Universidal del Valle, Cali. Febrero, 2004

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Nicolás Valdéz Soler
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1 Control de Congestión y Calidad de Servicio 1 Congestión y Calidad de Servicio Universidal del Valle, Cali Febrero, 2004 John Sanabria School of Computer Science Engineering Universidad del Valle, Cali, Colombia

Valle, Cali Febrero, 2004 John Sanabria School of

2 Control de Congestión y Calidad de Servicio 2 1 Algoritmos de Control de Congestión Introducción Principios generales del control de congestión Políticas para la prevención de congestión Control de congestión en circuitos virtuales Control de congestión en redes de datagramas Deshaciendose de la carga Jitter Calidad del servicio Técnicas para alcanzar una buena calidad del servicio

5 Control de congestión en redes de datagramas...................... 11 1.6 Deshaciendose de la carga................................ 14 1.7 Jitter........................................... 16 2 Calidad del servicio.

3 Control de Congestión y Calidad de Servicio 3 1 Algoritmos de Control de Congestión 1.1 Introducción Congestión se presenta cuando hay una demanda excesiva de un canal de comunicación Perfect Packets delivered Maximum carrying capacity of subnet Desirable Congested Packets sent Figura 1: Diagrama paquetes enviados vs paquetes entregados

de comunicación Perfect Packets delivered Maximum carrying capacity of subnet

4 Control de Congestión y Calidad de Servicio 4 Causas de la congestión Los paquetes de diferentes canales de entrada pueden congestionar un solo canal de salida buffer sin capacidad Si hay un buffer con capacidad de almacenar una gran cantidad de datos, estos paquetes se pueden volver innecesarios en su almacenamiento Procesadores lentos en el despacho de paquetes causan congestión Líneas de transmisión lentas causan congestión Diferencia entre control de congestión y control de flujo Algunos algoritmos de control de congestión operan sobre el emisor de los datos un problema de control de flujo?

su almacenamiento Procesadores lentos en el despacho de paquetes causan congestión Líneas de transmisión lentas causan congestión Diferencia entre

5 Control de Congestión y Calidad de Servicio Principios generales del control de congestión Dos tipos de soluciones Circuito abierto se estima de antemano situaciones donde no habrán errores Circuito cerrado trata de recuperarse al presentarse el problema: monitoreo constante del ambiente informa de la situación a quien pueda dar una solución se hacen los ajustes

estima de antemano situaciones donde no habrán errores Circuito cerrado trata de recuperarse

6 Control de Congestión y Calidad de Servicio 6 Métricas utilizadas para el monitoreo Cantidad de paquetes descartados Paquetes que generan retransmisión Espera promedio de los paquetes Anunciar a los generadores de tráfico Informar explícitamente por la generación de tráfico Reservar campos en los datagramas para informar sobre el tráfico Envio de paquetes de monitoreo periodicamente

a los generadores de tráfico Informar explícitamente por la generación de tráfico Reservar

7 Control de Congestión y Calidad de Servicio 7 Los algoritmos se dividen entonces en: Ciclo abierto Al lado del emisor Al lado del receptor Ciclo cerrado Explícitos Implícitos

8 Control de Congestión y Calidad de Servicio Políticas para la prevencíon de congestión Figura 2: Políticas que afectan la congestión

9 Control de Congestión y Calidad de Servicio Control de congestión en circuitos virtuales Control de admisión al generarse congestión se evita la creación de más circuitos. Usado en el sistema telefónico. No usar enrutadores congestionados en rutas de transmisión de datos A Congestion A B B Virtual circuit Congestion (a) (b) Figura 3: Evitar enrutadores congestionados entre A y B

evita la creación de más circuitos. Usado en el sistema telefónico.

10 Control de Congestión y Calidad de Servicio 10 Solicitar recursos por adelantado al establecer un circuito Espacio en las tablas de enrutaje Ancho de banda Espacio en las colas de transmisión Desperdicio de recursos no usados, quizá, en su totalidad

las tablas de enrutaje Ancho de banda Espacio en las colas de

11 Control de Congestión y Calidad de Servicio Control de congestión en redes de datagramas Usar una variable u para determinar que tan usado ha sido un canal u new = au old + (1 a)f Cuando u pasa un umbral ese enlace entra en un estado de precaución Cualquier paquete sobre esa línea se le dará alguno de los siguientes tratamientos

que tan usado ha sido un canal u new = au old + (1 a)f Cuando u pasa un umbral ese

12 Control de Congestión y Calidad de Servicio 12 Bit de Precaución El enrutador que veía el problema lo anotaba en el encabezado del paquete que viajaba. La información del encabezado se enviaba al emisor en el mensaje de ACK El problema podía aparecere en más de un enrutador Paquetes de Choke Quien ve la congestión: envía explícitamente un paquete al emisor. cambia el encabezado del datagrama enviado de modo que otro enrutador que vea congestión no envie otro paquete de choke Receptor debe comenzar a reducir la transmisión

La información del encabezado se enviaba al emisor en el mensaje de ACK El problema podía aparecere en más de un enrutador Paquetes

13 Control de Congestión y Calidad de Servicio 13 Paquetes de Choke salto por salto B C B C A D A D E F E F Heavy flow Choke Choke Choke Choke Reduced flow Choke Choke Reduced flow Flow is still at maximum rate Flow is reduced (a) (b) Figura 4: (a) Paquete de choque que solo afecta al fuente (b) Paquete de choque que va afectando en cada salto

Reduced flow Flow is still at maximum rate Flow is reduced (a) (b) Figura 4: (a)

14 Control de Congestión y Calidad de Servicio Deshaciendose de la carga Cuando ningún mecanismo parece funcionar el enrutador comienza deshacerse de los paquetes Se puede deshacer de manera aleatoria Se puede apoyar en información de los datos transferidos Transferencia de archivos son útiles datos viejos (Vino) Datos multimediales mejor son los datos recientes (Leche) Algunos algoritmos de compresión de video envían el marco base y luego datos de cambios sobre el marco base Transmitir documentos, es mejor perder algo de información sobre las imágenes que sobre el texto Marcar los paquetes según su importancia. Garantía de la calidad es costoso

apoyar en información de los datos transferidos Transferencia de archivos son útiles datos viejos (Vino) Datos multimediales mejor son los datos recientes (Leche)

15 Control de Congestión y Calidad de Servicio 15 Detección temprana aleatoria El principio es evitar que se genere la congestión Una línea con exceso de paquetes según el promedio determinará eliminar de manera aleatoria paquetes De este modo implícito se asume que los paquetes se pierden por congestión. Las redes orientadas a conexión (confiables) perderán paquetes por sobrecarga en la red

eliminar de manera aleatoria paquetes De este modo implícito se asume que los paquetes se pierden

16 Control de Congestión y Calidad de Servicio Jitter Este concepto resulta relevante en los datos multimediales Se busca disminuir las diferencias entre bloques de datos, mantener un flujo aprox. constante Paquetes adelantados en su tiempo, serán aguantados por los enrutadores Paquetes atrasados según el tiempo de entrega serán enviados con premura Algunas aplicaciones descargan toda la información multimedial y luego la pasan a la aplicación. No conveniente para aplicaciones de tiempo real

17 Control de Congestión y Calidad de Servicio 17 2 Calidad del servicio Surgen nuevas aplicaciones y nuevos requerimientos en cuanto a transmisión de datos Figura 5: La calidad del servicio en diferentes aplicaciones

nuevos requerimientos en cuanto a transmisión de

18 Control de Congestión y Calidad de Servicio 18 ATM clasifica sus tipos de transmisión en: Flujo constante de bits - telefonía Rata de bits en tiempo real variable - videoconferencia comprimida Rata de bits disponible - transferencia de archivos

telefonía Rata de bits en tiempo real variable -

19 Control de Congestión y Calidad de Servicio Técnicas para alcanzar una buena calidad del servicio Sobre provisionarse se asigna una excesiva cantidad de recursos a para llevar a cabo la comunicación Buffering Útil cuando se puede almacenar la información multimedia antes de pasarla a la aplicación. Puede tener problemas de jittering Packet departs source Packet arrives at buffer Packet removed from buffer Time in buffer Gap in playback Time (sec) Figura 6: Haciendo buffering de paquetes

cabo la comunicación Buffering Útil cuando se puede almacenar la información multimedia antes de pasarla a la aplicación.

20 Control de Congestión y Calidad de Servicio 20 Traffic Shapping el emisor acuerda con la subred un nivel de tranmisión de datos acuerdo a nivel de servicio El emisor informa que su patrón de transmisión tendrá estas características La subred acepta o rechaza el patrón de transmisión

nivel de servicio El emisor informa que su patrón de transmisión

21 Control de Congestión y Calidad de Servicio 21 El algoritmo de Leaky Bucket Faucet Host computer Packet Unregulated flow Leaky bucket Water Interface containing a leaky bucket The bucket holds packets Water drips out of the hole at a constant rate Regulated flow Network (a) (b)

22 Control de Congestión y Calidad de Servicio 22 Reservación de Recursos Tres tipos de recursos se hace necesario asignar para garantizar una ruta entre dos extremos Ancho de banda Espacio en los buffers Ciclos de CPU

23 Control de Congestión y Calidad de Servicio 23 Control de Admisión Un enrutador antes de decidir si acepta una conexión necesita más información que el ancho de banda requerido Información que puede proporcionar una aplicación para determinar la posibilidad de ruta por parte del enrutador

24 Control de Congestión y Calidad de Servicio 24 Enrutamiento proporcional Tratar de usar todas las posibles rutas, proporcional a su capacidad Planificacíon de paquetes Evitar que emisores veloces acaparen todo el procesamiento de paquetes de un enrutador Cada enlace de salida posee una cola de paquetes Cuando una cola se encuentra desocupada se escoge un paquete de alguna cola ocupada y se trata de enviar el paquete por dicha cola Paquetes grandes pueden tomar un canal Se busca entre las colas los paquetes más pequeños y se da prioridad de salia a ellos

25 Control de Congestión y Calidad de Servicio 25 Packet Finishing time A C 8 B B 16 C 3 8 O D 17 D E 18 E A 20 (a) (b) Figura 7: (a) Enrutador con 5 paquetes encolados por la línea O (b) Tiempo de finalización para los 5 paquetes

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