PDF de programación - Tema 5. Control de Tráfico y Control de Congesión

1908 – Arquitectura de Redes

Tema 5. Control de Tráfico y

Control de Congesión

Pedro M. Ruiz

<[email protected]>

Francisco J. Ros
<[email protected]>

3º Grado en Ingeniería Informática – 2011/2012

Organización del tema

 Introducción al control de congestión en el nivel de

red

 Control de admisión y contrato de tráfico
 Control de congestión en Frame Relay
 Control de congestión en ATM
 Control de congestión en Internet

Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia

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Organización del tema

 Introducción al control de congestión en el nivel de

red

 Control de admisión y contrato de tráfico
 Control de congestión en Frame Relay
 Control de congestión en ATM
 Control de congestión en Internet

Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia

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Congestión

 En el tema anterior estudiamos el problema de la

congestión y cómo lo gestiona TCP a nivel de
transporte

 En este tema abordamos el mismo problema

desde el punto de vista del nivel de red
– Redes de Circuitos Virtuales
– Redes de Datagramas

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Mecanismos para tratar la Congestión

 Mecanismos de prevención y/o control

– Back pressure (retrocontención)
– Choke packet (paquete de boqueo)
– Señalización implícita
– Señalización explícita
– Policing

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Control de Congestión

Retrocontención

 El nodo congestionado avisa al nodo previo (previous hop)

para que reduzca o detenga el flujo de datos que le envía
 El nodo previo puede sufrir entonces congestión porque

debe retener los paquetes en el buffer durante más tiempo

 El nodo previo repite entonces el proceso, hasta llegar

salto a salto a la fuente de los datos

 Uso

– Poco útil
– Se puede utilizar en redes de circuitos virtuales X.25, pero no se

usa en Frame Relay ni ATM

– No se suele usar en redes de datagramas como TCP/IP

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Control de Congestión

Paquete de Bloqueo

 Paquete de control que envía un nodo congestionado a

una fuente de datos

 La fuente puede reducir o detener el flujo
 Uso

– Solución poco sofisticada
– Se usa en redes de datagramas TCP/IP: ICMP Source Quench
Nodo congestionado envía un Source Quench a la fuente por cada

datagrama descartado debido a que el buffer está lleno.

Adicionalmente, un nodo puede enviar un Source Quench cuando el

buffer se aproxima a su capacidad máxima, para tratar de anticiparse a
la congestión y evitarla.

La fuente reduce la emisión para el destino indicado en el Source

Quench.

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Control de Congestión

Señalización Implícita

 Se deduce que la red está congestionada cuando

– aumenta el retardo de la misma
– se descartan paquetes

 Cuando las fuentes detectan que la red está congestionada

reducen su flujo de datos

 Uso

– Se usa en redes de datagramas TCP/IP a nivel de transporte (TCP)
– En redes de circuitos virtuales, el protocolo de Control LAPF de

Frame Relay proporciona una funcionalidad similar

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Control de Congestión

Señalización Explícita

 El nodo de red congestionado avisa a los sistemas finales
mediante marcado de bits de control o con mensajes de
control.
– Hacia atrás (backward): se notifica a la fuente de datos.
– Hacia delante (forward): se notifica al destino de datos, que a su

vez informa a la fuente a través del propio nivel de red o el de
transporte.

 Uso

– Se usa en redes de circuitos virtuales (Frame Relay, ATM) y de

datagramas (Internet).

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Medidas ante Congestión

 Reducir o detener el flujo de datos:

– En las fuentes, principalmente.
– En los routers intermedios, ocasionalmente.

 Descartar paquetes de forma inteligente

– Existen paquetes “de primera” y “de segunda”, de forma

que se deben descartar primero aquellos que se han
marcado para ello.

– Si se descarta un fragmento/trama/celda de un paquete,

descartar también el resto de fragmentos.

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Organización del tema

 Introducción al control de congestión en el nivel de

red

 Control de admisión y contrato de tráfico
 Control de congestión en Frame Relay
 Control de congestión en ATM
 Control de congestión en Internet

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Control de Admisión

Usuario: Quiero
enviar tráfico de
este tipo y quiero
esta QoS…

Red: ¿Puedo soportar

esto de forma fiable
sin perjudicar otros

contratos?

Solicitud de QoS garantizada

No o Sí, pactar un
contrato de tráfico

Host

Si se supera el control de admisión, la red
y el usuario pactan un contrato de tráfico

Red

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Contrato de Tráfico

 Cliente y proveedor acuerdan un contrato

– SLA (Service Level Agreement)
– Tasa de datos promedio, tráfico a ráfagas

 Funciones

– Traffic shaping

Perfil de tráfico, conformado de tráfico
Condiciones máximas de uso de la red que el usuario se compromete a cumplir

con el proveedor del servicio

– Traffic policing

Vigilancia de tráfico
Monitorización que realiza el proveedor para asegurarse de que el usuario

cumple el contrato

 Si el usuario incumple el contrato, el proveedor puede

– Descartar el tráfico no conforme con el contrato
– Marcar ese tráfico como descartable (paquetes “de segunda”)
– Pasar normalmente el tráfico a la red, lo que no es habitual

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Cubo Agujereado

 El Algoritmo de Cubo Agujereado (Leaky Bucket) se

utiliza para:
– Traffic shaping: Suavizar las ráfagas según lo acordado en el

contrato.

– Traffic policing: Asegurar que el tráfico introducido es el acordado.

 El usuario dispone de:

– Un buffer de capacidad C (tamaño del cubo) que absorbe las

ráfagas de datos producidas por el usuario.

– Un caudal constante ρρρρ(tamaño del agujero del cubo) que indica la

velocidad a la que se inyecta tráfico en la red.

 Si el cubo se llena, tráfico excedente es no conforme:

– Se descarta, o
– Se marca como descartable (paquetes “de segunda”).

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Cubo Agujereado

C (Mb)

ρ(Kb/s)

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Cubo Agujereado

Ejemplo

Ráfaga de 10 Mb recibida en 50 ms
ρρρρ = 20 Mbps
C = 10 Mb

Instante

Entrado

0 ms

0

10 ms

20 ms

30 ms

40 ms

50 ms

60 ms

70 ms

80 ms

. . .

2 Mb

4 Mb

6 Mb

8 Mb

10 Mb

10 Mb

10 Mb

10 Mb

Salido

En Cubo

0

0

0,2 Mb

1,8 Mb

0,4 Mb

3,6 Mb

0,6 Mb

5,4 Mb

0,8 Mb

7,2 Mb

1,0 Mb

9 Mb

Máximo

1,2 Mb

8,8 Mb

1,4 Mb

8,6 Mb

1,6 Mb

8,4 Mb

500 ms

10 Mb

10 Mb

0 Mb

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Cubo con Créditos

 Leaky bucket es muy rígido

– El tráfico sale a la red a una tasa promedio constante. Si llegan

ráfagas grandes, podría ser conveniente acelerar la salida a la red.
– No se fomenta el “ahorro”, puesto que hosts que transmiten mucho

reciben el mismo servicio que los que transmiten poco.

 Algoritmo de Cubo con Créditos (Token Bucket)

– El cubo contiene una capacidad C de tokens (en vez de datos)
– Los tokens se generan a un ritmo constante de ρρρρbps
– Los tokens permiten enviar su equivalente en datos

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Cubo con Créditos

Token Bucket vs Leaky Bucket

 Diferencias con leaky bucket

– Permite ráfagas de hasta el número de tokens acumulados
– Fomenta el ahorro: host inactivo acumula tokens hasta poder enviar

una ráfaga de C bits

– No descarta datos, sólo descarta tokens si el cubo se llena

 Semejanza con leaky bucket

– Si no hay tokens acumulados, funciona como un leaky bucket de

tamaño C y caudal ρρρρ

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Cubo con Créditos

Ráfagas

 Uso de token bucket

– Permite ráfagas limitadas a una duración S determinada
– Las ráfagas se envían a la tasa máxima M bps
– Como máximo, una ráfaga de salida tiene C +ρρρρS bits

C bits si el cubo está lleno de tokens
ρρρρS bits por los tokens que se generan mientras se envía la ráfaga

– Como máximo, una ráfaga de salida tiene MS bits
– Por tanto: C +ρρρρS = MS  S = C/(M - ρρρρ).

 Token bucket permite ráfagas de M bps. Si queremos un

tráfico más uniforme: token bucket que alimenta a un leaky
bucket de mayor caudal
– ρρρρtoken_bucket < ρρρρleaky_bucket < M

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Duración de Ráfagas

Ejercicio

Ráfaga 1MB en 40 ms = 25 MBps.
M = 200 Mbps = 25 MBps.

Salida de leaky bucket con C=1MB y
ρρρρ=2 MBps.

Salida de token bucket lleno con
C=250KB y ρρρρ=2 MBps.

Salida de token bucket lleno con
C=500KB y ρρρρ=2 MBps.

Salida de token bucket lleno con
C=750KB y ρρρρ=2 MBps.

Salida de token bucket lleno con
C=500KB y ρρρρ=2 MBps seguido de
leaky bucket con ρρρρ=10 MBps.

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Traffic Shaping y Traffic Policing

Host

Switch

Datos reales

r
e
p
a
h
S

Datos Conformados

Conformado de Tráfico:

Cumplir el contrato

Vigilancia de Tráfico: Vigilar y

obligar su cumplimiento

 Leaky bucket y/o token bucket
 Limitar tamaño de ráfagas
 Limitar retardo y variación del

retardo (jitter)

 ¿El tráfico recibido cumple el

contrato?
-
- No: se descarta o se marca para ser

Sí: se deja pasar.

descartado.

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Organización del tema

 Introducción al control de congestión en el nivel de

red

 Control de admisión y contrato de tráfico
 Control de congestión en Frame Relay
 Control de congestión en ATM
 Control de congestión en Internet

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Frame Relay
Ideas Generales

 Frame Relay es una tecnología de red de conmutación de

paquetes basada en circuitos virtuales (CV)
– Más simple que su predecesor X.25 para soportar mayores tasas

de bits

– Define