Definición de QoS (1)

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Tecnologías en Redes y Telecomunicaciones

QoS

09/02/2013

Lucia Márquez González 1210100820 Mayra Liliana Torres GarcíaSantiago Miguel González 05309099


Contenido

Cos: Clase de servicio............................................................................................................2

ToS: Tipo de Servicio..............................................................................................................2

Parametros QoS......................................................................................................................3

Packet Loss:.....................................................................................................................3

Latency:.............................................................................................................................3

Jitter:..................................................................................................................................3

Uptime:..............................................................................................................................3

Througput:........................................................................................................................3

Mecanismos para la obtención de QoS...............................................................................3

Modelos para la obtención de obtención de QoS..............................................................6

IntServ (Integrated Services). ................................................................................6

DiffServ QoS (Differentiated Services): ..............................................................7

Análisis de Requerimientos...................................................................................................8

Requerimientos de las Aplicaciones....................................................................................9

Para la implementación QoS, Cisco nos brinda 4 posibilidades diferentes:.................9

Configuración de equipos para QOS.................................................................................11

Configuración de un Router y Switch con QSO...............................................................11

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Definición de QoS

La calidad del servicio(QoS) se define como la capacidad de una red para proporcionar diversos niveles de servicio a los diferentes tipos de tráfico.Al contar con QoS es posible asegurar una correcta entrega de información, dando preferencia a aplicaciones de desempeño critico, donde se comparten simultáneamente los recursos de red con otras aplicaciones no criticas. QoS hace la referencia al proveer un uso eficiente de los recursos en caso de presentarse congestión en la red, seleccionando untrafico específico de esta, y utilizando métodos de control y evasión de la congestion para darles un tratamiento preferencial. Implementando QoS en una red, se logra un rendimiento de esta más prescindible y una utilización de ancho de banda mas eficiente.

Cos: Clase de servicio

El concepto de clase de servicio(Cos ) a menudo es usado para la aplicar a un conjunto de niveles de prioridad donde el flujo de los agregados de la misma clase son asignados con la misma prioridad, esto se relacióna con QoS.

ToS: Tipo de Servicio

El campo ToS fue implementado dentro del grupo de diseño IPv4 como un campo de ocho bits, compuesto por un valor de precedencia IP de tres bits y cuatro indicadores. Sus función es especificar parámetros de prioridad, retardo, rendimiento y fiabilidad. De este modo, los paquetes con diversas opciones de ToS se pueden mejorar con diferentes niveles de servicios dentro de la red.De acuerdo a la recomendación RRFC 791, el ToS proporciona una indicación de los parámetros de calidad de servicios deseados. Estos se utilizan para especificar el tratamiento del datagrama durante su transmisión en una red en partículas. Algunas redes ofrecen en prioridad de servicios, lo cual consiste en considerar el trafico de alta prioridad como mas importante que el resto (generalmente aceptando solo trafico por encima de ciertas prioridad en momentos de sobrecarga). La elección mas común es un compromiso de tres factores; bajo retardo, alta fiabilidad y alto rendimiento.El campo ToS esta compuesto por un campo de precedencias, tres indicadores D, T, R y dos bits no utilizados; el campo de precedencia utiliza ocho niveles, de cero(rutinaria) a siete( paquete de control de red); los tres bits indicadores permiten especificar que es lo que mas interesa, el retardo, el rendimiento o la fiabilidad. Se presenta un resumen del campo ToS.

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Parametros QoS

Packet Loss:Perdida de alguna de las unidades de información, o paquetes, que componen un mensaje transmitido a través de Internet.

Latency:Se denomina latancia a la suma de retardos temporales dentro de una red. Un retardo es producido por la demora en la propagación y transmisión de paquetes dentro de la red.

Jitter:Cambio o variación en cuanto a la cantidad de latancia entre paquetes de datos que reciben.

Uptime:Es el tiempo total en el que el servicio se ha encontrado disponible, se mide en porcentaje.

Througput:Volumen de trabajo o de información que influye a través de un sistema.

Mecanismos para la obtención de QoS

Cisco utiliza el término “administración de la congestión” para referirse a los sistemas de encolamiento de sus productos. La mayoría de la gente entiende los conceptos básicos de encolamiento, ya que la mayoría de nosotros lo experimenta día a día: una cola de espera para pagar los abarrotes en el supermercado, una cola de espera para ser atendidos en el banco y así sucesivamente. Los sistemas de encolamiento tienen un impacto en las 4 características mencionadas anteriormente: ancho de banda, delay, jitter y pérdida de paquetes. Mucha gente escucha el término QoS e inmediatamente piensa en sistemas de encolamiento, pero QoS incluye muchos más conceptos y características que solamente encolar. Ciertamente, los sistemas de encolamiento son muy a menudo las herramientas desarrolladas más importantes.Los sistemas de encolamiento más básicos utilizan una cola sencilla con un tratamiento FIFO (First In First Out). Y, ¿qué significa esto? Bueno, cuando el IOS decide tomar el siguiente paquete de la cola, de todos los que están esperando, toma aquel que llegó primero como se muestra en la figura 10.

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El encolamiento FIFO no requiere las dos características más interesantes de otras herramientas de encolamiento: clasificación y planeación.Finalmente, cabe mencionar que el IOS Cisco utiliza por default el método de encolamiento“weighted fair” (espera equitativa ponderada) en lugar del encolamiento FIFO y que para cambiarse, los routers proveen los comandos necesarios para ajustar estos parámetros.

Encolamiento por prioridad (PQ – Priority Queuing)

La característica más distintiva de las colas de prioridad es su programación. PQ programa el tráfico de manera que las colas de prioridad más alta siempre obtienen el servicio, con el efecto secundario en las colas de baja prioridad. Se pueden establecer un número máximo de 4 colas, llamadas: alta, medio, normal y baja.El proceso de este mecanismo es muy simple, siempre inicia en la cola de alta prioridad y ella transmitirá primero, si esta cola no tiene paquetes en espera, la cola de mediana prioridad tiene la opción de transmitir paquetes y así sucesivamente. La cola de baja prioridad transmitirá sus paquetes si ninguna de las anteriores tiene paquetes en espera.

Encolamiento por espera equitativa ponderada (WFQ - Weighted Fair Queuing)

Este método de encolamiento clasifica paquetes en flujos. Un flujo es un conjunto de paquetes que tienen la misma dirección IP origen y destino y los mismos números de puerto tanto origen como destino. Dado que WFQ es basado en flujos, cada flujo utiliza diferentes colas FIFOS separadas, el número de colas alcanza las 4096 colas por interface.Es un método automatizado que provee una justa asignación de ancho de banda para todo el tráfico de la red. Como se mencionó, WFQ ordena el tráfico en flujos utilizando una combinación de parámetros. Por ejemplo, para una conversación TCP/IP, se utiliza el protocolo IP (dirección origen y destino), etc. Una vez distinguidos estos flujos el router determina cuáles son de uso intensivo o sensible al retardo, priorizándolos y asegurando que los flujos de alto volumen sean empujados al final de la cola, y los volúmenes bajos, sensibles al retardo, sean empujados al principio de la cola.Esta técnica es apropiada en situaciones donde se desea proveer un tiempo respuesta consistente ante usuarios que generan altas y bajas cargas en la red, ya que se adapta a las condiciones cambiantes del tráfico en ésta.A manera de resumen, mostramos las características más importantes:

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Encolamiento por espera equitativa ponderada basado en clases (CBWFQ –Class Based Weighted Fair Queuing).

WFQ tiene algunas limitantes de escalamiento, ya que la implementación del algoritmo se ve afectada a medida que el tráfico por enlace aumenta, colapsa debido a la cantidad numerosa de flujos que analizar. CBWFQ fue desarrollada para evitar esas limitaciones, tomando el algoritmo de WFQ y expandiéndolo, permitiendo la definición de clases definidas por el usuario, que permiten un mayor control sobre las colas de tráfico y asignación de ancho de banda. Algunas veces es necesario garantizar una determinada tasa de transmisión para cierto tipo de tráfico, lo cual no es posible mediante WFQ pero sí con CBWFQ. Las clases que son posibles implementar con CBWFQ pueden ser determinadas según protocolo ACL, valor DSCP o interfaz de ingreso. Cada clase posee una cola separada y todos los paquetes que cumplen con el criterio definido para una clase en particular son asignados a dicha cola. Una vez que se establecen los criterios para las clases, es posible determinar cómo los paquetes pertenecientes a dicha clase serán manejados. Si una clase no utiliza su porción de ancho de banda, otras pueden hacerlo. Se pueden configurar específicamente el ancho de banda y el límite de paquetes máximos (o profundidad de cola) para cada clase. El peso asignado a la cola de la clase es determinado mediante el ancho de banda asignado a dicha clase.

Encolamiento de baja latencia (LLQ – Low Latency Queueing)

El encolamiento de baja latencia es una mezcla entre PQ y CBWFQ. Es actualmente el método de encolamiento recomendado para Voz sobre IP (VoIP) y telefonía IP, que también trabajará apropiadamente con videoconferencias. LLQ consta de colas de prioridad personalizadas, basadas en clases de tráficos, en conjunto con una cola de prioridad, la cual tiene preferencia absoluta sobre las otras colas.Si existe tráfico en la cola de prioridad, ésta es atendida antes que las otras colas de prioridad personalizadas. Si la cola de prioridad no está encolando paquetes, se procede a atender a otras colas según su prioridad. Debido a este comportamiento es necesario configurar un ancho de banda límite reservado para la cola de prioridad, evitando la inanición del resto de las colas. La cola de prioridad que posee LLQ provee un máximo retardo garantizado para los paquetes entrantes para esta cola, el cual es calculado como el tamaño del MTU dividido por la velocidad del enlace.Evasión de la congestión

Las metodologías de evasión de la congestión se basan en la manera en que los protocolos operan, con el fin de no llegar a la congestión de la red. Las técnicas de RED (Random Early Detection) y WRED (Weighted Random Early Detection) evitan el efecto conocido como “sincronización global”.

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Cuando múltiples conexiones TCP operan sobre un enlace común todas ellas incrementan el tamaño de su ventana deslizante a medida que el tráfico llega sin problemas. Este aumento gradual consume el ancho de banda hasta congestionarlo.En este punto, las conexiones TCP experimentan errores de transmisión, lo que hace que se disminuya su tamaño de ventana simultáneamente. Esto conlleva a una sincronización global, donde todos los flujos comienzan a incrementar su tasa de transmisión nuevamente para llegar a otro estado de congestión. Este ciclo es repetitivo, creando picos y valles en la utilización del ancho de banda del enlace. Es debido a este comportamiento que no se utiliza los máximos recursos de la red. Los métodos de evasión de la congestión tratan con este tipo de situación, descartando paquetes de forma aleatoria. RED forzar a que el flujo de reduzca el tamaño de su ventana de transmisión, disminuyendo la cantidad de información enviada. A medida que se alcanza el estado de congestión de la red, más paquetes entrantes son descartados con el fin de no llegar al punto de congestión en el enlace. Lo que limita a estas técnicas de evasión de congestión es que sólo sirve para el tráfico basado en TCP, ya que otros protocolos no utilizan el concepto de ventana deslizante.

Modelos para la obtención de obtención de QoS

Existen 3 modelos de QoS llamados Best-Effort, IntServ y DiffServ. Los cuales serán definidos a continuación:

Best-Effort.

Este modelo es el más sencillo. Es un modelo simple de servicio, en el cual, una aplicación envía información cuando ella lo desea, en cualquier cantidad, sin ningún permiso requerido y sin informar previamente a la red. Es decir, simplemente este modelo quiere decir que no se aplica calidad en el servicio al tráfico. Además, este modelo no asegura tasa de transferencia, retraso o fiabilidad. Por último, utiliza el modelo de cola FIFO (First In First Out) para sus transmisiones.Decimos que una red o un proveedor que ofrece calidad en el servicio cuando se garantiza el valor de uno o varios de los parámetros que definen esta calidad. Si el proveedor no se compromete en ningún parámetro decimos que lo que ofrece es un servicio “best-effort”. TCP/IP fue diseñado para dar un servicio best-effort también. Existen aplicaciones que no pueden funcionan en redes congestionadas con best-effort, por ejemplo, la videoconferencia o VoIP.

IntServ (Integrated Services).

Este modelo se basa en la idea de reserva de recursos en la red por flujos. Un flujo es una cadena de paquetes que fluyen por la red desde una aplicación en una computadora origen hasta una aplicación en una computadora destino. Para cada flujo entrante se definen los recursos (ancho de banda, retardo, etc.) que serán necesarios para este flujo. La reserva de recursos debe establecerse previamente en cada uno de los routers que forman parte del camino entre el origen y el destino. Cada nodo en el camino indica si puede asegurar la reserva y mantiene una tabla con el estado de la reserva por flujo.La principal limitación de este modelo es la gran cantidad de información que debe almacenar cada nodo, provocando que la solución no sea aplicable en situaciones con gran cantidad de flujos entre usuarios finales.

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DiffServ QoS (Differentiated Services):

Es un protocolo de QoS propuesto por IETF [RFC 2475 y RFC 2474] que permite distinguir diferentes clases de servicio marcando los paquetes. Consiste en un método para marcar o etiquetar paquetes, permitiendo a los routers modificar su comportamiento de envío. Cada tipo de etiqueta representa un determinado tipo de QoS y el tráfico con la misma etiqueta se trata de la misma forma.DiffServ fue desarrollada en respuesta a la necesidad de métodos toscos pero simples de proveer diferentes niveles de servicio para el tráfico de internet y para soportar diferentes tipos de aplicaciones y negocios específicos.Para proporcionar los diferentes niveles de servicio utiliza el campo type of service (ToS) o DiffServ Codepoint (DSCP) de la cabecera del estándar IPv4 e IPv6. Éste es un campo de 8 bits estando los últimos 2 reservados. Con los 6 bits restantes se consiguen 64 combinaciones: 48 para el espacio global y 16 para uso local.

Para su funcionamiento, DiffServ divide el tráfico en unas pocas clases y los recursos se asignan con base a las clases (y no a los flujos individuales como IntServ), lo que hace que esta arquitectura no sufra el problema de agotamiento de recursos de la red.Para el control del tráfico DiffServ tiene dos enrutadores (routers): los nodos frontera y los nodos interiores (Figura 7). Solo los nodos frontera clasifican tráfico y marcan paquetes, mientras que los nodos interiores usan las clases codificadas en la cabecera del paquete (llamadas clases de retransmisión o forwarding equivalence class) para determinar el tratamiento de los paquetes. El tratamiento que reciben los paquetes según su clase se denomina tratamiento de retransmisión (PHB ó Per-Hop Behaviour).

Los conceptos clave de DiffServ se pueden resumir de la siguiente forma:

Toma ventaja de las propiedades escalables de las herramientas QoS basadas en clases para diferencias entre tipos de paquetes, con la meta de “diferenciar servicios en Internet”.

En una red simple, los paquetes deberían ser marcados al ingreso a

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un punto dentro de la red, con otros dispositivos realizando elecciones QoS basados en el campo marcado.

El campo marcado estará en el encabezado IP y no en el encabezado de la capa de enlace de datos, ya que el encabezado IP permanece a lo largo de toda la red.

Entre redes, los paquetes pueden ser reclasificados y remarcados al ingresar dentro de otra red.

Para facilitar el marcado, el encabezado IP ha sido redefinido al incluir un campo de 6 bits llamado DSCP, el cual permite 64 clasificaciones diferentes.Aparte de las estrategias generales de QoS, DiffServ realmente provee dos características claves adicionales: el campo DSCP y algunas sugerencias de cómo usar este campo.

Análisis de Requerimientos

Requerimientos de las Aplicaciones

• Cada aplicación precisa de unos parámetros de servicio particulares para que sea posible que se establezca con las garantías suficientes

Ancho de banda elevado Video y audioPoco retraso Control de procesosAncho de banda reducido e-mailAlto retraso Transferencia de ficheros

Aplicación Fiabilidad Retardo jitter Ancho de banda

Correo electrónico Alta(*) Alto Alto BajoTransferencia de ficheros Alta(*) Alto Alto MedioAcceso web Alta(*) Medio Alto MedioLogin remoto Alta(*) Medio Medio BajoAudio bajo demanda Media Alto Medio MedioVideo bajo demanda Media Alto Medio AltoTelefonía Media Bajo Bajo Bajovideoconferencia Media Bajo Bajo Alto

Parámetros típicos de los SLAs

Parámetro Significado EjemploDisponibilidad Tiempo mínimo que el operador asegura que

la red estará en funcionamiento99.9%

Ancho de banda Indica el ancho de banda minimo que el operador garantizaal usuario dentro de su red

2Mb/s

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Perdida de paquetes Máximo de paquetes perdidos (siempre y cuamdo el usuario no exceda el caudal garantizado)

0.1%

Round trip delay El retardo de ida y vuelta medio de los paquetes

+-80 mseg

Jitter La fluctuación que se puede producir en el retardo de ida y vuelta medio

+- 20 mseg

La fiabilidad alta en estas aplicaciones se consigue automáticamente al utilizar el protocolo de transporte TCP

Requerimientos de las Aplicaciones

– Integrated services (1994):

Se utiliza este término para un modelo de servicio Internet que incluye el servicio besteffort, y la reserva de recursos para los servicios en tiempo real [RFC1633]. El usuario solicita de antemano los recursos que necesita; cada router del trayecto ha de tomar nota y efectuar la reserva solicitada.

– Differentiated services (1997):

Este modelo permite asignar diferentes niveles de servicio a diferentes usuarios de Internet. El usuario marca los paquetes con un determinado nivel de prioridad; los routers van agregando las demandas de los usuarios y propagándolas por el trayecto. Esto le da al usuario una confianza razonable de conseguir

Para la implementación QoS, Cisco nos brinda 4 posibilidades diferentes:

Configuración por CLI.

Permite configurar manualmente interfaz por interfaz las opciones de QoS.Es un método poco escalable.

Configuración por MQC.

Permite una configuración modular de QoS a partir de la definición de clases y políticas.Es la opción para la configuración detallada de QoS en dispositivos Cisco IOS en la actualidad.

AutoQoS VoIP.

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Permite de modo simple y rápido configurar requerimientos de QoS en redes que implementan VoIP.

AutoQoS Enterprise.

Implementión que en base a la operación de NBAR detecta hasta 10 tipos diferentes de tráfico que atraviesan enlaces WAN. Disponible a partir de Cisco IOS 12.3(7)T.

Entre las herramientas que ofrece Cisco IOS para la implementación de QoS utilizando MQC, se cuenta con:

Clasificación de tráfico:ACLNBAR.

Marcado de tráfico:DSCPIP Precedence.CoS (802.1P, ATM, EXP-MPLS, CLP).

Administración de congestión:FIFOPQRRWRRCQWFQCBWFQLLQ

Control de congestión:REDWRED

Policing:CAR1Rate/1Bucket.1Rate/2Bucket.2Rate/2Bucket.

Shapping:Average.PeakFRTS

Eficiencia de enlaces:Compresión de payload (Predictor, Stacker).Compresión de encabezados (cRTP; TCP).

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Fragmentation.Interleaving.

Configuración de equipos para QOS

Administración de la congestión-FIFO, primero que entra primero que sale-Enviar a una cola priorizada

Administración de colas-Mantener espacio libre en cola para paquetes prioritarios-Desechar paquetes con menor prioridad

Eficiencia del enlace-Fragmentación de paquetes e introducción de fragmentos de paquetes prioritarios.-Desechos de over head

Políticas y Formas de tráfico-Definición del ritmo de transferencia entre host-Desecho de paquetes del host de mayor velocidad

Configuración de un Router y Switch con QSO

Configuración del Router Configuracion de un Switchehostname MEXline console 0enable secret classpassword ciscologinline vty 0 4password ciscologinendbanner motd #***Acceso Restringido#service passservice password-encryption

switch eigrp 1network 10.1.1.4 0.0.0.3network 192.168.1.32 0.0.0.15no autono auto-sumaryexit

class-map match-all criticosmatch protocol eigrexitclass-map match-all medios

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int fa0/0ip add 172.16.1.1 255.255.255.252desc "LAN"no shexitint s0/0/1ip add 10.1.1.6 255.255.255.252desc "MEX->QRO"no sh

router eigrp 1network 10.1.1.4 0.0.0.3network 192.168.1.32 0.0.0.15no autono auto-sumaryexit

class-map match-all criticosmatch protocol eigrexitclass-map match-all mediosmatch protocol sshmatch protocol telnetexitclass-map match-all bajosmatch protocol httpmatch protocol pop3match protocol smtpexitpolicy-map politicamarcadoclass criticoset precedence 7exitclass mediosset precedence 5exitclass bajosset precedence 3exitinterface s0/0/0service-policy output polimarcadoexit

match protocol sshmatch protocol telnetexitclass-map match-all bajosmatch protocol httpmatch protocol pop3match protocol smtpexitpolicy-map politicamarcadoclass criticoset precedence 7exitclass mediosset precedence 5exitclass bajosset precedence 3exitinterface s0/0/0service-policy output polimarcadoexit

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Definición de QoS (1)

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