Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD Clarissa Marquezan Lisandro Zambenedetti Granville Ricardo Vianna Rodrigo Sanger Alves Tiago Fioreze Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Qualidade de Serviço em Redes IP Introdução Disciplinas de filas Protocolos RSVP DiffServ AltQ Características Comandos Disciplinadores de Fila: PRIQ (Priority Queueing) CBQ (Class Based Queuing) Atividades Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Introdução O que é? (do ponto de vista da rede) Capacidade de fornecer melhores serviços para determinados fluxos de uma rede. Arquitetura de QoS básica QoS implantada dentro de um dispositivos (através de filas, escalonadores, conformadores de tráfego, etc.) Técnicas de sinalização para coordenar o QoS fim-a-fim no caminho completo dos fluxos Políticas, gerenciamento e funcionalidades de contabilização para controle e administração de QoS Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Introdução Rede conectada 3. Gerente 2. Sinalização Servidor 1. QoS dentro dos dispositivos Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas Para tratar congestionamento (maior fluxo de entrada do que de saída em um roteador) é necessário o uso de filas (controle de congestionamento) De acordo com o funcionamento de cada fila (algoritmo de filas) tem-se a definição de disciplinas de filas diferentes Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas First Come First Served (FCFS) = First In First Out (FIFO) Os primeiros pacotes a chegarem serão despachados em primeiro lugar, independentemente do tipo do pacote Não existe priorização, pois todos os pacotes são tratados da mesma forma Não existe proteção contra aplicações mal comportadas (que geram, por exemplo, fluxos que congestionam a rede) Implementado na interface de entrada ou saída (preferencialmente) É o algoritmo padrão de qualquer roteador, e não exigem nenhuma parametrização. Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas Priority Queuing (PQ) Garante que tráfegos importantes receberão tratamento especial Cada interface de saída implementa várias filas diferentes Cada pacote é colocado em uma fila diferente, de acordo com a prioridade do pacote As filas de mais alta prioridade são atentidas enquanto existir tráfego Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas Alta Classificação Média Normal Baixa Interface Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas Priority Queuing (cont.) Garantias sobre os atrasos Sem proteção contra aplicações mal comportadas Uma aplicação pode monopolizar toda a banda! Neste caso, pior que FIFO Gerenciável: é o administrador da rede que deve programar a classificação dos pacotes. Disso depende o sucesso do algoritmo PQ. Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas Custom Queuing (CQ) Criado para a definição e diferenciação da alocação de banda mínima entre várias aplicações Garante banda mínima para aplicações críticas mesmo em pontos de congestionamento Exemplo: Vídeo sob demanda atravessando roteadores congestionados. Uso de várias filas, mas a prioridade é dada pelo tempo que cada fila pode utilizar uma interface. Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas 1/10 Classificação 4/10 2/10 3/10 Interface Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas Custom Queuing (cont.) Também precisa de gerenciamento: o administrador indica Quais os pacotes irão ser direcionados para quais filas Quanto de banda cada fila possuem em relação à banda total da interface Garante que aplicações mal comportadas não conseguirão monopolizar os recursos Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas (comparação) 3 2 1 FIFO Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas (comparação) 1 2 3 PQ - Prioridade = 1>2>3 1 1 1 2 3 Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinas de filas (comparação) 1 2 3 CQ - 1 (2/10); 2 (4/10); 3 (4/10) 1 1 1 2 3 Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Soluções de QoS As soluções mais promissoras são aquelas desenvolvidas dentro do IETF Serviços Integrados (IntServ) e RSVP Serviços Diferenciados (DiffServ) MPLS (Multi Protocol Labeling Switching) Por que? Forte influência de indústria de equipamentos de rede Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Soluções de QoS Em relação ao fornecimento de garantias: Reserva de recursos (serviços integrados) Priorização (serviços diferenciados) Caracterização de QoS através de dois tipos: Por fluxo: stream de informações uni-direcional identificado através de protocolo, endereço origem, endereço destino, porta origem e porta destino Por agregado: conjunto de fluxos que possuem algo em comum (normalmente o byte de prioridade) Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Soluções de QoS (IntServ) Reserva dinâmica de recursos através do RSVP (Resource reSerVation Protocol) Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Soluções de QoS (IntServ) Diferenciação por fluxo: cada roteador deve guardar internamente uma descrição dos fluxos Endereços IP origem e destino Protocolo (tipicamente TCP ou UDP) Portas (aplicações) origem e destino Prioridade do fluxo Exemplo: fluxo de download do relatório de vendas para a máquina do diretor 200.10.230.1:80, 200.10.230.9:1798, tcp, alta Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Soluções de QoS (IntServ) Principal problema da solução: escalabilidade! Para redes com muitos roteadores, o tempo de estabelecimento de uma sessão pode ser muito grande Em roteadores próximos ao backbone o número de informações necessárias pode ser maior que a capacidade de armazenamento Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Soluções de QoS (DiffServ) Reserva estática de recursos As aplicações não estabelecem sessões como no IntServ O gerente da rede é responsável por determinar como os recursos (banda) existentes são alocados Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Soluções de QoS (DiffServ) Diferenciação por agregado Vários fluxos são agrupados em agregados Cada agregado é diferenciado dentro dos roteadores Não existe priorização dentro do agregado Exemplo: qualquer fluxo cujo destino é a máquina do diretor *:*, 200.10.230.9:*, TCP|UDP|*, alta Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Soluções de QoS (DiffServ) Vantagens de relação ao IntServ Escalável Não existe tempo de estabelecimento de sessão Os roteadores próximos ao backbone armazenam menos informações Problemas Configurado manualmente Serviços menos garantidos Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

AltQ AltQ é um gerenciador de tráfego de pacotes que é capaz de fornecer qualidade de serviço (QoS) em uma rede de computadores. Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Características AltQ suporta parâmetros tradicionais de QoS (e.g., banda, atraso, etc.) AltQ possui uma variedade de disciplinadores de fila (e.g., CBQ, PRIQ, HFSC, etc.) Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Comandos Interface: Class: Filter: Comando responsável por habilitar o ALTQ em uma determinada interface de rede. Class: Comando responsável por criar classes de serviço. Filter: Comando responsável por associar um fluxo de pacotes a determinada classe de serviço. Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Exemplo Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD ed1 (100Mbps) ed0 Computador Pessoal Servidor HTTP (www.WebServer.com.br) Roteador FreeBSD com ALTQ (200.18.42.6) Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Exemplo (cont.) interface ed1 priq interface ed0 priq # class priq ed1 def_class priority 1 default class priq ed1 http_class priority 15 filter ed1 http_class www.WebServer.com.br 80 200.18.42.6 0 6 # Interface ed0 class priq ed0 def_class priority 1 default class priq ed0 http_class priority 15 filter ed0 http_class 200.18.42.6 0 www.WebServer.com.br 80 6 Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinadores de Fila PRIQ (Priority Queueing): Possue buffers com prioridades diferentes. O buffer com maior prioridade é o que será atendido primeiro e terá direito de transmitir os pacotes armazenados. Buffers com prioridades menores podem não ser atendidos. Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

PRIQ: Sintaxe dos comandos interface nome [bandwidth bps] [tbrsize bytes] priq nome: Especifica o nome da interface bandwidth : Especifica a quantidade de banda da interface que será ocupada. tbrsize : Especifica o tamanho em bytes do balde de tokens. class priq nome nome_classe classe_pai [priority p] [default] nome_classe: Especifica o nome da classe. classe_pai: Especifica o nome da classe pai. No caso do PRIQ, esse parâmetro deve ser NULL. priority: Especifica a prioridade da classe. Os valores variam de 0 a 15. Quanto maior o valor, maior é a prioridade da classe. default: Especifica a classe default. A classe default tratará todos os pacotes que não pertencerem a algum determinado filtro. Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Disciplinadores de Fila CBQ (Class Based Queueing) Parâmetros de QoS são agrupados em classes Classes são estruturadas de forma hierárquica Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

CBQ: Sintaxe dos comandos interface nome [bandwidth bps] [tbrsize bytes] cbq nome: Especifica o nome da interface bandwidth: Especifica a quantidade de banda da interface que será ocupada tbrsize: Especifica o tamanho em bytes do balde de tokens Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

CBQ: Sintaxe dos comandos class cbq nome nome_classe classe_pai [priority p] [pbandwidth percent] [borrow] [default] nome: Especifica o nome da interface nome_classe: Especifica o nome da classe classe_pai: Especifica o nome da classe pai priority: Especifica a prioridade da classe. Os valores variam de 0 a 7. Quanto maior o valor, maior é a prioridade da classe pbandwidth: Especifica a porcentagem de largura de banda da interface que será destinada para essa classe borrow: Especifica se a classe pode pedir para a classe pai largura de banda emprestada default: Especifica a classe default. A classe default tratará todos os pacotes que não pertencerem a algum determinado filtro Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

CBQ: Estrutura hierárquica Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Comando filter O comando filter é um comando genérico e é utilizado por todos os disciplinadores de fila Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Comando filter: Sintaxe filter nome nome_classe dst_addr [netmask mask] dport src_addr [netmask mask] sport proto nome: Especifica o nome da interface nome_classe: Especifica o nome da classe a qual o fluxo de pacotes será associado dst_addr: Especifica o endereço de destino do fluxo de pacotes dport: Especifica a porta de destino src_addr: Especifica o endereço de origem do fluxo de pacotes sport: Especifica a porta de origem netmask: Especifica a máscara de rede destino ou origem proto: Especifica qual o número do protocolo Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Atividades: Topologia da rede 10.0.3.2 - XL0 10.0.4.1 - FXP0 D Rede 10.0.3.0 Rede 10.0.4.0 10.0.3.1 - RL0 10.0.4.2 - ED0 C E 10.0.2.2 - XL0 10.0.5.1 - XL0 Rede 10.0.2.0 Rede 10.0.5.0 10.0.2.1 - RL0 10.0.5.2 - DC0 B F Rede 10.0.1.0 10.0.1.2 - ED0 10.0.6.1 - ED0 Rede 10.0.6.0 10.0.1.1 10.0.6.2 A G Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Atividades: 1ª atividade Ação: Máquina A irá pingar a máquina G. Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de congestionamento Cenário 2: A ação será realizada com simulação de congestionamento Cenário 3: A ação será realizada com simulação de congestionamento e com o AltQ atuando Objetivo: Verificar o comportamento dos pacotes ICMP sem e com o uso do Altq Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Atividades: 2ª atividade Ação: Máquina A irá realizar um FTP e acessará páginas HTTP na máquina G. Cenário 1: Tráfego FTP e HTTP serão concorrentes, ou seja, utilizarão a mesma banda Cenário 2: Tráfego FTP e HTTP não serão concorrentes, ou seja, cada um terá uma porcentagem de largura de banda Objetivo: Verificar como é possível dividir banda para diferentes fluxos de pacotes Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Atividades: 3ª atividade Ação: Máquina A e G irão realizar uma comunicação de voz entre elas. Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de congestionamento Cenário 2: A ação será realizada com simulação de congestionamento Cenário 3: A ação será realizada com simulação de congestionamento e com o AltQ atuando Objetivo: Verificar o comportamento da comunicação de voz sem e com o uso do AltQ Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Atividades: 4ª atividade Ação: Máquina A e G irão realizar uma comunicação de vídeo entre elas. Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de congestionamento Cenário 2: A ação será realizada com simulação de congestionamento Cenário 3: A ação será realizada com simulação de congestionamento e com o AltQ atuando Objetivo: Verificar o comportamento da comunicação de vídeo sem e com o uso do AltQ Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD

Atividades: 5ª atividade Ação: Máquina A e G irão realizar uma videoconferência entre elas. Cenário 1: A ação será realizada sem nenhuma simulação de congestionamento Cenário 2: A ação será realizada com simulação de congestionamento Cenário 3: A ação será realizada com simulação de congestionamento e com o AltQ atuando Objetivo: Verificar o comportamento da videoconferência sem e com o uso do AltQ Suporte a QoS em Roteadores FreeBSD