Integración de MPLS y DiffServ en una Arquitectura para la Provisión de QoS *

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1 Integración de MPLS y DiffServ en una Arquitectura para la Provisión de QoS * Raúl Jiménez Mateo, Cristina Paniagua Paniagua, Alfonso Gazo Cervero, José Luis González Sánchez, Francisco J. Rodríguez Pérez Área de Ingeniería Telemática. Departamento de Informática. Universidad de Extremadura. Av/ Universidad s/n Cáceres Teléfono Fax: Abstract IP technology, even considering its success since its implantation over the Internet, suffers from limitations that make it inappropiate for a number of current telematic applications that require QoS (Quality of Service) guarantees from the network. Last years several proposals have arised trying to solve this issue. In this work it is proposed a step forward in this sense, by means of the following technologies: the adventages of the MPLS (MultiProtocol Label Switching) technology, the DiffServ (Differentiated Services) model and the use of BBs (Bandwidth Brokers). Finally, the ns-2 (Network Simulator) has been extended and used to quantify the improvements obtained by the exploitation of this new architecture, getting encouraging results. Keywords MPLS, DiffServ, QoS, Bandwidth Brokers, Ingeniería de Tráfico, Simulación de redes 1. Introducción En la actualidad, el protocolo IP es el dominante en la mayoría de las redes. Desde su creación, su filosofía sin conexión y con envío de tráfico de naturaleza best effort ha dado muy buenos resultados y, por lo tanto, contribuido a su expansión. Sin embargo, las nuevas aplicaciones que han ido surgiendo en los últimos años requieren más de lo que la actual tecnología IP puede proporcionar: altos requerimientos de ancho de banda, necesidad de transmisión con bajo retardo o sin pérdidas, etc. Para responder a estos requerimientos se han desarrollado varias formas de dotar a las redes IP de QoS (Quality of Service) [1]. Una de las propuestas más importantes es DiffServ (Differentiated Services). Otro modelo muy estudiado es la tecnología MPLS (Multi Protocol Label Switching), que, aunque por sí misma no proporcione QoS, es muy útil para realizar IT (Ingeniería de Tráfico). Tal y como se argumentará posteriormente, una confluencia de estos dos modelos es una buena línea para mejorar las redes IP, puesto que MPLS actúa al nivel de enlace-red proporcionando un método de envío rápido por su conmutación de etiquetas y sus caminos LSP (Label Switched Path); y DiffServ realiza la diferenciación y priorización del tráfico necesaria para dotar a IP de QoS. Este es el marco en el que se desarrolla nuestro trabajo, realizando un estudio que permita obtener una nueva arquitectura de red mediante la integración de los dos modelos citados (MPLS y DiffServ). Con ello se persigue, por un lado, conseguir que las redes IP permitan al usuario disponer de calidad de servicio, sin necesidad de migrar a otras tecnologías como ATM (Asynchronuos Transfer Mode), sin que se interrumpa el funcionamiento actual en la red y con el menor perjuicio posible para los usuarios. Además, mediante la integración de los modelos MPLS y DiffServ obtenemos una arquitectura en la que MPLS se sitúa en el nivel de red-enlace, y sirve para evitar la congestión de la red, aportando sus características de ingeniería de tráfico. Mientras, DiffServ asegura unos ciertos parámetros de calidad de servicio realizando una distinción y priorización del tráfico. Por último, la incorporación a esta arquitectura de un elemento gestor del dominio aportará ventajas como ingeniería de tráfico, optimización de recursos y control del uso de los recursos. El documento presenta en primer lugar los trabajos relacionados, para posteriormente describir la arquitectura teórica que proponemos. Seguidamente se muestran las pruebas y los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas para evaluar el comportamiento de la propuesta. El documento termina con una sección de conclusiones. 2. Trabajos Relacionados La utilización de MPLS para aplicar ingeniería de tráfico promete proporcionar QoS mientras se optimizan los recursos de la red, existiendo en la actualidad un buen número de propuestas en esta línea. Sin embargo, MPLS por sí solo no puede proporcionar diferenciación de tráfico, siendo este requisito imprescindible para la provisión de garantías QoS. Por ello, * Este trabajo ha sido financiado parcialmente por la Consejería de Infraestructuras y Desarrollo Tecnológico de la Junta de Extremadura mediante un Proyecto Regional de Investigación con referencia 2PR03A090.

2 puede complementarse con DiffServ para aplicar esta diferenciación. Como se expondrá posteriormente, en [2] se sugiere un mecanismo para integrar la diferenciación de servicios de forma que se traduzcan los agregados DiffServ en LSPs MPLS. La aplicación de mecanismos de ingeniería de tráfico y de diferenciación de servicios no resulta suficiente para la provisión de garantías QoS si no se evita que la red llegue a una situación de sobreutilización de sus recursos, inevitablemente provocando congestión. Por ello, es necesario aplicar mecanismos de control de admisión, que también han sido objeto de un gran esfuerzo de investigación, encontrando propuestas tanto de aproximaciones centralizadas (como en [3]), como distribuidas (como en [4]). Sin embargo, a pesar de las ventajas inherentes de cada una de estas tecnologías, puede apreciarse que el volumen de trabajos de investigación en torno a cada una de ellas supera ampliamente al volumen de investigación en torno al establecimiento de una sinergia que permita aprovechar lo mejor de todas ellas. Uno de los trabajos que propone la utilización conjunta de estas tecnologías es [5], aunque su propuesta no va más allá de la implementación de un testbed para la obtención de resultados. En [6] se presenta una arquitectura completa que, al igual que el anterior, se somete a prueba en un testbed. Sin embargo, la complejidad de la implementación y el requisito de implantarse completamente para ser funcional constituyen una barrera importante para su implantación en las redes actuales. 3. Arquitectura Propuesta BBArch que se define E-LSP (EXP-Inferred-PSC LSP) como la técnica que permite que el campo EXP sea el que permita identificar la clase a la que pertenece cada paquete. Puesto que el número de tipos de servicio se ve limitado a ocho, se ha decidido implementar dos AF (1 y 2) cada una con tres niveles de descarte (1, 2 y 3), un tipo EF y otro BE Estructura de los nodos La estructura básica de un nodo en la nueva arquitectura (figura 1) será la siguiente: Módulo DiffServ Pre-routing Clasifica los paquetes, los marca y realiza las correspondientes funciones de acondicionado del tráfico si se trata de un LER (Label Edge Router). Este módulo sólo se encuentra en los LERs. La figura 2 muestra el módulo de pre-routing, donde pueden distinguirse los distintos componentes funcionales ya explicados, así como las tablas de información y estado (perfiles y PHB) que usa. El cuadro punteado corresponde al módulo siguiente, el de MPLS a donde son reenviados todos los paquetes para la siguiente fase de proceso Módulo MPLS Realiza las funciones de routing propias de MPLS, etiquetando previamente el paquete si se trata de un LER. En este bloque se traduce directamente el campo DSCP (DiffServ CodePoint) de IP a EXP de MPLS Clases de Servicio En MPLS cada LSP puede estar asociado a varios FEC (Forward Equivalence Class), y pueden asignarse tantos flujos de información a cada FEC como sea necesario. Esto conlleva que, a efectos prácticos, pueda elegirse qué tráfico va a ser encaminado por qué LSP concreto, pudiendo implicar éste solo hecho la alteración de la QoS ofertada. Para especificar la clase de servicio a la que pertenece cada paquete se utiliza el soporte de MPLS para DiffServ [2], donde se redefine la cabecera EXP de MPLS para la especificación de dicha clase de servicio. El campo EXP es de tres bits, por lo que cada paquete puede pertenecer a una de las 2 3 = 8 clases posibles. Los tipos de servicio que se proporcionan en la nueva arquitectura son los mismos que en el modelo DiffServ, ya que la integración de DiffServ con MPLS no modifica su filosofía ni su funcionamiento. De este modo se hace más sencilla la convivencia con los dominios DiffServ ya implantados. Sin embargo mientras que en DiffServ se definen catorce tipos de servicio (EF o Expedited Forwarding, BE o Best Effort y doce tipos AF o Assured Forwarding), en este caso tan sólo se podrán definir ocho. El motivo de este límite puede encontrarse en [2], en el Fig. 1: Esquema de un nodo a alto nivel Fig. 2: Módulo de pre-routing en detalle

3 Además se realizan las tareas propias de routing de MPLS que harán que un paquete se inserte en un determinado módulo DiffServ post-routing u otro dependiendo de su interfaz de salida Módulo DiffServ Post-routing El módulo MPLS dirige los paquetes a su interfaz de salida correspondiente. En cada interfaz se encuentra este módulo DS (figura 3), que primero realiza una clasificación por agregados de comportamiento (clasificador EXP) e inserta el paquete en la subcola adecuada, que se gestionan mediante un planificador DWRR (Deficit Weighted Round Robin). Con respecto a la elección del algoritmo de planificación de colas, el principal requerimiento a la hora de elegirlo para DiffServ es que sea capaz de discriminar distintos tipos de tráfico. La política propuesta es DWRR, debido a que considera los flujos de paquetes de longitud variable, su complejidad algorítmica es baja (del orden O(1)), protege a los flujos dentro de una clase de otros flujos con mal comportamiento que puedan existir en el resto de las clases y actualmente se encuentra implementado en multitud de routers reales. En cuanto al tipo de colas que se van a usar, todas serán de tipo FIFO, aunque se utilizarán las siguientes políticas de descarte para cada cola: Para la cola EF se utilizará una política simple de Tail Drop. Creemos que sería suficiente ya que dado que es el servicio que a priori, será el más minoritario y su prioridad es la mayor, no se esperan situaciones de congestión. Las colas AF serán reguladas mediante el algoritmo WRED (Weighted Random Early Detection) para proporcionar un mecanismo de descarte RED (Random Early Detection) en base a los diferentes subservicios AF con sus diferentes precedencias de descarte. Por último, el tráfico BE se regulará mediante el algoritmo RED El Bandwidth Broker en BBArch En principio, la definición funcional del BB es similar al papel que este elemento en realiza DiffServ. Lo que cambia es fundamentalmente la interacción con los elementos del dominio. A la hora de diseñar un elemento gestor de este tipo para BBArch, una de las decisiones a tomar es si hacerlo un elemento centralizado o un sistema distribuido. Actualmente pueden encontrarse un buen número de aproximaciones en uno y otro sentido. En la primera definición de una arquitectura para DiffServ publicada por el IETF [7] se sugiere la implementación del BB como un elemento centralizado. Entre los problemas que generalmente se achaca a la aproximación centralizada podemos encontrar su potencial baja escalabilidad y la creación de un único punto de fallo en la red. Fig. 3: Módulo de post-routing en detalle Por ello, existen propuestas como [4], en la se expone un arquitectura de control de admisión completamente distribuida. Las propuestas distribuidas se basan en la dispersión de la información de estado entre todos los elementos a lo largo de la ruta de control, requiriendo por tanto protocolos más o menos complejos para conseguir esta dispersión de forma consistente. Ello acarrea necesariamente una modificación en los equipos de control instalados actualmente para soportar estos nuevos mecanismos. Sin embargo en una propuesta centralizada la complejidad no queda diseminada por la equipación de red, reduciendo el coste del procesamiento de las peticiones de servicio y evitando generalmente la sustitución de los equipos para proceder a la implantación de la arquitectura. Debemos tener en cuenta que, para que la provisión de QoS en Internet sea una realidad, es razonable considerar una minimización la cantidad de equipación de red a sustituir. Además, en [3] se demuestra cómo la utilización de un BB centralizado puede satisfacer los requerimientos de escalabilidad de los sistemas autónomos actuales, proponiendo a su vez la posibilidad de replicar la funcionalidad en varios equipos dispersos en la red para eliminar la existencia de un único punto de fallo, incidiendo adicionalmente en un incremento de la escalabilidad Funciones Las funciones a realizar por el BB son una extensión de la especificación para DiffServ, donde ahora para gestionar los recursos de ancho de banda del dominio, mediante la asignación de caminos a los flujos de datos de los usuarios, debe disponer de información que le permita obtener dichas rutas a lo largo del dominio MPLS basándose en los requerimientos de calidad de servicio. En [8] se describen de forma más detallada las funciones a realizar por el BB en esta arquitectura Topología En la definición inicial de un BB para DiffServ está contemplado que un BB debe disponer de conectividad con todos los routers del dominio. Esto se debe a que para proporcionar un cierto servicio en DiffServ, el BB debe configurar los routers para que éstos proporcionen dicho servicio. Al introducir MPLS la situación cambia, debido al establecimiento de los LSP. Por ello, no resulta necesario el control desde el BB de todos los

4 routers del AS (Autonomous System), sino tan sólo los ubicados en los bordes. Esta simplificación en la ruta de control no es, sin embargo, aplicable a la ruta de datos, en la que todos los routers deben implementar el módulo post-routing para la aplicación de distintas políticas de descarte a las distintas clases de tráfico. Una vez definida la topología de la red (figura 4), podemos determinar que la comunicación será de la siguiente manera: los usuarios envían peticiones de servicio a los nodos frontera del dominio, y éstos realizan peticiones al BB. El BB da órdenes a los nodos frontera para proporcionar ciertos servicios a determinados usuarios, y los nodos lo hacen mediante la creación y/o asignación de caminos MPLS para el tráfico de éstos usuarios Petición de servicio intra-dominio En nuestro modelo, los usuarios realizan peticiones a su LER de entrada al dominio en lugar de hacerlo al BB. Esto implica que el usuario que hace la petición debe incorporar algún mecanismo de señalización. Gracias a esta organización para la señalización, se alcanza un grado de transparencia mayor con respecto al modelo DiffServ tradicional. En el nodo frontera o LER se recibe la RAR, y se envía al BB una petición de servicio. Una RAR (también denominada BAR o Bandwidth Broker Allocation Request) informa de que el usuario se dispone a realizar un envío de tráfico. Contiene la siguiente información: Identificador del usuario: que consta de su dirección IP, más el número de puerto fuente del nuevo flujo. Esto identifica de forma unívoca un flujo procedente de un cliente. Tipo de servicio que desea recibir para el tráfico que se dispone a enviar. Destinatario (dirección IP) del tráfico. Throughput requerido. Cuando la RAR llega al BB, es el PDP (Policy Decision Point) quien se hace cargo de ella. Analiza su información, determina si es una petición correcta, e inmediatamente consulta al PMT (Policy Management Tool) para saber si se adecua a los datos que el BB tiene almacenados sobre ese usuario y sus SLA. Si todo es correcto y existen recursos libres para satisfacer esta demanda, se envía al usuario a través de su LER después de la apertura del LSP correspondiente, una RAA (Resource Allocation Answer) afirmativa, en el caso contrario se envía una RAA negativa. En el momento en que un usuario recibe una RAA afirmativa puede comenzar a enviar tráfico, pues éste será tratado con el nivel de servicio que ha especificado en la RAR (previamente contratado). Fig. 4: Ejemplo de topología del BB Petición de servicio inter-dominio Se gestiona de igual forma que la anterior hasta el momento en el que el BB determina que el destinatario del tráfico no se encuentra en su dominio. Al descubrir esto, realiza el siguiente proceso: el BB envía un mensaje con la petición al BB par upstream. Éste procesa dicho mensaje y determina si el destino se encuentra en su dominio o es accesible desde él, si existen acuerdos con el BB remitente o bien si se puede satisfacer la petición con el servicio requerido, es decir, si dispone de los recursos suficientes. Los acuerdos entre BB de dominios adyacentes se realizan previamente al proceso de admisión de SLA de clientes. Se trata de acuerdos realizados generalmente mediante un procedimiento administrativo que posteriormente son codificados en las BD de los BB, del mismo modo que los SLA de los clientes. Cuando un BB requiere que un flujo de uno de sus clientes atraviese un dominio vecino, se lo comunica a dicho dominio y éste comprueba que la petición entra dentro de la cuota reservada al dominio fuente. Por ejemplo, dos dominios adyacentes A y B pueden tener un acuerdo que consista en que el 10 % de los recursos del dominio A se reservan para el tránsito de tráfico procedente del dominio B, y viceversa Atención de peticiones y reserva de recursos Después de que el cliente recibe una RAA afirmativa del BB puede comenzar a enviar el tráfico para el cual se envió la RAR. Previamente, el BB debe preparar el camino al nuevo tráfico. Para ello, pide al LER al que el cliente envió su RAR y que a su vez envió la petición al BB, bien que cree un LSP y envíe por él el tráfico en cuestión, que directamente lo envíe por algún LSP existente que cumpla con los requerimientos (agregación de flujos) o incluso que reubique otros flujos para dejar sitio al nuevo. En el caso de que existan condiciones temporales en el SLA del cliente, el BB debe encargarse de que éstas se cumplan. Es decir, que si por ejemplo se ha contratado un servicio de alta calidad durante tres horas, debe controlarse el tiempo durante el que el cliente ha estado haciendo uso de este servicio, y si sobrepasa el límite de las tres horas deben denegarse los nuevos envíos de este cliente.

5 Señalización Se requiere un protocolo de señalización que sirva para comunicar los nodos con los BBs. Puede utilizarse para este propósito algún protocolo existente, aunque la falta de estandarización en este sentido nos ha llevado a implementar uno sencillo, exclusivamente dedicado a esa tarea. Denominamos SSP (Simple Signaling Protocol) al protocolo de señalización que proponemos. La simplicidad del mismo resulta en una relativa simplicidad de implantación. Un protocolo de señalización complejo puede limitar la implantación y posterior expansión de la arquitectura, ya que todos los clientes deben incorporarlo. Para el intercambio de mensajes SSP se utilizarán sesiones SSP. En este contexto se define una sesión como un diálogo entre elementos pares. Se consideran elementos pares los elementos de red que soportan el protocolo SSP y que tienen un enlace físico punto a punto entre ellos (LER y BB dentro de un dominio, BB y BB entre varios dominios). Para soportar una sesión se crea una conexión de transporte TCP durante la fase de descubrimiento. Esta conexión se mantendrá activa desde su establecimiento; y sólo se terminará en caso de que ocurra algún error fatal o se reinicie la red por algún motivo administrativo. Aunque no es objetivo de este artículo la descripción del protocolo SSP, puede destacarse que las categorías de mensajes que se definen: servicios, donde se encuentran los mensajes para la comunicación de los elementos soportados por el protocolo, topología, destinados a los elementos pares, con los que se pueden establecer y mantener sesiones para el intercambio de mensajes SSP y notificación Estructura Al igual que en DiffServ, el BB tiene dos partes diferenciadas: PDP y PMT, con las mismas funcionalidades, tal y como se refleja en la figura 5. Fig. 5: Estructura del Bandwidth Broker 3.4. Especificación del SLA En principio no existe una definición clara de qué parámetros debe contener o deben negociarse para un SLA (Service Level Agreement). Existen algunos estudios sobre cómo debería ser la estructura óptima de un SLA [9], pero en ningún caso se habla de un contenido estándar. Un dato representativo de esto es que la negociación inicial, tanto en caso de SLA estáticos como dinámicos, se realiza mediante un procedimiento administrativo generalmente no automatizado. Por ello la estructura final de un SLA es finalmente una decisión que corresponde al administrador de la red e incluso puede variar dependiendo del cliente. En cualquier caso, los parámetros de los que se debe disponer en un SLA en la arquitectura propuesta son los siguientes: struct TSLA { int slaid; // sla id. ns_addr_t uid; // user addr. t_exp sid; // service id. int max_throughput; // user-client // max. throughput }; Inicialmente supondremos que se usan SLA estáticos, es decir, que las condiciones de este contrato se negocian de forma inicial y no cambian hasta que la entidad encargada (normalmente el administrador de la red) decida realizar una nueva negociación del SLA Visión General de la Arquitectura La figura 6 muestra de forma esquemática una visión global de la arquitectura, que consta de un conjunto de routers interconectados que forman una red y que soportan el protocolo MPLS. De éstos, los que forman la frontera del dominio se comunicarán mediante nuestro protocolo SSP con los clientes que soliciten servicios, y con el elemento que da nombre a la nueva arquitectura: el Bandwidth Broker. Este elemento, además de realizar las funciones propias de control de admisión y recursos (funciones que realiza en DiffServ), proporciona otra añadida por nuestra redefinición: La ingeniería de tráfico. La existencia de un elemento centralizado permite que, a partir de un conocimiento completo no distribuído de la asignación de recursos en el dominio, se puedan aplicar mecanismos de QoSR (QoS Routing) para el establecimiento de los LSP. Por otra parte, los LER del nuevo dominio, realizan una discriminación del tráfico en clases de servicio mediante los módulos de pre-routing y post-routing, que se encuentran a la entrada y a la salida del router respectivamente. Los LSR sólo necesitan el módulo postrouting (además del módulo MPLS, por supuesto) lo que disminuye la complejidad en el núcleo de la red y por lo tanto, aumenta su escalabilidad, siendo coherente este punto con la arquitectura DiffServ. 4. Simulación Partiendo de la propuesta teórica anterior se ha desarrollado, sobre el simulador Network Simulator (ns- 2) [10], una ampliación que permita simular el comportamiento de la arquitectura propuesta. Utilizando esta ampliación, se van a presentar los resultados obtenidos de la simulación en tres pasos distintos. Se va a comenzar simulando una red IP donde no se aplique

6 Bandwidth Broker PDP PMT Base de Datos SSP SSP SSP Fig. 6: Arquitectura BBArch al completo mecanismo alguno de diferenciación de tráfico. Después se van a comparar los resultados con los obtenidos en un escenario con una topología idéntica donde se aplique la arquitectura propuesta. Por último, se examinará el comportamiento de la arquitectura cuando alguno de los usuarios incurra en un incumplimiento del SLA negociado. Flujo 1: Tráfico TCP con altos requerimientos de fiabilidad (AF11). La tasa contratada para AF1 es de 500kbps, estableciendo una tasa en ráfaga de 550kbps. Flujo 2: Tráfico TCP, pero sin ningún tipo de pretensiones (BE) Condiciones de simulación La elección de la topología que se va a simular se ha realizado de forma que se represente una red lo suficientemente interconectada como para que exista una cierta capacidad de elección de rutas. Además, para comparar IP con BBArch, será necesario usar dos topologías muy similares, pero con la diferencia de que en la segunda estará presente el BB. Añadir el BB supone un nuevo nodo, y un link que conecte dicho nodo con los LERs del dominio. La figura 7 representa la topología para la simulación de IP. Para la simulación de BBArch, la topología tan sólo añade un nuevo nodo que corresponde con el BB y que se encuentra conectado a los router frontera. En los escenarios siguientes, la red va a ser atravesada por tres flujos: Flujo 0: Proporcionado por una fuente CBR y con unos requerimientos de QoS equivalentes a EF. La tasa contratada para EF es de 100kbps, estableciendo una tasa en ráfaga de 110kbps Escenario IP En este escenario, se simula una red en la que no se ha implantado la arquitectura BBArch y tampoco existen mecanismos específicos de DiffServ. De esta forma, se pueden comparar los resultados con los obtenidos tras su utilización. Los flujos que atraviesan la red son los descritos anteriormente y la topología utilizada se representa en la figura 7. La gráfica de pérdidas de la figura 8 muestra claramente la ausencia de distinción entre tipos de tráfico. Además, es de suponer que dado el número de paquetes perdidos, ha habido congestiones a lo largo de la ruta, a pesar de que la red admite múltiples rutas diferentes que evitarían esta congestión. Queda de manifiesto que IP es un claro obstáculo a la hora de intentar proporcionar QoS. Los retardos que pueden observarse en la figura 8 siguiente también eran de esperar, solapamiento, interferencias, variabilidad, todo consecuencia de la ausencia de diferenciación e ingeniería de tráfico. De hecho, las pérdidas sufridas por el supuesto EF son las más altas, algo inadmisible. Los datos estadísticos, presentados en la tabla 1 no ofrecen la menor duda; la tasa de pérdidas del flujo 0 (supuesto EF) son mayores que las del flujo 1 (supuesto AF) y prácticamente iguales que el flujo 2 (BE) Escenario BBArch Fig. 7: Topología de la simulación En este escenario, tomando la topología y tráficos del escenario anterior (con la salvedad del BB) se medirán los mismos parámetros para evaluar la mejora que supone añadir la arquitectura BBArch a una red IP.

7 Fig. 8: Gráficas escenario IP Tabla 1: Resultados globales de la simulación Escenario 0 Escenario 1 Escenario 2 EF AF11 BE EF AF11 BE EF AF11 BE Loss 1,87 % 1,28 % 1.84 % 0,00 % 0,12 % 4,89 % 67,55 % 0,12 % 7,98 % Min Delay 21,59ms 20,99ms 21,31ms 21,49ms 26,31ms 31,63ms 27,44ms 26,31ms 32,03ms Max Delay 147,06ms 145,01ms 148,05ms 34,23ms 82,21ms 388,93ms 37,33ms 105,33ms 307,97ms Av Delay 84,28ms 83,00ms 84,68ms 27,86ms 54,26ms 210,28ms 32,38ms 65,82ms 170,00ms Goodput 11,42KB/s 36,21KB/s 40,13KB/s 11,66KB/s 77,77KB/s 23,16KB/s 13,52KB/s 79,56KB/s 21,22KB/s Goodput total 87,76KB/s 112,59KB/s 114,3KB/s Fig. 9: Gráficas escenario BBArch En primer lugar, en la figura 9 se observa que se han discriminado los diferentes flujos en base a su servicio contratado. Las pérdidas del flujo 0 (EF) han desaparecido y las del flujo 1 (AF) han disminuido notoriamente. Por otro lado, el delay también da una idea del diferente tratamiento que han recibido los flujos en su tránsito por el dominio. Ahora, BBARCH ha conseguido que el flujo 1 no sufra el timeout que se producía con IP, y claramente el delay se ha estratificado tanto en su valor como en su variabilidad (jitter). El flujo 0 consigue unos excelentes parámetros de QoS, apropiados para el tráfico multimedia. Aunque no sea algo exigible, en el flujo 1 (AF) también se observa, en la figura 9, una gran diferencia en cuanto al delay con respecto al escenario anterior. Además, según puede observarse en la tabla 1, el flujo AF ha pasado de un 1.2 % de pérdidas a un despreciable 0.1 % incluso alcanzando más del doble del throughput que en escenario IP. Por último, puede observarse que el goodput se ha incrementado de manera notable, pasando de una tasa media de 87,76 KBytes/s en el escenario anterior, a KBytes/s al añadir nuestra arquitectura Escenario BBARCH con incumplimiento de SLA En este escenario se comprobará el comportamiento de la arquitectura ante la situación especial en la que los clientes incumplan el SLA negociado. Ante un incumplimiento del SLA, todo paquete EF fuera de perfil o en ráfaga, será descartado. Sin embargo el tráfico AF sólo será descartado si sobrepasa el tamaño de ráfaga. Los paquetes AF en ráfaga serán descartados (mediante EDROP) dependiendo del tipo de AF. Los resultados de la simulación se muestran en la figura 10. En este escenario se ha incrementado la tasa a la que se envían paquetes desde la fuente CBR vinculada al servicio EF. Atendiendo a la gráfica 10, que muestra los resultados con respecto a las pérdidas, en el flujo 0 (EF) éstas han aumentado notablemente y de manera lineal. La linealidad de las pérdidas es casi con toda probabilidad producto del metering y el dropping del TokenBucket ya que el flujo 0 es transmitido de modo constante (CBR). Los otros dos flujos siguen dentro de

8 Fig. 10: Gráficas escenario BBArch con incumplimiento de SLA lo normal. BE sigue sufriendo más pérdidas que AF. En la figura 10, lo más sobresaliente es el aumento de los picos sufridos por el delay del flujo 1 debido al degradado de tráfico. A pesar de todo, no ha sufrido ningún timeout, debido seguramente a su alta prioridad en el planificador. En la tabla 1 se observa un % de pérdidas de paquetes en EF. Esto ocurre porque, cuando en EF se detectan paquetes en ráfaga, para este tipo de servicio esta situación tiene como consecuencia el descarte incondicional. A pesar de todo el delay para el tráfico EF no ha empeorado. El tráfico AF, formado por el flujo 1, ha sufrido una tasa de pérdidas muy baja. El que vuelve a sufrir un decremento en su calidad es de nuevo el flujo 2 (BE). 5. Conclusiones El Bandwidth Broker es uno de los puntos fuertes de nuestra propuesta por dos razones: su importante aportación a la arquitectura, y que las soluciones de integración de MPLS y DiffServ no contaban hasta ahora con este elemento. Las funciones más importantes del BB están relacionadas con la realización del control de admisión del dominio, la gestión de recursos y la aplicación de ciertas tareas de ingeniería de tráfico. La arquitectura BBArch auna las ventajas de las dos tecnologías sobre las que se apoya e integra: MPLS y Servicios Diferenciados. La inclusión del Bandwidth Broker como elemento central de la arquitectura permite un routing MPLS con calidad de servicio. Otros aspectos beneficiosos que añade este elemento de red son el de gestión de recursos, autentificación, control de admisión, pudiendo llegar a ofrecer servicios de tarificación y extracción de estadísticas. Referencias [1] Xipeng Xiao, Thomas Telkamp, Victoria Fineberg, Cheng Chen y Lionel M. Ni. A Practical Approach for Providing QoS in the Internet Backbone. IEEE Communications Magazine, Diciembre [2] F. Le Faucheur, L. Wu, B. Davie, S. Davari, P. Vaananen, R. Krishnan, P. Cheval y J. Heinanen. Multi-Protocol Label Switching (MPLS) Support of Differentiated Services. IETF RFC 3270, Mayo [3] Z. Zhang, Z. Duan y Y. T. Hou. On scalable network resource management using Bandwidth Brokers. En IEEE Network Operations and Management Symposium. Abril [4] Sudeept Bhatnagar y Badri Nath. Distributed Admission Control to Support Guaranteed Services in Core-Stateless Networks. En IEEE INFOCOM 2003, tomo 3, páginas Abril [5] S. Avallone, M. Esposito, A. Pescape, S.P. Romano y G. Ventre. An experimental analysis of Diffserv-MPLS interoperability. En ICT th International Conference on Telecommunications, tomo 1, páginas Febrero [6] C. Scoglio, T. Anjali, J. C. Oliveira, I. F. Akyildiz y G. Uhl. TEAM: A Traffic Engineering Automated Manager for DiffServ-based MPLS Networks. IEEE Communications Magazine, 42(10): , Octubre [7] S. Blake, D. Black, M. Carlson, E. Davies, Z. Wang y W. Weiss. An Architecture for Differentiated Service. IETF RFC 2475, Diciembre [8] Alfonso Gazo-Cervero y José Luis González- Sánchez. Incremental QoS deployment based on Network Brokers. En HET-NETs 04. 2nd International Working Conference. Performance Modelling and Evaluation of Heterogeneous Networks. Julio [9] E. Bouillet, D. Mitra y K. Ramakrishnan. The Structure and Management of Service Level Agreement in Networks. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 20(4): , Mayo [10] UC Berkeley, LBL, USC/ISI y Xerox PARC. The Network Simulator - ns-2.

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