Clase3 v2.0 Ier920 UDLA

[email protected]

Calidad de Servicio-IER920 Introduccin a los mecanismos de QoS

y Modelos para implementar QoS

Sandra Snchez Hinojosa

V1.0
mailto:[email protected]

Referencias:

Cisco System, Inc. (2006). Implementing Cisco Quality of Service 2(2). USA: Cisco Press.

Cisco System, Inc. (2005). IP Telephony Self-Study Cisco QoS. USA: Cisco Press.

2

Contenido: Mecanismos para implementar QoS:

Clasificacin y Marcado Manejo de la congestin Evitar la congestin Policing and Shaping Eficiencia del Enlace

Modelos para implemetar QoS: Best-Effort IntServ DiffServ

3

Mecanismos para implementar QoS Los mecanismos de QoS son usados para implementar una

poltica de QoS coordinada en equipos a lo largo de la red. El momento en el que un paquete IP entra a la red, este es

clasificado y usualmente marcado con su identificador de clase. Desde ese momento, el paquete es tratado con diferentes mecanismos de QoS de acuerdo con la clasificacin del mismo.

Dependiendo del mecanismo, el paquete puede ser expedito, retrasado, comprimido, fragmentado o incluso descartado.

4

Mecanismos para implementar QoS

Clasificacin: Se refiere a la identificacin y divisin del trfico en diferentes clases.

Marcado: Se refiere al marcado del trfico de acuerdo a su comportamiento y las polticas del negocio.

Manejo de la Congestin: Se refiere a la priorizacin, proteccin y aislamiento de trfico basado en el marcado.

Evitar la congestin: Basado en el marcado, se descartan paquetes en especfico con la finalidad de evitar la congestin.

Policing y Shaping: Usado para hacer cumplir con lmites de tasas de transmisin.

Eficiencia del Enlace: Usado para mejorar la eficiencia del ancho de banda por medio de compresin, fragmentacin e intercalado.

5

Clasificacin

Se refiere a la identificacin y divisin del trfico en diferentes clases. El trfico es clasificado en la interfaz de entrada del dispositivo. La clasificacin del paquete se puede basar en muchos factores, como:

Campo DSCP Precedencia IP Direccin de origen Direccin de destino Nmero de puerto usado por el protocolo de transporte.

6

Marcado

Se marca cada paquete como miembro de una clase, de tal manera que el paquete pueda ser reconocido a lo largo de la red.

El marcado es llevado a cabo lo ms cerca posible del borde de la red. Los mecanismos de QoS configuran los bits en los campos del DSCP o la

Precedencia IP de cada paquete de acuerdo a la clase a la que pertenece.

7

Clasificacin y marcado:

El proceso de marcado y clasificacin del trfico se basa en el concepto de confianza en la implementacin de QoS.

Si un equipo confa en el proceso de clasificacin y marcado empleado por otro equipo, este simplemente aceptada los valores de marcado de los paquetes y no requiere realizar una re-clasificacin de los paquetes en dicha interfaz.

Pero, si el equipo no confa en la interfaz, este llevar a cabo un proceso de re-clasificacin para determinar los valores de marcado de QoS apropiados.

8

Clasificacin y marcado: Herramientas de clasificacin y marcado

9

https://www.youtube.com/watch?v=wRLhuv9BPvs
https://www.youtube.com/watch?v=wRLhuv9BPvshttps://www.youtube.com/watch?v=wRLhuv9BPvs

Manejo de la congestin El manejo de la congestin se asocia con algoritmos de encolamiento. Usa el marcado en cada paquete para determinar en qu cola debe ser

colocado cada paquete. El algoritmo de encolamiento brinda un tratamiento diferente a cada cola.

Generalmente, las colas que albergan paquetes de alta prioridad reciben un tratamiento preferencial.

Es implementado en las interfaces de salida.

10

Manejo de la congestin

Herramientas para

el manejo de congestin

11

https://www.youtube.com/watch?v=9oFLCrVrQLQ
https://www.youtube.com/watch?v=9oFLCrVrQLQhttps://www.youtube.com/watch?v=9oFLCrVrQLQhttps://www.youtube.com/watch?v=9oFLCrVrQLQ

Evitar la congestin Para evitar la congestin se debe monitorear la carga de trfico en la red. Para evitar la congestin, algunos paquetes pueden ser descartados en

forma aleatoria de colas seleccionadas, cuando cierto lmite se haya alcanzado.

Al descartar paquetes en forma temprana, se ayuda a prevenir cuellos de botella en la red.

Usualmente se implementan en las interfaces de salida.

12

Evitar la congestin

Herramientas para Evitar la congestin:

13

Policing and Shaping

Es la habilidad de controlar rfagas y ajustar el trfico de tal manera que se

asegure que ciertos tipos de trfico puedan tener cierto ancho de banda. Los paquetes son descartados o marcados cuando se alcanza un lmite predefinido. Cuando los paquetes son descartados, TCP disminuir la tasa de transmisin de

datos. Este mecanismo se puede emplear tanto en las interfaces de entrada como en las

interfaces de salida.

14

Policing:


Herramientas de Policing:

CB-Policing (Class-Based Policing)

CAR (Commited Access Rate)

15


Shaping:

Cuando un lmite es alcanzado los paquetes son puestos en una cola.

Se emplea en las interfaces de salida.

Es tpicamente utilizado para limitar el flujo de trfico cuando este pasa de un enlace de alta-velocidad a un enlace de baja-velocidad.

Tambin puede ser utilizado para manejar el flujo de trfico en un punto de la red donde se agregan mltiples flujos.

16


Shaping:

Los proveedores de servicio usan este mecanismo para manejar el flujo del trfico hacia y desde los clientes para asegurar que se ajustan a los SLA.

Herramientas de Shaping:

Class-based Shapping

Generic traffic shapping-GTS

Frame Relay traffic shapping-FRTS https://www.youtube.com/watch?v=SVH7gWxNz1U

17
https://www.youtube.com/watch?v=SVH7gWxNz1U

Eficiencia del Enlace

Mecanismos para manejar el ancho de banda de forma ms eficiente y predecible.

Comprende dos componentes: Compresin y fragmentacin.

Compresin

La compresin reduce el tamao de los paquetes antes de ser transmitidos con el fin de reducir el ancho de banda utilizado.

Incluye compresin de la cabecera del paquete o la compresin del payload o datos.

18


Ejemplo de compresin de la cabecera de un paquete RTP:

19

Eficiencia del Enlace Otro mecanismo es la fragmentacin e intercalado LFI (Link Fragmentation and Interleaving): Permite reducir los retrasos y jitter mediante la fragmentacin de

datagramas grandes y el intercalado de paquetes de trfico que requieran bajos retrasos.

Es utilizado por el trfico sensible al retraso como el trfico de voz.

20


21

Ejemplo de LFI:


Herramientas para implementar la Eficiencia del enlace:

22

Mecanismos de implementacin de QoS

23

Modelos para implemetar QoS

Best-Effort: No se aplica QoS a los paquetes.

IntServ: Las aplicaciones notifican a la red que requerirn QoS

por un periodo de tiempo.

La entrega de paquetes es garantizada.

No es escalable.

DiffServ: Los equipos dentro de la red reconocen las diferentes

clases de trfico y proveen un tratamiento deferente a cada clase.

Provee mayor flexibilidad y escalabilidad.

24

Best-Effort

Internet se basa en este modelo, no se garantiza la entrega de los paquetes.

Es modelo por defecto para todo el trfico.

No permite diferenciar entre distintas clases de trfico

25

Ventajas Desventajas

Es completamente escalable.

No se necesita implementar mecanismos

de QoS.

El modelo ms fcil y rpido de

implementar.

No se puede garantizar la entrega de los

paquetes.

No se puede brindar trato diferenciado a

las diferentes clases de trfico.

Modelo IntServ

Dado que algunas aplicaciones requieren consideraciones especiales, stas informan a la red respecto del perfil de su trfico y solicitan un servicio particular.

Las aplicaciones esperan a enviar los datos solo despus de haber recibido una confirmacin por parte de la red.

La red se compromete a mantener los requerimientos de QoS pactado para la aplicacin, siempre y cuando el trfico se mantenga dentro de las especificaciones del perfil.

La red cumple con su compromiso mediante el mantenimiento de un estado por cada flujo de trfico y llevando a cabo clasificacin de paquetes, policing y encolamiento inteligente basados en dicho estado.

26

Modelo IntServ

Es una arquitectura que ofrece servicios de QoS garantizada para aplicaciones extremo a extremo.

Los componentes principales de IntServ son: RSVP (Resorce Reservation Protocol): Mecanismo usado para proveer

un tratamiento de QoS extremo a extremo. Indica a los elementos los requerimientos de ancho de banda y retrasos de cada flujo de trfico para que estos puedan reservar los recursos.

CAC (Call Admission Control): Usado para asegurar disponibilidad de recursos. Decide cuando una solicitud de reserva de recursos debe ser rechazada.

27

Modelo IntServ

Servicios de QoS basados en RSPV RSVP es un servicio IP que permite a los extremos de una red

establecer un path con ancho de banda reservado para asegurar la calidad de servicio en la transmisin de datos.

RSVP es un estndar IETF (RFC 2205). Este protocolo le permite a una aplicacin el reservar el ancho de la red dinmicamente.

Los host y routers usan RSVP para entregar las solicitudes de QoS a los routers a lo largo del path y posteriormente para reservar los recursos.

28

Modelo IntServ Mensajes de RSPV:

PATH: Es el mensaje enviado por el origen a lo largo de la ruta unicast o

multicast aprendida por el protocolo de enrutamiento. Este mensaje es usado para guardar el estado del path en cada nodo, est informacin es usada posteriormente para rutear el mensaje RESV en la direccin opuesta.

RESV: Es el mensaje de reserva enviado por cada dispositivo que recibi el mensaje PATH desde el destino hasta el origen. De esta manera los dispositivos configuran los parmetros de control de trfico.

Confirmation: Es el mensaje de acuse de recibo del mensaje RESV, envido

cuando el mensaje RESV contiene un objeto de confimacin-de-reservacin. Se enva al destino.

29

Modelo IntServ Mensajes de RSPV:

Error: Pueden existir dos tipos de mensajes de error:

Path-error: Se producen cuando existe un error en los mensajes PATH. Este mensaje de error se enva hacia el origen.

Resv-error: Se producen cuando existe un error en los mensajes RESV. Este mensaje de error se enva hacia el destino. La informacin contenida en estos mensajes puede incluir: fallas de admisin, indisponibilidad de ancho de banda, servicio no soportado, mala especificacin del flujo, path ambiguo.

Teardown: Mensaje enviado para eliminar los estados de path y de reserva. Pueden ser enviados por la aplicacin tanto del origen como del destino o por un router como resultado de un estado de timeout. Pueden existir dos tipos de mensajes de Teardown: Path-teardown: Elimina el estado del path. Viaja en sentido downstream. Resv-teardown: Elimina el estado de reserva. Viaja en sentido upstream.

30

Modelo IntServ Servicios de QoS ofrecidos por RSVP: Existen tres clases de servicios QoS ofrecidos por RSVP.

Best Effort: No QoS. Tasa de transmisin garantizada: RSVP permite que las aplicaciones

reserven un ancho de banda que est acorde a sus requerimientos. Carga controlada: Permite que las aplicaciones tengan retrasos bajos y

throughput alto, aun cuando exista congestin. Una sesin RSVP fluye a lo largo de la red con la menor interrupcin posible por parte de otros flujos de trfico.

Cuando RSVP es configurado para una tasa de transmisin garantizada, WRED (Weighted Random Early Detection) es usado para asegurar la Calidad de Servicio.

Si Carga controlada es la eleccin, WFQ (Weighted Fair Queuing) es usado.

31

Modelo IntServ Componentes de RSVP

32

Modelo IntServ

Encolamiento de la interfaz de RSVP

33

Modelo DiffServ La arquitectura DiffServ est basada en un modelo simple

en el cual el trfico que ingresa a una red es clasificado y condicionado en los bordes de la red.

La clase de trfico es identificada con un DSCP (Differeciated Services Code Point) que son bits de marcado en la cabecera IP (tanto en versin 4 como en versin 6).

Los valores de DSCP son usados para marcar paquetes para seleccionar su comportamiento por salto (per-hope Behavior PHB). Dentro del core de la red, los paquetes son enviados de acuerdo al PHB que est asociado con el DSCP.

El comportamiento por salto (PHB) est definido como un comportamiento de envo, que es realizado por un nodo con todos los paquetes con el mismo valor de DSCP.

34

Modelo DiffServ Uno de los principios primordiales de DiffServ es

que los paquetes deben ser marcados tan cerca de los bordes de la red como sea posible.

Marcando el trfico en los bordes de la red, los dispositivos del ncleo de la red y otros dispositivos a lo largo del camino de reenvo sern capaces de determinar rpidamente la clase de servicio adecuada CoS (Class of Service) para aplicar a un flujo de datos dado.

La principal ventaja de DiffServ es la escalabilidad.

35

Modelo DiffServ Codificacin DSCP La introduccin de DSCPs remplaza al IP Precedence, el cual utiliza 3 bits

en el de campo de un byte de tipo de servicio (ToS) en la cabecera IP que se usaba originalmente para clasificar y priorizar tipos de trfico.

Campo DS (DiffServ): ToS byte. DSCP: Los primeros 6 bits del campo DiffServ son usados para seleccionar

PHB (mtodo de envo y encolamiento).

36

Modelo DiffServ DiffServ usa el campo DS en la cabecera IP para

marcar los paquetes de acuerdo a su clasificacin en agregados de comportamiento (Behavior Aggregates BAs).

El campo DiffServ ocupa los mismos 8 bits de la cabecera IP que estaban previamente destinados para el byte ToS.

Cada valor de DSCP identifica un BA. Cada BA es asignado un PHB. Cada PHB es implementado usando un mecanismo o grupo de mecanismos adecuados de QoS.

37

Modelo DiffServ

38

Modelo DiffServ Comportamiento Por Salto (Per-hop Behavior) DSCP selecciona el PHB a lo largo de la red. PHB por defecto (FIFO, tail drop) EF Expedited Forwarding: Envo con rapidez. AF Assured Forwarding: Envo seguro. Class- Selector (IP Precedence) PHB Selector de clases

39

Modelo DiffServ Comportamiento Por Salto (Per-hop Behavior) Estos PHBs son definidos por estndares de IETF (Internet

Engineering Task Force): PHB por defecto (Default PHB): Es usado para servicio Best-

Effort (bits del 5 al 7 del DSCP=000). PHB Reenvo Expedito (Expedited Forwarding EF PHB): Es usado

para servicios que requieren un retraso muy pequeo (bits del 5 al 7 del DSCP=101).

PHB Reenvo seguro (Assured Forwarding AF PHB): Es usado para servicios que necesitan ancho de banda garantizado (bits del 5 al 7 del DSCP=001, 010, 011 o 100).

PHB Selector de Clase (Class-selector PHB): Es usado para compatibilidad con dispositivos anteriores que no manejan DiffServ (bits del 2 al 4 del DSCP = 000).

40

Modelo DiffServ EF PHB: Provee el retraso, jitter y prdida de paquetes lo ms bajo posibles,

hasta cierto nivel de ancho de banda garantizado para cada clase. EF PHB sugiere que se deben llevar a cabo dos acciones:

1. Un mecanismo de encolamiento que permita colocar el trfico EF en la cola ms importante, de tal manera que: Los paquetes esperando en sta cola sean enviados primero, lo cual reduce los

retrasos. Si reducen los retrasos, tambin se reduce el jitter. Servir a esta cola primero reduce su longitud y por tanto reduce la

probabilidad de perder paquetes del final de la cola debido a que la cola se encuentre llena.

41

Modelo DiffServ EF PHB:

2. Un mecanismo que permita controlar que los paquetes EF no excedan una tasa configurada. Por ejemplo, si 100 Kbps son reservados para un EF BA, y 200 Kbps ingresan a la red, como se est utilizando un mtodo de encolamiento que brinda siempre preferencia al trfico EF PHB, otros tipos de trfico no tendran ancho de banda disponible. Por lo tanto, se debe limitar el ancho de banda para cada clase. O en otras palabras, EF garantiza un ancho de banda pero slo hasta el mximo valor contratado.

Los paquetes que requieran EF PHB deben ser marcados con el valor binario de DSCP 101110.

42

Modelo DiffServ AF PHB

Garantiza una cierta cantidad de ancho de banda para una clase AF. Permite acceso a ancho de banda adicional si es que se encuentra

disponible. Los paquetes que requieren AF PHB deben ser marcados con el

valor de DSCP: aaadd0, donde aaa es el nmero de la clase y dd es la probabilidad de descarte.

43

Modelo DiffServ AF PHB A cada clase AF se le asigna una clase y tiene tres

probabilidades de descarte: baja, media y alta. AFxy: donde x corresponde al valor de la clase (1 4) y

y corresponde al valor de preferencia de descarte(1, 2 o 3).

44


45

Modelo DiffServ AF PHB Cada AF PHB realiza dos funciones de calidad de servicio.

La primera funcin corresponde al encolamiento. Cada router clasifica los paquetes en 4 diferentes clases, y los paquetes de cada clase son colocados en colas separadas. Adicionalmente, el mecanismo de encolamiento que se utilice debe tener la habilidad de reservar un ancho de banda mnimo para cada clase.

La segunda funcin es evitar la congestin. Los routers

descartan los paquetes cuando una cola est llena y el router necesita colocar otro paquete en dicha cola.

46


Una implementacin de AF debe detectar y responder a la

congestin a largo plazo dentro de cada clase mediante la eliminacin de paquetes y debe manejar la congestin de corto plazo mediante el encolamiento de paquetes.

Por ejemplo: El ISP quiere asegurar al cliente que su trfico no

tendr problema en atravesar la red siempre y cuando no enve ms datos que los contratados. Suponiendo que el cliente maneja 3 clases (BAs) de trfico, para lo cual contrat 300 Kbps para el primero, 200 Kbps para el segundo y 100 Kbps para el tercero. El ISP asegurar que dichos niveles se cumplan utilizando mecanismos de encolamiento que garanticen de forma efectiva dicho ancho de banda en el tiempo.

47

Modelo DiffServ AF PHB Dado que el tiempo de arribo de los paquetes, as tambin como la

tasa de transmisin vara, las colas dentro del ISP crecern y se encogern constantemente.

Existir congestin, tanto el ISP como el cliente lo saben. Por lo que, cuando exista congestin temporal en el ISP, sera bueno saber qu tipo de paquetes descartar.

Por lo tanto, el cliente pude definir la clase de trfico que se descartar cuando exista congestin limitada, la clase de trfico que se descartar cuando exista congestin moderada y la clase de trfico que se descartar cuando exista congestin pesada.

AF no significa que se asegura que un paquete individual atravesar la red sin problemas, lo que significa es que se procurar asegurar que los mecanismos de encolamiento empleados provean suficiente ancho de banda y que cuando ocurra congestin, el trfico menos importante ser descartado primero.

48

Modelo DiffServ CS PHB Con la finalidad de mantener la interoperabilidad con dispositivos

non-DiffServ, se emplea el CS PHB (Class Selector PHB). El Selector de Clase PHB fue definido para proveer compatibilidad

para DSCP con la precedencia IP basada en ToS.

49

Modelo DiffServ CS PHB El significado de los 8 bits en el campo DiffServ del

paquete IP ha cambiado con el tiempo para cumplir las necesidades de expansin de las redes IP.

Originalmente, ese campo era conocido como campo ToS y los primeros 3 bits del campo (del 7 al 5) definan un valor de Precedencia IP.

Un paquete poda ser asignado de 1 a 6 prioridades basado en el valor de la precedencia IP (8 valores posibles menos 2 valores reservados).

El valor de Precedencia IP 5 (101), era el de mayor prioridad que poda ser asignado (RFC 791).

50

Modelo DiffServ CS PHB En el RFC 2474, el campo ToS fue reemplazado por el

campo DiffServ, en el cual, un rango de 8 valores (selector de clases) es usado para compatibilidad con la Precedencia IP.

RFC 1812 simplemente prioriza los paquetes de acuerdo al valor de precedencia.

Los paquetes con Precedencia IP ms alta deben ser enviados en menos tiempo que los paquetes con Precedencia IP inferior.

Los ltimos tres bits del DSCP (bits del 2 al 4) colocados en 0, identifican un Selector de Clase PHB.

51

Modelo DiffServ CS PHB

52

Conclusiones: Se introdujeron los mecanismos para implementar Calidad de Servicio y se

listaron algunas de sus herramientas. Clasificacin y Marcado Manejo de la congestin Evitar la congestin Policing and Shaping Eficiencia del Enlace

Se estudiaron los tres modelos para implementar calidad de servicio.

Best-Effort no aplica mecanismos de QoS. IntServ reserva un ancho de banda a lo largo de la red para determinada

aplicacin. Ningn otro tipo de trfico utiliza dicho ancho de banda. Por lo tanto, el ancho de banda que est reservado y no se utiliza se desperdicia.

DiffServ clasifica (BAs) y marca el trfico usando en campo DSCP. En base a la clase de trfico (BAs) asigna un comportamiento por salto (PHB).

53

Clase3 v2.0 Ier920 UDLA

Documents

Transcript of Clase3 v2.0 Ier920 UDLA