Capítulo 3 - QoS - Calidad de Servicio

Profesor Daniel Díaz Ataucuri ddiaz1610@gmail.com2015
QualityQuality
ofof
ServiceService
Gestión de colasGestión de colas
Planificación de colasPlanificación de colas
TráficoTráfico
Profesor Daniel Díaz Ataucuri
ddiaz1610@gmail.com
Profesor Titular de Telecomunicaciones de la UNI
Profesor Titular de Telecomunicaciones de la UNMSM
Director de Investigación y Desarrollo Tecnológico del
INICTEL-UNI
Enero – Diciembre de 2015
QualityQuality
ofof
ServiceService
 IntroducciónIntroducción
 Gestión de colasGestión de colas
 Planificación de colasPlanificación de colas
 ConfiguraciónConfiguración

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
INTRODUCCIÓN

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
“La totalidad de las características de
una entidad que determinan su
capacidad para satisfacer las
necesidades explícitas e implícitas”
NOTA – Las características deben ser observables y/o mensurables. Cuando las
características se definen, se convierten en parámetros y se expresan en unidades de
medida
CONCEPTO DE CALIDAD: Rec UIT-T E.800http://www.itu.int/rec/T-REC-E.800-200809-I/es
“La totalidad de las características de un
servicio de telecomunicaciones que
determinan su capacidad para satisfacer
las necesidades explícitas e implícitas del
usuario del servicio”
CALIDAD DE SERVICIO: Rec UIT-T E.800
http://www.itu.int/rec/T-REC-E.800-200809-I/es

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
CONCEPTO DE CALIDAD: Rec UIT-T E.800
La QoS de extremo a extremo depende de las
contribuciones que aporten los siguientes elementos
Calidad de Servicio
Calidad de funcionamiento de
la red
Calidad de funcionamiento
independiente de la red
 Tasa de errores en los bits.
 Retardo o latencia.
 Variación del retardo, etc.
 Tiempo de prestación.
 Tiempo de reparación.
 Tiempo de resolución de quejas, etc.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
CONCEPTO DE CALIDAD: Rec UIT-T E.800http://www.itu.int/rec/T-REC-E.800-200809-I/es
Polos de QoS
QoSE
Es importante conocer
QoSE para optimizar los
ingresos y recursos del
proveedor de servicios

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
CoS Y SLA: Rec UIT-T E.800http://www.itu.int/rec/T-REC-E.800-200809-I/es
Acuerdo de nivel de servicio
(SLA, service level agreement)
“Un acuerdo de nivel de servicio es un documento
oficial en el que se enumeran las características
y valores objetivo de calidad de funcionamiento
que deberá tener un servicio o conjunto de
servicios ofrecido por el proveedor de los mismos” Pag. 15
Clase de Servicio-Clase de Servicio-CoSCoS :: Agrupar el tráfico en
función del tipo de aplicación que presentan
características comunes, para el uso de varios
esquemas de políticas de QoS.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Redes
de acceso
Redes
de acceso
Redes
de acceso
Redes
de acceso
Backbone
ESCENARIOS DE QoS
QoS End-to-End (E2E)
QoS en la red
de acceso
QoS en la backbone
o red principal
QoS en la red
de acceso
Equipo
terminal
Equipo
terminal
Usuario
final
Usuario
final
Principal problema: escalabilidad

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
MÉTRICAS QoS EN REDES IP
Las métricas objetivas en una red IP usados, según
la recomendación ITU-T-Y.1541 (pág. 9) son:
 IPTD: Retardo de transferencia de paquetes IP (IP packet transfer delay)
 IPDV: Variación de retardo del paquete IP (IP packet delay variation)
 IPLR: Tasa de pérdida de paquetes IP (IP packet loss ratio)
 IPER: Tasa de errores en los paquetes IP (IP packet error ratio)
Pag.7 del libro QoS over Heterogeneous Network

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
CALIDAD DE SERVICIO
QoS

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
IDENTIFICANDO PARÁMETROS DE QoS
Existen algunos aspectos importantes que se debe
tener en cuenta en redes IP
Ancho de banda
Retardo extremo-a-extremo
Variación del retardo (jitter)
Pérdida de paquetes
Por ejemplo, el retardo aceptable
para un paquete VoIP es de 150 ms
a 200 ms.
Factores de Calidad en Voip
Latencia (retardo)
Perdida de Paquetes
Variación de retardo (jitter)
Distorsión de codificación
Eco
Niveles variables de señal
Ruido de Fondo.
Complementando:

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Buffer
End-to-end Delay
Retardo del
Enlace
(predecible)
Retardo del
procesa-
miento
(no predecible)
Ancho de Banda
100Mbps
100Mbps
100Mbps
155Mbps
Jitter
Pérdida de paquetesRetardo1
Congestión
Retardo2
IDENTIFICANDO PARÁMETROS DE QoS

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
RETARDO EXTREMO-a-EXTREMO (E2E)
El retardo E2E tiene cuatro componentes:
Retardo de propagación: Tiempo que emplea un paquete entre el
puerto de salida de un router hacia el otro router, a través del enlace
Depende de la distancia del enlace dd y la velocidad del medio SS.
Retardo de procesamiento o conmutación: Es el tiempo desde
que se recibe un paquete en la interfaz interna y su llegada en
la cola de planificación de la interfaz de salida.
Retardo de cola o planificación: Tiempo entre la llegada de un
paquete al planificador de la interfaz de salida y el inicio de
envío del paquete. Depende del algoritmo de planificación y de cola
Retardo de seralización o transmisión: Tiempo que toma el reloj
del router en colocar el paquete en el enlace.
Depende del tamaño del paquete LL y de la velocidad del enlace RR.
Es más significativo para enlaces de baja velocidad.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
VARIACIÓN DE RETARDO (JITTER)
One-Way Delay
Aplicaciones críticas en el tiempo (inelásticas):
Ejemplo VoIP y video.
Round-Trip-Time (RTT)
Aplicaciones adaptables en el tiempo (elásticas)
Ejemplo aplicaciones que usan TCP
Jitter:
Es la variación del retardo en un sentido para dos paquetes
consecutivos [RFC3393].
Se puede obtener como la variación del retardo con respecto a
una referencia métrica: promedio del retardo o retardo mínimo.
Es causado por cambio de topología de una red ante caída de
enlaces (retardo de propagación y serialización), oscilación de
las colas entre llenas-vacías (retardo de cola ó planificación).

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
PÉRDIDA DE PAQUETES
Se define la pérdida de paquetes en un sentido.
La internet es asimétrica.
La pérdida de ida y vuelta puede ser estimada
independientemente, por separado.
La pérdida de ida puede ser causado por:
Congestión: Se mejora con adecuados mecanismos de colas
y planificación.
Errores en la capa inferior: Ruido y atenuación en canal de Tx.
La razón de bits errados (BER, Bit Error Rate) depende
de las tecnología de la capa 1 y 2 usados.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
GESTIÓN DE CONGESTIÓN
Gestión de cola es la estrategia que se utiliza para
manejar situaciones donde las demandas del ancho
de banda de las aplicaciones superan el ancho de
banda que pueda proporcionar la red.
First In First Out Queuning-FIFOFIFO
Priority Queuning-PQPQ
Weighted Fair QQueuning-WFQWFQ
La gestión de cola NONO solucionan el problema de congestión
Controla la inyección de tráfico en la red de manera que ciertos flujos
en la red tendrán mayor prioridad que los demás
Pag. 129 Chapter 3 • Introduction to Quality of Service; “CISCO QoS in IP Network”

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
TÉCNICAS QUE EVITAN LA CONGESTIÓN
Se debe tener en cuenta el funcionamiento de los
protocolos para evitar la congestión.
RRandom EEarly DDetection-REDRED
WWeighted RRandom EEarly DDetection-WREDWRED
.
Pag. 141 Chapter 3 • Introduction to Quality of Service; “CISCO QoS in IP Network”

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
MODELO DE REDES PARA OFRECER
QoSInternet de Servicios
Diferenciales-DiffServ
►Uso de prioridad
Internet de Servicios
Integrados IntServ
►Definir flujos

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
QoSMultiProtocol
Label Switching-
MPLS
►Asignación de etiqueta
IntServ-DiffServ
►Uso de dos modelos
de redes IP para
ofrecer QoS.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
QoSMPLS over DiffServ
Acuerdo de Nivel de Servicio (SLA por sus siglas en inglés Service Level
Agreement)

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
CATEGORIA DE QoS
MPLS/DiffServ
MPLS
IntServ
DiffServ
Best-
Effort
No
Gar.
M
enos
Estricto.
Estricto.
Garantía
de
QoS.
Garantía
de
QoS
diferenciada.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
GESTION Y PLANIFICACION
DE COLAS EN ROUTER
GESTION Y PLANIFICACION
DE COLAS EN ROUTER

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
REQUERIMIENTOS DE LAS APLICACIONES
Aplicaciones tradicionales como WWW, FTP o
TELNET:
Aplicaciones de tiempo real, como VoIP:
►No pueden tolerar pérdidas de paquetes IP.
►Son menos sensibles a la variación de retardo.
►Son tolerantes a pérdidas de paquetes IP.
Pueden compensar una determina pérdida de paquetes
►Son muy críticos ante altas variaciones de retardo.
Internet con el BE implementa la estrategia First
Come, First Server o FIFO en sus routers.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
PARAMETROS QUE DEFINEN QoS
Ancho de banda
Variación de retardo o Jitter.
Throughput
►Capacidad de transmisión:datos, señalización, control
►Debido a las colas internas de los routers.
►Es la medida del tráfico real que ingresa en un
extremo y sale del otro extremo.
►Es bastante menor que el ancho de banda, debido a:
- Retransmisión.- Consume ancho de banda. Congestión.
- Overhead.- Protocolos introducen cabeceras y colas.
- Mensajes de control.-Call setup,ACK,NACK, Teardown.
Retardo.
Pérdida de paquetes

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
EL PROBLEMA DE CONGESTION
Porque existe congestión en la red?
► Principalmente, debido a que los paquetes llegan más rápidamente
a un puerto de salida que con la velocidad en que pueden ser
transmitidos.
► Existe dos algoritmos.
Cómo solucionar el problema de congestión dentro de
un router?
Vi Vo
Vi > Vo

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
ALGORITMOS QUE MINIMIZA LA CONGESTION
Gestión de la cola de memoria (Queue memory
management).
► Controla el número de paquetes en una cola (la profundidad de
la cola) decidiendo cuando y cuales paquetes son eliminados
cuando la cola experimenta congestión.
► Gestiona la cantidad de ancho de banda asignado a cada clase de
servicio en un puerto de salida.
Planificación de la cola de memoria (Queue
Scheduling)
► Permite el control al acceso a un recurso limitado que es el
ancho de banda del enlace.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
PORQUE SE NECESITA COLAS
Absorbe periodos de ráfagas de paquetes
Facilita que se compartan los recursos del router.
Facilita la clasificación de los paquetes.
Hay un compromiso entre el tamaño de la cola y la
latencia E2E.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Clasificar
Gestor de cola
CLASIFICACION

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Planificar
Gestor de cola
Que criterio considero
para que los datos
encolados sean
enviados al
siguiente router
PLANIFICACION O SCHEDULING

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
GESTION DE COLAS
EN EL ROUTER
GESTION DE COLAS
EN EL ROUTER

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
QUEUE MEMORY MANAGEMENT
Controla el número de paquetes en una cola.
► Determina que paquetes son eliminados durante una congestión:
Es una manera pro-activa de tratar la congestión.
► Controla el acceso a la clase de servicio para paquetes en el
buffer de memoria.
Existen varias técnicas:
► Random Early Detection
► Weighted Random Early Detection
► Tail Drop
Una adecuada selección determina una QoS

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
TAIL DROP
Es la completa ausencia de gestión de cola
Los paquetes son eliminados cuando la cola no dispone
de recursos.
Cola llena
Paquetes eliminados
Los paquetes son nuevamente aceptados cuando la
cola si dispone de recursos.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
TAIL DROP
Ventajas.
Desventajas.
► Es fácil de implementar y entender su funcionamiento
► Puede reducir el número de pérdidas de paquetes si se dimensiona
las colas adecuadamente.
► Grandes colas incrementan el retardo E2E.
► No se descarta paquetes hasta que este 100% lleno.
► Es una mala solución para un tráfico -TCP
► Una sesión TCP individual se recupera con más
dificultad si experimenta mayor pérdida de
paquetes. Se afecta el Throughput de un flujo.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
0
100
50
0 25 50 75 100
MinTH
Probabilidad
deeliminación
Estado de ocupación de la cola
MaxTH
RANDON EARLY DETECTION - RED
Es una técnica de gestión de cola activa para grandes
redes IP.
Usa un perfil de eliminación de paquetes para el
proceso de descarte de los paquetes.
Nunca se
eliminan
Si se
eliminan
Paquetes eliminados según la configu-
ración de probabilidad de eliminación

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
0
100
50
0 25 50 75 100
MinTH
Probabilidad
deeliminación
Estado de ocupación de la cola
MaxTH
86 % de lleno
TCP
Cola
congestionada
TCP
Elimina
paquetes
TCP
Aviso de congestión
Disminuye la
tasa de envío
Se libera
paquetes, evita
congestión

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Ventajas
► Identifica un estado inicial de congestión y responde con la
eliminación de paquetes.
Desventajas
► Para mayor congestión RED es agresivo.
► RED permite tráfico tipo ráfagas. Adecuado TCP.
► RED permite mantener una cola en un nivel que
produce un mejor uso del ancho de banda.
► Puede ser complejo en su implementación.
► Mala selección de los parámetros origina un uso
del ancho de banda peor que el Tail Drop.
► Flujos de TCP son impactados por RED.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Es una extensión de RED y permite asignar diferentes
perfiles de eliminación de paquetes RED para
diferentes tipos de tráfico:
WEIGHTED RANDON EARLY DETECTION-WRED
Ofrece una mejor granularidad que RED.
► Para un tipo de tráfico un tipo de perfil RED.
► Para otro tipo de tráfico otro tipo de perfil RED
más agresivo.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
WRED
100
0
100
50
0 25 50 75
MinTH MaxTH
Menos agresivo
0
100
50
0 25 50 75 100
Más agresivo

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
WRED: Diferentes perfiles RED por cada cola
Información de Juniper http://www.juniper.net
Cual es la clave: el campo de prioridad de IP

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
WRED: Único perfil RED por cada cola

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
CRITERIOS DE IMPLEMENTAR WRED
Paquetes de datos que no cumplen con un perfil de
tráfico pueden ser marcados con un indicador de alta
prioridad de eliminación.
►Cuando existe congestión en un router puede seleccionar que
paquetes eliminar.
Un router puede marcar un tráfico TCP de un tráfico
UDP. Se asigna diferentes perfiles.
Incluso se puede marcar los paquetes de datos para
diferenciar entre tráfico TCP que cumplen o no un
perfil, de tráfico UDP que cumplen o no un perfil.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
PLANIFICACION DE
COLAS EN EL
ROUTER
PLANIFICACION DE
COLAS EN EL
ROUTER

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
El router es un recurso compartido en la red.
►Principal problema: asignación de recursos limitados a usuarios,
aplicaciones y clases de servicios.
ANTECEDENTES
Las disciplinas de planificación
de cola permite gestionar el
acceso a una cantidad fija de
ancho de banda del puerto de
salida, seleccionando el siguiente
paquete a ser transmitido en
el puerto
Las disciplinas de planificación
de cola permite gestionar el
acceso a una cantidad fija de
ancho de banda del puerto de
salida, seleccionando el siguiente
paquete a ser transmitido en
el puerto
Queue Scheduling Disciplines by Juniper

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Existen un grupo de algoritmos que realizan la
planificación de paquetes en los router:
► First-in First-out (FIFO) o
First Come-First Server (FCFS)
PLANIFICACION DE LOS PAQUETES
► Priority Queue (PQ)
► Fair Queue (FQ)
► Weighred Fair Queue (WFQ)
► Weighted Round Robin (WRR) o
Class-based Queuing (CBQ)
► Deficit Weighted Round Robin (DWRR)

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Es llamado también First-come First-server (FCFS)
FIRST IN - FIRST OUT (FIFO)
Es el más simple.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Ventajas
► FIFO ofrece poca carga computacional si se compara con otras
disciplinas.
FIRST IN - FIRST OUT (FIFO)
► FIFO es predecible, máximo delay es determinado por la máxima
cola.
Desventajas
► FIFO impacta a todos los flujos igualmente.
Puede incrementar el delay, jitter y pérdidas de paquetes en
aplicaciones de tiempo real en FIFO.
► Durante una congestión, se favocere a tráfico UDP que a TCP:
TCP baja su velocidad y UDP no.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Soporta diferente clases de servicios diferenciados.
PRIORITY QUEUING (PQ)
Las colas tienen diferentes prioridades.
La cola de MEDIA prioridad será
enviada SI la cola de ALTA prioridad
está libre.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Ventajas
►También presenta baja carga computacional.
►Permite diferenciar una clase de tráfico de otro.
Separa aplicaciones de tiempo real (Voz/Video) asignando alta
prioridad de otras aplicaciones.
Desventajas
►Tráfico de baja prioridad pueden experimentar
excesivo delay debido a las colas de alta prioridad.
► Si una cola de alta prioridad se llena, puede ocupar la cola de
menor prioridad: origina pérdida de paquetes, delay y
retransmisión de datos.
PRIORITY QUEUING (PQ)

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
Soporta diferente clases de servicios diferenciados.
FAIR QUEUING (FQ)
Las colas son servidas un paquete en un tiempo.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
►Cada flujo está asilada de otros, un flujo tipo ráfagas
no interfiere con otros flujos.
FAIR QUEUING (FQ)
Ventajas
Desventajas
►Si las interfaces son de baja velocidad, limita la aplicación de
FQ ya que es realizado por software.
►FQ es diseñado para ser justo:
No es diseñado para soportar flujos con diferentes requerimientos
de ancho de banda (VoIP???).
►Flujos con paquetes mayores consiguen mayor “atención” del
algoritmo en prejuicio de los flujos con paquetes pequeños.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
WEIGHRED FAIR QUEUING (WFQ)
Bit-por-bit

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
WEIGHRED FAIR QUEUING (WFQ)
El planificador WFQ calcula y asigna un tiempo detiempo de
finalizaciónfinalización para los paquetes.

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
1 byte
1 byte
1 byte
Profundidad del
Token Bucket
b bytes
Velocidad constante
de los Tokens
r bytes/seg
d bytes
Datos de entrada de
velocidad variable
Cola de
entrada
Datos de salida de velocidad
variable controlada
Token bucket no
enviará más que
(b+rxt) bytes en
un intervalo t
Velocidad de transmisión
promedio de los flujos es:
r bytes/seg.
MODELO TOKEN BUCKET

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
TEMA PARA LA 2DA PRÁCTICA CALIFICADA
http://www.ciscopress.com/articles/article.asp?p=352991&seqNum=1
Rec UIT-T E.800
Introduction to Quality of Service

QualityQuality
ofof
ServiceService
TráficoTráfico
MUCHAS
GRACIAS
http://www.ciscopress.com/articles/article.asp?p=352991&seqNum=1

Capítulo 3 - QoS - Calidad de Servicio

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Capítulo 3 - QoS - Calidad de Servicio

Similar a Capítulo 3 - QoS - Calidad de Servicio (20)

Más de Andy Juan Sarango Veliz

Más de Andy Juan Sarango Veliz (20)

Último

Último (20)

Capítulo 3 - QoS - Calidad de Servicio