PDF de programación - QoS: Arquitecturas y elementos

NUEVOS SERVICIOS DE RED EN INTERNET

Área de Ingeniería Telemática

QoS: Arquitecturas y elementos

Área de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es
Máster en Comunicaciones



Objetivos

•  Conocer los elementos básicos en cualquier

arquitectura que ofrezca QoS



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Escenarios históricos


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PSTN
•  Conmutación de Circuitos
•  BW fijo y garantizado
•  Retardo fijo y acotado
•  Diseñada para tráfico de voz
•  Para datos BW sin usar

Redes de Conmutación de paquetes
•  No single points of failure
•  Circuitos virtuales (ATM, FR, X.25)

–  RT traffic
–  Voz sobre circuitos no era comercial

hasta hace poco (no económico)

•  ATM busca las características de la

PSTN





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Escenarios históricos

PSTN
•  Conmutación de Circuitos
•  BW fijo y garantizado
•  Retardo fijo y acotado
•  Diseñada para tráfico de voz
•  Para datos BW sin usar

Length TOS
Versión Header
16-bit identifier
13-bit fragmentation
TTL Protocolo Header checksum

Longitud
M
offset
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Dirección IP origen
Dirección IP destino

[opciones]
[Datos]

Tecnología IP
•  Conmutación de paquetes
•  Best Effort
•  TOS, no usado realmente





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Escenarios históricos

•  ¿ Tener dos infraestructuras ?

–  Más caro
–  Más equipos
–  Más BW sin usar
–  Gestión independiente





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Escenarios históricos

¿?

•  ¿ Tener dos infraestructuras ?

–  Más caro
–  Más equipos
–  Más BW sin usar
–  Gestión independiente

•  ¿Por qué no usar simplemente

la PSTN?
–  No optimizada para datos
–  Arquitectura rígida
– 
– 

Ineficiente en asignaciones de
BW
Inadecuada para sesiones
cortas, de tasa variable,
multipunto, etc


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Escenarios históricos

¿?

•  ¿ Usar una red de paquetes ?
–  Deberá tener soporte de QoS
–  Servicio equivalente para la voz
–  Aprovechar multiplexación

de banda ancha

–  No extendida

estadística

–  ATM seleccionada para RDSI

•  ¿IP?

–  Best Effort aunque sea sobre
–  Separar los flujos IP en flujos

tecnologías con QoS

de tecnología con QoS

–  o añadir QoS a IP
–  Para ello tratar de forma
diferenciada al tráfico de datos
–  Hoy solo en el dominio de

redes concretas





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IP QoS

•  Tecnologías de capa 2 ofrecen QoS (ATM, Ethernet…)
• 

IP es la tecnología de nivel de red extremo a extremo más
extendida

•  Diferentes tecnologías capa 2 pueden ser empleadas en el

camino capa 3

•  Lo más razonable es mapear QoS de capa 3 en la QoS de capa

2 de cada tecnología en cada salto

•  En vez de mapear capacidades de capa 2 de un salto en el

siguiente

LAN Campus
Ethernet

WAN ATM

WAN SDH

WAN MPLS LAN Ethernet/WiFi

Servicios / Arquitecturas

•  Best Effort Service
•  Integrated Services
•  Differentiated Services



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Servicio Best Effort (BE)

•  Se trata igual a todo el tráfico

–  Sin separación entre flujos
–  Sin diferenciación entre paquetes

•  No garantiza ningún SLA
•  Ante congestión

–  Crecen los retardos sin control
–  Pérdidas sin control

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IntServ

IETF

• 
•  Para cada flujo (puede ser agregado) reserva recursos en todo

el camino

•  Orientado a conexión
•  Cada router del trayecto ha de tomar nota y efectuar la reserva

solicitada (guardan estado)

•  Requiere un protocolo de señalización que soporten todos los

routers: RSVP

•  No requiere modificar los protocolos existentes
•  RSVP no hace la reserva, solo la señaliza
•  Poco utilizado salvo en algunos escenarios de videoconferencia
•  Poco escalable
•  Resurgiendo con MPLS


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DiffServ

• 

IntServ no escala bien

•  RFC 2475, 2638
•  Clasificar el tráfico en pocas clases
•  Clasifican los ingress routers (complejidad en la frontera) con un

codepoint en la cabecera IP

•  DiffServ mapea en cada nodo el codepoint en el paquete a un

PHB en concreto

•  PHB = Per Hop Behavior

–  El tratamiento que se le da al paquete en cuestión de scheduling y

gestión de cola en ese nodo

–  El mapeo codepoint ↔ PHB debe ser configurable

•  No es sensible a los requisitos de un flujo individual


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Elementos

•  QoS routing / Traffic Engineering

–  Encontrar caminos buenos para flujos con requisitos específicos de QoS
–  Usar la red de forma eficiente: aumentar la probabilidad de aceptar

peticiones futuras

–  Es complicado:

hablando)

–  Constraint-based Routing

Información precisa sobre el estado de la red es difícil de mantener

• 
•  Calcular caminos que cumplan requisitos de QoS es costos (computacionalmente

•  Calcular caminos teniendo en cuenta no solo QoS sino también políticas

A → C: 4M

Elementos



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FTP

audio

•  Clasificación / Marcado

–  ¿Cómo distinguir entre flujos?
–  Ejemplo: Teléfono IP a 1Mbps, comparte enlace de 1.5Mbps con

•  Ráfagas de FTP pueden congestionar el router y causar fallos en el

•  Queremos dar prioridad al audio sobre el FTP

Los routers necesitan distinguir el tráfico de diferentes
clases y aplicarles diferentes políticas: packet marking
(generalmente a la entrada a la red)

Concepto de flujo en QoS

•  Secuencia de datagramas que se produce como resultado de una acción del

usuario y requiere la misma QoS



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QoS

•  Normalmente es simplex (unidireccional)
•  Es la entidad más pequeña a la que los routers pueden aplicar una determinada

•  Ejemplo: una videoconferencia estaría formada por cuatro flujos, dos en cada

sentido, uno para el audio y otro para el vídeo.
Los flujos pueden agruparse en clases; todos los flujos dentro de una misma
clase reciben la misma QoS.

• 

A

147.156.135.22

B

158.42.35.13

Flujo vídeo A->B: 147.156.135.22:2056 -> 158.42.35.13:4065
Flujo audio A->B: 147.156.135.22:3567 -> 158.42.35.13:2843
Flujo vídeo B->A: 158.42.35.13:1734 -> 147.156.135.22:6846
Flujo vídeo B->A: 158.42.35.13:2492 -> 147.156.135.22:5387





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Elementos

•  Traffic shaping y policing

–  Marcar, descartar o retrasar el tráfico en exceso
–  ¿Qué sucede si las aplicaciones no se comportan como deben?

•  Por ejemplo la aplicación de audio envía más de lo previsto
•  Necesitamos forzar que las fuentes se comporten como se ha

acordado

Forzar que una clase de tráfico se comporte dentro de lo
contratado: policing (típicamente a la entrada)


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Elementos

•  Gestión de cola

–  ¿Qué paquetes tirar si se llena?

•  Planificación de recursos (scheduling)

–  El recurso normalmente es el enlace
–  ¿Cómo organizar a los paquete que deben enviarse?
–  ¿Dar prioridades? ¿Repartir la capacidad?

Mientras se ofrece aislamiento es deseable emplear los
recursos de forma eficiente (work conserving):
scheduling (en todos los routers del camino)


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Elementos
•  Connection Admission Control (CAC)

parámetros de QoS ofrecidos a todos los usuarios?

–  ¿Puede la red cursar el nuevo flujo de tráfico manteniendo los
–  Aceptarlo en la red o rechazarlo
–  No se pueden satisfacer las demandas más allá de la capacidad
–  Es algo básico desde siempre en redes de conmutación de
–  Con flujos CBR el cálculo es relativamente simple
–  ¿ Y con flujos VBR ?

circuitos porque hay reserva de recursos

del enlace

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El flujo declara sus necesidades pero la
red puede b