QoS — Qualidade de Serviço em Redes Cisco

O que é

QoS (Quality of Service) é um conjunto de mecanismos que permitem a um dispositivo de rede tratar pacotes de forma diferenciada. Em vez de encaminhar tudo na mesma fila sem distinção, o roteador ou switch identifica o tipo de tráfego, classifica sua importância e decide quem passa primeiro, quem espera e quem pode ser descartado em caso de congestionamento.

O conceito surgiu da necessidade de compartilhar a mesma infraestrutura IP entre aplicações com requisitos radicalmente diferentes: uma ligação VoIP exige que cada pacote de áudio chegue em tempo real, enquanto um backup noturno pode esperar vários segundos sem problema. Sem QoS, ambos competem igualmente pela banda — e a ligação de voz paga o preço.

Como funciona

Por que QoS existe: os quatro inimigos do tráfego sensível

Quando a rede está congestionada e as filas enchem, pacotes excedentes são descartados — fenômeno chamado tail drop. O pior efeito do tail drop é a sincronização TCP global: todos os fluxos TCP reduzem a janela ao mesmo tempo, subcarregam a rede, depois aumentam juntos, congestionam novamente — um ciclo de ondas de subutilização e congestionamento.

Para evitar isso, usa-se RED (Random Early Detection): pacotes são descartados aleatoriamente antes de a fila encher, de forma que apenas alguns fluxos reduzam a taxa, sem sincronismo global. A versão aprimorada, WRED (Weighted RED), permite configurar qual classe de tráfego começa a ser descartada primeiro — tráfego de menor prioridade é eliminado mais cedo.

Classificação e Marcação

Para diferenciar o tratamento, o dispositivo precisa primeiro identificar o tipo de tráfego. Isso é feito por meio de:

• ACL — identifica tráfego por IP/porta de origem/destino
• NBAR — inspeção profunda de pacotes (DPI) até camada 7, útil para identificar aplicações que usam portas dinâmicas

Após classificar, o dispositivo marca o pacote inserindo um valor em campos específicos do cabeçalho:

CoS / PCP (Camada 2 — tag 802.1Q)

O campo PCP (Priority Code Point), também chamado CoS (Class of Service), tem 3 bits na tag 802.1Q. Funciona apenas em enlaces trunk ou em portas com Voice VLAN configurada.

Limitação importante: como depende da tag 802.1Q, o CoS não existe em enlaces WAN ou entre roteadores sem VLAN — nesses casos, usa-se marcação de camada 3.

IP Precedence (legado — 3 bits no byte TOS)

Predecessor do DSCP, com apenas 8 valores (0–7). IPP 5 = voz, IPP 4 = vídeo, IPP 0 = best effort. Presente em equipamentos mais antigos.

DSCP (Camada 3 — 6 bits no byte TOS)

O DSCP (Differentiated Services Code Point) usa 6 bits, dando 64 valores possíveis. É o padrão atual. Existem três conjuntos de marcações:

DF — Default Forwarding

• DSCP 0 (000000) — tráfego sem requisito especial

EF — Expedited Forwarding

• DSCP 46 (101110) — tráfego com baixíssimo delay, jitter e perda; tipicamente voz RTP

AF — Assured Forwarding

• 4 classes de prioridade (1–4, sendo 4 a mais alta) × 3 níveis de descarte (1–3, sendo 3 o maior risco de descarte)
• Notação: AFXY — X = classe, Y = descarte
• Fórmula de cálculo do valor decimal: 8X + 2Y

CS — Class Selector

• Compatibilidade retroativa com IPP: CSn = DSCP 8×n
• CS0=0, CS1=8, CS2=16, CS3=24, CS4=32, CS5=40, CS6=48, CS7=56

Resumo de marcações recomendadas (RFC 4954)

Trust Boundary (Fronteira de Confiança)

Define onde os roteadores e switches confiam nas marcações dos pacotes recebidos. Se o tráfego vem de fora da fronteira, o dispositivo ignora (ou sobrescreve) as marcações originais.

Prática recomendada para redes com IP phones:

• Confiar nas marcações do telefone IP — ele marca corretamente a voz como EF/CoS5
• Não confiar nas marcações do PC — usuários avançados poderiam marcar tráfego comum como EF para furar a fila

A fronteira de confiança é configurada na porta do switch onde o telefone está conectado.

Filas de Saída e Escalonamento

Quando o roteador recebe mais pacotes do que consegue encaminhar por uma interface, os pacotes vão para a fila daquela interface.

FIFO — Padrão; primeiro que entra, primeiro que sai. Sem diferenciação de prioridade.

CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing) — Múltiplas filas por classe de tráfego. Um escalonador round-robin ponderado garante a cada fila um percentual mínimo de banda mesmo durante congestionamento.

LLQ (Low Latency Queuing) — Acrescenta ao CBWFQ uma fila de prioridade estrita: enquanto houver pacotes nessa fila, o escalonador sempre a esgota antes de servir as demais. Ideal para voz e vídeo. Risco: pode "matar de fome" outras filas se houver excesso de tráfego prioritário — por isso é comum usar policing junto com LLQ.

Policing vs Shaping

Ambos limitam a taxa de tráfego, mas de maneiras diferentes:

Exemplo prático: Uma empresa de SP contrata 300 Mbps de um ISP, mas a interface física é de 1 Gbps. O ISP faz policing na entrada — todo tráfego acima de 300 Mbps é descartado. O roteador do cliente faz shaping na saída — bufferiza os pacotes que passariam de 300 Mbps para enviá-los de forma ordenada, evitando descarte no ISP.

PHB — Per-Hop Behavior

O QoS é configurado salto a salto (per-hop). Marcar um pacote com EF no roteador de borda de SP não garante que o próximo hop (roteador de outro ISP ou do cliente) vai tratá-lo com prioridade — cada dispositivo precisa ter sua própria política configurada. Por isso, acordos de nível de serviço (SLAs) entre ISPs incluem compromissos de PHB para que a marcação seja respeitada em todo o caminho.

Na prática

Cenário real: imagine o link WAN de uma filial em Campinas conectada à matriz em São Paulo via link de 50 Mbps contratado. Durante o horário de pico, colaboradores fazem backup de arquivos grandes via FTP ao mesmo tempo em que equipes de vendas realizam reuniões pelo Webex.

Sem QoS, o backup pode consumir 40 Mbps e deixar apenas 10 Mbps para as chamadas de vídeo — resultado: travamentos, áudio cortado e reuniões improdutivas.

Com QoS configurado no roteador da filial:

1. Tráfego Webex é identificado pelo NBAR e marcado como EF (voz) e AF41 (vídeo)
2. FTP é marcado como AF11 (baixa prioridade)
3. LLQ garante que EF saia imediatamente
4. CBWFQ reserva 20% da banda para AF41
5. FTP usa apenas o que sobrar

Comandos IOS (estrutura MQC — Modular QoS CLI):

! Passo 1: identificar o tráfego
class-map match-any VOZ_MAP
 match protocol rtp
class-map match-any VIDEO_MAP
 match protocol webex
class-map match-any FTP_MAP
 match protocol ftp

! Passo 2: definir ações
policy-map WAN_SAIDA
 class VOZ_MAP
  set ip dscp ef
  priority percent 20
 class VIDEO_MAP
  set ip dscp af41
  bandwidth percent 20
 class FTP_MAP
  set ip dscp af11
  bandwidth percent 5

! Passo 3: aplicar na interface
interface GigabitEthernet0/0
 service-policy output WAN_SAIDA

Por que cai no exame

O CCNA 200-301 cobra QoS no exam topic 4.7. Os pontos mais frequentes nas provas são:

1. Valores DSCP: EF = 46, DF = 0, fórmula AF (8X+2Y), CS = 8×n
2. Diferença policing × shaping — policing descarta, shaping bufferiza
3. LLQ × CBWFQ — LLQ tem fila de prioridade estrita, CBWFQ usa round-robin ponderado
4. WRED × RED — WRED descarta por classe (ponderado), RED descarta aleatoriamente sem distinção
5. Trust boundary — confiar em IP phone, não confiar em PC
6. Padrões de delay/jitter/loss para voz: 150 ms / 30 ms / 1%
7. TCP global synchronization — causada por tail drop, evitada por RED/WRED
8. PHB — QoS funciona hop a hop, não de ponta a ponta automaticamente

A prova não exige configuração, mas exige entendimento de conceitos, valores e comparações entre as técnicas.

Resumo em uma linha

QoS é o conjunto de ferramentas que garante que voz e vídeo não percam para o download do estagiário numa rede congestionada — usando classificação, marcação DSCP, filas priorizadas (LLQ/CBWFQ) e controle de taxa (policing/shaping) salto a salto.