sistemas telemáticos - aplicações adaptativas/rígidas e reservas de recursos na internet aula...
TRANSCRIPT
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Aula Anterior
Diferentes tipos de Aplicações Aplicações Elásticas (ftp, email etc...) Aplicações Tempo Real
Aplicações de Tempo Real Aplicações multimedia (audio, vídeo, etc...) Aplicações ponto-ponto/multi-ponto Dois tipos de Aplicações T.R. : Adaptativas vs Rígidas
Suportes Protocolares Sobre cenários best-effort inadequação do TCP e UDP Necessidade de procedimentos adaptativos Protocolo RTP (Real Time Protocol)
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Protocolo RTP unicast/multicast Canais RTP + RTCP (informação de controlo)
Mecanismos de Controlo adoptados pelas Aplicações atrasos variação dos atrasos (jitter) Buffers de amortecimento Estratégias de reprodução de informação Adaptação às perdas de pacotes Algoritmos para cenários multicast (ponderação de
estados) Sincronização dados sobre canais RTP
Aula Anterior (cont.)
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Requisitos das Aplicações
Aplicações Elásticas (ftp, email, etc...) Largura de banda ++ Para algumas limites nos atrasos
Aplicações Tempo-Real (Adaptativas) Proliferam cada vez mais nos ambientes computacionais
(IP) Audio, Vídeo, Vídeo-Conferência - aplicações usuais para
os utilizadores finais
Largura de banda (apesar das compressões, adaptações,...)
Limites aceitáveis para atrasos, variações de atrasos, etc. isto porque....
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Processos adaptativos são limitados Em situações de saturação da infra-estrutura torna-se
impossível a utilização deste tipo de aplicações Existem aplicações não se enquadram na perspectiva
adaptativa e tolerante
Redes IP - Infra-estrutura inicialmente concebida para a comutação de pacotes e que agora enfrenta o desafio dos requisitos das novas aplicações.
Necessidade de introduzir novas funcionalidades que satisfaçam as aplicações/utilizadores
Requisitos das Aplicações
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Qualidade de Serviço (QoS)
QoS - conjunto de parâmetros segundo os quais a aplicação poderá ter um desempenho aceitável. Largura de Banda ( X Kbytes/seg) Atraso máximo fim-a-fim Variação de atrasos limitada (jitter limitado) etc...
A aplicação quer uma Qualidade de Serviço Guarantida pela infra-estrutura de comunicação utilizada.
Protocolos adequados à garantia de QoS requerida pelas aplicações
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Redes IP Tradicionais
Adequadas à comutação de dados Não foram projectadas para serem utilizadas
massivamente por aplicações com requisitos estritos de QoS
Protocolo IP não estava projectado objectivamente para esses requisitos
Comutadores utilizados (routers) não tinham preocupações com requisitos de QoS orientados às aplicações
Em termos gerais um infra-estrutura best-effort
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Infra-estrutura best-effort
• Cenário muito simplificado:
IP
Router
L2
L1 L3
L4
fila de espera
• Capacidade de processamento
• Memória, buffers internos
• Técnicas de gestão dos buffers
Características:
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Num cenário IP best-effort Comutadores não atendem às necessidades particulares
de cada aplicação (stream de pacotes IP) Tratamento é igual para todos os pacotes IP (salvo
algumas excepções implementadas pelos fabricantes e previstas nos protocolos..., protocolos prioritários..., mecanismos de priorização de tráfego etc...)
Em situações de congestão os pacotes são eliminados independentemente do tipo de dados que transportam.
Aplicações elásticas podem recuperar através de protocolos fiáveis (TCP)
Aplicações de Tempo Real perdem informação que dificilmente poderá ser útil após recuperação.
Infra-estrutura best-effort
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Situações de Congestão
Router
L2
L1 L3
buffer cheio
• Situação de congestão: capacidade de output de pacotes não acompanha os ritmos de chegada ao router.
• Proceder à eliminação de pacotes que chegam ao router (independentemente...)
Pacotes de aplic. T.R.
Pacotes gerados por ftp
Como conseguir tratamento diferenciado de tráfego na infra--estrutura e diferentes níveis deQoS ?
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Protocolos de setup da infra-estrutura Definem o tipo de QoS desejado pelas aplicações Comunicam o tipo de tráfego e o QoS aos elementos de
comutação da infra-estrutura IP - RSVP (Resource Reservation Protocol)
Elementos de comutação habilitados a cumprir esses requisitos Técnicas de processamento de pacotes que guarantam um
determinado nível de serviço para determinados pacotes Domínio da matemática, estatística, e de diversos métodos
de gestão de tráfego
QoS Garantido
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
QoS Garantido
• Exemplo simplificado (router) com múltiplas filas de espera: Router
L2
L1L3
Pacotes de aplic. T.R.
Pacotes gerados por ftp
R1
R2
Data
• Priorizar pacotes de tempo-real para as filas de espera
• Garantir que se processa x pacotes/tempo numa dada fila de espera
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
RSVP (Resource Reservation Protocol)
Protocolos de sinalização de reserva de recursos projectado para as redes IP Informar os elementos (routers) da infra-estrutura de um
determinado QoS garantido aos pacotes gerados por uma determinada aplicação
Apto para comunicações unicast ou multicast Processo iniciado pelos receptores de informação Engloba uma série de mensagens emitidas pelos emissores e
pelos receptores Processo de reservas é independente do processo de routing Soft State - poderão existir alterações dinâmicas às reservas
efectuadas (mensagens de actualização, time-outs, etc...)
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Modelo de serviço RSVP
Fazer reservas para fluxos de dados simplex.O recpetor decide quando fazer reservas
Mensagens de controlo em datagramas IP (proto #46).
Mensagens PATH/RESV enviadas para refrescarem o estado periodicamente.
Um passo: Pedidos não satisfeitos devolvem uma
mensagem de erro- O Rx deve tentar de novo Não há confirmação fim a fim para sucesso.
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Soft State
Os encaminhadores mantêm o estado de reserva. Mensagens refrescam o estado Estados não refrescados são removidos
automaticamenteAlternativa: Hard state
Não há mensagens periódicas de refrescamento.
Há garantia que o estado é mantido até ser explicitamente removido.
Porque pode ser um problema?
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Soft State (cont)
Propriedades Adapta-se a mudanças em rotas,
emissores e recpetores. Recupera de falhas
Filosofia: a reserva é uma optimização.
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
RSVP (cont.)
Duas mensagens fundamentais: Path - Descreve o tráfego que vai ser gerado pelo emissor;
gerada pelo emissor; transmitida até aos receptores (passando pelos routers e armazenando o end. nó anterior)
Resv - Geradas pelos receptores; especifica o QoS pretendido para um conjunto de pacotes gerados pelo emissor; terá que passar por todos os routers no caminho entre o emissor e receptor
endereço do emissor endereço do destino (por exemplo um grupo multicast) parâmetros de QoS pretendidos (atrasos, variações, perdas...) filter - indica o tipo de dados a que se pretende atribuir o QoS
especificado (protocolos, portas,...)
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Arquitectura do RSVP (router)
Packet Classifier
Packet Scheduler
Routing Protocol
RSVP Daemon
Policy Control
Admission Control
Data
• Antes de se efectuar a reserva o RSVPD comunica com 2 módulos:
• Admission Control - Verifica se o router tem recursos suficientes para satisfazer o pedido
• Policy Control - determina se a entidade responsável pelo pedido está ou não autorizada a fazê-lo
• Se algum destes módulos não autorizar - mensagem de erro
• Se estes dois módulos autorizarem
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Actualização de parâmetros nos módulos: packet classifier - classifica o pacote para um determinado
processamento; calcula a rota; QoS necessário etc... packet scheduler - processo de forwarding do pacote; alocar
tempo de CPU, buffers, etc.
Ambientes multicast Conjunto de routers que reservam recursos para pedidos de n
receptores Em alguns pontos da árvore multicast os routers poderão
fazer o merging de pedidos feitos por diferentes receptores Actualização de estado consoante entrada/abandono dos
receptores no grupo multicast
Arquitectura do RSVP (cont.)
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
RSVP (multicast)
E
RRR
E - EmissorR - Receptor
mensagens path
necessárioguardar o caminho inverso
E
RRR
mensagens Resv para o emissor E ponto de junção de pedidos
path
path
path
path
path
resv
resv
resv
resv
resv
Mensagens RSVP
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Estilos de Reserva
3 Estilos Wildcard/Sem filtro – Não especifica um
emissor particular no grupo Filtro fixo – o emissor é especificado
para a reserva.Conferência Video
Filtro dinâmico – emisores válidos podem variar com o tempo.Conferência Audio
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Estilos de Reservas (cont.)
Um pedido de reservas inclui uma série de opções:
Identificação de emissores:wildcard - pedido de reserva para aplicar a todos os
emissoresexplicit - pedido de reservas para aplicar a uma
determinada lista de emissores
Forma processamento de reservas entre os emissores:distinct - reserva independente para cada emissorshared - reserva partilhada entre todos os emissores
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Estilos de Reservas (cont.)
Sender Selectio
n
Reservation
Distinct Shared
Explicit
Wildcard (not defined)
Fixed-Filter (FF)
Shared-Explicit (SE)
Wildcard-Filter (WF)
• Exemplo de Vídeo-Conferência, que tipos de reservas ?
• SE ou WF para o canal audio (2*débito da codificação)
• FF para o canal vídeo (n*débito da codificação)
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Exemplos de Reservas
Router
(S1)
(S2,S3)
(R1)
(R2)
(R3)
(a)
(b)
(c)
(d)
Exemplo de Reserva do tipo WF
SEND RESERVE RECEIVE
(c) < WF( * {4B})
(d) < WF( * {3B}) < WF( * {2B})
(c)
(d) * {3B})
* {4B})
WF( * {4B}) <(a)
WF( * {4B}) <(b)
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Exemplos de Reservas (cont.)
Router
(S1)
(S2,S3)
(R1)
(R2)
(R3)
(a)
(b)
(c)
(d)
Exemplo de Reserva do tipo FF
SEND RESERVE RECEIVE
(c) < FF(S1{4B},S2{5B})
(d) < FF(S1{3B},S3{B}) < FF(S1{B})
(c)
(d)
S3{B})
S1{4B})
FF(S1{4B}) <(a)
FF(S2{5B},S3{B}) <(b)
S2{5B})
S1{3B})
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Anomalias no RSVP
Designadas por Killer reservation problems P1 (KR-I)
Existe uma reserva Q0 Tentativa de uma segunda reserva Q1>
Q0 Rejeição em encaminhador intermédio
Não deve resultar no bloquear de Q0 Solução: manter as reservas anteriores,
quando o módulo de admissão negar determinada reserva.
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Anomalias no RSVPP2 (KR-II)
Tentativa de reserva persistente Q1 é negadaPersistência: apesar de negado, o receptor persiste na
tentativa de a obter. Se houver novo pedido Q0 não deve ser negado (se
houver recursos)Não deve ser feita junção
Solução: A mensagem de erro ResErr estabelece um novo estado nos encaminhadores por onde passou o pedido. Este estado altera o procedimento de junção, permitindo que reservas inferiores possam ser aceites.
A Reserva Q1 permanece em estado bloqueado
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Anomalias no RSVP
Uma reserva negada num nó de comutação Origina um estado de bloqueado nesse nó mas
as reservas dos nós inferiores continuam activas
Não será desnecessário?O rx está interessado em descobrir a disponibilidade
de recursos ao longo uma rota ou no máximo nº de nós nessa rota
Poder-se-ia prejudicar a resposta em situações transitórias
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
API para o RSVP
Os mecanismos de reservas de recursos alteram alguns conceitos inerentes à programação em rede (sockets, etc.)
Necessidade de elaborar librarias que incorporem os mecanismos definidos pelo RSVP
Permitir ao programador manipular pedidos de QoS aos routers da infra-estrutura.
Host Router
User
Kernel
aplicação libraria rsvpcliente Servidor
Rsvp
Servidor Rsvp
dados dados dados
mensagens rsvp
pipe unix
classifierscheduler
classifierscheduler
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Reserva de Recursos
Não é consensual !!! Vantagens/Desvantagens (elevada informação de
estado nos nós) Altera o cenário normal de distribuição de recursos
pelos utilizadores/aplicações Se levada a extermos poderá bloquear acessos ao
serviços de rede por parte das aplicações Dúvidas quanto ao tipo de utilização desta técnica (usar
em interligação de infra-estruturas de redes, extender a tecnologia até ao utilizador)
Reservar/pagar ? Técnicas intermédias de diferenciação de tráfego
prioridades codificação hierárquica .....
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Divergências
É possível construir aplicações inteligentes que se adaptam às condições da rede (playout buffers, codificações adaptativas, codificação hierárquica, mecanismos de prioridades, etc.)
No entanto, em qq uma delas não se tem à priori a certeza de que tipo de condições elas vão enfrentar. Para tal é necessário garantias de QoS
• Devemos garantir QoS num futuro próximo na infra-estrutura da Internet
• Esta filosofia é desnecessária e devemos unicamente fornecer + largura de banda e continuar a desenvolver aplicações adaptativas, e alguns mecanismos de diferenciação do tráfego.
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Mecanismos alternativos (ao rsvp)
Atribuir diferentes prioridade de processamento a diferentes protocolos, portas protocolares, etc...
Utilizar codificações hierárquicas da informação a transmitir Apostar nas técnicas de codificação/compressão de
informação Utilizar informação do cabeçalho IP para o router dar um
tratamento preferêncial a determinados pacotes. flow label do IPv6 TOS (type of Service IPv4 e análogo do IPv6)
Differentiated Services - Grupo IETF que tenta normalizar a interpretação do TOS (IPv4) e Traffic Class (IPv6) por forma aos routers realizarem um tratamento diferenciado para diferentes pacotes IP
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Codificação Hierárquica
Por exemplo: O emissor envia em grupos multicast distintos diferentes codificações dos media
vantagens: dados de uma codificação só chegam a uma determinada rede se existir alguem interessado
desvantagens: condições da infraestrutura afectam por igual todas as sessões; período probatório poderá prejudicar outros receptores
E
alta qualidade
média qualidade
qualidade básica
grupos multicast diferentes
R
R
R
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Por exemplo: Dados são emitidos na mesma sessão indicando quais os mais/menos prioritários (opções do IP). Em caso de congestão routers eliminam os menos prioritários
vantagens:• Em caso de congestão a informação básica terá +
hipóteses de alcançar os receptores• Permite à aplicação definir quais as codificações +/-
importantes em termos de serviço básico/médio/alta qualidade, etc....
• Em situações de congestão os pacotes - prioritários são eliminados não prejud. assim a informação básica
desvantagens: • Existem situações em que existe informação redundante na
infra-estrutura• <próximo acetato>
Cod. Hierárquica + Prioridades
Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet
Priorização de Tráfego
Por vezes é necessário algum feedback para não estar a ser desperdiçada largura de banda.
E R
X
Y
médiabaixa baixa
altamédiabaixa
• Necessidade de alguma comunicação fim-a-fim entre E/R para optimizar o processo
• Camadas alta e média são redundantes e prejudicam outo tráfego
ligação de alto débito
ligação débito médio
ligação baixo débito