GFR – Garanteed Frame Rate

1. GFR – Garanteed Frame Rate Aluno: Orlando Fabricio Neto Professor: Eduardo Parente Disciplina: Comunicação de Dados

2. Bibliografia • Oliver Bonaventure, A Better Service for TCP/IP in ATM Networks, January/February 2001.

3. Introdução sobre ATM • A topologia de redes do tipo ATM (Asynchronus Transfer Mode), foi proposta nos anos 80 como uma evolução para serviços de rede que usassem banda larga. • A arquitetura ATM é indicada para suportar uma imensa variedade de serviços e aplicações.

4. Introdução sobre ATM • O controle de tráfego na rede ATM é fundamentalmente relatado pela habilidade da rede em proporcionar diferentes Qualidade de Serviço (QoS) para as aplicações. • A função do gerenciamento de tráfego é proteger a rede e as aplicações finais contra congestionamentos a fim de atingir os objetivos de desempenho.

5. Introdução sobre ATM

6. Categorias de Serviço • A ATM possui 5 categorias de serviço: • CBRConstant Bit Rate • VBRVariable Bit Rate • UBRUnspecified Bit Rate • ABRAvailable Bit Rate • GFRGuaranteed Frame Rate

7. Categorias de Serviço • Funções tais como, roteamento e alocação de recurso são, em geral, estruturadas de forma diferenciada para cada categoria de serviço.

8. CBR (Constant Bit Rate) • O primeiro serviço proposto no primeiro “ITU-T Recomendations”. • O CBR é usado por conexões que requerem uma amostra estática de largura de banda. • O valor definido pelo PCR (Peak Cell Rate).

9. CBR (Constant Bit Rate) • Este serviço pode ser considerado uma melhora do serviço de leased lines das primeiras versões da ATM. • O serviço CBR é indicado para suportar aplicações de tempo-real(exemplo: voz, vídeo, emulação de circuito).

10. VBR (Variable Bit Rate) • A largura de banda é reservada por 3 parâmetros: • PCR. A maior taxa que uma aplicação final podia reservar durante um curto período de tempo. • MBS, o limite da quantidade de células que as aplicações finais podem transmitir utilizando o PCR. • SCR, a taxa de transmissão contínua permitida para a aplicação.

11. VBR (Variable Bit Rate) • CLP (Cell Loss Priority). Um bit que caracteriza a prioridade que o frame terá diante dos controles de congestionamento. Algoritmos de descarte.

12. UBR (Unspecified Bit Rate) • Imita o serviço implantado hoje na Internet. • Não especifica garantias para o tráfego. • O controle de congestionamento para UBR deve ser realizado num nível mais alto com base na conexão fim-a-fim. • Mais fácil de usar.

13. ABR (Available Bit Rate) • Controle de congestionamento implementado na camada ATM. • Transmitem constantemente as RM-cells. Que alertam para o congestionamento. • Pode oferecer ou um serviço de melhor esforço, ou um serviço de largura de banda garantida.

14. GFR (Garanteed Frame Rate) • Proposto em 1996, a principal motivação para a sua implementação era fornecer um serviço tão fácil de usar como os serviços da categoria UBR, enquanto também garantia a largura de banda.

15. GFR (Garanteed Frame Rate) • Ela é designada para aplicações requererem uma taxa mínima de garantia. • Pode beneficiar do acesso adicional da banda disponível dinamicamente na rede. (fair distribution). • Não requer um protocolo de controle de fluxo.

16. GFR (Garanteed Frame Rate) • Parâmetros do GFR. • PCR (Peak Cell Rate) • MCR (Minimum Cell Rate) • MBS (Maximum Burst Size) • MFS (Maximum Frame Size)

17. GFR (Garanteed Frame Rate) • Considerações sobre o CLP. • CLP=1 os frames são considerados como tendo baixa prioridade e são transmitidos pela rede como base no melhor esforço. • O mínimo de largura de banda aplicada é somente para os frames com CLP=0. • Controle de congestionamento na rede.

18. GFR - Eleição dos frames • Algoritmo F-GCRA, para conexões contendo somente “conformance frames”. • GFR2, somente os frames com CLP=0 tem entrega garantida. Há uma distinção entre os frames com CLP=1 e CLP=0. Controle de congestionamento é tranquilo. • GFR1, não há distinção dos frames na rede, o switch deve decidir o que transmitir e o que descartar quando ocorrer o congestionamento.

19. GFR - Eleição dos frames • 2 interpretações para o CLP. • Rígida, os frames com CLP=0 são mais importantes do que os que tem CLP=1. • Relativa, os frames com CLP=0 são mais importantes do que os que tem CLP=1, mas isso pode mudar. Daí, o switch deverá descartar os frames não somente de acordo com o CLP, mas também de olho nos recursos disponíveis na rede.

20. GFR X Outras categorias • GFR X UBR – Definição por parte do GFR de um número limite de frames, para melhor controle de congestionamento. • GFR X VBR – QoS faz a diferença. GFR garante o mínimo de largura de banda para frames enquanto VBR garante para células.

21. GFR X Outras categorias • GFR X ABR – A principal diferença é quanto as aplicações finais. O GRF não impõe que a aplicação tenha um “shaper” complexo dentro das aplicações como o ABR impõe.

22. Switches GFR (implementações) • 3 categorias de implementações propostas para switches ATM • Simples, requer apenas bits para estado. • Intermediária, requer um contador com bits de estados. • Complexa, requer um contador com uma fila lógica.

23. Switches simples • Algoritmo “buffer acceptance” com um valores limites (min e max) para iniciar o descarte. • Todos os VC´s são multiplexados em um buffer FIFO. • Somente requer um contador global.

24. Switches simples Figura 1. Implementação simples do switch.[1]

25. Baseados em contadores • Um contador para cada VC. • Limite no buffer. Aceito ou não ? • Processo em background que atualiza o MCR. • Motivos ? • Raramente fornecem uma faixa de banda que não esteja reservada para um VC.

26. Per-VC threshold and scheduling • Esta implementação combina um algoritmo “buffer acceptance” com um escalonador para cada VC. • Conta com o WQF (Weighted Fair Queuing). Fila de tamanho lógico. • Deverá evitar congestionamento por parte de um dos VC´s.

27. Per-VC threshold and scheduling • Figura 2. Switch limite e escalonamento por VC [1]

28. Per-VC scheduling and RED • A implementação desse tipo de switch é baseada em descartes de frames por valores limites. • RED (Random early detection) • Distribuição justa dos recursos fornecidos pelos buffers. • Valores limites de máximo e mínimo.

29. Per-VC scheduling and RED • Figura 3. Implementação do switch RED com escalonador [1]

30. Desempenho do GFR sobre o TCP • Redes utilizam grandemente o protocolo TCP. Redes heterogêneas. • 2 casos considerados pelo autor. • Uma conexão simples TCP para cada VC. • Um router executa a multiplexação de diversas conexões de VC´s. • STCP, ferramenta para simulações do protocolo TCP em redes ATM.

31. Workstations com GFR • Rede ATM ponto-a-ponto utilizando TCP e 10 estações (emissoras) e 10 estações (receptoras). • Emissoras mandam arquivos de 1Mbyte. • Outras considerações afim de estabelecer o universo da simulação.

32. Estações (par) PCR MCR Tempo de atraso De 1 para 1* 155 Mb/s 2 Mb/s 15 ms De 2 para 2* 155 Mb/s 4 Mb/s 15 ms De 3 para 3* 155 Mb/s 6 Mb/s 15 ms De 4 para 4* 155 Mb/s 8 Mb/s 15 ms De 5 para 5* 155 Mb/s 10 Mb/s 15 ms De 6 para 6* 155 Mb/s 2 Mb/s 30 ms De 7 para 7* 155 Mb/s 4 Mb/s 30 ms De 8 para 8* 155 Mb/s 6 Mb/s 30 ms De 9 para 9* 155 Mb/s 8 Mb/s 30 ms De 10 para 10* 155 Mb/s 10 Mb/s 30 ms Workstations com GFR • Tabela 1- Características de GFR no cenário das WorkStations [1]

33. Workstations com GFR • Figura 4. Cenário considerado para a primeira simulação [1]

34. Workstations com GFR • Usando GFR2, uma estação conectada a rede não alcançará a vazão ideal. • Este baixo desempenho é devido aos algoritmos utilizados nas combinações da solução. • TCP tem tráfego de rajadas, e o F-GCRA, utilizado na implementação, espera um tráfego mais ameno, por isso marcará muitos quadros com CLP=1.

35. Workstations com GFR • Usando GFR1, não haverá garantia de boa largura de banda, porém tem um desempenho um pouco melhor. • Os melhores resultados foram alcançados por combinações com o algoritmo RED que conseguia suavizar as rajadas de pacotes TCP, evitando time-out dos pacotes.

36. Workstations com GFR • Figura 5. Desempenho da implementação simples com as workstations [1]

37. Workstations com GFR • Figura 6. Desempenho da implementação com base no WFQ. [1]

38. Internetwork com GFR • No lugar de das workstations teremos routers. • O agregamento de todo o tráfego das estações de trabalho é enviado através de um backbone ATM para o seu router correspondente, o qual entrega os pacotes para as estações remotas presentes nas demais redes LAN’s.

39. Internetwork com GFR • Figura 7. Cenário entre redes (tráfego). [1]

40. Estações (par) PCR MCR Tempo de atraso De 1 para 1* 34 Mb/s 2 Mb/s 15 ms De 2 para 2* 34 Mb/s 4 Mb/s 15 ms De 3 para 3* 34 Mb/s 6 Mb/s 15 ms De 4 para 4* 34 Mb/s 8 Mb/s 15 ms De 5 para 5* 34 Mb/s 10 Mb/s 15 ms De 6 para 6* 34 Mb/s 2 Mb/s 30 ms De 7 para 7* 34 Mb/s 4 Mb/s 30 ms De 8 para 8* 34 Mb/s 6 Mb/s 30 ms De 9 para 9* 34 Mb/s 8 Mb/s 30 ms De 10 para 10* 34 Mb/s 10 Mb/s 30 ms Internetwork com GFR • Tabela 2. Característica do GFR para o cenário entre redes proposto. [1]

41. Internetwork com GFR • Figura 8. Desempenho da implementação simples para tráfego entre redes. [1]

42. Internetwork com GFR • Figura 9. Desempenho da implementação com base no WFQ para inter redes.[1]

43. Conclusões • O objetivo desse autor não era determinar qual método é realmente o melhor, mas sim dar ao leitor uma visão geral sobre alguns métodos utilizados para a implantação do GFR em redes ATM.

44. Conclusões • É válido lembrar que os fundamentos desse artigo, são simulações. E que situações bem parecidas e/ou bem adversas podem ser conseguidas na prática, por isso o autor alerta quanto os resultados e impões condições para a simulação.

45. FIM Perguntas ??? Críticas ??? Como estou dirigindo ??? (041...)