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Tutorial de vídeo – O objetivo da QoS
Clique em Executar para obter uma breve explicação do propósito da QoS.
Priorizando o tráfego
No vídeo anterior, você aprendeu sobre o objetivo da Qualidade de Serviço (QoS). QoS é um requisito cada vez maior das redes hoje. Novos aplicativos, como transmissões de voz e vídeo ao vivo, criam maiores expectativas de entrega de qualidade entre os usuários.
O congestionamento ocorre quando várias linhas de comunicação se agregam em um único dispositivo, como um roteador, e muitos desses dados são colocados em apenas algumas interfaces de saída ou em uma interface mais lenta. O congestionamento também pode ocorrer quando grandes pacotes de dados impedem que pacotes menores sejam transmitidos em tempo hábil.
Quando o volume de tráfego é maior do que o que pode ser transportado pela rede, os dispositivos enfileiram (retêm) os pacotes na memória até que os recursos se tornem disponíveis para transmiti-los. O enfileiramento de pacotes causa atraso porque novos pacotes não podem ser transmitidos até que os pacotes anteriores tenham sido processados. Se o número de pacotes a serem enfileirados continuar a aumentar, a memória do dispositivo ficará cheia e os pacotes serão descartados. Uma técnica de QoS que pode ajudar com esse problema é classificar os dados em várias filas, conforme mostrado na figura.
Nota: Um dispositivo implementa QoS apenas quando está passando por algum tipo de congestionamento.
Usando filas para comunicações prioritárias
Largura de banda, congestionamento, atraso e tremulação
A largura de banda da rede é medida pelo número de bits que podem ser transmitidos em um único segundo ou bits por segundo (bps). Por exemplo, um dispositivo de rede pode ser descrito como tendo a capacidade de funcionar a 10 gigabits por segundo (Gbps).
O congestionamento da rede causa atrasos. Uma interface sofre congestionamento quando é apresentada com mais tráfego do que pode suportar. Os pontos de congestionamento da rede são candidatos ideais para mecanismos de QoS. A figura mostra três exemplos de pontos de congestionamento típicos.
Exemplos de pontos de congestionamento
Atraso ou latência refere-se ao tempo que leva para um pacote viajar da origem ao destino. Dois tipos de atrasos são fixos e variáveis. Um atraso fixo é uma quantidade específica de tempo que um processo específico leva, como quanto tempo leva para ocorrer um bit no meio de transmissão. Um atraso variável leva uma quantidade de tempo não especificada e é afetado por fatores como a quantidade de tráfego que está sendo processada.
As fontes de atraso estão resumidas na tabela.
Fontes de Atraso
| Atraso | Descrição |
|---|---|
| Atraso de código | A quantidade fixa de tempo necessária para compactar os dados na origem antes de transmitir para o primeiro dispositivo de internetworking, geralmente um switch. |
| Atraso de empacotamento | O tempo fixo que leva para encapsular um pacote com todas as informações de cabeçalho necessárias. |
| Atraso na fila | A quantidade variável de tempo que um quadro ou pacote espera para ser transmitido no link. |
| Atraso de serialização | A quantidade fixa de tempo que leva para transmitir um quadro na rede. |
| Atraso de propagação | A quantidade variável de tempo que o quadro leva para viajar entre a origem e o destino. |
| Atraso de compensação de jitter | A quantidade fixa de tempo necessária para armazenar um fluxo de pacotes em buffer e enviá-los em intervalos uniformemente espaçados. |
Jitter é a variação no atraso dos pacotes recebidos. No lado de envio, os pacotes são enviados em um fluxo contínuo com os pacotes espaçados igualmente. Devido ao congestionamento da rede, enfileiramento impróprio ou erros de configuração, o atraso entre cada pacote pode variar em vez de permanecer constante. Tanto o atraso quanto o jitter precisam ser controlados e minimizados para dar suporte ao tráfego em tempo real e interativo.
Perda de Pacote
Sem nenhum mecanismo de QoS implementado, os pacotes são processados na ordem em que são recebidos. Quando ocorre congestionamento, os dispositivos de rede, como roteadores e switches, podem descartar pacotes. Isso significa que os pacotes sensíveis ao tempo, como vídeo e voz em tempo real, serão descartados com a mesma frequência que os dados que não são sensíveis ao tempo, como e-mail e navegação na web.
Quando um roteador recebe um fluxo de áudio digital Real-Time Protocol (RTP) para Voice over IP (VoIP), ele deve compensar o jitter encontrado. O mecanismo que controla essa função é o buffer de atraso de playout. O buffer de atraso de playout deve armazenar esses pacotes e, em seguida, reproduzi-los em um fluxo contínuo, conforme mostrado na figura. Os pacotes digitais são posteriormente convertidos de volta para um fluxo de áudio analógico.
Buffer de atraso de playout compensa jitter
Se o jitter for tão grande que faça com que os pacotes sejam recebidos fora do intervalo desse buffer, os pacotes fora do intervalo são descartados e os dropouts são ouvidos no áudio, conforme mostrado na figura.
Pacote descartado devido a tremulação excessiva
Para perdas tão pequenas quanto um pacote, o processador de sinal digital (DSP) interpola o que ele pensa que o áudio deveria ser e nenhum problema é audível para o usuário. No entanto, quando o jitter excede o que o DSP pode fazer para compensar os pacotes ausentes, são ouvidos problemas de áudio.
A perda de pacotes é uma causa muito comum de problemas de qualidade de voz em uma rede IP. Em uma rede projetada adequadamente, a perda de pacotes deve ser próxima a zero. Os codecs de voz usados pelo DSP podem tolerar algum grau de perda de pacotes sem um efeito dramático na qualidade da voz. Os engenheiros de rede usam mecanismos de QoS para classificar os pacotes de voz para perda zero de pacotes. A largura de banda é garantida para as chamadas de voz dando prioridade ao tráfego de voz sobre o tráfego que não é sensível a atrasos.
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