PDF de programación - Tema 6. Calidad de Servicio e Ingeniería de Tráfico

1908 – Arquitectura de Redes

Tema 6. Calidad de Servicio e

Ingeniería de Tráfico

Pedro M. Ruiz

<[email protected]>

Francisco J. Ros
<[email protected]>

3º Grado en Ingeniería Informática – 2011/2012

Organización del tema

 Introducción

 Servicios Integrados (IntServ)

 Servicios Diferenciados (DiffServ)

 Ingeniería de Tráfico

Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia

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Organización del tema

 Introducción

 Servicios Integrados (IntServ)

 Servicios Diferenciados (DiffServ)

 Ingeniería de Tráfico

Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia

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Definición de QoS

““““La Calidad de Servicio consiste en ofrecer un servicio de

transporte de datagramas predecible a ciertas clases o
tipos de tráfico (flujos) independientemente del resto de
tráficos (flujos) que circulan por la red”

 Consiste en diferenciar los distintos flujos para que cada
uno pueda cumplir los parámetros especificados por sus
requisitos
– Diferenciación

<IP origen, IP destino, puerto origen, puerto destino, protocolo>

Campo DSCP (IPv4), FlowID (IPv6)

– Parámetros

Ancho de banda sostenido y pico, retardo tolerado, etc.

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¿Por qué necesitamos QoS?

 El servicio ofrecido por Internet hoy en día es un servicio muy variable:

– No ofrece garantías en cuanto a retardos o ancho de banda

– Depende muy directamente del tráfico generado por otros usuarios

– No permite priorizar unos tráficos frente a otros

 Necesitamos

– Dar soporte a las nuevas aplicaciones con requisitos de tiempo real

(telefonía IP, videoconferencia, etc.)

– Garantizar tiempos de respuesta a otras aplicaciones (comercio

electrónico, aplicaciones corporativas, etc.)

– Ofrecer herramientas que permitan a los ISP ordenar y priorizar los tráficos

dentro de sus redes

 En general, necesitamos mecanismos que nos permitan clasificar los

tráficos que atraviesan la red y distribuir los recursos de comunicación
entre ellos.

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¿Qué Necesitamos para Ofrecer QoS en

Redes IP?

La latencia de encolado
puede ser controlada por
los mecanismos de QoS

La latencia de propagación
viene dada por el medio: no

se puede cambiar

Medidores

Clasificador

Gestor de colas

(prioridades)

Conformador

de tráfico

Control de

acceso

Σ

Gestor de
políticas

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Plano de Control de QoS

 El esquema anterior no nos garantiza QoS extremo a extremo
 Necesitamos mecanismos de control de la QoS

– Indicar a la red los requisitos de QoS de las aplicaciones
– Transmitir dichos parámetros a lo largo del camino para que los routers acondicionen

sus medidores, clasificadores, colas, etc.

– Gestionar los diferentes flujos de la red

 Modelos de QoS

– Ingeniería de tráfico
– IntServ
– DiffServ

Red de
acceso

Edge to edge

Red de ISP

IX

Red de
acceso

Red
de ISP

IX

Red
de ISP

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Red
de ISP
Backbone de Internet

Red
de ISP

End to end

Red de
acceso

Red
de ISP

End to edge

Red de
acceso

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Organización del tema

 Introducción

 Servicios Integrados (IntServ)

 Servicios Diferenciados (DiffServ)

 Ingeniería de Tráfico

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Visión General

 IntServ fue introducido por el IETF en 1994
– Sugiere que la arquitectura actual (más algunas

extensiones) es suficiente para proporcionar QoS
extremo a extremo

 Reservas estrictas de ancho de banda por flujo

– RSVP (Resource reSerVation Protocol), RFC 2205
– Soporta unicast y multicast

 Control de admisión
 Servicios se dividen en tres categorías. Dentro de

cada una, cada flujo se caracteriza por su
especificación de tráfico (TSpec).

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Categorías de Servicios

 Tres categorías

– Guaranteed Service (Servicio Garantizado):

RFC 2212

Ancho de banda y retardo garantizado. Sin pérdidas en las colas.

Para tráfico de tiempo real con requisitos estrictos.

– Controlled Load Service (Servicio de Carga Controlada):

RFC 2211

Si no hay carga en la red, servicio similar “best effort”.

Cuando hay carga, asegura que un porcentaje alto de paquetes no incurra en un

alto retardo. Un alto porcentaje de paquetes no se perderá en las colas.

Para tráfico que necesite un trato mejorado pero tolere cierto nivel de retardo y

pérdidas (p.ej. aplicaciones adaptables de tiempo real).

– Best Effort Service
Servicio tradicional.

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Caracterización de Tráfico

 El tráfico IntServ se caracteriza a través de los

parámetros de un token bucket
– Muchas fuentes de tráfico se pueden definir

exactamente como un token bucket

– Proporciona una definición concisa de la carga impuesta

por los flujos

– Proporciona los parámetros necesarios para una función

de policing

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Modelo de Referencia

Host y Router

ROUTER

Agente
RSVP

Proceso
RSVP

Routing

Control de

políticas

HOST

Proceso de
aplicación

Control de

políticas

Control de
admisión

Control de
admisión

Clasificador

Gestor de

colas

Clasificador

Gestor de

colas

Flujo de datos

Señalización RSVP

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Elementos del Modelo de Referencia

 Gestión/Reserva de recursos

– Petición explícita de QoS para un flujo o grupo de flujos

 Control de Admisión

– Decisión de aceptar o no la petición de QoS de acuerdo con los

recursos disponibles

 Clasificador de paquetes

– Asigna cada paquete entrante a una clase de tráfico

 Planificador de paquetes

– Asigna recursos de transmisión a cada paquete saliente,

basándose en la clase de tráfico del paquete

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RSVP

 Protocolo genérico de señalización

 Se usa en IntServ para que los hosts comuniquen sus

necesidades de QoS a los elementos de red
– Soporte unicast y multicast

– Emisores anuncian en mensajes PATH el TSpec de su flujo

– Receptores reservan recursos con mensajes RESV

 Protocolo soft-state

– Requiere refresco periódico, si no las reservas expiran

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Escalabilidad en IntServ/RSVP

 Escalabilidad

¡Demasiados

flujos!

Backbone IP

La concentración de tráfico en el núcleo se traduce en un gran

número (¿millones?) de flujos individuales (sesiones RSVP) por
router

 Señalización: proceso PATH/RESV, manteniendo estados, etc ..
 Procesando paquetes: clasificación, encolado, planificación, etc ...

Es necesario soportar QoS extremo a extremo, pero el núcleo

no es capaz de procesar flujos individuales

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¡Es necesario agregar flujos!

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 Introducción

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 Servicios Diferenciados (DiffServ)

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Motivación

 La viabilidad de los Servicios Integrados es dudosa

– ¿Complejidad?
– ¿Escalabilidad?
– ¿Implantación rápida?

 Necesidades de mercado: mecanismos simples que

puedan implantarse rápida e incrementalmente para
ofrecer diferenciación de servicios
– Poder vender diversos niveles de “buen” servicio, aunque no se

puedan especificar de manera muy concisa
 Premisas iniciales del modelo DiffServ:

– Diferenciación de tráfico sencilla
– Mecanismos escalables
– Semántica que interopera a través de distintos dominios

administrativos

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Visión General

 Filosofía más simplista, opuesta a IntServ

– DiffServ, RFC 2475.

– No hay reservas, hay prioridades.

– No hay garantías por flujo, se hace un tratamiento diferenciado

agregado.

 Principios básicos

– Los routers frontera etiquetan los datagramas IP entrantes en

función de la política de clasificación del operador.

– Los routers internos procesan cada paquete en función de dicha

marca. Cada valor corresponde a un tratamiento diferenciado (PHB,
Per-Hop Behavior). Consecuencias:

Procesamiento por flujo en routers frontera: marcado, policing, etc.

Flujos agregados dentro de la red: routers internos no guardan estado por
flujo (escalabilidad), clasificación más eficiente al depender de un solo campo
(marca).

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Filosofía DiffServ

Etiquetado en

el Border Router

Sin estado

routers
internos

Control en el

router de salida

Red de
acceso

Red de ISP

IX

Red de
acceso

Red
de ISP

IX

Red
de ISP

Red
de ISP

Backbone de Internet

Acuerdo entre

ISPs (SLA)

Red de
acceso

Red
de ISP

Red
de ISP

Red de
acceso

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Campo DS
Cabecera IP

– DSCP (Differentiated Services CodePoint)

RFC 2474
Reemplaza al byte TOS de IPv4
Define la QoS obtenida en la red

DSCP

Class Selector

Not used

– Especifica un conjunto reducido y bien definido de clases

Servicio

Best Effort

AF Service Class 1

AF Service Class 2

AF Service Class 3

AF Service Class 4

EF Service

Network Control Traffic

Class Selector Codepoint

000

001

010

011

100

101

11X

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Componentes de un Nodo DiffServ

Medidor

Clasificador

Marcador

Shaper/
Dropper

 El perfil de tráfico proporciona reglas para determinar si un paquete está dentro de

este perfil o no. Se puede descibir con un token bucket. Es parte del SLA.

 El clasificador clasifica los paquetes entrantes según el campo DSCP. Les proporciona

un tratamiento diferenciado (prioridad en la cola, política de descarte, etc.).

 El medidor mide las propiedades temporales del tráfico frente a las del perfil.
 El marcador establece/remarca el DS field a un determinado DSCP. Lo realizan los

routers frontera. El valor DSCP depende del SLA.

 El shaper retr