REDES E SISTEMAS INTERNET

(1)

REDES E SISTEMAS

INTERNET

Camada de Rede

Congestionamento e QoS

(2)

CONTROLE DE

CONGESTIONAMENTO

Camada de Rede

(3)

• Roteamento considerando o tráfego

• Controle de admissão

• Controle de Tráfego

(4)

Conceito de congestionamento

•

Congestionamento:

• Diminuição do desempenho da rede causado por uma quantidade excessiva de pacotes

• Acima da capacidade de transporte

• No pior caso (tráfego muito intenso)  colapso da rede (nenhum pacote é entregue)

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Quando é oferecido tráfego demais, há congestionamento, e o desempenho diminui nitidamente. Figura adaptada de (Tanembaum, 2011).

Capacidade máxima de transporte de

subrede _Desejável

Congestionado

Pacotes enviados

P

ac

otes

en

tregu

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Conceito de congestionamento

•

Fatores para congestionamento:

• Quando há aumento de tráfego em várias linhas de entrada e elas precisam da mesma linha de sáida

• Processadores lentos nos roteadores

• Atualização de redes deve ser feita com cuidado

(atualização simultânea de largura de banda e de CPU)

•

Controle de congestionamento x controle de fluxo

12/11/2014 Camada de Rede - Danilo R. B. de Araújo 6

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provisionamento

:

• A rede pode ser fisicamente expandida para comportar o tráfego

• Roteadores e enlaces de reserva podem ser ativados

temporariamente

• Alguns equipamentos são alocados na rede para funcionar como backup

• Escala de tempo de meses  tendências de tráfego de longo prazo

• Essa medida não resolve um congestionamento devido a um

aumento de tráfego repentino

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Roteamento considerando o tráfego

•

Como obter um melhor desempenho usando os

equipamentos atuais e roteamento inteligente?

• Considerar no roteamento os padrões de tráfego do dia a dia

• As rotas com caminhos mais curtos podem receber um peso maior

de propósito para evitar congestionamento.

• Essa é a técnica usada por motoristas que escutam “JC trânsito”

ou usam WAZE

• Os algoritmos de roteamento que estudamos alteram as rotas

quando há mudança na topologia

• Para uma rede funcionar livre de congestionamento é preciso mudar as rotas em resposta ao tráfego!

(9)

• Pode-se impedir novos circuitos caso haja congestionamento

• Em telefonia é o velho sinal de ocupado no final de ano

• Pode ser combinado com o roteamento com conhecimento de tráfego!

(10)

Controle de admissão

(a) Uma sub-rede congestionada. (b) Uma sub-rede redesenhada que elimina o congestionamento. Também esta representado um circuito virtual de A ate B.

Congestão

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preventivamente para evitar congestionamento

•

Estratégia:

1. Monitorar o sistema para detectar quando e onde

ocorre congestionamento

2. Enviar essas informações para lugares onde alguma

providência possa ser tomada

3. Ajustar a operação do sistema para corrigir o

problema

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Controle de tráfego

•

Detecção de congestionamento:

• Métricas para detecção por um roteador:

• Uso dos enlaces de saída

• Ocupação nos buffers do roteador

• Percentagem dos pacotes descartados por falta de buffer

• Se as métricas estão acima de um valor  o congestionamento está próximo!

(13)

• Quando soar um alarme, deve-se enviar um pacote às origens de tráfego

• Algumas ideias:

• Pacotes reguladores, notificação explícita e pacotes regulares

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Controle de tráfego

•

Pacotes reguladores:

• São pacotes enviados à origem do pacote para avisar que está ocorrendo um congestionamento

• Cuidado de evitar excesso de pacotes regulares na rede

 pode aumentar congestão ao e não diminuir!

• Sequência:

1. TX Recebe pacote regulador  reduz em X% o tráfego

2. Ignora os próximos pacotes reguladores por Y tempo

3. Se receber novos pacotes regulares depois de Y tempo

reduz X/2%; se não receber aumenta o fluxo!

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• Na Internet o modelo atual usa algo mais direto:

• Quando um roteador detecta o congestionamento ele marca o pacote mas não envia nada para o TX

• Dois bits do pacote IP estão disponíveis para isso!

• Quando o receptor recebe o pacote marcado ele informa o congestionamento usando o próximo pacote de resposta

• O TX ao receber o sinal marcado pode diminuir o ritmo

TX RX

Pacote Roteador

congestionado

Pacote marcado

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Pacotes reguladores

hop a hop

16 (a) Um pacote regulador que afeta

apenas a origem. (b) Um pacote regulador que afeta cada hop por que passa.

Pacotes reguladores comuns podem ser lentos! Fluxo reduzido

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fazer?

• Descartar pacotes quando não é possível manipular

• Descarte inteligente

• Política do vinho x política do leite!

• Prioridade marcada nos pacotes pelas aplicações!

• Pacotes de roteamento, exemplo de pacotes de vídeo compactado_…

• Detecção aleatória prematura (RED)

• Funciona em sistemas em que é possível aplicar feedback implícito

(18)

QUALIDADE DE SERVIÇO (QOS)

Camada de Rede

(19)

• Modelagem de tráfego

• Listagem de pacotes

• Controle de acesso

• Serviços integrados (IntServ)

(20)

Qualidade de Serviço - Requisitos

•

Os clientes em algumas aplicações exigem algo mais

do que apenas evitar congestionamento!

•

Parâmetros para definir necessidades de cada fluxo:

• Atraso

• Flutuação

• Largura de banda

• Perda

•

QoS (Quality of Service

–

qualidade de serviço):

• Definição do valor dos 4 parâmetros para cada fluxo

• Depende de cada tipo de aplicação

(21)

banda

Correio eletrônico Média Baixa Baixa Baixa

Transferência de arquivos

Média Baixa Baixa Alta

Acesso à Web Média Média Baixa Média

Login remoto Média Média Média Baixa

Áudio por demanda Baixa Baixa Alta Baixa

Vídeo por demanda Baixa Baixa Alta Alta

Telefonia Baixa Alta Alta Baixa

(22)

Regulamentação sobre QoS

•

Uma resolução da Anatel de 2011 aprovou um

regulamento para controlar QoS

•

Resolução Anatel n.º 574, de 28 de outubro de

2011

• Regulamento de Gestão da Qualidade do Serviço de Comunicação

Multimídia (RGQ-SCM)

• Define quais são os fatores de QoS que serão usados para medir a

qualidade de conexão com a Internet no Brasil

• Define outros pontos, como a forma como a medição deve ser feita

• Link:

http://legislacao.anatel.gov.br/resolucoes/26-2011/57-resolucao-574

(23)

de 2011:

• Para a velocidade instantânea:

• As empresas teriam que, em 95% das medições,

apresentar velocidade de 20% do que foi contratado.

• Para a velocidade média medida durante um mês, deve alcançar 60% da velocidade contratada

•

Estes valores estão melhorando!

• Em 2013 passou para 70% e 30%

(24)

Regulamentação sobre QoS

(25)

regulamentação da Anatel está disponível em:

• http://www.brasilbandalarga.com.br

• Deve estar disponível também resultados consolidados das

operadoras que possuam mais de 50 mil acessos

• O software oferece:

• Data e hora da medição

• Localização da medição

• Velocidades instantânea e média

• Latência bidirecional

• Variação de latência (jitter)

(26)

Software para medir QoS

•

Exemplo de saída para a UFRPE:

(27)

http://www.brasilbandalarga.com.br.

• Crie um relatório simples descrevendo para quais tipos de aplicação a conexão da UFRPE é adequada

(28)

Tarefinha do lar

• Faça o teste disponível em

http://www.brasilbandalarga.com.br em casa.

• Compare os resultados com os que foram obtidos na UFRPE.

• Crie um relatório descrevendo os resultados e analise os pontos a seguir:

• Alguma conexão apresentou piora em todas as métricas ou apenas em algumas delas?

• Relacione cada uma das duas conexões é mais

recomendada para cada uma das aplicações exemplificadas no início da aula

• Ambas estão dentro do especificado pela regulamentação?

• Enviar os resultados finais por e-mail

(29)

conseguir especificar um padrão de tráfego

• O tráfego de voz em companhias telefônicas sempre foi

tradicionalmente previsível

• O tráfego de dados não é previsível  ocorre em rajadas!

•

Modelagem de tráfego



• Suavizar o tráfego do cliente (em rajadas) para entrar na rede

como algo mais comportado

(30)

Modelagem de tráfego: balde furado

(a) Um balde furado com água. (b) Um balde furado com pacotes.

Torneira

Balde furado

A água sai do buraco a uma velocidade constante Água Servidor Interface contendo o balde furado Pacote Fluxo desregulado

O balde segura os pacotes

Fluxo regulado

(31)

O algoritmo de balde de símbolos. (a) Antes. (b) Depois. O balde

guarda símbolos Um símbolo é

adicionado ao balde a cada

T

(32)

Listagem de pacotes

•

A modelagem de tráfego é apenas o 1º passo

para tentar garantir QoS

•

A reserva de recursos dos roteadores tenta

garantir o necessário para cumprir o acordo

•

Recursos que são reservados:

• Largura de banda

• Espaço em buffer

• CPU

(33)

• “Um transmissor agressivo pode sugar toda a

capacidade dos roteadores de processarem pacotes” • Isso pode levar à diminuição de QoS

•

É possível evitar que roteadores que possuam

vários fluxos deixe alguns fluxos à míngua:

• Algoritmo do Enfileiramento Justo (Nagle, 1987)

• Uma fila na saída para cada fluxo com rodízio entre elas

• Melhoria do algoritmo por Demers (Demers, 1990)

(34)

Listagem de pacotes

(a) Um roteador com cinco pacotes enfileirados para a linha O. (b) Tempos de término dos cinco pacotes.

Pacote TérminoTempo

(35)

• Estudo de arquiteturas para multimídia de fluxo

• Qual a melhor forma para transmitir jogos esportivos ao vivo, ou pessoas realizarem videoconferências?

• Primeiros esforços da IETF (várias RFCs entre 95-97)

(36)

RSVP- ReSerVation Protocol

•

Principal protocolo para serviços integrados

•

Foco em reserva de recurso e não em

transferência

•

Otimiza o uso de largura de banda e mitiga

congestionamento!

•

Algoritmo de roteamento semelhante ao

algoritmo de multidifusão já discutido

(37)

(a) Uma rede. (b) A árvore de amplitude de multidifusão para o host 1. (c) A árvore de amplitude de multidifusão para o host 2.

(38)

RSVP- ReSerVation Protocol

(a) O host 3 solicita um canal ao host 1. (b) Em seguida, o host 3 solicita um segundo canal, agora ao host 2. (c) O host 5 solicita um canal ao host 1.

Largura de banda reservada para o recurso 1

Largura de banda

(39)

• Exigência de configuração antecipada  o que fazer quando há milhares de fluxo ao invés de 3 ou 4?

• Vulnerabilidade: as estruturas de fluxo ficam nos roteadores  e se os roteadores caírem?

•

Alternativa:

• Qualidade de serviço baseada em classe!

• Exemplos no dia a dia: ingressos em shows, passagens aéreas

(40)

Serviços Diferenciados

•

Ideias gerais de serviços diferenciados:

• Definição de classes de serviço com regras de encaminhamento específicas

• Um cliente pode ter uma assinatura para SD ou não!

• O tráfego que pertence a uma classe X pode ter

alguma restrição (como obedecer a um balde furado)

•

Reflita sobre a diferença entre qualidade de

serviço baseada em fluxo e baseada em classe

• Exemplo telefonia na internet usando classe x fluxo

(41)

•

Duas classes de serviço:

• Serviço regular

• Serviço expresso

•

Criar dois canais lógicos, “priorizando” pacotes

(42)

Encaminhamento expresso

Pacotes expresso encontram uma rede livre de trafego.

Pacotes expedidos

(43)

•

Quatro classes de serviço com três

probabilidades de descarte de pacotes (baixo,

médio, alto)



12 classes

(44)

Encaminhamento garantido

Uma implementação possível do fluxo de dados para encaminhamento garantido.

Pacotes Classifi-cador

Marca-dor Mode-lador

Quatro classes de prioridades

Classe _{Fila de pacotes} Linha de

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Congestionamento e QoS