Calidad de Servicio en Internet

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Calidad de Servicio en Internet
2
Calidad de Servicio (QoS)
Aplicaciones Críticas
INTRODUCCIÓN
INTERNET
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IETF ha propuestos muchos mecanismos de QoS.
Destacan
Modelo de Servicios Integrados
INTRODUCCIÓN
Modelo de Servicios Diferenciados
MPLS (Multiprotocol Label Switching)
Ingeniería de Tráfico
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En el modelo de 4 capas de Internet
Nivel de Aplicación
INTRODUCCIÓN

• Servicios Integrados
• Servicios Diferenciados

Nivel de Transporte
Ingeniería de Tráfico
Nivel de Red
MPLS
Nivel de Enlace
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Modelo de Servicios Integrados (RFC 1633)
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Servicios Integrados
Qué es Servicios Integrados?
Es un modelo de servicios de red que permite
transmitir
Integración de Servicios
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Servicios Integrados
Qué es un flujo de información?
Es una quintupla que especifica
Dirección IP del origen
Dirección IP del destino
Identificación del Protocolo
Puerto del origen
Puerto del destino
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Servicios Integrados
Cómo coexisten estos dos tipos de tráfico en la
red?
Utilizando un mecanismo de compar-tición
controlada del BW de los enlaces.
Asignación dinámica de BW
Intolerante al retardo (servicio garantizado)
Tolerante al retardo (servicio predictivo)
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Servicios Integrados
Resumen tipos de servicio
p.e. FTP, e-mail, telnet
Servicios de mejor esfuerzo (situación actual)
p.e. Videoconferencias
Servicio garantizado
p.e.
Servicio predictivo
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Servicios Integrados
Cómo se implementa?
Cambia el paradigma conmutación de paquetes
Los servicios de tiempo real deben establecer un
camino antes de transferir la información.
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Servicios Integrados
Cómo se implementa?
Deseo reservar recursos para garantizar mi QoS
El control de admisión decide si se acepta o
rechaza la conexión
Un protocolo de reservación de recursos pregunta
al control de admisión respecto de disponibilidad
de recursos
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Servicios Integrados
Cómo se implementa?
Deseo reservar recursos para garantizar mi QoS
Un protocolo de reservación de recursos pregunta
al control de admisión respecto de la
disponibilidad de recursos
El control de admisión decide si se acepta o
rechaza la conexión
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Servicios Integrados
Cómo se implementa?
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Servicios Integrados
Cómo se implementa?
Scheduler
Clasificador
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Servicios Integrados
Cómo se implementa?

• Protocolo de Reservación de Recursos
• Control de Admisión
• Clasificador de paquetes (demux)
• Scheduler de paquetes (mux)

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Interacción de las 4 componentes en un ruteador
RSVP
Servicios Integrados
Admission Control
Packet Classifier
Packet Scheduler
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Dificultades de Servicios Integrados
Información por flujo de datos (crece el número
de estados en routers). Poca escalabilidad.
Servicios Integrados
Todos los routers deben contar con las 4
componentes.
Cambia el paradigma de conmutación de paquetes a
conmutación de caminos.
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Modelo de Servicios Diferenciados(RFC 2474, 2475)
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Qué es Servicios Diferenciados?
Es un modelo de servicios de red que clasifica
los servicios en un número fijo de clases.
Servicios Diferenciados
Paquetes de distintas clases se tratan
(almacenamiento y envío) en forma distinta por
los routers.
Servicios Diferenciados surge como una
alternativa frente a la dificultad de implementar
Servicios Integrados.
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Cuáles son las clases de servicios que existen?
El modelo no define las clases de servicios que
pueden existir.
Servicios Diferenciados
Cada ISP (Internet System Provider) define los
servicios que proveerá a sus clientes.
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Por ejemplo
Servicio Premium aplicaciones que requieren bajo
retardo y bajo jitter.
Servicios Diferenciados
Servicio Seguro aplicaciones que requieren mayor
confiablidad que best effort.
Servicio Olímpico provee tres sub-clases Oro,
plata y bronce, en orden decreciente de calidad.
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Cómo se implementa?
El encabezado de IPv4 contiene un byte que
identifica el Tipo de Servicio (TOS)
Servicios Diferenciados
Este campo define las clases de servicio
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Cómo se implementa?
De acuerdo al contenido del campo Precedencia,
los paquetes son clasificados (classifier) y
enviados (scheduler) de manera distinta.
Servicios Diferenciados
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Servicios Diferenciados es más escalable que
Servicios Integrados.
Servicios Diferenciados
Los routers sólo almacenan la información por
clases, no por flujos.
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5.- Multiprotocol Label Switching (MPLS)
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Multiprotocol Label Switching (MPLS)

• MPLS es un esquema de envío (forwarding) que usa
  etiquetas de tamaño fijo para manejar los
  paquetes.
• En el modelo OSI se encuentra entre la capa dos
  (capa de enlace) y la capa 3 (capa de red).

MPLS
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Encabezado del paquete MPLS
Etiqueta (20 bits)
TTL (8 bits)
CoS (3 bits)
S (1 bit)

• Etiqueta
• Clases de servicio (CoS) Campo que sirve para
  clasificar el tráfico en clases separadas para
  entregar servicio diferenciado a cada una de las
  clases de la red.
• S Indicador de etiqueta de stack
• Time to Live (TTL) Campo que indica cuanto
  tiempo dura un paquete.

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Encabezado del paquete MPLS

• El encabezado de MPLS es encapsulado entre el
  encabezado del nivel 2 y el encabezado del nivel
  3.
• Un ruteador capaz de leer paquetes MPLS, llamado
  label-switched ruteador (LSR), examina solamente
  la etiqueta al enviar un paquete hacia delante.
• El protocolo de Red puede ser IP u otro. Por
  esto se denomina multiprotocol label switching
  (MPLS).

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MPLS

• MPLS necesita un protocolo para etiquetas para
  setear label-switched paths (LSP).
• Un LSP es similar aun circuito Virtual (VC) de
  ATM y es unidireccional desde el emisor al
  receptor.
• Los ruteadores que mantienen MPLS usan el
  protocolo para negociar la semántica de cada
  etiqueta, esto es como manejar un paquete con una
  etiqueta particular.

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MPLS

• En MPLS un tráfico de troncal es una agregación
  de flujos con la misma clase de servicio, que
  puede ser colocada en un camino LSP.
• El Ruteador puede especificar una ruta explícita
  para el camino LSP (o usar el ruteamiento de
  nivel 3).
• Se construye una tabla de forwarding indexada con
  las etiquetas. Cada entrada de la tabla
  especifica como procesar los paquetes que llevan
  una determinada etiqueta.

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MPLS

• Los paquetes son clasificados y ruteados a los
  ruteadores de ingreso de un dominio capaz de
  manejar MPLS.
• Adentro de un dominio MPLS, el forwarding del
  paquete, la clasificación y el QoS están
  determinados por la etiqueta y por el campo de
  Clases de Servicio (CoS).
• Se insertan los encabezados MPLS.

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MPLS

• Cuando un ruteador recibe un paquete etiquetado,
  usa la etiqueta como índice para mirar en la
  tabla de forwarding.
• El paquete es procesado como especifica la
  entrada de la tabla de forwarding.
• La etiqueta de entrada es reemplazada por una
  etiqueta de salida.

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MPLS

• El paquete es conmutado hacia el próximo
  ruteador.
• Este proceso de conmutación por etiquetas es
  similar al procesamiento de VPI/VCI de ATM.
• Antes que el paquete deje el dominio MPLS se le
  quita la etiqueta MPLS.

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MPLS

• Los caminos (LSP) MPLS pueden ser usados como
  túneles.
• La ventaja de esto reside en que un paquete puede
  ser completamente determinado por la etiqueta que
  recibe en el ruteador (LSR).
• MPLS es el único que puede controlar el camino
  completo de un paquete sin especificar
  explícitamente los ruteadores intermedios.

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Conclusiones de MPLS

• MPLS es estratégicamente importante porque
• Entrega una clasificación rápida de los paquetes
• Entrega una forma rápida de forwarding.
• Entrega un mecanismo eficiente de tunelización.
• Es una herramienta útil para Ingeniería de
  tráfico.

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6.- Ingeniería de Tráfico
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Ingeniería de Tráfico

• Es el proceso de arreglar el tráfico que fluye a
  través de la red, de forma que pueda evitarse
  que la red se congestione.
• Por qué se produce esta congestión?

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Ingeniería de Tráfico

• Puede ser causada por
• 1) Saturación de los recursos de la red
• Problema Todos los ruteadores y canales están
  sobrecargados
• Solución Entregar más recursos actualizando la
  infraestructura.

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Ingeniería de Tráfico

• 2) Distribución desbalanceada del tráfico.
• Problema Algunas partes de la red están
  sobrecargadas, mientras que otras partes están
  levemente cargadas.
• Causa Protocolos dinámicos de ruteamiento tales
  como RIP, OSPF, e IS-IS. Porque ellos siempre
  escogen los caminos más cortos para entregar la
  información.

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Ingeniería de Tráfico

• Solución La opción ECMP (Equal Cost Multipath)
  de los protocolos OSPF (Open Short Path First) e
  IS-IS (Intermediate System to Intermediate
  System), es útil para distribuir carga a varios
  caminos cortos. Pero, si existe sólo un camino
  corto ECMP no ayuda.
• El ruteamiento basado en restricciones es una
  importante herramienta para hacer de la
  ingeniería de tráfico un proceso automático.

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7.- Ruteamiento Basado en Restricciones
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Ruteamiento Basado en Restricciones

• Ruteamiento basado en restricciones se usa para
  calcular rutas que están sujetas a múltiples
  restricciones.
• Dado los requerimientos de QoS de un flujo o
  agregación de flujos, el ruteamiento QoS retorna
  la ruta en la que es más probable reunir los
  requerimientos de QoS.

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Ruteamiento Basado en Restricciones

• El ruteamiento basado en restricciones extiende
  el ruteamiento basado en QoS al considerar otras
  restricciones de la red tales como policiamiento.
• Los objetivos del ruteamiento basado en
  restricciones son
• Seleccionar las rutas que pueden reunir ciertos
  requisitos de QoS.
• Incrementar la utilización de la red.

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Ruteamiento Basado en Restricciones

• Mientras se determina una ruta, el ruteamiento
  basado en restricciones considera no solamente la
  topología de la red, sino también los requisitos
  de flujo, disponibilidad de recursos de los
  canales, y posiblemente otras políticas
  especificadas por los administradores de red.
• El ruteamiento basado en restricciones puede
  encontrar un camino más largo y menos cargado,
  pero mejor que un camino más corto y más cargado.
  

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Ruteamiento Basado en Restricciones

• Los esquemas de ruteamiento basado en
  restricciones pueden escoger las rutas usando una
  de las siguientes alternativas
• El camino de Mayor Ancho de Banda (
  Widest-Shortest), esto es el camino con una
  cantidad mínima de saltos que posea el mayor
  ancho de banda.

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Ruteamiento Basado en Restricciones

• El camino de distancia más corta (Shortest-path)
  La distancia de un camino P de k saltos está
  definida por
• donde ri es el ancho de banda del canal li