Tema 3
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 93

Tema 3 Calidad de Servicio (QoS) PowerPoint PPT Presentation


  • 132 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Tema 3 Calidad de Servicio (QoS). Rogelio Montañana Departamento de Informática Universidad de Valencia [email protected] http://www.uv.es/~montanan/. Sumario. Concepto de Calidad de Servicio Calidad de servicio en LANs Calidad de Servicio en Internet

Download Presentation

Tema 3 Calidad de Servicio (QoS)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Tema 3 calidad de servicio qos

Tema 3Calidad de Servicio (QoS)

Rogelio Montañana

Departamento de Informática

Universidad de Valencia

[email protected]

http://www.uv.es/~montanan/


Sumario

Sumario

  • Concepto de Calidad de Servicio

  • Calidad de servicio en LANs

  • Calidad de Servicio en Internet

    • Modelo IntServ y protocolo RSVP

    • Modelo DiffServ

  • Control de congestión en Internet

  • MPLS


Requerimientos de calidad de servicio de las aplicaciones

Requerimientos de Calidad de Servicio de las aplicaciones

(*) La fiabilidad alta en estas aplicaciones se consigue automáticamente al utilizar el protocolo de transporte TCP


Congesti n y calidad de servicio

Congestión y Calidad de Servicio

  • Sería muy fácil dar Calidad de Servicio si las redes nunca se congestionaran. Para ello habría que sobredimensionar todos los enlaces, cosa no siempre posible o deseable.

  • Para dar QoS con congestión es preciso tener mecanismos que permitan dar un trato distinto al tráfico preferente y cumplir el SLA (Service Level Agreement).


Tema 3 calidad de servicio qos

Efectos de la congestión en el tiempo de servicio y el rendimiento

Sin

Congestión

Congestión

Moderada

Congestión

Fuerte

Sin

Congestión

Congestión

Moderada

Congestión

Fuerte

Tiempo de Servicio

Rendimiento

Carga

Carga

QoS inútil

QoS útil y viable

QoS inviable

QoS inútil

QoS útil y viable

QoS inviable


Calidad de servicio qos

Calidad de Servicio (QoS)

  • Decimos que una red o un proveedor ofrece ‘Calidad de Servicio’ o QoS (Quality of Service) cuando se garantiza el valor de uno o varios de los parámetros que definen la calidad de servicio que ofrece la red. Si el proveedor no se compromete en ningún parámetro decimos que lo que ofrece un servicio ‘best effort’.

  • El contrato que especifica los parámetros de QoS acordados entre el proveedor y el usuario (cliente) se denomina SLA (Service Level Agreement)


Tema 3 calidad de servicio qos

Parámetros típicos de los SLAs


Tema 3 calidad de servicio qos

Fluctuación del retardo—“Jitter”

Emisor

Receptor

Red

B

C

A

Emisor Transmite

t

A

B

C

Receptor Recibe

t

50 ms

50 ms

90 ms

Red vacía

Congestión

Retardo: 70 ms  20 ms (retardo: 70 ms, jitter: 40 ms)


Tema 3 calidad de servicio qos

Relación entre la probabilidad de llegada de los datagramas y los parámetros del SLA

Probabilidad

El tiempo mínimo de propagación depende de las características físicas de la red

Retardomínimo

Tiempo

Jitter

Retardomedio

Datagramas considerados perdidos por haberse entregado demasiado tarde


Reducci n del jitter

Reducción del Jitter

  • La principal causa de jitter es la congestión

  • Se puede reducir el jitter añadiendo un retardo adicional en el lado del receptor. Por ejemplo con un retardo de 70  20 msse puede asegurar jitter 0 si se añade un retardo de 40 ms (90  0 ms).

  • Para el retardo adicional el receptor ha de tener un buffer suficientemente grande.

  • En algunas aplicaciones no es posible añadir mucho retardo pues esto reduce la interactividad. Ej.: videoconferencia, telefonía por Internet


Tema 3 calidad de servicio qos

Calidad de Servicio: ¿Reserva o Prioridad?

  • Existen dos posibles estrategias para dar trato preferente a un usuario en una red:

    • Carril BUS: reservar capacidad para su uso exclusivo. A veces se denomina ‘QoS hard’. Ej.: VCs ATM con categoría de servicio CBR

    • Ambulancia: darle mayor prioridad que a otros usuarios. A veces se denomina ‘QoS soft’. Ejemplo: Token Ring

  • Cada una tiene ventajas e inconvenientes.


Tema 3 calidad de servicio qos

¿Reserva o Prioridad?


Sumario1

Sumario

  • Concepto de Calidad de Servicio

  • Calidad de servicio en LANs

  • Calidad de Servicio en Internet

    • Modelo IntServ y protocolo RSVP

    • Modelo DiffServ

  • Control de congestión en Internet

  • MPLS


Qos en lans

QoS en LANs

  • Desarrollos en 802.1p y 802.1Q

  • Campo prioridad de tres bits. Hasta ocho niveles posibles. Similar al campo prioridad de Token Ring, pero incompatible.

  • No se ha extendido su uso. Dudosa utilidad dada la posibilidad de sobredimensionar a bajo costo

  • Necesidad de acompañarlo de políticas de uso (sistema de contabilidad/facturación).


Tema 3 calidad de servicio qos

Etiquetado de tramas según 802.1Q

Trama

802.3

Trama

802.1Q

El Ethertype X’8100’ indica ‘protocolo’ VLAN

Bits

3

1

12

Pri: Prioridad (8 niveles posibles)

CFI: Canonical Format Indicator (indica formato de direcciones MAC)

VLAN Ident.: Identificador VLAN (máximo 4096 en una misma red)


Sumario2

Sumario

  • Concepto de Calidad de Servicio

  • Calidad de servicio en LANs

  • Calidad de Servicio en Internet

    • Modelo IntServ y protocolo RSVP

    • Modelo DiffServ

  • Control de congestión en Internet

  • MPLS


Tema 3 calidad de servicio qos

Calidad de Servicio en Internet

  • La congestión y la falta de QoS es el principal problema de Internet actualmente.

  • TCP/IP fue diseñado para dar un servicio ‘best effort’.

  • Existen aplicaciones que no pueden funcionar en una red congestionada con ‘best effort’. Ej.: videoconferencia, VoIP (Voice Over IP), etc.

  • Se han hecho modificaciones a IP para que pueda funcionar como una red con QoS


Tema 3 calidad de servicio qos

Calidad de Servicio en Internet

“El Santo Grial de las redes de computadores es diseñar una red que tenga la flexibilidad y el bajo costo de la Internet, pero que ofrezca las garantías de calidad de servicio extremo a extremo de la red telefónica.”

S. Keshav: 'An Engineering Approach to ComputerNetworking‘, 1997


Tema 3 calidad de servicio qos

Calidad de servicio en Internet

  • Se han desarrollado y estandarizado los dos mecanismos de QoS, reserva y prioridad:

    • IntServ (Integrated Services) y protocolo RSVP. El usuario solicita de antemano los recursos que necesita; cada router del trayecto ha de tomar nota y efectuar la reserva solicitada.

    • DiffServ (Differentiated Services). El usuario marca los paquetes con un determinado nivel de prioridad; los routers van agregando las demandas de los usuarios y propagándolas por el trayecto. Esto le da al usuario una confianza razonable de conseguir la QoS solicitada.

  • Ambos son compatibles y pueden coexistir


Sumario3

Sumario

  • Concepto de Calidad de Servicio

  • Calidad de servicio en LANs

  • Calidad de Servicio en Internet

    • Modelo IntServ y protocolo RSVP

    • Modelo DiffServ

  • Control de congestión en Internet

  • MPLS


Clasificaci n de las aplicaciones en intserv integrated services

Clasificación de las aplicaciones en IntServ (Integrated Services)


Tipos de servicio en intserv

Tipos de servicio en IntServ


Tema 3 calidad de servicio qos

Reparto de recursos en IntServ

Best Effort

Caudal 

Carga controlada

Garantizado

Tiempo 


Intserv y rsvp

IntServ y RSVP

  • Para ofrecer QoS IntServ se basa en la reserva previa de recursos en todo el trayecto

  • Para esa reserva se emplea el protocolo RSVP (Resource ReserVation Protocol) muy relacionado con el modelo IntServ

  • Se supone que la reserva permitirá asegurar la QoS solicitada (siempre y cuando la red tenga aún recursos suficientes)

  • Normalmente la reserva se realiza para una secuencia de datagramas relacionados entre sí, que es lo que llamamos un flujo.


Concepto de flujo

Concepto de flujo

  • Un flujo es una secuencia de datagramas que se produce como resultado de una acción del usuario y requiere la misma QoS

  • Un flujo es simplex (unidireccional)

  • Un flujo es la entidad más pequeña a la que los routers pueden aplicar una determinada QoS

  • Ejemplo: una videoconferencia estaría formada por cuatro flujos, dos en cada sentido, uno para el audio y otro para el vídeo.

  • Los flujos pueden agruparse en clases; todos los flujos dentro de una misma clase reciben la misma QoS.


Tema 3 calidad de servicio qos

Flujos en una videoconferencia

A

147.156.135.22

B

158.42.35.13

Flujo vídeo A->B: 147.156.135.22:2056 -> 158.42.35.13:4065

Flujo audio A->B: 147.156.135.22:3567 -> 158.42.35.13:2843

Flujo vídeo B->A: 158.42.35.13:1734 -> 147.156.135.22:6846

Flujo vídeo B->A: 158.42.35.13:2492 -> 147.156.135.22:5387


Tema 3 calidad de servicio qos

Agrupación de flujos

Flujo ‘rojo’ (128 Kb/s):

147.156.21.20.2038158.26.112.76.2127

Reserva total flujos de vídeo:

en sentido X Y: 384 Kb/s

Vídeo 128 Kb/s

IP: 147.156.21.20

Puerto UDP: 2038

IP: 158.26.112.76

Puerto UDP: 2127

X

Y

Flujo ‘verde’ (256 Kb/s):

147.156.47.12.3124158.26.36.97.5753

IP: 158.26.36.97

Puerto UDP: 5753

Vídeo 256 Kb/s

IP: 147.156. 47.12

Puerto UDP: 3124


Identificaci n de flujos

Identificación de flujos

  • En IPv4 se hace por:

    • Dirección IP de origen

    • Puerto de origen

    • Dirección IP de destino

    • Puerto de destino

    • Protocolo de transporte utilizado (TCP o UDP)

  • En IPv6 la identificación puede hacerse como en IPv4 o alternativamente usando el campo ‘etiqueta de flujo’ en vez de los números de puertos. Aún no hay ninguna implementación de RSVP que utilice la etiqueta de flujo.


Que es rsvp

¿Que es RSVP?

  • Reserva la capacidad solicitada por un flujo en todos los routers del camino.

  • Es un protocolo de señalización (como el utilizado para establecer SVCs en ATM).

  • Requiere guardar información de estado en todos los routers del trayecto. Es un servicio orientado a conexión.

  • Está pensado principalmente para tráfico multicast

  • No es un protocolo de routing (de eso se ocupará OSPF, IS-IS, PIM-SM, etc.


Componentes de rsvp

Componentes de RSVP

  • Para implementar RSVP los routers han de incorporar cuatro elementos:

    • Admission Control: comprueba si la red tiene los recursos suficientes para satisfacer la petición. Equivalente al CAC (Connection Admission Control) de ATM.

    • Policy Control: determina si el usuario tiene los permisos adecuados para la petición realizada (por ejemplo si tiene crédito disponible). La comprobación se puede realizar consultando una base de datos mediante el protocolo COPS (Common Open Policy Service)

    • Packet Classifier: clasifica los paquetes en categorías de acuerdo con la QoS a la que pertenecen. Cada categoría tendrá una cola y un espacio propio para buffers en el router.

    • Packet Scheduler: organiza el envío de los paquetes dentro de cada categoría (cada cola).


Rsvp cont

RSVP (Cont.)

  • RSVP reserva la capacidad solicitada en todos los routers del camino.

  • Cada router ha de mantener el detalle de todas las conexiones activas que pasan por él, y los recursos que cada una ha reservado. El router mantiene información de estado sobre cada flujo que pasa por él.

  • Si no se pueden asegurar las condiciones pedidas se rechaza la llamada (control de admisión)


Problemas de intserv rsvp

Problemas de IntServ/RSVP

  • RSVP produjo una euforia inicial (1996-1997) que luego dió paso a la decepción.

  • La razón principal fueron problemas de escalabilidad debidos a la necesidad de mantener información de estado en cada router. Esto hace inviable usar RSVP en grandes redes, por ejemplo en el ‘core’ de Internet.


Tema 3 calidad de servicio qos

Problema de escalabilidad de RSVP

Estos routers han de mantener información sobre muchos flujos y por tanto mucha información de estado

‘Core’ de

Internet


Problemas de intserv rsvp1

Problemas de IntServ/RSVP

  • Los fabricantes de routers no han desarrollado implementaciones eficientes de RSVP, debido al elevado costo que tiene implementar en hardware las funciones de mantenimiento de la información de estado.

  • A pesar de todo RSVP/IntServ puede desempeñar un papel en la red de acceso, donde los enlaces son de baja capacidad y los routers soportan pocos flujos.

  • Recientemente ha resurgido el interés por RSVP por su aplicación en MPLS y funciones de ingeniería de tráfico. En estos casos el número de flujos no suele ser muy grande


Tema 3 calidad de servicio qos

Funcionamiento de RSVP en Multicast

Emisor

(flujo de 1,5 Mb/s)

1,5 Mb/s

  • Las reservas se agregan a medida que ascienden en el árbol multicast.

  • Así se optimiza el uso de la red (solo se reserva una vez en cada tramo).

1,5 Mb/s

1,5 Mb/s

1,5 Mb/s

1,5 Mb/s

Receptor

Receptor

Receptor


Problemas de rsvp en multicast

Problemas de RSVP en Multicast

  • La combinación de Multicast y RSVP plantea algunos problemas no resueltos, por ejemplo:

    • ¿Por cuenta de que receptor se efectúa el Policy Control en la parte común del árbol? Si se concede la reserva al primer solicitante, ¿que pasa cuando ese se borra del grupo y quedan otros suscritos? Si no se le concede al primero, ¿que pasa si luego se le concede a otro solicitante?

    • Suponiendo que se cobre por el servicio ¿A quién se le factura el uso de la parte común? ¿se prorratea entre todos los usuarios activos en ese momento? Eso significa que el precio cambiará con el uso.


Rfcs sobre intserv rsvp

RFCs sobre IntServ/RSVP

  • RFC 1633 (6/1994): Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview

  • RFC 2205 (9/1997): RSVP Version 1 Functional Specification

  • RFC 2206 (9/1997): RSVP MIB using SMIv2

  • RFC 2207 (9/1997): RSVP Extensions for IPSEC Data Flows

  • RFC 2208 (9/1997): RSVP Version 1 Applicability Statement Some Guidelines on Deployment

  • RFC 2209 (9/1997): RSVP Version 1 Message Processing Rules

  • RFC 2210 (9/1997): The Use of RSVP with IETF Integrated Services

  • RFC 2211 (9/1997): Servicio de carga controlada

  • RFC 2212 (9/1997): Servicio Garantizado

  • RFC 2213 (9/1997): Integrated Services Management Information Base Using SMIv2

  • RFC 2214 (9/1997): Integrated Services MIB Guaranteed Service Extensions using SMIv2

  • RFC 2215 (9/1997): General Characterization Parameters for Integrated Services

  • RFC 2379 (8/1998): RSVP over ATM Implementation Guidelines

  • RFC 2380 (8/1998): RSVP over ATM Implementation Requirements

  • RFC 2382 (8/1998): A Framework for Integrated Services and RSVP over ATM

  • RFC 2490 (1/1999): A Simulation Model for IP Multicast with RSVP

  • RFC 2688 (9/1997): Integrated Services Mappings for Low Speed Networks

  • RFC 2689 (9/1999): Providing Integrated Services over Low-bitrate Links

  • RFC 2745 (1/2000): RSVP Diagnostic Messages

  • RFC 2746 (1/2000): RSVP Operation over IP Tunnels

  • RFC 2747 (1/2000): RSVP Cryptographic Authentication

  • RFC 2748 (1/2000): The COPS (Common Open Policy Service) Protocol

  • RFC 2749 (1/2000): COPS usage for RSVP

  • RFC 2750 (1/2000): RSVP Extensions for Policy Control

  • RFC 2752 (1/2000): Identity Representation for RSVP

  • RFC 2814 (5/2000): Subnet Bandwidth Manager (para RSVP Admis. Ctrl)

  • RFC 2815 (5/2000): Integrated Service Mappings on IEEE 802 Networks

  • RFC 2816 (5/2000): A Framework for Integrated Services Over Shared and Switched IEEE 802 LAN Technologies

  • RFC 2872 (6/2000): Appl. and Sub Appl. Ident. Policy Elem. for RSVP

  • RFC 2961 (4/2001): RSVP Refresh Overhead Reduction Extensions

  • RFC 2996 (11/2000): Format of the RSVP DCLASS Object

  • RFC 2998 (11/2000): A Framework for Integarted Services Operation over Diffserv Networks

  • RFC 3006 (11/2000): Integrated Services in the Presence of Compressible Flows

  • RFC 3097 (4/2001): RSVP Cryptographic Authentication

  • RFC 3175 (9/2001): Aggregation of RSVP for IPv4 and IPv6 Reservations

  • RFC 3182 (10/2001): Identity Representation for RSVP

  • RFC 3209 (12/2001): RSVP-TE: Extensions to RSVP for LSP Tunnels

  • RFC 3210 (12/2001): Applicability Statement for Extensions to RSVP for LSP-Tunnels


Sumario4

Sumario

  • Concepto de Calidad de Servicio

  • Calidad de servicio en LANs

  • Calidad de Servicio en Internet

    • Modelo IntServ y protocolo RSVP

    • Modelo DiffServ

  • Control de congestión en Internet

  • MPLS


Modelo diffserv differentiated services

Modelo DiffServ (Differentiated Services)

  • Intenta evitar los problemas de escalabilidad que plantea IntServ/RSVP.

  • Se basa en el marcado de paquetes únicamente. No hay reserva de recursos por flujo, no hay protocolo de señalización, no hay información de estado en los routers.

  • Las garantías de calidad de servicio no son tan severas como en IntServ pero en muchos casos se consideran suficientes.


Diffserv

DiffServ

  • En vez de distinguir flujos individuales clasifica los paquetes en categorías (según el tipo de servicio solicitado).

  • A cada categoría le corresponde un SLA (Service Level Agreement). Los usuarios pueden contratar o solicitar un determinado caudal en la categoría que deseen.

  • Los routers tratan cada paquete según su categoría (que viene marcada en la cabecera del paquete). El Policy Control/Admission Control sólo se ha de efectuar en los routers de entrada a la red del proveedor y en los que atraviesan fronteras entre proveedores diferentes (normalmente en las fronteras entre sistemas autónomos).


Diffserv1

DiffServ

  • La información se puede sumarizar fácilmente ya que todos los flujos quedan clasificados en alguna de las categorías existentes.

  • El número de categorías posibles es limitado e independiente del número de flujos o usuarios; por tanto la complejidad es constante, no proporcional al número de usuarios (decimos que la arquitectura es ‘escalable’, o que ‘escala bien’).

  • La información de QoS no está en los routers sino que cabalga ‘montada’ en los datagramas.


Tema 3 calidad de servicio qos

Cabecera IPv4 antes de DiffServ

Cabecera IPv4 con DiffServ (RFC2474, 12/1998)


Campo tos obsoleto

Campo TOS (obsoleto)

Campo TOS

X

Precedencia

D

T

R

C

  • Precedencia: prioridad (ocho niveles)

  • D,T,R,C: flags para indicar la ruta que se quiere utilizar:

    • D: Delay (mínimo retardo)

    • T: Throughput (máximo rendimiento)

    • R: Reliability (máxima fiabilidad)

    • C: Cost (mínimo costo)

  • X: bit reservado


Campo ds rfc 2474

Campo DS (RFC 2474)

DSCP

CU

  • DSCP: Differentiated Services CodePoint. Seis bits que indican el tratamiento que debe recibir este paquete en los routers

  • CU: Currently Unused (reservado). Este campo se utiliza actualmente para control de congestión

Campo DS


Campo ds en ipv6

Campo DS en IPv6

  • El campo DS, con igual longitud y formato que en IPv4, se coloca en IPv6 sustituyendo al campo prioridad (de 4 bits) y a los cuatro primeros bits del campo ‘etiqueta de flujo’ que se reduce de 24 a 20 bits.

  • Los cambios no produjeron problemas ya que ninguno de los dos campos (prioridad ni etiqueta de flujo) se había utilizado.


Tema 3 calidad de servicio qos

Cabecera IPv6 antes de DiffServ (RFC 1883)

Cabecera IPv6 con DiffServ (RFC2474, 12/1998)


Tema 3 calidad de servicio qos

X

Precedencia

D

T

R

C

DSCP

CU

Prioridad

Etiq. de Flujo (1-4)

Aparición del campo DS en IPv4 e IPv6

IPv4

Antes

IPv4 e IPv6

Ahora

IPv6

Antes

Los tres primeros bits se interpretan como prioridad en todos los casos


Tema 3 calidad de servicio qos

Campo DS

  • 6 bits = 64 ‘codepoints’ (categorías de tráfico) diferentes.

  • De momento se han dividido en 3 grupos:

En el grupo estándar los tres primeros bits (xxx) indican la clase


Tema 3 calidad de servicio qos

Tipos de Servicio en DiffServ


Tema 3 calidad de servicio qos

Reparto de recursos en DiffServ

Best Effort sin prioridad

Best Effort con prioridad

Caudal 

Assured Forwarding

Expedited Forwarding o Premium

Tiempo 


Tema 3 calidad de servicio qos

Servicio EF (Expedited Forwarding, RFC2598)

  • Es el que da más seguridad (‘virtual leased line’).

  • Ofrece un SLA (Service Level Agreement) que garantiza:

    • Un caudal mínimo

    • Una tasa máxima de pérdida de paquetes

    • Un retardo máximo

    • Un jitter máximo

  • El valor DSCP es “101110”


Tema 3 calidad de servicio qos

Servicio AF (Assured Forwarding, RFC2597)

  • Asegura un trato preferente, pero no garantiza caudales, retardos, etc.

  • Se definen cuatro clases, pudiéndose asignar una cantidad de recursos (ancho de banda y espacio en buffers) diferente a cada una.

  • En cada clase se definen tres categorías de descarte de paquetes (alta, media y baja).

  • DSCP: ‘cccdd0’ (ccc = clase, dd = descarte)


Tema 3 calidad de servicio qos

Codepoints del Servicio AF (RFC2597)

Menor probabilidad

de descarte

Mayor probabilidad

de descarte

Mayor prioridad

Menor prioridad


Traffic policing en servicio af

Traffic Policing en Servicio AF

  • En el servicio AF el usuario puede contratar con el ISP un caudal para una clase determinada.

  • El ISP puede aplicar ‘traffic policing’ sobre el tráfico del usuario y si se excede jugar con los bits de precedencia de descarte, usándolos de forma parecida al bit DE de Frame Relay o al CLP de ATM. En DiffServ se pueden fijar tres categorías, en función de lo ‘gorda’ que sea la infracción.


Otros codepoints

Otros ‘codepoints’

  • Las clases 111 y 110 están reservadas para paquetes de control de la red y protocolos de routing

  • El DSCP ‘000000’ es por defecto el servicio Best Effort sin prioridad.

  • Otros DSCP de la clase 000 pueden usarse para servicios Best Effort con prioridad.


Tema 3 calidad de servicio qos

Valores de ‘codepoint’, campo DS


Tema 3 calidad de servicio qos

Implementación de DiffServ en los routers

Identificar y separar tráfico en las diferentes clases

Descartar tráfico que se comporta mal para garantizar la integridad de la red

Marcar tráfico, si es necesario. Asigna al DSCP el valor que corresponde

Priorizar, proteger y aislar tráfico

Controlar ráfagas y conformar tráfico


Tema 3 calidad de servicio qos

Encolamiento de paquetes en los routers

Cola ‘Expedited’

Cola ‘Assured 4’

PQ

Cola ‘Assured 3’

WFQ

Línea de salida

Cola ‘Assured 2’

FWFQ

Cola ‘Assured 1’

Cola ‘Best Effort’


Tema 3 calidad de servicio qos

DiffServ

  • La información necesaria para aplicar el Policy Control y Administrative Control es mantenida para toda la red por un elemento denominado el Bandwidth Broker (BB).

  • El BB es el encargado de realizar todos los controles administrativos y gestionar los recursos de red disponibles. El BB puede intercambiar información con otros BB de otras redes.

  • Los ISPs pueden acordar políticas de intercambio mutuo.


Tema 3 calidad de servicio qos

Arquitectura DiffServ

Bandwidth Brokers

(control de admisión,

gestionar recursos de red, configurar

routers periféricos y fronterizos)

Origen

Destino

BB

BB

AS

ISP 1

AS

ISP 2

Routers

‘core’

Routers

‘core’

Router fronterizo

entrante (classificar, controlar,

marcar aggregados)

Router fronterizo

saliente(dosificar agregados)

Router periférico (controlar, marcar flujos)

Controlar = traffic policing

Dosificar = traffic shaping


Rfcs modelo diffserv

RFCs Modelo Diffserv

  • RFC 2430 (10/1998): A Provider Architecture for DiffServ and Traffic Eng.

  • RFC 2474 (12/1998): Definition of the DS field in the IPv4 and IPv6 Headers

  • RFC 2475 (12/1998): An Architecture for Differentiated Service

  • RFC 2597 (6/1999): Servicio Expedited Forwarding

  • RFC 2598 (6/1999): Servicio Assured Forwarding

  • RFC 2638 (7/1999): A Two-bit DiffServ Architecture for the Internet

  • RFC 2963 (10/2000): A Rate Adaptive Shaper for Differentiated Services

  • RFC 2983 (10/2000) Differentiated Services and Tunnels

  • RFC 3086 (4/2001): Def. of DiffServ Per Domain Behaviors & Rules for Spec.

  • RFC 3270 (5/2002): MPLS Support of DiffServ

  • RFC 3287 (7/2002): Remote Monitoring MIB Extensions for DiffServ

  • RFC 3289 (5/2002): Management Information Base for the DiffServ Architect.


Intserv vs diffserv

IntServ vs DiffServ

  • IntServ fue desarrollado con anterioridad a DiffServ. Sin embargo DiffServ se ha extendido más que IntServ

  • DiffServ permite agregar flujos, el modelo es escalable.

  • Debido a estas diferencias muchos fabricantes de routers implementan versiones eficientes de DiffServ, pero no de IntServ.

  • Actualmente muchos ISP implementan DiffServ.

  • Qbone (red expermiental de QoS en Internet 2) utiliza el modelo DiffServ.


Tema 3 calidad de servicio qos

RSVP/IntServ vs DiffServ

RSVP/IntServ

  • Información por flujo en cada router

  • Problemas de escalabilidad

  • Énfasis en multicast

DiffServ

BB

BB

  • Cada red tiene un BB que gestiona sus recursos

  • Recursos controlados en punto de acceso

  • Paquetes clasificados por categorías

  • Enfocado a tráfico agregado, no a flujos


Tema 3 calidad de servicio qos

Combinación de RSVP y DiffServ

RSVP

RSVP

DiffServ

RSVP

RSVP

En la periferia de la red el uso de RSVP no plantea problemas y puede ser necesaria la reserva estricta de recursos.

En este caso el router que conecta con el core ‘traducirá’ la petición al servicio DiffServ más parecido.


Referencias qos

Referencias QoS

  • ‘Quality of Service-Fact or Fiction?’ Geoff Huston, Internet Protocol Journal Vol. 3 Nº 1. http://www.cisco.com/warp/public/759/ipj_3-1/ipj_3-1_qos.html

  • Intserv: http://www.ietf.org/html.charters/intserv-charter.html

  • RSVP: http://www.ietf.org/html.charters/rsvp-charter.html . Ver también: http://www.isi.edu/rsvp/pub.html

  • Diffserv: http://www.ietf.org/html.charters/diffserv-charter.html

  • Grupo de Trabajo QoS Internet2: http://www.internet2.edu/qos/wg

  • Qbone: http://qbone.internet2.edu

  • B. Teitelbaum: ‘Internet 2 Qbone: A Test Bed for Differentiated Services’, http://www.isoc.org/inet99/proceedings/4f/4f_1.htm

  • Proyecto Quantum: http://www.dante.net/quantum


Sumario5

Sumario

  • Concepto de Calidad de Servicio

  • Calidad de servicio en LANs

  • Calidad de Servicio en Internet

    • Modelo IntServ y protocolo RSVP

    • Modelo DiffServ

  • Control de congestión en Internet

  • MPLS


Control de congesti n en internet

Control de congestión en Internet

  • El mecanismo tradicional de control de congestión en IP es el control que ejerce TCP por medio del ‘slow-start’. Este mecanismo solo actúa cuando ya se ha perdido algún paquete

  • Cuando los routers empiezan a descartar por llenado de buffers suelen descartar todos los paquetes que les llegan. Esto hace que todas las sesiones TCP ejecuten el ‘slow-start’ y se cae en un comportamiento oscilante. El rendimiento es malo.

  • Se ha visto que el rendimiento global mejora si se descartan algunos paquetes (al azar) bastante antes de llenar los buffers. Esto obliga a algunas sesiones a realizar el slow-start, pero no todas a la vez. Esto se conoce como RED (Random Early Detect o Random Early Discard)


Mecanismos de control de congesti n en internet

Mecanismos de Control de Congestión en Internet


Ecn en internet

ECN en Internet

  • El RFC 2481(1/1999) definió el uso de los dos bits libres del campo DS para el subcampo ECN (Explicit Congestion Notification). También se añadieron dos flags en la cabecera TCP. Se especificó como un protocolo ‘Experimental’

  • El RFC 3168 (7/2001) deja obsoleto al RFC 2481, eleva el ECN al status de ‘Standards Track’ y aclara algunos puntos

  • Ya hay algunas implementaciones de ECN (Linux)


Campo ecn en ip rfc 3168

Campo ECN en IP (RFC 3168)

DSCP

ECN


Tema 3 calidad de servicio qos

Formato de los bytes 13 y 14

en la cabecera TCP

Antes de ECN:

4 bits

6 bits

6 bits

Flags

Después de ECN:

8 bits

4 bits

4 bits

Flags

CWR: Congestion Window Reduced

ECE: ECN Echo


Tema 3 calidad de servicio qos

Funcionamiento de IP y TCP con ECN

1: A envía un paquete a B

IP: ECN = ’10’

TCP: CWR = 0, ECE = 0

2: Router Y recibe el paquete, detecta congestión y cambia ECN

IP: ECN = ’11’

3: B recibe el paquete y detecta que ha habido congestión en el camino (ECN = ’11’)

1

2

3

A

B

Y

Z

X

5

4

4: TCP de B envía paquete de aviso a A

IP: ECN = ’10’

TCP: CWR = 0, ECE = 1

6

5: A recibe aviso de B (ECE = 1)

7

6: TCP de A reduce su ventana y envía confirmación a B indicando que ha recibido el aviso

IP: ECN = ’10’

TCP: CWR = 1, ECE = 0

7: B recibe confirmación (CWR = 1) y se queda tranquilo (sabe que no ha de insistir con ECE = 1)


Tema 3 calidad de servicio qos

ECN en una red que ‘engaña’ al host

1: A envía paquete a B

IP: ECN = ’10’

TCP: CWR = 0, ECE = 0

3: Router Z recibe paquete, pone ECN = ’10’ y lo envía a B

2: Router X pone ECN = ’00’ y lo envía

Red del ISP

1

3

A

2

B

Y

Z

X

Router frontera de ISP

Router frontera de ISP

Host B nunca detecta congestión, por tanto nunca pone a 1 flag ECE

Cuando router Y sufra congestión descartará paquetes (nunca cambiará ECN pues los hosts no lo soportan)


Ecn alternativo

ECN alternativo

  • El caso alternativo funciona igual, salvo que el host pone el segundo bit y el router el primero

  • Con dos posibles maneras de marcar el soporte de congestión en el host resulta mucho más difícil para el ISP engañar al usuario

  • Por ejemplo en el caso anterior el router Z no sabe si ha de restaurar el ECN ’10’ o el ’01’. Para saberlo tendría que preguntar al router de entrada (X) y mantener ambos información de estado para cada conexión TCP activa


Funcionamiento de ecn

Funcionamiento de ECN

  • El bit de congestión de ECN equivale en IP a:

    • El bit EFCI de ATM (bit intermedio del campo PTI, EFCI=Explicit Forward Congestion Indication)

    • El bit FECN (Forward Explicit Congestion Indication) de Frame Relay


Sumario6

Sumario

  • Concepto de Calidad de Servicio

  • Calidad de servicio en LANs

  • Calidad de Servicio en Internet

    • Modelo IntServ y protocolo RSVP

    • Modelo DiffServ

  • Control de congestión en Internet

  • MPLS


Policy routing el problema del pez

Policy routing: El problema del ‘pez’

El ISP no puede controlar en X que solo vaya por la ruta de alta capacidad el tráfico dirigido a C desde A y no el de B

Enlaces de alta capacidad

Problema:

Usuario A

Tarifa premium

Y

A

Backbone del ISP

Usuario C

Z

C

X

V

Usuario B

Tarifa normal

W

B

Enlaces de baja capacidad

Al crear diferentes PVCs el ISP puede separar fácilmente el tráfico de A del de B

Solución ATM:

PVC A-C

Usuario A

Tarifa premium

Y

A

Backbone del ISP

X

Usuario C

C

Z

V

W

Usuario B

Tarifa normal

B

Este es un ejemplo de lo que se denomina ‘Ingeniería de Tráfico’

PVC B-C


Problema de los routers ip

Problema de los routers IP

  • Es difícil encaminar eficientemente los datagramas cuando hay que respetar reglas externas, ajenas a la dirección de destino, es decir hay que hacer ‘policy routing’ o enrutamiento por políticas de uso

  • Resulta difícil hacer Gigarouters eficientes que respeten el ‘policy routing’

  • Esto es especialmente crítico en los enlaces troncales de las grandes redes.

  • ATM puede resolver el problema gracias a la posibilidad de fijar la ruta de los datagramas mediante el establecimiento del VC


Atm vs ip

Ventajas de ATM

Rápida conmutación (consulta en tabla de VPI o VPI/VCI)

Posibilidad de fijar la ruta según el origen (ingeniería de tráfico)

Inconvenientes de ATM

SAR (segmentación y reensamblado). Solo se da en el origen y destino.

Overhead (13%) debido al ‘Cell tax’ (cabecera) encapsulado AAL5, etc.

ATM vs IP


Tema 3 calidad de servicio qos

MPLS

  • MPLS (Multiprotocol Label Switching) intenta conseguir las ventajas de ATM, pero sin sus inconvenientes

  • Asigna a los datagramas de cada flujo una etiqueta única que permite una conmutación rápida en los routers intermedios (solo se mira la etiqueta, no la dirección de destino)

  • Las principales aplicaciones de MPLS son:

    • Funciones de ingeniería de tráfico (a los flujos de cada usuario se les asocia una etiqueta diferente)

    • Policy Routing

    • Servicios de VPN

    • Servicios que requieren QoS


Soluci n mpls al problema del pez

Solución MPLS al problema del pez

Las etiquetas solo tienen significado local y pueden cambiar a lo largo del trayecto (como los VPI/VCI de ATM)

4

Usuario A

Tarifa premium

5

Y

A

C

Usuario C

Z

X

3

7

2

Usuario B

Tarifa normal

B

W

V

C ha de distinguir de algun modo los paquetes que envía hacia A o B (puede usar subinterfaces diferentes)

Los routers X y Z se encargan de etiquetar los flujos según origen-destino


Terminolog a mpls

Terminología MPLS

  • FEC (Forwarding Equivalence Class): conjunto de paquetes que entran en la red MPLS por la misma interfaz, que reciben la misma etiqueta y por tanto circulan por un mismo trayecto. Normalmente se trata de datagramas que pertenecen a un mismo flujo. Una FEC puede agrupar varios flujos, pero un mismo flujo no puede tener varias FEC.

  • LSP (Label Switched Path): camino que siguen por la red MPLS los paquetes que pertenecen a la misma FEC. Es equivalente a un circuito virtual en ATM o Frame Relay.

  • LSR (Label Switching Router) : router que puede encaminar paquetes en función del valor de la etiqueta MPLS

  • LIB (Label Information Base): La tabla de etiquetas que manejan los LSR. Relaciona la pareja (interfaz de entrada - etiqueta de entrada) con (interfaz de salida - etiqueta de salida)

  • Los LSR pueden ser a su vez de varios tipos:

    • LSR Interior: el que encamina paquetes dentro de la red MPLS. Su misión es únicamente cambiar las etiquetas para cada FEC según le indica su LIB

    • LSR Frontera de ingreso: los que se encuentran en la entrada del flujo a la red MPLS (al principio del LSP). Se encargan de clasificar los paquetes en FECs y poner las etiquetas correspondientes.

    • LSR Frontera de egreso: Los que se encuentran a la salida del flujo de la red MPLS (al final del LSP). Se encargan de eliminar del paquete la etiqueta MPLS, dejándolo tal como estaba al principio


Terminolog a mpls1

Terminología MPLS

LSPs

LIB

FECs

Router IP ordinario (no MPLS ‘enabled’)

5

4

Y

A

Routers IP ordinarios (no MPLS ‘enabled’)

C

Z

X

7

3

2

B

W

V

LIB

LIB

LSR Frontera de ingreso

LSR Frontera de egreso

LSRs Interiores (V, W, Y)


Creaci n de los lsp label switched path

Creación de los LSP (Label Switched Path)

  • Se puede hacer:

    • Por configuración, de forma estática (equivalente a los PVCs en ATM)

    • Por un protocolo de señalización:

      • LDP: Label Distribution Protocol

      • RSVP mejorado

  • El enrutamiento del LSP se hace en base a la información que suministra el protocolo de routing, normalmente IS-IS o (más raramente) OSPF.

  • Siempre se usan algoritmos del estado del enlace, que permiten conocer la ruta completa y por tanto fijar reglas de ingeniería de tráfico.

  • Si una vez fijado el LSP falla algún enlace hay que crear un nuevo LSP por otra ruta para poder pasar tráfico


Clasificaci n del tr fico en fecs

Clasificación del tráfico en FECs

  • Se puede efectuar en base a diferentes criterios, como por ejemplo:

    • Dirección IP de origen o destino (dirección de host o de red)

    • Número de puerto de origen o destino (a nivel de transporte)

    • Campo protocolo de IP (TCP; UDP; ICMP, etc.)

    • Valor del campo DSCP de DiffServ

    • Etiqueta de flujo en IPv6


Tema 3 calidad de servicio qos

MPLS

  • MPLS funciona sobre multitud de tecnologías de nivel de enlace: líneas dedicadas (PPP), LANs, ATM o Frame Relay.

  • En ATM y Frame Relay la etiqueta MPLS ocupa el lugar del campo VPI/VCI o en el DLCI

  • La etiqueta MPLS se coloca delante del paquete de red y detrás de la cabecera de nivel de enlace.

  • Las etiquetas pueden anidarse, formando una pila. Esto permite ir agregando (o segregando) flujos. El mecanismo es escalable.


Tema 3 calidad de servicio qos

Formato de la etiqueta MPLS

Bits 

20

3

1

8

Etiqueta:

Exp:

S:

TTL:

La etiqueta propiamente dicha que identifica una FEC (con significado local)

Bits para uso experimental; una propuesta es transmitir en ellos información de DiffServ

Vale 1 para la primera entrada en la pila (la más antigua), cero para el resto

Contador del número de saltos. Este campo reemplaza al TTL de la cabecera IP durante el viaje del datagrama por la red MPLS.


Tema 3 calidad de servicio qos

Situación de la etiqueta MPLS

PPP

(Líneas dedicadas)

LANs (802.2)

Campo VPI/VCI

ATM

Cabecera ATM

Campo DLCI

Frame Relay

Cabecera Frame Relay


Tratamiento del campo ttl

Tratamiento del campo TTL

  • Al entrar un paquete en la red MPLS el router de ingreso inicializa el TTL de la etiqueta al mismo valor que tiene en ese momento la cabecera IP

  • Durante el viaje del paquete por la red MPLS el campo TTL de la etiqueta disminuye en uno por cada salto. El de la cabecera IP no se modifica.

  • A la salida el router de egreso coloca en la cabecera IP el valor del TLL que tenía la etiqueta, menos uno

  • Si en algún momento el TTL vale 0 el paquete es descartado

  • Si hay etiquetas apiladas solo cambia el TTL de la etiqueta situada más arriba. Cuando se añade una etiqueta hereda el valor de la anterior en la pila, cuando se quita pasa su valor (menos uno) a la que tenía debajo.


Tema 3 calidad de servicio qos

Apilamiento de etiquetas en MPLS

IP (17)

Paquete IP (TTL)

IP (17)

Red MPLS

ISP A

U

LSR de Ingreso

2º nivel

Etiqueta (TTL) de 1er nivel

2 (15)

LSR de Egreso

2º nivel

Etiqueta (TTL) de 2º nivel

4 (16)

7 (14)

V

2 (15)

Red MPLS

ISP B

W

LSR de Ingreso

1er nivel

LSR Interior

1er nivel

LSR Interior

1er nivel

LSR de Egreso

1er nivel

7 (14)

X

2 (15)

Los routers U y Z han constituido un LSP con dos LSR interiores, V e Y

2 (13)

Y

Red MPLS

ISP C

Para el ISP B parece como si V e Y fueran routers IP ordinarios (no MPLS ‘enabled’)

8 (12)

Los routers V e Y están enlazados por un LSP que ha creado el ISP B. V e Y no ven las etiquetas rojas que manejan W y X

Z

En cierto modo es como si entre V e Y se hubiera hecho un túnel que atravesara W y X

IP (11)


Aplicaciones de mpls

Aplicaciones de MPLS

  • Redes de alto rendimiento: las decisiones de encaminamiento que han de tomar los routers MPLS en base a la LIB son mucho más sencillas y rápidas que las que toma un router IP ordinario (la LIB es mucho más pequeña que una tabla de rutas normal). La anidación de etiquetas permite agregar flujos con mucha facilidad, por lo que el mecanismo es escalable.

  • Ingeniería de Tráfico: se conoce con este nombre la planificación de rutas en una red en base a previsiones y estimaciones a largo plazo con el fin de optimizar los recursos y reducir congestión.

  • QoS: es posible asignar a un cliente o a un tipo de tráfico una FEC a la que se asocie un LSP que discurra por enlaces con bajo nivel de carga.

  • VPN: la posibilidad de crear y anidar LSPs da gran versatilidad a MPLS y hace muy sencilla la creación de VPNs.

  • Soporte multiprotocolo: los LSPs son válidos para múltiples protocolos, ya que el encaminamiento de los paquetes se realiza en base a la etiqueta MPLS estándar, no a la cabecera de nivel de red.


Rfcs mpls

RFCs MPLS

  • RFC 2702 (9/1999): Requirements for Traffic Engineering Over MPLS

  • RFC 2917 (9/2000): A Core MPLS IP VPN Architecture

  • RFC 3031 (1/2001): MPLS Architecture

  • RFC 3032 (1/2001): MPLS Label Stack Encoding

  • RFC 3035 (1/2001): MPLS using LDP and ATM VC Switching

  • RFC 3036 (1/2001): LDP (Label Distribution Protocol) Specification

  • RFC 3063 (2/2001): MPLS Loop Prevention Mechanism

  • RFC 3270 (5/2002): MPLS Support of DiffServ

  • RFC 3346 (8/2002): Applicability Statement for Traffic Engineering with MPLS

  • RFC 3353 (8/2002): Overview of IP Multicast in a MPLS Environment


Referencias mpls

Referencias MPLS

  • MPLS Forum: http://www.mplsforum.org/

  • MPLS Resource Center: http://www.mplsrc.com/

  • MPLS Working Group: http://www.ietf.org/html.charters/mpls-charter.html

  • Proyecto MPLS for Linux: http://sourceforge.net/projects/mpls-linux/

  • ‘MPLS’. William Stallings, Internet Protocol Journal Vo. 4 Nº 3 http://www.cisco.com/warp/public/759/ipj_4-3/ipj_4-3_mpls.html

  • ‘MPLS: Una arquitectura de backbone para la Internet del siglo XXI’. José Barberá, Boletín RedIRIS Nº 53, septiembre 2000. http://www.rediris.es/rediris/boletin/53/enfoque1.html

  • Red MPLS de ONO (Telia) en España: http://www.microsoft.com/spain/download/technet/6onoTechnnet_2001.ppt


  • Login