PARTE 4.

Calidad de Servicios en redes IP

• La calidad de servicio (QoS), ofrecido por una red de datos es importante, ya que tiene relación directa con la cantidad de información que se puede transmitir, el tiempo que tarda en llegar a su destino y las variaciones en estos retardos.

• En Telemática: ‘Es la capacidad de un elemento de red (bien sea una aplicación, un servidor, un enrutador, un conmutador, etc.) de asegurar que su tráfico y los requisitos del servicio previamente establecidos puedan ser satisfechos’

• Se entiende por Calidad de Servicio la posibilidad de asegurar una tasa de datos en la red (ancho de banda), un retardo (delay) y una variación de retardo (jitter), teniendo en cuenta los valores contratados.

* Jitter: es un cambio indeseado y abrupto de la propiedad de la señal. Variación en el tiempo de llegada de los paquetes, causada por congestión de red, pérdida de sincronización o por las diferentes rutas seguidas por los paquetes para llegar a su destino.

• Requerimientos de calidad del servicio, a continuación pondremos una lista de varias aplicaciones y nivel de requerimientos.

Importancia de la QoS

• La QoS tiene cuatro variantes:

• La QoS que el usuario desea

• La QoS que el proveedor ofrece

• La QoS que el proveedor consigue realmente

• La QoS que finalmente, percibe el usuario

Si el proveedor no se compromete en ningún parámetro decimos que lo que ofrece es un servicio ‘best effort

BEST EFFORT: Mejor esfuerzo.

Es una forma de prestar aquellos servicios para

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

• En las redes Frame Relay o ATM la calidad de servicio se garantiza mediante un contrato de CIR (Commited Information Rate) con el usuario. En redes IP se han diseñado herramientas como protocolos de tiempo real RTP y de reservación RSVP. Cuando se soporta un servicio de voz sobre IP (VoIP), los paquetes son cortos y el encabezado es largo.

• Hay que mencionar que los servicios tradicionales de Internet (SMTP o FTP, por ejemplo), disponen de una calidad denominada ‘best effort’; es decir, que la red ofrece el mejor esfuerzo posible para satisfacer los retardos mínimos.

Administración del QoS en una red LAN

• En las redes Lan los switches de transporte Ethernet estan basados escencialmente en datagramas y sobre ellas las tradicionales redes IP(donde no existen condiciones preestablecidas y todo el tráfico dependera mucho de el retardo, el jitter y la pérdida de paquetes); pero hoy en día las redes IP han incorporado caracteristicas que permita administrar QoS de una manera efectiva.

Clases de prioridades, del esquema de administración de Qos para una red LAN

• Velocidad de bit constante

– Prioridad más alta diseñada para aplicaciones en tiempo real, por ejemplo voz sobre IP (retardo 5mseg)

• Velocidad de bit variable en tiempo real

– Por ejemplo video en demanda (retardo 15mseg)

• Velocidad de bit variable en tiempo no real

– Por ejemplo conexiones entre oficinas para la transferencia de volumenes de datos y descarga de videos

• Velocidad de bit no especificado

– Por ejemplo para los usuarios tipicos de Internet de hoy en día

Problemas con el Qos

• Podemos explicar los problemas con el Qos diviendolos en dos categorías :

1. Causas no relacionadas a las redes

– Servidores sobrecargados; por ejemplo servidor web o correo

– Errores en la operación de la red; por ejemplo al duplicar direcciones IP, lo que ocasionaría problemas de ruteo

– Implementación informal de conectividad de estaciones de trabajo a red

2. Causas no relacionadas a las redes

– Problemas de equipamiento de redes LAN; por ejemplo switches y ruteadores

– Falta de capacidad de acceso; por ejemplo los usuarios con enlaces de baja velocidad de acceso(acceso con módems), posible solución aumentar la capacidad (uso de ADSL)

– La distribución de tráfico en forma desbalanceada provoca que algunos enlaces se congestionen

Soluciones para mejorar QoS en redes de datos

• Control y Optimización del Ancho de Banda

Permite obtener la máxima performance y valor de las aplicaciones y tecnologías, monitorean, comprimen y controlan el uso de ancho de banda de los enlaces para alinear los recursos WAN con los de la Red Gestionada con QoS.

• Monitoreo de Redes

Permiten una visión clara e integral de las actividades de red general con monitoreo, añertas y comprensión de eventos inusuales en tiempo real, para realizar pronósticos y así evitar posibles congestiones en la red.

• Optimización/ Acéleración de Enlaces

Permite ofrecer una comprensión de datos y un almacenamiento de contenido estático y dinámico en caché de gran eficiencia para acelerar el tiempo de respuesta de las aplicaciones. Las optimizaciones de TCP superan los problemas ocasionados por las conexiones de red congestionadas y con gran retardo.

• Analizador de Protocolos

Son equipos que permiten el análisis y la auditoria de red que emplean distintas interfaces para los distintos segmentos del usuario, ofreciendo una consola clara y sencilla que muestra la información que el usuario necesita.

Modelo Aproximado Práctico para proporcionar QoS

• Limpieza de la red

Se debe contar con un plan de mantenimiento preventivo anual y periódico, así mismo los puntos más vulnerables y causantes de cuello de botella deberán ser reemplazados.

Dividir el tráfico en múltiples clases

Se proponen 3 clases de servicios:

» Servicio de primera (un servicio con bajo retardo y bajo jitter por ejemplo videoconferencia)

» Servicio asegurado (ofrece un servicio confiable y predecible por ejmplo el tráfico en una red virtual privada VPN)

» Servicio del mejor esfuerzo (es el tradicional en los servicios sobre Internet)

• Ingeniería de tráfico

– Debido a que la topología y capacidad de la red no pueden ser cambiadas rápidamente, la distibución desigual del tráfico puede provocar congestión en algunas partes de la red LAN; es por eso que se propone que el ruteador de entrada debera disponer de dos servicios, uno de ellos será para el trafico de primera y el otro compartido para tráfico asegurado y tráfico del mejor esfuerzo.

– Lo que corresponde a ingeniería de tráfico es para dos propositos:

» Prevenir la congestión provocada por la desigual distribución en caso de ocurrir

» Relevar rápidamente el enlace, si la congestión ocurre

• Colas basado en las clases

– En este modelo las colas son mecanismos para asegurar que el tráfico de alta prioridad sea tratado prioritariamente, esta acción es importante para prevenir la congestión del tráfico de baja prioridad (ya sea debido a la ruptura de la fibra óptica u otra falla de equipos)

• Otros esquemas de administración de tráfico

– En esta sección se expone la aplicabilidad de las políticas, formas de administración y detección aleatoria de los fallos

– Políticas y formas de administración (Cuando un usuario firma un acuerdo por un servicio que la red va a otorgar, un nivel de servicio acordado NSA, éste especificará la cantidad de tráfico que el usuario puede enviar/recibir)

– Efectividad del modelo propuesto

» Diferenciar las diferentes clases de tráfico

» Conocer el retardo y jitter requerido por la aplicación

– Diferenciar las diferentes clases de tráfico

» (Cuando un enlace o ruteador falla, este toma desde segundos a minutos para recomponerse; en consecuencia la disponibilidad de red es importante para el tráfico de primera que para tráfico asegurado)

– Conociendo los requerimientos de retardo y jitter de las aplicaciones

» Para este modelo ejemplo que se está proponiendo, los usuarios estan conectados ya sea con accesos a 10 Mbps o 100 Mbps según las facilidades de hardware que se disponga, en este sentido el retardo está debajo de los 10 mseg y un jitter debajo de 1 mseg.

En caso de que un nodo o enlace con fallará, se deberá aplicar las consideraciones de ingeniería de tráfico, automáticamente el trafico se reenruta y evita cualquier congestión; esto puede provocar un pequeño incremento de retardo adicional para algún tráfico debido a que en estos casos el camino puede ser más largo, pero prevendrá la pérdida de paquetes y mantendrá un bajo jitter después que la red se recomponga.

QoS: Implementación

• Normalmente los conmutadores y routers que soportan QoS tienen varias colas de salida por interfaz (a veces también de entrada) en las que pueden usar diferentes algoritmos.

• Las colas pueden implementarse por software o por hardware. Cuando son por hardware el número suele estar entre dos y cinco.

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Conclusiones

• Cuando se habla de Calidad de Servicio se hace referencia al efecto colectivo del rendimiento de la red, lo que determina el grado de satisfacción de los usuarios del servicio y está caracterizada por la combinación de aspectos tales como: soporte, operabilidad, seguridad y otros factores de cada servicio. Para lograr calidad, las técnicas de QoS deben ser instaladas en todos los dispositivos de la red.

• Por otra parte, para garantizar un correcto funcionamiento de una red IP, es importante una transmisión eficiente, donde la reserva de recursos sea mínima. Para esto, es posible usar arquitecturas Cliente-Servidor, que controlen el tamaño de la información almacenada en el cliente para minimizar este tiempo.

• Reducir la cantidad de recursos necesarios para transmitir información sobre Internet, no es tarea sencilla y requiere conocer el extremo cliente, el servidor y la red, para transmitir los datos.

• La calidad de servicio suele ser definida como un conjunto de tecnologías que permiten a los administradores de red manejar los efectos de la congestión del tráfico, usando optimamente los diferentes recursos de la red, en lugar de ir aumentando continuamente capacidad. Es por ello que habilitarla requiere la cooperación de todas las capas de red y de aplicaciones convencionalmente dirigidas a tales fines, tomando en cuenta los acuerdos suscritos entre los proveedores y los usuarios en los SLAs.

• Para el modelo de administración de QoS propuesto para redes LAN, deberá utilizar politica distribuida, planeamiento y control de flujo proporcionando asi una arquitectura escalable y flexible.

• El buen diseño de la red con un cierto grado de holgura en su capacidad lo hará más robusta en contra de las fallas y también prevenndrá de muchos problemas relacionados con el QoS.

• Las tres clases de tráfico propuestas son suficientes para conocer y cubrir la necesidad probable del usuario; las diferentes clases de tráfico deben ser manejadas de diferente modo.

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