ARQUITECTURA DE REDES DE COMUNICACIONES ÍNDICE TEMÁTICO

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1 ARQUITECTURA DE REDES DE COMUNICACIONES ÍNDICE TEMÁTICO I. ARQUITECTURA TCP/IP 1. Protocolo IPv6 (ICMPv6) 2. IP móvil en IPv4 e IPv6 3.Transición de IPv4 a IPv6 4. Encaminamiento dinámico de unidifusión y MPLS 5. Multidifusión IP 6. Encaminamiento dinámico de multidifusión 7. TCP: Servicios opcionales (confirmación selectiva o SACK) y control de la congestión UDP: Servicio no orientado a conexión para transmisiones multimedia en tiempo real 8. Parámetros de calidad de servicio, modelos de calidad de servicio y servicios en tiempo real en Internet (RTP, VoIP y ToIP) II. SERVICIOS Y TECNOLOGÍAS DE SEGURIDAD EN INTERNET 1. Amenazas, servicios y mecanismos de seguridad 2. Seguridad Web y correo electrónico 3. Protección de las comunicaciones: Intranets y Redes privadas virtuales 1

2 Arquitectura de Redes de Comunicaciones Documentación: Tema I, Capítulo 8 material TRANSPARENCIAS PROBLEMAS TCP/IP Tutorial and Technical Overview, Lydia Parziale, David T. Britt, 8ª edición (Diciembre 2006). Redbooks: Libro descargable desde Internet).Los RFCs que se indiquen 2

3 LA PROBLEMÁTICA DE LA CALIDAD DE SERVICIO EN INTERNET Internet es una red de computadoras o red de redes TCP/IP que basa su funcionamiento en la tecnología de conmutación de paquetes mediante un servicio de encaminamiento no orientado a conexión y no fiable Ventaja: IP se dedica, fundamentalmente a encaminar, especialmente IPv6 Desventaja: IP, por omisión, NO garantiza calidad de servicio o QoS (Quality of Service) a los distintos flujos de paquetes IP, por omisión, sólo proporciona un servicio best-effort o de mejor entrega o reenvío posible o hago lo que puedo Es decir, IP hace lo que puede para encaminar cada paquete desde un origen a un destino tan rápidamente como sea posible: primero que llega, primero que sale Actualmente, sólo los operadores garantizan a sus clientes una QoS, previamente contratada, en los routers de sus redes IP 3

4 Servicio IP de Mejor Entrega Posible o Hago lo que Puedo o Servicio Best Effort La mayoría de los routers en Internet disponen de la tradicional cola FIFO (First-In-First-Out) para cada línea de salida LO PRIMERO QUE ENTRA ES LO PRIMERO QUE SALE ENCAMINADO SIN NINGÚN TIPO DE GARANTÍAS DE QoS (CALIDAD DE SERVICIO) Se descartan o se pierden paquetes IP cuando se desborda la capacidad de almacenamiento de los buffers asociados a las distintas colas de salida Es el servicio IP más simple, y por omisión, pero no el ideal Línea 1 Línea 2 La mayoría de los routers en Internet disponen de la tradicional cola FIFO COLA FIFO Línea salida Línea n 4

5 Calidad de Servicio (QoS) en Internet Actualmente, la congestión y la falta de QoS son los principales problemas de Internet IP fue diseñado para dar, por omisión, un servicio best effort Sin embargo, hoy en día, se utiliza para aplicaciones interactivas en tiempo real o sensibles a las redes con congestión y a la falta de QoS Audioconferencias, videoconferencias, VoIP (Voice Over IP), etc. Estas aplicaciones no pueden funcionar en una red best effort congestionada. Se han hecho modificaciones en IP para que pueda ofrecer QoS a las aplicaciones, hoy por hoy, sólo en las redes IP de los operadores 5

6 Concepto de Flujo para la QoS Un flujo es un conjunto de paquetes procedentes de una misma fuente (cámara, micrófono, teléfono, etc.) que siguen una misma ruta por Internet y requieren una misma QoS Un flujo es unidireccional (simplex) 6

7 4 Flujos en una Videoconferencia Por ejemplo, una videoconferencia estaría formada por cuatro flujos: Audio y Vídeo de ida, Audio y Vídeo de vuelta A B Flujo vídeo A->B: :2056 -> :4065 Flujo audio A->B: :3567 -> :2843 Flujo vídeo B->A: :1734 -> :6846 Flujo audio B->A: :2492 -> :5387 Los flujos se agrupan en clases de tráficos de paquetes o clases de servicios y cada flujo debe recibir siempre la misma QoS 7

8 Identificación de Flujos Un flujo se identifica por los cinco parámetros siguientes: Dirección IP de origen Número de Puerto de origen Dirección IP de destino Número de Puerto de destino Protocolo de transporte utilizado (TCP o UDP) Los flujos pueden agruparse en clases Todos los flujos dentro de una misma clase de tráfico de paquetes (vídeo, audio, etc.) o clase de servicio reciben la misma QoS 8

9 4 Parámetros de Calidad de Servicio Parámetro Unidades Significado Caudal bps Capacidad de cada enlace, de la red, ofrecida a cada flujo LATENCIA (LATENCY) o RETARDO (DELAY) JITTER TASA DE PÉRDIDAS (LOSS RATE) ms ms % Retardo o tiempo requerido por el paquete de un flujo para atravesar la red Variación de la latencia entre paquetes secuenciales de un mismo flujo Proporción de paquetes perdidos respecto de los enviados en un determinado flujo 9

10 Parámetro de Calidad de Servicio CAUDAL Caudal: Capacidad de cada enlace de la red ofrecida a cada flujo Los flujos de las aplicaciones con QoS requieren un mínimo de capacidad en cada uno de los enlaces IP IP IP IP 1 Gbps 100 Mbps 10 Gbps 1 Gbps Caudal crítico = min (10 Gbps, 1 Gbps, 100 Mbps, 1 Gbps) = 100 Mbps Menor caudal ofrecido en un enlace de la red Caudal mínimo o crítico en una red: Parámetro QoS significativo Caudal de un flujo = capacidad del enlace/número de flujos Enlace = 1 o más flujos 10

11 Parámetro de Calidad de Servicio JITTER Variación o fluctuación de la latencia o latencia variable (interpacket delay) es la diferenciadetiempoextremoaextremoen la red entre paquetes secuenciales de un mismo flujo Por ejemplo, si un paquete requiere 100 ms en atravesar la red desde el extremo emisor al extremo receptor y el siguiente paquete requiere, a su vez, 125 ms para realizar el mismo viaje, el jitter será de 25 ms Esto es muy importante por ejemplo en VoIP ya que los paquetes no llegan ni en el orden ni en un tiempo constante, por lo que hay que esperar a que lleguen todos para poder reproducirlos en su orden El control del jitter de cada paquete lo lleva a cabo el extremo receptor mediante un BUFFER DE REPRODUCCIÓN en donde se almacenan los paquetes, previamente, y durante un tiempo de espera (timestamp), antes de ser reproducidos 11

12 Parámetro de Calidad de Servicio LATENCIA Retardootiempodetránsitoextremoaextremodelpaquetedeunflujo, es decir, el tiempo requerido por el paquete de un flujo para atravesar los diferentes enlaces de una red Un retardo extremo a extremo de entrega de cada paquete es una acumulación de los retardos o tiempos de propagación, transmisión, proceso y espera (en la correspondiente cola del interfaz de salida de un router) en cada uno de los enlaces en el trayecto entre el origen y destino Retardo de Propagación: Fijo en función de la Longitud del enlace/velocidad de propagación del medio Aire = Kms/seg (3,33 µseg/km); cable = Kms/seg (5 µseg/km) Retardo de Transmisión: Variable en función de la Longitud de la trama/capacidad del enlace Retardo de Proceso: Despreciable en función del tiempo que tarda el router en procesar un paquete y colocarlo en la cola del interfaz de salida RetardodeEsperaenCola(JITTER): Variable (y el más importante) en función del tiempo de espera o estancia en la cola del interfaz de salida 12

13 NUNCA DEBE SUPERARSE el Retardo Máximo de Tránsito Extremo a Extremo de un Flujo IP IP IP IP T1 +P1 T2 +P2 T3 + P3 Q2 Retardo = T1 +P1 +Q1 +T2 +P2+ Q2 + T3 +P3 + Q3 + T4 +P4 = n ms P: Retardo de propagación T: Retardo de transmisión Q: Retardo de proceso y ESPERA EN COLA DE SALIDA (Jitter) La acumulación de los diferentes tiempos implicados, especialmente, el jitter es IMPREDECIBLE en Internet o en redes IP con servicio hago lo que puedo PREDECIBLE o limitado en las redes IP de los operadores con QoS para determinados flujos LATENCIA MÁXIMA o RETARDO MÁXIMO (que no se debe superar): Parámetro QoS significativo Q3 Q4 T4 + P4 13

14 Parámetro de Calidad de Servicio LATENCIA Hay aplicaciones que admiten más o menos latencia Una persona navegando por Internet, esperando a que se descargue una página web, o descargando un fichero puede asumir cierta cantidad de tiempo de espera. Esto no es así, por ejemplo, para el tráfico de voz (VoIP) El tráfico de voz es un servicio interactivo en tiempo real,sensible a la latencia, al jitter y a las congestiones En un contexto de telefonía, la latencia es el tiempo requerido por una señal generada en la boca del llamante hasta alcanzar el oído del destinatario En VoIP nunca debe superarse un determinado retardo máximo para los paquetes de un flujo de voz Retardos (entre paquetes) menores de 150 mseg: Ideales al no ser percibidos por el ser humano Retardos (entre paquetes) entre 150 y 400 mseg: Aceptables pero no ideales Retardos (entre paquetes) por encima de 400 mseg: Inaceptables ya que impiden la interactividad en conversaciones de voz 14

15 Parámetro de Calidad de Servicio JITTER Variación o fluctuación de la latencia o latencia variable entre paquetes (interpacket delay) es la diferencia de tiempo extremo a extremo en la red entre paquetes secuenciales de un mismo flujo Por ejemplo, si un paquete requiere 100 ms en atravesar la red desde el extremo emisor al extremo receptor y el siguiente paquete requiere, a su vez, 125 ms para realizar el mismo viaje, el jitter será de 25 ms Esto es muy importante por ejemplo en VoIP ya que los paquetes no llegan ni en el orden ni en un tiempo constante, por lo que hay que esperar a que lleguen todos para poder reproducirlos en su orden El control del jitter de cada paquete lo lleva a cabo el extremo receptor mediante un BUFFER DE REPRODUCCIÓN en donde se almacenan los paquetes, previamente, y durante un tiempo de espera (timestamp), antes de ser reproducidos 15

16 Parámetro de Calidad de Servicio JITTER El JITTER se ocasiona, principalmente, por los tiempos de espera o estancia variables en cola o retardos variables o tiempos de estancia diferentes de los paquetes de un mismo flujo en las diferentes colas de salida de los routers, provocando una pérdida de sincronismo en el receptor ya que es imposible procesar los paquetes en recepción con la misma cadencia de salida del emisor Junto con la latencia es un parámetro muy crítico en servicios de comunicaciones interactivos en tiempo real Variación alta = Calidad desigual del sonido o la imagen Aplicaciones interactivas en tiempo real tienen requerimientos estrictos de latencia y jitter JITTER MÍNIMO: Parámetro QoS significativo 16

17 JITTER se ocasiona por los Tiempos de Espera Variables en Cola de Salida de los Routers Proceso Caudal IP IP IP IP Retardo de proceso Espera en cola (JITTER) Tiempo de transmisión Variación alta = Calidad desigual del sonido o la imagen Aplicaciones interactivas en tiempo real tienen requerimientos estrictos de latencia y jitter JITTER MÍNIMO: Parámetro QoS significativo 17

18 Problemática de la LATENCIA y JITTER en VoIP en Internet Si hacemos uso del servicio de VoIP con un teléfono o terminal IP, el típico CODECG.711ochipADCde nuestro teléfono IP o de la tarjeta de sonido de nuestra computadora genera una tasa de 8000 octetos/seg o bits/seg (f de muestreo = 8000 muestras/seg x resolución = 8 bits/muestra) El proceso emisor va agrupando los octetos/seg cada 20 mseg de conversación, obteniendo paquetes o trozos de voz de 160 octetos Nº de octetos por paquete de voz = 20 mseg x 8000 octetos/seg =160 octetos Al trozo o paquete de voz o carga útil de 160 octetos, se le añaden cabeceras RTP, UDP, IP y Ethernet y el resultado se transmite por la red de acceso a un ritmo de un paquete de voz cada 20 mseg Si hay un retardo constante de 20 mseg por Internet, durante la conversación (condiciones ideales), los paquetes llegan al receptor de una forma periódica cada 20 mseg y se escucha al mismo tiempo que se habla con un máximo de interactividad en la conversación de voz El receptor (CODEC o chip DAC del teléfono o de la tarjeta de sonido) reproduce en función de un tiempo de reloj (igual que el del emisor) cada paquete tan pronto como llega Por desgracia no se pueden mantener los 20 mseg entre paquetes: Algunos paquetes se perderán, otros llegarán desordenados y, además, la mayoría de los paquetes no tendrán un mismo retardo extremo o extremo por Internet (incluyendo diferentes jitters o variaciones, incluso con una Internet muy poco congestionada ) 18

19 Problemática de la LATENCIA y JITTER en VoIP En Internet no se puede mantener una misma latencia para cada paquete de un determinad flujo porque el jitter por paquete suele ser diferente Emisor El ritmo de transmisión de un emisor no coincide con el ritmo de transmisión por la red debido a la latencia y jitter de ésta bla, bla, bla, bla Red Receptor? A B C Buffer de reproducción para el control del jitter Emisor Transmite t A B C Receptor Recibe 20 ms 20 ms 90 ms t Red vacía Congestión LATENCIA EN LA RED: 60 ms + 30 ms (jitter) 19

20 Codificación de la Voz RECORDATORIO de los diferentes CODECS Señal de voz analógica. Esta señal se convierte en una señal digital mediante PCM La mayoría de los Codec comprimen la corriente PCM PCM G.711 genera bits/seg G.729a genera bits/seg (1000 muestras/seg x 8 bits/muestra = 8000 bits/seg 10 mseg de voz x 8000 bits/muestra = 10 bytes) G.726 genera 6,3; 5,3 Kbit/seg Se construyen las unidades de datos a partir de la salida del codec

21 Parámetro de Calidad de Servicio TASA DE PÉRDIDAS Proporción de paquetes perdidos respecto de los enviados en un determinado flujo y que no llegan al destino, generalmente, por desborde del buffer de la cola de salida del router y, en menor medida, por errores físicos en las tramas (CRC WiFi) y cabeceras de los paquetes IPv4 (checksum y TTL = 0) y segmentos TCP (checksum) IP no es un protocolo fiable, lo cual significa que en determinadas circunstancias los paquetes de datos pueden ser descartados (perdidos) por la red, generalmente, cuando la red está especialmente congestionada. La pérdida de múltiples paquetes de un flujo de voz puede causar un ruido que puede llegar a ser molesto para el usuario. Pérdidas de paquetes en los routers: Vía TCP son recuperables, pero las retransmisiones y controles TCP son inaceptables para aplicaciones interactivas en tiempo real al incrementar el retardo extremo a extremo. Además, el control de congestión TCP reduce la tasa de envío (troughput) en el emisor Por ejemplo, para mantener una calidad de la voz, los paquetes perdidos no deberían de exceder, del 1% de todos los paquetes enviados TASA DE PÉRDIDAS MÍNIMA: Parámetro QoS significativo 21

22 Las Pérdidas se suelen ocasionar en los Routers La congestión en Internet es la pérdida de 1 o más paquetes IP debido al desborde del buffer de la cola del interfaz de salida de un router cuando las tasas de entrada superan las capacidades de salida enlaces de entrada Proceso Caudal IP IP IP IP IP enlaces de entrada buffer de la cola del interfaz de salida enlace de salida Descarte del último CONGESTIONES O PERDIDAS DE PAQUETES IP EN UN ROUTER DE ACCESO, ESPECIALMENTE CRÍTICO EN ENLACES DE ENTRADA DE ALTA CAPACIDAD Y ENLACES DE SALIDA DE MENOR CAPACIDAD 22

23 Calidad de Servicio en Internet Salvo por las redes IP de los operadores con los que se contratado previamente una QoS, NO SE ASEGURA que un determinado flujo de paquetes en Internet vaya siempre por las rutas de MÁXIMO CAUDAL, MENOR LATENCIA y JITTER y MENOR NÚMERO DE PÉRDIDAS Actualmente, la congestión y falta de QoS es el principal problema de Internet 23

24 Oferta de Calidad de Servicio (QoS) Actualmente, sólo los operadores garantizan QoS, previamente contratada, a sus clientes, en los routers de sus redes IP Un operador ofrece QoS en su red IP cuando garantiza un valor límite (máximo o mínimo) de alguno de los parámetros de QoS Si el operador no se compromete en ningún parámetro se dice que ofrece un servicio best effort o por omisión El contrato, que especifica los valores acordados entre el proveedor y el usuario (cliente), se denomina SLA (Service Level Agreement). Por ejemplo: Caudal 1 Gbps Retardo 80 ms Jitter 30 ms Tasa de pérdidas 0,01 % Al QoS, el operador añade una PRIORIDAD DE TRATAMIENTO en función del Código no estándar IPP del operador (IP Precedence) que emplean los 3 bits de mayor orden del campo ToS de IPv4 o del campo prioridad de IPv6 o del código estándar DSCP de 6 bits Algoritmo de gestión de colas del router, haciendo que, por ejemplo, los paquetes de voz tengan máxima prioridad por las correspondientes colas de salida 24

25 Categorías de Aplicaciones (I) Tiempo real Interactivas Audioconferencias Videoconferencias VoIP Necesidad de garantizar Retardo máximo Caudal mínimo El jitter de cada paquete lo debe corregir el receptor No interactivas Streaming de audio y vídeo Es muy útil garantizar el retardo máximo Tolerantes al retardo medio 25

26 Categorías de Aplicaciones (II) Elásticas (funcionan con prestaciones variables de red) Interactivas HTTP, FTP, Telnet Sensibles al retardo medio No interactivas No importa el retardo 26

27 Requerimientos de QoS para las Aplicaciones Tipo de aplicación CAUDAL LATENCIA Jitter Tasa de Pérdidas Elástica interactiva (HTTP, FTP, etc.) No interactivo ( ) Bajo Bajo Medio Media 1 Alto Alto Alto Alta 1 VoIP Bajo Bajo Bajo Baja Vídeo interactivo Alto Bajo Bajo Baja Vídeo unidireccional (streaming) Alto Medio Bajo Baja 1 En realidad la aplicación requiere pérdida nula, pero esto lo garantiza el protocolo de transporte TCP 27

28 Routers con Algoritmos de Gestión de Colas El tratamiento de paquetes IP dentro de un router depende de su configuración interna y en función de ésta dispondrá de más o menos funcionalidad La mayoría de los routers en Internet disponen de una configuración mínima o, por omisión, para el funcionamiento de la tradicional cola por omisión (FIFO), la cual no permite: Diferenciar servicios ni prioridades de tratamiento mediante el código no estándar IPP (IP Precedence) de los operadores o del código estándar DSCP Aplicar ALGORITMOS DE GESTIÓN DE COLAS RFC-2309: Recommendations on Queue Management and Congestion Avoidance in the Internet 28

29 Routers con Algoritmos de Gestión de Colas Umbral máximo Promedio de ocupación Umbral mínimo TRES COMPONENTES BÁSICOS CONTROLADOR DE ADMISIÓN Paquetes IP de entrada en función del nivel de ocupación de las colas de salida ENTRADA DE PAQUETES IP CLASIFICADOR DE PAQUETES En función del código QoS PLANIFICADOR Asignación de cola de salida según QoS y nivel de ocupación SALIDA DE DATAGRAMAS 29

30 Routers con Algoritmos de Gestión de Colas Umbral máximo Promedio de ocupación Umbral mínimo Algoritmo de Gestión del la Cola Uso de un algoritmo en router para detectar el principio de congestión Descarta/marca datagramas (antes de que la cola esté llena) Objetivos de diseño: Aplicar diferentes tratamientos de prioridad a los paquetes de salida Ofrecer el caudal contratado Minimizar el jitter y latencia Minimizar la pérdida de paquetes Minimizar la congestión en la red 30

31 Routers con Algoritmos de Gestión de Colas El código QoS lo usa el router para seleccionar la cola responsable para el encaminamiento del paquete, descartando los paquetes que superan el umbral de ocupación del buffer Cada cola almacenará, al menos, los paquetes que le corresponden, y si hay caudal libre en el enlace de salida, almacenará más paquetes Cola 7 (Más alta prioridad) (10%) Cola 6 Cola 5 Cola 4 Cola 3 Cola 2 Cola 1 (10%) (60%) (20%) (30%) (40%) (50%) Algoritmo de encolamiento Cola 0 (Más baja prioridad) (60%) 31

32 Clave en la Congestión y Calidad de Servicio Con un buen CAUDAL en los enlaces se resuelven casi todos los problemas Sería muy fácil dar QoS si las redes nunca se congestionaran Para ello, habría que sobredimensionar todos los enlaces, lo cual no siempre es posible Para dar QoS con congestión es preciso tener mecanismos que permitan dar un trato distinto al tráfico preferente y cumplir el SLA (Service Level Agreement) Un SLA es un contrato entre el operador de la red y un cliente para definir aspectos específicos del servicio (valor límite mínimo o máximo de alguno de los parámetros) que se va a proporcionar 32

33 Modelos de QoS para IP Modelo ATM Tiende a desaparecer ante los modelos actuales (Modelo de Servicios Diferenciados) basados en la conmutación MPLS sobre tecnología GigaEthernet MODELOS ACTUALES del IETF Modelo de Servicios Integrados (1994) Fracasó y desapareció como modelo QoS Actualmente, su protocolo RSVP se usa en Ingeniería de Tráfico sólo como alternativa a LDP para la distribución de etiquetas MPLS Modelo de Servicios Diferenciados (1998) Modelo estándar de QoS para las redes IP de los operadores 33

34 Qos (Quality of Service) en IP: Modelo de Servicios Integrados (IntServ: Integrated Services) Documentos RFC del 2205 al 2210 Modelo complejo que fracasó y se basaba en reservar previamente recursos (caudal mínimo y retardo máximo) en la red para cada flujo Los mensajes RSVP se encapsulaban directamente en IP (identificador 89): Las tablas IP se configuraban previamente, antes del envío de mensajes RSVP, mediante un IGP de unidifusión (RIP y OSPF) Análogo a la reserva previa de un trayecto MPLS Protocolo RSVP (ReSerVation Protocol): Reservaba previamente recursos para un determinado flujo por las mejores rutas Cada router tenía que mantener toda la información de estado sobre cada flujo que pasara por él No era escalable en los routers de tránsito cuando había muchos flujos Los fabricantes de routers no desarrollaron implementaciones eficientes de RSVP, debido al elevado costo que tenía implementar en hardware los algoritmos necesarios para mantener gran cantidad de información de estado 34

35 Problemas de Escalabilidad de RSVP RSVP generó una euforia inicial ( ) que luego dio paso a la decepción La razón principal fueron problemas de escalabilidad debidos a la necesidad de mantener información de estado en cada router RSVP es inviable en grandes redes, por ejemplo en el núcleo (core) de Internet o en la red IP de un operador Estos routers han de mantener información sobre muchos flujos y por tanto mucha información de estado Núcleo de Internet 35

36 Qos (Quality of Service) en IP: Modelo de Servicios Diferenciados (DiffServ: Differentiated Services) RFC-2474 y RFC-2475 Nació para solventar los problemas asociados al modelo de Servicios Integrados mediante un modelo más simple de QoS No requiere una configuración avanzada, ni reserva previa de recursos ni almacenar la información de estado de cada flujo en cada router (Servicios Integrados) Calidad de servicio basada en la clase del servicio mediante una codificación (DSCP: Differenciated Service Code Point) de 6 bits que es la misma tanto para IPv4 e IPv6 36

37 Qos (Quality of Service) en IP: Modelo de Servicios Diferenciados (DiffServ: Differentiated Services) Típico modelo para un grupo de routers que forman el dominio administrativo de encaminamiento de la red IP de un operador La administración define un conjunto de clases de servicio con una determinada codificación DSCP El router ENCAMINA por la dirección de destino del paquete en función de su tabla IP, OFRECIENDO los recursos (caudal, latencia, jitter y tasa de pérdidas) y la prioridad de tratamiento indicados por la clase de servicio 37

38 Qos (Quality of Service) en IP: Modelo de Servicios Diferenciados (DiffServ: Differentiated Services) del IETF RFC-2474 y 2475 El estándar en Internet para aplicar calidad de servicio en las redes IP de los operadores se denomina Modelo de Servicios Diferenciados A efectos prácticos, los operadores aplican, a su manera sus propios códigos de calidad de servicio anteriores al estándar del IETF DiffServ utiliza una codificación (DSCP: Differenciated Service Code Point) de 6 bits que es la misma tanto para IPv4 e IPv6 Los operadores aplican sus propios códigos IPP (IP Precedence) haciendo uso de los primeros 3 bits de mayor orden del campo TOS en IPv4 y del campo Prioridad en IPv6 38

39 Qos en IPv4: Modelo de Servicios Diferenciados RECORDATORIO Los 6 bits de mayor orden del campo ToS de la cabecera IPv4 se usan para el modelo de Servicios Diferenciados CABECER A VERSIÓN Longitud Cabecera IDENTIFICADOR (TTL) TIPO DE SERVICIO 000 D T R00 TIEMPO DE VIDA PROTOCOLO 0 D F LONGITUD TOTAL M F DIRECCIÓN ORIGEN DESPLAZAMIENT O SUMA DE COMPROBACIÓN (CABECERA) DIRECCIÓN DESTINO OPCIONES RELLENO DATOS 39

40 Qos en IPv4: Modelo de Servicios Diferenciados RECORDATORIO El código DSCP reemplaza el significado de los 3 bits originales del campo Prioridad y de los 3 bits de control D-T-R Differentiated Services Punto de Código Code Point de Servicios Diferenciados Notificación Explícita de Congestión (ECN) CABECER A VERSIÓN Longitud Cabecera IDENTIFICADOR TIEMPO DE VIDA (TTL) DSCP 00 PROTOCOLO 0 D F LONGITUD TOTAL M F DIRECCIÓN ORIGEN DESPLAZAMIENTO SUMA DE COMPROBACIÓN (CABECERA) DIRECCIÓN DESTINO OPCIONES RELLENO DATOS 40

41 Qos en IPv6: Modelo de Servicios Diferenciados (para ECN se cogen 2 bits más del campo Etiqueta de Flujo) 31 Versión RECORDATORIO El código DSCP reemplaza el significado de los 4 bits originales del campo Prioridad y de 4bits del campo Etiqueta de Flujo Differentiated Services Punto de Código CodePoint de Servicios Diferenciados xxxxxx XX Longitud de la carga útil Notificación Explícita de Congestión (ECN) Etiqueta de flujo (20 bits) Cabecera siguiente Límite de saltos Dirección de origen (16 octetos) 40 octetos Dirección de destino (16 octetos) 41

42 Campo DS y Valor DSCP: RFC-2475 RECORDATORIO Campo DS X X X X X X Valor DSCP Los paquetes se etiquetan según su QoS a través del campo DS (Differentiated Services) o de Servicios Diferenciados de 6 bits de la cabecera IPv4/IPv6 El valor del campo DS (Differentiated Services) se denomina DSCP (DS code point) o Punto de Código de Servicios Diferenciados y es el código o etiqueta utilizada para clasificar paquetes según el modelo de servicios diferenciados Con un valor DSCP de 6 bits se pueden definir 64 clases diferentes de sevicios o comportamientos por salto o tratamientos de reenvío PHB (Per Hop Behavior) DSCP + ECN: Reemplaza el significado del campo Tipo de Servicio (8 bits) de la cabecera IPv4 y al campo Prioridad (4 bits) y 4 bits del campo Etiqueta de Flujo de la cabecera fija IPv6 ECN ECN: Explicit Congestion Notification Para una notificación explícita de congestión 42

43 Modelo de Servicios Diferenciados RECORDATORIO Prioridad de tratamiento (cuando los bits 3, 4 y 5 son 0) X X X X X X Puntos de código de selector de clase (Class Selector Codepoints) DSCP (RFC-2474) El valor DSCP indica el comportamiento por salto o tratamiento de reenvío PHB (Per Hop Behavior) en función de la clase de servicio: PHB de reenvío rápido (EF PHB: Expedited Forwarding PHB): Tráfico con más alta prioridad : Caudal alto, latencia baja, jitter bajo, tasa de perdidas baja PHB de reenvío asegurado (AF PHB: Assured Forwarding PHB): TráficoconmenosrecursosqueEFPHBymásqueDFPHB PHB de reenvío por omisión (DF PHB: Default Forwarding PHB): Por omisión, se lleva a cabo la mejor entrega posible o best effort (000000) o primero que llega es el primero que sale (sin QoS) Selector de clase (CS: Class Selector): Cuando los 3 bits de la derecha (bits 3, 4 y 5) son 0, los 3 bits de la izquierda se interpretan de igual forma que los 3 bits de prioridad de IPv4 (XXX000) y, además, para mantener compatibilidad con los códigos IPP (IP Precedence) de los operadores, anteriores a los códigos DSCP ECN ECN: Explicit Congestion Notification Para una notificación explícita de congestión 43

44 Modelo de los Operadores Antes de la publicación del Modelo de Servicios Diferenciados (RFC- 2474, RFC-2475, 1998), los operadores ya utilizaban sus propios códigos Actualmente, los operadores siguen aplicando su propia terminología y sus propios códigos anteriores a los códigos DSCP De hecho, se añadió el Selector de clase (CS: Class Selector) para mantener compatibilidad con los códigos IPP (IP Precedence) de los operadores que emplean los 3 bits de mayor orden del campo ToS de IPv4 Campo DS RECORDATORIO X X X X X X IPP: IP Precedence Selector de clase (CS: Class Selector) 5: Multimedia o premium o platino (equivalente al PHB de reenvío rápido o EF PHB) 3: Oro 1: Plata Servicio olímpico 0: Bronce (equivalente al PHB de reenvío por omisión o DF PHB) 44

45 cliente Ejemplo del Dominio DS o Dominios DS en la Red IP de un Operador cliente Red del cliente ROUTER DE ACCESÒ ROUTERS DE TRÁNSITO DOMINIO DS ROUTER DE ACCESÒ DOMINIO DS ROUTER DE ACCESÒ ROUTER DE ACCESÒ DOMINIO DS La red IP de un operador está formada por 1 o más dominios DS Un dominio DS (Differentiated Services) consiste en un conjunto de routers contiguos que interpretan un DSCP de manera uniforme Router de acceso: Controla el servicio contratado para los diferentes paquetes de un flujo Router de tránsito: Aplica el funcionamiento por salto (PHB) 45

46 Funciones QoS desempeñadas por los Routers de Acceso Identifica y separa paquetes en las diferentes clases de servicio en función del SLA contratado En función de la aplicación, nº de puerto, dirección IP de la máquina origen y contrato con el cliente Descarta paquetes que no se ajusten al SLA contratado Asigna a cada paquete el DSCP que le corresponde Coloca cada paquete en la cola que le corresponde y descarta los que superen el umbral acordado de ocupación del buffer (Encolamiento y eliminación) Ajusta y retrasa el envío de paquetes de tal manera que no se supere la tasa de tráfico acordada (Clasificación) (Control) (Codificación) (Ajuste) 46

47 Tipos de Routers en un Dominio DS ROUTER DE ACCESO: Nodo externo con máxima funcionalidad 1. Clasificación: Identifica y separa paquetes en las diferentes clases de servicio en función del SLA contratado; para ello, analiza la información de control de la cabecera IP (e incluso del nivel de transporte) 2. Control: Comprueba si los paquetes están dentro o exceden el nivel de servicio garantizado por el SLA para dichos paquetes. En caso contrario, descarta los paquetes que exceden el SLA para garantizar cualquier otro servicio en la red 3. Codificación: Asigna a cada paquete el DSCP que le corresponde o, incluso, recodifica los paquetes con un diferente DSCP si es necesario 1. Por ejemplo, si se supera la tasa de tráfico (throughput) acordada en un determinado intervalo de tiempo para una determinada clase de servicio, se recodifica el DSCP, por ejemplo, para un reenvío por omisión (DF PHB) 2. Por ejemplo, si una clase de servicio tiene un DSCP = 3 en un dominio y un DSCP =1 en el siguiente dominio, se cambia 3 por 1 3. Por ejemplo, si una clase de servicio tiene una prioridad = 3 en un dominio y una prioridad = 7 en el siguiente dominio, se cambia 3 por 7 4. Encolamiento: Reglas para dar un trato preferencial de cola a los paquetes de entrada según sus DSCPs 5. Eliminación: Reglas para eliminar paquetes en caso de congestión de buffer 6. Ajuste del reenvio: Suaviza las ráfagas de paquetes y conforma el tráfico para su envío por el interfaz en función de la clase de servicio. Retrasa paquetes si es necesario de tal forma que el flujo de paquetes de una clase de servicio no exceda la tasa de tráfico especificada 47

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