Diseño de calidad de Servicio (QoS) Materia: MODELADO Y DISEÑO DE REDES DE TELECOMUNICACION Alumnos: Aaron del Real & Victor Manuel de la Mora A. Maestro: Dr. Victor J. Sosa Sosa H. Caborca, Sonora 05/Marzo/2010 Introducción Que es y porque es importante la implementación de QoS en las redes actuales. Cuales son los requerimientos relacionados de QoS dependiendo el tipo de trafico. Modelos de QoS (InterServ, DiffServ ) Herramientas QoS (clasificación, marcado, policing, shaping, control y administración de congestionamiento de trafico y herramientas especificas del enlace. Consideraciones en el diseño de QoS
QoS? QoS puede ser definido como la medida de disponibilidad en la transmisión decalidad y el servicio en unared, también se define como la habilidad de una red para brindar mejoras en el servicio a un determinado trafico sobre diversas tecnologías subyacentes. La calidad de servicio en una red no es lo ultimo o indispensable, pero es necesario para la utilización optima de ciertas aplicaciones. Comunicaciones de voz es un ejemplo de una red inteligente basada en aplicaciones que requieren soporte de servicios de red, incluyendo QoS. Una red en la cual no existen estrategias, herramientas o técnicas de QoS implementadas trata a todo el trafico igual, es conocido como Best-Effort. Parámetros QoS Una red convergente es aquella en la cual el trafico de datos, voz y video coexisten en una simple red. Los diversos tipos de tráficos tienen características diferentes y por lo tanto requerimientos de calidad diferentes. Específicamente los parámetros de QoS afectados son los factores que influyen en la calidad del servicio proporcionado en la transmisión del trafico: perdida de paquetes, retardos y jitter. Las perdidas de paquetes son típicamente debidos al congestionamiento en la red, el efecto de la perdida de los paquetes depende de la aplicación que se este usando, siendomassensiblelasaplicacionesentiemporealcomolosonlavozyelvideo.
Parámetros QoS Un retardo( Delay) también llamado latencia es el tiempo que le toma a unpaqueteviajaratravésdelared. Existendostiposderetardos, losfijosylosvariables. Los retardos fijos son predictibles y están asociados a la preparación, encapsulado de los datos y la transmisión sobre el medio. Los retardos variables son impredecibles ya que resultan de la espera de un paquete en la cola para salir por una interface, entre mayor sea la cantidad de paquetes y mas grandes sean es el incremento en el retardo. El jitter es la variación enel retardo experimentado por los paquetes en la red. Requerimientos QoS según trafico Eltraficodevozessensiblealosretardos,variacióndelosretardos(jitter) y perdida de paquetes. Los parámetros mínimos requeridos para garantizar una calidad aceptable en la voz son los siguientes: Elretardo enunsentidonodeberásermayoa150ms ElJitternodeberáexcedera30ms. Nosedebendeperdermasde1%delospaquetes. El ancho de banda requerido para el trafico de voz varia de acuerdo al algoritmo de compresión utilizado y el tipo de trama en la que es encapsulado en la capa 2, la señalización del trafico de una llamada requiere como mínimo 150 bps, sin incluir el encabezado de la capa 2, de igual forma depende de los protocolos utilizados. El video interactivo o videoconferencia tienen el mismo retardo, jitter y perdida de paquetes que el trafico de voz, la diferencia reside es el ancho de banda queocupa cada paquete, siendo pequeñopara el trafico de voz, mientras que un paquete de videoconferencia varia de acuerdo a la velocidad del medio.
Requerimientos QoS según trafico El video streaming tiene diferentes requerimientos que el video interactivo, este tipo de video no es tan sensible a los retardos o a la perdida de paquetes como lo es el video interactivo Elretardo enunsentidonodeberásermayoa4o5segundos Nosedebendeperdermasde5%delospaquetes. Existen muchos otros tipos de aplicaciones de datos en una organización, por ejemplo, algunas son relativamente no interactivas y por lo tanto no sensible a los retardos (ejemplo correo electrónico), mientras que otras involucran personas que capturan datos y esperan a una respuesta ( aplicaciones de bases de datos) y por consecuencia muy sensibles a los retardos. Los datos también pueden ser clasificados por su importancia de acuerdo a los objetivos generales de una determinada empresa. Trafico relacionado con la operación propia de la red también tiene que ser considerado, un ejemplo de este tipo de trafico son los mensajes de los protocolos de ruteo, el tamaño y la frecuencia de estos varía de acuerdo al protocolo utilizado y la estabilidad de la propia red. Requerimientos QoS según trafico Requerimientos de Calidad de Servicio de las aplicaciones Tipo de aplicación Ancho de Banda Retardo Jitter Tasa de Pérdidas Interactivo (telnet, www) Bajo Bajo Medio/alto Media 1 Batch (e-mail, ftp) Alto Alto Alto Alta 1 Telefonía Bajo Bajo Bajo Baja Vídeo interactivo Alto Bajo Bajo Baja Vídeo unidireccional (streaming) Frágil (ej.: emulación de circuitos) Alto Medio/alto Bajo Baja Bajo Bajo Medio/alto Nula 1 En realidad la aplicación requiere pérdida nula, pero esto lo garantiza el protocolo de transporte TCP
Modelos QoS Existen dos modelos para cuando se utilizan servicios de trafico extremo a extremo que no es adecuado utilizar el método del Best-Effor: IntServ y DiffServ. QoS deextremoaextremosignificaquelared debedeproveerelnivel de servicio requerido por el trafico a través de toda la red, desde un extremo al otro. Con IntServ, una aplicación solicita servicios desde la red, y los dispositivos de la red confirman que ellos pueden cumplir con la solicitud, antes de eso ningún dato puede ser enviado. Los datos desde la aplicación son considerados como un flujo de paquetes. En contraste, con DiffServ cada paquete es marcado cuando entra a la red basado en el tipo de trafico que contiene. Los dispositivos de la red entonces usan esta marca para determinarcomomanejarlospaquetesensuviajeatravésdelared. IntServ utiliza un mecanismo de señalización explicita desde las aplicaciones hacia los dispositivos de la red. La aplicación solicita una nivel de servicio especifico, incluyendo, por ejemplo, de su ancho de banda y requerimientos de retardo, después de que los dispositivos de red hayan confirmado que pueden cumplir esos requerimientos, la aplicación asume que es solo para enviar datos que requieren este nivel de servicio. Modelos QoS Aplicaciones en el ambiente IntServ utilizan el protocolo de reservación de recursos (RSVP) para indicar sus requerimientos a los dispositivos de la red. Los dispositivos de la red mantiene información acerca del flujo de los paquetes y se aseguran que el flujo obtenga los recursos necesarios mediante el uso apropiado de encolamiento(dando prioridad al trafico) y métodos de policía(distribuye selectivamente otros paquetes). Dos tipos de servicios están involucrados en el ambiente IntServ: Servicio de tasa garantizada. Este servicio permite a las aplicaciones reservar ancho de banda para cumplir sus requerimientos banda para cumplir sus requerimientos Servicio Controlador de carga. Este servicio permite a las aplicaciones solicitar bajos retardos y alto rendimiento, incluso durante tiempos de congestión. Una aplicación en un ambiente DiffServ no requiere explícitamente que exista una señal antes de losdispositivos de red para empezar a enviar los datos, en ves de eso, la red trata de entregar un nivel especifico de servicio basado en el QoS estipulado en el encabezado de cada paquete. Los dispositivos de red, típicamente en los bordes de la red, son configurados para clasificar y etiquetar paquetes de acuerdo a su fuente, destino ytipodetraficoenellos.
Modelos QoS Dispositivos dentro de la red proporcionan recursos apropiados de acuerdo a las etiquetas, por ejemplo, paquetes que contienen trafico de voz se les asigna usualmente una prioridad alta comparada con una transferencia de archivos por los requerimientos únicos de voz. Herramientas QoS IP PHONE Input Classify Mark Police and Congestion Avoindance Queuing Scheduling Interface PC V V V F F VOICE FILE TRANSFER OTHER For example, may drop some file transfer packets so maximum rate not exceeded V V V F F EMPTY FIRST EMPTY SECOND EMPTY LASE V V V F F Varios dispositivos envían datos a la red. En el ejemplo de la figura un teléfono IP produce paquetes que contienen trafico de voz, la PC envía datos de transferencias de archivos, a como van entrando van siendo analizados y clasificados de acuerdo a como deben ser tratados en la red. Los datos son etiquetados de acuerdo a su clasificación. t
Herramientas QoS La clasificación y el etiquetado forman la base del resto de las herramientas de QoS, es aquí que las políticas empresariales, prioridades, y que tan fuerte es la primera implementación. El etiquetado puede ser usando por otras herramientas. Por ejemplo, paquetes pueden ser tirados para que no exceda el máximo velocidad de la interface o pueden ser tirados también para evitar una congestión en el trafico. Los paquetes restantes de acuerdo a sus etiquetado son puestos en la cola y agendados para su salida por la interface. Otras herramientas, como la comprensión pueden ser implementadas en la interface para reducir el ancho de banda consumido por el trafico. Herramientas QoS Clasificación y etiquetado La clasificación puede ser realizada en base a datos de cualquiera de las capas del modelo OSI. Por ejemplo el trafico de capa física de la interface puede ser diferenciado por la dirección fuente si proviene de la capa 2 control de acceso al medio en una trama Ethernet. Trafico TCP/IP, la diferenciación incluye la dirección IP de la fuente y destino (capa 3), el transporte (Capa 4) o el UDP, el número de puerto de la aplicación (capa de aplicación). Otras aplicaciones requieren mayor análisis para la correcta identificación y clasificación, para esos requerimientos existen softwares especiales como el NBAR (Network-Based Application Recognition) de Cisco.
Herramientas QoS Clasificación y etiquetado Herramientas QoS Clasificación y etiquetado
Herramientas QoS Clasificación y etiquetado Herramientas QoS Policing and Shaping Estas herramientas identifican trafico que violan ciertos umbrales prestablecidos, el policia desecha todo el trafico excedente o modifica su etiquetado, el Shaping envia los datos que puede envia de acurdo a su buffer y los demás lo envía posteriormente pero ya con retardo, no tira información.
Herramientas QoS Congestion Avoidance La herramienta para evitar congestionamiento se trata de un monitor que verifica la carga de trafico de la red de modo que evita tal congestionamiento antes de que se convierta en una problemática. Congestion Management Controla la congestión una vez que esta a ocurrido Link Specific Son aquellas herramientas que se configuran en ambos entremos de enlace punto a punto de una WAN para reducir el ancho de banda utilizado o los retardos experimentados en el enlace. Auto QoS El QoS de Cisco proporciona en los ruteadores y switches una caracteristica simple y automatica de habilitar en la configuración de acuerdo con las mejores recomendaciones desarrolladas en la practica por Cisco. Recomendaciones de Diseño QoS Cuando se diseñan características de QoS en una red, se tienen que definir claramente cuales son los requerimientos de calidad de servicio. Por ejemplo si la red incluye servicios VoIP, video o algún otro trafico sensible a los retardos, se requiere considerar que trafico es el mas importante para considerar su prioridad. Se requiere determinar cuantas clases de trafico existirán en la red y que aplicaciones requieren de ser consideradas criticas.