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IEEE 802.1D IEEE 802.1Q QoS-Quality of Service

IEEE 802.1D IEEE 802.1Q QoS-Quality of Service. Aluno: Vinicius Fernandes de Oliveira vinicius@vinicius.eti.br Janeiro de 2003. LECA-DCA / PPgEE - Disciplina: Arquitetura de Redes eProtocolos de Baixo Nível. Agenda. Introdução ao QoS IEEE 802.1D IEEE 802.1Q

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  1. IEEE 802.1DIEEE 802.1Q QoS-Quality of Service Aluno: Vinicius Fernandes de Oliveira vinicius@vinicius.eti.br Janeiro de 2003 LECA-DCA / PPgEE - Disciplina: Arquitetura de Redes eProtocolos de Baixo Nível

  2. Agenda • Introdução ao QoS • IEEE 802.1D • IEEE 802.1Q • Arquiteturas QoS ( DiffServ e IntServ )

  3. Um cenário típico atual • Estariam os usuários PPP satisfeitos com a qualidade de serviço ? E os usuários da LAN ? Serviços Integrados Serviços Integrados I n t e r n e t PPP PPP LAN Ethernet LAN Ethernet Serviços Integrados Serviços Integrados

  4. QoS fim a fim ( nível 4 ) Prot. RTP, RTPC Soluções QoS Aplicações Multimídias Aplicações Multimídias I n t e r n e t Arquitetura DiffServ (nível 3) ? ? ? Protocolo MPLS (nível 2 ½ ) PPP PPP ? ? ? LAN Ethernet LAN Ethernet Contratos SLA 802.1D 802.1Q Arq. IntServ Prot. RSVP 802.1D 802.1Q Arq. IntServ Prot. RSVP Aplicações Multimídias Aplicações Multimídias

  5. Exigências das aplicações Serviços integrados Voz Dados Vídeo Parâmetros de Qos Largura de banda Baixa a moderada Moderada a alta Alta Sensibilidade a perdas Baixa Alta Baixa Sensibilidade a atrasos Alta Baixa Alta Sensibilidade a “jitter” Alta Baixa Alta Disponibilidade ( projeto ) Baixa* Alta* Moderada* * Depende principalmente da aplicação

  6. Análise conjunta QoS e Largura de Banda • Link super provisionado • Custo maior • QoS desnecessário, exceto como instrumento gerencial ou de garantias adicionais

  7. Análise conjunta QoS e Largura de Banda • Tráfego quase sempre congestionado • QoS muito útil

  8. Análise conjunta QoS e Largura de Banda • Link sub-provisionado • QoS pode ser útil, porém é necessário aumentar a largura de banda

  9. Soluções alternativas à QoS • RDSI - Faixa estreita ( voz + dados ) • Tecnologia STM • RDSI - Faixa larga ( voz + dados + vídeo ) • Tecnologia ATM ( possui QoS ) • IEEE 802.9 - ( voz + dados + vídeo ) • Padrões de nível PHY e MAC • Propõe integração de RDSI, FDDI, TE (equipamento terminal) , ISTE (equipamento terminal de serviços integrados) e LANs 802

  10. Nó cliente Política, gerenciamento e contabilidade de QoS Sinalização do QoS Nó com QoS Nó Host Componentes QoS • Nó com QoS:mecanismos paraclassificação, controle de filas, fluxo e ajuste do tráfego • Sinalização QoS:técnicas para coordenar os elementos da rede • Política, gerenciamento e contabilidade:controlam e administram o tráfego em toda a rede

  11. IEEE 802.1 • IEEE 802.1 é um grupo de trabalho que desenvolve padrões e recomendações práticas nas áreas de: arquiteturas LAN/MAN 802, interfaces entre internet e LAN/MAN 802, MANs e outras redes de grande abrangência, gerenciamento de redes sobre 802 e protocolos abragendo os níveis MAC e LCC. • Todos os padrões 802.1 são desenvolvidos para serem compatíveis com todas as arquiteturas MAC e PHY desenvolvidas pelo IEEE.

  12. IEEE 802.1D • O padrão IEEE 802.1D foi inicialmente criado para implementações de bridges transparentes • O padrão IEEE 802.1p foi um suplemento ao 802.1D onde implementou classes de tráfego, priorização de tráfego e suporte dinâmico a multicast • Em janeiro de 2003, IEEE 802.1D incorporou o IEEE 802.1p e esse foi então arquivado

  13. Host Host Rede Rede 1 1 A A 2 2 A A 2 1 3 3 B B 4 4 B B 1 3 A B 4 3 IEEE 802.1D • Bridge transparente 2 1 1 2 A B 4 3

  14. Host Host Rede Rede 1 5 C A 7 2 A D 8 7 8 3 D B 4 9 E B 6 10 C E D 6 C E 10 9 IEEE 802.1D • Bridge transparente 2 1 1 7 A 5 B 4 3

  15. Host Host Rede Rede 1 1 A A 2 2 A A 3 3 B B 4 4 B B 1 1 B B IEEE 802.1D • Bridge transparente 2 1 1 3 A Loop de bridge ?? ?? B 4 3

  16. IEEE 802.1D • Bridge transparente • Pode ocorrer loop de bridges • Pode ocorrer envio ininterrupto de frames de broadcast • A solução é utilizar STA ( Spanning Tree Algorithm ) • Faz um bloqueio das portas que podem ocasionar loops resultando uma topologia árvore • As portas bloqueadas podem ser reativadas se necessário • As bridges transparentes trocam mensagens de configuração e mudanças de topologias ( BPDU- Bridge Protocol Data Units ) • Havendo mudanças, o STA é novamente executado

  17. L2 L2 B1 B3 B3 B4 B4 L5 L5 B1 L1 B1 L2 B5 B5 B3 B4 B5 L1 L1 B2 B2 B2 L5 L3 L3 L3 L4 L4 L4 Rede original STA para B1 Rede ativa IEEE 802.1D • Bridge transparente com STA

  18. 7 Porta 4 2 1 3 5 6 Classe 1 2 3 4 2 5 4 Orig. Dest Prior. 3 Host 1 Host 7 5 --- Host 9 3 2 MAC Token ring 7 1 802.1Q 2 0 (default) 0 IEEE 802.1D • Fila, classes de tráfego e prioridade ( 802.1p ) Fila de saída Frames Saem 1º   Porta de saída    Últimos

  19. IEEE 802.1D • Classes de tráfego • São permitidas até 8 classes de tráfego • As classes podem ser divididas para aplicações: • Críticas com relação ao tempo e a segurança • Críticas com relação ao tempo • Não críticas em relação ao tempo mas sensíveis a perdas • Não críticas em relação ao tempo e nem sensíveis a perda • Prioridades • Existem 8 valores de prioridade ( 0 a 7 ) • Valor 7 é o mais prioritário que valor 1 • Valor 0 é o default e o menos prioritário, mas combinado com a classe de tráfego, pode sair antes. • Possui uma dependência da tecnologia MAC associada

  20. Porta Entrada 7 End. Destino Porta Saída Porta 4 2 1 3 5 6 1 Host 7 2 Classe 1 2 3 4 2 5 2 Host 8 Filtro 4 Orig. Dest Prior. 3 Host 1 Host 7 5 --- Host 9 3 2 MAC Token ring 7 1 802.1Q 2 0 (default) 0 Grupos Grupos multicast G1 G2 G3 GARP GMRP IEEE 802.1D • Multicast com filtragem pela base de dados (802.1p) Fila de saída Frames Saem 1º   Porta de saída    Últimos

  21. IEEE 802.1D • Filtragem pela base de dados • Entradas estáticas: introduzidas pelo gerente • Encaminhamento para todos os grupos • Encaminhamento para grupos não registrados • Filtragem de grupos não registrados • Entradas dinâmicas • Entradas através de registro ( utiliza GMRP ) • Grupo • Uma conjunto de atributos que definem o encaminhamento e filtragem de informações destinadas a um conjunto MAC (membros do grupo) • Exemplo: um grupo multicast para receber streams de vídeo

  22. IEEE 802.1D • GARP ( Generic Attribute Registration Protocol ) • Define o método, sintaxe do quadro e regras para incluir e eliminar registros da base de dados • Usado para registro de VLANs e de multicast • A informação se propaga para todos os bridges com suporte a GARP • GMRP ( GARP Multicast Registration Protocol ) • É uma aplicação GARP • Permite que dispositivos declarem participação como membros em um grupo de multicast • Estações usuárias devem suportar 802.1D • Não existe interface entre IGMP e GMRP

  23. IEEE 802.1Q • “VLAN” com 802.1D - Problemas Suporte a 802.1D Perde informação de prioridade S1 S2 MAC

  24. IEEE 802.1Q • VLAN com 802.1Q Suporte a 802.1Q ( semelhante 802.1D ) • Preserva informação de prioridade • Identifica a VLAN S1 S2 MAC taggeado MAC taggeado

  25. IEEE 802.1Q • VLANs baseadas em portas • Marca frame (tag) e retira a marca (untag) quando necessário: • Estações que não implementam 802.1Q ( legados ) tem seus quadros untagged • Estações e switchs que implementam 802.1Q continuam com quadros tagged • Utiliza GVRP ( GARP VLAN Registration Protocol) • Uma nova aplicação GARP • Semelhante ao GMRP. Principais diferenças: • acrescenta a identificação da VLAN ( VID ) no protocolo • registra e elimina VID e não apenas membros de grupos • Também propaga registro VLAN através da rede

  26. Enlace tronco: • mútiplas VLANs • quadros marcados IEEE 802.1Q Enlaces • Enlace de acesso • não suporta VLAN • switch põe / retira tags Enlace híbrido ( estações sem 802.1Q tem que ser da mesma VLAN ) 802.1Q S1 S2

  27. Preâmb. Preâmb. SFD SFD DA DA SA SA Tipo/Tam TPID TCI Dados Tipo/Tam FCS Dados FCS Prioridade 8100h CFI VLAN ID IEEE 802.1Q - Quadros marcados • 4 bytes inseridos após o campo SA: 7 1 6 6 2 46-1500 4 7 1 6 6 2 2 2 46-1500 4 3 bits 1 bit 12 bits Número de identificação da VLAN Indica que segue a TAG ( 802.3ac ) Canônico - sempre 0 Prioridade 802.1D

  28. IEEE 802.1Q - Tabelas de VLAN • São as tabelas de encaminhamento, mantida dentro dos switchs • Relacionam “ VID x Portas x MACs ” • Tabelas múltiplas (Multiple Filtering Database): • Cada VLAN é mantida em uma tabela “ Portas x MACs “ • Tabela única (Single Filtering Database): • É mantida uma tabela “ VID x Portas x MACs “ • Permite criação de VLAN assimétrica: típico para ambiente cliente-servidor, ambos untagged. Configura-se uma VLAN onde o servidor pode trocar informações com todos os clientes, porém os clientes da VLAN não trocam informações entre si. • Implementa muitas funcionalidades do 802.1D, porém, para cada VLAN

  29. DiffServ - Serviços Diferenciados • QoS é garantida através de mecanismos de priorização de pacotes na rede: • Os pacotes são classificados, marcados e processados segundo o seu rótulo ( DSCP - Differentiated Service Code Point ) • As informações trafegam em 1 byte já existente na definição do cabeçalho IP ( ToS - Type of Service ) e que não é usado pelos protocolos tradicionais • Cada roteador tem que implementar mecanismos de controle de fluxo e tráfego para tratar esse byte • O roteador de entrada na borda é quem faz a classificação - os demais só retransmitem conforme regras da classe a que pertencem • DS - Domínio DiffServ: o conjunto contíguo de roteadores que implementam o serviço

  30. DiffServ - DSCP PHB - Per- Hop Behaviour Byte ToS do IP: • EF - Expedited Forwarding • Emula um linha privada • Baixas taxas de perda, retardo e jitter • AF - Assured Forwarding • Classes Ouro, Prata, Bronze e melhor esforço + 3 níveis de precedência • Emula uma rede com pouca carga A escolha da classe é motivo de uma SLA (Service Level Agreement )

  31. DiffServ - Blocos funcionais • Presentes nos roteadores de borda e raramente no backbone • Além do DSCP (classificador BA - Behaviour Aggregate) , pode-se usar outros campos (classificador MF - Multi-Field) com base nas características do pacote (origem, aplicação, etc.) • Monitoração do fluxo ( policiamento ) necessário para verificar se o tráfego está dentro dos parâmetros acordados no SLA

  32. IntServ - Serviços integrados • QoS é garantida através de mecanismos de reservas de recursos • A reserva de recursos é feita utilizando o protocolo RSVP ( Resource ReSerVation Protocol ) • Oferece dois tipos de serviço (além do “melhor esfôrço”) • Serviço garantido (RFC 2212) • garante banda, atraso máximo para o fluxo de dados e não descarte de pacotes • se não houver recursos, a admissão ao serviço é rejeitada • Carga controlada (RFC 2211) • garante QoS similar a uma rede “sem carga” • mesmo congestionado, a admissão ao serviço é garantido • Inclui ainda: • um conjunto de parâmetros para caracterização e controle dos fluxos com QoS (RFC2215) • base de dados para gerencimento dos serviços (RFC2213)

  33. IntServ - RSVP Características gerais • É um protocolo apenas de sinalização • Solicita a reserva de recursos, sem entrar no mérito do “como” fazer • O receptor é quem faz a reservas de recursos • É simplex, ou seja, as reservas de recursos são unidirecionais • Roteadores sem suporte a RSVP não impedem a sua utilização (operação transparente)

  34. IntServ - RSVP - Sinalização (1) O transmissor envia uma mensagem PATH para o receptor especificando características do tráfego. (2) Cada roteador intermediário ao longo do caminho, passa a mensagem PATH para o próximo roteador, determinado pelo protocolo de roteamento. (3) (4) Ao receber uma mensagem PATH, o receptor responde com uma mensagem RESV para requisitar recursos para o fluxo. (5) Cada roteador intermediário ao longo do caminho, pode rejeitar ou aceitar as requisições da mensagem RESV. (6) Se a sinalização for aceita, largura de banda no enlace e espaço nos buffers são alocados para cada fluxo

  35. IntServ - Componentes • Sinalização com protocolo RSVP (reserva de recursos) • Rotina de controle de admissão: decidirá se uma requisição por recursos pode ser garantida. • Classificador: ao receber um pacote, o classificador realizará uma classificação Multi-Field (MF) e colocará o pacote em uma fila específica baseada no resultado da classificação. • Escalonador de pacotes: escalonará os pacotes de forma a satisfazer suas exigências de QoS. • Observação: isso gera problemas escalabilidade no caso de aumento de fluxo - por isso não é comum usar em backbones

  36. Alguma pergunta ? Aplicações Multimídias Aplicações Multimídias I n t e r n e t Arquitetura DiffServ (nível 3) ? ? ? Protocolo MPLS (nível 2 ½ ) PPP PPP ? ? ? LAN Ethernet LAN Ethernet Contratos SLA 802.1D 802.1Q Arq. IntServ Prot. RSVP 802.1D 802.1Q Arq. IntServ Prot. RSVP Aplicações Multimídias Aplicações Multimídias QoS fim a fim ( nível 4 ) Prot. RTP, RTPC Obrigado pela atenção

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