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:: Métricas de Qualidade de Serviço em Redes de Computadores

Prof. Especialista José Mauricio Santos Pinheiro em 03/02/2008

 

Estamos presenciando um crescimento exponencial do número de usuários de redes de computadores e, em conseqüência, um crescimento constante de novas aplicações geradoras de tráfego de diferentes naturezas (áudio, vídeo, aplicações em tempo real, etc). Muitas destas novas aplicações são exigentes quanto ao nível do atraso máximo no transporte dos dados, da variação máxima desse atraso (jitter), das perdas permitidas ou da largura de banda disponível.

Assim, para que se obtenha uma garantia de que as redes de computadores funcionem corretamente, é preciso aplicar tecnologias que permitam atingir um nível de tráfego satisfatório e confiável para dados e aplicações e que determinados níveis de desempenho sejam garantidos através de uma política capaz de estabelecer métricas e de caracterizar e descrever o comportamento da rede no que diz respeito a sua utilização e performance.

Definindo QoS

Uma definição para Qualidade de Serviço (QoS) é dada pela recomendação I.350 do ITU-T, a partir da recomendação E.800, onde define-se a Qualidade de Serviço como sendo o efeito coletivo provocado pelas características de desempenho de um serviço, determinando o grau de satisfação do usuário, ou seja, a QoS pode ser definida como o conjunto de características de um sistema necessário para atingir uma determinada funcionalidade. Pode ser descrita ainda como um conjunto de parâmetros que descrevem a qualidade de um fluxo de dados específico, por exemplo, largura de banda, prioridades, etc.

O processo de definição de QoS para uma rede começa com o estabelecimento dos parâmetros exigidos pelos usuários. Esses parâmetros são mapeados e negociados entre os componentes da rede assegurando que todos podem atingir um nível de QoS aceitável. Posteriormente recursos são alocados e monitorados, havendo possibilidade de renegociação caso as condições do sistema se alterem.

QoS definida pelo usuário

O usuário deve especificar requisitos de QoS definindo os níveis desejados de confiabilidade dos componentes da rede que serão observados em tempo de execução. Entretanto, o usuário normalmente não tem condições de especificar parâmetros de baixo nível, como largura de banda ou mesmo propriedades das mídias utilizadas como, por exemplo, freqüência de amostragem para aplicações de videoconferência. Assim, é necessário que o projeto forneça um certo nível de abstração para que o usuário possa definir o que ele considera aceitável para a satisfação de suas necessidades.

Podem ser criadas tabelas (a partir de testes) com faixas comparativas que estabelecem os níveis de qualidade possíveis para cada aplicação. A partir daí, o usuário poderá escolher um valor que atenda a qualidade desejada. Podem-se ainda apresentar exemplos de mídias antes da execução, de modo que ele possa escolher a amostra que apresenta as características desejáveis. O usuário ainda pode indicar uma opção que seja aceitável quando a primeira não estiver disponível.

QoS em sistemas multimídia

A Qualidade de Serviço é um requisito básico das aplicações multimídia, uma vez que se exige que determinados parâmetros relativos a estas aplicações estejam dentro de limites bem definidos (valor máximo, valor mínimo, etc). Os requisitos de QoS devem ser atendidos pela rede, principalmente quando se trata de aplicações multimídia. Representam a quantidade de recursos específicos como memória, cpu, dispositivos de áudio e vídeo, etc, disponíveis no sistema, que devem ser alocados para as aplicações multimídia. Estes parâmetros de QoS especificam a quantidade de recursos a serem alocados para uma determinada aplicação, podendo quantificar o nível do serviço que está sendo oferecido pelo sistema para estas aplicações.

Em qualquer rede de comunicação, cada aplicação compete com outras pela largura de banda que ela precisa para obter uma ótima performance. Além de assegurar-se que há largura de banda suficiente, uma performance aceitável depende que os requisitos de largura de banda para cada aplicação também sejam satisfeitos. As soluções com esse fim incluem segregar o tráfego em links individuais ou usar mecanismos de QoS para designar níveis de largura de banda variáveis para cada aplicação, dentro de um link. Estes fluxos de dados possuem restrições que devem ser respeitadas tanto no trâmite pela rede quanto no sistema final, oferecendo assim, um certo nível de qualidade para o usuário. Neste contexto aplica-se o conceito de QoS onde o nível de serviço oferecido a uma aplicação multimídia pode ser medido e ou garantido através de seus parâmetros de QoS.

Para as aplicações multimídia é desejável que a rede que está transportando o fluxo gerado possa garantir, de alguma forma, o QoS especificado pela mesma. Mesmo quando um link tem a largura de banda adequada e esta banda está corretamente designada para atender as necessidades de cada aplicação, a latência (retardo) interfere na performance da rede, afetando em particular o tempo de resposta das aplicações.

Os parâmetros de QoS relativos as aplicações multimídia, como largura de banda, latência e outros, são incluídos na MIB/SNMP (Management Information Base/Simple Network Management Protocol) e dessa forma, pode-se ter um controle e monitoramento das aplicações localmente e no caso de aplicações multimídia distribuído remotamente, como por exemplo, aplicação de videoconferência, tele-medicina, entre outros.

Figura 1- QoS em aplicações multimídia

 

Métricas de QoS

As métricas de QoS são usadas para caracterizar e descrever o comportamento da rede no que diz respeito a sua utilização e performance, podendo ser definidas por um número específico de parâmetros que deverão ser cumpridos para a implementação da rede de computadores, principalmente quando envolverem o tráfego de informações através de redes mais amplas, como a Internet.

Um destes parâmetros envolve a possibilidade de medição dos serviços disponíveis na rede. A existência de uma boa infra-estrutura de medição é sempre importante, principalmente durante o período inicial de implementação de novos serviços. Através de ferramentas de medição e métricas de QoS bem definidas pode-se monitorar a performance garantida na alocação de recursos da rede.

Os resultados das principais métricas de QoS, fornecidas pela aplicação sob a forma de tabelas, gráficos e de uma visualização on-line, tornam possível reajustar e corrigir os valores de parametrização dos diversos mecanismos e melhorar o desempenho global da rede. Devido ao significado e definição próprio de cada métrica, a seleção das métricas mais adequadas para um estudo de performance em redes depende de vários fatores, tais como:

Objetivos específicos do estudo de performance;

Características da topologia que é objeto de estudo;

Os protocolos e serviços operados nesta topologia.

Alguns dos indicadores mais significativos para o estudo de performance em redes com aplicações multimídia estão relacionados na tabela seguinte.

Métrica - unidade

Descrição

Retardo/Atraso/Latência - ms

Tempo gasto pela rede para transportar um pacote do transmissor ao receptor.

"Jitter"/ Variação do Atraso - ms

Variação máxima do retardo entre pacotes de um fluxo. Se o atraso mínimo é 1ms e o máximo é 6ms, então o jitter é 5ms.

"Throughput" - taxa de bits por segundo

Taxa de informação que chega e que é entregue por um nodo da rede por unidade de tempo.

Taxa de Perdas - %

Pacotes perdidos em relação ao total de pacotes enviados.

Taxa de Erros - %

Número de transmissões com erro em relação ao número total de transmissões realizadas.

Tabela 1- Principais métricas de performance

Conclusão

Nas redes atuais a largura de banda é um assunto importante, principalmente se consideramos que o montante de dados que precisa ser transmitido vem crescendo exponencialmente. Por esse motivo as novas aplicações em rede precisam cada vez de mais largura de banda e a Qualidade de Serviço torna-se um fator importante para o suporte a estas aplicações.

Um projeto baseado em métricas de QoS auxilia os administradores de redes a manterem os níveis de serviço solicitados pelos usuários, além de representar uma economia quanto aos aspectos de operação e manutenção da própria rede. Entretanto, a diversidade das aplicações envolvidas torna difícil estabelecer um padrão de QoS.

Apesar da maioria das métricas de QoS estarem mais voltadas para as redes de dados, não basta assegurar que o tráfego de dados seja distribuído com a QoS desejada, é necessário que existam mecanismos no sistema que possam garantir que os dados sejam entregues e processados corretamente por todo o percurso dentro da rede.

José Maurício Santos Pinheiro

Professor Universitário, Projetista e Gestor de Redes, 
membro da BICSI, Aureside e IEC.

Autor dos livros:
 
· Guia Completo de Cabeamento de Redes ·
· Cabeamento Óptico ·
· Infraestrutura Elétrica para Redes de Computadores
·
· Biometria nos Sistemas Computacionais - Você é a Senha ·

E-mail: jm.pinheiro@projetoderedes.com.br

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