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Serviços IntegradosRSVP

Edgard Jamhour

Estratégias para Implantação de QoS

• Atualmente, duas estratégias de QoS sobre redes IP estão em desenvolvimento:

– Serviços Integrados• Baseado em um procolo de sinalização: RSVP• Permite efetuar reserva de recursos fim-a-fim para garantir a

QoS de um dado fluxo, no momento em que o fluxo é criado.

– Serviços Diferenciados• Não utiliza protocolo de sinalização.• Utiliza um esquema de priorização de recursos baseado em

SLA (Service Level Agreements) previamente configurados.

Níveis de QoS

Melhor Esforço

Serviços Diferenciados

ServiçosIntegrados

Reserva de Recursos Fim-a-FimProtocolo de Sinalização

Priorização de Recursos de Acordo com SLAs pré-estabelecidos

O primeiro pacote a chegar é o primeiro a ser atendido.

Serviços Integrados

• Serviços integrados definem duas classes de serviço:

• Serviço Garantido

– Define garantia de banda fim-fim, com atraso conhecido.– Destinado a aplicações em tempo-real que não toleram atraso

ou perda de pacotes.

• Serviço de Carga Controlada

– Não provê garantias de QoS rígidas.– Procura evitar a deterioração do QoS de cada fluxo, através de

mecanismos de antecipação de congestionamento.– Destinado a aplicações que toleram um certo nível de atraso e

perda de pacotes.

Serviços Integrados sobre IPComparação com outras tecnologias

• Frame-Relay

– Trabalha apenas com priorização.– Não tem procolo de sinalização.

• ATM

– Trabalha com priorização e reserva de recursos.– Possui protocolo de sinalização próprio.

• IP

– Trabalha com priorização ou reserva de recursos.– Utiliza o procolo de sinalização RSVP.– Serviços integrados em IP podem utilizar recursos de QoS

disponíveis na camada de enlace.• Integrated Services over Specific Lower Layers

RSVP: Resource Reservation Protocol

• Protocolo de sinalização que permite as aplicações solicitarem Qos especiais para seus fluxos de dados.

Servidor Cliente

1. Solicita conexão com o servidor

9001

Aplicação multimídi

acom

suporte a RSVP

Aplicação com

Suporte a RSVP

2. Informa requisitos para o cliente (PATH)

3. Solicita Reserva (RESV)

4. Confirma Reserva (RESVconf)

RSVP

• Padronizado pela RFC2205,Setembro de 1997.

– Complementada pelas RFCs 2206, 2207, 2210, 2380, 2745, 2747, 2961.

• Protocolo de controle, similar ao ICMP ou IGMP.

– Permite que os nós da rede recebem informações para caracterizar fluxos de dados, definir caminhos e características de QoS para esses fluxos ao longo desses caminhos.

• RSVP não é um protocolo de roteamento.

– Ele depende de outros protocolos para execução dessas funções.

Arquitetura do RSVP

• As funções de implementação do QoS pelos nós não são de responsabilidade do RSVP. Outros módulos são especificados na arquitetura:

– Módulos de Decisão:• Controle de Admissão: verifica se existem recursos para o

pedido.• Controle de Política: verifica se o usuário pode pedir os

recursos.

– Módulos de Controle de Tráfego:• Classificador: determina a classe do pacote• Escalonador: implementa o QoS

Arquitetura do RSVP

Host

Controle de Política

Controle de Admissão

Classificador Escalonador

dados

Roteador

dados

Dados

RSVPaplicaçã

o

Processo

RSVP

ProcessoRSVP

Classificador Escalonador

Processoroteamento

RSVP

Controle de Política

RSVP

RSVP é Unidirecional

• As reservas em RSVP são sempre unidirecionais.

• As reservas podem ser em unicast ou multicast.

• No RSVP o pedido de uma reserva sempre é iniciado pelo receptor.

– Os direitos da reserva são debitados na conta do cliente.

Servidor Cliente

REDE

1. Solicita serviço

2. Especifica os requisitos

3. Faz reserva

Sessões RSVP

• Em RSVP, a política de QoS não é aplicada individualmente sobre cada pacote, mas sim em sessões.

• Uma sessão é definida como um fluxo de dados para um mesmo destino, utilizando um mesmo protocolo de transporte.

• Uma sessão é definida por três parâmetros:

– Endereço de destino– Identificador de Protocolo (TCP ou UDP)– Porta de destino (Opcional).

Sessões RSVP

• Podem ser de dois tipos:Multicast

(239.0.64.240),TCP,[dstport])

Unicast(168.100.64.5,TCP,5000)

IGMP

EndereçoClasse D

Os receptores precisam formar

um grupo multicast para poder receber

as mensagens.

Transmissor

Receptor

ReceptorTransmissor

Especificação de fluxo

• Um reserva em RSVP é caracterizada por uma estrutura de dados denominada Flowspec.

• Flowspec é composta por dois elementos:

– Rspec (Reserve Spec): • indica a classe de serviço desejada.

– Tspec (Traffic Spec): • indica o que será Transmitido.

• OBS. – Rspec e Tspec são definidas na RFC 2210 e são opacos para o RSVP.

O Token Bucket Model

• O modelo utilizado pelo RSVP é o Token Bucket.

– Este modelo é um método realiza para definir uma 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

Tspec

• Assumindo o Token Bucket Model, Tspec é definido da seguinte forma:

– r - taxa média em bytes/s• Taxa de longo prazo: 1 a 40 terabytes/s

– b - tamanho do bucket (em bytes)• Taxa momentânea: 1 a 250 gigabytes

– p - taxa de pico– m - tamanho mínimo do pacote

• (pacotes menores que esse valor são contados como m bytes)

– M - MTU (tamanho máximo do pacote)

• Regra: seja o tráfego total pelo fluxo num período T:

– T < rT + b

Rspec

• Assumindo o Token Bucket Model, Rspec é definido da seguinte forma:

– R - taxa desejável• Taxa média solicitada

– s - Saldo (slack) de retardo • Valor excedente de atraso que pode ser utilizado

pelos nós intermediários.• Ele corresponde a diferença entre o atraso

garantido se a banda R for reservada e o atraso realmente necessário, especificado pela aplicação.

Mensagens RSVPEncapsulado diretamente sobre IP

Msg Type: 8 bits

1 = Path2 = Resv3 = PathErr4 = ResvErr5 = PathTear6 = ResvTear7 = ResvConf

...

Objetos de tamanho variávelSession

FlowSpecFilterSpecAdSpec

PolicyData,Etc.

Mensagem PATH

• PATH: enviada do transmissor para o receptor

– Descreve os requisitos de QoS para o receptor

• A mensagem PATH contém dois parâmetros básicos:

– Tspec: estrutura de dados que especifica o que será transmitido.

– Adspec (opcional): estrutura que especifica os recursos disponíveis.• Utilizado para cálculo do Slack Term

ADSPEC TPEC

PATH

Servidor Cliente....

ADSPEC

• ADSPEC é utilizado para cálculo do Slack Term:

– A folga de atraso permite aos roteadores acomodarem mais facilmente as requisições de banda.

• Os parâmetros passados são os seguintes:

– hopCount:• número de elementos intermediários

– pathBW: • estimativa da largura de banda

– minLatency: • estimativa do retardo de propagação

– composedMTU: • MTU composta do referido caminho

Mensagem PATH

• A mensagem PATH define uma rota entre o transmissor e o receptor.

– Todos os roteadores que recebem a mensagem PATH armazenam um estado definido PATH state.

S

servidor

21

3

C

cliente

1) PATH 2) PATH 3) PATH

Estado: S Estado: 1 Estado: 2

4

Estado: 1

Mensagem RESV (Reservation Request)

• RESV: Enviada do receptor para o transmissor

• A mensagem RESV contém dois parâmetros

– Flow Spec: Especifica a reserva desejada• Service Class: Serviço Garantido ou Carga Controlada• Tspec: requisitos do transmissor• Rspec: taxa de transmissão solicitada

– Filter Spec: identifica os pacotes que devem de beneficiar da reserva• Protocolo de transporte e número de porta.

Flow Spec Filter Spec

RESV

Servidor Cliente....Service Class

Rspec

Tspec

IP origem

Porta origemou

Flow Label

Service Class (Classes de Serviço)

• Serviço de Carga Controlada (RFC 2211)

– Rspec não é especificado, apenas Tspec.– Não é feita reserva de banda.– Os dispositivos evitam a deterioração das condições

da rede limitando o tráfego das aplicações. • Limite (num intervalo T): < rT +b (bytes)

• Serviço Garantido (RFC 2212)

– RSpec e TSpec são especificados.– É feita reserva de banda.

Mensagem RESV

• A mensagem RESV segue o caminho definido por PATH.

– Cada nó RSVP decide se pode cumprir os requisitos de QoS antes de passar a mensagem adiante.

S

servidor

21

3

C

cliente

3) RESV 2) RESV 1) RESV

Estado: S Estado: 1 Estado: 2

4

Estado: 1‘

Mensagem de Erro

• Quando um dispositivo de recebe a mensagem RESV, ele:

– autentica a requisição – alocar os recursos necessários.

• Se a requisição não pode ser satisfeita (devido a falta de recursos ou falha na autorização), o roteador retorna um erro para o receptor.

• Se aceito, o roteador envia a mensagem RESV para o próximo roteador.

Mensagem de Erro

• Podem ser de dois tipos:

– Erros de Caminho (Path error)• Caminho ambíguo.

– Erros de Reserva (Reservation Request error).• Falha de admissão

– o solicitante não tem permissão para fazer a reserva.

• Banda indisponível.• Serviço não suportado.• Má especificação de fluxo.

Exemplo

R1 RS R2 R3 R4 R5

5 Mb/s 4 Mb/s 2 Mb/s 4 Mb/s 3,5 Mb/s

Resv(R1,S1)

R1 = 2,5 Mb/s e S1= 0

Resv(R1,S1)Resv(R1,S1)

ResvErr

R1 RS R2 R3 R4 R5

5 Mb/s 4 Mb/s 2 Mb/s 4 Mb/s 3,5 Mb/s

Resv(R1,S1)

R1 = 3 Mb/s e S1= 10 ms, S2 = 10 ms – delay provocado por R3

Resv(R1,S1)Resv(R1,S1)Resv(R1,S2)Resv(R1,S2) Resv(R1,S2)

RESVconf: Reservation Confirmation

• Enviada do transmissor até o receptor através do PATH.

• Esta mensagem confirma para o cliente que a reserva foi bem sucedida.

S

servidor

21

3

C

cliente

RESVconf

Estado: S Estado: 1 Estado: 2

4

Estado: 1‘

Tipos de Mensagem RSVP

• Mensagens Teardown:

– Enviada pelo cliente, servidor ou roteadores para abortar a reserva RSVP.

– Limpa todas as reservas e informações de PATH.

S

servidor

21

3

C

cliente

3) TearDown

Estado: S

4

1) TearDown

Estado: 1‘

2) TearDown

Estado: 1

RSVP na Internet

• Para que o RSVP possa ser implementado na Internet, utiliza-se técnicas de tunelamento para saltar os roteadores que não suportam RSVP.

Nuvem não RSVP

servidor cliente

O endereço de destino das mensagens PATH é do próximo roteador que suporta RSVP.

Problemas do RSVP

• No IPv4, o RSVP classifica os pacotes utilizando informações do protocolo de transporte (portas)

• Isso causa problemas quando:

– Houver fragmentação.• Solução: As aplicações devem transmitir as informações com

o mínimo MTU do caminho.

– IPsec ou outras técnicas de tunelamento podem criptografar os pacotes:

• Uma extensão do IPsec foi proposta para suportar RSVP.

Desenvolvimento de Aplicações RSVP

• Serviços integrados necessitam que as aplicações sejam escritas de maneira a usar o protocolo RSVP.

• Já estão disponíveis API para desenvolver aplicações RSVP em várias plataformas:

• Em Windows

– Winsock 2 QoS API

• Em Java

– Várias implementações em universidades

– JQoSAPI: http://www-vs.informatik.uni-ulm.de/soft/JavaQoS/

• Em Linux

– Suporta RSVP, mas API estão disponíveis para serviços diferenciados.

Serviços Integrados na Internet

• A abordagem de serviços integrados não é vista como apropriada para Internet.

• Estima-se que o RSVP seja pouco escalável pois:

– Muitas mensagens trocadas para estabelecimento da reserva.– Os roteadores necessitam de manter informações de caminho

(operação stateful)

• Serviços diferenciados são uma proposta alternativa do IETF para implementação de QoS em provedores e Backbones na Internet.

Conclusão

• Serviços Integrados:

– Garantia das características de QoS para os fluxos numa comunicação fim-a-fim.

– A rede nunca “admite” mais tráfego do que é capaz.– Pouco escalável devido ao alto custo de manter o estado nos

roteadores.

• Serviços Diferenciados:

– Policiamento e priorização de tráfego em domínios de serviço diferenciado.

– A rede pode eventualmente ficar sobre-carregada e não cumprir as características de QoS solicitadas.

– Escalável, pois não precisa manter rígidas condições de estado nos roteadores.

ANEXOS

Estilos de Reserva RSVP

Estilos de Reserva

• As reservas em RSVP podem ser feitas de formas diferentes (estilos):

Seleção do Emissor Reserva

Distinta

Reserva Compartilhada

Explícita Filtro Fixo (FF) Explícito Compartilhado (SE)

Curinga Não Definido Filtro com Curinga

(WF)

Exemplo de WildCard Filter

• WildCard-Filter (WF)

– Estabelece uma única reserva para todos os emissores de uma sessão (tipicamente multicast, onde só um transmite de cada vez).

– Só a maior requisição de reserva chega aos emissores.– Sintaxe: WF (* {Q})

Exemplo de Fixed Filter

• Fixed-Filter (FF):

– Pacotes de emissores diferentes numa mesma sessão não compartilham reservas.

– Mas as reservas são compartilhadas pelos receptores.

– Sintaxe: FF (S{Q}) ou FF(S1{Q1},S2{Q2},...}

Exemplo de Shared Explicit

• Shared-Explicit (SE):

– A reserva é propagada para todas as fontes no valor máximo feito por cada receptor.

– Sintaxe: SE ((S1,S2,...){Q})