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Module 1: QoS da Internet

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Arquitetura de QoS básico

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Arquitetura QoS Básica
Bem-vindo de volta ao curso em Rede de Computadores e Protocolos da Internet e na última classe2 estávamos discutindo sobre qualidade de serviço na internet e olhamospara a definição básica de qualidade de serviço e o que é média de qualidade de serviço equais são os parâmetros que impactam a qualidade de serviço e vimos que 4parâmetros, um retardamento de largura de banda jitter e perda eles têm um impacto significativo na qualidade de serviço da rede. E sempre que estamos tentando garantir qualidade de serviço sobrea internet precisamos ter um controle sobre esses 4 parâmetros.Agora, olhamos para que que suporte exigimos da rede TCP/IP para garantira qualidade de serviço na rede. Assim, olhamos para a arquitetura em detalhes emhoje ’ s palestra.(Consulte o Tempo do slide: 01:17)Então, como estamos discutindo na última aula que com base na qualidade do serviço, podemos terclasses múltiplas de aplicativos, podemos ter aplicação de taxa de bits constante, aplicação de taxa de bits constantesignifica em nós assim, em formato curto chamamos como uma espécie de aplicação severa.Então, em caso de grave aplicação você espera os dados a uma taxa de bits constante. Assim, o receptorespera que os dados estarão vindo a uma taxa de bits constante e então o receptorprocessará esses dados e poderemos renderizar mais adiante os dados.Então, o exemplo de exigência de taxa de bits constante requisito QoS é o aplicativo telefoneou estes aplicativos de voz sobre IP. Diga sempre que você quiser fazer uma chamada VoIPpara fazer uma chamada VoIP você tem que transferir os dados ou os dados de voz sobre a rede IP. Assim, sempre que estiver transferindo os dados de voz sobre a rede IP, a vozé realmente convertida para um sinal digital, o sinal de voz é digitalizado e depois de digitalizaro sinal de voz que os dados precisam ser transferidos a uma taxa de bits constante.Então a segunda classe é taxa de bit variável de tempo real. Então, aqui a taxa de bits pode ser variável,mas você precisa transferir os dados em tempo real. Por isso, por tempo real queremos dizer que há um atraso máximo depelo qual você precisa enviar os dados. Se você deixar de enviar os dados por meio desse tempoentão sua transferência sua transferência de dados nós consideramos como falha. Assim, o exemplo de taxa de bits real de tempo real deé a videoconferência ou transmissão ao vivo.Então a terceira classe é taxa de bit variável não em tempo real. Por isso, aqui você não precisa enviaros dados em tempo real você não tem um requisito de atraso tão estrito que por dentro destetempo você tem que transferir os dados. Buffering é suportado, mas você exige certo QoSainda você tem um tipo de atraso solto na solta ligada no atraso ou solto ligado noa quantidade de perda de pacotes que pode ser tolerada e que é exemplo pode estar sob demandastreaming de vídeo ou IPTV tipo de serviços.E então finalmente, chega à quarta classe de serviço, que chamamos como a taxa de bit disponívelou o serviço de melhor esforço. Então, o melhor esforço significa o que quer que seja a largura de banda disponívelagora na rede você utiliza essa largura de banda para transferir os dados para digamos transferência de arquivo. Para transferência de arquivos como tal não precisamos de nenhum requisito estrito sobre a qualidade dos parâmetros de serviçovocê pode transferirá-lo com qualquer que seja a largura de banda disponível está lá na rede. Então, esse tipo de transferência nós chamamos como transferência de bit de bit disponível ou Melhor transferência de Effort.(Consulte o Tempo de Slides: 04:06)Então, esta é a qualidade básica da arquitetura de serviço na internet. Essa figura eu assumide um website da Cisco e o link é dado aqui. Então, você pode ver que há vários estágiosneste enter end para finalizar pipeline. Então, vamos explicar essa figura e então iremospara os internautas de cada etapa individual. Então, os pacotes estão se movendo de uma ponta emoutra ponta e em cada etapa individual estamos aplicando certos filtros, filtros significa que nósestamos realmente olhando para a propriedade desse pacote e tirando certo tipo de medida corretivapara garantir a qualidade do serviço na perspectiva de fim de aplicação final.Então, a primeira coisa é tipo de controle de admissão. Então, se você se lembra sempre que nósdiscutimos sobre isso qual é a nossa expectativa da rede para garantir a qualidade do serviço? Uma expectativa era descobrir se a rede pode pegar ou se a redepode aceitar mais fluxos sem violar a qualidade de serviço dos fluxos deexistentes. Agora para garantir que temos o primeiro módulo que é chamado de controle de admissãomódulo.Então, o que esse módulo de controle de admissão faz?Ele basicamente admite um novo fluxo na rede garantindo que mesmo se você está admitindoeste novo fluxo na rede e se você sabe que o que é a qualidade de serviçorequisito para aquele tipo específico de fluxo. Então, esse requisito nós chamamos como serviço de nívelacordo ou SLA. Assim, discutiremos todas essas terminologias em detalhes posteriormente emapenas dando um amplo tipo de visão geral de visão backside de todo o sistema.Então, com base no acordo de nível de serviço você sabe que, qual é o nível QoS esperadopara este fluxo específico? Agora sempre que você estiver entrando neste fluxo na rede duranteque o tempo você tenta estimar que, se você inserir esse fluxo na rede, então se vocêserá capaz de satisfazer a qualidade de serviço para todos os fluxos existentes mais este novo fluxona mesma rede ou não. Se você é capaz de fazer isso então você admite ou permite que novo fluxotransfira o pacote caso contrário você bloqueia esse fluxo.Então, aquele módulo específico é denominado como admissão de controle. Depois que o controle de admissãoé feito então o próximo passo é classificação e marcação. Então, o que esse módulo de classificaçãofaz? O módulo de classificação identifica basicamente as classes de pacotes queestão lá. Assim, como você discutiu que existem 4 classes diferentes de aplicação, elassão tipo de classes amplas em contexto de rede diferente você pode ter muito mais granulardefinição de qualidade de classes de serviço.Então, considerando aquelas 4 classes de serviço, a taxa de bit garantida ou a taxa de bits constante,a taxa de bit variável de tempo real, a taxa de bit variável não real e um melhor esforço sãotaxa de bits disponível. Você classifica e marca o pacote que qual pacote requer dizertaxa de bits constante, qual pacote requer taxa de bit variável sem tempo real, qual pacoteexigia taxa de bits real de tempo real e qual pacote requer essa taxa de bits disponível. Então,basicamente não requer nenhuma taxa de bits particular.Então, com base nisso você marca o pacote assim, assim como um pacote azul, um pacote vermelho, um pacote verde, ou um pacote amarelo, assim e depois ir para o próximo filtro próximo nível de filtros.Agora todos esses filtros são realmente implementados em todos os dispositivos da camada 3; isso significa,dentro do roteador. Então, dentro do roteador assim, implementamos todos esses filtros individuais queestamos falando atualmente.E o terceiro filtro são as políticas de tráfego e o markdown. Então, o que o policiamento de tráfego olha para dentro,o policiamento de tráfego em olhares para que se certo tipo de fluxos ou certo tipo de pacotesnos fluxos está violando significativamente a qualidade de exigência de serviço ou não. Se forviolando a qualidade de exigência de serviço então você simplesmente elimino esses pacotes. Então, a ideiaé lá que se você souber que bem o seu fim para acabar com a exigência de atraso é dizer 10milissegundo, deixe-me explicá-lo com a ajuda de uma figura de exemplo dizer que seu fim para finalizar o requisito de atraso deé 10 milissegundos.(Consulte o Tempo do slide: 08:56)Então, você tem um host, um host de origem, então chegando a um roteador intermediário e depois láé este host de destino. E no entre você tem uma rede intermediária através de 2redes diferentes elas são dizem conectadas OK. Portanto, nesta rede agora diga que fim do requisito de atraso defim é 10 milissegundos então meu fim para o requisito de atraso final é 10milisecond.Agora um up uma vez so você está enviando um determinado pacote digamos que está enviando um determinado pacoteda fonte e uma vez que este pacote chegue a este roteador então este roteador encontrafora que o pacote já experimentou 9 milissegundo de atraso. Se o pacote tiverjá experimentado 9 milissegundo de atraso e este roteador tiver muita certeza de que éimpossível transferir este pacote para o destino dentro de 1 milissegundo.Então, se o pacote já tiver experimentado um atraso de 9 milissegundos, então dentro de10 milissegundos você tem que enviar para o destino; isso significa, dentro de um milissegundovocê tem este milissegundo que permanecer um milissegundo você tem que enviar o pacote deste roteador parao destino final. E o roteador sabe que é totalmente impossível. Se for esse o casoentão o que o roteador faz, o roteador simplesmente derruba esse pacote.Por que o roteador derruba esse pacote? A razão é que você sabe que não será capazde satisfazer a qualidade de serviço para este pacotão específico. Se você não for capaz de satisfazer a qualidade de serviçoentão não há um significado para enviar esse pacote desnecessário para o link,pois ele voltará a entupir o link ele irá tirar certa largura de banda, ele alcançará no destino final, o aplicativo novamente precisará processar esse pacote. Então, há um inferno deoverhead que estão associados a todo esse processo.Então, se você tem certeza em uma etapa intermediária que você não conseguirá satisfazer a qualidade de exigência de serviçopara alguns pacotes específicos de algumas classes de tráfego específicas então vocêimediatamente solte esses pacotes. Voltando aos estágios para que sejam chamados as políticase-policiamento e markdown.Então o próximo passo é agendar, agendar onde aplicamos o queuing e oderrubando políticas. Então, agendar meios baseados em exigência individual de tráfegoclasses nós basicamente priorizamos pacotes individuais, priorizando o pacote individual significadizer novamente deixe-me dar um exemplo.(Consulte o Tempo do slide: 11:53)Diga que seus pacotes estão chegando a um link de entrada e você tem várias filas de serviço. OK.Então, diga que esta é uma fila vermelha, eu tenho uma fila azul e eu tenho uma fila de say amarelo. Agora estas3 filas tem 3 níveis de prioridade diferentes. Por isso, digamos que a fila vermelha tem prioridade de 1, a fila azultem prioridade de 2, e a fila amarela tem prioridade de 3. Então, prioridade 1 significa queé a prioridade mais alta e prioridade 3 significa que é a prioridade mais baixa.Agora, o agendamento funciona desta forma, digamos se você está recebendo um pacote vermelho então este pacote vermelhovocê colocou na fila vermelha ok. Por isso, pacote vermelho significa dizer que este é um pacote de voz.Então, vermelho significa voz dizer que a voz tem a maior prioridade porque vimos que tem um requisitomuito estrito em atraso jitter e largura de banda. Por isso, dizer vermelho significa voz. Então,sempre que você estiver recebendo um pacote de voz você está colocando-o na fila de say red.Sempre que você estiver recebendo um pacote azul dizer este pacote azul é assumir que é um videopacket a segunda classe de tráfego você está colocando-o na fila azul.E sempre que estiver recebendo um pacote amarelo, dizer pacote amarelo significa dados é a prioridade mais baixa docomo vimos. Então, sempre que você estiver recebendo um pacote amarelo você écolocando-o na fila amarela. Agora aqui você tem o servidor que nós vamos finalmente, serviresta individual 3 filas em um round robin fashion e lá você aplica esse mecanismo de queuing prioritário. Por isso, o mecanismo de enfileiramento prioritário diz que se você tem alguns pacotesna fila vermelha você primeiro transfere esses pacotes.Então, esta é a primeira transferência se a fila vermelha estiver vazia então só você vai para a fila azule transfere os pacotes além da segunda prioridade e se tanto a fila vermelha quanto as de azulficam vazias então você transfere os pacotes da fila amarela. Então, essa é amenos prioridade. Então, dessa forma você está garantindo que os traficantes de voz que estão lá no linkeles estão recebendo maior prioridade e eles são transmitidos primeiro. Então, que eles são rigorososexigência de atraso de QoS fica satisfeito.Então, este é apenas um exemplo de diferente tipo de mecanismo de planejamento este não é o único mecanismo de planejamentoque é um usado ou que é implementado na rede. Então, esseé um tipo de mecanismo de planejamento que é chamado de queuing prioritário. Existem outrostipo de mecanismo de enfileiramento como queuing custom, queuing justo ponderado, justo ponderadaqueuing justo e assim por diante. Assim, discutiremos aqueles em detalhes mais adiante. Por isso, o planejamentosignifica agendar os pacotes em diferentes filas de aplicativos com base em nossas diferentes filas de fluxocom base em seus requisitos de QoS ok.
Arquitetura QoS Básica-Parte 2
Então a etapa que chamamos como o traffic shaping. Por isso, o traffic shaping basicamente conta quedizem em um link você está recebendo os pacotes. Então, o traffic shaping realmente garante que o suavejitter na rede, ele controla o jitter na rede diz que você está recebendo os pacotes emdelay aleatório, agora você envia para um shaper. O shaper irá saída o pacote em uma taxa constante de. Então, você está realmente recebendo o pacote com o jitter introduzido. Assim, o shaperirá remover o jitter e enviá-lo para a fila de saída. Então, esse é o objetivo deo shaper de tráfego so, que você pode regular o fluxo do tráfego sobre o link de saída.Então, ele é uma espécie de regulador de tráfego e, finalmente, aplicamos certo mecanismo específico de linkcomo se ele for um wi-fi links, então wi-fi tem o seu próprio serviço de provisionamento QoS QoScomo um tráfego priorizando o tráfego para camada de link, acesso de canal etc. Assim, esses mecanismos específicos do link específico são finalmente aplicados. Então, este é o amplo mecanismo, ampla arquitetura QoSatravés da qual tentamos garantir fim para acabar com a qualidade de serviço na internet.Então, vamos agora analisar todas essas etapas individuais em pouco mais detalhes.(Consulte o Slide Time: 16:40)Então, vamos começar pelo controle de admissão como estamos mencionando que o controle de admissãogarante que novos fluxos são inseridos na rede somente se a qualidade de serviço de todos os fluxos existentesincluindo o novo fluxo pode ser satisfeita.(Consulte o tempo de deslizamento: 16:59)Então, você realmente experimentou este contexto de controle de admissão, muitas das vezessempre que você estiver discando por dizer que a rede celular você tem espaço em disco rígido como todas as linhasestão ocupadas por favor disque depois de algum tempo.Então, sempre que você estiver ouvindo esta voz que está realmente bloqueando sua chamada porque o provedor de serviços de celularele não tem quantidade suficiente de recurso para garantir a qualidade mínima de serviçopara sua chamada. Por isso, é por isso que está bloqueando a sua chamada e paralonga chamada a distância é bem comum que dirá que, todas as linhas estão ocupadas por favor disquedepois de algum tempo. Assim, é como se a rede não permitia novos fluxos se todos os recursos da redeestiverem bloqueados em manutenção dos fluxos existentes com base em sua qualidade de exigência de serviço.Então, essa é a primeira fase de manutenção da qualidade de serviço. Assim, você não admite um novo fluxose não puder suportar qualidade de serviço para todos os fluxos incluindo os novos fluxos.(Consulte o Slide Time: 18:01)O segundo mecanismo foi classificação e marcação como mencionei queclassifica o pacote com base em seus requisitos de QoS de aplicação e, em seguida, marque os pacotesadequadamente.(Consulte o Tempo de Slides: 18:13)Então, para classificá-lo em caso de IP utilizamos um cabeçalho no campo de cabeçalho IP ele é chamado de tipo IPde serviço. Então, temos um campo de 8 bit bits, 8 bit tipo de campo de serviço no cabeçalho IP naqueletipo de campo de serviço no cabeçalho IP você tem 3 bits para precedência IP.Então esse valor de precedência de IP ele define diferente tipo de tráfego dizer se o valor de precedênciaé 0 então é uma espécie de pacotes de rotina. Então se o valor de precedência for 1 é o mais altopacote prioritário, se o valor de precedência for 2 ele é o pacote de prioridade imediata, se for umprioridade 3 ele é um tipo de pacote flash, se for prioridade 4 flash anular pacote, para 6 o tipo pacote de controle crítico, para 6 são pacotes de controle internetwork 7 são pacotes de controle de rede.Então, dessa forma definimos essas 8 classes diferentes de tráfego baseadas na precedência IP.Então os próximos 4 bits ele realmente define a prioridade dentro das classes por exemplo, se vocêquiser enviar voz de vídeo voz e streaming de vídeo simultaneamente, você pode usá-lo sobesta classe crítica e sob a classe crítica você pode voltar a priorizar relativamente uma vozdar mais prioridade para voz sobre o tráfego de vídeo.Então, dessa forma este cabeçalho de serviço tipo IP pode ser tipo de campo de serviço no cabeçalho IPpode ser utilizado para identificar ou para marcar o pacote para uma qualidade específica de serviço.(Consulte o Tempo do slide: 19:57)Agora, o terceiro filtro que aplicamos para qualidade de serviço é policiamento e marcação.Então, policiamento e marcação significa monitorar as características do fluxo e tomar a ação apropriadabaseada no flow QoS.(Consulte o Slide Time: 20:13)Então, para o policiamento de tráfego como estamos mencionando inicialmente que temos uma terminologia chamadaacordo de nível de serviço. Então, esse acordo de nível de serviço diz que você tem um acordoou um contrato entre o cliente e o provedor de serviços para manter a qualidade de serviçode um aplicativo. Diga por exemplo, se você deseja certa qualidade de serviçopara os dados VoIP, para os dados VoIP, você tem que ir para um acordo de nível de serviçocom seus provedores de serviços. Diga se você está comprando rede da Airtel ou a partir de digamosVodafone. Com o provedor de serviços é preciso fazer um acordo que bem eu quero quetransfira o tráfego VoIP, para isso o tráfego VoIP eu necessito dessa classe de serviço. Então, para issoqual é o dinheiro que eu tenho que pagar?Então, você tem que pagar esse tanto de dinheiro e nesse caso você tem um acordo de nível de serviçoou SLA com o seu provedor de serviços. Agora este SLA determinará que comoseus pacotes serão tratados quando os pacotes estiverem passando sobre a rede. Digamos uminteressante exemplo de acordo de nível de serviço é sempre que você está assinando por digamosconexão de banda larga. Por isso, sempre que você estiver assinando conexão de banda larga lávocê verá que há vários pacotes dizem que você pode ter 1 Mbps de linha alugadapor 1 mês, você pode ter 256 Kbps de linha arrendada por 15 dias e assim por diante.Então, esses pacotes são tipos de acordos de nível de serviço. Então, eles estão dizendo quesejam quais forem os dados que você vai enviar para esses dados vamos tentar te dar 1 Mbps de pico de bandaou 256 Kbps de largura de banda de pico. Muitas das vezes você verá que há uma diferenciaçãoentre a taxa de tráfego uplink e uma taxa de tráfego de downlink. Então, diráque você pode ter 256 Kbps de taxa de uplink e dizer 1 Mbps de taxa de downlink. Todos aquelescoisas são tipo de acordo de nível de serviço que você tem com o provedor de serviçossempre que estiver assinando um pacote específico para obter sua conexão com a internet.Agora, esse tipo de acordos de nível de serviço também estão embutidos também nos pacotes IPe este é um exemplo de configuração de acordo de nível de serviço em um determinado roteador quefaixa 10 IP SLA 11 alcance e acordo é atraso para baixo 15 up 15; isso significa, emo downlink ele pode tolerar até 15 milisecond delay no uplink ele também pode tolerar ematé 15 milissegundos de atraso. Então, este é um acordo de nível de serviço que foi configurado em um determinado roteador.Então, acabei de levar o rastreio de um roteador para mostrar que desta forma é possível configurar o acordo de nível de serviçono roteador de borda ou os roteadores de gateway de um provedor de serviços específico da rede. Por isso, o provedor de serviços de rede assim, sempre que você estiver indo para um acordo de nível de serviçoo provedor de serviços de rede realmente grava abaixo todos aquelesacordo de nível de serviço na rede com base em suas políticas baseadas em sua arquiteturae assim por diante.(Consulte o Slide Time: 23:40)Agora, esse policiamento de tráfego ele monitora o fluxo do tráfego e marque-os para tomaração apropriada, como se deseja reduzir a prioridade ou se deseja-se eliminar os pacotes e assim em ok.Próximo O quarto passo foi o planejamento de tráfego como mencionamos que baseado em o markdownpor diferentes polícias de tráfego, o planejador programar o tráfego em saídabuffers de uma interface.(Consulte o Tempo do slide: 23:58)E o exemplo que eu estava discutindo nos termos de fila de prioridade que você mantémmúltiplas filas na interface, o serviço de mecanismo de planejamento o mecanismomecanismo as filas com base na política de agendamento. Então, um exemplo é a fila de prioridadeque eu estava mencionando. Então, na chegada de um pacote você classifica o pacotee depois o coloca na fila de alta prioridade ou na fila de prioridade baixa.Se você estiver na fila de alta prioridade será atendido primeiro em comparação com um cliente ema fila de prioridade baixa. Então, o link irá sub-lo um a um e enviar um pacote no link de saída. Assim, dessa forma você está dando prioridade a certas classes de tráfego que irãoexperimentar melhor qualidade de serviço em comparação com outras.(Consulte o Tempo do slide: 24:47)Finalmente, o traffic shaping como você está mencionando o so, o traffic shaping controlam a taxa de tráfego de saída, independentemente das taxas de tráfego de entrada. Por isso, você está sempreregulando que o que vai ser a sua taxa de tráfego de saída. Então, ou tem saída de taxa de bits constantedo buffer de interface ou você também quer certo atraso ou certo jitter baseado emno requisito do aplicativo.(Consulte o Tempo do slide: 25:12)Então, aqui está o exemplo de traffic shaping. Então, você está tendo tráfego irregulado na entradae na saída você está obtendo o tráfego regulado, que pelo da figuravocê pode ver diretamente que está minimizando o jitter na rede. Assim, o tráfego de saída tem uma taxa de pacote constantepara que ele reduza o jitter na rede.(Consulte o Tempo do slide: 25:35)Agora, estes existem 2; este 2 termos diferentes o policiamento de tráfego e o traffic shaping. Então,vamos analisar a diferença entre o policiamento de tráfego e o traffic shaping.Então, o policiamento de tráfego o que ele tenta fazer apenas parece que se certos fluxos ou certospacotes estão violando os requisitos de serviço de QoS ou não. Então, você está recebendo o tráfegonesse ritmo e sua taxa de tráfego esperada é essa linha pontilhada, nesse caso o que quer que sejam os picosé só cair aqueles pacotes. Então, esse é o seu policiamento de tráfego.Então, você vê sempre que alguma coisa está violando o requisito se alguém estáviolando o requisito você elimino o pacote. Em caso de shaper de tráfego ele faz algoo shaper de tráfego ele realmente tem esse tráfego irregulado e ele tenta regular mais o tráfego.Então, você está regulando o tráfego na taxa de tráfego esperada. Então, essa é a diferençaentre o policiamento de tráfego e o de traffic shaping. Então, nós exigimos tanto na rede porquever o traffic shaping pode nem sempre ser capaz de lhe dar uma taxa de smoother. Se você étaxa média é mais do que essa taxa esperada então o tráfego moldando não funcionará diretamente emque caso, você tem que aplicar o policiamento de tráfego para eliminar os pacotes, que estão violando a qualidadedos requisitos de serviço, que estão violando o acordo de nível de serviço entãodos demais pacotes em que sua taxa média ou sua taxa média de tráfego é menor queseu limite esperado, então você pode aplicar o shaper de tráfego para regular a taxa de saída.Então, lembre-se dessa diferença entre o traffic shaping e o policiamento de tráfego. Então, isso dá avocê uma espécie de ampla visão geral da arquitetura básica do QoS e na próxima classe vamosir para mais mais fundo dentro deste 3 componentes que são muito importantes da perspectiva QoS, o traffic shaping, o policiamento de tráfego e o planejamento de tráfego. Por isso, olhamos para dentroos detalhes desses filtros individuais que aplicamos para qualidade de serviço.Então, obrigado a todos por participarem dessa aula.