PDF de programación - QueueManagement + QoS

REDES
Área de Ingeniería Telemática

QueueManagement + QoS

Area de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es

Redes

4º Ingeniería Informática

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Hoy...

1. Introducción a las redes
2. Tecnologías para redes de área local
3. Conmutación de circuitos
4. Tecnologías para redes de área extensa y última milla
5. Encaminamiento
6. Arquitectura de conmutadores de paquetes

• Scheduling / planificación
• Queue Management
• Arquitecturas de QoS
• Control de acceso al medio
• Transporte extremo a extremo

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Queue Management

Pasivo
• Drop-Tail (la más habitual)

– Simple
– Provoca injusticias entre fuentes sincronizadas en epocas de congestión
– Introduce sincronización global cuando hay varias conexiones TCP

atravesando ese enlace

– Controla la congestión pero no la evita, posible synch.

• Head-drop

– Tira los paquetes que más tiempo llevan en el buffer
– Probablemente ya han sido retransmitidos (TCP)
– Probablemente ya llegan tarde (UDP/RTP)
– Controla la congestión pero no la evita, posible synch

• Random-Drop (ante cola llena)

– Se puede reducir la sincronización global pero no controlar UDP
– Controla la congestión pero no la evita

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Queue Management

Activo (AQM)
• Pensando en TCP, no controla UDP igual de bien
• Evita sincronizaciones, menores retardos y fluctuaciones
• TCP regula su tasa al detectar pérdidas (Congestion avoidance)

TCP Tahoe

• Early-Random-Drop (cola no llena)

– Si la cola excede un nivel se tira cada paquete que llega con una

probabilidad fija

?

Active Queue Management

• RED (Random Early Detection)

– RFC 2309
– Evalúa la ocupación media del buffer (exponential weighted moving

average)

– Descartar paquetes probabilísticamente antes de la congestión
– Ojo: Con mala configuración se comporta peor que drop-tail

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Minth

Maxth

100%

Av. Queue Size

Active Queue Management

• WRED (Weighted RED)

– Emplea un Minth diferente para diferentes clases de tráfico
– Mayor cuanto mayor es el valor de precedencia

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Maxth2

Av. Queue Size

Minth2

Minth1

Maxth1

100%

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Efectos

• Si el protocolo de transporte reacciona a las perdidas

reduciendo su velocidad...
No solo controlan la congestión sino que la evitan
(congestion avoidance)
Funciona con TCP pero no con UDP

• Los routers con RED ayudan a TCP a reaccionar a la

congestión antes de que se produzca
Ese es otro problema fundamental de redes
Detección/evitación de congestión

• Un paso más...

Detección de congestión asistida por la red

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ECN

• Explicit Congestion Notification
• RFC 3168
• Extensión a RED: marcar en vez de descartar
• Bit ECT = ECN-Capable Transport
• Bit CE = Congestion Experienced
• Requiere extender el control de congestión de TCP

ECN field
ECT

CE

ECN Field
ECN Field
ECT
CE
0
0
0
1
0
1
1
1
offset

Longitud
M
13-bit fragmentation
F

D
F

Versión Header
Length

ToS
16-bit identifier
TTL

Protocolo Header checksum

Not-ECT
ECT(1)
ECT(0)
CE

Paquete no emplea ECN
Extremos “ECN-capable”
idem (recomendado)
Congestion experienced

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En resumen

• Queue management pasivo

– Drop-Tail, Head-Drop, Random-Drop
• Active queue management (AQM)

– RED, WRED...
– Pensado normalmente para TCP

Protocolo de nivel de transporte que intenta
reaccionar a la congestión de la red

– ECN: notificar al nivel de transporte de que hay

congestión
Problema de la congestión en la red
Mas sobre esto en las clases de TCP

REDES
Área de Ingeniería Telemática

Arquitecturas de QoS

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Propuestas del IETF

•

IntServ (Integrated Services)
– Filosofía: reserva de recursos
– Cada router del trayecto ha de tomar nota y efectuar la reserva

solicitada

• DiffServ (Differentiated Services)

– Filosofía: priorización de tráfico
– El usuario marca los paquetes con un determinado nivel de

prioridad

– Los routers van agregando las demandas de los usuarios y

propagándolas por el trayecto

– Esto le da al usuario una confianza razonable de conseguir la QoS

solicitada

• Pueden coexistir

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IntServ: Características

• RFC 1633
• Para cada flujo (puede ser agregado) reserva

recursos en todo el camino

• Orientado a conexión
• Requiere un protocolo de señalización que soporten

todos los routers

• No requiere modificar los protocolos existentes

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IntServ: Servicios

• Best Effort

• Controlled load service

– RFC 2211
– “commitment … to provide … with service closely equivalent to

unloaded best-effort”

– Prácticamente sin pérdidas
– No da garantías estrictas

• Guaranteed service

– RFC 2212
– “provides firm (mathematically provable) bounds on end-to-end

datagram queueing delays.”

– Garantías de BW
– Retardo acotado
– Sin pérdidas en buffers
– Garantías estrictas

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IntServ: Flow parametrization

filterspec (Filter specification)
• Determina qué paquetes forman el flujo
• Flujo identificado en base a IPs + puertos
• Separa en diferentes colas

flowspec (Flow specification)
• Tspec (Traffic specification)

– Descripción del tráfico
– Parámetros de un tocken bucket por el que pasa el tráfico
– Mean rate, tocken bucket depth, max rate, max packet

length

• Rspec (Service Request specification)

– Requisitos de QoS impuestos a la red
– BW, retardo, probabilidad de pérdida

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Descripción del tráfico

• Ancho de banda medio (bps)
• Tamaño medio de paquete (bytes)
• Pero normalmente no es regular...

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tiempo

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Descripción del tráfico

• Ancho de banda medio (bps)
• Tamaño medio de paquete (bytes)
• Tasa de pico (bps)
• Tamaño máximo de ráfaga sostenida (bytes)
max burst

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BWmax

BWmedio

tiempo

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Descripción del tráfico

• Token bucket (leacky bucket)

Generador
de tokens a
BWmedio

tokens

En la cola de
tokens caben
tokens como
para mandar
max burst

sirve a
BWmax

tráfico de
entrada

• El trafico que sale de aqui cumple las limitaciones de

BWmax, MaxBurst y BWmedio

• Esto es un regulador (shaper) de tráfico

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IntServ: Signaling

• Requisitos

– Debe poderse usar en redes IP

• Emplear tablas de rutas existentes
• Reaccionar ante cambios de rutas

– Soportar multicast

• Flujos que se agregan en árbol

– Pequeña sobrecarga

• Pocos mensajes y pequeños

– Modular y fácil de extender

• Resultado:

– RSVP (Resource reSerVation Protocol)
– RFC 2205
– Soft state (periodic updates)
– ¡ No sirve para calcular el camino !
– No es exclusivo de IntServ (MPLS, DiffServ, …)

RSVP: Mensajes

PATH
• Desde fuente de tráfico, Tspec
•
•

Establecer camino
Puede hacerse CAC

RESV
• Camino inverso al PATH
•
• Hacer la reserva en los routers

Incluye Rspec

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RSVP: states

• Actualizaciones periódicas refrescan el estado
• Se libera al dejar de recibir actualizaciones
• Alternativa (no soportada): Hard state

– Se mantiene hasta liberarlo explícitamente
– Requiere algoritmo ante errores

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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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Ejemplo

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Mirar prioridad y

aplicar QoS

Mirar prioridad
y aplicar QoS

Mirar prioridad
y aplicar QoS

H.323, lo marco
como prioritario

Aplico QoS, y
quito las marcas

Trafico H.323
Trafico FTP
Trafico HTTP

DiffServ: DSCP

• Originalmente 3 primeros bits del ToS = Precedence bits
• Fácil mapeo a 802.1p bits
• ToS ahora se llama DS (Differentiated Services)
•
• Class Selector Codepoint:

6 de sus bits son el DSCP (Differentiated Services CodePoint)

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– CSx = XXX000
– Compatibilidad con precedence

Significado histórico
CSx
Network Control
111
Internetwork Control
110
CRITIC/ECP
101
Flash Override
100
Flash
011
010
Immediate
Longitud
Priority
001
13-bit fragmentation
M
000
Routine
offset
F

D
F

Uso generalizado

Tráfico de control (ej:
Tráfico de control (ej:
routing)
routing)

Voz
Vconf., streaming
Call signaling

Libres para clasificar
Li