Qualidade de Serviço e Multicast em ATM

1. Qualidade de Serviço e Multicast em ATM Marcelo Dias Nunes e-mail: nunes@ravel.ufrj.br COPPE/UFRJ

2. Sumário • Categorias de serviço • Qualidade de Serviço: • Parâmetros de QoS • Policiamento • Controle de tráfego • Controle de congestionamento • Controle de QoS em comunicações multicast

3. Sumário • Dois protocolos para ATM multiponto • Protocolo SIMULT • Protocolo MULT2 • Confiabilidade • Arquitetura em árvore • Continuação do trabalho

4. Categorias de Serviço • CBR (Constant Bit Rate): • Taxa constante • Sem controle de fluxo e erros • Exemplo: tráfego de voz tradicional • VBR (Variable Bit Rate): • Taxa variável • Tempo real e não-tempo real

5. Categorias de Serviço • RTVBR (Real Time VBR): • Retardo médio por célula e variação de retardo (jitter) devem ser estritamente controlados • Exemplo: transferência de vídeo MPEG • NRTVBR (Non-Real Time VBR): • Uma certa quantidade de jitter pode ser tolerada • Exemplo: vídeo MPEG pré-armazenado

6. Categorias de Serviço • ABR (Available Bit Rate): • Adequada para tráfego em rajadas • Garante uma determinada taxa; taxas mais altas podem ser atendidas ou não • Rede interage com transmissor • Pode ser comparado com serviço frame-relay onde a CIR é menor que a capacidade do link

7. Categorias de Serviço • UBR (Unspecified Bit Rate): • Melhor esforço • Todas as células são aceitas • Se não há congestionamento, são transmitidas; caso contrário, são descartadas • Exemplo: tráfego IP ou UDP

8. Qualidade de Serviço • Contrato entre o usuário e a rede: • Descrição do tráfego (categorias de serviço) • Acordo de QoS (bilateral) • Cumprimento do acordo (policiamento) • O acordo de QoS é feito com base em um número fixo de parâmetros de QoS predeterminados

9. Parâmetros de QoS • Parâmetros negociáveis: • PCR (Peak Cell Rate): taxa máxima de transmissão • SCR (Sustained Cell Rate): valor esperado da taxa de transmissão sobre um longo intervalo de tempo • MCR (Minimum Cell Rate): taxa mínima de transmissão • Exemplo: • CBR: SCR=PCR • ABR: tráfego entre MCR e PCR • UBR: MCR=0

10. Parâmetros de QoS • CDVT (Cell Delay Variation Tolerance): máximo jitter aceitável • CLR (Cell Loss Ratio): fração das células transmitidas que foram perdidas • CTD (Cell Transfer Delay): tempo de transmissão fonte/destino (médio e máximo) • CDV (Cell Delay Variation): variância do retardo de transmissão

11. Parâmetros de QoS • Parâmetros não negociáveis característicos da rede: • CER (Cell Error Ratio): fração das células entregues com erro • SECBR (Severely Errored Cell Block Ratio): fração de blocos de N células com M ou mais células erradas • CMR (Cell Misinsertion Rate): fração de células entregues ao destino errado

12. Policiamento • Após firmado o acordo de QoS, é necessário monitorar o cumprimento do contrato pelo transmissor • O algoritmo de policiamento mais simples é o GCRA (Generic Cell Rate Algorithm), que utiliza os parâmetros T=1/PCR (intervalo mínimo entre células) e L=CDVT

13. Algoritmo GCRA

14. Algoritmo GCRA

15. Controle de Tráfego • Tráfego em rajadas causa congestionamento • O controle de tráfego é uma ação preventiva contra o congestionamento • Tentar forçar os pacotes a serem transmitidos a uma taxa controlada • Dois algoritmos: “balde furado” e “balde de fichas”

16. Controle de Tráfego • Algoritmo do balde furado (leaky bucket): • Fila de um servidor e taxa de serviço constante • Quando uma célula chega no sistema, se há espaço na fila, é armazenada; senão, é descartada • A cada intervalo de tempo definido pela taxa de saída desejada, uma célula é transmitida

17. Controle de Tráfego • Algoritmo do balde de fichas (token bucket): • O “balde” armazena fichas geradas a uma taxa constante • Cada célula transmitida consome uma ficha • Se não houver fichas, uma célula deve esperar a geração de uma nova ficha • Quando o “balde” transborda, descarta fichas (não células)

18. Controle de Congestionamento • Controle de admissão: • A rede verifica se pode atender a uma nova conexão sem afetar o QoS das existentes • Se não for encontrado um caminho que atenda ao QoS desejado, ou a conexão é recusada ou é renegociada a níveis de QoS mais baixos • Usuários devem ser distribuídos em classes de QoS para garantir justiça na alocação de recursos • Exemplo: dimensionamento de um servidor em um sistema de filas, dada a taxa de perdas

19. Controle de Congestionamento • Reserva de recursos: • Mais comum é alocação de banda-passante durante estabelecimento de conexão • Deve ser encontrado um caminho que atenda a PCR • Pré-alocação pode reservar banda pela média: multilplexação estatística permite a obtenção de PCR para um canal em períodos de ociosidade de outros

20. Controle de Congestionamento • Controle de taxa para tráfego ABR: • ACR (Actual Cell Rate) está entre MCR e PCR • Periodicamente, transmissor envia célula RM (Resource Management) contendo ER (Explicit Rate), a taxa desejada • À medida que a célula RM passa pelos switches, estes podem diminuir ou não ER (nunca aumentar) • Ao receber RM de volta, o transmissor pode ajustar ACR de acordo com a ER resultante

21. Controle de QoS em comunicações multicast • Recursos alocados para uma conexão multiponto-a-multiponto são compartilhados entre diversas fontes • Duas alternativas: • Reserva de fluxo • Compartilhamento

22. Controle de QoS em comunicações multicast • Reserva de fluxo: • Recursos são alocados de acordo com a expectativa de tráfego (UNI 3.1) • Recursos são reservados pelos receptores (RSVP): • Recursos são alocados ao longo do caminho reverso (destino/fonte), para cada fonte desejada • Permite ao destino comutar dinamicamente a recepção de uma fonte para outra

23. Controle de QoS em comunicações multicast • Compartilhamento: • Recursos alocados para a conexão são dinamicamente compartilhados entre todas as fontes • Desvantagem: alocação de acordo com o pior caso (todas as fontes possíveis) • Vantagem: onde a reserva de fluxo não for possível

24. Dois protocolos para ATM multiponto • SIMULT (SIngle MULTicast connection) • MULT2 (MULTiple MULTicast connections) • Objetivos: • Oferecer pleno suporte a aplicações nativas • Utilizar UNI 3.1 • Independência da plataforma (fabricante) • Independência do tamanho da rede • Especificar procedimentos que possam ser incorporados ao UNI

25. Protocolo SIMULT

26. Protocolo SIMULT • Servidor de Fichas concede permissões às fontes potenciais • SF mantém SVCs p2p com todas as Fontes e um SVC p2mp com todos os hosts • SF tem visão global do grupo • Todo o tráfego passa por SF antes de chegar aos Destinos

27. Protocolo MULT2

28. Protocolo MULT2 • Servidor de Fichas controla permissões e tem visão global do grupo • Novos membros devem se registrar em SF como Destinos e recebem uma lista de membros e suas funções • Novo Destino solicita à cada Fonte da lista que o adicione à seu SVC p2mp

29. Protocolo MULT2 • Uma nova Fonte recebe a lista de membros junto com a ficha • A nova Fonte estabelece um SVC p2mp com todos os membros da lista e solicita à cada outra Fonte da lista que a adicione a seu SVC p2mp • Todo membro do grupo deve avisar ao SF quando abandoná-lo

30. Confiabilidade • Topologia em árvore distribui a responsabilidade pelas retransmissões • Cada líder de subgrupo: • armazena os dados recebidos de seu líder imediatamente superior • envia um reconhecimento (positivo ou negativo) • recebe reconhecimentos de seus “filhos”

31. Confiabilidade • se positivos, libera dados armazenados • se negativo(s), retransmite • Cada folha apenas envia reconhecimentos ao seu líder • PDU de reconhecimento contém uma máscara de bits que representa a janela de pacotes.

32. Arquitetura em árvore

33. Continuação do trabalho • Implementação • Usar a Rede Rio 2 e o REMAV-RJ como testbed • Análise de desempenho • Simulação • Análise de complexidade • Comparação dos resultados

34. Links úteis • www.ravel.ufrj.br • www.atmforum.org • research.ivv.nasa.gov/RMP/links.html