PDF de programación - QoS

REDES

Área de Ingeniería Telemática

QoS

Area de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es

4º Ingeniería Informática



Redes


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Temario

Introducción a las redes

1. 
2.  Encaminamiento
3.  Transporte extremo a extremo
4.  Arquitectura de conmutadores de paquetes
5.  Tecnologías para redes de área local
6.  Tecnologías para redes de área extensa y última

milla

7.  Conmutación de circuitos

Objetivos

•  Conocer qué es la QoS
•  Comprender dónde encaja la planificación dentro de

los esquemas de QoS


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¿ Qué es esto de la calidad ?

Para el usuario final
•  Para un usuario experimentado es normal que una llamada con
un ordenador tenga diferente calidad que una por teléfono fijo o
que una por móvil
¡ Aunque todas se cursen por la misma red !

• 
•  Es simplemente aquello a lo que está acostumbrado
•  Si nunca ha usado un móvil esperará una calidad similar a la
•  Lo mismo si nunca ha usado VoIP
•  La calidad es relativa a las expectativas
•  Lo mismo con el precio, si está acostumbrado a una tarifa plana

PSTN y se quejará

o gratis le extrañará pagar

(...)

¿ Qué es esto de la calidad ?

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Para el técnico
•  Habilidad de la red de diferenciar a unos determinados tipos de
•  Controlar ciertos parámetros estadísticos:

tráfico, probablemente de unos servicios concretos

–  Bandwidth, pérdidas, retardo, jitter… quejas de usuarios
–  Más absolutos y medibles

•  Se basa en un reparto “injusto” pero controlado

–  Ofrecer recursos a clases de alta prioridad a costa de las de baja

•  Formalizados en SLAs

–  Dentro varios SLSs (Service Level Specifications)
–  Acuerdo entre proveedor de servicio (la red) y el suscriptor (el

cliente)

–  Especifica la calidad de servicio que garantizará el proveedor
–  La red mantendrá su promesa mientras los flujos de usuario se

mantengan dentro de su especificación de tráfico

–  Especifica las medidas que se tomarán si se incumple
–  Gran cantidad de parámetros posibles según el servicio


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Usuario: Utilidad

•  Aplicaciones son sensibles a:

–  Retardos
–  Pérdidas

•  Por debajo de un umbral puede no ser útil el tráfico
•  Ofrecer garantías de prestaciones para

–  Que el usuario esté satisfecho
–  Que los recursos se usen de forma óptima

Utilidad

BW

¿ Quién necesita QoS ?

•  Dos tipos de aplicaciones/tráfico:

•  Se ajusta ante grandes cambios en retardo y throughput
•  Sigue manteniendo la funcionalidad de la aplicación

•  Si no se cumplen unos requisitos de calidad la utilidad se


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–  Elástico

–  Inelástico

vuelve 0

Requisitos de QoS de las aplicaciones
Ancho de

Retardo Jitter

Aplicación

Fiabilidad

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Correo electrónico

Transferencia de ficheros

Acceso Web
Login remoto

Audio bajo demanda
Vídeo bajo demanda

Telefonía

Vídeoconferencia

Alta (*)
Alta (*)
Alta (*)
Alta (*)
Media
Media
Media
Media

Alto
Alto
Medio
Medio
Alto
Alto
Bajo
Bajo

Alto
Alto
Alto
Medio
Medio
Medio
Bajo
Bajo

Banda
Bajo
Medio
Medio
Bajo
Medio
Alto
Bajo
Alto

•  Transferencia de ficheros: si es interactiva el usuario espera que tarde

proporcionalmente al tamaño, luego depende del BW
(*) La fiabilidad alta en estas aplicaciones se consigue
automáticamente al utilizar el protocolo de transporte TCP

• 

¿ Quién necesita QoS ?

•  Voz (IP telephony, radio?)
•  Vídeo (streaming, videoconferencia)
•  Ciertas aplicaciones de datos (generalmente elásticas)

–  Transactional Data/Interactive Data (SAP, Oracle…)
–  Bulk Data (backups, replicación en redes de contenidos…)
–  Locally Defined Mission-Critical Data (mayor que transactional)


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•  Resto:

–  Best Effort
–  Dejar BW para él
–  Gran cantidad de aplicaciones en una empresa (centenares)
–  Probablemente no se puedan clasificar todas, ¡no ahogarlas!

•  ¿Queda algo?: Scavenger Service

–  Less than BE
–  Tráfico no deseado: DoS, Worms, etc
–  Web surfing a destinos no relacionados con el objetivo de la
–  Si no se descarta se cursa solo en la capacidad que sobra

empresa

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Elementos para garantizar QoS

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

Principio 1
Los routers necesitan distinguir el tráfico de diferentes clases y
aplicarles diferentes políticas: packet marking (generalmente a
la entrada a la red)

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


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Principio 2
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?
–  Gestión pasiva como por ejemplo drop-tail o head-drop
–  Gestión activa (AQM Active Queue Management):

•  Ante una llegada descarta paquetes de la cola aunque no esté llena
•  TCP reacciona ante pérdidas reconociéndolas como congestión y

bajando la velocidad de envío
•  RED : Random Early Detection


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Elementos
•  Planificación de recursos (scheduling)

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

Principio 3
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 de tasa constane el cálculo es relativamente simple
–  ¿ Y con flujos de tasa variable ?

circuitos porque hay reserva de recursos

del enlace

Principio 4
El flujo declara sus necesidades pero la red puede bloquear al
flujo si no puede satisfacerlas: call admission

Elementos


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•  QoS routing

de QoS

peticiones futuras

–  Es complicado:

–  Encontrar caminos buenos para flujos con requisitos específicos

–  Usar la red de forma eficiente: aumentar la probabilidad de aceptar

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

• 
•  Calcular caminos que cumplan requisitos de QoS es costos

(computacionalmente hablando)

–  Constraint-based Routing

•  Calcular caminos teniendo en cuenta no solo QoS sino también

políticas

A → C: 4M

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Arquitecturas

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)

• 


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–  Filosofía: priorización de tráfico
–  El usuario o un primer equipo de red marca los paquetes con un

–  Los routers van agregando las demandas de los usuarios y

determinado nivel de prioridad

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
•  RSVP no hace la reserva, solo la señaliza


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IntServ: Servicios

•  Best Effort

•  Controlled load service

–  RFC 2211
–  “commitment … to provide … with service closely equivalent to
–  Prácticamente sin pérdidas
–  No da garantías estrictas

unloaded best-effort”

•  Guaranteed service

datagram queueing delays.

–  RFC 2212
–  provides firm (mathematically provable) bounds on end-to-end
–  Garantías de BW
–  Retardo acotado
–  Sin pérdidas en buffers
–  Garantías estrictas


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DiffServ

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IntServ