os seus requisitos de QOS
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) 7: Redes Multimídia

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: “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 7: Redes Multimídia

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 7.9 RSVP 7: Redes Multimídia

31 Sinalização na Internet
nenhum protocolo de sinalização de rede no projeto inicial IP Repasse sem conexões (sem estado) pelos roteadores IP serviço melhor esforço + = 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] 7: Redes Multimídia

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

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

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 7: Redes Multimídia

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 Multimídia