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Serviços IntegradosRSVP
Edgard Jamhour
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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.
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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.
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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.
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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
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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)
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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.
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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
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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
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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
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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).
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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
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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.
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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
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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
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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.
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Mensagens RSVPEncapsulado diretamente sobre IP
Msg Type: 8 bits
1 = Path2 = Resv3 = PathErr4 = ResvErr5 = PathTear6 = ResvTear7 = ResvConf
...
Objetos de tamanho variávelSession
FlowSpecFilterSpecAdSpec
PolicyData,Etc.
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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....
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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
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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
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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
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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.
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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‘
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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.
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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.
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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)
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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‘
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ANEXOS
Estilos de Reserva RSVP
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![Page 36: Serviços Integrados RSVP Edgard Jamhour. Estratégias para Implantação de QoS Atualmente, duas estratégias de QoS sobre redes IP estão em desenvolvimento:](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022070311/552fc105497959413d8c03a7/html5/thumbnails/36.jpg)
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)
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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})
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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},...}
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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})