Material de Lectura Qos

7/18/2019 Material de Lectura Qos

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Introducción a la calidad en el servicio (QoS)

Hace pocos años, debido básicamente a la baja capacidad de las redes, laposibilidad de llevar a cabo aplicaciones relacionadas con información multimedia(videoconferencia, audioconferencia, video bajo demanda, pizarras compartidas,teletrabajo, telemedicina, etc.) eran prácticamente impensable, pero en estosmomentos es una realidad. Se ha avanzado mucho en la comprensión de audio yvideo, y en tecnolo!as de redes.

"fortunadamente, en la actualidad se están implantando nuevas tecnolo!as de#bra óptica $ue proporcionan el ran ancho de banda re$uerido por las aplicacionesanteriores, pero no basta solo con el aumento del mismo, es necesario estionarlode manera e#ciente% utilizarlo en un porcentaje elevado aseurando una calidaddeterminada. &sto es la calidad en el servicio ('oS).

Hasta hace poco este trmino no era importante en la mayor!a de los sistemas. aracomprobarlo tan solo tenemos $ue pensar en los aloritmos $ue se usanactualmente en la transmisión de pa$uetes por la red (pensar en el sistema Best Efort utilizado en *nternet), estos aloritmos suelen arantizar la lleada de todoslos pa$uetes, pero no dan ninuna cota respecto al l!mite de su lleada a destino.&sta forma de transmisión es buena para muchas aplicaciones, como por ejemplo latransmisión de archivos (+), la naveación v!a -eb, el correo electrónico, donde loimportante es $ue los datos lleuen correctamente. ara el trá#co en tiempo real,en cambio, los datos necesitan llear a su destino en un tiempo determinado, ya$ue tardar un poco más implica $ue la aplicación se detendr!a por falta de datos, locual ser!a inadmisible.

a calidad en el servicio ('oS) es el rendimiento de e/tremo a e/tremo de losservicios electrónicos tal y como los percibe el usuario #nal. os parámetros de 'oSson% el ancho de banda (band0ith), el retardo (delay), la variación del retardo(jitter) y la pérdida de paquetes (pac1et loss). 2na red debe arantizar ciertonivel de calidad de servicio para un nivel de trá#co $ue siue un conjuntoespeci#cado de parámetros.

a implementación de pol!ticas de calidad de servicio se puede enfocar en variospuntos se3n los re$uerimientos de la red, los principales son%

"sinar ancho de banda en forma diferenciada.

&vitar y4o administrar la conestión de la red.

5anejar prioridades de acuerdo al tipo de trá#co. 5odelar el trá#co de la red.

Ancho de banda (Bandwidth)&l trmino ancho de banda es una medida de la capacidad de transmisión dedatos y se re#ere al n3mero de bits por seundo $ue pueden viajar a travsde un medio. &sta capacidad se ve disminuida por factores neativos talescomo el retardo, $ue pueden causar un deterioro en la calidad."umentar el ancho de banda sini#ca poder transmitir más datos (alo as! como aumentar el n3mero de carriles de una autopista), pero tambin implicaun incremento económico y, en ocasiones, resulta imposible su ampliación sin

cambiar de tecnolo!a de red.

Retardo (Delay)



&s la variación temporal y4o retraso de la lleada de los 6ujos de datos a sudestino. &s una caracter!stica $ue se hace muy evidente en aplicacionescomo la videoconferencia donde todos hemos e/perimentado aluna vez elretraso en la recepción de al3n mensaje vocal enviado por nosotros y el

retardo e/istente entre la señal de voz y la señal de video. eniendo encuenta hacia $u tipo de aplicaciones se están orientando lastelecomunicaciones (es evidente la lleada de voz sobre *), es necesario $uelas en las pol!ticas de 'oS de#nidas para nuestra red este parámetro seareducido al m!nimo.

Variación del retardo (Jitter)&s lo $ue ocurre cuando los pa$uetes transmitidos en una red no llean a sudestino en debido orden o en la base de tiempo determinada, es decir, var!anen latencia. "lo semejante a la distorsión de una señal. &n redes deconmutación de pa$uetes, jitter es una distorsión de los tiempos de lleadade los pa$uetes recibidos, comparados con los tiempos de los pa$uetes

transmitidos oriinalmente. &sta distorsión es particularmente perjudicialpara el trá#co multimedia.2na solución ante el jitter es la utilización de bu7ers en el receptor. ero estamedida es poco e#caz, dado $ue ser!a necesario un ran tamaño para losbu7ers, lo $ue implica un costo económico en los e$uipos, y por$ue estosbu7ers incrementar!an el retardo. &l tamaño de uno de estos bu7ers deber!aser al menos dos veces el tamaño del jitter y el retardo adicional introducidopor el bu7er podr!a superar el retardo má/imo permitido por la aplicación.

Pérdida de paquetes (packet loss)*ndica el n3mero de pa$uetes perdidos durante la transmisión. 8ormalmentese mide en tanto por ciento. or ejemplo, los routers

pierden4niean4descartan pa$uetes por muchas razones, muchas de lascuales, las herramientas 'oS no pueden hacer nada.

2. Modelos de QoS

&/isten 9 modelos de 'oS llamados :est;&7ort, *ntServ y <i7Serv. os cuáles seránde#nidos a continuación%

Best-Efort . &ste modelo es el más sencillo. &s un modelo simple de servicio, en el

cual, una aplicación env!a información cuando ella lo desea, en cual$uiercantidad, sin nin3n permiso re$uerido y sin informar previamente a la red.&s decir, simplemente este modelo $uiere decir $ue no se aplica calidad en elservicio al trá#co. "demás, este modelo no aseura tasa de transferencia,retraso o #abilidad. or 3ltimo, utiliza el modelo de cola +*+= (+irst *n +irst=ut) para sus transmisiones.

<ecimos $ue una red o un proveedor ofrece calidad en el serviciocuando se arantiza el valor de uno o varios de los parámetros $ue de#nenesta calidad. Si el proveedor no se compromete en nin3n parámetro decimos$ue lo $ue ofrece es un servicio >best-efort ?. @4* fue diseñado para dar unservicio best;e7ort tambin. &/isten aplicaciones $ue no pueden funcionan enredes conestionadas con best;e7ort, por ejemplo, la videoconferencia o Ao*.

IntServ (Integrated Services). &ste modelo se basa en la idea de reserva derecursos en la red por 6ujos. 2n 6ujo es una cadena de pa$uetes $ue 6uyenpor la red desde una aplicación en una computadora orien hasta una



aplicación en una computadora destino. ara cada 6ujo entrante se de#nenlos recursos (ancho de banda, retardo, etc.) $ue serán necesarios para este6ujo. a reserva de recursos debe establecerse previamente en cada uno delos routers $ue forman parte del camino entre el orien y el destino. @ada

nodo en el camino indica si puede aseurar la reserva y mantiene una tablacon el estado de la reserva por 6ujo.a principal limitación de este modelo es la ran cantidad de

información $ue debe almacenar cada nodo, provocando $ue la solución nosea aplicable en situaciones con ran cantidad de 6ujos entre usuarios#nales.

DifServ (Diferentiated Services). &ste modelo será descrito a continuación



3. Descripción de DiffServ QoS

Diferentiated Services es un protocolo de 'oS propuesto por *&+ BC+@ DEFG yC+@ DEFE $ue permite distinuir diferentes clases de servicio marcando lospa$uetes. @onsiste en un mtodo para marcar o eti$uetar pa$uetes, permitiendo alos routers modi#car su comportamiento de env!o. @ada tipo de eti$ueta representaun determinado tipo de 'oS y el trá#co con la misma eti$ueta se trata de la mismaforma.

Di!er" fue desarrollada en respuesta a la necesidad de mtodos toscos perosimples de proveer diferentes niveles de servicio para el trá#co de internet y parasoportar diferentes tipos de aplicaciones y neocios espec!#cos.

ara proporcionar los diferentes niveles de servicio utiliza el campo type o service(#o!) o DifServ !odepoint (D!$P) de la cabecera del estándar *vE e *vI. Jstees un campo de K bits estando los 3ltimos D reservados. @on los I bits restantes seconsiuen IE combinaciones% EK para el espacio lobal y LI para uso local.

Figura 6. Cabecera IPv4ara su funcionamiento, <i7Serv divide el trá#co en unas pocas clases y losrecursos se asinan con base a las clases (y no a los 6ujos individuales como*ntServ), lo $ue hace $ue esta ar$uitectura no sufra el problema de aotamiento derecursos de la red.

ara el control del trá#co <i7Serv tiene dos enrutadores (routers)% los nodos fronteray los nodos interiores (+iura F). Solo los nodos frontera clasi#can trá#co y marcanpa$uetes, mientras $ue los nodos interiores usan las clases codi#cadas en la

cabecera del pa$uete (llamadas clases de retransmisión o orwarding equivalenceclass) para determinar el tratamiento de los pa$uetes. &l tratamiento $ue recibenlos pa$uetes se3n su clase se denomina tratamiento de retransmisión (PB ! Per-o" Be#aviour ).



Figura $. %rquitectura de una red &if'erv

os conceptos clave de <i7Serv se pueden resumir de la siuiente forma% oma ventaja de las propiedades escalables de las herramientas 'oS

basadas en clases para diferencias entre tipos de pa$uetes, con lameta de >diferenciar servicios en *nternet?.

&n una red simple, los pa$uetes deber!an ser marcados al inreso a unpunto dentro de la red, con otros dispositivos realizando elecciones 'oSbasados en el campo marcado.

&l campo marcado estará en el encabezado * y no en el encabezadode la capa de enlace de datos, ya $ue el encabezado * permanece a lolaro de toda la red.

&ntre redes, los pa$uetes pueden ser reclasi#cados y remarcados alinresar dentro de otra red.

ara facilitar el marcado, el encabezado * ha sido rede#nido al incluirun campo de I bits llamado <S@, el cual permite IE clasi#cacionesdiferentes.

"parte de las estrateias enerales de 'oS, <i7Serv realmente provee doscaracter!sticas claves adicionales% el ca&po D!$P y al'unas su'erencias decó&o usar este ca&po



4. Clasificación y marcado de trficoa mayor!a de las herramientas 'oS clasi#can el trá#co. &l cual, permite a cadaclase de trá#co recibir un trato diferente con respecto a otras clases de trá#co.&stos diferentes tipos de trá#co, en terminolo!a 'oS se les llama t!picamenteclases de servicio. a clasi#cación permite a los dispositivos decidir $u pa$uetesson parte de cada clase de servicio.

as herramientas de clasi#cación y marcado de trá#co no solo clasi#can pa$uetesen clases de servicio, sino $ue tambin marcan los pa$uetes en la misma clase deservicio con el mismo valor en un campo en el encabezado. "l marcar los pa$uetes,otras herramientas 'oS $ue e/aminan el pa$uete más tarde, pueden e/aminar losbits de marca para $ue sea más fácil clasi#car los pa$uetes.

@asi todas las herramientas 'oS usan la clasi#cación en al3n nivel. ara poner unpa$uete en una cola de espera diferente a otro pa$uete, el *=S debe diferenciar dealuna forma entre los dos pa$uetes, por ejemplo% pa$uetes de voz (Ao*) ypa$uetes de datos.

or ejemplo, muchas herramientas 'oS permiten clasi#car utilizando listas decontrol de acceso ("@). Si la "@ LML permite el paso a un pa$uete, la herramientade encolado podr!a poner el pa$uete en una cola, si la "@ LMD permite el paso aotro pa$uete, este es almacenado en una seunda cola de espera, y as! sucesivamente.

"arcado de tr#$co basado en clases&l marcado de trá#co basado en clases puede clasi#car pa$uetes en clases deservicio al e/aminar directamente el encabezado de la trama, pa$uete, celda("5) y semento. &ste mtodo de marcado tambin puede utilizar "@ paraiualar (match) pa$uetes.Clasi(caci!n con )B%* +)etwor, Based %""lication *ecognition8:"C provee un router con la capacidad de clasi#car pa$uetes,particularmente pa$uetes dif!ciles de identi#car. *ndependientemente, 8:"Cpuede ser con#urado para mantener contadores de tipo de trá#co y volumende trá#co de cada tipo.8:"C clasi#ca pa$uetes $ue, normalmente, son dif!ciles de clasi#car. orejemplo, alunas aplicaciones utilizan n3meros de puertos dinámicos,entonces, un comando >atc#? con#urado estáticamente, buscando por unn3mero de puerto particular @ o 2<, simplemente podr!a no clasi#carlo.8:"C puede buscar en el encabezado @ y 2< y mandar al nombre del

host, 2C o tipo 5*5& en solicitudes H."arcado de tr#$co

&l marcado de trá#co involucra la con#uración de alunos bits dentro delencabezado de la capa de red, con el objetivo de dejar a otros dispositivos'oS realizar la clasi#cación basado en los valores de las marcas. "lunasopciones del marcado de trá#co tienen sentido para todos los dispositivos deuna "8, mientras otros solamente cuando se utilizan plataformas dehard0are espec!#cas.

!a%pos &oS del encabe'ado Ios dos campos más populares para el marcado de trá#co para 'oS son elcampo > "rioridad? (recedence) y el campo >&'CP/ (<i7erentiated Services

@ode oint).



Figura 0. Ca"os IP Precedence 1 &'CPSe puede marcar los campos >prioridad? y <S@ con cual$uier valor binarioválido de 9 o I bits, respectivamente.

oda la clasi#cación 'oS se resuelve con este campo en el modelo <i7Serv,ya $ue se identi#ca cada pa$uete su areado de trá#co (:", Be#avior

%ggregate). @ada :" es identi#cado por un 3nico códio <S. &n trminosconcretos un H: (er;Hop :ehaviors) se re#ere a la proramación,encolamiento, de#nición de pol!ticas o caracter!sticas de un nodo en cual$uier

pa$uete, es decir, cómo se le tratará.

&l marcado de trá#co puede ocurrir en dos luares%a *uente ori'inal del tr+,co- co&o un ser"idor web- &arca eltr+,co

.n router- co&o el pri&er router que el tr+,co encuentra-clasi,ca y &arca el tr+,co

@uando un pa$uete entra en un router, la lóica de ruteo selecciona su puertode salida, y su valor <S@ es usado para conducir el pa$uete a una colaespec!#ca o tratamiento espec!#co en ese puerto. &l H: particular escon#urado por un mecanismo administrador de la red, estableciendo la tablade comportamiento dentro del router.

!lase de servicio *+ (*+ !lass o Service , !oS)

5uchos de los s0itches "8 de hoy en d!a pueden marcar y reaccionar acampos de capa D, llamado clase de servicio (@oS) dentro de los encabezados&thernet. &l campo @oS e/iste solamente dentro de las tramas &thernetcuando los enlaces troncales KMD.L' o *S (*nter;S0itchin in1) están siendousados. &l estándar *&&& KMD.L actualmente de#ne el uso de los bits @oSdentro del encabezado KMD.L'. se puede utilizar el campo para establecer Kvalores binarios diferentes, los cuales pueden ser utilizados para laclasi#cación llevada a cabo por herramientas 'oS, de la misma forma $ue loscampos >prioridad? y ><S@?. a #ura N muestra el encabezado descritoanteriormente.



Figura 2. Ca"os Co' 3%)

!. Mecanismos de QoS para administrar y evitar la con"estión de la red@isco utiliza el trmino >adinistraci!n de la congesti!n? para referirse a lossistemas de encolamiento de sus productos. a mayor!a de la ente entiende losconceptos básicos de encolamiento, ya $ue la mayor!a de nosotros lo e/perimentad!a a d!a% una cola de espera para paar los abarrotes en el supermercado, una colade espera para ser atendidos en el banco y as! sucesivamente.

os sistemas de encolamiento tienen un impacto en las E caracter!sticasmencionadas anteriormente% ancho de banda, delay, jitter y prdida de pa$uetes.5ucha ente escucha el trmino 'oS e inmediatamente piensa en sistemas deencolamiento, pero 'oS incluye muchos más conceptos y caracter!sticas $uesolamente encolar. @iertamente, los sistemas de encolamiento son muy a menudolas herramientas desarrolladas más importantes.

os sistemas de encolamiento más básicos utilizan una cola sencilla con untratamiento +*+= (+irst *n +irst =ut). O, P$u sini#ca estoQ :ueno, cuando el *=Sdecide tomar el siuiente pa$uete de la cola, de todos los $ue están esperando,toma a$uel $ue lleó primero como se muestra en la #ura LM.

Figura 5. Cola FIF.



&l encolamiento +*+= no re$uiere las dos caracter!sticas más interesantes de otrasherramientas de encolamiento% clasi,cación y planeación

+inalmente, cabe mencionar $ue el *=S @isco utiliza por default el mtodo de

encolamiento >weig#ted air ? (espera e$uitativa ponderada) en luar delencolamiento +*+= y $ue para cambiarse, los routers proveen los comandosnecesarios para ajustar estos parámetros.

Encola%iento por prioridad (& , riority &ueuing)

a caracter!stica más distintiva de las colas de prioridad es su proramación. 'prorama el trá#co de manera $ue las colas de prioridad más alta siempre obtienenel servicio, con el efecto secundario en las colas de baja prioridad. Se puedenestablecer un n3mero má/imo de E colas, llamadas% alta, medio, normal y baja.

&l proceso de este mecanismo es muy simple, siempre inicia en la cola de alta

prioridad y ella transmitirá primero, si esta cola no tiene pa$uetes en espera, la colade mediana prioridad tiene la opción de transmitir pa$uetes y as! sucesivamente. acola de baja prioridad transmitirá sus pa$uetes si ninuna de las anteriores tienepa$uetes en espera.

Encola%iento por espera equitativa ponderada (.& - eighted .air &ueuing)

&ste mtodo de encolamiento clasi#ca pa$uetes en 6ujos. 2n 6ujo es un conjunto depa$uetes $ue tienen la misma dirección * orien y destino y los mismos n3merosde puerto tanto orien como destino. <ado $ue -+' es basado en 6ujos, cada 6ujoutiliza diferentes colas +*+=S separadas, el n3mero de colas alcanza las EMNI colas

por interface.

&s un mtodo automatizado $ue provee una justa asinación de ancho de bandapara todo el trá#co de la red. @omo se mencionó, -+' ordena el trá#co en 6ujosutilizando una combinación de parámetros. or ejemplo, para una conversación

@4*, se utiliza el protocolo * (dirección orien y destino), etc. 2na vezdistinuidos estos 6ujos el router determina cuáles son de uso intensivo o sensibleal retardo, priorizándolos y aseurando $ue los 6ujos de alto volumen seanempujados al #nal de la cola, y los vol3menes bajos, sensibles al retardo, seanempujados al principio de la cola.

&sta tcnica es apropiada en situaciones donde se desea proveer un tiempo

respuesta consistente ante usuarios $ue eneran altas y bajas caras en la red, ya$ue se adapta a las condiciones cambiantes del trá#co en sta.

" manera de resumen, mostramos las caracter!sticas más importantes%



7abla . *esuen 8F9

Encola%iento por espera equitativa ponderada basado en clases (!B.& ,!lass Based eighted .air &ueuing)

-+' tiene alunas limitantes de escalamiento, ya $ue la implementación delaloritmo se ve afectada a medida $ue el trá#co por enlace aumenta, colapsadebido a la cantidad numerosa de 6ujos $ue analizar. @:-+' fue desarrollada paraevitar esas limitaciones, tomando el aloritmo de -+' y e/pandindolo,permitiendo la de#nición de clases de#nidas por el usuario, $ue permiten un mayorcontrol sobre las colas de trá#co y asinación de ancho de banda.

"lunas veces es necesario arantizar una determinada tasa de transmisión paracierto tipo de trá#co, lo cual no es posible mediante -+' pero s! con @:-+'. asclases $ue son posibles implementar con @:-+' pueden ser determinadas se3nprotocolo "@, valor <S@ o interfaz de inreso. @ada clase posee una colaseparada y todos los pa$uetes $ue cumplen con el criterio de#nido para una claseen particular son asinados a dicha cola. 2na vez $ue se establecen los criteriospara las clases, es posible determinar cómo los pa$uetes pertenecientes a dichaclase serán manejados. Si una clase no utiliza su porción de ancho de banda, otraspueden hacerlo. Se pueden con#urar espec!#camente el ancho de banda y el l!mitede pa$uetes má/imos (o profundidad de cola) para cada clase. &l peso asinado a lacola de la clase es determinado mediante el ancho de banda asinado a dicha clase.

Encola%iento de ba/a latencia (& , o0 atency &ueueing)

&l encolamiento de baja latencia es una mezcla entre ' y @:-+'. &s actualmenteel mtodo de encolamiento recomendado para Aoz sobre * (Ao*) y telefon!a *, $uetambin trabajará apropiadamente con videoconferencias. ' consta de colas deprioridad personalizadas, basadas en clases de trá#cos, en conjunto con una cola deprioridad, la cual tiene preferencia absoluta sobre las otras colas.

Si e/iste trá#co en la cola de prioridad, sta es atendida antes $ue las otras colas deprioridad personalizadas. Si la cola de prioridad no está encolando pa$uetes, seprocede a atender a otras colas se3n su prioridad. <ebido a este comportamientoes necesario con#urar un ancho de banda l!mite reservado para la cola deprioridad, evitando la inanición del resto de las colas. a cola de prioridad $ue posee' provee un má/imo retardo arantizado para los pa$uetes entrantes para esta



cola, el cual es calculado como el tamaño del 52 dividido por la velocidad delenlace.

Evasión de la congestión

as metodolo!as de evasión de la conestión se basan en la manera en $ue losprotocolos operan, con el #n de no llear a la conestión de la red. as tcnicas deC&< (*ando Earl1 &etection) y -C&< (8eig#ted *ando Earl1 &etection) evitanel efecto conocido como >sincronización lobal?. @uando m3ltiples cone/iones @operan sobre un enlace com3n todas ellas incrementan el tamaño de su ventanadeslizante a medida $ue el trá#co llea sin problemas. &ste aumento radualconsume el ancho de banda hasta conestionarlo.

&n este punto, las cone/iones @ e/perimentan errores de transmisión, lo $ue hace$ue se disminuya su tamaño de ventana simultáneamente. &sto conlleva a una

sincronización lobal, donde todos los 6ujos comienzan a incrementar su tasa detransmisión nuevamente para llear a otro estado de conestión. &ste ciclo esrepetitivo, creando picos y valles en la utilización del ancho de banda del enlace. &sdebido a este comportamiento $ue no se utiliza los má/imos recursos de la red.



os mtodos de evasión de la conestión tratan con este tipo de situación,descartando pa$uetes de forma aleatoria. C&< forza a $ue el 6ujo de reduzca eltamaño de su ventana de transmisión, disminuyendo la cantidad de informaciónenviada. " medida $ue se alcanza el estado de conestión de la red, más pa$uetes

entrantes son descartados con el #n de no llear al punto de conestión en elenlace. o $ue limita a estas tcnicas de evasión de conestión es $ue sólo sirvepara el trá#co basado en @, ya $ue otros protocolos no utilizan el concepto deventana deslizante.

/ Auto0o!

@isco ha desarrollado una nueva forma de 'oS denominada "uto'oS y $ue tienecomo propósito facilitarle al administrador de la red las pruebas básicas de losatributos de 'oS. "uto'oS clasi#ca automáticamente el trá#co al implementar loscomandos necesarios en la @* del router.

"uto'oS se encuentra disponible en los routers @isco *=S desde la serie DIMM hastala serie FDMM y tambin en la mayor!a de los routers @isco $ue utilizan versiones del*=S LD.D(LG) y posteriores. "uto'oS ofrece los siuientes bene#cios%

8o re$uiere una comprensión avanzada de 'oS del mismo modo $ue s! sedesea con#urar desde la l!nea de comandos.

Se pueden reutilizar las pol!ticas de 'oS y reutilizarlas, del mismo modo en$ue si se tratara de una plantilla.

Se ahorra mucho tiempo de con#uración.

#endell $. (2%%!). IP Telephony Self Study Cisco QoS Exam Certification Guide . 2nd &d.'earson &ducation.

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