CONTROL DE CONGESTION Y SERVICIOS ORIENTADOS A LA

CONEXIÓNMateria: Redes de DatosSemestre 2010-2

Contenido

Definicion de la congestion1

Control de Congestion2

Causas de la congestión3

Control de una congestion4

Algoritmos de control5

La congestión se refiere a la presencia en demasía de paquetes en una parte de una subred. En casos de extrema congestión, los routers comienzan a “rechazar” paquetes, disminuyendo de esta forma el rendimiento del sistema.

Las razones de la congestión son muchas, entre ellas están: • Por ejemplo, si por 4 líneas le llega información a un router y todas necesitan la misma línea de salida → competencia. • Insuficiente cantidad de memoria en los routers. Pero añadir más memoria ayuda hasta cierto punto.

Solamente, ya que si tiene demasiada memoria, el tiempo para llegar al primero de la cola puede ser demasiado. • Procesadores lentos en los routers. El proceso de “analizar” los paquetes es caro, así que procesadores lentos pueden provocar congestión. A. El control de flujo y el control de la congestión no son lo mismo: Control de Flujo: se preocupa de que un emisor rápido no sature a un receptor lento.

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Congestión

Cuando hay muchos paquetes en la subred el rendimiento se degrada. Esta situación se conoce con el nombre de congestión.

Cuando el número de paquetes a enviar a la subred se encuentran dentro de los límites de capacidad de transporte, dichos paquetes se entregan a sus respectivos destinos sin mayor problema y, la cantidad que se entrega es proporcional a la cantidad que se transmite.

La congestión de redes es el fenómeno producido cuando a la red (o parte de ella) se le ofrece más tráfico del que puede cursar.

Control de congestion

Congestión

Control de Congestión: su función es tratar de evitar que se sobrecargue la red.

El control de flujo es una más de las técnicas para combatir la congestión. Se consigue con ella parar a aquellas fuentes que vierten a la red un tráfico excesivo. Las soluciones para el problema de la congestión se pueden dividir en dos clases: Open Loop: Tratan de resolver el problema con un buen diseño. Usan algoritmos para decidir cuando aceptar más paquetes, cuando descartarlos, etc.

Pero no utilizan el actual estado de la red. Closed Loop: La solución en este caso se basa en la retroalimentación de la línea. Por lo general tienen tres partes: 1. Monitorean el sistema para detectar cuándo y dónde ocurre la congestión. 2. Se pasa esta información hacia donde se puedan tomar acciones. 3. Se ajustan los parámetros de operación del sistema para corregir los problemas. Varias medidas del rendimiento pueden ser usadas para medir la congestión. Las principales medidas que se utilizan son:

• no de paquetes descartados. • Largo de las colas. • Número de paquetes que hace “timed out” y/o retransmitidos. • El promedio del retardo de los paquetes.

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Control de Congestión

Hay varias causas de congestión.

* La Memoria insuficiente de los conmutadores.

Los paquetes se reciben demasiado deprisa para ser procesados (lo que produce que se llene la memoria de entrada). Además puede ser que en la memoria de salida haya demasiados paquetes esperando ser atendidos, entonces se llena memoria de salida.

* Insuficiente CPU en los nodos.

Puede que el nodo sea incapaz de procesar toda la información que le llega, con lo que hará que se saturen las colas. Velocidad insuficiente de las líneas.

Causas de la congestiónControl de congestion

Velocidad insuficiente de las líneas.

La velocidad que el usuario percibe y que es medida por los tests, es la tasa de transferencia de datos útiles (el ancho de banda útil), por lo que siempre será inferior a la contratada dado que hay que descontar el ancho de banda que ocupan los protocolos necesarios para el transporte (PPP, TCP/IP, ATM).

En el caso de una conexión ADSL, sólamente los datos de control TCP/IP y ATM, ocupan un 13% del ancho de banda, y por lo tanto el ancho de banda útil será un 87% del contratado.

Causas de la congestiónControl de congestion

Comprende todo un conjunto de técnicas para detectar y corregir los problemas que surgen cuando no todo el tráfico ofrecido a una red puede ser cursado, con los requerimientos de retardo, u otros, necesarios desde el punto de vista de la calidad del servicio.

Por tanto, es un concepto global, que involucra a toda la red, y no sólo a un remitente y un destinatario de información, como es el caso del control de flujo.

Figura 11 Congestión en un nodo

Control de una congestiónControl de congestion

ALGORITMOS DE CONGESTIÓN DE TRÁFICO

También llamadas soluciones pasivas.

Combaten la congestión de las redes mediante un adecuado diseño de las mismas. Existen múltiples variables con las que el diseñador puede jugar a la hora de diseñar la red. Estas variables influirán en el comportamiento de la red frente a la congestión. Las resumiremos en función del nivel del modelo OSI al que hacen referencia:

Nivel de enlace.

Variables de diseño: Diseño de temporizadores y política de retransmisiones: Cuando los temporizadores agotan su cuenta, los paquetes afectados serán retransmitidos por la fuente. Si este tiempo es muy pequeño, habrá gran cantidad de retransmisiones. Por el contrario, si es grande, habrá menos congestión, pero el retardo medio aumentará. Además, podemos controlar lo que se retransmite cuando el temporizador se agota.

Política de descartes y almacenamiento de paquetes que llegan fuera de orden: El rechazo puede ser simple, que origina más retransmisiones, o bien selectivo, obligando a un almacenamiento temporal de los paquetes que llegan fuera de orden y mejorando la congestión.

Control de congestion

Soluciones en bucle abierto

b) Reacción: envío de información a los puntos necesarios.

La comunicación se realiza gracias a: 1. Paquetes especiales. No están sometidos a control de congestión y se saltan las colas de espera en los nodos. Los envía el nodo que, gracias a la monitorización, ha detectado la congestión. 2. Bits de cabecera.

En los paquetes enviados, indico en la cabecera que empieza a haber congestión. (Ejemplo: Frame Relay). 3. Información específica. Si se recibe una alerta de congestión (mediante bits de cabecera de paquetes que circulan por la red), se solicita más información.

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Soluciones en bucle cerrado

Política de asentimientos: El piggybacking, o utilización de parte de un paquete de datos para enviar

asentimientos de paquetes anteriormente recibidos, reduce, en principio, el tráfico, pero puede dar lugar a retransmisiones que contribuyan a la congestión.

Política de control de flujo: Parando a una fuente que vierte mucho tráfico podemos reducir el riesgo de

congestión.

Nivel de Red.

Variables de diseño: Circuitos Virtuales frente a datagramas: Muchos algoritmos de control de congestión funcionan sólo en modo circuito virtual.

Política de colas (Teoría de colas) y de servicio: Los routers pueden diseñarse con una cola por línea de entrada, una cola por línea de salida, o ambos.

Control de congestion

Soluciones en bucle abierto

Además, puede jugarse con el orden en que los paquetes son procesados, dando más prioridad a los paquetes de control, que contienen información útil desde el punto de vista de la congestión.

Política de descarte de paquetes: De nuevo, la correcta elección de los paquetes que se descartan puede disminuir el

riesgo de congestión.

Algoritmo de enrutamiento: Es bueno desde el punto de vista de la congestión el balanceo del tráfico entre

todas las líneas de la red.

Tiempo de vida de los paquetes: La correcta elección de esta variable permite reducir el número de retransmisiones,

mejorando así el comportamiento de la red desde el punto de vista de la congestión.

Control de congestion

Soluciones en bucle abierto

También llamadas soluciones activas. Actúan cuando se detectan problemas.

Tienen tres fases:

a) Monitorización de parámetros. Se vigilan los siguientes parámetros: 1. Ocupación de los enlaces y de los buffers (colas de espera en los nodos). 2. Porcentaje de descartes. 3. Número de retransmisiones. 4.

Retardos y jitters. Los jitters son oscilaciones de la separación temporal entre paquetes. En aplicaciones que requieren sincronización (videoconferencia, sincronizar audio con vídeo), es muy importante que esas oscilaciones sean pequeñas.

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Soluciones en bucle cerrado

Es un algoritmo de control de congestión en bucle cerrado. Se basa en que los nodos descartan paquetes cuando su ocupación es alta. Para esto los nodos han de conocer sus recursos (CPU y memoria). Hace una asignación dinámica de los buffers en base a las necesidades de cada línea.

Sin embargo, cada línea necesita al menos una (o más) posiciones de memoria para gestionar información relevante, tal como asentimientos, que permite la liberación de posiciones de memoria ocupadas por paquetes que estaban esperando por si necesitaban retransmitirse.

Si a la línea llegan datos (no asentiminentos u otra información relevante) y el buffers de salida de la línea correspondiente está lleno, se descarta el paquete.

Algoritmo de descarte de paquetes

Algoritmo de descarte de paquetes Hay varias formas de

hacer la asignación de buffers:◦ a) En base al uso.

No es muy eficiente, porque cuando una línea se empieza a cargar acapara todos los recursos.

◦ b) Asignación fija. Tampoco es muy buena,

ya que desaprovecha recursos.

◦ c) Asignación subóptima (de Irland).

En terminología inglesa, al paquete regulador se le llama choke packet. Se hace en bucle cerrado. Asocia un peso a cada línea que cambia con el tiempo.

Si el peso supera un cierto umbral, se pone la línea en estado de alerta y se considera que puede haber congestión.

Si pasa un determinado tiempo sin recibir notificaciones de congestión, se vuelve a subir el flujo que puede cursar el origen. Si por el contrario se supera un umbral mayor, se pasa directamente a hacer descarte de paquetes.

Se fundamenta en la siguiente función: Un=a·Un-1 + (1-a)·f donde:

Un es una función del peso que depende del instante actual a través de f y del instante anterior a través de Un-1

f tiene el valor 0 si no se transmite en el instante actual y 1 si se trata del instante actual.

a es una constante, cuyo valor debe estar entre 0 y 1 y que debe de asignarse según la importancia dada a cada enlace.

Algoritmo de paquetes reguladores

En el momento en que Un alcanza el primer valor umbral asignado, la línea se coloca en alerta, por lo que se envía un paquete regulador hacia atrás. En los sucesivos paquetes que el nodo anterior envía hacia adelante se coloca un flag a 1 que indica que el enrutador anterior está avisado. Este enrutador reduce su flujo de transmisión y si, en un tiempo estipulado, no vuelve a recibir un paquete regulador aumenta de nuevo su flujo de transmisión. Si se alcanza el segundo valor umbral asignado, se pasa a descartar paquetes.

Variaciones de este algoritmo: Pueden mandarse paquetes reguladores con información de

estado (grave, muy grave, etc.) . En vez de monitorizar las líneas de salida pueden medirse

otros parámetros, tales como el tamaño de las colas en los nodos.

Traffic Shaping significa conformado de tráfico. Es un mecanismo en bucle abierto. Conforma el tráfico que una fuente puede inyectar a la red. Se usa en redes ATM (Asynchronous Transfer Mode) con una tecnología de red orientada a conexión.

Si se tiene una ráfaga lista para transmitir, el sistema obliga a no transmitir todo seguido (porque conforma el tráfico). Requiere un acuerdo entre proveedor y cliente.

El proveedor garantiza que se cursa el tráfico si se transmite a una tasa determinada y tira el tráfico si se supera. Esto puede realizarse mediante un algoritmo de Leaky Bucket (cubo agujereado), cuyo nombre se debe a que el sistema se comporta como un bidón que se va llenando con un caudal determinado y por el que sale el líquido con otro caudal (menor) distinto. Si llenamos muy deprisa el bidón acabará llenándose y vertiéndose por arriba, lo que asemeja una pérdida de paquetes en una red.

Mecanismo de Traffic Shaping

Servicios orientados a la conexión

Marca número Hablas Cuelgas

¿Qué es un servicio orientado a la conexión?

El usuario establece una

conexiónUtiliza la conexión

Termina la conexión

•Se modelo basándose en el sistema telefónico.

Modelo telefónico

Servicio orientado a la conexión

Actúa en forma parecida a la de un tubo

El receptor recibe los datos de manera ordenada. El caso de los servicios sin conexión seria como

el servicio postal.

Servicio orientado a la conexión

Capa de red

Orientado a la conexión

Sin conexión

Servicio orientado a la conexión

Capa de transporte

Ofrece servicios A la

Servicios orientados a la conexión

Primitivas para establecer conexiones

Primitivas para utilizar conexiones

Primitivas para liberar conexiones

Diferencias entre las primitivas

Establecimiento de la conexión• El primer paquete

del mensaje debe llevar la dirección destino

• El primer paquete establece la ruta

Utilización del medio• Los paquetes que no

son los primeros se identifican con su numero de conexión y se envía por el enlace adecuado.

• Los conmutadores han almacenado el numero de conexión y la información de la ruta del primer paquete.

Liberación del recurso• Cierre del

enlace.

Funcionamiento basico

Establecimiento de la conexión• Connect.Request

(equivale a marcar (dial) en telefonía).

• Connect.Indication (equivale al tono de llamada).

• Connect.Response (equivale a descolgar).

• Connect.Confirm (equivale a la percepción de descolgado del que llama).

Utilización del medio

• Data.Request (Enviar datos)

• Data.Indication (Recibir datos)

Liberación del recurso

• Disconect.Request

• Disconect.Request

Funciones que se ocupan en el servicio

Telefonía IP

Video Streaming (You tube)

Servidores FTP

Videoconferencia

Servicios que necesitan tener conexión permanente para poder ejecutarse sin problemas

Gracias por su atención