PDF de programación - Tema 1: QoS Quality of Service

NUEVOS SERVICIOS DE RED EN INTERNET
Área de Ingeniería Telemática

Tema 1: QoS

Quality of Service

NUEVOS SERVICIOS DE RED EN INTERNET
Área de Ingeniería Telemática

Los principios





I

I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

¿Qué es QoS?

• Se refiere a la habilidad de la red de diferenciar a unos determinados

tipos de tráfico, probablemente de unos servicios concretos

• Ofrecer recursos a clases de alta prioridad a costa de las de baja
• Parámetros típicos:
– Ancho de banda
– Retardo temporal y variación en el retardo (jitter)
– Probabilidad de error (o pérdida de paquetes o fiabilidad)

• Directamente relacionado con:

– Tamaño de colas
– Congestión de la red
– Velocidad de conmutación
– Ancho de banda de los enlaces

• QoS provee mejores y más predecibles servicios a la red mediante:

– Soporte de ancho de banda dedicado
– Mejorando las características de pérdida de paquetes
– Evitando y manejando la congestión de la red
– Organizando el tráfico
– Introduciendo prioridades de tráfico a lo largo de la red

2

Congestión y Calidad de Servicio

• Fácil dar QoS si nunca hay congestión
• Para ello habría que sobredimensionar todos los enlaces
• Para dar QoS con congestión es preciso tener mecanismos que

permitan dar un trato distinto al tráfico preferente



I

I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Aquí QoS!!

Sin

Congestión

Congestión
Moderada

Congestión

Fuerte

l
i
t
u

o
d
a
s
r
u
C

Carga

o
i
c
i
v
r
e
S

e
d

o
p
m
e
i
T

QoS
inútil

QoS útil
y viable

inviable
Por efecto de retransmisiones

QoS

Sin

Congestión

Congestión
Moderada

Congestión

Fuerte

Carga

QoS
inútil

QoS
útil y
viable

QoS

inviable

3





I

I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Congestión y Calidad de Servicio

• Con y sin control de congestión

– Flujo en el enlace y retardo en la cola
– 1: Funcionamiento ideal
– 2 y 4: sin control de congestión
– 3 y 5: con control de congestión

• Control de congestión

– Por los nodos extremo para tráfico elástico (TCP)
– Por la red para tráfico no elástico

4



I



I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Servicio Best Effort (BE)

• Se trata igual a todo el tráfico

– Sin separación entre flujos
– Sin diferenciación entre paquetes

• Ante congestión

– Crecen los retardos sin control
– Pérdidas sin control

5





I

I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

Á

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Ya ya, sí lo de siempre…

• Solución: Oversubscribe !!
• Through more bandwidth at the problem !!
• No siempre es la solución:

– No siempre es barato aumentar el BW (ej: acceso, peering)
– Si se le da más BW al usuario habrá mayor demanda
– Un pico en la demanda degradaría la calidad de servicios

sensibles

– ¡¡ El pico puede ser de tráfico scavenger !! (DoS, worm…

bastan 10 PCs para saturar 1GEth)

• Hoy en día ya no es suficiente para un ISP con

ofrecer un servicio Best Effort

• La tecnología para ofrecer QoS ya es asequible y

fiable
¡ Pero la ingeniería de estas redes no es sencilla !

•

6

Elementos

• Connection Admission Control (CAC)

– ¿Puede la red cursar el nuevo flujo de tráfico manteniendo los

parámetros de QoS ofrecidos a todos los usuarios?

• QoS routing / Traffic Engineering
• Clasificación



I

I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

– ¿Cómo distinguir entre flujos?

• Monitorización

– Analizar la cantidad de tráfico que entra en la red

• Traffic shaping y policing

– Marcar, descartar o retrasar el tráfico en exceso

• 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?

7



I



I

D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Principio 1: Clasificación

• Ejemplo: Teléfono IP a 1Mbps, comparte enlace de 1.5Mbps

con FTP
– Ráfagas de FTP pueden congestionar el router y causar fallos en

el audio

– 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)

8



I



I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Principio 2: Aislamiento

• ¿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

Principio 2
Forzar que una clase de tráfico se comporte dentro de lo
contratado: policing (tipicamente a la entrada)

9





I



I

D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Principio 3: Eficiencia

• Reservar BW fijo (no compartido) a un flujo es

ineficiente si ese flujo no lo emplea todo

Principio 3
Mientras se ofrece aislamiento es deseable emplear los
recursos de forma eficiente
(work conserving):
scheduling (en todos los routers del camino)

10



I



I

D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Principio 4: Límite de recursos

• No se pueden satisfacer las demandas más

allá de la capacidad del enlace

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

11

a Summary of QoS Principles

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á



I



I

D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

12



I



I

D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Localización de los elementos

• Router, switch o similar

13



I



I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Localización de los elementos

• Router, switch o similar

• Van a tener sentido en más

de una capa

Network Layer

Link Layer

14

NUEVOS SERVICIOS DE RED EN INTERNET
Área de Ingeniería Telemática

Clasificación y marcado





I

I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

a Concepto de flujo en QoS

•

Secuencia de datagramas que se produce como resultado de una acción del
usuario y requiere la misma QoS

• Normalmente es simplex (unidireccional)
•

Es la entidad más pequeña a la que los routers pueden aplicar una determinada
QoS
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

16





I

I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Agrupación de flujos o clases en vídeo

Flujo ‘rojo’ (128 Kb/s):
147.156.21.20.2038→158.26.112.76.2127

Reserva total flujos de vídeo:
en sentido X →Y: 384 Kb/s

Vídeo 128 Kb/s
IP: 147.156.21.20
Puerto UDP: 2038

X

IP: 158.26.112.76
Puerto UDP: 2127

Y

Flujo ‘verde’ (256 Kb/s):
147.156.47.12.3124→158.26.36.97.5753

IP: 158.26.36.97
Puerto UDP: 5753

Vídeo 256 Kb/s
IP: 147.156. 47.12
Puerto UDP: 3124

128 Kbps + 256 Kbps= 384 Kbps

17





I

I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Identificación/clasificación de flujos
• Marcar al paquete como perteneciente a un flujo
• O marcarlo como perteneciente a una clase

(prioridad)

• En IPv4 (layer 3) la clasificación se hace por:

– Dirección IP de origen
– Dirección IP de destino
– Protocolo de transporte utilizado (TCP o UDP)
– Next-hop address
– TOS

Versión Header
TOS
Length
16-bit identifier
TTL

Longitud
M
offset
F

D
F

13-bit fragmentation
Protocolo Header checksum
Dirección IP origen
Dirección IP destino

[opciones]

[Datos]

18





I

I



D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

Á

Identificación/clasificación de flujos
• En layer 4

– Puerto origen
– Puerto destino

• En layer 1

– Interfaz físico por el que llega el paquete
– PVC, subinterfaz, etc.

• En layer 7

– Reconocimiento de la aplicación
– URLs

19





I

I

D
E
R
E
D
S
O
C
V
R
E
S
S
O
V
E
U
N



T
E
N
R
E
T
N

I


N
E

a
c
i
t

l



á
m
e
e
T
a
í
r
e
n
e
g
n

i

I



e
d
a
e
r

Á

Identificación/clasificación de flujos
• En Ethernet (layer 2) se hace por:

– Dirección MAC de origen
– Dirección MAC de destino
– Ethertype
– VLAN (802.1Q)
– Bits de prioridad

(marcado)

(802.1p)

(0=low, 7=high)

0x8100

16 bits

PCP

3 bits

VID

12 bits

Dest
Addr

Src
Addr



g
a
T