5Controle de Tráfego Internet



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5Controle de Tráfego Internet





Michele Mara de Araújo Espíndula Lima
Universidade Estadual do Oeste do Paraná

Colegiado de Informática

michele@unioeste.br ou michele@ic.unicamp.br


Nelson Luis Saldanha da Fonseca
Universidade Estadual de Campinas

Instituto de Computação

nfonseca@ic.unicamp.br

5.1Introdução


O serviço oferecido atualmente pela Internet é o tipo de serviço mais simples que pode ser oferecido por uma rede: o serviço melhor-esforço (best-effort). Este serviço não oferece nenhuma garantia às aplicações, sejam elas garantias de recursos ou de diferenciação de serviço, ou seja, há apenas um compromisso de se tentar entregar ao receptor a informação enviada pelo emissor. Por muito tempo, o serviço melhor-esforço foi adequado para as aplicações tradicionais, existentes até então na Internet, como FTP e telnet. Entretanto, com o surgimento de novas aplicações multimídia, o modelo de serviço melhor-esforço tornou-se inadequado, não atendendo as necessidades dessas novas aplicações.

O modo de comutação de pacotes sem circuitos virtuais, no qual se baseia a Internet, não provê garantias de recursos. Entretanto, várias aplicações multimídia necessitam de um nível mínimo de recursos para operar de forma eficiente. Além disto, no serviço “melhor esforço” todos os pacotes das aplicações são tratadas de forma igualitária, independente dos diferentes requisitos de qualidade que possuam. Em outras palavras, apenas um único nível de serviço é oferecido. Aplicações sensíveis à perda e ao retardo podem ter sua eficiência degradada.

A rápida transformação da Internet em uma infra-estrutura comercial e a demanda por serviços com diferentes níveis de qualidade levou ao desenvolvimento de novos modelos de serviço, nos quais as necessidades das aplicações podem ser especificadas. A qualidade de transporte oferecida ao fluxo de pacotes gerados por uma aplicação é normalmente denominada Qualidade de Serviço, ou QoS (Quality of Service).

O aumento da complexidade da Internet, conseqüência do seu crescimento exponencial e da necessidade de provisão de QoS, demanda novos mecanismos e políticas. O controle de tráfego, é um conjunto de políticas e mecanismos utilizados para satisfazer os requisitos de QoS das aplicações, gerenciando e otimizando os recursos da rede de forma eficiente.

Este texto visa introduzir os fundamentos básicos da área de Controle de Tráfego Internet, através da apresentação dos seus mecanismos mais importantes, destacando-se suas potencialidades e deficiências na provisão de Qualidade de Serviço (QoS).

São apresentados, inicialmente, a arquitetura TCP/IP e sua pilha de protocolos. Em seguida, os mecanismos utilizados pelo TCP para o controle de congestionamento são discutidos.

Para que serviços sejam fornecidos de forma adequada, é necessário que se compreenda o tráfego gerado pelas aplicações. Na seção 5.4, são apresentados os modelos de tráfegos existentes para o protocolo mais utilizado na Internet, o TCP.

São discutidas, em seguida, as arquiteturas e tecnologias desenvolvidas para provisão de QoS: Arquitetura de Integração de Serviços ou IntServ e Arquitetura de Diferenciação de Serviços ou DiffServ; e as tecnologias: Engenharia de Tráfego; MPLS - Multi-Protocol Label Switching; e Roteamento Baseado em Restrições (Constraint Based Routing). Estas arquiteturas e tecnologias tentam prover as demandas de QoS de maneiras distintas. As arquiteturas focalizam a provisão de QoS e as tecnologias enfatizam a otimização dos recursos da rede [Wan 01].

Por último, são discutidos os mecanismos de controle de tráfego utilizados para garantir o atendimentos aos requisitos de QoS: controle de admissão; classificação, suavização e policiamento de tráfego; escalonamento; gerenciamento ativo de filas e ECN.

O controle de admissão avalia a possibilidade de atender as requisições de QoS de um novo fluxo, sem no entanto afetar as requisições de recursos dos fluxos existentes. A função do classificador é mapear os pacotes recebidos pelo roteador para uma das classes de serviço e colocá-los em uma fila específica de transmissão, enquanto que o policiamento é responsável por controlar e monitorar o tráfego de forma a verificar se o tráfego está de acordo com o especificado no contrato estabelecido entre o usuário e a rede. O escalonador tem a função de gerenciar a ordem de transmissão dos pacotes. O gerenciamento de filas é responsável pelo gerenciamento do espaço de armazenamento (buffers) dos roteadores. ECN é um mecanismo que permite dissociar a notificação do congestionamento do descarte de pacotes.


5.2Arquitetura TCP/IP - Visão Geral


A Internet consiste de redes com diferentes tecnologias de enlaces interconectados pelo protocolo IP. O protocolo IP - Internet Protocol, oferece um serviço não orientado a conexão e não confiável. Caso uma determinada aplicação necessite de maior confiabilidade e garantia de entregas fim-a-fim, deve utilizar um protocolo de transporte que lhe dê esta garantia. O protocolo utilizado é o TCP - Transmission Control Protocol, que através do uso de temporização (timeouts) e retransmissões garante a confiabilidade desejada.

A arquitetura TCP/IP consiste de cinco camadas: camada física, camada de enlace, camada de rede, camada de transporte e camada de aplicação. Na camada de aplicação, estão os protocolos que são responsáveis pelo suporte às aplicações da rede, tais como HTTP, FTP, SMTP. Dentre as aplicações mais conhecidas estão: conexão remota, transferência de arquivos, correio eletrônico, Web, jogos distribuídos, vídeo conferência, vídeo sob demanda, transmissão de áudio e telefonia via Internet.

A camada de transporte é a responsável por prover a comunicação entre aplicações. Os dois serviços disponíveis nesta camada são os serviços com e sem conexão, oferecidos, respectivamente pelos protocolos TCP e UDP.

A principal função da camada de rede é determinar as rotas pelas quais os pacotes ou datagramas devem seguir, partindo do nó de origem, passando por nós intermediários, até serem entregues ao nó destino. A rota é definida através dos protocolos de roteamento, que através da análise do endereço de destino do pacote definem qual o caminho a ser seguido. Uma vez que as rotas compreendem nós conectados por diferentes tipos de enlace, a função da camada de enlace é justamente prover as devidas conversões entre os diversos protocolos específicos de cada tipo de enlace para que a rota possa ser seguida. Desta forma, a camada de enlace é responsável por transmitir os quadros entre redes.

A função da camada física é transmitir os bits dos quadros recebidos da camada de enlace entre um nó e outro. Nesta camada os protocolos também são dependentes dos tipos de enlace e dos meios físicos de transmissão.




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