Encaminhamento de tráfego por classes de serviço em redes DiffServ

Abstract

Atualmente assistimos a um crescimento exponencial do número de aplicações que surgem para atender às necessidades dos utilizadores da Internet. As aplicações são cada vais mais avançadas e exigentes em termos de requisitos de Qualidade de Serviço. No entanto, os recursos e mecanismos disponibilizados pelas redes IP não acompanham esta evolução e não conseguem satisfazer estes novos requisitos. A comunidade científica tem proposto ao longo dos anos formas alternativas de resolver este problema, sendo uma delas a incorporação de mecanismos de QoS no encaminhamento. Neste sentido surgiram duas abordagens de encaminhamento com Qualidade de Serviço: uma abordagem por fluxo, onde as rotas são calculadas a pedido, e os recursos da rede são reservados ao longo de um caminho desde a origem até ao destino, para cada fluxo de dados; e uma abordagem por classes de serviço, onde os fluxos são agregados num número reduzido de classes de serviço, de acordo com os requisitos das aplicações, e os pacotes de dados são condicionados na rede IP, de acordo com a classe a que pertencem. Esta dissertação propõe uma estratégia de encaminhamento por classes de serviço, com mecanismos de diferenciação nos encaminhadores da rede. Divide-se em dois componentes: um modelo de diferenciação baseado no funcionamento do DiffServ, ao nível dos encaminhadores; e um protocolo de encaminhamento unicast por classes de serviço, que resulta de uma extensão ao protocolo OSPF. Os pacotes de dados são marcados numa das classes de serviço, e tratados pelos encaminhadores da rede de acordo com a classe a que pertencem. O protocolo de encaminhamento, por sua vez, passa a incluir nas tabelas de encaminhamento os caminhos mais curtos baseados em métricas relacionadas com os requisitos das classes de serviço, sendo os pacotes de dados encaminhados pelo melhor caminho percecionado pela classe de serviço a que pertencem. A estratégia foi implementada e testada usando o simulador de redes Network Simulator 3. O modelo de encaminhamento proposto foi alvo de comparação com outros modelos de encaminhamento e, mesmo numa situação de excesso de carga de tráfego com QoS a circular na rede, o modelo apresenta-se como uma solução eficiente para otimizar o desempenho das classes de serviço com requisitos de QoS, sem prejudicar o desempenho da classe Best Effort.

Currently we have seen an exponential growth in the number of applications that emerge to serve the needs of the Internet users. Applications are increasingly advanced and more demanding in terms of quality of service requirements. However, the resources and mechanisms provided by IP Network are not yet prepared to meet these new requirements. In attempt of solving this problematic, emerged two approaches of routing with quality of service, a per-flow approach, where routes are calculated on demand and network resources are reserved along a path from source to destination for each data flow; and an approach per-classe, where flows are aggregated into a small number of service classes, according to the requirements of the applications and data packets are conditioned in the IP Network in accordance with the class they belong to. This Thesis presents a multi-classe routing strategy, with differentiation mechanisms in network routers. It is divided into two components: a model of differentiation based on DiffServ, and a unicast multi-classe routing protocol, based in an extension of OSPF. On the network routers, data packets are marked on one of the classes of service, and conditioned in accordance with the markings. The routing protocol in turn, includes in the routing tables the shortest paths based on metrics related to the requirements of classes of service, and data packets are forwarded by the best path according the class of service they belong. The strategy was implemented and tested using Network Simulator 3. The routing model proposed was compared with other routing models, and even in a situation of excess of QoS traffic on the network, the model presented, appears as an efficient solution to optimize the performance of QoS traffic, without significantly impair the performance of the Best Effort traffic.