PDF de programación - Tema 8.1. Introducción a la Calidad de Servicio (QoS)

Redes y Servicios de Telecomunicaciones

Tema 8.1. Introducción a la
Calidad de Servicio (QoS).

Tanenbaum (4ªEd): 5.4.1, 5.4.2.


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Contenido

• Clasificación de servicios

• Definición y Objetivos de QoS

• Requisitos de QoS de las aplicaciones.

• Acuerdos de Servicio: SLA/SLS

• Algoritmos básicos: “Leaky Bucket” y “Token Bucket”



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Clasificación de los servicios.

 Servicios básicos:

– Servicios portadores:

RSTC

Circuitos, paquetes (ej. Circuitos virtuales), ....

Proporcionan capacidad de transmisión de información entre puntos de
acceso.

– Teleservicios:

Llamada telefónica, mensaje multimedia, video-conferencia,....

Proporcionan capacidad completa de comunicación entre usuarios
(incluyen el equipo terminal).

Teleservicios



Servicios portadores

TE



 Servicios suplementarios:

PLMN

Red de
RED
tránsito

Red
final

TE

Modifican o suplementan un servicio básico; ej. Llamada a tres, redirección,....

 Servicios de valor añadido:



(Todos los no estandarizados por los operadores)

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Ejemplos de Teleservicios y Servicios Portadores.

• Provisión de Servicios finales (Teleservicios) a Usuarios residenciales:

• Video Bajo Demanda/TV

• Telefonía IP

• Acceso a Internet

TRIPLE PLAY

TV, VoD



Home

Network

ADSL2+/VDSL

ADSLx – 6 Mbps

VDSLx 32/FTTH – 66 Mbps

TV services (1 channel)

Internet (1Mbps)

VoIP (128 kbps)

HDTV

30 Mbps (MPEG 2)

8-12 Mbps (MPEG 4)

TV channel 1

4 x 4 Mbps (MPEG 2)

TV channel 2

4 x 2 Mbps (MPEG 4)

TV channel 3

TV channel 4

8 – 20 Mbps

Internet

1 Mbps

VoIP (several channels + video)

DSLAM

Voice/video
Telephony

RTC

Voice

gateway

ISP

Internet

• Servicios portadores:



Basados en C. Virtuales con QoS

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Definición de QoS: Objetivo

Una posible definición de QoS:

SE DEFINE COMO EL EFECTO COLECTIVO
DE LAS PRESTACIONES DEL SERVICIO, LAS
CUALES DETERMINAN EL GRADO DE
SATISFACCIÓN DEL USUARIO DEL MISMO


(Recomendación I 350 , ITU-T)

 ¿Usuarios?

 ¿Cómo se mide?

 Concepto amplio, nos quedamos con la parte más

objetiva: QoS de servicios portadores.

 Centramos nuestra atención en redes con conmutación

de paquetes.

5

Requisitos de QoS de

aplicaciones

Es necesario conocer los requisitos de las aplicaciones
(Teleservicios) para poder “parametrizar” los servicios portadores
en términos de QoS

High = Muy exigente
Low = Poco exigente

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Tres Pasos para conseguir

QoS en la Red

(ITU Y.1541 / Y.1221)

Quantify user/application QoS needs
and associated traffic characteristics.


Communicate the QoS needs and traffic
characteristics into network.


SLS

Traffic Profiles

QoS Requirements

Implement network QoS mechanisms
supporting the requested QoS/traffic levels


Signalling/Control

Protocols

(Not required if permanent

agreement)

Traffic Control
Mechanisms

Congestion Control

Mechanisms

SLS: Service Level Specification

7

Acuerdos de Servicio:

SLA/SLS (Service Level Agreement/Spec.)



A
L
S

SLS

RFC3260: SLS is a set of parameters
and their values which together define
the service offered to a traffic stream.

El SLS Incluirá parámetros del tráfico y la
QoS requerida (Retardos, pérdidas,…).
Se puede definir de forma permanente o
cada vez que establezca una conexión
(usando protocolos de control).

ITU-T-Y.1241: SLA is a negotiated
agreement between the customer
and the service provider on levels
of service caracteristics and the
associated set of metrics.

El SLA Incluirá aspectos no técnicos como
precios, penalizaciones por incumplimiento de
SLS, ……..

8

Algoritmos Básicos:

Leaky Bucket Algorithm

C



  - Tasa de salida periódica de paquetes (si hay en el “bucket”)
 C - Tamaño del “bucket” de paquetes
 M ( >=  ) - Velocidad de transmisión del medio.

9

Algoritmos Básicos:

Token Bucket Algorithm

  - Tasa de generación periódica de
“tokens” (1 token cada T)
 C - Tamaño del “bucket”
 M - Tasa máxima de consumo de
“tokens” (velocidad de transmisión del
medio, tasa de un LB previo, …)

M



C

¿Qué hacer si no quedan tokens?
En cada caso, se debe definir una “política”:
• Almacenar en cola a la espera de que lleguen tokens,
• Tirar el paquete
• Marcar el paquete y dejarlo pasar, …..

10

Ejemplo de “Leaky Bucket Algorithm”

Conmutador LB

Caudal

200 Mbps

LAN 1 Gbps

LB: ρ = 16 Mbps
C = 1 MBytes

Caudal

Ráfaga de tráfico en la LAN

(Tx. de 1 MB en 40 ms)

Enlace PtP a

M = 400 Mbps

16 Mbps

Tráfico regulado hacia la Red

0

40

t (ms)

0

40

Bytes

500

t (ms)

Capacidad Mínima del LB
para no desbordar (Tirar)

920 kB

Nivel de llenado del LB

0

40

500

t (ms)

11

Ejemplo de “Token Bucket Algorithm”

(con política de espera)

Conmutador TB

Caudal

200 Mbps

LAN 1 Gbps

 = 16 Mbps
C = 250 kB

0 40

t (ms)

Caudal

200 Mbps

Enlace PtP a
M = 400 Mbps

Tráfico regulado hacia la Red

16 Mbps

S=11

250 kB

Bytes

375

t (ms)

Nivel de llenado del TB

11

Bytes

670 kB

375

Nivel de llenado de la cola

S = Duración máxima permitida de una ráfaga

V = min {M, Caudal de la ráfaga}

11

40

375

t (ms)

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VCSSCVS Redes y Servicios de Telecomunicaciones

Tema 8.2. Especificación de QoS.

Caso de Estudio: MetroEthernet

Tutoriales en MetroEhternetForum
http://metroethernetforum.org (Information Center/White Papers)

• Metro Ethernet Services - A Technical Overview (pag. 1-8)

• Bandwidth Profiles for Ethernet Services

(Bib. Complementaria: Especificación MEF10.2)

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¿Qué es Metro Ethernet?

Sede Central

Oficina
Remota 1

100 Mbps

Ethernet

UNI

Red

Metro Ethernet
del Proveedor
de Servicios

Red Metro Ethernet:



10 Mbps
Ethernet

UNI

Oficina

Remota 2

10 Mbps
Ethernet

UNI

10 Mbps
Ethernet

UNI

Oficina
Remota 3

Cualquier red destinada a suministrar servicios Metro Ethernet.

Servicios Metro Ethernet:

Servicios de conectividad MAN/WAN de nivel 2 a través de UNIs Ethernet



La red del proveedor puede implementarse con

varias opciones de transporte

14

Servicio Metro Ethernet

Modelo de referencia

CE

UNI

Metro Ethernet
Network (MEN)

CE

CE

UNI

The CE and MEN exchange
Service Frames (SF) across the UNI.

SF is an Ethernet frame
transmitted across the UNI:
1. toward the Service Provider (Ingress SF)
or
2.

toward the Subscriber (Egress SF).

3 bits

1

12 bits

User Priority ….

Bits of VLAN ID (VIDI)

15

Service Provider Metro Ethernet NetworkCustomerEdge(CE)User NetworkInterface(UNI)User NetworkInterface(UNI)CustomerEdge(CE) Ethernet Virtual Connections

Point-to-Point EVCs

Rooted-Multipoint EVC

Multipoint-to-Multipoint EVC

17

Servicios Metro-Ethernet: E-Line

Point-to-Point

Ethernet Virtual Connections

(EVC)

Servers

IP Voice

UNI

Data

CE

Metro

Ethernet
Network

IP Voice

Data

UNI

CE

CE

1 or more

UNIs

IP PBX

Video

Simple pero NO escala

18

Servicios Metro Ethernet:

E-LAN, E-Tree

IP Voice

Data

CE

Multipoint-to-Multipoint

Ethernet Virtual Connections

(EVC)

UNI

UNI

Metro

Ethernet
Network

CE

Servers

IP PBX

E-LAN

IP Voice

Data

CE

UNI

UNI

CE

IP Voice

Data

Root

Leaf

UNI

CE

UNI

CE

Leaf

Leaf

UNI

CE

E-Tree

Rooted-Multipoint

EVC

UNI

CE

19

Identificación de los EVCs

CE-VLAN ID
47
1343
17

EVC
EVC1
EVC2
EVC3

47

1343

EVC1

EVC2

17

UNI

EVC3

EVC1

UNI

EVC2

EVC3

3 bits

1

12 bits

User Priority ….

Bits of VLAN ID (VIDI)

20

Clases de Servicio (CoS)

EVC1

UNI

CE-VLAN CoS: SILVER

CE-VLAN CoS: GOLD

CE-VLAN CoS: PLATINUM

Identificación de la CoS

3 bits

1

12 bits

User Priority ….

Bits of VLAN ID (VIDI)

21

Definición de “Perfil de Tráfico”

(ITU-Y.1221)

The set of traffic parameters that is used to capture the traffic
characteristics of a flow at a given standardized interface as part of the
traffic contract.

A traffic parameter describes one aspect of the traffic.
For example:

•
•
•
•

The peak rate,
The average bit rate,
The average or maximum packet size,
The burst length.



Any traffic parameter should

have the same interpretation on both sides of an interface

ALGORITHM

23

Especificación del “Perfil de Tráfico”:

Por UNI, EVC o CoS

EVC1

UNI

EVC2

Bandwidth Profile

per Ingress UNI

EVC3

25

25

UNIEVC1EVC2EVC3Bandwidth Profileper EVC1Bandwidth Profile per EVC2Bandwidth Profile per EVC3UNIEVC1EVC2CE-VLAN CoS 0,1,2,3CE-VLAN CoS 4,5CE-VLAN CoS 6,7Ingress Bandwidth Profile per CoS IDIngress Bandwidth Profile per CoS IDIngress Bandwidth Profile per CoS ID Especificación del “Perfil de Tráfico”:

Parámetros

El “Bandwidth profile” se define con 6 parámetros, entre ellos:

• CIR (Committed Information Rate)
• CBS (Committed Burst Size)



• EIR (Excess Information Rate)
• EBS (Excess Burst Size)



Los niveles de la conformidad
se señalan mediante un color:
Verde, Amarillo o Rojo.

Solo al tráfico Verde se le
asegura las prestaciones
contratadas.

Es necesario definir el Algoritmo que determine la conformidad

de cada paquete en función de los parámetros del SLS

26

Especificación del “Perfil de Tráfico”:

Algoritmo de Conformidad

Doble Token Bucket:

 El primero decide si es Verde o no,
 El segundo si son amarillos o rojos.



CIR

EIR

12

9

8

1

12

9

CBS

EBS

12

8

1

9 8

1

27

Especificación de los Requisitos de QoS en

ME: “Performance Service Atributes”

Los requisitos de calidad de servicio se caracterizan con 4 atributos:


• Retardo (Frame Delay)

• Variació