PDF de programación - Modelos de Tráfico y Calidad de Servicio en Redes IP

IEEE ANDESCON 2004, Sesión Tutorial

13 de Agosto de 2004

Marco Aurelio Alzate Monroy

Universidad Distrital

SESION TUTORIAL Modelos de Tráfico y Calidad de Servicio en Redes IP Marco A. Alzate M.

Plan del Tutorial

1. Nivel de Desempeño y Calidad de Servicio: una

perspectiva histórica

2. Mecanismos de QoS

3. Arquitecturas de QoS

4. Componentes adicionales de QoS

5. Modelos de Tráfico

SESION TUTORIAL Modelos de Tráfico y Calidad de Servicio en Redes IP Marco A. Alzate M.

… Es muy conveniente, pero no necesario, tener conocimientos básicos
sobre tecnologías de redes de computadores y teoría de colas...

Plan del Tutorial

1. Nivel de Desempeño y Calidad de Servicio:

una perspectiva histórica

2. Mecanismos de QoS

3. Arquitecturas de QoS

4. Componentes adicionales de QoS

5. Modelos de Tráfico

SESION TUTORIAL Modelos de Tráfico y Calidad de Servicio en Redes IP Marco A. Alzate M.

1001011

•

•

•

•

•

¿Cuántas veces obtengo tono de ocupado al levantar el auricular?

¿Cuánto me demoro en transmitir un archivo de 100KB?

¿Cuánto ruido y distorsión hay en las señales de audio, voz y/o video que
recibo?

¿Cuál es el tiempo de respuesta de la red cuando consulto la página web de mi
universidad?

¿Cuánto tiempo permanecen ocupados los recursos de la red?

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El desempeño de la
red se refiere tanto a
la experiencia de los
usuarios como a la
utilización de los

recursos



(que son objetivos en conflicto)

1001011

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*

Cuando se asignan circuitos a conversaciones telefónicas se les garantiza un ancho de
banda, un retardo, una variación en el retardo y una tasa de errores adecuados. Sólo resta
satisfacer requerimientos de probabilidad de bloqueo. Si, en promedio, llegan  llamadas
por minuto a una central con N circuitos y cada llamada tarda, en promedio, 1/ minutos,
donde las llegadas forman un proceso Poisson, la probabilidad de bloqueo está dada por la
fórmula B de Erlang,



donde / es la Intensidad de Tráfico.



1

1 = /M
2 = /M
3 = /M
4 = /M
5 = /M
6 = /M
7 = /M
8 = /M
9 = /M
10 = /M
11 = /M

.
.
.


M = /M

M >> N

2

3

.
.
.


N-1

N

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NnnNBnNP0!!800900100011001200130014001500160010-1010-910-810-710-610-510-410-310-210-1100Probabilidad de bloqueo ErlangB para N=1000 circuitosFracción de llamadas bloqueadasIntensidad de tráfico, ro=lambda/mu *

Si, en promedio, llegan  paquetes por segundo a un multiplexor
estadístico donde la longitud de los paquetes y la capacidad del enlace de
salida son tales que, en promedio, cada paquete tarda 1/  segundos en ser
transmitido, las llegadas forman un proceso Poisson y los tiempos de
transmisión son independientes y están exponencialmente distribuidos, el
retardo promedio de cada paquete en el multiplexor está dado por el
modelo M/M/1,



1 = /M
2 = /M
3 = /M
4 = /M
5 = /M

.
.
.


M = /M



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1D00.10.20.30.40.50.60.70.80.91100101102Retardo normalizado, mu*DIntensidad de tráfico, ro = landa / mu • Las aplicaciones eran homogéneas: Todas requerían el

mismo nivel de desempeño

– Una determinada probabilidad de bloqueo para las llamadas de

voz

– Un determinado retardo promedio para los paquetes de datos



• Bastaba con diseñar la red para el nivel de desempeño

deseado



• Ese nivel de desempeño correspondía con la calidad de

servicio (QoS) ofrecida a todos los usuarios de la red

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• Opción 1: Utilizar una red diseñada para atender

llamadas de voz con una probabilidad de bloqueo dada

– ¿Establecer un circuito para cada paquete?

• Tiempo de establecimiento = 10 s

• Tiempo de transmisión = 10 ms

– ¿Establecer un circuito para cada flujo de paquetes?

• Factor de utilización ~ 1%

• Opción 2: Utilizar una red diseñada para atender paquetes

de datos con un retardo promedio dado

– Retardos excesivos

– Variaciones en el retardo

– Corrección de errores inútil

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N1 ranuras

para la clase 1

(bloqueo)

N2 ranuras

para la clase 2

(retardo)

N1 ranuras

para la clase 1

(bloqueo)

N2 ranuras

para la clase 2

(retardo)

Trama 1
N ranuras

Trama 2
N ranuras

1, 1

2, 2

C
o
n
t
r
o
l
a
d
o
r

1

2

3

.
.
.


N-1

N

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0246810100101Retardo promedio de paquetes de datos, mu2*D, con N=10, N1=8ro2ro1=0 ro1=3 ro1=7 ro1=Inf110111!!NnnNBnNPBP1121101022220112!/)!1)((!/!/)(1NiiNjjiNiNNjjijiNiNjiND • En una conversación la voz permanece activa alrededor

del 40% del tiempo



• Se puede paquetizar la voz para aprovechar estos

períodos de silencio

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012345678Señal de voz del abonado B012345678Clasificación de sonidos/silenciosPRODUCIENDO SONIDOHACIENDO SILENCIOESCUCHANDOHABLANDOA1B1B2MicrófonoConversiónA / DCodificaciónPaquetizaciónClasificaciónSonido / SilencioPaquetes NoTransmitidos SESION TUTORIAL Modelos de Tráfico y Calidad de Servicio en Redes IP Marco A. Alzate M.

• Si un paquete de voz encuentra todos los enlaces ocupados, tal vez pueda esperar

a que se desocupe el siguiente. Sin embargo, como el retardo es un criterio de
desempeño importante para él, se debe atender con prioridad:

1, 1

2, 2

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1211D21121DD00.10.20.30.40.50.60.70.80.91100101102103Retardo promedio baja prioridadro2ro1=0 ro1=0.5ro1=0.8 1, 1

2, 2

1, 1:

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ttttRpR0RSS+R0'-R0R0'RpSeñal de vozen el transmisorPaquetes enviadospor el transmisorLlegada de paquetesal receptorSeñal de vozreconstruida 1, 1

2, 2

2, 2:

NAK

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• Diseñado a finales de los 80‟s, desarrollado a comienzos de los 90‟s, gran auge a finales de

los 90‟s, prometía resolver todos los problemas de telecomunicaciones del mundo
integrando voz, datos, imágenes, audio y video. Sin embargo hoy se encuentra en franco
decline.

•

Idea principal: Paquetes cortos y de longitud constante conmutados por hardware sin
funcionalidad explícita por aplicación (esa funcionalidad se debe conseguir entre extremos)

1

2

3

.
.
.


N-1

N

Matriz de

Conmutación

ATM

.
.
.


1

2

3

.
.
.


N-1

N

.
.
.


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1D211D Clases de Servicios:



CBR Tasa de Bits Constante
rt-VBR Tasa Variable de Bits en Tiempo Real
nrt-VBR Tasa Variable de Bits no en Tiempo Real
UBR Tasa de Bits no Especificada
ABR Tasa de Bits Disponible

Parámetros de Tráfico: PCR Pico de Tasa de Celdas



CDVT Tolerancia a la Variación del Retardo de las Celdas
SCR Tasa de Celdas Sostenible
MBS Máximo Tamaño de una Ráfaga de Celdas

Parámetros de QoS:



CLR Razón de Pérdida de Celdas
CDV Variación del Retardo de las Celdas
CTD Retardo de Transferencia de las Celdas
MCR Mínima Tasa de Celdas
BT Tolerancia a las Ráfagas

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X.25

IP

Volumen

de

tráfico

Conmutación de Circuitos

ATM

tiempo

Web FTP Correo Noticias

Voz Video Audio

IP

Ethernet

Líneas de Alta

FrameRelay

Bluetooth

802.11

ATM

Satélite

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Ofrecer Calidad de Servicio consiste en Garantizar un
Nivel de Desempeño adecuado para cada una de las

aplicaciones que la red atiende

Las redes IP modernas deben atender mucho más de dos tipos de aplicación:

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AplicaciónRetardoVariación delretardoAncho debandaErroresPérdidasDatos interactivosbajabajabajaaltaaltaTransferencia de archivosbajabajaaltaaltaaltaNavegación WebmedianamedianamedianaaltaaltaCorreo Electrónico (texto)bajabajabajamedianaaltaVozmedianaaltamedianabajabajaDifusión de audiobajaaltamedianamedianamedianaDifusión de videobajaaltaaltamedianamedianaVideo y audio interactivosmedianaaltaaltamedianamediana Tasa de Pérdidas

10-2

10-4

10-6

10-8

10-10

Voz

Datos
Interactivos

Transferencia
de Archivos

Navegación Web

Video Interactivo

Emulación de



Circuitos

Difusión de Video

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Retardo (s)

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• El servicio por defecto es el mejor esfuerzo o, mejor dicho,

“ningún esfuerzo”:
– Cuando a un nodo llega un paquete, se compara su dirección de destino con la

tabla de enrutamiento para decidir cuál es el pu