Proyecciones para la implementación de Servicios Diferenciados en la Red Pública de Transmisión de Datos, CUBADATA.

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1 Universidad Central Marta Abreu de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Dpto. Telecomunicaciones y Electrónica Proyecciones para la implementación de Servicios Diferenciados en la Red Pública de Transmisión de Datos, CUBADATA. Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática Maestría de Telemática Autor: Pável Cabezas Lorenzo Tutores: Dr. Félix Álvarez Paliza 2004

2 Solo para ti.

3 Resumen Resumen Nada ha cambiado el mundo tan rápidamente como Internet. Hoy, Internet se ha convertido en uno de los soportes más importantes de información, así como la utilización del protocolo IP se ha afianzado como estándar para todo tipo de servicios y aplicaciones. Las personas usan Internet para recibir educación a distancia, realizar compras, realizar acciones bancarias, y establecer video conferencias y muchas otras variadas aplicaciones que hoy conviven en Internet. Como esta se hace cada vez más importante, los requisitos son también más elevados. Guiado por la necesidad de más ancho de banda, calidad de servicio (QoS) y seguridad, Internet ha evolucionado rápidamente. En este trabajo, se discute las tendencias en Internet para brindar Calidad de Servicio y los problemas asociados a la misma. Analizamos también algunos de los modelos desarrollados por la IETF para dar solución a la mas amplia demanda de servicios con requerimientos de calidad como son Servicios Integrados (Intserv), Servicios Diferenciados (Diffserv) y MPLS, centrando nuestro trabajo en Diffserv y las posibles proyecciones de la Red CUBADATA para la implementación de este modelo como base para soluciones de QoS en nuestro país.

4 Tabla de Contenido Tabla de Contenido: Introducción... 1 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla Calidad de Servicio (QoS) Calidad de Servicio en ATM Categorías de servicio Modelos para garantizar Calidad de Servicio en Redes IPv Servicios Integrados Servicios Diferenciados MPLS Conclusiones parciales Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS Introducción a los Servicios Diferenciados Introducción a la Arquitectura de Servicios Diferenciados Modelo de Arquitectura de Servicios Diferenciados Elementos básicos en la Arquitectura DiffServ Región de los Servicios Diferenciados Clasificación y acondicionamiento de tráfico Clasificadores Perfiles de tráfico Acondicionamiento de tráfico Comportamiento por Salto (PHB) Protocolo de gestión de políticas (COPS) Localización de los recursos en la red Limitaciones de la aplicación de Servicios Diferenciados Conclusiones parciales Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA Introducción al análisis del escenario de la Red Pública de Transmisión de Datos Evolución del Ancho de Banda Arquitectura actual de CUBADATA Dominio Diffserv CUBADATA Clases y diferenciación de servicios en los nodos de la Red Pública de Transmisión de Datos Diferenciación de servicios Clasificación de los paquetes IP DSCP Remarcación de salida del campo DSCP CoS NULO Servicio de cola de salida a nivel de paquete Reenvío de CoS...50

5 Tabla de Contenido 3.3 Proyecciones e inversiones futuras de CUBADATA Conclusiones parciales Conclusiones Recomendaciones Referencias Bibliográficas Glosario de Términos Anexo I. ALCATEL 7670 RSP Anexo II. ALCATEL 7470 MSP y ALCATEL 7270 MSC Anexo III. ALCATEL 7301 ASAM Anexo IV. HUAWEI Quidway A8010 Mini-Expert... 66

6 Introducción Introducción Para proporcionar la gama de servicios demandada hoy en Internet es necesario ofrecer una serie de características de calidad de servicio que suponen un problema para las redes IP. En la práctica, las opciones de calidad de servicio no están muy extendidas en Internet, si bien algunas de ellas comienzan a entreverse en redes IP privadas y redes universitarias. Sin embargo, no existe en nuestro país experiencia alguna que permita a los clientes de redes de datos disfrutar de una QoS superior. En este trabajo se abordan los problemas fundamentales que deben ser controlados por redes que soporten garantía de calidad de servicio, se explica la necesidad actual de que los paquetes que circulan por la red de forma aleatoria, sean identificados y clasificado a fin de darles un tratamiento diferenciado. Al mismo tiempo, se describen las categorías, modelos y clases de calidad de servicio que se pueden ofrecerse en las redes dentro de un entorno controlado. Hoy en día pueden utilizarse básicamente dos métodos para mejorar la calidad de servicio en Internet; a saber: 1) Reservar capacidad en las conexiones entre las cuales se requiere una QoS superior. 2) Establecer un dispositivo que permita marcar los paquetes (etiquetas) convenientemente para que éstos puedan recibir un trato prioritario. La IETF, Internet Engineering Task Force, ha propuesto varios modelos de servicio que cumplen con los métodos antes mencionados. Los más conocidos son: modelo de Servicios Integrados (Intserv), modelo de Servicios Diferenciados (Diffserv) y la técnica conocida como MPLS (Multiprotocol Label Switching). Tendrá que transcurrir algún tiempo. Antes de que los usuarios de Internet dispongan de un acceso generalizado a distintas opciones de calidad de servicio, esto obedece en lo fundamental a motivos técnicos, principalmente a los problemas de Página 1

7 Introducción soporte físico y lógico que existen entre los proveedores de servicio de Internet (ISP), debido a que la interoperabilidad entre tales proveedores dista de ser perfecta. ETECSA, desde su fundación trabajó en crear una red de transmisión de datos que fuera capaz de soportar el desarrollo acelerado de la tecnología informática elemento fundamental para el desarrollo del país, ya en 1997 surge la primera red con alcance nacional e internacional soportada en nodos basados en protocolo X.25, en 1999 se terminó la instalación de una red ATM/FR, con enlaces internodales a 2 Mbps y puntos de presencia en la mayoría de las provincias de forma paralela a la anterior red, ambas se interconectaron y permitieron brindar servicios Frame Relay. Los trabajos en la fibra óptica nacional (FON) posibilitaron elevar los enlaces internodales a 622 Mbps, 155 Mbps y 34 Mbps permitiendo aumentar la fiabilidad del servicio que CUBADATA venia ofreciendo a sus clientes. En la actualidad CUBADATA cuenta con la capacidad tecnológica para desarrollar y garantizar la QoS, pero no existe una base teórica sólida que permita su introducción de forma efectiva. El enfoque adoptado en el trabajo de tesis es bastante ambicioso, ya que se exponen los elementos estructurales y técnicos que explican una posible introducción de Servicios Diferenciados como método para garantizar calidad de servicio en la Red Pública de Transmisión de Datos, CUBADATA. Para ello se deberá dar respuestas a las siguientes interrogantes: 1) Cuáles son los modelos de trabajo para garantizar calidad de servicio en redes IP actuales? 2) Cuáles son las normas internacionales sobre el modelo de Servicios Diferenciados para garantizar la calidad de servicios? 3) Posee CUBADATA la tecnología capaz de garantizar tráficos con QoS? 4) Cómo será implementado en la Red Pública de transmisión de datos, CUBADATA, el modelo de Servicios Diferenciados para garantizar QoS? 5) Cuáles son las proyecciones y plataformas futuras de CUBADATA? Página 2

8 Introducción De las interrogantes planteadas se derivaron los siguientes objetivos: Realizar el estudio de los modelos que garantizan QoS en Redes IP. Caracterizar el modelo de Servicios Diferenciados. Caracterizar la tecnología instalada por ETECSA y valorar si la misma resulta suficiente para brindar QoS. Evaluar la posible implementación del modelo de Servicios Diferenciados en la red publica de Transmisión de Datos, CUBADATA. Evaluar la plataforma tecnológica futura de la red CUBADATA. Para el cumplimiento de los objetivos trazados se realizaron las tareas que se enumeran a continuación: 1. Revisión de la bibliografía técnico-especializada para la construcción del marco teórico de referencia general del entorno mundial, así como realizar la pesquisa y caracterización del sistema de introducción de los servicios que se brindan en la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba, así como en el entorno mundial. 2. Revisión bibliográfica del estado del arte en cuanto a calidad de servicio en las redes de datos. 3. Elaboración de un diagnóstico para conocer la situación actual de la Red CUBADATA para brindar calidad de servicio. 4. Crear una base teórica sólida que coadyuve a la implementación de la calidad de servicio en la red CUBADATA, basadas en el modelo de Servicios Diferenciados. 5. Proponer el modelo analizado y trazar las proyecciones de implementación. El trabajo pretende obtener los siguientes resultados: 1) Crear una base teórica sólida sobre el modelo de Servicios Diferenciados para la implementación de calidad de servicio en CUBADATA. 2) Se obtendrán elementos que podrán contribuir en los estudios que se realizan en ETECSA sobre temas de tarifas para la implementación de nuevos servicios en las redes de datos del país 3) Se actualizará la información sobre el estado de las redes de datos en el país. Página 3

9 Introducción El trabajo ofrece una solución teórico-práctica dada por la falta de información sobre los modelos de obtención de calidad de servicio. Enfatiza en las posibilidades de implementar el modelo de Servicios Diferenciados para garantizar las demandas de calidad de servicio, y permitiría aumentar la satisfacción del cliente con el servicio que se le ofrece. Económicamente, la implementación de este modelo representará para ETECSA una nueva fuente de ingresos, ya que no se incurrirían en nuevos gastos, al contar la tecnología actual de CUBADATA con soporte de calidad de servicio. El trabajo también posee un impacto social, ya que puede servir de base a las proyecciones de nuestro país en cuanto a la informatización de la sociedad y el desarrollo de la cultura general integral de todo nuestro pueblo. Pudiera servir también como referencia docente al presentarse un análisis de tecnología actual y futura de la red pública de transmisión de datos, así como argumentos teóricos sobre los temas de calidad de servicio en redes IP. En relación con este tema se publicó un artículo denominado Servicios Diferenciados una solución para la Calidad de Servicio en redes IP, registrado en la memoria del evento SIE 2003 correspondiente al XI Simposio de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Central Martha Abreu de Las Villas con el ISBN: El trabajo de tesis esta estructurado de la siguiente forma: Introducción Capítulo 1: Se abordan las tendencias actuales de la Calidad de Servicio en redes IP, se enumeran los modelos y técnicas fundamentales para proveerlo, así como se muestra el estado del arte de la QoS. Capítulo 2: Se plantea como poder ofrecer QoS en redes IP enfatizando en el modelo de Servicios Diferenciados como solución viable. Capítulo 3: Proyección para la implementación del modelo de Servicios Diferenciados en la Red Pública de Transmisión de Datos, CUBADATA, así como estado actual y plataforma futura en cuanto a tecnología. Página 4

10 Introducción Conclusiones y Recomendaciones Referencias Bibliografías Glosario de Términos Anexos Página 5

11 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. Tradicionalmente en Internet sólo se proporciona el servicio del Mejor Esfuerzo (Best Effort). El tráfico se procesa tan rápido como sea posible, por lo que no hay ninguna garantía acerca de la puntualidad o la entrega real de dicho tráfico. Con el florecimiento del comercio electrónico y el cúmulo de nuevas aplicaciones surgidas para Internet, la calidad del servicio (QoS) se ha hecho mucho más necesaria. Hay dos fuerzas fundamentales que inciden muy fuerte sobre los temas de QoS [60] [4]: 1. Las compañías que hacen negocios en la red, necesitan calidad de servicio para mejorar la entrega de su contenido y/o servicios para atraer más clientes. 2. Los proveedores de servicios de Internet (ISPs), necesitan los servicios de valor agregado en sus redes para aumentar sus ingresos. La mayoría de las redes de computadoras, a excepción de las basadas en tecnología ATM, no han sido diseñadas para proporcionar implícitamente los niveles de calidad de servicio necesarios para la transmisión de diferentes tipos de tráficos con diferentes tratamientos, IP sólo ofrece un servicio inadecuado para la excesiva carga de las aplicaciones actuales, por lo tanto para poder soportar la amplia gama de tráficos en Internet es necesario crear diferentes protocolos, así como una serie de políticas para la gestión de los diferentes recursos de la red, intentando obtener una calidad de servicio extremo a extremo y garantizando la compatibilidad de las distintas técnicas a causa de la heterogeneidad de las redes. 1.1 Calidad de Servicio (QoS). La calidad de servicio consiste en la capacidad de la red para reservar algunos de los recursos disponibles para un tráfico concreto, con la intención de proporcionar un determinado servicio [28]. Debemos tener en cuenta que en la red se pueden utilizar diferentes tecnologías de transporte (como pueden ser Frame Relay, X.25, SDH, ATM) de manera que la gestión de QoS implica la interacción con estas tecnologías y con los equipos conmutadores y enrutadores. Estos dispositivos intercambian tráfico Página 6

12 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. entre ellos mediante interfases. Si la velocidad en la que el tráfico llega a una interfase es superior a la velocidad con la que la misma puede enviar tráfico al siguiente dispositivo, se produce una congestión. De esta forma, la capacidad de una interfase para enviar tráfico constituye un recurso de red fundamental. Los mecanismos de QoS funcionan al establecer preferencias en la asignación de este recurso a favor de cierto tráfico. Las aplicaciones actuales generan tráfico a ritmos variables y requieren normalmente que la red pueda transportar tráfico al ritmo que las aplicaciones lo demanden. Asimismo, las aplicaciones son más o menos tolerantes a retrasos de tráfico en la red y a variaciones de los mismos. Algunas aplicaciones pueden tolerar cierto grado de pérdida de tráfico, mientras que otras no. Si dispusiéramos de recursos de red infinitos, todo el tráfico de las aplicaciones podría transportarse al ritmo requerido, sin latencia y sin pérdida de paquete. Sin embargo, los recursos de red no son infinitos. Como consecuencia, hay partes de la red en las que los recursos no pueden responder a la demanda [40]. Existen cuatro parámetros fundamentales que intervienen en la caracterización de la Calidad de Servicio en una Red: Retardo: Conocido como latencia; se refiere al intervalo entre transmisión y la recepción de los paquetes entre dos puntos de referencia. Variación de retardo: Llamado Jitter, se refiere a la variación en la duración de tiempo entre todos los paquetes de un flujo, que toman la misma ruta. Fiabilidad: Llamado pérdida de paquetes, es la velocidad máxima a la que los paquetes pueden ser descartados durante la transferencia a través de la red. Normalmente se origina como resultado de la congestión. Ancho de banda: Es la máxima velocidad de transferencia de datos entre dos extremos de la red, el límite lo impone la infraestructura física de los enlaces. En la siguiente tabla se muestran los parámetros de calidad necesitados por diferentes aplicaciones que se manejan hoy en Internet [23] [15] [18]. Página 7

13 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. Aplicación Retardo (Delay) Variación de Retardo (Jitter) Fiabilidad (Pérdidas) Mensajería Bajo Bajo Alto FTP Bajo Bajo Alto Base de Datos Bajo/Medio Bajo Alto Video (MPG) Alto Medio Bajo Telefonía Alto Alto Bajo Videoconferencia Alto Alto Bajo Tabla Variación de parámetros de QoS entre aplicaciones. Para poder responder a las demandas de tráfico de todas estas aplicaciones, es necesario, en primer lugar, identificar tráficos diferentes. El tráfico que llega a los dispositivos de red se separa en distintos flujos mediante el proceso de clasificación de paquetes. El tráfico de cada flujo se envía a una cola en la interfaz de reenvío. Las colas de cada interfaz se gestionan de acuerdo con algunos algoritmos. El algoritmo de administración de cola determina la velocidad a la que se reenvía el tráfico de cada cola. De este modo, se determinan los recursos que se asignan a cada cola y a los flujos correspondientes. Los mecanismos para proporcionar Calidad de Servicio (QoS) son problemas debatidos, para los existen opiniones que plantean que la fibra y las tecnologías de multiplexado por división de onda tienen un ancho de banda tan abundante y barato que donde la QoS esta implícita, otra opinión plantea que no importa cuanto ancho de banda se tenga para que en Internet se pueda proporcionar QoS, las nuevas aplicaciones se crearán para ser consumidas. Por consiguiente, todavía se necesitarán los mecanismos para proporcionar QoS sobre las redes actuales. Aun cuando los anchos de banda se volvieran finalmente abundantes y baratos en el futuro, no es la realidad en estos momentos. Por lo que algunos mecanismos simples son definitivamente necesarios para proporcionar QoS en Internet. Todos los vendedores importantes de enrutadores/conmutadores (router/switch) apoyan este punto de vista proporcionando algunos mecanismos de QoS en sus productos [61]. 1.2 Calidad de Servicio en ATM. El estándar ATM está diseñado para soportar una amplia variedad de servicios y aplicaciones, el control de tráfico está fundamentalmente enfocado en la habilidad de Página 8

14 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. la red de proporcionar una QoS apropiada y diferenciada para las aplicaciones de red. De este modo, los dispositivos de interconexión manejan una serie de procedimientos y parámetros diferentes que permiten establecer ciertas normas de QoS de forma dinámica. Todo esto, con el fin de proteger la red y los sistemas finales contra la congestión para lograr un alto rendimiento, a la vez que promueve el uso eficiente de los recursos existentes Categorías de servicio. La tecnología ATM usa seis Categorías para clasificar el servicio de red. De hecho las conexiones ATM están asociadas a una categoría de servicio en particular, la cual sirve para definir los límites en la demora de transmisión y la pérdida de celdas dentro de la red. Por lo que ATM define un número de parámetros de QoS, los cuales caracterizan el rendimiento de una conexión en términos de QoS que se proporciona [33] CBR (Tasa de Bit Constante - Constant Bit Rate). Esta categoría de servicio fue diseñada para conexiones que requieren un ancho de banda estático que debe estar disponible siempre durante toda la conexión. La red dispone que una vez que una conexión CBR es establecida, la QoS negociada en la capa ATM asegura que todas las celdas se transmitan correctamente siempre y cuando estas cumplan con el contrato de conformidad. Para llevar el control del tráfico, ATM establece una tasa máxima y una tasa mínima de transmisión de celdas. La categoría de servicio CBR puede usarse tanto para VCC como VPC [33] RT-VBR (Tasa de Bit Variable-Tiempo Real Real-Time Variable Bit Rate). Esta categoría de servicio fue diseñada para aplicaciones que operan en tiempo real, o sea, que requieren de una baja demora en la transmisión manteniendo una variación pequeña. Este tipo de conexión establece una tasa máxima de transmisión de celdas, una tasa de celda sostenida y un máximo tamaño de ráfaga con el fin de poner límites a las variaciones en el flujo de las celdas. Esto es necesario pues la Página 9

15 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. fuente puede transmitir a velocidades que varían en el tiempo, por lo que se puede decir que transmiten la información de manera aleatoria (Ej. La transmisión estándar de video comprimido resulta en una secuencia de tramas de imágenes de tamaño variable). La red está capacitada para multiplexar estadísticamente un número de conexiones sobre la misma capacidad dedicada y aun así proporcionar el servicio requerido para cada conexión [33] NRT-VBR (Tasa de Bit Variable-Tiempo no Real Non-Real-Time Variable Bit Rate). Esta categoría de servicio fue diseñada para aplicaciones que no trabajan en tiempo real y que poseen características de tráfico aleatorio, pero para las cuales se establece igualmente una tasa máxima de transmisión de celdas, una tasa de celda sostenida y un máximo tamaño de ráfaga con el fin de obtener una calidad de servicio sustancialmente mejorada. En este tipo de categoría, el tráfico que es generado cumpliendo con el contrato de conformidad, tendrá una relación de pérdida de celda baja. El servicio NRT-VBR puede ser usado para la transferencia de datos que tienen requerimientos de respuesta a tiempo crítico [33] ABR (Tasa de Bit Disponible Available Variable Bit Rate). Las aplicaciones que usan un protocolo extremo-extremo confiable como TCP, pueden detectar congestiones en la red, al experimentar demoras reiteradas y pérdidas de paquetes. Sin embargo, este protocolo no posee mecanismos para lograr que los recursos dentro de la red, sean compartidos cabalmente entre muchas conexiones TCP. Además, TCP no minimiza la congestión de manera eficiente, pues no usa información explícita de los nodos congestionados dentro de la red. Para mejorar el servicio sobre este tipo de conexiones se definió ABR. ABR es una categoría de servicio, para la cual las características de transmisión de celdas proporcionadas por la red, pueden cambiar dinámicamente durante una conexión. Para ello se proporciona un mecanismo de control de flujo de manera tal que cuando se inicia una conexión, se establece un flujo de datos en una dirección y un flujo de información de los recursos de red en la otra. Este flujo porta un tipo de Página 10

16 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. celda de control llamada RM-cell (Celda de Gestión de Recursos Resource Management Cell). Estas celdas cumplen con el objetivo de informar a la fuente, sobre los recursos que se encuentran disponibles en la red para esa conexión en específico. De esta manera, los sistemas finales adaptan su tráfico, de acuerdo a los recursos disponibles, con lo que experimentan una relación de pérdida de celda baja y obtienen una repartición justa del ancho de banda, de acuerdo con la política de distribución de recursos específica de la red. En el establecimiento de una conexión, el sistema final especifica a la red una tasa máxima de transmisión de celda que podrá usarse y una tasa mínima de transmisión de celda que se requiere. El ancho de banda puede variar dinámicamente, pero nunca es menor que el mínimo establecido [33] UBR (Tasa de Bit No Específica Unspecified Variable Bit Rate). Esta categoría de servicio, fue diseñada para aplicaciones que no trabajan en tiempo real y que además no requieren de una baja demora en la transmisión e incluso toleran variaciones en el arribo de celdas y algunas pérdidas en el trayecto, pues las aplicaciones finales utilizan protocolos que están preparados para recuperar los datos perdidos. UBR, por tanto, no especifica garantías de servicio de ningún tipo. Con esta categoría, las celdas son enviadas hacia adelante en una FIFO (Primero que entra- Primero que sale Firs in-first out) usando la capacidad no consumida por otros servicios. Esta categoría es semejante en sus servicios al brindado por una red IP (protocolo ampliamente difundido y que usa la técnica del mejor esfuerzo) [33] GFR (Tasa de Trama Garantizada Guaranteed Frame Rate). Esta categoría pretende soportar el tráfico de aplicaciones en tiempo no real y que pueden requerir un mínimo de garantías de velocidad y se pueden beneficiar con el acceso de ancho de banda adicional, el cual está disponible dinámicamente en la red. GFR no requiere adherencia a protocolos de control de flujo. Las garantías de servicio están basadas en el tipo AAL5. Bajo condiciones de congestión, la red intenta descartar tramas de celdas completas en vez de descartar celdas sin referencia a límites de tramas. En el establecimiento de una conexión GFR, el Página 11

17 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. sistema final especifica una tasa máxima y una tasa mínima de transmisión de celda que se puede acompañar también de una tasa de celda sostenida. El usuario puede mandar siempre celdas a una tasa igual a la máxima, pero la red sólo se compromete a llevar celdas en tramas completas a nivel de la tasa mínima. El tráfico que se encuentra más allá de la tasa mínima será entregado dentro de los límites de los recursos disponibles. No existen demoras asociadas con esta categoría de servicio [33]. 1.3 Modelos para garantizar Calidad de Servicio en Redes IPv4. La IETF, Internet Engineering Task Force, ha propuesto varios modelos de servicio y mecanismos para satisfacer la demanda de QoS [59]. Los más conocidos son el modelo de servicios integrados/rsvp (Resource Reservation Protocol), el modelo DS de Servicios Diferenciados y la arquitectura conocida como MPLS (Multiprotocol Label Switching) [49] Servicios Integrados El grupo de trabajo Servicios Integrados del IETF desarrolló el modelo de servicios integrados (Intserv) [37]. Este modelo requiere que los recursos, tales como el ancho de banda y los buffers, sean reservados a priori para un flujo de tráfico determinado para asegurar que sea satisfecha la calidad de servicio requerido por el flujo de tráfico. El modelo de servicios integrados incluye componentes adicionales además de los usados en el modelo sin garantías tales como, los clasificadores de paquetes, los programadores de paquetes y el control de admisión. Se usa un clasificador de paquetes para identificar los flujos que va a recibir un determinado nivel de servicio. Un programador de paquetes, maneja la programación del servicio a los distintos flujos de paquetes, para asegurar que se cumplan los compromisos de QoS. Se usa el control de admisión para determinar si un enrutador tiene los recursos necesarios para aceptar un nuevo flujo. Se han definido dos servicios bajo el modelo de Servicios Integrados: el servicio garantizado y el servicio de carga controlada. Página 12

18 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. El servicio garantizado se puede usar para las aplicaciones que requieren un tiempo limitado de entrega del paquete. Para este tipo de aplicación, los datos que son entregados a la aplicación después de una cantidad predefinida de tiempo transcurrido, se considera normalmente sin valor. Por tanto, el servicio garantizado intenta suministrar un límite firmemente cuantificado en cuanto al retardo extremo a extremo del paquete para un flujo. Esto se cumple controlando el retardo de las colas de espera de los elementos de la red a lo largo del camino del flujo de datos. Sin embargo el modelo de servicio garantizado no suministra límites en cuanto a jitter (tiempos entre llegadas de paquetes consecutivos). El servicio de carga controlada se puede usar para las aplicaciones adaptables que pueden tolerar algún retardo, pero que son sensibles a las condiciones de sobrecarga de tráfico. Este tipo de aplicación normalmente funciona satisfactoriamente cuando la red esta poco cargada, pero su rendimiento se degrada significativamente cuando la red esta muy cargada. El servicio de carga controlada, por tanto, ha sido diseñado para proveer aproximadamente el mismo servicio que el servicio sin garantías en una red ligeramente cargada sin reparar en las condiciones actuales de la red. El servicio de carga controlada se describe cualitativamente en que no hay valores especificados de retardo o pérdidas. La principal cuestión con el modelo de Servicios Integrados ha sido la escalabilidad [10], especialmente en las grandes redes públicas IP que potencialmente pueden tener millones de microflujos activos concurrentemente en tránsito. Una característica notable del modelo de Servicios Integrados es que requiere señalización explícita de los requerimientos de QoS de los sistemas finales a los enrutadores. El Resource Reservation Protocol (RSVP) realiza la función de señalización y es el componente crítico del modelo de Servicios Integrados RSVP RSVP es un protocolo de señalización de estado [14]. Soporta el establecimiento iniciado en el receptor de la reserva de recursos tanto para los flujos multidifusión como unidifusión. Página 13

19 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. Originalmente el RSVP fue desarrollado dentro de un marco de servicios integrados para las aplicaciones con el fin de comunicar los requerimientos de QoS a la red. Este protocolo se basa en la realización de solicitudes de reserva, si la solicitud es rechazada, el enrutador que la rechaza enviará un mensaje de error al receptor y terminará el proceso de señalización. Si la solicitud es aceptada, el ancho de banda del enlace y el espacio de buffer son asignados al flujo y la información de estado del flujo relacionado se instala en el enrutador. Una de las cuestiones con las especificaciones originales del RSVP fue la escalabilidad. Esto es porque fueron solicitadas reservas para los microflujos, así que la información de estado mantenida por los elementos de la red tiende a aumentar linealmente con el número de microflujos [9]. Recientemente, RSVP ha sido modificado y ampliado en varias direcciones para mitigar los problemas de escalabilidad. Como resultado de ello, está llegando a ser un protocolo de señalización versátil en Internet. Por ejemplo, RSVP se ha ampliado para reservar recursos para la agregación de flujos [3], establecer caminos explícitos de conmutación de etiquetas en MPLS, y realizar otras funciones de señalización dentro de Internet. También hay varias propuestas para reducir la cantidad de mensajes de actualización solicitados para mantener las sesiones de RSVP establecidas [9] Servicios Diferenciados La meta del esfuerzo de los Servicios Diferenciados (Diffserv) dentro del IETF es establecer mecanismos escalables para la categorización del tráfico en agregados de comportamiento, que últimamente permite que cada agregado de comportamiento sea tratado diferentemente, especialmente cuando hay una falta de recursos tales como ancho de banda del enlace o espacio de buffer [11]. Uno de los motivos primarios del esfuerzo Diffserv fue buscar mecanismos alternativos para la diferenciación del servicio en Internet que mitigue las cuestiones de escalabilidad encontradas dentro del modelo Intserv. Página 14

20 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. El grupo de trabajo Diffserv del IETF ha definido un campo de Servicios Diferenciados en la cabecera IP (campo DS). El campo DS consiste de seis bits de la antigua cabecera IP conocida como el octeto TOS [2]. Figura Campo Tipo de Servicio en IPv4. El campo DS se usa para indicar el tratamiento de envío que un paquete recibiría en un nodo [42]. El grupo de trabajo Diffserv también ha estandarizado un número de grupos Per-Hop Behavior (PHB). Usando los PHBs, se pueden definir varias clases de servicios usando distintas clasificaciones, reglas de políticas, modulación y programación. Figura Campo DS. Para que un usuario final de servicios de red pueda recibir Servicios Diferenciados de su ISP (Internet Service Provider), debe ser necesario tener un Acuerdo de nivel de Servicio (SLA, Service Level Agreement) con el ISP. Un SLA puede especificar explícitamente o implícitamente un Acuerdo de Acondicionamiento de Tráfico (TCA, Página 15

21 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. Traffic Conditioning Agreement) que define las reglas del clasificador así como las reglas de medición, marcado, descarte y modulación. Los paquetes se clasifican, y posiblemente se les aplican políticas y modulación en la entrada de la red Diffserv. Cuando un paquete atraviesa la frontera entre distintos dominios Diffserv, el campo DS del paquete puede ser marcado de nuevo según los acuerdos existentes entre los dominios. Los Servicios Diferenciados sólo permiten la indicación de un número finito de clases de servicio en el campo DS. La principal ventaja de la propuesta Diffserv respecto al modelo Intserv es la escalabilidad. Los recursos son asignados en una base por clase y la cantidad de información de estado es proporcional al número de clases más que del número de flujos de aplicación. Otras capacidades de ingeniería de tráfico, tales como la gestión de la capacidad (incluido el control del encaminamiento), también son requeridas con el fin de entregar una calidad de servicio aceptable en las redes Diffserv. El concepto de Per Domain Behaviors ha sido introducido para capturar mejor la noción de Servicios Diferenciados a través de un dominio completo [45] MPLS La Conmutación de Etiquetas sobre Múltiples Protocolos (MPLS, MultiProtocol Label Switching) es una arquitectura creada para mejorar muchos de los temas asociados con el transporte tradicional de paquetes y las interconexiones en Internet. MPLS integra los niveles de 2 y 3, combinando las funciones de control del enrutamiento con la rapidez y simplicidad de la conmutación de nivel 2 [25] [34]. Página 16

22 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. Figura Capas de red MPLS proporciona otros beneficios como son [17]: Permite una gran interoperabilidad. No hay necesidad de superponer IP sobre ATM y por tanto se eliminan las dificultades asociadas con su administración y la gestión, además de desocupar a los enrutadores. Facilita los medios para el mapeo de direcciones IP a simples etiquetas de longitud fija, utilizadas por diferentes tecnologías de envío de paquetes y conmutación de paquetes. Permite el uso de diferentes protocolos existentes como son RSVP (Protocolo de Reservación de Recursos) y OSPF (Open Shortest Path First). Permite proporcionar Servicios Diferenciados (Differentiated Services), Ingeniería de tráfico y crear Redes Virtuales Privadas (VPN). 1.4 Conclusiones parciales. Los principales parámetros a tener en cuenta para dar calidad en el servicio son el retardo, la variación de retardo (Jitter), la fiabilidad o pérdida de paquetes y el ancho de banda, determinándose que con el desarrollo actual de las redes es mas factible y económico accionar sobre los tres primeros parámetros de QoS, accionar sobre el ancho de banda redundaría en un aumento excesivo de gastos y además los recursos de la red son hasta ahora finitos. Página 17

23 Capítulo 1: Calidad de servicios y principales modelos propuestos para garantizarla. Aunque existen varios modelos para garantizar QoS, orientamos nuestro trabajo hacia la tecnología Diffserv teniendo en cuenta que se encuentra en una fase de desarrollo lo suficientemente madura, como para plantearnos su posible implantación a gran escala. La funcionalidad que nos aporta este modelo puede permitir el despegue definitivo de determinados servicios con ciertos requisitos de calidad de servicio. Página 18

24 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. En el primer capítulo se ofreció una visión general de QoS, se describieron también los términos QoS en las redes ATM, así como un resumen de los principales modelos propuestos por IETF para garantizar QoS. En el presente capítulo se analiza en lo particular el modelo de Servicios Diferenciados (Diffserv) como solución a las demandas de QoS en las redes IP. 2.1 Introducción a los Servicios Diferenciados. La arquitectura de Servic ios Diferenciados es diferente a la de servicios integrados donde hay que realizar una reserva previa del canal. En la arquitectura de Servicios Diferenciados los paquetes se clasifican sólo en el dispositivo de acceso a la red y cuando estos están dentro de la red, es en este momento cuando recibirán un trato distinto dependiendo del contenido del encabezado. Este tipo de servicios sólo entiende a cerca de agregaciones no de flujos, esto quiere decir que se van a aplicar diferentes comportamientos dependiendo de a que agregación pertenezca dicho paquete. En los siguientes aspectos que se abordan se verá con más detenimiento el funcionamiento de esta arquitectura de Servicios Diferenciados, señalando las funciones tanto de los nodos comentados con anterioridad como del resto de elementos de esta arquitectura. 2.2 Introducción a la Arquitectura de Servicios Diferenciados. A continuación se dará una introducción de lo que es la arquitectura para implementar los diferentes servicios escalares en Internet. Un Servicio define algunas características de la transmisión de paquetes en una dirección a lo largo de un conjunto de una o más rutas dentro de una red. Estas características pueden ser especificadas en términos cuantitativos o términos estadísticos de productividad, retardo, y/o pérdida, o pueden ser especificados en términos de alguna prioridad Página 19

25 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. relativa de acceder a los recursos de la red. Esta diferenciación de servicios es interesante para poder adecuar los requerimientos de distintas aplicaciones y las expectativas de los usuarios, así como para permitir diferentes precios de servicios en Internet. Esta arquitectura se compone de un número de elementos funcionales implementados en los diferentes nodos de las redes, incluyendo además un pequeño conjunto de comportamientos adelantados por-salto- per-hop-behaviour - (comportamiento adelantado externamente observable, aplicado a un nodo capaz de soportar las funciones de los Servicios Diferenciados para los agregados de comportamiento, PHB), funciones de clasificación de paquetes y funciones de acondicionamiento del tráfico incluyendo medición, marcación, ordenación y políticas establecidas. Esta arquitectura logra la escalabilidad implementando complejas clasificaciones y funciones de acondicionamiento sólo para los nodos en el límite de las redes, y aplicando comportamientos por-salto para agregados de comportamiento (colección de paquetes con el mismo valor específico de la parte DSCP de un campo DS [44], cruzando un determinado enlace en una dirección particular) que han sido adecuadamente señalados usando los campos DS (differentiated Services) en las cabeceras Ipv4. Los comportamientos por-salto (Per Hop Behavior, PHB) [44] se definen para poder tener los medios razonables para localizar recursos de memoria y ancho de banda en cada nodo, entre las cadenas de tráfico que compiten por ellos. Hay que mantener una distinción entre: El servicio proporcionado a un agregado de tráfico. Las funciones de acondicionamiento y PHB usados para realizar servicios. El valor del campo DSCP usado para marcar paquetes y para seleccionar un PHB. Los mecanismos de implementación particular en un nodo que se encarga de realiza el PHB. Página 20

26 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. Esta arquitectura sólo proporciona diferenciación de servicios en una dirección del flujo de tráfico y es por esta razón asimétrica. El desarrollo de una arquitectura simétrica es un tópico que se busca en la actualidad pero está fuera del alcance de lo que se desea mostrar en este trabajo. 2.3 Modelo de Arquitectura de Servicios Diferenciados. La arquitectura de Servicios Diferenciados se basa en un modelo simple donde el tráfico entrante en una red es clasificado y posiblemente condicionado por los límites de la misma al igual que asignado a los diferentes agregados de comportamiento. Cada agregado de comportamiento (BA) se identifica por un simple codepoint DS (un valor específico de la parte DSCP del campo DS usado para seleccionar un PHB). Dentro del núcleo de la red, los paquetes son adelantados de acuerdo al PHB asociado con el codepoint DS. Los elementos clave dentro de una región de Servicios Diferenciados, la clasificación del tráfico, las funciones de acondicionamiento, y el cómo lograr los Servicios Diferenciados a través de la combinación del tráfico acondicionado así como del PHB basado en adelantamientos, se verán brevemente a continuación para conocer algo más a cerca de esta arquitectura [44] [11] Elementos básicos en la Arquitectura DiffServ. Los elementos básicos del modelo arquitectónico [11] y están representados en la figura 2.3.1: dominio DS, nodo frontera, nodo interno, nodo de entrada y nodo de salida. Los conceptos de Acuerdo de Nivel de Servicio (Service Level Agreement, SLA) y Acuerdo de acondicionamiento de tráfico (Traffic Condicioning Agreement, TCA) pueden aplicarse entre el proveedor de servicio y el cliente, que puede ser otro dominio. SLA es un acuerdo entre cliente y proveedor de servicio que especifica el servicio que recibirá el cliente. Puede incluir las reglas que constituyen el TCA, el cual consiste en un acuerdo que define las reglas, aplicables a los flujos de tráfico, para realizar el servicio, tales como marcado, medición, descarte, adaptación (shaping). Página 21

27 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. Figura Elementos de la Arquitectura de Servicios Diferenciados Dominio de los Servicios Diferenciados. Un dominio es un conjunto contiguo de nodos DS que operan con una política de disposición de servicios común y un conjunto de grupos PHB implementados en cada nodo. Un dominio DS tiene un límite bien definido consistente en nodos DS limítrofes (nodo que conecta un dominio DS a otro nodo DS que esta o en otro dominio DS o en un dominio que no es apto para los DS) que clasifican y condicionan el ingreso de tráfico para asegurar que los paquetes que circulan por el dominio están correctamente marcados para seleccionar un PHB de uno de los grupos PHB que hay dentro del dominio. Los nodos dentro del dominio DS seleccionan el comportamiento adelantado para paquetes basándose en su codepoint DS, mapean ese valor a uno de los PHBs mantenidos. La inclusión de nodos DS no adecuados dentro de un dominio DS puede provocar actuaciones impredecibles y puede impedir la capacidad para satisfacer el nivel de servicios adecuados (SLAs), que son contratos entre una organización, que es normalmente el dominio origen, y un proveedor de servicios que especifica el servicio adelantado que esa organización debe recibir, normalmente incluye las reglas de condicionamiento de tráfico que constituyen un TCA en parte o en su totalidad. Página 22

28 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. Un dominio DS normalmente consiste en una o más redes bajo la misma administración; por ejemplo una Intranet o un ISP (Proveedor de Servicios de Internet). La administración del dominio es la responsable de asegurar que los recursos apropiados están disponibles y reservados para soportar los SLAs ofrecidos por el dominio Nodos en la arquitectura de Servicios Diferenciados Un dominio DS consiste en varios nodos limítrofes DS y nodos interiores DS. Los nodos limítrofes DS interconectan el dominio DS a otros dominios aptos ya sean o no DS, mientras que los nodos interiores DS sólo conectan a otros nodos interiores o limítrofes pero dentro del mismo dominio. Nodos extremos DS: Clasifica y establece las condiciones de ingresos de los flujos de tráfico en función de dirección IP y puerto tanto origen como destino, protocolo de transporte y campo DSCP. o Los Nodos DS de entrada: Aseguran el tráfico de entrada cumpliendo con los requisitos del TCA (Traffic Conditioning Agreement), derivado del SLA entre dominios interconectados. o Los Nodos DS de salida: Realizan el acondicionamiento de tráfico TC (Traffic Conformation) sobre el tráfico transferido del dominio DS colindante. Nodos Internos DS: Realizan limitadas funciones de TC como remarcado de DSCP, sólo se conectan a nodos internos o a nodos externos de su propio dominio y seleccionan el PHB teniendo en cuenta sólo el campo DSCP. Ambos nodos tanto los exteriores como los interiores deben ser capaces de aplicar el PHB adecuado a los paquetes basándose en el codepoint DS; de otra forma se producirían comportamientos impredecibles. Página 23

29 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. Además, a los nodos en los límites se les puede pedir que actúen con el tráfico según algunas funciones como las definidas por un acuerdo de acondicionamiento del tráfico (TCA), que no es sino un acuerdo que especifica las reglas de clasificación y cualquier perfil de correspondencia de tráfico así como las reglas de medida, marcado, descarte y/u ordenado que son aplicadas a las cadenas de tráfico seleccionadas por el clasificador, entre su dominio y el dominio al que ellos están conectados. Posteriormente, en la parte de acondicionadores de tráfico se verá esto mismo con mayor detalle. 2.4 Región de los Servicios Diferenciados. Una región de Servicios Diferenciados (DS Region) es un conjunto de uno o más dominios contiguos. Las regiones DS son capaces de soportar Servicios Diferenciados a lo largo de caminos que se extienden por los dominios dentro de la misma como se muestra en la figura Clasificación y acondicionamiento de tráfico. Los Servicios Diferenciados se extienden a lo largo de dominios DS limítrofes estableciendo un SLA entre una red superior y un dominio DS inferior. El SLA puede especificar reglas de clasificación y remarcado, y puede además especificar perfiles de tráfico y acciones a flujos de tráfico que estén o no en ese perfil, esta parte se verá mejor cuando se analicen los perfiles de tráfico más adelante. La política de clasificación de paquetes identifica el subconjunto de tráfico que puede recibir un servicio diferenciado siendo acondicionado y/o mapeado a uno o más agregados de tráfico con el mismo codepoint DS utilizando un enlace en una dirección particular (DS behaviour aggregates, BAs), remarcando su codepoint DS dentro del dominio del DS. El acondicionamiento del tráfico actúa midiendo, modelando, estableciendo una política y/o remarcando para asegurarse de que el tráfico entra al dominio conforme a las reglas especificadas en el TCA de acuerdo con la política de suministro del servicio. El alcance del acondicionamiento del tráfico requerido depende de las Página 24

30 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. especificaciones del servicio que han sido ofertadas, y puede regularse desde simples remarcados de codepoints a complejas políticas y operaciones de modelado Clasificadores. Los clasificadores de paquetes seleccionan paquetes en flujos de tráfico basándose en el contenido de alguna porción de la cabecera del paquete. Se definen dos tipos de clasificadores. El clasificador de agregados de comportamiento (BA) que clasifica paquetes basándose sólo en el codepoint DS. El clasificador multicampo (MF) selecciona paquetes basándose en el valor de una combinación de uno o más campos de la cabecera, como dirección origen, dirección destino, campo DS, identificador de protocolo, números de los puertos origen y destino, y otra información [7]. Los clasificadores se usan para dirigir paquetes emparejando algunas reglas específicas para un elemento de un acondicionador de tráfico (entidad que ejecuta funciones de acondicionamiento de tráfico y que se suelen desarrollar solamente en los nodos limítrofes DS) para realizar un procesamiento más a fondo. Los clasificadores deben ser configurados por algún procedimiento de administración de acuerdo con el TCA establecido Perfiles de tráfico. Un perfil del tráfico especifica las propiedades temporales de un flujo de tráfico seleccionado por un clasificador. Proporciona reglas para determinar sí un paquete en particular esta en un determinado perfil o fuera de él. Se pueden aplicar diferentes funciones de acondicionamiento tanto a los paquetes que están fuera como dentro del perfil. A los paquetes dentro del perfil se les puede permitir entrar en el dominio sin más condiciones; o de otra forma, se les puede cambiar su codepoint DS. Lo último ocurre cuando el paquete entra en un dominio que usa un PHB de grupo o una política de mapeo codepoint diferente para ese flujo de tráfico. Los paquetes que están fuera de ese perfil pueden ser encolados Página 25

31 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. hasta que estén dentro de un perfil, descartados, remarcados, o quedar inalterado mientras se disparan algunos procesos de contabilidad. El perfil del tráfico es un componente opcional de un TCA y su uso depende de las especificaciones de servicio ofrecidas y de la política de disposición del servicio en un dominio Acondicionamiento de tráfico. Un acondicionador del tráfico puede contener los siguientes elementos: medidor, marcador, limador o modelador ( shaper ), y un desconectador ( dropper ) [12]. Un flujo de tráfico es seleccionado por un clasificador, que conduce el paquete a una instancia lógica de un acondicionador del tráfico, donde se aplicarán las funciones de acondicionamiento. Un medidor se usa para medir el flujo de tráfico comparándolo con algún perfil de tráfico. El estado del medidor con respecto a un paquete en particular, es decir, si pertenece o no a un determinado perfil, puede ser usado para encadenar una acción de marcado, modelado o desconectado. Los acondicionadores de tráfico están a menudo localizados dentro de los nodos limítrofes de ingreso y regreso, pero pueden además estar localizados en nodos dentro del interior de un dominio DS. Las fuentes que originan el tráfico y los nodos intermedios dentro de un dominio origen, pueden realizar la clasificación del tráfico y las funciones de acondicionamiento. El tráfico originado por el dominio origen o fuente, a lo largo del límite del mismo puede ser marcado directamente por el mismo origen o por nodos intermedios antes de abandonar dicho dominio. A esto se le conoce como marca inicial o premarca. Hay algunas ventajas de marcar los paquetes que están cercanos al origen del tráfico. Primero, una fuente del tráfico puede tener en cuenta las preferencias de las aplicaciones más fácilmente cuando decide, que paquetes deben recibir un mejor trato. Además, la clasificación de paquetes es mucho más simple antes de que el Página 26

32 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. tráfico haya sido agregado a paquetes de otras fuentes, puesto que el número de reglas de clasificación que necesitan aplicarse dentro de un nodo se reduce. Ya que el marcado de paquetes puede ser distribuido a lo largo de múltiples nodos, el dominio DS origen es responsable de asegurar que el agregado de tráfico que se dirige hacia su proveedor de servicio sea conforme al TCA apropiado. Los nodos limítrofes de un dominio origen deben además monitorizar conforme al TCA, y deben establecer la política, ordenado, o remarcado de paquetes conforme sea necesario. La figura muestra el diagrama de bloques de un acondicionador de tráfico y de un clasificador. Figura Vista lógica de un clasificador de paquetes y un acondicionador de tráfico Medidores (Meter). Miden las propiedades temporales de un flujo de paquetes seleccionado por un clasificador, comparándolo con un perfil de tráfico especificado en un TCA. El medidor pasa información de estado a otras funciones de acondicionamiento para disparar una acción particular para cada paquete que este o bien dentro o fuera de un perfil. Página 27

33 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS Marcadores (Marker). Los marcadores de paquetes establecen el campo DS de un paquete a un determinado codepoint, añadiendo el paquete marcado a un agregado de comportamiento DS particular. El marcador puede ser configurado para marcar todos los paquetes que están dirigidos a él con un codepoint singular, o pueden ser configurados para marcar un paquete para uno de los conjuntos de codepoints usados para seleccionar un PHB dentro de un grupo de PHB, de acuerdo con el estado del medidor. Cuando el marcador cambia el codepoint en un paquete se dice que ha re-marcado el paquete Limadores o Modeladores (Shapers). Retrasan algunos de todos los paquetes de un flujo de tráfico para introducir un flujo de acuerdo a un perfil de tráfico. Un Limador a menudo tiene un tamaño de buffer finito, y los paquetes pueden ser descartados si no hay suficiente espacio de buffer para mantener los paquetes retrasados Desconectadores (Droppers). Descartan algunos de entre todos los paquetes en un flujo de tráfico para introducir un flujo de acuerdo a un perfil de tráfico. Puede ser implementado como un caso especial de limador si se pone como tamaño del buffer del limador a 0, o en su defecto a un número pequeño de paquetes Comportamiento por Salto (PHB). Básicamente un PHB (Per Hob Behavior) es una descripción del comportamiento observable externamente de un conjunto de paquetes denominado Behavior Aggregate (BA), y debe permitir la construcción de servicios predecibles. Los BA son conjuntos de paquetes mostrados con un mismo DSCP [13] y enviados en la misma dirección, pudiendo pertenecer a un mismo agregado de paquetes procedentes de múltiples fuentes o aplicaciones. Técnicamente hablando, un PHB denota una combinación de comportamientos de reenvío, clasificación, planificación y descarte Página 28

34 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. en cada salto de los paquetes pertenecientes a un mismo BA. El DSCP del paquete define el PHB de forma no ambigua y se utiliza para informar a los nodos internos de la red del PHB del paquete El ejemplo más simple de PHB es uno que garantice una asignación mínima de un ancho de banda de un enlace para un agregado de comportamiento. En general, el comportamiento observable de un PHB puede depender de ciertas restricciones en las características del tráfico del agregado de comportamiento asociado, o de las características de otros agregados Grupos de PHB. Los PHBs pueden ser especificados en términos de la prioridad de sus recursos (buffer, ancho de banda) con respecto a otros PHBs, o en términos de sus características relativas de tráfico observables (retraso, pérdida). Estos PHBs pueden ser usados como bloques de construcción para localizar recursos y deben ser especificados como un grupo (PHB groups) para darles más consistencia. Los grupos PHB a menudo compartirán unas restricciones comunes que serán aplicadas a cada PHB dentro del grupo, tales como planificación del paquete o políticas de administración de buffer PHB por defecto. El PHB por defecto tiene que estar disponible en todos los nodos de Servicios Diferenciados. Este es el comportamiento de reenvío conocido como mejor esfuerzo comúnmente disponible en los routers existentes y estandarizado en [6]. Cuando no exista otro consenso, se asume que los paquetes pertenecen a este agregado. Tales paquetes pueden ser enviados dentro de la red sin cumplir ninguna regla particular y la red procesará estos paquetes tan pronto como sea posible, sujetos a restricciones y políticas de otros recursos. Una implementación razonable para esta PHB sería una disciplina de colas que envíe paquetes de este agregado cuando el vínculo de salida no es requerido para satisfacer otro PHB. Una política razonable para servicios constructivos aseguraría que el conjunto no se muera de hambre. Esto puede ser forzado por un mecanismo en cada nodo que reserva algún mínimo de recursos Página 29

35 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. (buffers, ancho de banda) para agregados de comportamiento por defecto. Esto permite a los emisores que no utilizan Servicios Diferenciados, continuar usando la red de la misma manera que antes. El codepoint recomendado para el PHB por defecto es el patrón de bit ; el valor tiene que mapear al PHB que cumple estas especificaciones. El codepoint escogido para el comportamiento por defecto es compatible con las prácticas existentes. Donde un codepoint no es mapeado para el uso de un PHB Standard o local, este debe mapearse al PHB por defecto [56]. Un paquete inicialmente marcado para un comportamiento por defecto puede ser remarcado con otro codepoint para que este pase la frontera en un dominio DS tal que este será reenviado usando un PHB diferente con ese dominio, posiblemente sometido a algún acuerdo negociado entre los dominios involucrados PHB selector de clase. El grupo de PHBs mapeados al selector de 8 clases tienen que cumplir al menos dos clases de tráfico reenviadas independientemente, y los PHBs seleccionados por un codepoint selector de clase deben brindar a los paquetes una probabilidad de reenvío oportuna que no sea menor que la de los paquetes marcados con un codepoint de orden menor, bajo condiciones de operación y carga de tráfico normales. Un paquete se descarta en el caso extremo de un reenvío fuera de tiempo. En adición los PHBs seleccionados por codepoints 11x000 tienen que dar a los paquetes un tratamiento de reenvío preferencial en comparación con los PHBs seleccionados por codepoints para preservar el uso común de los valores de precedencia IP 110 y 111 para el ruteo de tráfico [44] [35]. Por otro lado, los PHBs seleccionados por distintos codepoint deben ser reenviados independientemente, por lo que pueden ser reordenados. Un nodo de red puede limitar la cantidad de recursos que pueden ser utilizados por cada PHB. Página 30

36 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS PHB de reenvió expedito (EF PHB). El objetivo principal del PHB de reenvío Expedito (Expedited Forwarding PHB, EF PHB) [35] [38], es proporcionar servicios con pérdidas, latencia y variación de retardo de valores bajos, y ancho de banda garantizado. En otras palabras, equivalentes a los de una línea dedicada virtual o bien a los servicios de calidad garantizada del modelo de Servicios Integrados. El EF PHB se define como un tratamiento de reenvío en el que la velocidad de salida de cada nodo debe ser superior o igual a una velocidad configurable. El tráfico EF debe recibir esta velocidad independientemente de la intensidad de cualquier otro tráfico en la red. Su valor medio, medido en un intervalo de tiempo igual o superior al tiempo de transmisión del mayor paquete (MTU, Maximum Transmisión Unit) debe ser igual o superior a la velocidad configurada. Este servicio se denomina también Premium y sólo tiene un nivel de calidad (un DSCP único). Ejemplos de posibles aplicaciones son las aplicaciones en tiempo real, como videoconferencia o voz sobre IP o bien aplicaciones críticas interactivas. Un escenario posible para la implementación del servicio EF PHB es que el usuario solicite al proveedor del servicio, que los paquetes de una determinada aplicación, identificados por los números de puerto de origen y destino, se clasifiquen en el nodo frontera de entrada como EF PHB. El clasificador controla que estos paquetes se dirijan al acondicionador para su tratamiento. En el nodo frontera debe haber un control sobre las colas y, en consecuencia sobre la latencia, jitter y pérdidas. Los paquetes en exceso se deben descartar de una forma inmediata, para que no afecten a los restantes flujos. También se puede utilizar un mecanismo de adaptación para mejorar la característica de pérdidas. En los nodos internos los paquetes que llegan antes de tiempo deben reenviarse de forma inmediata. La alternativa de una opción de remarcado para reenviar el paquete a su debido tiempo afectaría a los paquetes que llegasen a continuación, que serían denotados, aunque llegasen en tiempo correcto. Los mecanismos de colas mencionados en la especificación, son: cola de prioridad simple (una cola dentro de un grupo de colas servida por un planificador cíclico ponderado en el que la proporción de ancho de Página 31

37 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. banda de salida asignado al tráfico EF PHB sea igual a la velocidad configurada) y cola basada en clases CBQ (Class Based Quering) que proporcione prioridad al tráfico EF PHB hasta la velocidad configurada. CBQ también conocido como Custom Quering, es un método cuyo objetivo primordial es tratar de impedir un bloqueo total de las clases de servicio de nivel inferior. Los flujos se asignan a diferentes niveles de colas con distinta prioridad, que se sirven cíclicamente. En cada cola se fija un tamaño máximo de bytes que puede ser servido en cada ciclo. De esta forma se asegura que ninguna aplicación obtiene más que una determinada proporción de la capacidad total, en caso de saturación PHB de reenvío asegurado (AF PHB). El PHB de Reenvío Asegurado (Assured Forwarding PHB) está propuesto en [35] [37], su objetivo primordial es satisfacer la demanda de que el reenvío de los paquetes IP pueda asegurarse en Internet e Intranets. Una aplicación típica puede ser una organización con varias sedes que requiera que los paquetes IP en su Intranet o Red Privada Virtual tengan una alta probabilidad de reenvío siempre que el tráfico agregado de cada sede no exceda el perfil de tráfico, es decir, la velocidad suscrita. Permite también que un proveedor de un dominio DS pueda ofrecer diferentes niveles de seguridad de reenvío a los paquetes IP recibidos de un cliente. En esencia, este PHB está relacionado fundamentalmente con la importancia de los paquetes, en el sentido de que los paquetes más importantes son los que deben tener una probabilidad más baja de descarte. En principio, el AF PHB puede tener N clases con M niveles de prioridad de descarte cada una. En la especificación actual, N=4 y M=3. Ahora bien, no es obligatorio implementar las 4 clases y, así mismo, una implementación con 2 prioridades de descarte puede ser aceptable, especialmente en los casos en que las situaciones de congestión no sean frecuentes. Las características más significativas del modelo podrían resumirse en las siguientes: Página 32

38 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. No debe asignar una capacidad (ancho de banda y buffers) configurada a cada clase, de acuerdo con el SLA con el proveedor del servicio. Las clases de numeración más alta recibirán más recursos. No se pueden agregar dos o más clases. No se pueden reordenar los paquetes de un mismo flujo, cuando pertenecen a la misma clase, independientemente de su prioridad de descarte. En líneas generales, el servicio asegurado simula una red con baja carga, equivalente al Servicio de Carga Controlada del modelo de servicios Integrados. Las clases definidas en el AF PHB son AF1, AF2, AF3 y AF4. AFxy representa el nivel de prioridad de descarte y dentro de la clase x. Si se denomina PD (AFxy) a la prioridad de descarte del nivel y de la clase x, debe verificarse que PD (AFx1)<=PD (AFx2)<=PD (AFx3). Es decir, los paquetes AFx3 deben descartarse antes que los paquetes AFx2 y, éstos, antes que los de clase AFx1. Los flujos de tráfico, dentro de un determinado BA, que exceden el ancho de banda asignado deben ser penalizados. Esta función puede realizarse remarcando los paquetes en exceso con un mayor valor de precedencia, es decir con una mayor probabilidad de descarte [35]. Es difícil poder analizar en términos generales la implementación de los AF PHB, dada su versatilidad. De hecho, la especificación no menciona mecanismos particulares, salvo las propiedades del algoritmo RED para gestión de colas. En principio, el usuario puede enviar los paquetes que desee del nivel de importancia más bajo, siendo marcados los paquetes del nivel más bajo. De esta forma el perfil de tráfico puede caracterizarse por un cubo de fichas y una especificación de la velocidad. Tomando un ejemplo de la especificación, en el caso de que las acciones de acondicionamiento proporcionen una carga moderada para los paquetes más importantes (con precedencia de descarte más baja) y que no haya sobrecarga para el tráfico de los otros dos niveles, la clase AF PHB puede ofrecer un alto nivel de Página 33

39 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. reenvío asegurado para los paquetes dentro del perfil (marcados con precedencia de descarte más baja) y hasta dos niveles de reenvío asegurado para el restante tráfico. Otro ejemplo ilustrativo, es asignar en una clase dos velocidades a los dos niveles de importancia más elevados, mientras que el más bajo se asocia a un comportamiento de mejor esfuerzo. Si no se hace premarcado por el usuario, los nodos frontera marcarían tantos paquetes como fueran posibles en el nivel de mayor importancia. Si los paquetes no pueden obtener este nivel, se marcarían con el nivel medio, y cuando esto tampoco fuera posible, se marcarían con el nivel más bajo de importancia Protocolo de gestión de políticas (COPS). Dentro de este escenario que define Diffserv necesitamos algún modo de comunicación para distribuir las políticas de calidad de servicio entre los elementos de red que las necesiten. Existe un protocolo creado al efecto que nos permitirá resolver este problema de comunicación. El protocolo COPS (Common Open Policy Service) [28], define un modelo sencillo de cliente-servidor que proporciona control de políticas para protocolos con señalización de calidad de servicio. El modelo descrito no hace ninguna suposición acerca de los procedimientos utilizados en el servidor de políticas, sino que se basa en un servidor que devuelve decisiones a las peticiones realizadas por los clientes. La definición del protocolo es bastante abierta para que sea extensible y poder soportar los distintos tipos de clientes que pudieran aparecer en el futuro. El protocolo COPS se basa en sencillos mensajes de petición y respuesta utilizados para intercambiar información acerca de políticas de tráfico entre un servidor de políticas (PDP, Policy Decision Point) y distintos tipos de clientes (PEPs, Policy Enforcement Points). Un ejemplo de cliente COPS podría ser un router RSVP o Diffserv que deba realizar funciones de control de admisión en base a determinada política. Por otro lado, el modelo supone que existe al menos un servidor de políticas en cada dominio administrativo. Página 34

40 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. Uno de los objetivos principales del protocolo es proporcionar un modelo sencillo pero fácilmente extensible. Las características principales del protocolo COPS son las siguientes: Emplea un modelo cliente/servidor en el que el PEP envía peticiones y actualizaciones al PDP, y el PDP responde con las decisiones tomadas. Utiliza TCP como protocolo de transporte para asegurar así fiabilidad en el intercambio de mensajes entre los clientes y el servidor. Es extensible en el sentido de que está diseñado para permitir el uso de objetos auto-identificativos y soporta distintos tipos de información específica de clientes, sin tener que realizar ningún tipo de modificación sobre el protocolo. COPS se creó para la administración general, configuración y aplicación de políticas en una red. COPS proporciona seguridad a nivel de mensaje mediante autenticación, protección frente al reenvío (replay) e integridad de mensaje. COPS permite además reutilizar otros protocolos de seguridad existentes para proporcionar autenticación y proteger el canal entre el PEP y el PDP. Figura El modelo COPS. La figura anterior muestra la disposición de diferentes componentes en un ejemplo COPS típico. En este modelo, el protocolo COPS se utiliza para comunicar la información sobre las políticas de la red entre los puntos de aplicación de políticas (PEPs) y un servidor de políticas remoto (PDP), conocido también como Bandwidth Broker (BB) que centraliza la asignación de códigos. Página 35

41 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. Dentro del nodo de red puede existir un PDP local que puede ser utilizado para tomar decisiones locales en ausencia de un PDP. El PEP puede tener también la capacidad de tomar decisiones de política localmente, a través de su LPDP (Local Policy Decision Point), aunque el PDP sigue manteniendo la autoridad en cuanto a las decisiones. Esto quiere decir que cualquier decisión local relevante debe enviarse al PDP. Asimismo, el PDP debe tener acceso a toda la información para poder tomar una decisión final. Para ello, el PEP debe enviar las decisiones locales al PDP a través de un objeto LPDP Decisión, y posteriormente atener la decisión que tome el PDP Localización de los recursos en la red. La implementación, configuración, operación y administración de los grupos PHB en los nodos de un dominio DS deben de repartirse de forma efectiva los recursos de esos nodos y los enlaces a través de nodos entre agregados de comportamiento, de acuerdo a la política que proporciona el servicio en el dominio. Los acondicionadores de tráfico pueden además controlar el uso de esos recursos a través de la ejecución de TCAs. Aunque se puede desplegar un rango de servicios en ausencia de complejas funciones de acondicionamiento de tráfico (por ejemplo usando simples políticas de marcado), funciones como el establecimiento de políticas, modelado (shaping), y remarcado permiten el desarrollo de servicios que proporcionan diversas métricas. La configuración de la interacción entre acondicionadores de tráfico y nodos internos debe ser gestionada por el controlador administrativo de un dominio y puede requerir control operacional a través de protocolos y un control de entidad. Hay varios modelos de control posibles. 2.6 Limitaciones de la aplicación de Servicios Diferenciados. Existen ciertas limitaciones a la hora de implantar Diffserv que son inherentes al modelo Diffserv, las cuales impiden en cierta manera la implementación a gran escala de este sistema. Directamente relacionado con este tema, se encuentra el Página 36

42 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. estudio del modelo de negocio que presenta Diffserv en la actualidad. Los problemas de implantación son los siguientes: Resulta interesante estudiar la situación en la que se encuentra actualmente Internet, donde se debe de atravesar diferentes ISPs para alcanzar nuestro destino. En este caso el valor del Byte DS puede ser modificado en cualquier equipo intermedio según las políticas de tráfico y diferentes contratos SLA tengan entre esos ISPs. De esta forma, una calidad extremo a extremo sólo será alcanzable cuando todos los elementos involucrados en la cadena (dominios Diffserv) actúen según las mismas políticas [31]. Analizando el modelo Diffserv parece lógico que alcanzar un destino más lejano resulte más caro que otro más cercano donde se necesiten atravesar menos ISPs. En consecuencia el costo de enviar un paquete sería diferente en función del camino que deba atravesar. Esto puede suponer una complicación a la hora de ofrecer el servicio y tarificarlo, este mismo problema aparecía en el nacimiento de Internet, donde también resultaba más caro enviar un paquete cuantos más ISPs tuviese que atravesar, y sin embargo, por el momento los proveedores de acceso han decidido ofrecer una tarifa fija independientemente del destino de los paquetes. 2.8 Conclusiones parciales. En este capítulo se han presentado los Servicios Diferenciados como una de las técnicas a la hora de proporcionar calidad de servicio (QoS). Se han planteado algunos inconvenientes, discutiendo también los tipos de aplicaciones y servicios que usan o pueden usar la arquitectura de los Servicios Diferenciados para proporcionar una calidad de servicio que, en muchos casos, es un requisito indispensable de dicha aplicación o servicio. A partir del estudio de Diffserv y sus limitaciones podemos distinguir algunas ventajas y aplicaciones o servicios aplicables a este modelo. En primer lugar los servicios basados en suscripción cobran especial importancia. Debido al hecho de ser el origen el encargado de realizar la reserva, servicios Pay Per Página 37

43 Capítulo 2: Servicios Diferenciados como una solución a la provisión de QoS. View, canales de radio, canales de televisión, podrían aparecer en el modelo de negocio Diffserv. Siguiendo el mismo razonamiento puede verse que el principal problema es poner de acuerdo a origen y destino para alcanzar la QoS deseada. Este problema desaparecía en el caso de las VPNs (redes virtuales privadas) donde el origen y el destino pertenecen a la misma organización, de manera que comparten los mismos criterios sobre QoS. De esta manera, el desarrollo de Diffserv podría presentar un especial interés de cara a la creación de VPNs sobre una red IP [24]. Resulta de especial interés en las videoconferencias donde se incluye cualquier tipo de escenario VoIP (Voice over IP). Este servicio podría representar una buena fuente de ingresos en el modelo Diffserv. El desarrollo de este tipo de comunicaciones no ha tenido éxito hasta ahora por lo falta de provisión de QoS, pero la llegada de Diffserv podría suponer el despegue de este tipo de servicios. Otro caso interesante podrían ser los juegos online. Suele tratarse de aplicaciones que no tienen un gran ancho de banda, pero si importantes requisitos de retardo. La existencia de una gran plataforma de videojuegos esta supeditada a la provisión de QoS. Página 38

44 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. En los anteriores capítulos se han analizado los principales términos de Calidad de Servicio, así como las diferentes características de la arquitectura de Servicios Diferenciados, en lo adelante analizaremos la posible implementación de esta arquitectura en el escenario real de la Red Pública de Transmisión de Datos, CUBADATA. 3.1 Introducción al análisis del escenario de la Red Pública de Transmisión de Datos. En el año 1994 surge ETECSA, Empresa de Telecomunicaciones de Cuba, SA, con la concesión administrativa para la prestación de los servicios públicos de telecomunicaciones en todo el territorio nacional, dentro de los alcances de esta concesión esta el Servicio de transmisión de Datos Nacional e Internacional, y se determinó como una de las obligaciones de ETECSA, crear una red de datos de la capacidad necesaria con cobertura nacional [21]. Para ese año se encuentra que existía un panorama muy deprimido en las telecomunicaciones, con una pobre infraestructura telefónica y una casi nula infraestructura de transmisión de datos. Hasta ese momento los esfuerzos se limitaban a un pequeño Backbone Nacional, conformado por pequeños nodos X.25 que conformaban la red CUBAPAC, Junto a esta se desarrolló también un esfuerzo del grupo GET (Grupo de la Electrónica para el Turismo) TELEDATOS de llevar algunos enlaces X.25 a los principales polos turísticos del país. En ese momento, con la baja calidad de los enlaces interprovinciales, no se podía lograr una gran red de datos. Ya para finales de 1997 surge la Red Pública de Transmisión de Datos CUBADATA, con lo que se materializa el proyecto iniciado por el Ministerio de Comunicaciones para la creación de una red pública capaz de impulsar el desarrollo del país propiciando la conectividad necesaria para el desarrollo social. Se comienza así la Página 39

45 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. explotación de una red que permitía la conexión a nivel nacional utilizando los protocolos X.25 y Frame Relay, a velocidades hasta 2 Mbps. A mediados de 1999 se inicia la primera etapa del actual BACKBONE ATM, la cual le permite a CUBADATA lograr la mayor distribución geográfica de todas las redes de datos de Cuba. Con el proceso constante de cambio y transformación que tiene ETECSA, para agosto del 2002 se asume una nueva estructura empresarial por negocios, creándose CUBADATA como Unidad de Negocios con un objeto social de proveer servicios públicos de transporte y conectividad de transmisión de datos nacional e internacional Evolución del Ancho de Banda Desde sus inicios la red pública de transmisión de datos venía realizando ingentes esfuerzos en brindar cada vez más servicios y de mejor calidad, todo esto aparejado al propio desarrollo de la infraestructura de transporte que ETECSA estaba desarrollando en todo el país. Los primeros pasos transcurrieron sobre la naciente red nacional de microonda digital, la permitió conectar a los diferentes nodos del país a través de enlace E1, luego se comenzó el montaje de la primera fase de la red de Fibra Óptica Nacional (FON), la que permitió elevar los anchos de banda de los enlaces internodales hasta enlaces 155 Mbps y de 34 Mbps, comenzando entonces a pensar en aumentar la gama de servicios que hasta ahora CUBADATA ofrecía. A su ves el ancho de banda para acceso internacional contratado por Cubadata se incrementó de 29/29 Mbps a 87/31 (entrada/salida); de diciembre del 2001 a diciembre del La red CUBADATA distribuye sus servicios entre clientes con redes corporativas y las redes de los Proveedores de Servicio de Internet, los que han ido introduciendo en sus redes muchos y variados servicios como pueden ser: Voz sobre IP (VoIP). Sistemas contables con bases de datos centralizadas y distribuidas. Página 40

46 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. Voz sobre Frame Relay. Telemedicina. Educación a distancia. Y los muy conocidos , WWW y FTP [8]. Todos estos servicios fluyen sobre la misma red y como se hace evidente el cliente, sea corporativo o un ISP, necesita dar un tratamiento diferente a cada uno de estos servicios, por lo que se ha recurrido al método mas lógico y único que brinda nuestra red hasta el momento, el aumento de ancho de banda de sus enlaces. Un ejemplo es que los ISP incrementaron sus anchos de banda de 19/19 Mbps a 51/32 Mbps en el período de diciembre del 2001 a diciembre del Esta forma de resolver la necesidad de recursos, tiene algunas limitaciones como pueden ser: Las propias de la red de transporte que hasta ahora cumple las expectativas para los enlaces actuales y futuros, pero que es finita. Los análisis de costo [54] y hasta ahora es la limitación mas importante: o Costo en el cambio o mejora de la tecnología del cliente para soportar estos nuevos tipos de enlaces. o Costo de los enlaces [30]. En la actualidad los anchos de banda de los enlace son agotables y costosos. En la tabla se muestra la distribución actual, por tipos de enlaces y velocidades contratadas a CUBADATA en todo el territorio nacional, donde se pueden observar las configuraciones de servicio establecidas por los clientes, derivándose tres velocidades con la mayor concentración de clientes: o 19.2 Kbps o 64 Kbps o 128 Kbps Página 41

47 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. Servicios X.25- Frame Relay Servicios Punto a Punto Servicios Velocidades % Servicios Velocidades % Kbps 54,8% Kbps 0,53% Kbps 25,3% Kbps 0,13% Kbps 9,8% Kbps 6,09% Kbps 3,5% Kbps 4,70% Kbps 0,3% Kbps 0,85% Kbps 1,9% Kbps 62,70% 20 1Mbps 1,1% Kbps 18,63% 61 2 Mbps 3,3% Kbps 2,55% 1 10 Mbps 0,1% Kbps 0,94% 1 34 Mbps 0,1% 14 1 Mbps 0,63% 50 2 Mbps 2,24% % % Tabla Distribución de servicios por velocidades. Y como forma más clara le mostramos el gráfico donde se representan tanto los enlaces a la red de transporte de datos como a la red de los ISP y demás redes privadas de datos. Gráfico Distribución de servicios por velocidades Arquitectura actual de CUBADATA. La red pública de transmisión de datos, CUBADATA cuenta con un total de 53 puntos de presencia en todas las capitales de provincias del país y en 20 municipios fueras de estas, con una capacidad instalada de 3646 puertas distribuidas entre varios nodos de tecnología ALCATEL como son: ALCATEL 7670 Routing Switch Platform Página 42

48 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. ALCATEL 7470 Multiservice Platform ALCATEL 7270 Multiservice Concentrador 3600 MainStreet Multiservice Bandwidth Manager ALCATEL 3630 MainStreet Primary Rate Multiplexer ALCATEL 2902 MainStreet Network Termination Unit Hasta ahora dentro de este grupo sólo los nodos ALCATEL 7670 RSP, ALCATEL 7470 MSP y ALCATEL 7270 MSC [1], permiten la implementación de QoS por si mismo, o sea son capaces de brindar esos recursos directamente, los demás nodos se comportan como nodos de acceso, nivel 1 y 2 del modelos OSI. En el caso que nos ocupa la arquitectura actual que presenta CUBADATA en el dorsal ATM/Frame Relay, ver figura , favorece técnicamente la implementación de Servicios Diferenciados en el Dominio DiffServ CUBADATA. Figura Arquitectura actual del dorsal ATM/Frame Relay de CUBADATA. Página 43

49 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA Dominio Diffserv CUBADATA. El dominio Diffserv CUBADATA, cumple la arquitectura actual y futura, con un único dominio de alcance nacional, por ser CUBADATA el único proveedor de transporte de datos del país y tener conectado a él la mayoría de las redes corporativas [16] del país y a los ISP nacionales. Como toda arquitectura de Servicios Diferenciados cuenta con nodos de red que desempeñas funciones de: Nodos extremos DS que clasifican y establecen las condiciones de ingresos de los flujos de tráfico. Nodos Internos DS que realizan limitadas funciones de acondicionamiento de tráfico, como remarcado de DSCP. Servidor de Políticas (PDP), ver figura del capítulo 2, este se encarga de la distribución de las políticas de la red, determinadas en los acuerdos de nivel de servicios (SLA) concertados entre proveedor y cliente. Estas funciones de nodos internos DS pueden ser realizadas en la actualidad por los nodos ALCATEL 7470 MSP (Anexo II) y ALCATEL 7270 MSC (Anexo II) también pueden realizar funciones de Nodo extremos de acuerdo a la tecnología de transporte usada y a su vez el ALCATEL 7670 RSP (Anexo I) que puede realizar tanto funciones de nodo interno DS, extremo DS como las de PDP del dominio, que es el único capaz de administrar políticas remotas El Cliente como elemento fundamental del escenario de Servicios Diferenciados de CUBADATA. El cliente desempeña un papel fundamental en este escenario: Es fuente origen y destino del servicio. Es quien paga el servicio. Establece junto al proveedor el acuerdo de nivel de servicio, SLA. Página 44

50 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. Dada la importancia del cliente en la cadena de un escenario Diffserv de CUBADATA, es lógico que se deba de estar estrechamente vinculado con las necesidades y proyecciones técnicas de este, para que exista la mayor compatibilidad posible entre las tecnologías que interactúan en la red. Como principales clientes de CUBADATA y posibles necesitados de garantía de QoS están: ISPs Nacionales o ENET o TDATA o CITMATEL o COPEXTEL COLOMBUS Redes Corporativas o CIMEX o BFI o CUBALSE ISP del Sector de la Salud o INFOMED Todos estos clientes exceptuando COPEXTEL COLOMBUS trabajan sobre plataforma CISCO en sus routers, líder mundial en este equipamiento, y el cambio en su tecnología para soportar QoS, específicamente Servicios Diferenciados, sería poco costoso ya que tendrían que migrar solamente el sistema operativo de los routers hacia una versión igual o superior a la Cisco IOS Software Release 12.0 [19], sin tener que realizar grandes cambios en sus hardware, sólo cambios de memoria que soporten las nuevas versiones del sistema operativo. Esto es importante ya que el cliente puede desempeñar funciones de Nodo DS extremo en el dominio DS CUBADATA, o sea puede realizar funciones de clasificación de paquetes IP, utilizando el campo DSCP de acuerdo al SLA establecido con la red. Página 45

51 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. 3.2 Clases y diferenciación de servicios en los nodos de la Red Pública de Transmisión de Datos. La clasificación de los paquetes de calidad de servicio IP en los nodos ALCATEL 7670 RSP, ALCATEL 7470 MSP y ALCATEL 7270 MSC por medio de la tarjeta de servicios IP, permite ofrecer Servicios Diferenciados. La clasificación de los paquetes de clases de servicio (CoS) en los nodos antes mencionado, permite proveer Servicios Diferenciados. La diferenciación de servicios se brinda a través de la clasificación de los servicios en las colas de salida para cada clase de servicio, utilizando un circuito virtual independiente para cada interfase, cada circuito virtual se asocia con uno o más Clases CoS. Existen ocho niveles de CoS los cuales se enumeran del 1 al 8 de mayor a menor prioridad, del 1-8 son usados para tráfico de datos y el CoS 2 para el control de tráfico [43] Diferenciación de servicios. El Cos asociado con cada paquete es obtenido por la clasificación de paquetes. El método de clasificación de paquetes determina el CoS en el ingreso del tráfico. Cuando es determinado el CoS del paquete, este es colocado en la cola de salida CoS correspondiente y estas colas de salida serán serviciadas en forma justa. Existen en la red de nodos ALCATEL tres niveles de clasificación de paquetes para brindar diferenciación de servicio: Circuitos virtuales Clasificación de interfase Clasificación DSCP Página 46

52 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA Clasificación de los paquetes. Toda la clasificación de paquetes ocurre al ingreso de la interfase de servicio en la red. Los circuitos virtuales en las interfases de servicios son asociados con los valores CoS. La clasificación de los paquetes es aplicada a las cadenas de paquetes IP. El método de lo clasificación de paquetes es configurable en cada interfase de servicio a través de tres métodos de clasificación de paquetes: Clasificación de circuito virtual de ingreso: Este es el método de clasificación por defecto. Al paquete se le asigna el menor CoS asociada con el circuito virtual de ingreso. Esta usa hasta un máximo de 4 circuitos virtuales en cada interfase. Cada circuito virtual se asocia con uno o más CoS. En el ingreso por defecto los paquetes son clasificados con la menor prioridad de CoS asociada con el circuito virtual de ingreso y se debe configurar diferentes parámetros de tráficos en cada circuito virtual de forma independiente. Clasificación de la interfase de servicio: En la clasificación de la interfase de servicio todos los paquetes que arriban a una interfase le son asignados el valor del CoS de la interfase. El valor de clase de servicio por defecto es ocho. Clasificación de la interfase de servicio DSCP: La clasificación de los paquetes es basada en los bits de cabecera IP, DSCP. La clasificación de los paquetes ocurre en el ingreso solamente, en la salida se soporta la remarcación de los paquetes DSCP el que se puede habilitar o deshabilitar en cada interfase. Por defecto esta deshabilitado. La clasificación de paquetes ocurre sólo al ingreso de estos en la salida ocurre la remarcación del campo DSCP, la remarcación puede o no habilitarse en cada interfase. Página 47

53 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. Se pueden configurar en la ISC diferentes parámetros de tráfico para permitir la diferenciación de servicios por cada circuito virtual, por lo que cada CoS es asociado a una categoría de servicio en tráfico ATM [43], ver tabla CoS for virtual circuit CoS 1 and CoS 2 Cos 3 and CoS 4 CoS 5, 6 and 7 CoS 8 Service category rt-vbr nrt-vbr UBR Tabla Asociación de CoS a categoría de servicio ATM IP DSCP. El campo DSCP en la cabecera IP es usado por el módulo de clasificación de paquetes para mapear el DSCP por clase de servicio, con un grupo de PHB selector de clases. Si se elige usar el método de clasificación de paquetes, todos los paquetes IP son clasificados de acuerdo al campo DSCP. Si al contrario no es elegida el campo de diferenciación de servicios es ignorado y la CoS asociada con el paquete es tratada utilizando los métodos de clasificación de la interfase de servicio o la clasificación de circuito virtual de ingreso. Cada interfase de servicio está asociada a uno de los 16 perfiles de Servicios Diferenciados (16 SLA permitidos), distribuido en 8 grupos de PHB asociados a cada DSCP, que además pueden ser configurados en la tarjeta de servicios IP (IP Service Card, ISC). Esta distribución es usada por la interfase para determinar cual CoS asignar al paquete, si el método de clasificación es por IP DSCP. Por defecto el perfil de Servicios Diferenciados 1 no es configurable. Los 16 perfiles de Servicios Diferenciados se pueden utilizar tanto para la clasificación como para el remarcado de DSCP. Cuando los paquetes son recibidos en una interfase de servicio con DSCP habilitado, los paquetes son mapeados a un CoS Página 48

54 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. basado en los codepoint de Servicios Diferenciados y colocados en la cola de salida correspondiente Remarcación de salida del campo DSCP. Se puede cambiar o remarcar el valor del DSCP de un paquete para reflejar la relación entre los valores del CoS y el DSCP sobre la salida de la interfase de servicio. Son 16 perfiles de remarcación. Cada interfaz de servicio en el ISC está asociada con un perfil. Los perfiles de remarcación consisten en un mapeo entre el CoS y los valores de DSCP. Cuando el paquete es reenviado en una interfase de salida, los valores de DSCP se sobrescriben con un nuevo valor desde el perfil de remarcación de Servicios Diferenciados. Esta funcionalidad asegura compatibilidad entre los productos IP con diferentes asociaciones DSCP a CoS. El perfil de remarcación de Servicios Diferenciados por defecto está asignado al perfil 1 de remarcación de Servicios Diferenciados y no es configurable. La tabla lista este perfil: DSCP IP precedence field Cos 000xxx Routine 8 001xxx Priority 7 010xxx Immediate 6 011xxx Flash 5 100xxx Flash Override CRITIC/ECP 1 101xxx x000 Internetwork Control 1 11xxxx Network Control 1 Tabla Perfil de remarcación por defecto CoS NULO. La tarjeta de servicios IP soporta un CoS extra para ser usado en un perfil de Servicios Diferenciados. Cuando existen tipos de tráfico con un valor particular de Página 49

55 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. DSCP que pudieran ser descartados, se le aplica el CoS NULO que no es más que aplicarle el PHB por defecto a la interfase del perfil de Servicios Diferenciados, comportamiento Best Effort. Los paquetes clasificados con un CoS NULO pueden ser descartados y no retornan mensajes a la dirección fuente. El CoS NULO es solamente aplicable si la clasificación del DSCP es realizada por el método de clasificación de una interfase de servicio Servicio de cola de salida a nivel de paquete. Todos los paquetes clasificados que requieren reenvío son colocados en una de las 8 colas de salida. Cuando una interfase en el ISC tiene un paquete clasificado que necesita ser reenviado, este es colocado en cola CoS apropiada. La cola CoS 1 es atendida primero y ningún otro paquete CoS es atendido hasta tanto la cola CoS 1 reenvíe sus paquetes. Las otras colas CoS (2 a 8) son atendidas de forma justa e intercalada. Las colas de mayor prioridad tienen más paquetes atendidos que las de menor prioridad Reenvío de CoS. Para que una interfase sea considerada operacionalmente en alta, los 8 CoS deben tener un circuito virtual conectado a la interfase, si un circuito virtual no está conectado y la interfaz está declarada en baja, el paquete es descartado. Cada interfase puede tener un máximo de 4 circuitos virtuales. Los 8 CoS deben ser distribuidos entre los 4 circuitos virtuales. No se pueden configurar múltiples circuitos virtuales para un solo CoS. 3.3 Proyecciones e inversiones futuras de CUBADATA. CUBADATA como red pública de transmisión de datos perteneciente a ETECSA, rige su planificación estratégica e inversionista teniendo en cuenta las líneas trazadas por el Ministerio de la Informática y las Comunicaciones, MIC, la cual esta encaminada hacia una estructura donde convivan: Las Redes Corporativas Página 50

56 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. Un ISP Comercial Un ISP Social Y como funciones principales ETECSA debe proveer acceso y transporte de datos a estos 3 tipos de clientes y los que se deriven de ellos, como se muestra en la figura Para dar respuesta a todas las futuras demandas de servicio, la mayoría de estos con fuentes de tráficos necesitados de tratamientos de QoS, se prevé un despliegue hacia algunas cabeceras provinciales de equipamiento ALCATEL 7670 RSP y tanto en las cabeceras municipales como en algunas localidades de una infraestructura a base de tecnología ALCATEL 7301 Advanced Services Access Manager (Anexo III) y HUAWEI Quidway A8010 Mini-Expert (Anexo IV) y de un Datacenter con funciones de ASP y de Web Hosting. Figura Plataforma futura de CUBADATA. Todo el equipamiento proyectado a instalarse soporta funciones de garantía de QoS. Página 51

57 Capítulo 3: Proyecciones para la implementación de la arquitectura de Servicios Diferenciados en CUBADATA. 3.4 Conclusiones parciales. Se pudo determinar que CUBADATA puede ofertar calidad de servicio y en especial Servicios Diferenciados con mínimas inversiones dado que se proyecta hacia la implementación de muchos y variados nuevos servicios que no entran en contraposición con la propuesta realizada y que los clientes principales de la red, realizando pequeñas inversiones pudieran insertase en la plataforma de Servicios Diferenciados propuesta. Página 52

58 Conclusiones Conclusiones La gran popularidad de Internet ha hecho que las redes IP se conviertan en la vía más utilizada de transporte de información. Esto, a su vez, ha favorecido el rápido crecimiento de la red en cuanto a número de usuarios, número de enlaces y ancho de banda, dispositivos que la forman, velocidad de conmutación, y otros etc. Por otra parte, este mayor uso de la red, junto a las mejoras tecnológicas que aparecen constantemente, hace posible el planteamiento de nuevos servicios y aplicaciones, que requieren mayores niveles de calidad de servicio (Quality of Service, QoS) que los ofrecidos actualmente. En el trabajo se han analizado las capacidades del modelo de Servicios Diferenciados y las posibilidades para su implementación en la Red Pública de Transmisión de Datos. De este análisis se determina que los Servicios Diferenciados constituyen un modelo que brinda varias ventajas en cuanto a la facilidad y bajos costos en su posible implementación en CUBADATA, pues solo se requeriría establecer el tipo de tarifa a aplicar para este tipo de servicios y negociar los Acuerdos de Nivel de Servicio con los clientes. Dado las características actuales de la red en cuanto a escalabilidad, flexibilidad y robustez, basada en tecnología de última generación como son ALCATEL 7670 RSP, ALCATEL 7470 MSP y ALCATEL 7270 MSC, se facilitaría establecer un dominio común Diffserv para todo tipo de aplicaciones y clientes, permitiendo establecer niveles de QoS extremo a extremo, dado a que CUBADATA es la única red con la concesión de la transmisión da datos publicas en el país. Se pudo determinar que aunque algunas redes de usuarios de CUBADATA no cumplen con los requisitos de equipamiento para la implementación de QoS, los principales clientes han establecido una plataforma tecnológica a base de routers CISCO que le s permite, con pequeñas inversiones, encontrarse en condiciones de explotar las ventajas de una red IP con QoS. Página 53

59 Recomendaciones Recomendaciones Para dar continuidad a los objetivos del trabajo, se recomienda: Desarrollar un futuro trabajo que de continuidad a los temas de QoS en CUBADATA, donde se trate con mayor amplitud el tema de las diferentes tarifas para el futuro servicio IP con QoS. Aplicar el modelo de Servicios Diferenciados como solución a la provisión de calidad de servicio en la red CUBADATA, lo que permitiría un mejor aprovechamiento de los recursos de la misma, redundando en mayores posibilidades de incremento de clientes y de servicios en la propia red. Página 54

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64 Glosario de Términos Glosario de Términos A ABR AF PHB ASAM ASP ATM Available Variable Bit Rate Assured Forwarding PHB Advanced Services Access Manager Aplication Service Provider Asynchronous Transfer Mode B BA BB BPS behaviour aggregates Bandwidth Broker Bit per seconds C CBQ CBR COPS COS Class Based Quering Constant Bit Rate Common Open Policy Service Class of Service D Diffserv DS DSCP DSL Differentiated Services Differentiated Services Differentiated Services Code Point Digital Subscriber Line E Página 59

65 Glosario de Términos E1 E3 EF PHB ETECSA 2Mbps 34Mbps Expedited Forwarding PHB Empresa de Telecomunicaciones de Cuba, SA F FON FR Fibra Óptica Nacional Frame Relay H HDLC High-level Data Link Control I IETF Intserv IP ISC ISP Internet Engineering Task Force Integrated Services Internet Protocol IP Service Card Internet Service Provider L LAN LPDP Local Area Network Local PDP M MF MIC MPLS Multifield Ministerio de la Informática y las Comunicaciones. Multiprotocol Label Switching Página 60

66 Glosario de Términos MSC MSP MTU Multiservice Concentrador Multiservice Platform Maximum Transmisión Unit N NRT-VBR Non-Real-Time Variable Bit Rate P PDP PEP PHB PPP Policy Decision Point Policy Enforcement Points Per-Hop Behavior Point-to-Point Protocol Q QoS Quality of Service R RFC RSP RSVP RT-VBR Request for Comments Routing Switch Platform Resource Reservation Protocol Real-Time Variable Bit Rate S SLA STM1 STM4 Service Level Agreement 155Mbps 622Mbps T TC Traffic Conformation Página 61

67 Glosario de Términos TCA TOS Traffic Condicioning Agreement Tipe of Service V VoIP VPN Voice over IP Virtual Private Network W WAN Wide Area Network Página 62

68 Anexo I: ALCATEL 7670 Plataforma de Enrutamiento y Conmutación Anexo I. ALCATEL 7670 RSP Optimizado para las nuevas generaciones de redes multiprotocolos y multiservicios, en un sistema donde han sido integrados los planos de control IP/MPLS y ATM. Características principales del equipamiento ALCATEL 7670 RSP [1]: Característica Inigualable portador de clases de funcionamiento y escalabilidad Conjunto superior de facilidades IP Soporte para interfases de datos multiservicio de baja velocidad Acuerdos de nivel de servicio (SLAs) basados en QoS asegurados Beneficio Escalabilidad en servicio de 2,4 Gb/s y cerca de 450 Gb/s en el núcleo. Alta densidad de interfases de línea Prestaciones de envíos de datos a 610 Mbps. Conjunto de procesadores redundantes especializados para una serie completa de funciones del plano de control, incluyendo: -Protocolos de ruteo BGP-4, IS-IS, OSPFv2 -Señalización LDP-DU y RSVP-TE -Ampliaciones TE para IS-IS y OSPF Ocho clases de servicio (CoS) de nivel de sistema IP definidas por el usuario con correspondiente calidad de servicio (QoS) Soporte de Diffserv IP PPP Ethernet Frame Relay Cell Relay g.shdsl Voz Líneas Privadas Ocho categorías de servicios, con múltiples clases QoS por categoría de servicio Garantía absoluta de CoS y QoS para todas las conexiones Habilitación de diferenciación de servicios basada en categoría de servicios y CoS o QoS. Página 63

69 Anexo II: ALCATEL 7470 Plataforma Multiservicio y ALCATEL 7270 Concentrador Multiservicio Anexo II. ALCATEL 7470 MSP y ALCATEL 7270 MSC Tanto el ALCATEL 7470 MSP como el ALCATEL 7270 MSC son parte de la carpeta de productos ALCATEL para la plataforma de red multiprotocolo y multiservicio. Características principales del equipamiento ALCATEL 7470 MSP y ALCATEL 7270 MSC [1]: Característica Escalabilidad y flexibilidad Nuevas capacidades de servicio Servicios y aplicaciones Direccionamiento de tráfico Fiabilidad Conformidad e interoperatibilidad estandarizadas Beneficio Su plataforma puede ir desde un único bastidor a un sistema multiservicio y multibastidor Las ranuras universales para placas, permiten instalar una mezcla de interfases o tarjetas de servicio basadas en las necesidades de negocio Proporciona una evolución sencilla hacia los nuevos servicios de banda ancha Ofrece servicios IP que aprovechan las probadas capacidades de gestión de tráfico de los productos ALCATEL. Frame Relay Líneas Privadas Cell Relay IP Ethernet Agregación de accesos de banda ancha Proporciona diferenciación de servicio a través de capacidades de QoS mejoradas Garantiza el cumplimiento de los SLA, proporcionado satisfacción al cliente Reduce la posibilidad de interrupción del servicio en la red Presenta soluciones abiertas hechas para ser integradas fácilmente con las redes existentes Página 64