Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica

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1 Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE 0502 Proyecto Eléctrico Aplicación de Calidad de Servicio (QoS) para Transmitir Voz sobre IP en Redes de Área Amplia (WA s) Por: Alejandro José Vargas Ovares Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Diciembre del 2008

2 Aplicación de Calidad de Servicio (QoS) para Transmitir Voz sobre IP en Redes de Área Amplia (WA s) Por: Alejandro José Vargas Ovares Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: Ing. Andrew Sheehy Protti Profesor Guía Ing. Rafael Campos Gómez Profesor lector Ing. Felipe Córdoba Morales Profesor lector ii

3 DEDICATORIA A Dios, porque sin Él nada de esto sería realidad, ni tendría sentido. A mis padres por el apoyo incondicional que me han brindado, sin el esfuerzo de ellos no hubiera llegado hasta aquí, y a mis abuelitos por su apoyo durante toda mi vida académica. iii

4 RECO OCIMIE TOS A mis padres, por siempre creer en mí y apoyarme en mis metas, a mi hermano y familiares por estar pendientes de mí durante el proyecto. A los ingenieros Andrew y Felipe, por haberme tendido una mano como miembros del tribunal del proyecto, y a todos aquellos profesores que dejaron una huella positiva en mi formación como profesional. Quiero agradecer especialmente a Rafael, Nelson, Alonso y José, por la oportunidad que me brindaron en Altus, su apoyo y guía a través de este proyecto, así como a todos los compañeros que aportaron su granito de arena para la conclusión del mismo. A mis compañeros de la Universidad por todos los momentos vividos, su apoyo y ayuda a lo largo de la carrera. meta. Finalmente, a mis amigos que siempre estuvieron apoyándome para alcanzar la iv

5 Í DICE GE ERAL Í DICE DE FIGURAS... 7 Í DICE DE TABLAS... 8 RESUME CAPÍTULO 1: Introducción Objetivos Objetivo general Objetivos específicos Metodología... 4 CAPÍTULO 2: Marco Teórico WAN (Wide Area Network) Frame Relay ATM (Asynchronous Transfer Mode) Operadores para Clasificación de Tráfico y Políticas Herramientas de Manejo de Congestión Herramientas de Evasión de Congestión (Manejo de Colas) Herramientas de Modelado de Tráfico y Políticas (Traffic Shaping, Policing) Mecanismos de Eficiencia del Enlace CAPÍTULO 3: QoS Que es QoS? Ancho de Banda: Retardos: Jitter: Pérdida de Paquetes: Generalidades de los Parámetros de QoS CAPITULO 4: Características del Tráfico de Voz Consideraciones de cada una de las Características de QoS en el Tráfico de Voz Consideraciones del Ancho de Banda v

6 4.1.2 Consideraciones del Retardo Consideraciones del Jitter Consideraciones de las Pérdidas de Paquetes CAPITULO 5: Arquitecturas de QoS DiffServ (Differentiated Services) Clasificación de paquetes: Marcado de Paquetes Condicionamiento de Tráfico (Traffic Conditioner Block) Políticas Ejecución de PHB (Per Hop Behaviors) IntServ (Integrated Services) VoIP Call Admision Control con RSVP Compresión de Encabezado RTP con RSVP (LLQ) Low Latency Queuing con RSVP CAPITULO 6: Herramientas de QoS Herramientas que afectan el Ancho de Banda Herramientas que afectan los Retardos Herramientas que afectan el Jitter Herramientas que afectan la Pérdida de Paquetes CAPITULO 7: Herramientas para la Configuración y Monitoreo de QoS del Fabricante CISCO Herramientas del Fabricante Cisco Cisco Network-Based Application Recognition (NBAR) Configuración AutoQoS Ejemplos de Redes Reales Cliente M Cliente T BIBLIOGRAFÍA A EXOS APE DICES vi

7 Í DICE DE FIGURAS Figura 2.1 Tipos de Tecnologías WA [7]... 6 Figura 2.2 Cola PQ [14] Figura 2.3 Cola CQ [14] Figura 2.4 Cola WFQ [14] Figura 2.5 WRED [14] Figura 2.6 GTS [14] Figura 2.7 LFI [14] Figura 2.8 Compresión de encabezado RTP [9] Figura 4.1 Compresión de Encabezado RTP [9] Figura 5.1 DiffServ CodePoint Field [16] Figura 5.2 ToS byte en la estructura del paquete IPv4 [12] Figura 5.3 Bloque Condicionador de Tráfico [17] Figura 5.4 Arquitectura DiffServ [17] Figura 5.5 Ejemplo de RSVP [13] Figura 5.6 RSVP junto con LLQ [18] Figura 6.1 Fragmentación del Enlace e Intercalación [12] Figura 6.2 Traffic Shaping [19] Figura 7.1 Estructura del paquete RTP [9] Figura 7.2 Topología de la Red Cliente M Figura 7.3 Muestras de Datos Cliente M Figura 7.4 Topología de Red Cliente T vii

8 Í DICE DE TABLAS Tabla 2.1 Operadores para Clasificación de Tráfico y Políticas [13]... 8 Tabla 3.1 Valores de Retardos de Serialización [3] Tabla 3.2 Ejemplos de Retardos de Serialización y Propagación [10] Tabla 3.3 Componentes del Retardo Tabla 3.4 Requerimientos del tráfico de aplicaciones comunes [3] Tabla 3.5 Comportamiento del Tráfico sin QoS [3] Tabla 4.1 Codecs [15] Tabla 4.2 Comparación de Requerimientos de QoS en el Tráfico de Voz [10] Tabla 4.3 Guía de Intervalos de tiempos de retardo [3] Tabla 5.1 Códigos DiffServ AF [17] Tabla 7.1 Protocolos VoIP soportados por BAR [20] Tabla 7.2 Tipos de Payloads [20] viii

9 OME CLATURA AF PHB Assured Forwarding Per Hop Behaviors (Envio Asegurado Comportamiento por Salto) ASCII American Standard Code for Information Interchange ATM Asynchronous Transfer Mode (Modo de transferencia asíncrono) BA Behavior Aggregate (Comportamiento global) CAC Call Admission Control (Control de Admisión de Llamadas) CAR Committed Access Rate (Tasa de acceso cometido) CBP Class Based Policing (Clase Basada en Políticas) CBTS Class Based Traffic Shaping (Clase Basada en Modelación de Trafico) CBWFQ Class Base Weighted Fair Queuing (Clase Basada en Colas de Peso Justo) CLI Command Line Interface (Interface de comando de Línea) CQ Custom Queuing (Cola de Costumbre) DiffServ Differentiated Services (Servicios Diferenciados) DSCP DiffServ Code Point (Punto Código del Servicio Diferenciado) DSFIELD DiffServ field (Campo del Servicio Diferenciado) DSL Digital Subscriber Line (Línea de abonado digital) EF PHB Expedited Forwarding Per Hop Behaviors (Acelerado de Transmisión del Comportamiento por Salto) FIFO First In First Out (Primero Adentro Primero Afuera) GTS Generic traffic Shaping (Modelado de Trafico Genérico) HDLC High-Level Data Link Control (Control de Enlaces de Datos de Alto Nivel) IANA Internet Assigned Numbers Authority (Autoridad Reguladora de Números de Internet) IETF Internet Engineering Task Force IntServ Integrated Services (Servicios Integrados) IP Internet Protocol (Protocolo de Internet) ISDN Integrated Services Digital Network (Red Digital de Servicios Integrados) ITU International Telecommunications Union LAN Local Area Network (Red de Área Local) LFI Link Fragmentation and Interleaving (Fragmentación de Enlaces e Intercalado) ix

10 LLQ Low Latency Queuing (Cola de Baja Latencia) MAC Media Access Control (Control de Acceso de Medios de Comunicación) MGCP Media Gateway Control Protocol (Protocolo de Control Puerta de Medios de Comunicación) MQC Modular QoS CLI (CLI de QoS Modular) NBAR Network Based Application Recognition (Aplicación basada en el Reconocimiento de redes) PHB Per Hop Behaviors (Comportamiento por Salto) PPP Point to Point Protocol (Protocolo Punto a Punto) PQ Priority Queue (Cola de Prioridad) PSTN Public Switched Telephone Network (Red Telefónica Pública Conmutada) PVC Permanent Virtual Circuit (Circuito Virtual Permanente) QoS Quality of Service (Calidad de Servicio) RED Random Early Detection (Detección Temprana Aleatoria) RF Radio Frequency (Radio Frecuencia) RMON Remote Monitoring (Monitoreo Remoto) RSVP Resource Reservation Protocol (Protocolo de Reservación de Recursos) RTP Real-Time Transport Protocol (Protocolo de Transporte en Tiempo Real) SIP Session Initialization Protocol (Protocolo de Inicialización de Sesión) SLA Service Level Agreement (Acuerdo de Nivel de Servicio) SMNP Simple Network Management Protocol (Protocolo de Administración de Red Simple) SVC Switched Virtual Circuit (Circuito Virtual Conmutado) TCB Traffic Conditioner Block (Bloque Condicionador de Trafico) TCP Transmission Control Protocol (Protocolo de Control de Transmisión) UDP User Datagram Protocol (Protocolo de Datagrama de Usuario) VAD Voice Activity Detection (Detección de Actividad de Voz) VLAN Virtual Local Area Network (Red de Área Local Virtual) VoIP Voice over Internet Protocol (Voz sobre el Protocolo de Internet) WAN Wide Area Network (Red de Área Amplia) WFQ Weighted Fair Queuing (Cola de Ponderado Justo) WRED Weighted Random Early Detect (Detección Temprana Aleatoria Ponderada) x

11 RESUME El presente trabajo consiste en una investigación sobre el concepto de calidad de servicio (QoS), como solución a la problemática del bajo rendimiento en las redes de área amplia que transmiten voz sobre IP, además de probar herramientas disponibles para medir el impacto de aplicar QoS en esas redes. En principio se revisó el concepto de red de área amplia (WAN) y se definieron los operadores para la clasificación de tráfico y políticas, a manera de introducir el ambiente sobre el cual se estudia la definición de calidad de servicio (QoS). Se profundizó en la revisión de las características del tráfico de voz, para cada uno de los parámetros. El proyecto continúa con el estudio de las 2 arquitecturas de QoS: Servicios Diferenciados y Servicios Integrados. Estas son utilizadas para entender con mayor amplitud el concepto de QoS y apreciar la complementariedad de las mismas. Una vez definidas las arquitecturas y algoritmos se clasificaron las herramientas, que afectan cada uno de los parámetros de QoS, para así, posteriormente hacer una revisión de las herramientas para la configuración y monitoreo de QoS del fabricante Cisco: NBAR y AutoQoS. Finalmente se analizaron mediciones de redes de clientes reales de la compañía consultora Altus. Utilizando las herramientas antes mencionadas se emitieron las recomendaciones del caso. xi

12 1 CAPÍTULO 1: Introducción Según un reporte reciente de la firma consultora Infonetics, especializada en redes de la información y telecomunicaciones, el número de subscriptores de VoIP a nivel de residencias y pequeñas oficinas creció en un 60% entre los años 2006 y 2007 para sobrepasar los 75 millones. Los aumentos más grandes se produjeron en Norteamérica y EMEA (Europa, Medio Oriente y África), sin embargo la región del Pacifico de Asia continúa a la cabeza como lo ha venido haciendo en los últimos años. Se estima que este año la EMEA llegue a liderar el mercado y se prolongue al menos hasta el Los ingresos de clientes empresariales contra consumidores a nivel mundial que comparten servicios de VoIP aumentaran de un 26% en el 2007 a un 41% en el [1] Estos datos justifican la importancia que tienen actualmente las comunicaciones por medio de VoIP y la que tendrán tanto en el sector empresarial como en el residencial en los próximos años, todo esto gracias a los beneficios de esta tecnología, dentro de los cuales podemos citar: el ahorro en los costos por llamadas en casos donde no se requiera comunicarse por medio de una PSTN (Red Pública Telefónica Conmutada) y el ahorro que implica el utilizar una misma red existente donde no se esté utilizando toda su capacidad para transmitir datos y voz, entre otros. Así como los servicios de VoIP poseen una serie de beneficios y ventajas también tienen problemas y defectos que se deben corregir en las redes sobre las cuales trabajan,

13 2 dentro de los cuales podemos mencionar los retardos o latencias, la perdida de paquetes, la congestión en los enlaces, entre otros. Estos originan la necesidad de poder garantizar un nivel de calidad mínimo, el cual satisfaga a los usuarios. Para ello existen una serie de herramientas que miden ciertos parámetros, que permiten tomar decisiones de configuración que garantizan un buen servicio. Dichos inconvenientes se producen en las WANs debido a la congestión de paquetes que se produce en los enlaces, en su mayoría arrendados a proveedores de servicio, quienes cobran según el tamaño del ancho de banda. Quiénes realizan este tipo de mediciones? Las compañías consultoras especializadas en el área de las redes de información y telecomunicaciones, donde su razón de ser es brindar a sus clientes la asesoría, venta de equipo e implementación de una solución de telecomunicaciones, así como garantizar la calidad del proyecto. Tal es el caso de la compañía nacional Altus Consulting S.A. Para garantizar dicha calidad es necesario que desde el origen de un proyecto, en su etapa de diseño, hasta la etapa de implementación e inclusive soporte y supervisión de la red, los técnicos e ingenieros involucrados conozcan acerca de las ventajas con que cuentan las herramientas de QoS, como configurar estas en un equipo y además realizar mediciones del estado de la red, que les permita tomar las mejores decisiones.

14 3 1.1 Objetivos Objetivo general Investigar sobre el concepto de calidad de servicio (QoS) como solución a la problemática del bajo rendimiento en las redes de área amplia que transmiten voz sobre IP y probar herramientas disponibles para medir el impacto de aplicar QoS en esas redes Objetivos específicos 1. Estudiar la definición de calidad de servicio (QoS) y su relevancia en el área de la implementación y rendimiento de las redes WAN. 2. Investigar sobre la tecnología de voz sobre IP (VoIP), sus características y consideraciones respecto a los parámetros de QoS en implementaciones de esta tecnología por Altus Consulting S.A. 3. Investigar acerca de las arquitecturas y herramientas de QoS disponibles. 4. Conocer sobre las alternativas y herramientas del fabricante Cisco para implementar y medir QoS en una red determinada.

15 4 1.2 Metodología El presente trabajo es de naturaleza investigativa, se utilizaron como fuentes bibliográficas libros, artículos publicados en revistas consideradas confiables e internet, lugar de donde se obtuvo la mayoría de material debido a la novedad del tema y del uso de información que es actualizada por la empresa fabricante Cisco en su página web oficial. Esto con el objeto de conformar una base teórica adecuada y actualizada para el análisis de las herramientas de medición. Se investigó el concepto de QoS y sus arquitecturas como solución a la problemática, con el fin de obtener una base teórica para la comprender y manejar las herramientas existentes que sean de utilidad para el departamento de ingeniería de la empresa. Debido a la relación de socios de Altus Consulting S.A., con el fabricante Cisco se valoraron las herramientas de la marca que garantizan un cien por ciento de compatibilidad con el resto de la infraestructura de telecomunicaciones.

16 5 CAPÍTULO 2: Marco Teórico El presente capítulo pretende definir una serie de conceptos necesarios para introducir el tema, tales como qué es una WAN, y los algoritmos que se encuentran detrás de las herramientas. 2.1 WA (Wide Area etwork) Su traducción al español es red de área amplia, significa que es una red de comunicaciones que opera más allá del alcance geográfico de una LAN (Local Area Network). En las WANs, por lo general, las empresas se subscriben a un proveedor de servicio. Las WAN utilizan enlaces suministrados por la operadora de servicios para acceder a Internet y conectar distintos sitios entre sí, incluyendo conexiones con otras organizaciones o empresas e incluso entre usuarios remotos de su red local. Las velocidades de los enlaces WAN varían según sea el contrato de nivel de servicio, el cual es adquirido según las necesidades de ancho de banda de las empresas para transmitir datos, voz o video. Se tiende a pensar que el aumento de velocidad es la solución a la demanda de las redes locales de comunicarse bien, sea con otras o con Internet, dejando de lado la eficiencia que puede ser configurada en equipos claves de la red para aprovechar al máximo los enlaces WAN.

17 6 Existen diversos tipos de enlaces WAN. Estos se clasifican en dos clases: los dedicados y los conmutados. En los primeros encontramos: las líneas alquiladas como T1, E1 T3,E3, DSL (Digital Subscriber Line), los segundos se dividen a su vez en tres tipos: los Conmutados por Circuitos como el servicio telefónico básico ISDN; los conmutados por paquetes como Frame Relay y por último los conmutados por Celdas como ATM (Asynchronous Transfer Mode). Esta clasificación se puede apreciar claramente en la figura 2.1. Figura 2.1 Tipos de Tecnologías WA [7] Las WAN son un grupo de interconexiones entre routers basados en LANs, por lo que carecen de servicios y trabajan en las tres capas inferiores del modelo de referencia

18 7 OSI. Estos routers determinan el destino de los datos, basados en los encabezados de capa de red y transfieren los paquetes a la conexión de enlace de datos indicada para enviarse por la conexión física Frame Relay Este es un protocolo sencillo, que funciona a nivel de capa de enlace de datos, no en la capa de red, por lo que no utiliza ningún control de flujo o errores. El administrar las tramas de manera simplificada reduce la latencia y los métodos para evitar la acumulación de tramas reducen el jitter. Las conexiones son PVC (Permanent Virtual Circuit), la conexión es una línea arrendada o una telefónica ISDN (Integrated Services Digital Network) ATM (Asynchronous Transfer Mode) Esta tecnología tiene una velocidad de transmisión superior a los 155 Mbps y se basa en una arquitectura de celdas en lugar de tramas como la anterior, cada celda posee una longitud de 53 bytes de los cuales 5 bytes son de encabezado. Una línea ATM típica necesita casi un 20% más de ancho de banda que Frame Relay para transportar el mismo volumen de datos de capa de red. Provee PVC (Permanent Virtual Circuit) y SVC (Switched Virtual Circuit), siendo los primeros, los más comunes y utilizados simultaneamente en una única conexión de línea alquilada en un extremo de red.

19 8 clásicas. Existen otros tipos de tecnologías WAN, las anteriores solo representan las más 2.2 Operadores para Clasificación de Tráfico y Políticas Las redes definidas en la sección anterior utilizan políticas para garantizar la calidad de los servicios que los usuarios finales reciben, en la tabla 2.1 se presenta un resumen de estos operadores y se definirán algunos de los conceptos presentes como marco de referencia para los próximos capítulos. Tabla 2.1 Operadores para Clasificación de Tráfico y Políticas [13] Clasificación Mapeo de clases Mapeo de Políticas Clasificar Tráfico Pre-colas Cola y programación Pos-cola Clasificación del Tráfico Acciones inmediatas Manejo de Congestión y Evasión Mecanismos de Eficiencia del Enlace DSCP Marcar Límite de cola Compresión de encabezados Interfaces de entrada Políticas Detección aleatoria Fragmentación del enlace e intercalación MAC Botado de Paquetes Ancho de banda Longitud del paquete Conteo Cola justa Precedencia Ancho de banda estimado Prioridad Protocolo Forma VLAN

20 Herramientas de Manejo de Congestión Una de las maneras de manejar el tráfico para priorizar flujos de datos en la salida de un enlace, es el uso de algoritmos de colas. Estos fueron diseñados para ayudar a solventar diferentes problemas y mejorar la eficiencia de las redes. Algunas de estos algoritmos son los conocidos FIFO, PQ, CQ, WFQ, CBWFQ, los cuales se mencionaran a continuación Cola FIFO (First In First Out) Este tipo de algoritmo de cola consiste en transmitir por el enlace el tráfico en el orden en que llega, como lo dice su traducción al español, el primero en ingresar es el primero en salir, no hace distinción alguna entre paquetes. Tiene como desventaja que cuando se llena la cola, se producen pérdidas al final de la cola, ya que se desechan esos paquetes y por su falta de capacidad para distinguir entre paquetes que tienen prioridad y los que no, producen efectos negativos en aplicaciones críticas Cola PQ (Prioritizing Queuing) El algoritmo asegura que ese tráfico importante que se podía perder en el algoritmo anterior reciba un manejo rápido en cada uno de los puntos donde este se aplique, Brinda

21 10 una prioridad flexible de acuerdo al protocolo de red, interface, tamaño de paquete o dirección de destino u origen. En este algoritmo cada paquete se coloca en alguna de las cuatro colas: alto, medio, normal o bajo, basándose en la prioridad asignada. Los paquetes que no son clasificados por algún mecanismo se introducen en la cola normal. En la figura 2.2 se observa cómo opera este algoritmo. Figura 2.2 Cola PQ [14] Cola CQ (Custom Queuing) Fue diseñada para atender diversas aplicaciones de las organizaciones que comparten la red por encima de otras. Este algoritmo hace que la red sea capaz de

22 11 garantizar un ancho de banda mínimo o latencia mínima para ciertas aplicaciones y dedicar el resto del ancho de banda a otras aplicaciones. CQ coloca los paquetes en una de las diecisiete colas que posee, la primera mantiene los mensajes del sistema, como keepalives, señalización etc; el resto se maneja mediante un ciclo de conteo. Al igual que PQ se configura estáticamente, por lo que no es adaptable dinámicamente a los cambios en la red. El algoritmo se encuentra ilustrado en la figura 2.3 Figura 2.3 Cola CQ [14]

23 WFQ (Weighted Fair Queuing) Este algoritmo se basa en los flujos, permitiendo que los paquetes sean atendidos justamente en términos de conteo de bits, en otras palabras se distribuyen los flujos de datos en cada cola de manera justa para poder brindar un servicio eficiente. Los flujos de tráfico de bajo volumen que comprometen la mayoría del tráfico reciben mayor servicio transmitiendo el mismo número de bytes que los flujos de tráfico de alto volumen. Está diseñado para ser fácil de configurar, es dinámico, es decir se adapta a los cambios en la red. Cada flujo posee su propia cola para almacenar en caso de congestión del enlace. Este algoritmo usa los bits de precedencia de los paquetes IPv4 para mejorar el servicio de ciertas colas, esto con el fin de determinar cuánto servicio se le debe brindar a una cola específica. Además se garantiza usar al máximo el ancho de banda ya que se aprovecha enviando el tráfico de baja prioridad en cualquier instante que el de alto rendimiento no lo esté utilizando. En cuanto el valor de los bits de precedencia aumenta, el algoritmo asigna más ancho de banda al flujo para asegurarse que sea atendido rápidamente cuando ocurra una congestión, en la figura 2.4 se muestra el modo de operación del algoritmo.

24 13 Figura 2.4 Cola WFQ [14] CBWFQ (Class- Based Weighted Fair Queuing) CBWFQ permite al administrador de red crear clases que garanticen un ancho de banda mínimo en lugar de proveer de una cola para cada flujo, como en WFQ, cada clase tiene uno o más flujos. Si existe disponible más ancho de banda, la clase puede utilizarlo, y en caso contrario de que la clase no utilice su mínimo ancho de banda este puede ser aprovechado por otra clase o clases.

25 LLQ (Low Latency Queuing) LLQ es un algoritmo encargado de garantizar baja latencia en el tráfico de paquetes, es una opción de CBWFQ, esta revisa primero los paquetes de la cola de baja latencia, en ausencia de ellos el algoritmo se dirige a priorizar otras colas, que ocupen que su ancho de banda sea garantizado Herramientas de Evasión de Congestión (Manejo de Colas) Estas técnicas monitorean las cargas del tráfico de la red, para anticipar y evadir la congestión en los cuellos de botella de las redes RED (Random Early Detection) Estos algoritmos se encargan de evadir la congestión en las redes antes de que ocurra un problema, monitorea las cargas de tráfico en puntos estocásticos de la red descartando paquetes en el momento que la congestión comienza a crecer. El origen detecta que el tráfico se está descartando por lo que disminuye la velocidad de transmisión. Este mecanismo es bastamente usado en Internet WRED (Weigthted Random Early Detection) Esta herramienta utiliza el algoritmo RED y la precedencia IP. Puede selectivamente descartar el tráfico de baja prioridad cuando las interfaces comienzan a congestionarse, utilizando un umbral mínimo para cada nivel de precedencia IP y así

26 15 determinar cuando un paquete puede ser botado. Lo interesante de WRED es que tiene la capacidad de aumentar la probabilidad de que un paquete sea descartado aumentando la profundidad de la cola desde el umbral mínimo de botado de paquetes hasta el máximo umbral de botado de paquetes. WRED clasifica el tráfico entrante en flujos que se basan en direcciones de destino y origen o incluso en puertos. Además mantiene el estado de los flujos activos, los cuales tienen paquetes en las salidas de las colas. Es así como se asegura de que cada flujo no consuma más recursos de los permitidos y penaliza a los que monopolicen los recursos. También determina el número de buffers disponibles por flujo. En la figura 2.5 se observa el funcionamiento de WRED. Figura 2.5 WRED [14]

27 Herramientas de Modelado de Tráfico y Políticas (Traffic Shaping, Policing) CAR (Commited Access Rate) Se utiliza para limitar el ancho de banda de un flujo para favorecer a otro. Con esta herramienta se puede transmitir, botar o poner bits de precedencia IP GTS (Generic traffic Shaping) Esta herramienta provee de un mecanismo de control de un flujo de tráfico en una interface, reduce la salida de flujos de tráfico para evadir congestionamiento limitando tráfico específico a una tasa de bits particular mientras la cola envía el tráfico especificado, ninguno del tráfico por encima de la tasa especificada es sometido a la cola. Puede trabajar con una serie de tecnologías como Frame Relay, ATM, Ethernet, entre otras. En la figura 2.6 encontramos ilustrado el proceso. Figura 2.6 GTS [14]

28 Mecanismos de Eficiencia del Enlace LFI (Link Fragmentation and Interleaving) Es capaz de reducir el Jitter y la latencia en enlaces de bajas velocidades, partiendo largos datagramas e introduciendo en esos espacios paquetes de tráfico sensibles al retardo, requiere de la configuración de PPP (Point to Point Protocol) en las interfaces del enlace, la figura 2.7 ilustra el proceso. Figura 2.7 LFI [14] RTP Header Compression (Real Time Transport Protocol) RTP es un protocolo de host a host utilizado para transportar Video y Audio empaquetado a través de la red IP, la compresión de su encabezado incrementa la eficiencia

29 18 de transmisión, especialmente en enlaces de velocidades bajas, dicho procedimiento reduce de 40 bytes a un rango de 2 a 4 bytes. Figura 2.8 Compresión de encabezado RTP [9]

30 19 CAPÍTULO 3: QoS 3.1 Que es QoS? Quality of Service o Calidad de Servicio se define como: La habilidad de una red de proveer mejor o especial servicio a un grupo de usuarios o aplicaciones en detrimento de otros usuarios o aplicaciones. [3] Esto ayuda a obtener mejor eficiencia de una red congestionada mediante diferentes niveles de prioridad para las aplicaciones, usuarios o flujos de datos. La ITU (International Telecommunications Union) define en su estándar X.902 Calidad de Servicio, como Un conjunto de requisitos de calidad en el comportamiento colectivo de uno o más objetos. La solución de QoS manipula los siguientes parámetros o características del tráfico en las redes para lograr su objetivo: Ancho de Banda Retardos Jitter Pérdida de Paquetes

31 Ancho de Banda: Es la capacidad del rendimiento nominal de un medio de red o un protocolo. Para lo que nos ocupa, es la asignación de ancho de banda, ya que QoS no es capaz de aumentarlo sino de administrarlo de manera eficiente. Formalmente se define como el número de bits por segundo que satisfactoriamente se envía a través de un medio. El ancho de banda en algunas ocasiones es igual a la velocidad física del enlace, o la tasa del reloj de la interface, pero en otras es menor Retardos: Existen varios tipos de retardos, entre ellos encontramos: el retardo de serialización, el retardo de propagación, el retardo de colas, el retardo de transmisión, el retardo de modelado, el retardo de red, el retardo de códec y el retardo de compresión Retardo de serialización: Es el tiempo que toma codificar todos los bits de una trama en el medio físico, está en función del tamaño de la trama y la velocidad del enlace.

32 21 (3.1-1) Tabla 3.1 Valores de Retardos de Serialización [3] Clock Rate del Enlace Retardos de Serialización (tramas de 125-Byte; ms) Retardos de Serialización (tramas de 1500-Byte; ms) 100Mbps Mbps Mbps Mbps Mbps Retardo de Propagación: Es el tiempo que toma un solo bit en llegar de un punto del enlace hasta el otro punto, este retardo ocurre cuando los bits atraviesan el enlace físico, en contraste con el retardo de serialización este tipo de retardo no es afectado por la velocidad del enlace o la tasa del reloj (clock rate) como veremos en las ecuaciones y

33 22 (3.1-2) Donde la velocidad de la luz en el vacío corresponde a (3.1-3) Donde la velocidad de la luz sobre el cobre corresponde a El retardo de propagación se calcula dividiendo la longitud del enlace entre la velocida de la luz. Para el 70% de los casos es aceptable la ecuación 3.1-2, pero si se desea una medida más exacta se utiliza la ecuación o la equivalente para el medio en partículas.

34 23 Tabla 3.2 Ejemplos de Retardos de Serialización y Propagación [10] Longitud del Clock Rate Retardo de Retardo de Retardo de Enlace del Enlace Propagación Serialización (Paquetes Serialización (Paquetes (ms) de 125-Byte; ms) de 1500-Byte; ms) 50 m 100 Mbps m 100 Mbps Km 56 kbps Km 128 kbps Km Mbps Km Mbps Retardos de Cola: Consisten en el tiempo invertido en colas dentro de un dispositivo, los paquetes lo experimentan cuando son almacenados en un buffer por otros paquetes que deben ser enviados antes que ellos Retardos de Transmisión o Procesamiento: Son los producidos por el tiempo de procesamiento que transcurre entre el momento en que una trama es recibida completamente, y el momento en que el paquete es

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