Qualidade de Serviço em VoIPAdailton J. S. Silva <adailton@lct.rnp.br> Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP) Introdução Desde sua origem, o protocolo IP foi desenvolvido e implementado como um protocolo de comunicação com controle de tráfego utilizando a regra do melhor esforço (Best-effort Service ou Lack of QoS), que não provê nenhum mecanismo de qualidade de serviços e, conseqüentemente, nenhuma garantia de alocação de recursos da rede. Na época, niguém imaginava que a Internet se tornaria a grande rede mundial que é atualmente. E, desse rápido crescimento da Internet, a tendência atual é a integração de voz (telefonia) e dados numa única infra-estrutura de redes de pacotes, a rede IP. Essa emergente e crecente demanda pelos serviços IP Telephony, como chamado pelo mercado, provocou uma corrida frenética dos fabricantes de equipamentos de redes para desenvolver protocolos que garantissem qualidade de serviços fim-a-fim. É sobre essa parafernália de protocolos, técnicas e mecanismos que falaremos a seguir. Introdução Para adicionar recursos de qualidade de serviços à pilha TCP/IP, dois modelos de classes de serviços para tráfego Internet estão sendo considerados e desenvolvidos pela IETF (Internet Engineering Task Force): o primeiro refere-se aos serviços diferenciados, denominado Differentiated Services [ DIFFSERV ] ou ainda de Soft QoS, que provê uma tratamento diferenciado, com preferência estatística, a determinados tipos de fluxo; e o segundo refere-se aos serviços integrados ou Integrated Services [ INTSERV ], também chamado de Hard QoS, que fornece uma garantia absoluta na alocação dos recursos da rede. Artigos como Qualidade de Serviço na Internet , e outros desta edição do NewsGeneration, inclusive, apresentam estes dois modelos com mais detalhes. Portanto, não é o objetivo principal deste trabalho se aprofundar nos mesmos. Aqui, serão abordados mecanismos de controle e inibição de congestionamento, técnicas de controle de tráfego com classificação e priorização de fluxo. Além disso, são apresentadas algumas comparações entre as técnicas abordadas, mas tudo sem se prender às denominações e classificações dos dois modelos definidos pela IETF. Neste artigo, trata-se, especificamente, de mecanismos de garantia de qualidade de serviços fim-a-fim para voz sobre IP (VoIP) ou IP Telephony, mas que também podem servir para outros tipos de tráfego, como vídeo. Todos os protocolos aqui apresentados já podem ser utilizados em projetos reais, estando todos disponíveis nos principais equipamentos Cisco, plataforma básica para os exemplos utilizados nos próximos artigos. Mas alguns protocolos também estão presentes em plataformas de outros fabricantes como Nortel, Lucent, Motorola e 3Com. O tema VoIP é muito vasto. Há diversos protocolos e funcionalidades envolvidas, como a arquitetura de interoperabilidade do protocolo H.323, por exemplo. Como o artigo não pode ser muito extenso, os protocolos e funcionalidades voip não são aqui abordados. Mas não se preocupem, pois, mais a frente, será apresentado um artigo apenas sobre voz sobre IP, com os detalhes que o assunto requer. Será apresentado também um breve estudo de um caso real de voip (IP Telephony) com considerações de projeto, utilizando roteadores e gateways VoIP da Cisco. QOS – Modelo básico Como mostra o modelo da figura 1 a seguir, o principal objetivo da QoS é priorizar o tráfego interativo sensível a retardo, em detrimento ao tráfego referente à transferência de arquivos, que não é sensível a retardo.
A qualidade de serviço deve ser fim-a-fim, ou seja, considerando o modelo acima, o tráfego tem que ser tratado inicialmente na rede local (LAN) de origem, depois no próprio roteador (controle de descarte de pacotes, por exemplo), posteriormente nas conexões de longa distância (WAN) e roteadores intermediários, no roteador destino, e finalmente na rede local destino. Utilizaremos este modelo básico como referência nos itens a seguir. Classe de serviços – Precedência IP Para se obter as classes de serviços (Class of Service - CoS) no atual protocolo da Internet (IPv4), foram utilizados 3 bits do campo ToS (Type of Service) do cabeçalho IP, como ilustra a figura 2 abaixo. Este campo foi inicialmente definido e estava reservado para indicar os tipos de serviços; mas, de fato, nunca havia sido utilizado em nenhuma implementação. Com a classificação de pacotes, obtém-se, então, as funcionalidades para precedência IP ou IP Precedence.
Figura 2 - Precedência IP no Campo ToS Com os 3 bits para o campo Precedência IP têm-se as seguintes configruações e funções: * 0 - rotine: estabelece a precedência rotina; Quanto maior o nível de classificação do pacote, maior será a prioridade no tratamento e alocação de recursos da rede. Os níveis 6 e 7 são reservados para as aplicações de controle e gerência da rede, ou seja, não é possível habilitar um pacote com 6 ou 7 e nem modificar um pacote já marcado. Todos os pacotes são normalmente marcados com o nível zero. Nos roteadores Cisco, o campo precedência IP pode ser modificado através de listas de acesso (access lists) ou mapas de rotas (route maps). Nos gateways VoIP, podem ser habilitados em cada interface lógica dial peer voip. Controle e inibição de congestionamento Há vários mecanismos de enfileiramento para controle e prevenção de congestionamento em interfaces de roteadores (Ethernet, seriais, Frame Relay, etc.) e switches nível 3, aplicáveis tanto em redes WAN como em LAN. As principais são apresentadas a seguir. FIFO - FIRST IN FIRST OUT Em geral, o controle de tráfego nas conexões seriais dos roteadores é implementado através de filas FIFO (o primeiro a entrar é o primeiro a sair). Uma fila FIFO é um mecanismo de armazenamento e repasse (store and forward) que não implementa nenhum tipo de classificação.
Figura 3 - Operação da Fila FIFO |
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