Ampliación Redes 6-5 Carga Rendimiento Sin Congestión Congestión Fuerte Congestión Moderada Efectos de la congestión en el tiempo de servicio y el rendimiento Sin Congestión Congestión Fuerte Congestión Moderada Tiempo de Servicio Carga QoS útil y viable QoS inútil QoS inviable QoS útil y viable QoS inútil QoS inviable
Ampliación Redes 6-1
Tema 6 Calidad de Servicio (QoS) Rogelio Montañana Departamento de Informática Universidad de Valencia rogelio.montanana@uv.es http://www.uv.es/~montanan/
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-2
Sumario Concepto de Calidad de Servicio Calidad de Servicio en Internet Octeto ToS en IPv4 Modelo IntServ y protocolo RSVP Prioridad y etiqueta de flujo en IPv6 Modelo DiffServ Calidad de servicio en LANs Control de congestión en Internet MPLS
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-3
Calidad de Servicio (QoS) Decimos que una red o un proveedor ofrece ‘Calidad de Servicio’ o QoS (Quality of Service) cuando garantiza un valor límite (máximo o mínimo) de alguno de los parámetros de QoS. Si el proveedor no se compromete en ningún parámetro decimos que lo que ofrece un servicio ‘best effort’. El contrato que especifica los valores acordados entre el proveedor y el usuario (cliente) se denomina SLA (Service Level Agreement). Ej.: Ancho de banda ≥ 2 Mb/s Retardo ≤ 80 ms Jitter ≤ 20 ms Tasa de pérdidas ≤ 0,01 %
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-4
Congestión y Calidad de Servicio Con ancho de banda suficiente se resuelven ‘casi’ todos los problemas 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 conveniente. 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).
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-5
Carga Rendimiento Sin Congestión Congestión Fuerte Congestión Moderada Efectos de la congestión en el tiempo de servicio y el rendimiento Sin Congestión Congestión Fuerte Congestión Moderada Tiempo de Servicio Carga QoS útil y viable QoS inútil QoS inviable QoS útil y viable QoS inútil QoS inviable
Ampliación Redes 6-‹#› Es bien sabido que incluso desde una perspectiva de optimizar el uso global de los recursos no es deseable una excesiva carga en los enlaces. Cuando la carga aumenta el tiempo de servicio crece de forma exponencial y como consecuencia de esto las aplicaciones no pueden funcionar o retransmiten la información que creían perdida. Por tanto a partir de un cierto nivel de carga no solo crece el tiempo de servicio, sino que disminuye el rendimiento obtenido del enlace debido a las retransmisiones. El objetivo de la Calidad de Servicio es asegurar que en casos de carga relativamente elevada (la zona marcada como de ‘congestión moderada’ en la gráfica) las aplicaciones que lo requieran podrán disfrutar de un tiempo de servicio reducido. Si la red tiene siempre niveles de carga inferiores el funcionamiento se complica y no se obtiene beneficio al aplicar mecanismos de Calidad de Servicio. Si la red tiene normalmente niveles fuertes de congestión los mecanismos de Calidad de Servicio difícilmente serán capaces de asegurar el nivel de calidad pedido a las aplicaciones que así lo requieran.
Ampliación Redes 6-6
Parámetros de Calidad de Servicio Parámetro Unidades Significado Ancho de Banda (bandwidth) Kb/s Indica el caudal máximo que se puede transmitir Retardo (delay) o latencia (latency) ms El tiempo medio que tardan en llegar los paquetes Jitter ms La fluctuación que se puede producir en el Retardo Tasa de pérdidas (loss rate) % Proporción de paquetes perdidos respecto de los enviados
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-7
Jitter Retardo Los datagramas que llegan después del retardo máximo se consideran perdidos Retardomínimo El retardo mínimo depende de las características físicas de la red Relación entre la probabilidad de llegada de los datagramas y los parámetros de QoS Probabilidad Tiempo Retardomáximo
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-8
Fluctuación del retardo—“Jitter” t t Emisor Transmite Receptor Recibe A B C A B C 50 ms Emisor Receptor Red 50 ms 90 ms Congestión Retardo: 70 ms 20 ms (retardo: 70 ms, jitter: 40 ms) Red vacía
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-9
Reducción del Jitter El jitter puede reducirse si el receptor retrasa la reproducción (buffer ‘anti-jitter’). Por ejemplo en VoIP lo habitual es enviar un paquete de voz cada 20 ms. Si el receptor reproduce los paquetes tal cual le llegan cualquier fluctuación en la entrega afectará la calidad. Si en vez de eso retrasa 40 ms la reproducción podrá compensar fluctuaciones de hasta 40 ms en el tiempo de entrega. En algunas aplicaciones (vídeo o audio unidireccional) se llegan a introducir retardos de hasta 30 segundos. Pero en estos casos no existe interacción receptor-emisor.
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-10
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 Media1 Batch (e-mail, ftp) Alto Alto Alto Alta1 Telefonía Bajo Bajo Bajo Baja Vídeo interactivo Alto Bajo Bajo Baja Vídeo unidireccional (streaming) Alto Medio/alto Bajo Baja Frágil (ej.: emulación de circuitos) Bajo Bajo Medio/alto Nula 1En realidad la aplicación requiere pérdida nula, pero esto lo garantiza el protocolo de transporte TCP
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-11
Calidad de Servicio: ¿Reserva o Prioridad? Existen dos posibles estrategias para dar trato preferente a un usuario o una aplicación 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: LANs 802.1p Cada estrategia tiene ventajas e inconvenientes.
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-12
¿Reserva o Prioridad? Ventajas Inconvenientes Reserva Da una garantía casi total Los paquetes no necesitan llevar ninguna marca que indique como han de ser tratados, la información la tienen los routers Requiere mantener información de estado sobre cada comunicación en todos los routers por lo que pasa Se requiere un protocolo de señalización para informar a los routers y efectuar la reserva en todo el trayecto Prioridad Los routers no necesitan conservar información de estado. Los paquetes han de ir marcados con la prioridad que les corresponde La garantía se basa en factores estadísticos, es menos segura que la reserva de recursos (puede haber overbooking)
Ampliación Redes 6-‹#› La reserva de capacidad supone una garantía casi total, ya que la disponibilidad de recursos se comprueba en el momento de solicitar la comunicación y si no es posible la conexión se rechaza. Sin embargo es técnicamente muy compleja de implementar en grandes redes, ya que cada router ha de tomar nota de cada reserva que se realiza a través suyo. Por el contrario la priorización de tráfico basa su garantía en factores estadísticos. Si todo el tráfico que se inyecta en la red es de la máxima prioridad los problemas de congestión ocurrirán igual que antes (algo parecido al jefe que encarga todas las tareas con la máxima urgencia). Para evitar este problema se suele fijar un caudal máximo de tráfico prioritario que cada usuario puede inyectar en la red, pero aún así la red normalmente no se diseña para el caso en que cada usuario inyecte el máximo de tráfico prioritario permitido, ya que esto sería muy caro. La priorización es más sencilla de implementar que la reserva, ya que al no haber un mecanismo de reserva explícito los routers no necesitan conocer que flujos (por ejemplo que videoconferencias) pasan a través suyo, puesto que lo único que han de hacer es ‘colar’ por delante a los paquetes que les lleguen marcados como prioritarios.
Ampliación Redes 6-13
Sumario Concepto de Calidad de Servicio Calidad de Servicio en Internet Octeto ToS en IPv4 Modelo IntServ y protocolo RSVP Prioridad y etiqueta de flujo en IPv6 Modelo DiffServ Calidad de servicio en LANs Control de congestión en Internet MPLS
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-14
Calidad de Servicio en Internet La congestión y la falta de QoS es el principal problema de Internet actualmente. IP fue diseñado para dar un servicio ‘best effort’. Sin embargo hoy en día se utiliza para aplicaciones sensibles que no toleran redes sin QoS. Ej.: videoconferencia, telefonía VoIP (Voice Over IP), etc. Estas aplicaciones no pueden funcionar en una red ‘best effort’ congestionada. Se han hecho modificaciones a IP para que pueda ofrecer QoS a las aplicaciones
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-15
“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 Computer Networking‘, 1997 Calidad de Servicio en Internet
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-16
Historia de la QoS en Internet 1981: Octeto ToS en IPv4 (RFC 791) 1994: Modelo IntServ (RFC 1633) 1995: Campos prioridad y etiqueta de flujo en IPv6 (RFC 1883) 1998: Modelo DiffServ (RFC 2474)
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-17
Sumario Concepto de Calidad de Servicio Calidad de Servicio en Internet Octeto ToS en IPv4 Modelo IntServ y protocolo RSVP Prioridad y etiqueta de flujo en IPv6 Modelo DiffServ Calidad de servicio en LANs Control de congestión en Internet MPLS
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-18
Octeto ToS (Type of Service) En la definición original de la cabecera IPv4 se incluyó un octeto que tenía dos partes: Tres bits para indicar una prioridad (llamada precedencia). Los routers debían enviar antes los paquetes con mayor precedencia Varios bits que actuaban de ‘flags’ para indicar que tipo de ruta prefiere el paquete: mínimo retardo máximo rendimiento máxima fiabilidad mínimo costo
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-19
Cabecera IPv4 (RFC 791, 1981) Precedencia: prioridad (ocho niveles). Mayor es mejor 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), RFC 1349 X: bit reservado Precedencia Octeto TOS: D T R C X
Ampliación Redes 6-‹#›
Ampliación Redes 6-20
Significado del campo precedencia Precedencia (decimal) Precedencia (binario) Nombre 7 111 Control de red 6 110 Control de interred 5 101 Crítico / ECP 4 100 Flash Override 3 011 Flash 2 010 Inmediato 1 001 Prioridad 0 000 Rutina Reservados para tráfico de control Disponibles para usuario
Ampliación Redes 6-‹#›
Comments