Este documento trata sobre ingeniería de tráfico. Define la ingeniería de tráfico como la optimización del rendimiento de redes IP ya existentes mediante el monitoreo del tráfico y el cambio de rutas. Explica que su objetivo es minimizar la congestión mediante un mapeo más eficiente del tráfico en los recursos de red. También describe soluciones como el uso de métricas de protocolos de enrutamiento y MPLS para lograr una mejor distribución del tráfico.

1. Ingeniería de tráfico
Introducción
Jhon Jairo Padilla Aguilar, PhD.

2. Definición
 Ingeniería de Tráfico:
 Es el aspecto de la ingeniería de redes IP que hace
frente al problema de optimización de rendimiento de
redes que ya están operando.
 Debe diferenciarse de la Planificación de la capacidad de las
Redes.
 La Planificación de la capacidad se hace:
 Antes de montar una red
 Utiliza proyecciones de tráfico medio y tráfico máximo en ciertas
situaciones típicas
 La Ingeniería de tráfico se hace:
 En redes ya construidas y en operación
 Durante la operación de las redes, tomando mediciones y cambiando
rutas

3. Relación de la Ingeniería de tráfico con otras
Tareas de la Gestión y operación de Redes
Control del tráfico en tiempo real
(Teletráfico)
Control de capacidad e ingeniería de tráfico
(Optimización de recursos)
Planeación de la red - Dimensionamiento
(Teletráfico, Optimización)
Ajustes de
pronósticos de
demanda e
información de
política comercial
Datos de tráfico
seg-min
días-semanas
meses
Cambios de capacidades
Re-enrutamiento
Controles
varios
Red

4. Escalas de tiempo para las tareas de
Gestión y operación de redes
díashorassss  min101010 036 
• Descarte de paquetes
• Administración del buffer
• Enrutamiento de paquetes
Control de flujo
TCP
• Enrutamiento de llamadas
• Establecimiento de conexión
• Control de admisión
• Re-enrutamiento
Estimativos periódicos de
tráfico
• Ingeniería de tráfico
• Ajuste parámetros de
enrutamiento

5. Ingeniería de tráfico: Limitaciones
 Inadecuadas funciones de medición
 Funciones de control de enrutamiento en
intradominios.

6. Ingeniería de tráfico
 Una red consiste en:
• Sistema de demanda (tráfico de los usuarios)
• Sistema limitante (elementos de red
interconectados)
• Sistema de respuesta (Procesos y protocolos de red)
 La ingeniería de tráfico establece los parámetros y puntos
de operación para estos 3 elementos en un contexto
operacional.

7. Objetivos de la Ingeniería de tráfico
 Mapeo del tráfico dentro de la infraestructura
de red para lograr los objetivos de rendimiento
definidos.
 Minimizar la congestión causada por:
• Recursos de red inadecuados o insuficientes para el
manejo de carga ofrecida.
• Mapeo de tráfico ineficiente en los recursos, creando
subconjuntos de recursos sobreutilizados cuando otros
permaneces inutilizados.
 Operación confiable de la red:
 Adecuando la capacidad del servicio de restauración
 Re-enrutando rápidamente el tráfico a través de capacidades
redundantes cuando la falla ocurre.

8. Ingeniería de tráfico en Redes IP

9. Introducción
 Suele considerarse que usar MPLS es la única solución
para hacer Ingeniería de tráfico
 Pero hay otras alternativas:
 Ejemplo: Manejo de las métricas de IGPs.

10. El problema de optimización de las redes IP
 Los protocolos de enrutamiento utilizados (OSPF, IS-IS)
utilizan el algoritmo del Camino más corto.
 Estos algoritmos no toman en cuenta la disponibilidad y
características de los recursos en los diferentes enlaces
(BW, delay, pérdidas)
 Los caminos más cortos se congestionan mientras que
los demás caminos se sub-utilizan.
 Consecuencias:
 No se alcanzan los SLAs de los usuarios
 Se requiere más capacidad de red de la que realmente es
necesaria.

11. Ejemplo

12. El problema de optimización
 El camino desde el nodo 1 hasta el nodo
2 vía nodo 3 se denota como camino 1.
 El camino desde el nodo 1 hasta el nodo
2 via nodo 4 como camino 2.
 Se denotan las variables de flujo como
X11 y X12, respectivamente. Por tanto para
llevar el volumen de tráfico h1 desde el
nodo 1 hasta el nodo 2 se debe cumplir
que:
 También se requiere que los flujos en
cada camino no sean negativos:
 Los enlaces son identificados como: 1
para nodos 1-3, 2 para 3-2, 3 para 1-4 y 4
para 4-2. Entonces, podemos enumerar
los flujos para satisfacer las limitaciones
de la capacidad de la red de la siguiente
manera:

13. El problema de optimización

14. Objetivos de la Optimización en redes
 Punto de partida:
 Dada una topología de red fija
 Dada una matriz de demanda de tráfico fija (fuentes-destinos)
 Objetivo
 Determinar las rutas de los flujos (por agregados o por clases) que
hacen más efectivo el uso de la capacidad de la red
 “Más efectivo”:
 En una red sin fallas: Minimizar la máxima utilización de la capacidad de la
red (por enlaces o por clases)
 En una red con fallos: Minimizar la máxima utilización de la red ante la
falla de un enlace o nodo.
 Es clave determinar cuál es el objetivo primario de optimización
para determinar:
 Si la optimización es una solución
 Los beneficios de las diferentes soluciones de ingeniería de tráfico

15. Optimización en caso de fallos
 En caso de fallos, si hay sólo dos caminos posibles (p.ej. En un
anillo), la optimización falla y se requerirá más capacidad.
 Entre más mallada sea la red, se podrán utilizar más caminos
para optimizar la red

16. Beneficios de la Ingeniería de Tráfico
 El gran beneficio: Disminuir costos
 Brinda flexibilidad al Administrador de red para alcanzar
los SLAs
 Se pueden alcanzar los SLAs con menos recursos de red
 Esto retrasa la necesidad de tener que ampliar la
capacidad de la red.

17. Condiciones que conducen a Ing. Tráfico
 Asimetría de red:
 Los caminos más cortos son los más usados
 En el diseño de la red se busca que los caminos sean
simétricos
 Se usan balanceadores de carga para dividir el tráfico por dos
caminos de igual peso
 Esto no es posible siempre, por lo que debe usarse ingeniería
de tráfico

18. Condiciones que conducen a Ing. Tráfico
 Demandas inesperadas:
 Pueden aparecer nuevos servicios no esperados o contenidos
muy populares
 Estos flujos toman el camino más corto, congestionándolo
 Caminos más largos quedan sub-utilizados
 Se requiere por tanto hacer ingeniería de tráfico

19. Condiciones que conducen a Ing. Tráfico
 Tiempos largos de adquisición de nuevos equipos para
expansión:
 Si los nuevos equipos para expandir la capacidad se tardan
 Se puede usar Ing. de Tráfico para optimizar el uso de los
recursos de la red
 Por ejemplo, para usar caminos que no se utilizan mucho.

20. Soluciones para hacer Ing. De Tráfico
 Pueden darse en dos niveles:
 Capa 2: Con tecnologías de transporte como MPLS
 Capa 3: Usando los algoritmos de enrutamiento de Internet

21. Solución de Capa 3: Basada en métricas de
los IGPs
 Se basan en el uso de los algoritmos de enrutamiento de
mínimo costo en Internet
 Miden los parámetros de tráfico de los diferentes enlaces
contínuamente
 Toman decisiones según métodos de optimización
 Cambian los pesos de los enlaces para obtener cambios
en las rutas

22. Solución de capa 3: Con cuidado
Mala escogencia de pesos: Buena escogencia de pesos:
 Traslada el problema de
congestión
 Reduce el problema a
hacer balanceo de carga

23. Algoritmos ECMP
 Usando múltiples caminos de igual peso, se requieren
algoritmos ECMP (Equal Cost Multi Path) para balancear
la carga
 Algoritmos ECMP
 Dividen el tráfico equitativamente entre diferentes caminos de
igual costo
 Utilizan el cálculo de una clave hash con base en la quíntupla de
los paquetes IP
 Los paquetes con igual clave hash siguen el mismo camino (por
lo general pertenecen al mismo flujo)
 Diferentes claves hash siguen diferentes caminos

24. Herramientas automatizadas basadas en
métricas IGP
 Hoy en día se encuentran en herramientas de planeación
automatizadas
 Estas herramientas hacen las tareas de medición de
tráfico, cálculo de los nuevos costos y modificación de los
mismos.
 Requiere que se les indique el objetivo de optimización

25. Características Soluciones Capa 3
 Proveen soluciones de ingeniería de tráfico menos granulares
que si se usa MPLS (capa 2)
 La efectividad depende de:
 La topología de la red
 La matriz de demanda de tráfico
 El objetivo de optimización
 Alcanzan entre un 80-90% de efectividad con respecto a las
soluciones ideales
 Las diferencias con respecto al uso de MPLS se observan en
redes:
 Grandes
 Con velocidades de enlaces heterogéneas
 Donde no es posible usar algoritmos ECMP

26. Ingeniería de tráfico con MPLS
MPLS TE

27. Características claves de MPLS
 El enrutamiento no se hace con base en la dirección
destino
 El enrutamiento se hace usando las etiquetas MPLS
 Las etiquetas pueden asignarse de manera explícita
usando las rutas resultado de métodos de optimización
 El tráfico puede enviarse por diferentes LSPs, también
llamados Túneles de Ingeniería deTráfico en el
contexto de MPLS TE
 Los LSPs pueden establecerse de manera que no cumplan
con el criterio de menor costo.

28. Ejemplo: Establecimiento de Túnel
 Condiciones iniciales:
 Está establecido un túnel entre LSR1 y LSR8 (LSR1-LSR3-LSR4-LSR7-
LSR8) utilizando el camino más corto
 Toda la red está habilitada para hacer MPLS TE
 Todo el ancho de banda de los enlaces está disponible para MPLS TE
 Ahora se considerará el establecimiento de un nuevo túnel a 2Gbps
entre LSR2 y LSR8

29. Ejemplo: Pasos generales
 Distribución de la información de recursos/políticas
 Cálculo del camino basado en restricciones
 Señalización del túnel con RSVP
 Asignación de tráfico a los túneles
 Mantenimiento y control del túnel

30. Paso 1: Distribución de la información de
recursos/políticas
 Cada router en la red inunda con:
 información de los recursos de ancho de banda disponibles y políticas
de tráfico para sus enlaces conectados
 Utiliza mensajes de las extensiones de OSPF o IS-IS para enviar esta
información
 Cada router almacena información sobre:
 El ancho de banda disponible en sus enlaces de salida
 Ejemplo:
 LSR3 tiene disponible y advierte (2.5Gbps-1.0Gbps=1.5Gbps) hacia LSR4
 Por los demás enlaces de salida, LSR3 advierte 2.5Gbps disponibles

31. Paso 2: Cálculo del camino basado en
restricciones
 Todos los routers del área MPLS TE reciben mensajes con el
estado de disponibilidad de los enlaces a través de los
mensajes de extensión de OSPF ó IS-IS
 Los caminos pueden ser calculados de forma:
 Distribuida: El router orígen del túnel de manera on-line
 Centralizada: De manera off-line por una entidad centralizada
denominada Servidor de Túneles ó Elemento de cálculo de caminos
 Se utiliza un algoritmo de Enrutamiento Basado en
Restricciones (CSPF: Constraint Based Shortest Path First)
 CSPF:
 calcula el camino más corto pero teniendo en cuenta disponibilidad
de recursos, políticas de control de tráfico y disponibilidad de
enlaces
 Como salida se obtiene un ERO (Explicit Route Object), que
contiene el listado de Routers del camino y se difunde mediante
RSVP

32. Paso 2:
 Dos posibles caminos:
 LSR2-LSR3-LSR4-LSR7-LSR8
 LSR2-LSR3-LSR5-LSR6-LSR7-LSR8
 Con el algoritmo CSPF se toma la segunda opción, pues la
primera no posee suficientes recursos entre LSR3-LSR4-LSR7
 ERO: Direcciones IP de los routers LSR2-LSR3-LSR5-LSR6-LSR7-LSR8

33. Paso 3: Señalización del túnel con RSVP
 Se usan mensajes PATH, RESV
 PATH: Lleva el ERO y las características de Ancho de banda
deseadas
 Cada Router del camino ERO realiza el control de admisión
(aunque sea redundante con lo que hizo CSPF) pues la
información de la fuente podría estar desactualizada.

34. Paso 3: Señalización del túnel con RSVP
 En MPLS Se te utiliza el concepto
de Desalojo (Pre-emption), es
decir, un flujo de mayor prioridad
podría desalojar uno de menor
prioridad anteriormente
establecido
 La reserva se confirma en cada
Router con la recepción del
mensaje RESV
 RESV: transporta también la
etiqueta deseada por el LSR que
recibirá el paquete MPLS sobre
esa interfaz
 Esto es un ejemplo de vinculación
de etiquetas tipo DownStream on
demand, con distribución de
etiquetas upstream

35. Paso 4:Asignación de tráfico a los túneles
 Se hace una vez establecidos los túneles con RSVP
 Decisión de cuándo usar el túnel o cuándo usar el camino
convencional establecido con el IGP?
 Se puede hacer usando una ruta estática usando los túneles
MPLS para ciertas direcciones de destino
 Algunos vendedores soportan la capacidad de calcular
automáticamente las rutas IP para transmitir sobre los Túneles
MPLS. Usan un algoritmo de Dijkstra modificado.

36. Paso 4: Envío de tráfico por el túnel
 El router fuente envía el tráfico por el túnel sencillamente
enviando los paquetes sobre la primera interfaz del túnel
con la etiqueta adecuada.

37. Paso 5: Mantenimiento y control del Túnel
 Durante la comunicación, se envían mensajes PATH/RESV
para refrescar el estado del túnel.
 Esto se hace periódicamente.
 Un router extremo del túnel puede enviar mensajes
PATH Tear para eliminar el túnel
 Si un enlace se cae ó un túnel es desalojado de un enlace,
los routers vecinos envían mensajes PATHErr hacia los
extremos del túnel.
 El extremo fuente del túnel deberá buscar un nuevo
camino para evadir el fuera de servicio.

38. MPLS TE combinada con DiffServ
 MPLS se utiliza para determinar los caminos óptimos para
un agregado de tráfico
 DiffServ se utiliza para garantizar el ancho de banda para
el agregado con un enfoque basado en clases.
 MPLS TE no puede asignar anchos de banda a cada clase,
sólo asigna un valor de ancho de banda al agregado de
tráfico total.
 La combinación DiffServ- MPLS TE (DS-TE), combina las
características de las dos tecnologías.
 DiffServ divide el ancho de banda del agregado en anchos
de banda para cada una de las clases de tráfico dentro del
agregado.

39. Modelos de asignación de anchos de banda
por clases
 Modelo de Asignación máxima:
 Define un modelo de asignación máxima de ancho
de banda con restricciones (MAM) para DS-TE
 Se asignan restricciones por cada subconjunto de
anchos de banda
 Se asignan restricciones globales a todo el agregado
de tráfico
 Modelo de la Muñeca Rusa
 Define un modelo de asignación de tipo muñeco
Ruso
 Es un modelo jerárquico:
 Hay una restricción global (restricción 0) para todo el
agregado de tráfico
 Hay una restricción (1) que es un subconjunto de la
restricción (0)
 Hay una restricción (2) que es un subconjunto de la
restricción (1)
 Etc.

40. Protocolos para soportar DS-TE
 Hay extensiones de los protocolos OSPF e IS-IS para
difundir las asignaciones de ancho de banda para cada
sub-clase
 Los algoritmos de enrutamiento han sido extendidos
también para que puedan hacer enrutamiento teniendo
en cuenta las restricciones para las sub-clases
 RSVP también ha sido extendido para difundir las
restricciones y el ancho de banda de la sub-clase para los
cuales se está estableciendo un túnel.
 Se puede usar DS-TE para asegurar que no se va a
sobrepasar un límite máximo para tráfico EF y así se
permite que hayan otros tipos de tráfico (p.ej.AF)

41. Ejemplo: Asignación anchos de banda por
clases
 Para un caso sin clases:

42. Ejemplo: Asignación anchos de banda por
clases
 Se tiene un límite del 50% del ancho de banda para
servicio EF (VoIP)