Porquê o DPI: Políticas de tráfego sensíveis às aplicações e visibilidade

Resumo. A Inspeção Profunda de Pacotes (DPI) do BQN alarga a gestão da largura de banda para além dos limites de assinantes e de caudal, identificando as aplicações que geram tráfego. Esta capacidade de reconhecimento de aplicações permite que os operadores definam políticas para categorias específicas de aplicações, meçam a forma como as aplicações são utilizadas e avaliem o seu desempenho ao longo do tempo. As políticas baseadas na DPI não substituem as funções de controlo automático do BQN. Em vez disso, complementam a Gestão Automática de Congestionamento (ACM) do BQN, que deteta e atenua o congestionamento a partir de sinais ao nível do assinante, e a Gestão Ativa de Filas (AQM) do BQN, que impõe limites através de um sistema avançado de enfileiramento por fluxo. Em conjunto, a DPI, a ACM e a AQM proporcionam às operadoras tanto proteção automática da Qualidade da Experiência (QoE) como um controlo intencional sensível às aplicações.

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Por que razão o conhecimento das aplicações é importante

O controlo da largura de banda ao nível do assinante responde à pergunta «quanto tráfego deve este utilizador ou grupo receber?». A DPI acrescenta uma segunda dimensão: «que tipo de tráfego está a utilizar essa capacidade?». Esta distinção é importante porque as aplicações têm diferentes sensibilidades em termos de QoE. Uma atualização de software, uma transmissão de vídeo, um cópia de segurança na nuvem, uma sessão de jogo e uma videoconferência podem todas consumir capacidade, mas não reagem ao atraso, à perda ou à modulação temporária da mesma forma.

O BQN utiliza perfis DPI para identificar fluxos cujo domínio DPI corresponda a assinaturas de aplicações predefinidas ou personalizadas. Estas assinaturas predefinidas incluem aplicações populares, tais como teleconferências, os principais serviços de streaming de vídeo e atualizações de software comuns. Assim que o tráfego é classificado, o sistema de políticas pode aplicar diferentes políticas de fluxo a diferentes aplicações, continuando a operar no âmbito dos controlos ao nível do assinante, do grupo ou da rede.

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O DPI como seletor de políticas de aplicações

As políticas do BQN são selecionadas através de regras que combinam perfis com políticas. Os perfis classificam o tráfego; as políticas definem a ação. A DPI torna-se, assim, um seletor para decisões baseadas nas aplicações. Uma regra pode corresponder ao tráfego proveniente de um grupo de assinantes, intervalo de tempo, rede de acesso ou interface e, posteriormente, corresponder à assinatura da aplicação através de um perfil DPI. Isto torna o controlo de tráfego baseado em aplicações suficientemente preciso para ser útil, sem transformar a rede num conjunto de listas de acesso estáticas dos routers.

Existem três modelos de política que abrangem a maioria das implementações:

• Priorização de aplicações: atribuir uma prioridade relativa mais elevada às aplicações sensíveis à latência, tais como teleconferências, quando um assinante ou grupo atinge um limite. Esta priorização vem somar-se à priorização automática fornecida pelo elemento AQM, reforçando-a.
• Moderação de aplicações: reduzir a velocidade das categorias pesadas ou não interativas durante os períodos de pico, em vez de aplicar uma penalização uniforme a todo o tráfego.
• Precisão da medição do plano tarifário: identificar os testes de velocidade de forma a que o resultado reflita a velocidade contratada e não a capacidade que sobre no resto da casa, tal como descrito abaixo.

Os testes de velocidade são um bom exemplo da importância de identificar a aplicação, não só do ponto de vista técnico, mas também comercial. Quando um assinante realiza um teste, interpreta o valor apresentado como a velocidade do seu plano — mas o teste compete com todas as outras atividades em curso na casa naquele momento; por isso, uma família que esteja a ver vídeo em streaming, a fazer uma cópia de segurança na nuvem ou a descarregar uma atualização para uma consola irá obter um resultado muito abaixo da velocidade contratada, mesmo que a rede de acesso esteja a fornecer exatamente o que foi vendido. O assinante conclui que não está a receber o que o seu plano promete e abre um ticket, e a equipa de apoio passa tempo a provar o contrário. Como o DPI reconhece os principais serviços de teste de velocidade pela assinatura, em vez de pelo endereço do servidor, o BQN pode tratar esses fluxos como uma aplicação distinta e atribuir ao teste a quota total do assinante durante o seu curto período de duração, permitindo que o tráfego em segundo plano simultâneo tenha prioridade enquanto o teste decorre. A medição reflete então o limite do plano, em vez do plano menos tudo o que a casa por acaso estivesse a fazer, o que elimina uma categoria recorrente e totalmente evitável de pedidos de assistência.

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Dados relativos à utilização e ao desempenho das aplicações

O DPI também transforma o BQN numa plataforma de visibilidade de aplicações. Com o BQN, os operadores podem ver quais as aplicações que estão a ser executadas na rede e qual o seu desempenho, até ao nível de grupos individuais de assinantes e do tráfego em tempo real de um único assinante. Estes dados têm valor operacional direto. As equipas de apoio podem determinar se uma reclamação está relacionada com uma aplicação específica, um problema de acesso de um assinante ou um segmento de rede congestionado. As equipas de engenharia podem detetar se a pressão sobre a capacidade nas horas de ponta é causada por um pequeno número de categorias que consomem muitos recursos ou por uma procura generalizada por parte dos assinantes. As equipas de produto podem compreender a composição das aplicações e conceber políticas que protejam a qualidade da experiência do utilizador (QoE) interativa sem suprimir desnecessariamente o tráfego útil.

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Como o DPI complementa o ACM e o AQM

O ACM e o AQM são mecanismos de controlo automático. O ACM deteta o congestionamento observando a velocidade, a latência e o comportamento de perda dos assinantes e, em seguida, mitiga a situação quando esta surge. O AQM impõe limites através do enfileiramento por fluxo, de modo a que um fluxo intenso não provoque um atraso excessivo nos outros fluxos. As políticas baseadas em DPI incorporam a intenção do operador. Respondem a questões para as quais o ACM e o AQM não foram concebidos, tais como quais as categorias de aplicações que devem receber prioridade durante uma hora de pico e quais as categorias de elevado volume que devem ser moderadas.

A relação é, portanto, complementar. O ACM identifica o ponto real de congestionamento e ajusta a taxa de funcionamento. O AQM mantém as filas curtas e os fluxos isolados no limite imposto. O DPI determina como as aplicações devem ser tratadas dentro desse ambiente controlado. Por exemplo, quando um grupo de assinantes atinge um limite de velocidade durante o horário de pico, o AQM evita grandes filas partilhadas, o ACM deteta se o congestionamento continua a ser prejudicial e as políticas do DPI podem dar prioridade às aplicações em tempo real em detrimento das atualizações em segundo plano ou de outro tráfego elástico.

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Princípios de conceção para políticas baseadas no DPI

• Utilize o DPI para expressar a intenção, não para substituir o controlo automático. Deixe que o ACM e o AQM tratem dos mecanismos de gestão do congestionamento; utilize o DPI para decidir quais as classes de aplicações que merecem um tratamento especial.
• Aplicar o âmbito das horas de ponta. Combinar os perfis de DPI e de tempo, de modo a que as políticas sejam ativadas quando a capacidade for escassa.
• Valide com base nas métricas da aplicação. Verifique as velocidades, as latências, as retransmissões e as tendências de utilização da aplicação antes e depois das alterações às políticas.
• Trabalhe por grupo de assinantes. Utilize os grupos de assinantes para definir políticas específicas para o segmento em questão.

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DPI vs. ASN para identificação de aplicações

Uma alternativa mais simples ao DPI consiste em classificar o tráfego com base nos intervalos de IP ou no Número do Sistema Autónomo (ASN) de onde provém. Essa abordagem é económica, mas identifica a entidade que opera os servidores, e não o serviço que o assinante está efetivamente a utilizar. Os grandes fornecedores de conteúdos disponibilizam muitos serviços distintos a partir do mesmo ASN e, frequentemente, a partir dos mesmos intervalos de endereços, pelo que uma regra baseada no ASN não consegue separá-los. A Netflix é o exemplo mais claro: o streaming de vídeo e o teste de velocidade fast.com são ambos operados pela Netflix e aparecem no mesmo sistema autónomo, mas exigem um tratamento oposto — um stream de vídeo é elástico, é armazenado em buffer e é um candidato legítimo à moderação nas horas de pico, enquanto um teste de velocidade é um fluxo de medição curto cujo resultado o assinante interpreta como a velocidade do seu plano. Da mesma forma, a Google pode hospedar, no mesmo endereço IP, serviços tão diferentes como o streaming de vídeo do YouTube, o Google Drive e o Google Meet. Uma regra baseada no ASN identifica uma única origem e trata todos os serviços de forma idêntica; um perfil DPI identifica a assinatura do serviço e permite que a operadora modere o streaming, deixando o teste de velocidade inalterado.

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Conclusão

O BQN DPI acrescenta inteligência de aplicações ao ciclo de gestão da largura de banda. Permite aos operadores identificar aplicações, criar políticas baseadas em aplicações e medir a utilização e o desempenho das aplicações. O ACM e o AQM continuam a fornecer a base automática para a QoE: o ACM deteta e mitiga o congestionamento, enquanto o AQM gere as filas e o isolamento de fluxos. O DPI complementa-os ao adicionar a intenção das políticas e visibilidade, permitindo que as operadoras protejam serviços sensíveis à latência, moderem a procura elástica e compreendam quais as aplicações que estão, de facto, a gerar a carga da rede.