Vazão nas redes de computadores

Além do atraso e da perda de pacotes, outra medida de desempenho importante em redes de computadores é a vazão fim a fim. Para definir vazão, considere a transferência de um arquivo grande do Hospedeiro A para o Hospedeiro B através de uma rede de computadores. Essa transferência pode ser, por exemplo, um clipe extenso de um parceiro para outro por meio do sistema de compartilhamento P2P. A vazão instantânea a qualquer momento é a taxa (em bits/s) em que o Hospedeiro B está recebendo o arquivo. (Muitos aplicativos, incluindo muitos sistemas de compartilhamento P2P, exibem a vazão instantânea durante os downloads na interface do usuário — talvez você já tenha observado isso!) Se o arquivo consistir em F bits e a transferência levar T segundos para o Hospedeiro B receber todos os F bits, então a vazão média da transferência do arquivo é F/T bits/s. Para algumas aplicações, como a telefonia via Internet, é desejável ter um atraso baixo e uma vazão instantânea acima de algum limiar (por exemplo, superior a 24 kbps para telefonia via Internet, e superior a 256 kbps para alguns aplicativos de vídeo em tempo real). Para outras aplicações, incluindo as de transferência de arquivo, o atraso não é importante, mas é recomendado ter a vazão mais alta possível.

Para obter uma visão mais detalhada, vamos analisar alguns exemplos. A Figura 1.19 (a) mostra dois sistemas finais, um servidor e um cliente, conectados por dois enlaces de comunicação e um roteador. Considere a vazão para uma transferência de arquivo do servidor para o cliente. Suponha que Rs seja a taxa do enlace entre o roteador e o cliente; e Rc seja a taxa do enlace entre o roteador e o cliente. Imagine que os únicos bits enviados na rede inteira sejam os do servidor para o cliente. Agora vem a pergunta, neste cenário ideal, qual é a vazão servidor-para-cliente? Para responder a ela, pense nos bits como um líquido e nos enlaces de comunicação como canos. Evidentemente, o servidor não pode enviar os bits através de seu enlace a uma taxa mais rápida do que Rs bps; e o roteador não pode encaminhar os bits a uma taxa mais rápida do que Rc bps. Se Rs < Rc , então os bits enviados pelo servidor irão “correr” diretamente pelo roteador e chegar no cliente a uma taxa de Rs bps. Se, por outro lado, Rc < Rs , então o roteador não poderá encaminhar os bits tão rapidamente quanto ele os recebe. Neste caso, os bits somente deixarão o roteador a uma taxa Rc , dando uma vazão fim a fim de Rc . (Observe também que se os bits continuarem a chegar no roteador a uma taxa Rs , e continuarem a deixar o roteador a uma taxa Rc , o acúmulo de bits no roteador esperando para transmissão ao cliente só aumentará — uma situação, na maioria das vezes, indesejável!) Assim, para essa rede simples de dois enlaces, a vazão é mín {Rc , Rs }, ou seja, é a taxa de transmissão do enlace de gargalo. Após determinar a vazão, agora podemos aproximar o tempo que leva para transferir um arquivo grande de F bits do servidor ao cliente como F/mín {Rs, Rc ,}. Para um exemplo específico, suponha que você está fazendo o download de um arquivo MP3 de F = 32 milhões de bits, o servidor tem uma taxa de transmissão de Rs = 2 Mbps, e você tem um enlace de acesso de Rc = 1 Mbps. O tempo necessário para transferir o arquivo é, então, 32 segundos. Naturalmente essas expressões para tempo de vazão e de transferência são apenas aproximações, já que elas não contabilizam assuntos relacionados a protocolos e pacotes. 

A Figura 1.19 (b) agora mostra uma rede com N enlaces entre o servidor e o cliente, com as taxas de transmissão de N enlaces sendo R1 , R2 , ..., RN. Aplicando a mesma análise da rede de dois enlaces, descobrimos que a vazão para uma transferência de arquivo do servidor ao cliente é mín {R1 , R2 , ..., RN}, a qual é novamente a taxa de transmissão do enlace de gargalo ao longo do caminho entre o servidor e o cliente.

Agora considere outro exemplo motivado pela Internet de hoje. A Figura 1.20 (a) mostra dois sistemas finais, um servidor e um cliente, conectados a uma rede de computadores. Considere a vazão para uma transferência de arquivo do servidor ao cliente. O servidor está conectado à rede com um enlace de acesso de taxa Rs e o cliente está conectado à rede com um enlace de acesso de Rc . Agora suponha que todos os enlaces no núcleo da rede de comunicação tenham taxas altas de transmissão, muito maiores do que Rs e Rc . Realmente, hoje, o núcleo da Internet está superabastecido com enlaces de alta velocidade que sofrem pouco congestionamento [Akella, 2003]. Suponha, também, que os únicos bits que estão sendo enviados em toda a rede sejam os do servidor para o cliente. Como o núcleo da rede de computadores é como um cano largo neste exemplo, a taxa a qual os bits correm da origem ao lugar de destino é novamente o mínimo de Rs e Rc , ou seja, vazão = mín {Rs , Rc }. Portanto, o fator coercitivo para vazão na Internet de hoje é, normalmente, o acesso à rede. 

Para um exemplo final, considere a Figura 1.20 (b) na qual existem 10 servidores e 10 clientes conectados ao núcleo da rede de computadores. Neste exemplo, 10 downloads simultâneos estão sendo realizados, envolvendo 10 pares de clientes-servidores. Suponha que esses 10 downloads sejam o único tráfego na rede no momento presente. Como mostrado na figura, há um enlace no núcleo que é atravessado por todos os 10 downloads. Considere R a taxa de transmissão desse enlace. Suponha que todos os enlaces de acesso do servidor possuem a mesma taxa Rs , todos os enlaces de acesso do cliente possuem a mesma taxa Rc e a taxa de transmissão de todos os enlaces no núcleo — com exceção de um enlace comum de taxa R — sejam muito maiores do que Rs , Rc e R. Agora perguntamos, quais são as vazões dos downloads? Evidentemente, se a taxa do enlace comum, R, é grande — digamos que cem vezes maior do que Rs , Rc — então a vazão para cada download será novamente mín {Rs , Rc }. Mas e se a taxa do enlace comum for da mesma ordem que Rs e Rc ? Qual será a vazão neste caso? Vamos observar um exemplo específico. Suponha que Rs = 2 Mbps, Rc = 1 Mbps, R = 5 Mbps, e o enlace comum divide sua taxa de transmissão igualmente entre 10 downloads. Então, o gargalo para cada download não se encontra mais na rede de acesso, mas é o enlace compartilhado no núcleo, que somente fornece para cada download 500 kbps de vazão. Deste modo, a vazão fim a fim para cada download é agora reduzida a 500 kbps. 

 Os exemplos na Figura 1.19 e Figura 1.20 (a) mostram que a vazão depende das taxas de transmissão dos enlaces sobre as quais os dados correm. Vimos que quando não há tráfego interveniente, a vazão pode simplesmente ser aproximada como a taxa de transmissão mínima ao longo do caminho entre a origem e o local de destino. O exemplo na Figura 1.20 (b) mostra que, de maneira geral, a vazão depende não somente das taxas de transmissão dos enlaces ao longo do caminho, mas também do tráfego interveniente. Em especial, um enlace com uma alta taxa de transmissão pode, todavia, ser o enlace de gargalo para uma transferência de arquivo, caso muitos outros fluxos de dados estejam também passando por aquele enlace. Analisaremos mais detalhadamente vazão em redes de computadores nos exercícios de fixação e nos capítulos subsequentes.

Fonte: Redes de Computadores e a Internet "Uma abordagem Top-Down"
Capítulo: 1.4.4

ATIVIDADE DE FIXAÇÃO