Providing Soft Bandwidth Guarantees Using Elastic TCP-based Tunnels

The best-effort nature of the Internet poses a significant obstacle to the deployment of many applications that require guaranteed bandwidth. In this paper, we present a novel approach that enables two edge/border routers-which we call Internet Traffic Managers (ITM)-to use an adaptive number of TCP connections to set up a tunnel of desirable bandwidth between them. The number of TCP connections that comprise this tunnel is elastic in the sense that it increases/decreases in tandem with competing cross traffic to maintain a target bandwidth. An origin ITM would then schedule incoming packets from an application requiring guaranteed bandwidth over that elastic tunnel. Unlike many proposed solutions that aim to deliver soft QoS guarantees, our elastic-tunnel approach does not require any support from core routers (as with IntServ and DiffServ); it is scalable in the sense that core routers do not have to maintain per-flow state (as with IntServ); and it is readily deployable within a single ISP or across multiple ISPs. To evaluate our approach, we develop a flow-level control-theoretic model to study the transient behavior of established elastic TCP-based tunnels. The model captures the effect of cross-traffic connections on our bandwidth allocation policies. Through extensive simulations, we confirm the effectiveness of our approach in providing soft bandwidth guarantees. We also outline our kernel-level ITM prototype implementation.

Análise comparativa de desempenho de redes IP e ATM com tráfego multimídia interativo

A década de 80 é um marco para a área de comunicação de dados. Muitos estudos, pesquisas e especificações foram iniciados para permitir a integração de sistemas de comunicação para voz, vídeo e dados. Desde essa década, os cientistas procuram investir na Internet, que é um dos mais importantes e populares meios de transmissão de informações no mundo, para acomodar aplicações que permitam enviar imagens e sons por esta imensa rede de comunicação. Também nessa década, no final, o International Telecommunications Union – Telecommunication (ITU-T), especificou a tecnologia ATM, cujas pesquisas vinham ocorrendo desde o seu início. O serviço de rede tradicional na Internet é transmissão de datagramas ´besteffort ´, conforme será visto neste trabalho. Neste serviço, os pacotes da origem são enviados para o destino, sem garantia de entrega. Para aquelas aplicações que requerem garantia de entrega, o protocolo TCP (equivalente à camada 4 do RM-OSI) se encarregará da retransmissão dos pacotes que falharam ao atingir o destino para então se conseguir uma recepção correta. Para aplicações de comunicação tradicionais, como FTP e Telnet, em que uma entrega correta é mais importante que a perda de tempo da retransmissão, este serviço é satisfatório. Entretanto, uma nova classe de aplicações, as quais usam mídias múltiplas (voz, som e dados), começam a aparecer na Internet. Exemplos desta classe de aplicação são: vídeo teleconferência, vídeo sob demanda e simulação distribuída. Operações de modo tradicional para estas aplicações resultam em redução da qualidade da informação recebida e, potencialmente, ineficiência do uso da largura de banda. Para remediar este problema é desenvolvido um ambiente de serviço para tempo real, no qual múltiplas classes de serviços são oferecidas. Este ambiente estende o modelo de serviços existentes para ir ao encontro das necessidades das aplicações multimídia com obrigatoriedade de tempo real, porém esta não é uma meta muito fácil. Contudo, a comunidade pesquisadora tem conseguido desenvolver alguns mecanismos que vão pouco a pouco permitindo que este objetivo se transforme em realidade. O ATM é uma tecnologia que provê dutos de alta velocidade para a transferência de qualquer tipo de informação em pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados células. A idéia básica é estabelecer entre dois pontos que desejam se comunicar um circuito virtual que é mantido pelos comutadores de células para levar a informação de um lado a outro. A característica marcante do ATM é a Qualidade de Servico – QoS, que garante o desempenho predefinido que determinado serviço necessita. Isso permite suportar aplicações de tempo real que são sensíveis ao atraso. O atendimento à diversidade de características de tráfego e exigências distintas de grandes quantidades de serviços é possível pelo ATM graças ao controle de tráfego reunido à capacidade de multiplexação estatística do meio em altas taxas de transmissão. O objetivo principal desta dissertação é elaborar uma comparação quantitativa e qualitativa do funcionamento de aplicações multimídia sobre IP com RSVP - Protocolo desenvolvido para realizar reservas de recursos integrante da arquitetura de Serviços Integrados (IntServ) proposta pelo IETF para oferecer qualidade de serviço para aplicações tais como aplicações multimídia. Essa proposta também inclui duas classes de serviços, sendo que nessa dissertação, o serviço de carga controlada é que está sendo utilizado. Isso deve-se a implementação dos módulos apresentados em [GRE 2001] e que foram utilizados na realização desse trabalho - e sobre ATM. A proposta final é a elaboração de uma técnica de análise baseado nas principais métricas de desempenho em redes que deve permitir uma melhor visualização do comportamento das tecnologias sob determinadas cargas de tráfego, permitindo assim uma tomada de decisão entre qual das tecnologias que deverá ser adotada em um dado momento, em uma dada situação, ou seja, a indicação do ponto de quebra tecnológica na situação modelada. Para que fosse possível fazer esta comparação, foi necessário dividir-se este trabalho em 3 grandes etapas, que são: • Estudo e desenvolvimento da técnica para análise do elemento carga de tráfego na tecnologia ATM; • Estudo e desenvolvimento da técnica para análise do elemento carga de tráfego na tecnologia IP com RSVP; • Comparativo quantitativo e qualitativo dos estudos acima.

Apresentação multimédia com garantias de qualidade de serviço: QoSMedEval (Quality of Service Media Evaluation Tool)

Orientador: Paulo Nazareno Maia Sampaio

VoIP Traffic Shaping Analyses in Metropolitan Area Networks

This paper represents VoIP shaping analyses in devices that apply the three Quality of Service techniques – IntServ, DiffServ and RSVP. The results show queue management and packet stream shaping based on simulation of the three mostly demanded services – VoIP, LAN emulation and transaction exchange. Special attention is paid to the VoIP as the most demanding service for real time communication.

Quality of Service System Approximation in IP Networks

This paper is sponsored by the Ministry of Education and Research of the Republic of Bulgaria in the framework of project No 105 “Multimedia Packet Switching Networks Planning with Quality of Service and Traffic Management”.

Introduccion - Simulando con OMNET: selección de la herramienta y su utilización

La diferenciación y el soporte en calidad de servicio es utilizada en muchas arquitecturas de red, técnicas y frameworks, tales como IP, con los esquemas de DiffServ e IntServ, redes NGN, GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) y redes ópticas, entre otras. Actualmente, la calidad de servicio no es solo una cuestión técnica, sino que se ha convertido en un producto que puede ser visto desde numerosas perspectivas, en las que los clientes, cada día, demandan más servicios, de mayor calidad. Por lo tanto, los proveedores deben mejorar sus implementaciones para permanecer en este reñido mercado (Piotr, Stankiewicz, Cholda, & Jajszczyk, 2011). En este contexto, las redes actuales deben garantizar la calidad en los servicios sin importar el incremento paulatino de usuarios y dispositivos de interconectividad. La mejor manera de hacerlo no es necesariamente invirtiendo en la infraestructura más moderna que soporte técnicas para este fin. Existen mecanismos que se pueden aplicar sobre infraestructuras de red actuales, las cuales ayudan a manejar el tráfico de manera adecuada, de tal manera que los parámetros de calidad de servicio se mantengan dentro de los límites permisibles establecidos por la Recomendación Y.1541 (UIT, 2011a).