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Serviços Diferenciados Edgard Jamhour. Estratégias para Implantação de QoS Serviços Integrados – Baseado em um protocolo de sinalização: RSVP – Reserva.

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1 Serviços Diferenciados Edgard Jamhour

2 Estratégias para Implantação de QoS Serviços Integrados – Baseado em um protocolo de sinalização: RSVP – Reserva de recursos por fluxo, fim-a-fim – Controle de admissão no momento que a reserva é solicitada. Serviços Diferenciados – Não utiliza protocolo de sinalização. – Utiliza um conjunto de configurações de QoS estáticas. – Atribui os fluxos de usuários as configurações estáticas através de acordos de nível de serviço (SLA)

3 Níveis de QoS Melhor Esforço Serviços Diferenciados Serviços Integrados Reserva de Recursos Fim-a-Fim Protocolo de Sinalização Priorização de Recursos de Acordo com SLAs pré- estabelecidos O primeiro pacote a chegar é o primeiro a ser atendido.

4 Serviços Diferenciados: Diff-Serv Alternativa para Serviços Integrados, que supostamente são pouco escaláveis devido ao custo de manutenção das sessões RSVP. Os conceitos básicos dos serviços diferenciados (Diff-Serv) são: – Divisão da rede em roteadores de borda e core – SLA: Service Level Agreement – DS Field: marcação de pacotes – Tráfego Agregado – PHB: Per-Hop Behavior

5 Serviços Diferenciados (RFCs Iniciais) K. Nichols, S. Blake, F. Baker, D. Black, "Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers", RFC 2474, December M. Carlson, W. Weiss, S. Blake, Z. Wang, D. Black, and E. Davies, "An Architecture for Differentiated Services", RFC 2475, December 1998 J. Heinanen, F. Baker, W. Weiss, J. Wroclawski, "Assured Forwarding PHB Group.", RFC 2597, June V. Jacobson, K. Nichols, K. Poduri, "An Expedited Forwarding PHB." RFC 2598, June 1999.

6 Arquitetura Diffserv ROTEADOR DE BORDA ROTEADOR DE CORE cliente DOMÍNIO DIFFSERV

7 Elementos da Rede Diffserv Domínio Diff-Serv – Conjunto de roteadores que disponibilizam serviço de comunicação IP com QoS. Roteador de Borda – Roteador que faz interface direta com a rede do cliente. – Trata o tráfego na forma de fluxos individuais Roteador de Core – Roteador que faz interface entre os roteadores de borda. – Trata o tráfego na forma de fluxo agregado.

8 Agregação de Fluxo Fluxos de entradas Regras individuais para cada fluxo (geralmente, dependentes de SLA) Fluxos agregados Regras apenas para os fluxos agregados (independentes de SLA)

9 O que significa fluxo agregado? O roteador de borda deve ter uma regra para cada fluxo individual, baseada nos campos dos cabeçalhos IP e TCP. Os pacotes são associados a regras de core através da marcação dos pacotes. pacotes do usuário A – nivel gold pacotes do usuário B – nivel silver pacotes do usuário C – nivel gold pacotes do usuário D – nivel gold Roteador borda Roteador core

10 Marcação de Pacotes Os pacotes IP precisam ser marcados nas fronteiras de entrada na rede administrada em DS. – A marcação é feita utilizando os bits TOS do IPv4. – Os roteadores utilizam esses bits para identificar como os pacotes são tratados na rede. VERSHLEN TOS Comprimento Total ID 8 bits FLGDeslocamento TTLProtocoloCheckSum Cabeçalho IP Origem IP Destino Dados...

11 Marcação: Redefinição do Campo TOS O campo TOS (8bits) foi renomeado para: – byte DS. Este campo é formado da seguinte maneira: – DSCP (Differentiated Services CodePoint) 6 bits (classe de tráfego para o pacote) – ECN: Explicit Congestion Notification (experimental) 2 bits (reservado) DSCP (6 bits) ENC (2 bits) BYTE DS

12 PHB: Per Hob Behavior É possível definir 64 valores distintos de DS – O IETF denomina PHB o tratamento associado ao valor do campo DS Os PHBs são definidos em 3 grupos: – B'xxxxx0' – PHBs padronizados. – B'xxxx11' – PHBs de uso experimental ou local – B'xxxx01' – PHBs de uso experimental ou local, mas com potencial de serem agregados ao grupo de PHBs padronizados.

13 Regra para PHBs Com carga equivalente, quanto maior o valor do seletor de classe, melhor o comportamento associado a classe. São definidos 8 códigos seletores de classe – Class Selector Codepoints ENC (2 bits) Seletores de Classe Códigos dentro da classe 0 PHB Padronizado

14 PHBs Padronizados BE PHB – Best Effort EF PHB: b101110' – Expedited Forwarding AF PHB – Assured Forwarding AF 1AF 2AF 3AF 4 Low drop preference b'010000'b'011000'b'100000'b'101000' Medium drop preference b'010010'b'011010'b'100010'b'101010' High drop preference b'010100'b'011100'b'100100'b'101100' prioridade

15 RFC 4594 Service ClassDSCPConditioning at Edge Tolerance toQueuing LossDelayJitter Telephony EFnone for trusted traffic very low priority Multimedia Conferencing AF4(1-3)two-rate three-color marker low/medvery lowyesrate Multimedia Streaming Low Latency Data High-ThroughputData AF3(1-3) AF2(1-3) AF1(1-3) low/med low medium low/med med/high yes rate Standard (Best Effort) DFrate

16 Funções dos Nós num Domínio DiffServ Os nós edge (borda) executam ações de: – Classificação, Policiamento, Marcação, Descarte e Formatação de Tráfego Os nós core (núcleo) executam ações de: – Descarte e Condicionamento de tráfego cliente C Se tráfego r <=1 Mbps, b<=1Mb então AF11 Se tráfego 2 Mbps > b >1 Mbps então AF12 Se b > 2 Mbps então DROP cliente E Se tráfego r <=1 Mbps, b<=1Mb então AF21 Se tráfego 2 Mbps > b >1 Mbps então AF22 Se b > 2 Mbps então DROP cliente C C E E

17 Elementos de um nó Diffserv

18 Elementos do Nó Diffserv 1. Classificador Determina quais regras devem ser aplicadas ao pacote 2. Medidor Contabiliza as estatísticas associadas aos fluxos de pacotes 3. Marcador Determina como o tráfego será agregado 4. Formatador de Tráfego Determina a velocidade com o qual os pacotes são enviados para rede 5. Descartador Determina se um pacotes será descartado de maneira preventiva para evitar o congestionamento da rede

19 Arquitetura do Nó Edge Classificador Policiador Marcador Fila de Saída Formatador de Tráfego ENTRADA Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador SAÍDA ENTRADA SAÍDA Medidor

20 Arquitetura do Nó Core Classificador Policiador Marcador Fila de Saída Formatador de Tráfego ENTRADA Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador SAÍDA ENTRADA SAÍDA Medidor

21 Classificador São definidos 2 tipos: – Multicampos (MF): – Tipicamente utilizado pelos nós Edge Utiliza o Byte DS e outros campos do cabeçalho IP (IP, Porta, etc.) – Comportamento Agregado (BA): – Tipicamente utilizado pelos nós Core Utiliza apenas o Byte DS.

22 Classificador: CORE e EDGE Classificador Policiador Marcador Fila de Saída Formatador de Tráfego ENTRADA Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador SAÍDA Se IPsrc= /24 e AF11 Se IPsrc= /24 e AF21 Se IPsrc= /24 Classificador Policiador Marcador Fila de Saída Formatador de Tráfego ENTRADA Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador SAÍDA Se AF1 Se AF2 Se AF3

23 Medidor O medidor calcula em tempo real o trafégo gerado por um dado fluxo e pacotes. – Taxa média, Taxa de pico, Rajada, etc. Caso os parâmetros sejam excedidos, ele dispara triggers para os outros módulos do roteador. – Módulo de policiamento O medidor decide se o pacote está dentro dos limites de tráfego impostos ao fluxo – Módulo de formatação de tráfego O medidor decide se o pacote está pronto para ser retirado da fila e encaminhado

24 O Token Bucket Model Os medidores usualmente utilizam um modelo denominado Token Bucket. – Taxa de transmissão variável com atraso limitado. Serviço Garantido se r <= R b bytes r bytes/s chegada p bytes/s saída d <= b/p r saída (bytes/s) p t R B reserva R

25 Policiador e Marcador Classificador Policiador Marcador Fila de Saída Formatador de Tráfego ENTRADA Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador SAÍDA Se não houver transbordo no balde 1: Marcar com AF11 Se houver transbordo no balde 1: Passar ao balde 2 Se não houver transbordo no balde 2: Marcar com AF12 Se houver transbordo no balde 2 Descartar balde 1 (62,5kbytes) rate 500 kbps balde 2 (62,5kbytes) rate 500 kbps X dro p tráfego chegada AF11 AF12

26 Formador de Tráfego Condiciona e policia o tráfego de saída de acordo com o PHB atribuído ao pacote. Formatador b=1 r=1 saída (bytes/s) p=2 t Tráfego Saída b=2 r=1 p=2 t Tráfego Entrada b=1 FILA 1 Regra: Aplicar PHB A para Fila 1

27 Formatado de Tráfego AF 4 AF 3 AF 2 AF 1 SAÍDA Escolhe de qual fila o pacote será retirado para encaminhamento INJUSTO (UNFAIR): A fila mais prioritária é servida enquanto houver pacotes Algumas filas podem nunca transmitir pacotes JUSTO (FAIR): Cada fila é associada a um token bucket A fila mais prioritária é servida enquanto não ultrapassar a especificação do bucket r = 1 Mbps, b= 64Kbytes r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes r = 4 Mbps, b= 0Kbytes Enlace com capacidade de 4 Mbps VoIP + VoIP - Dados + Dados -

28 Descartador AF 4 AF 3 AF 2 AF 1 SAÍDA Escolhe de qual fila o pacote será retirado para encaminhamento r = 1 Mbps, b= 64Kbytes r = 2 Mbps, b= 0 Kbytes r = 4 Mbps, b= 0Kbytes Enlace com capacidade de 4 Mbps VoIP + VoIP - Dados + Dados - Um novo pacote está chegando para a classe AF4. - Se a fila estiver com mais de 90 de ocupação descartar o pacote - Se a fila estiver entre 75 e 90% de ocupação aceitar apenas AF41 - Se a fila estiver entre 50 e 70% de ocupação aceitar AF41 e AF42 - Se a fila estiver entre 0 e 50% de ocupação aceitar AF41, AF42 e AF43

29 SLA: Service Level Agreement O SLA é um acordo entre um cliente e um provedor de serviço (Domínio DS). – O cliente pode ser um usuário final (e.g. uma empresa) ou outro domínio de DS. Um SLA possui dois componentes principais: – Disponibilidade: MTBF, tempo de reparo – Desempenho: atraso, jitter e perda de pacotes Associa o tráfego do usuário a uma classe agregada. Domínio de DS provedor Domínio de DS backbone SLA1 = AF 4 SLA5 = AF 3 SLA6 = AF 3 cliente SLA3 = AF 3 SLA2 = AF 3 cliente Domínio de DS provedor

30 Avaliação do SLA Avaliação fim-a-fim – Considerando o tráfego está dentro das especificações máximas Controlado pelo policiamento – e.g. r = 1 Mbps e b = 64 Kbytes – Do total de pacotes transmitidos pelo usuário: Quantos pacotes chegaram ao destino dentro dos limite máximo de atraso? – Pacotes que chegarem após o limite são considerados perdidos – e.g. Taxa máxima de perda de pacotes: 0.01% Qual foi o tempo médio de atraso dos pacotes? – e.g. Atraso médio < 50 ms Qual foi a variância (jitter) do atraso? – e.g. Variância < 5 ms Probabilidade atraso < 75 ms é 99,9968 %

31 Remarcação de DS O mesmo código de DS pode ter significados distintos em domínios diferentes – Nesse caso, os nós entre domínios DS devem remarcar os pacotes de maneira a manter a coerência da marcação. SLA1 = AF 4 NÓ ENTRE DOMÍNIOS remarcar AF3 para AF31 e AF4 para AF32 SLA2 = AF 3 cliente PROVEDOR BACKBONE SLA2 = AF 3

32 Remarcação ENTRADA SAÍDA Classificador Policiador Marcador Fila de Saída Formatador de Tráfego Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador Policiador Marcador Fila de Saída Descartador Se AF1 Se AF2 Se AF3 Remarca para AF 31 Remarca para AF 32 Remarca para AF 33

33 Conclusão A arquitetura Diff-Serv tem por objetivo propor um método simples e escalável para implantar QoS sobre redes IP. Na arquitetura, cada roteador de borda possui regras para mapear fluxos de usuários em classes agregadas padronizadas. Os roteadores de core (que trabalham com enlaces de alta capacidade), trabalham com PHB´s padronizados configurados estaticamente.


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