Controle de Tráfego e. Introdução. Controle de Congestionamento. Objetivos. Objetivos. Funções Genéricas CAC

Controle de Tráfego e

Controle de

Congestionamento

guelfi@lsi.usp.br kiatake@lsi.usp.br

NSRAV - Núcleo de Segurança e Redes de

Alta Velocidade

Introdução

• Controle de tráfego e controle de congestionamento são termos que descrevem diferentes aspectos das operações ATM;

• Controle de tráfego define um conjunto de ações tomadas pela rede para evitar o congestionamento;

9Baseando-se em medidas, adapta flutuações não previstas dentro da rede; • Congestionamento é definido como uma

condição, onde a rede não é capaz de atingir os requisitos negociados e estabelecidos;

Objetivos

• Proporcionar um melhor aproveitamento dos recursos da rede para todos os usuários; • Proteger a rede e, ao mesmo tempo,

fornecer aos usuários seus objetivos de QoS estabelecidos;

9O sistema possui a habilidade de fornecer diferentes níveis de QoS às aplicações da rede;

• Previne que um usuário mal comportado prejudique outros;

Objetivos

• Para alcançar esses objetivos, deve haver ferramentas para gerenciar e controlar o tráfego, assim como as situações de congestionamento;

• Tais ferramentas estão especificadas no TM 4.0 (Traffic Management) do ATM Forum;

Funções Genéricas

• Controle das Conexões

9CAC (Connection Admission Control) • Controle do Fluxo

9UPC (Usage Parameter Control) 9Controle de Prioridade 9Modelamento de Tráfego • Controle de Congestionamento 9Indicação de Congestionamento 9Descarte de Quadro

CAC

• CAC (Connection Admission Control) 9É o conjunto de ações tomadas no

momento do estabelecimento da conexão, a fim de decidir se tal conexão deve ser aceita ou não

9Responsável pela reserva inicial de recursos;

9Uma conexão é aceita quando o contrato de tráfego do usuário pode ser suportado pela rede;

9Pode aplicar diferentes estratégias de alocação de recursos, dependendo do tipo

CAC

• O contrato de tráfego inclui:

9Descritor(es) do tráfego fonte: PCR, SCR, tolerância a rajadas, etc.

9QoS para ambas as direções: estabelecer parâmetros de QoS como: CER (Cell Error Ratio), CLR (Cell Loss Ratio), CMR (Cell Misinsertion Rate), etc.

9Jitter;

9Definição de conformidade requisitada: inclui os valores de PCR e SCR com o bit CLP ativado para 0 ou 1

UPC

• UPC (Usage Parameter Control) 9É o conjunto de ações da rede para

monitorar e controlar o tráfego do usuário; 9As operações UPC são realizadas após o

estabelecimento e reserva de recursos pela rede para uma conexão;

9Previne que comportamentos indevidos dos usuários, bem ou mal intencionados, afetem a QoS das outras conexões; 9É aplicado a todas as conexões, tanto de

usuários como de controle;

UPC

• Funções

9A habilidade de detectar uma situação de tráfego ilegal;

9Um tempo de resposta rápido aos usuários que violam os seus contratos; 9Manter as operações transparentes para

o ponto de vista do usuário; 9A habilidade de alterar/variar os

parâmetros que são verificados ou monitorados;

Prioridades

• Controle de Prioridade ou descarte seletivo 9O comutador pode descartar uma célula:

• se ela não estiver de acordo com a conexão;

• se ela possuir CLP=1;

9O objetivo é proteger ao máximo o fluxo de células com CLP=0;

9O descarte de células com CLP=1, considerando um fluxo dentro das

especificações, deve respeitar o parâmetro CLR (Cell Loss Rate) do contrato;

Modelamento

• Modelamento de Tráfego

9Consiste em mecanismos que modificam as características de um fluxo de células, a fim de proporcionar melhor eficiência da rede para satisfazer os objetivos de QoS;

9Esses mecanismos não podem alterar a seqüência das células

9Ex: redução do PCR, agindo como limitador de rajadas ou burst

Congestionamento

• Especificamente para o controle de Congestionamento:

9Há um “Indicador de

Congestionamento” - Explicit Forward Congestion Indication (EFCI);

• Sinaliza, para os equipamentos posteriores, que a célula passou por situações de congestionamento;

Congestionamento

• Controle de congestionamento; 9Descarte de pacotes:

• Partial Packet Discard (PPD); • Early Packet Discard (EPD); 9 Refere-se a pacotes AAL;

• Em caso de perda, o pacote AAL não poderá ser reconstruído no destino; • Dessa forma, pode-se eliminar todo o

pacote;

9Só deve ser utilizado se o usuário, no estabelecimento da conexão, indicar tal possibilidade;

9O mecanismo de decisão para o descarte é dependente da implementação;

Congestionamento

PPD - Partial Packet Discard • Recebe-se as células até o estouro dos

buffers;

• Devido ao estouro, células serão descartadas;

• Quando acontece o descarte, todas as células consecutivas pertencentes ao mesmo pacote também serão

descartadas; 1 Estouro Buffer 2

Congestionamento

Congestionamento

EPD - Early Packet Discard

• Analisa o estado do buffer antes do

recebimento da primeira célula de um pacote; • Caso seja suportado o pacote inteiro, aceita-se

o armazenamento temporário ou bufferização; • Caso contrário, descarta-se todo o pacote,

mesmo havendo algum espaço livre (mas não suficiente para o pacote inteiro);

Congestionamento

Tenho espaço para 3 células ….. O pacote tem 9 células …

Vou descartar tudo já !

Descarte

. . .

Congestionamento

9É implementado na categoria de serviço ABR;

9Há dois esquemas:

• Baseado em Crédito;

– O transmissor só envia dados se possuir

créditos, os quais lhe são enviados pelo próximo elemento, se este tiver buffer disponível;

• Baseado em Taxa;

– A fonte modela sua taxa baseando-se em

Congestionamento

• O esquema baseado em crédito é mais eficiente na regulação da largura de banda, pois atua no âmbito de um enlace;

9Porém, apresenta uma maior sobrecarga na rede;

• O esquema baseado em taxa possui uma implementação mais simples;

9Porém, a sua latência de atuação para notificações da rede poderia resultar em um comportamento de tráfego oscilatório;

Congestionamento

• Controle de Fluxo

9O ATM Forum adotou o esquema baseado em taxa;

9Neste caso, as informações da rede (banda disponível, estado de

congestionamento, etc.) são enviadas através das células de gerenciamento de recursos (RM-cells Resource Management Cells);

9Existem alguns equipamentos que implementam os dois esquemas;

Congestionamento

• Controle de Fluxo; 9Existem dois métodos:

• Forward Explicit Congestion Notification (FECN);

• Backward Explicit Congestion Notification (BECN);

Célula ABR

Controle de Tráfego

• Criadas para permitir: 9manipulação do tráfego 9descrição de alguma QdS

• As Funções do Controle de Tráfego (CAC, UPC, etc.) podem atuar de forma diferente em cada categoria

Categorias de Serviço

Categorias de Serviço

• O ATM Forum classificou alguns diferentes tipos de tráfego, denominados de

“Categorias de Serviço”

Categorias de Serviço •CBR (Constant Bit Rate)

•rt-VBR (real-time Variable Bit Rate) •nrt-VBR (non-real-time Variable Bit Rate) •UBR (Unspecified Bit Rate)

Categorias de Serviço

• O ITU-T possui uma outra nomenclatura, para alguns tipos de tráfego semelhantes aos classificados pelo ATM Forum

ITU-T •DBR (Determinist Bit Rate) CBR •SBR (Statistical Bit Rate) VBR •com relações temporais rt-VBR •sem relações temporais nrt-VBR

Categorias de Serviço

Categorias de Serviço

•CBR (Constant Bit Rate)

•rt-VBR (real-time Variable Bit Rate)

•nrt-VBR (non-real-time Variable Bit Rate)

•UBR (Unspecified Bit Rate)

•ABR (Available Bit Rate)

Categorias de Serviço

• CBR - Constant Bit Rate

9Destinada para conexões que necessitam ter disponível, durante toda a conexão, de uma quantidade fixa de banda(PCR - Peak Cell Rate)

9Ex: voz, vídeo, emulação de circuito 9Células que sofrem um atraso além do

máximo (max CTD - Cell Transfer Delay) não são significantes para a aplicação

Categorias de Serviço

• CBR

Categorias de Serviço

• rt-VBR - Variable Bit Rate

9Destinada para conexões que requerem controle temporal de atraso e sua variação 9Ex: voz, vídeo

9É caracterizado por:

• Peak Cell Rate (PCR) • Sustainable Cell Rate (SCR) • Maxibum Burst Size (MBS)

9Células que sofrem um atraso além do máximo (max CTD - Cell Transfer Delay) não são

significantes para a aplicação

Categorias de Serviço

Categorias de Serviço

• nrt-VBR - Variable Bit Rate

9Destinada para conexões que possuem taxa variável e não requerem controle temporal 9É caracterizado por:

• Peak Cell Rate (PCR) • Sustainable Cell Rate (SCR) • Maxibum Burst Size (MBS)

Categorias de Serviço

• ABR - Available Bit Rate

9É uma categoria onde as características de transmissão são ditadas pela rede

9Fornece essas informações atráves das células de gerenciamento de recursos (RM -Resource Management Cells)

9Estas células são modificadas pelos comutadores ou estações finais

Categorias de Serviço

• ABR - Available Bit Rate 9É caracterizado por:

• Peak Cell Rate (PCR) • Minimum Cell Rate (MCR)

9Há diversas implementações

Categorias de Serviço

• ABR

Categorias de Serviço

• UBR - Unspecified Bit Rate

9Destinada para conexões não tempo real 9Ex: tráfego de dados - ftp e e-mail 9É caracterizado, informalmente, por:

• Peak Cell Rate (PCR)

9O controle deve ser feito nas camadas superiores

9É também denominado de Esforço Máximo ou Best Effort

Categorias de Serviço

Categorias de Serviço

• Parâmetros do tráfego 9PCR (Peak Cell Rate) 9SCR (Sustained Cell Rate) 9MBS (Maximum Burst Size) 9MCR (Minimum Cell Rate) 9ACR (Allowed Cell Rate)

Categorias de Serviço

Parâmetro Categoria de Serviço CBR rt-VBR nrt-VBR ABR UBR CLR CTD and CDV PCR SCR and MBS MCR especificado não especificado n/a n/a

n/a especif. n/a rede especificado especificado pode ñ cumprir não especificado não

Controle de Tráfego

• Procuram quantificar o desempenho de uma conexão fim-a-fim ATM

• Participam das Categorias de Serviço

Qualidade de Serviço

Qualidade de Serviço

• Foram definidos 6 parâmetros: • 3 negociáveis:

9Maximum Cell Transfer Delay (maxCTD) 9Cell Delay Variation (CDV)

9Cell Loss Ratio (CLR) • 3 não negóciáveis:

9Cell Error Ratio (CER)

9Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR) 9Cell Misinsertion Rate (CMR)

Qualidade de Serviço

• Os Parâmetros de QdS são estatísticos e não exatos: fornecem uma estimativa

• São baseados em um passado histórico de longo tempo

• Podem variar durante o período de uma conexão

• Apesar de se poder negociar um parâmetro de QdS em alta precisão, o sistema trabalha em uma precisão muito inferior

Qualidade de Serviço

• maxCTD (max Cell Transfer Delay) 9Tempo que a célula leva da saída do emissor

até a entrada no receptor 9Leva em conta:

• Tempo de propagação pelo meio

• Tempo de transmissão (conversão optica->elétrica) • Tempo de comutação

Qualidade de Serviço

• CDV (Cell Delay Variation)

9Indica que as células de uma mesma conexão não chegam no destino em tempos espaçadamente iguais

9Essa variação do atraso é devido principalmente: • Tempo de buffering Atraso de propagação (fixo) CDV maxCTD Células enviadas com atraso ou perdidas (prob. α) 1-Tempo α α Densidade de Propabilidade Atraso de buffering (variável)

Qualidade de Serviço

menor ou maior) (prob. 1-α)

Qualidade de Serviço

• Cell Loss Ratio (CLR)

9É negociável no estabelecimento da conexão

as

Transmitid

Células

de

Total

Perdidas

Células

Total

=

CLR

Qualidade de Serviço

• Cell Error Ratio (CER)

9Não é negociável no estabelecimento da conexão

Erro com Células Sucesso com as Transmitid Células Erro com Células + = CER

Qualidade de Serviço

• Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR) 9Não é negociável no estabelecimento da conexão 9Representa uma seqüência de M células erradas,

perdidas ou inseridas indevidamente

os Transmitid Células de Blocos de Total Errados e Severament Células de Blocos = SECBR

Qualidade de Serviço

• Cell Misinsertion Rate (CMR)

9Não é negociável no estabelecimento da conexão 9Representa as células inseridas indevidamente 9Geralmente é devido a problemas no header

Tempo de Intervalo nte Indevidame Inseridas Células = CMR

Controle de Tráfego

CBR

• Aplicado para emulação de circuitos, mídias contínuas (voz e vídeo) não comprimidas • Parâmetros de contrato:

9 PCR

9 CTD, CDV, CLR (atraso fim-a-fim, jitter e perda) • Não implementa controle de congestionamento • Controle de fluxo:

9 Single Leaky Bucket (balde furado)

Controle de Tráfego

• O contrato de tráfego é realizado no estabelecimento da conexão • É composto por: 9Descritor de Tráfego 9Conjunto de QdS 9Definição de conformidade

Contrato de Tráfego

Contrato de Tráfego

• Generic Cell Rate Algorithm (GCRA) algoritmo genérico de taxa de célula

9É uma ferramenta do sistema para verificar se o tráfego de uma conexão é conforme ou não

9Pode ser implementado pelo UPC

Controle de Tráfego

CBR

1 token cada 1/PCR Tokens

Células

Single Leaky Bucket (balde furado)

Controle de Tráfego

VBR

Controle de Tráfego

VBR

Taxa SCR

Taxa PCR

SCR PCR 1 2 3 4 5 Máximo burst = 0.5

Controle de Tráfego

VBR