Técnicas de Restrição de Banda: Policing x Shaping

Olá Pessoal.

Esse é o primeiro post de 2013, então nada mais interessante do que fazer uma "conexão" com o último post de 2012 que tratava da utilização de técnicas de policing (policiamento) na restrição de banda.

No post anterior utilizamos uma técnica de Class-Based Policing para limitar a taxa do tráfego de saída de uma interface para um determinado usuário. Para fazê-lo foi escrita a seguinte configuração:

01. R1(config)# ip access-list extended Host-Chupim

02. R1(config-ext-nacl)# permit ip any host 192.168.0.109

03. R1(config-ext-nacl)# permit ip host 192.168.0.109 any

04. R1(config-ext-nacl)# exit
05. R1(config)#class-map match-all Chupim
06. R1(config-cmap)#match access-group name Host-Chupim
07. R1(config-cmap)#exit
08. R1(config)#policy-map QoS  
09. R1(config-pmap)#class Chupim
10. R1(config-pmap-c)#police rate 128000 bps
11. R1(config-pmap-c-police)# end
12. R1# configure terminal  
13. R1(config)# int f0/0
14. R1(config-if)# service-policy output QoS

Não vou gastar palavras explicando o significado de cada linha, já que basta observar o post de 29/12/2012 (Policy-Map na Restrição da Taxa de Tráfego) para encontrar os detalhes do cenário. Nós poderíamos ter obtido o "mesmo" resultado utilizando uma técnica comum de QoS denominada Class-Based Shaping. O processo de configuração do shaping é muito similar ao policing, como pode ser visto abaixo. Reparem que a única diferença está na linha destacada em cada configuração.

01. R1(config)# ip access-list extended Host-Chupim

02. R1(config-ext-nacl)# permit ip any host 192.168.0.109

03. R1(config-ext-nacl)# permit ip host 192.168.0.109 any

04. R1(config-ext-nacl)# exit
05. R1(config)#class-map match-all Chupim
06. R1(config-cmap)#match access-group name Host-Chupim
07. R1(config-cmap)#exit
08. R1(config)#policy-map QoS  
09. R1(config-pmap)#class Chupim
10. R1(config-pmap-c)#shape average 128000
11. R1(config-pmap-c-police)# end
12. R1# configure terminal  
13. R1(config)# int f0/0
14. R1(config-if)# service-policy output QoS

Apesar da configuração ser realmente muito similar e o resultado obtido ser aparentemente o mesmo (a princípio), existe uma diferença importante entre esses dois métodos de restrição de banda (policing x shaping) que pode influenciar no desempenho de redes maiores que possuem um fluxo constante de dados. 

A técnica de policing é agressiva no sentido de que TODO tráfego que exceder o limite configurado no comando "police rate X bps" será sumariamente DESCARTADO. Essa técnica pode ser configurada para remarcar os pacotes com menor prioridade, mas a ação padrão é descartar!

Por outro lado, a técnica de shaping é mais elegante e internamente mais complexa para o roteador. O shaping consome mais processamento e memória do equipamento porque todo tráfego de exceder o limite configurado no comando "shape average X" será direcionado para uma fila local (memória) e depois de um intervalo de tempo será feita uma nova tentativa de encaminhamento dos pacotes enfileirados. 

Em redes cujo tráfego oscila bastante entre momentos de pico e outros de pouco consumo de banda, esse método é interessante porque evita o descarte desnecessário dos pacotes, mantendo as aplicações mais estáveis e o comportamento da rede mais suave para o usuário. O gráfico abaixo foi retirado da própria página da Cisco e ilustra muito bem o comportamento da rede através das duas técnicas.

Nos gráficos à esquerda temos a demanda de tráfego que supera o limite imposto. Nos gráficos à direita é possível observar claramente o comportamento REAL do tráfego através de cada uma das técnicas. Através do policing, o tráfego oscila bastante porque nos momentos de pico o usuário fica restrito à banda configurada e em momentos de menor uso a banda remanescente fica ociosa.

Por outro lado, através do shaping o tráfego normalmente fica estável no pico configurado. Isso acontece porque todo o tráfego excessivo ao limite imposto é enfileirado e de tempo em tempo (nos momentos de menor uso da rede) esses pacotes são enviados, consumindo a banda remanescente. Isso é bem interessante, no entanto é importante notar que duas desvantagens desse método são: (i) há um aumento na latência dos pacotes excessivos em virtude da espera na fila e (ii) o equipamento irá consumir mais memória e processamento para gerenciar a fila.

De maneira simples e objetiva, é isso! A diferença entre os métodos está compreendida? Bom, então qual dessas técnicas é a melhor e portanto deve ser utilizada? A respota é: AS DUAS!!! Não existe uma melhor do que a outra, já que cada uma tem sua aplicação específica.

Se no seu ambiente existe uma política impositiva de que o tráfego de uma aplicação ou usuário em uma interface NÃO DEVE EXCEDER um limite X de banda, então a técnica de policing é a ideal. Por outro lado, se no seu ambiente você está passando por alguns momentos de pico na rede e seu objetivo é melhorar o desempenho das aplicações, então a técnica de shaping deve ser ideal para você.

Por fim, tenha em mente aquilo que eu sempre falo em aula para os meus alunos: NENHUMA TÉCNICA DE QoS É SOLUÇÃO MÁGICA PARA REDES SUB-DIMENSIONADAS. Ou seja, se sua rede gera 2X de tráfego e sua infraestrutura está dimensionada para atender apenas X, então em algum momento você terá problemas! O QoS é ideal para priorizar aquelas aplicações mais importantes (como voz) e mesmo para melhorar o desempenho de redes cujo tráfego oscila, no entanto não faz milagre!!! É isso... Espero que tenham gostado do primeiro post do ano.

Abraço.

Samuel.