NewsGeneration: um serviço oferecido pela RNP desde 1997


ISSN 1518-5974
Boletim bimestral sobre tecnologia de redes
produzido e publicado pela  RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa
12 de novembro de 1999 | volume 3, número 6

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Nesta edição:

NewsGeneration:



Qualidade de Serviço na Internet

Ana Paula Silva dos Santos <>

Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP)

Introdução
Serviços integrados
Serviços diferenciados
Considerações gerais
Conclusão
Referências bibliográficas
Sites relacionados

Neste artigo, trataremos sobre Qualidade de Serviço (QoS) na Internet, uma tecnologia que vem sendo largamente utilizada como objeto de pesquisa, despertando o interesse de muitas empresas como a CISCO, por exemplo. É uma nova forma de comércio na Internet que, além de vender novos serviços, é uma proposta de eficiência, suprindo as necessidades de confiabilidade e garantia de aplicações que precisam fazer uso de QoS.

Qualidade de Serviço na Internet é um tema bastante amplo, porém, neste artigo, será apresentada uma idéa geral do que é e a que se propôe QoS na Internet, visto que, esta tecnologia poderá mudar o perfil desta rede em um futuro muito próximo.

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Introdução

Atualmente, a Internet trabalha com a filosofia do melhor esforço. Cada usuário da rede envia seus dados e compartilha a largura de banda com todos os fluxos de dados dos outros usuários. Os fluxos realizam a melhor forma possível para chegar ao seu destino, conforme as rotas definidas e a largura de banda que estiver disponível. Quando há congestionamento pacotes são descartados sem distinção. Não há garantia de que o serviço será realizado com sucesso, nem mesmo de desempenho. Entretanto, muitas aplicações necessitam de tais garantias.

Com Qualidade de Serviço, é possível oferecer maior garantia e segurança nas aplicações para Internet, uma vez que o tráfego de aplicações avançadas (voz sobre IP, vídeo-conferência) passam a ter maior prioridade, enquanto usuários de aplicações tradicionais continuam utilizando o melhor esforço.

Com QoS na Internet, quando há um congestionamento apenas os pacotes de melhor esforço são descartados. Para que isto possa acontecer, os pacotes são marcados para distiguir os tipos de aplicações, e os roteadores são configurados para criar filas distintas para cada aplicação de acordo com as prioridades das mesmas. Assim, uma faixa da largura de banda, dentro do canal de comunicação, é alocada para determinados tipos de fluxos de dados ou aplicações e, dependendo da aplicação, os pacotes "nunca" são descartados e a banda alocada não excederá os valores pré-definidos. O descarte de pacotes ocorrerá de acordo com o tipo da aplicação e do tipo de algoritmo de filas utilizados, no caso de congestionamento da banda definida para o fluxo ou aplicação. Isso será objeto de uma discussão futura.

Com o surgimento da Qualidade de Serviço na Internet será possível vender novos serviços de acordo com quantidade de largura de banda que se possa ou deseje contratar. Define-se assim, uma nova forma de comércio na Internet, donde já se pode vislumbrar um grande interesse em torno dessa tecnologia.

Atualmente existem dois modelos para implementar QoS na Internet: serviços Integrados (IntServ) e serviços diferenciados (DiffServ). IntServ é um modelo baseado em reserva de recursos, enquanto que, serviços diferenciados é uma proposta onde os pacotes são marcados de acordo com classes de serviços pré-determinadas.

Nas próximas seções será mostrado um pouco desses dois modelos de QoS para Internet, onde serão descritas características, vantagens e desvantagens de cada um.

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Serviços integrados

O modelo de serviços integrados é caracterizado pela reserva de recursos. Antes de iniciar uma comunicação, o emissor solicita ao receptor a alocação de recursos necessárias para definir-se uma boa qualidade na transmissão dos dados. O protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol) é utilizado, nesse modelo, para troca de mensagens de controle de alocação dos recursos. A alocação de recursos diz respeito a largura de banda e ao tempo em que será mantida a conexão. Neste período de tempo, o emissor daquele serviço tem uma faixa da largura de banda disponível para transmitir seus dados.

O IntServ é caracterizado pela alocação de recursos para dois novos tipos de serviços que são os serviços garantidos para aplicações que necessitam de um atraso constante, e serviços de carga controlada para aplicações que requerem segurança e destacam o serviço de melhor esforço.

Na ilustração acima (Figura 1), suponhamos que a máquina jazz.empresa1.com.br deseje fazer uma comunicação de voz através da Internet (voz sobre IP) com a máquina ciranda.empresa2.com.br. Esta aplicação requer baixo atraso e baixa variação do atraso (jitter) para que sejam mantidos os requisitos de qualidade. Então, jazz envia uma mensagem especificando as características para o tráfego (path) para ciranda. Quando a mensagem de path chega a ciranda, inicia-se o procedimento de reserva de recursos (resv) por todo caminho entre este dois nós da rede. Todos os roteadores entre os dois pontos passam pelo processo de alocação de recursos e qualquer um deles pode rejeitar a solicitação, informando para jazz que a solicitação não foi aceita. Caso todos os roteadores tenham condições de disponibilizar os recursos solicitados, é alocada a largura de banda e buffer necessários para a aplicação.

Durante a transmissão dos pacotes, são feitas classificações nos roteadores para cada fluxo, colocando-os em filas específicas para a aplicação. Como o controle é feito, basicamente, nos roteadores. Isso exige grande capacidade de processamento, armazenamento e bons algoritmos para tratamento de filas. Ou seja, aumenta o grau de complexidade nos roteadores.


Figura 1: Sinalização RSVP

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Serviços diferenciados

O modelo de serviços diferenciados implementa QoS com base na definição de tipos de serviços. No cabeçalho de um pacote IP, existe um campo chamado TOS (Type of Service) que pode representar o tipo do serviço. No entanto, serviços diferenciados ampliam a representação de serviços e o tratamento que pode ser dado para encaminhar um pacote, definindo um novo layout para o TOS, passando a chamá-lo de DS Field (Differentiated Service Field). No DS Field, são codificadas as classes para serviços diferenciados. O campo TOS já existia na definição do pacote IP, mas só recentemente se definiu uma utilização para o mesmo.

A arquitetura DiffServ parte do princípio que domínios adjacentes tenham um acordo sobre os serviços que serão disponibilizados entre os mesmos. Este acordo denomina-se SLA – Service Level Agreement. Um SLA determina as classes de serviços suportadas e a quantidade de tráfego na banda entre os domínios. Os domínios podem definir um SLA estático ou dinâmico, sendo que, neste último caso, um protocolo de sinalização e controle será necessário para o gerenciamento da banda.

Dois novos tipos de serviços especiais surgiram juntamente com o modelo de serviços diferenciados: serviços assegurados e os serviços premium. Serviços assegurados são os serviços para clientes que precisam de segurança para seus provedores serviços no momento que haja um congestionamento. E os serviços premium são para aplicações que necessitam de baixo atraso e baixo jitter.

Com DiffServ, os próprios clientes podem marcar seus DS Fields e enviar para o receptor. No entanto, dessa forma, não há como saber se há recursos disponíveis para a comunicação, fazendo com que, por exemplo, o pacote chegando em um roteador que não provê QoS com o DS Field marcado, seja remarcado e passe a ser um pacote de um serviço de melhor esforço.

Existem tipos de serviços que não podem conviver com essa incerteza. Por isso, um componente mediador foi inserido nesse modelo para gerenciar e recursos no domínio QoS. Este componente foi denominado Bandwidth Broker (BB). O BB trabalha como um gerente de recursos do domínio que tem com função básica controlar a largura de banda, as políticas e prioridades dentro e entre as organizações. Quando há uma solicitação de um fluxo, o BB é o componente que verifica a disponibilidade de recursos e a autorização do cliente para conexão dentro do domínio QoS. Ele também encarrega-se de fazer as alocações necessárias para a comunicação dentro do seu domínio e solicita ao BB do domínio adjacente, caso o pedido de conexão seja para fora do domínio, para fazer o mesmo. O processo de solicitação de alocação de recursos é continuado entre BBs adjacentes até que se chegue ao BB do domínio do receptor. O protocolo de sinalização para alocação de recursos entre os BBs pode ser o RSVP.

Serviços diferenciados tem sido o modelo mais utilizado para implementação de QoS. Ele exige menos dos roteadores, necessitando pouca atualização de software para prover bons métodos de classificação, policiamento, montagem e remarcação de pacotes.

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Considerações gerais

Fazer QoS não é uma técnica extremamente necessária para backbones que não têm problemas de congestionamento, pois desta forma um pacote nunca seria descartado. Assim, só se faz necessário a implementação de QoS em situações em que importantes aplicações estarão disputando o enlace com todos os outros serviços, mas que não podem suportar a falta de disponibilidade de largura de banda que ocorre atualmente na Internet.

Existem outras técnicas para oferecer QoS como MPLS (Multiprotocol Label Switching), engenharia de tráfego, roteamento QoS, assim como o próprio RSVP.

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Conclusão

A Internet é uma rede em constante evolução, e QoS surgiu com o intuito de suprir as novas necessidades de comunicação da mesma e resolver alguns problemas que impedem o desenvolvimento de algumas aplicações.

O QoS permitirá novas formas de negociação na Internet, liberando, por outro lado, o desenvolvimento de aplicações que antes necessitaram de maior qualidade e/ou segurança na transmissão de seus dados. No entanto, QoS investe um pouco na "injusta" forma de uso da Internet, pois, com essa nova filosofia, terá mais direito a banda quem quiser e puder pagar mais. O prejuízo que QoS traz para aplicações de melhor esforço ainda é uma realidade, mas já há discussões sobre o assunto, porém nada de concreto de como não degradar demais o que a Internet oferece hoje.

No entanto, QoS avança na intenção pura e simples de evoluir a Internet e diminuir o problema da escassez de recursos de banda na Internet para serviços que realmente precisam de melhor qualidade e segurança.

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Referências bibliográficas

"Internet QoS: A Big Picture" Xiao, X., & Ni, M. N., IEEE Network, March/April 1999

"A Two-bit Differenciated Services Architecture for the Internet" K. Nichols, V. Jacobson, L. Zhang, , IETF , December 1997.

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Sites relacionados

QoS Forum: http://www.qosforum.com/

Internet: http://www.internet2.edu/

Data Communications: http://www.data.com/issue/981121/quality.html

Internet Engeneering Task Force: http://www.ietf.cnri.reston.va.us/home.html

Bibliografia sobre DiffServ: http://www.di.ufpe.br/~servman/diffserv/diffserv.html

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