Conceitos Básicos de QoS

Escrevi um artigo a algum tempo no blog do Ensinar (outro blog onde também faço postagens) que tem relações com o assunto de QoS. No caso era sobre a “Importância dos codecs”. Li este artigo no IMasters e achei muito bom, por isso recomendo a leitura desse material. Vide conteúdo abaixo:

Conceitos Básicos de QoS

Neste artigo vamos falar um pouco sobre os conceitos de QoS ou Qualidade de Serviço ( Quality of Services). Os serviços mais tradicionais, como dados, video e voz, possuem suas particularidades na questão de banda, tamanho de pacotes, sensibilidade ao atraso e jitter (variação de atraso).

Mesmo as aplicações de dados possuem requisitos diferentes entre si. O QoS reúne um conjunto de tecnologias e mecanismos que possibilitam a compatibilização de cada aplicação.

Aplicação Tamanho do pacote Atraso entre pacotes Banda miníma Tempo para enviar 1 pacotes (256 kbps)
Dados Variável, até 1500 bytes Variável Variável 47 ms
Vídeoconferência 700 bytes 30 ms 160 kbps 22 ms
Voz sobre IP 60 bytes 20 ms 24 kbps 2 ms

Um bom exemplo, que demonstra claramente como as aplicações se comportam diferentemente entre si, é a definição do tamanho do buffer do roteador. Para suportar de maneira eficiente as transações de comércio eletrônico e a transferência de dados da Web, a rede deve minimizar a perda de pacotes ou mesmo evitá-la por completo. Buffers internos com grande capacidade podem ajudar a atingir estes objetivos. Porém, se os buffers de alta capacidade fornecem um gerenciamento eficiente para este tipo de fluxo de dados, por outro lado eles podem gerar uma alta variação no atraso de propagação dos pacotes, também conhecido como jitter. Os jitter podem ser suportados por aplicações de dados, mas provocam enorme impacto na transmissão de tráfego de aplicações em tempo real, como voz e vídeo. Para isto serve o QoS, melhorar a performance em vários tipos de aplicações.

O serviço padrão oferecido pela rede IP é conhecido como serviço de melhor esforço (Best Effort). Como o próprio nome diz, quando o roteador opera por este este serviço faz sempre o melhor possível para encaminhar os pacotes de acordo com os recursos que ele tem disponíveis naquele instante de tempo, mas sem qualquer garantia de entrega. O serviço Best Effort consiste em oferecer o mesmo tratamento aos pacotes, sem nenhuma distinção entre eles. Este serviço é implementado normalmente pelo mecanismo de gerência de filas FIFO (First In, First Out) pelo qual os pacotes são encaminhados na mesma ordem que chegam ao roteador.

Por este motivo, o serviço Best Effort não atende aos requisitos de qualidade de serviço da maior parte das aplicações.

Qualidade de serviço é uma expressão que, dependendo do contexto, pode significar varias coisas.

Por exemplo, na questão de desempenho de redes, qualidade pode ser descrita como o processo de transmitir dados de uma maneira superior à expectativa. Isto pode ser traduzido numa rede que tenha baixa perda de pacotes, pouco atraso, pequena variação de atraso (jitterr) ou até na capacidade da rede utilizar caminhos mais eficientes.

Em outro sentido, o termo qualidade pode ser considerado como confiabilidade e previsibilidade, quando se refere a níveis constantes de perda de pacotes, atraso, jitter ou qualquer outra propriedade.

A qualidade de serviço também pode ser aplicada ao tratamento diferenciado das aplicações.

Uma aplicação com necessidade de baixo atraso pode ser privilegiada em relação a uma aplicação que não possui sensibilidade a atraso, mas que por sua vez possui necessidade de alta vazão (througput).

Classe de serviço ( CoS – Class of Service)

É uma forma de agrupar diversas aplicações com características comuns, permitindo o tratamento diferenciado em relação a outras classes de serviço (ou grupo de aplicações).

Como vários serviços podem ser oferecidos e utilizados simultaneamente, concorrendo assim pelos recursos da rede, temos que garantir, para cada tipo ou classe de serviço, o nível de serviço adequado ao seu funcionamento.

A identificação de diversos fluxos de dados com a mesma característica facilita a construção de políticas específicas para tratamento daquele tráfego de forma individualizada em cada classe de serviço, indepedentemente de sua origem ou do seu destino.

Qualidade de serviço é, portanto, o tratamento diferenciado do tráfego reunido em classes de serviço, com o objetivo de garantir o nível de serviço adequado a cada aplicação.

Para que uma aplicação tenha desempenho consistente e previsível é necessário observar os requisitos de througput, atraso, jitter e perda de pacotes da mesma.

A qualidade de serviço deverá ser implementada fim-a-fim em todos os pontos da rede, pois se um determinado trecho não suportar e respeitar as definições da política de QoS, passa a ser “o ponto de falha”. A qualidade de serviço da rede será dada pela qualidade de serviço de todos os elementos da rede.

O roteamento pode ser considerado uma forma primitiva de QoS. Ele consiste no encaminhamento de pacotes para o seu destino utilizando a melhor rota possível. A mesma preocupação também tiveram os desenvolvedores do projeto original do IP (RFC 791), quando foi reservado um campo no cabeçalho IP chamado Type of Service (ToS), para oferecer diversos perfis de serviços. Da mesma forma, o protocolo TCP fio implementado com algoritmos de controle de congestionamento que foram aprimorados ao longo do tempo.

Todas estas iniciativas de implementar serviços diferenciados demonstram que a preocupação com QoS é antiga.

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