Arquiteturas de QoS – Parte 02

Olá pessoal, vamos hoje à nossa segunda parte do post sobre QoS. Se vocês não tiveram a oportunidade de ler o primeiro, clique aqui!

O serviço de melhor esforço (best effort) é um modelo de único serviço, em que uma aplicação envia dados sempre que precisar, em qualquer quantidade, e sem solicitar permissão ou informar primeiro à rede. Portanto, o serviço de melhor esforço não promete coisa alguma a respeito do QoS que uma aplicação receberá. Além do mais, a Internet tradicional não permite que as aplicações de multimídia, sensíveis a retardos, solicitem quaisquer tratamentos especiais. Logo, o projeto de rede IP precisa ser modificado para dar suporte ao QoS em tempo real e retardos controlados de ponta a ponta.

Como proposta do IETF para atender a diferentes necessidades destas aplicações, foram criadas as Arquiteturas dos Serviços Integrados (IntServ) e Serviços Diferenciados (DiffServ), as quais faremos um estudo e comparação.

Serviço Integrado (IntServ):

A arquitetura de Serviços Integrados se caracteriza pelo estado de reserva de recursos na rede, baseado no fluxo de dados. Para isso, a arquitetura IntServ utiliza o protocolo de reserva de recursos RSVP (Resource reSerVation Protocol – RFC 2205), que é utilizado como um protocolo de sinalização da requisição de recursos.
Nesta arquitetura, a aplicação se integra com a rede, e cada roteador é consultado sobre a reserva de recursos para atender à aplicação.
A reserva efetuada pelo protocolo de sinalização RSVP é feita fim-a-fim, e se todos os dispositivos dispõem dos recursos solicitados, eles são reservados para serem utilizados pela aplicação em particular. Após efetuada a reserva, a mesma é mantida enquanto existir a demanda daquele tipo de fluxo. Uma vez que a demanda cessa, a reserva é desfeita e os recursos são liberados para serem utilizados por outras aplicações.

Vale salientar que o RSVP é um protocolo de sinalização. Ele não é responsável pela qualidade de serviço em si, nem pelo roteamento, mas sim pelo transporte das informações necessárias para solicitação, estabelecimento e manutenção da reserva de recursos, que garantem a qualidade de serviço pretendida pela aplicação.

O processo de reserva do protocolo RSVP ocorre através da propagação de mensagens RSVP salto a salto (hop-by-hop) na rede. A medida em que as mensagens são enviadas de um dispositivo para o próximo, o caminho entre a origem e o destino vai sendo delineado. Depois que o caminho é definido, outra mensagem é enviada no sentido inverso para estabelecer e manter a reserva dos recursos.
Caso algum dos dispositivos não disponha dos recursos solicitados, as reservas já feitas até aquele ponto do caminho são desfeitas.

As principais mensagens do RSVP, de acordo com a figura logo abaixo são:

• PATH – São utilizadas para armazenar informações sobre o caminho em cada um dos nós, os quais mantêm a caracterização do estado do caminho para o fluxo do transmissor.
• RESV – Após receber a mensagem path, o receptor envia uma mensagem reservation-request de volta ao transmissor, pelo mesmo caminho que a mensagem path foi enviada ao receptor. Como o receptor é responsável por requisitar o QoS, a mensagem reservation-request especifica a qualidade de serviço pretendida e estabelece o estado de reserva em cada nó no caminho. Após receber com sucesso a mensagem reservation-request, o transmissor inicia o envio de dados.

Portanto, podemos perceber que a reserva de recurso é feita no sentido receptor -> transmissor.

 

As reservas de recursos utilizadas pelo RSVP são soft-state, ou seja, tanto o transmissor quanto o receptor devem continuar enviando essas mensagens de tempos em tempos, a fim de manter o estado da sessão, caso contrário, a reserva será cancelada.

Vantagens:

 A grande vantagem do Serviço Integrado é que previamente é feita uma alocação de banda, já que cada roteador é consultado ao longo do caminho para fazer essa reserva, garantindo assim a entrega, caso a reserva seja aceita por todos.

Essa Arquitetura é tida como a arquitetura que fornece o “QoS dos Sonhos”, uma vez que uma reserva é previamente efetuada e, como a alocação já foi feita, há uma garantia do envio da aplicação.

Desvantagens:

A arquitetura IntServ tem como principal desvantagem o fato de não ser uma arquitetura escalável, pois a quantidade de informações de estado aumenta proporcionalmente com o número de fluxos, exigindo uma sobrecarga de processamento nos roteadores, ou seja, a quantidade de mensagens para reservar recursos será muito grande, não sendo uma solução escalável.

Para grandes redes, como backbones de operadoras, torna-se inviável o uso desta arquitetura, devido à grande troca de mensagens e necessidade de guardar estados dos fluxos nos roteadores.

Uma aplicação para o IntServ/RSVP hoje, é para fazer reserva de recurso quando se quer formar os túneis virtuais ao se utilizar a Engenharia de Tráfego com MPLS.

A arquitetura IntServ tem como principal desvantagem o fato de não ser uma arquitetura escalável, pois a quantidade de informações de estado aumenta proporcionalmente com o número de fluxos, exigindo uma sobrecarga de processamento nos roteadores, ou seja, a quantidade de mensagens para reservar recursos será muito grande, não sendo uma solução escalável.

Para grandes redes, como backbones de operadoras, torna-se inviável o uso desta arquitetura, devido à grande troca de mensagens e necessidade de guardar estados dos fluxos nos roteadores.

Uma aplicação para o IntServ/RSVP hoje, é para fazer reserva de recurso quando se quer formar os túneis virtuais ao se utilizar a Engenharia de Tráfego com MPLS.

Serviço Diferenciado (DiffServ):

A arquitetura de Serviços Diferenciados foi introduzida como uma alternativa para a arquitetura de Serviços Integrados, evitando problemas de escalabilidade e complexidade. Esta arquitetura consiste em agregar os tráfegos de aplicações com requisitos semelhantes em classes de serviço e tratar os pacotes de cada classe conforme uma política de QoS pré-definida.

A arquitetura de Serviços Diferenciados (RFC 2475) é caracterizada pela reserva de recursos baseado em classes de serviços e não na informação de estado de reserva baseado em fluxo. Os pacotes são classificados, marcados e encaminhados como uma classe de serviços agregada.

Nesta arquitetura, os pacotes são classificados de acordo com a classe de serviço a que pertencem. Cada classe de serviço pode ser implementada através de mecanismos que diferenciam o tratamento do seu tráfego em relação às outras classes. Os recursos não são alocados dinamicamente, como na arquitetura IntServ – eles são previamente configurados por classes de serviço em cada dispositivo e utilizados quando há uma situação de disputa por recursos. Outras características importantes da arquitetura DiffServ são a flexibilidade e a granularidade, possíveis de serem alcançadas através dos mecanismos próprios desta arquitetura. Com isso, é possível classes com características muito específicas e detalhadas.

De acordo com a figura abaixo, os dispositivos localizados nas extremidades da rede (dispositivos de acesso e borda) normalmente são responsáveis pela classificação e marcação do tráfego. Isso significa que são eles quem dividem o tráfego em classes e marcam cada pacote, para que estes pacotes não precisem ser novamente classificados quando alcançarem os dispositivos localizados no interior do backbone.

Esta tarefa é considerada complexa, pois consiste em analisar vários campos do pacote para identificar a que classe ele pertence. Esta é uma tarefa de alto custo de processamento para o roteador, pois impõe que ele faça várias outras coisas além da sua tarefa principal, que é a identificação da melhor rota e a comutação dos pacotes para a interface de saída.

Além das funções de classificação e marcação, estes dispositivos também executam outras funções como policiamento e moldagem, gerenciamento de filas, compressão e fragmentação. O conjunto de funções desempenhadas por estes roteadores é denominado Traffic Conditioning (TC).

Já os dispositivos do interior do domínio DiffServ (conjunto de dispositivos pertencentes à arquitetura DiffServ)  têm a função de tratar os pacotes já previamente marcados e classificados. A tarefa principal destes dispositivos é priorizar o tráfego segundo os recursos alocados para cada classe. Esta tarefa é considerada de menor complexidade e também de menor custo de processamento para o roteador. O conjunto de funções desempenhadas pelos roteadores localizados no interior da rede é denominado Per Hop Behavior (PHB).

Logo a recomendação é aplicar TC, que são as tarefas mais consideradas mais complexas, no acesso (borda) e PHB no núcleo, que são as tarefas consideradas mais simples.

Um PHB descreve como será realizado o encaminhamento dos pacotes pertencentes a uma mesma classe em cada roteador, e trata da descrição do tratamento de encaminhamento que cada pacote recebe em cada nó

Vantagens:

Altamente escalável
Provê diferentes níveis de qualidade de serviço

Desvantagens:

A qualidade de serviço não é absolutamente garantida
Requer um mecanismo complexo para trabalhar na rede

Roberto Mendonça, CCIE # 18203 (instrutor do curso online MPLS na CloudCampus)