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Grupo de investigaciónEn Telecomunicaciones
Calidad del servicio en Internet
Jhon Jairo Padilla AguilarJhon Jairo Padilla [email protected]
Grupo de investigaciónEn Telecomunicaciones
Conceptos Básicos
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Qué es una Internet?Grupo de investigación
Qué es una Internet?En Telecomunicaciones
Es una red de redes
WANLAN1
LAN 2WAN2
WANLAN1 WAN1
WAN3
LAN3
WAN3
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
LAN3
Cómo se comunican las redes
Grupo de investigación
entre sí?En Telecomunicaciones
A través de un elemento denominado Router
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Grupo de investigaciónEn Telecomunicaciones
Cómo f ifunciona Internet?Internet?
Es una red de conmutación de paquetes
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Cómo funciona un Router?Grupo de investigaciónEn Telecomunicaciones
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Internet puede
Grupo de investigación
congestionarseEn Telecomunicaciones
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
La arquitectura de protocolos
Grupo de investigación
TCP/IPEn Telecomunicaciones
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Grupo de investigaciónEn Telecomunicaciones
Problemas a solucionar
1. Aplicaciones de tiempo realp p2. Control de Congestión con
TCPTCP
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
1. Aplicaciones de tiempo
Grupo de investigación
realEn Telecomunicaciones
• Tienen requerimientos de retardo muy exigentes
• Si el retardo supera cierto límite losSi el retardo supera cierto límite, los datos del paquete ya no serán útiles
• Ejemplo: Aplicación “Audio-streaming”
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Ejemplo: Audio-streamingGrupo de investigación
j p g
En Telecomunicaciones
• La voz es enviada en paquetes por la fuente hacia la redla red
• Cada paquete experimenta un retardo diferente en la red (tiempo entre paquetes varía)
• Delay jitter: variación en el retardo de los paquetes (max. Retardo – min. Retardo)
• La variación del retardo produce distorsión en la• La variación del retardo produce distorsión en la voz
• Solución común: uso de un buffer suavizador ( l b k i t ( ff t d ti ) l b k(playback point (offset de tiempo), playback applications)
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Distribución del retardo y
Grupo de investigación
variación del retardoEn Telecomunicaciones
Densidad de Probabilidad
Retardo promedio
Tiempo de transferencia
paquetes perdidos oE t d t d
p
Variac.retardo
d
Min.
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Entregados tardeMax. retardo
Curvas de retardo para diferentes servicios
Grupo de investigación
diferentes serviciosEn Telecomunicaciones
Densidad de Probabilidad Densidad de ProbabilidadDensidad de Probabilidad Densidad de Probabilidad
Tiempo de retardo Tiempo de retardo
Servicios de t real Servicios interactivos
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Posible Solucion: Uso del buffer suavizador
Grupo de investigación
buffer suavizadorEn Telecomunicaciones
Salida en la fuente
Llegada en el receptor
Salida hacia el dispositivo
Offset fijo de tDesde salida original
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
g
Limitantes de la solución con
Grupo de investigación
buffer suavizadorEn Telecomunicaciones
• Los paquetes que demoran menos que el retardo máximo se almacenan y sacan en el momento yadecuado (offset)
• Los paquetes que superan el tiempo de offset ya no pueden ser usados para reconstruir la señal
• Debe escogerse apropiadamente el tiempo de offset:– La red debe dar a conocer el máximo retardo de un
paquete a la aplicación (acuerdo de servicio)paquete a la aplicación (acuerdo de servicio)– La aplicación debe estimarlo con base en estadísticas de
paquetes anteriores
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
MBoneGrupo de investigación
MBoneEn Telecomunicaciones
• MBone fue una red experimental multicast puesta a punto en 1993
• Se realizaron experimentos deSe realizaron experimentos de transmisión de video (reuniones IETF, lanzamientos de naves espacialeslanzamientos de naves espaciales, operaciones en pacientes)
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Lecciones de MBoneGrupo de investigación
Lecciones de MBoneEn Telecomunicaciones
• Las aplicaciones de tiempo real no trabajan bien sobre Internet (retardo variable y pérdidas por congestión)congestión)
• Muchas aplicaciones de tiempo real trabajan sobre UDP y no reaccionan ante la congestión como TCP
• Las pérdidas de paquetes grandes durante la congestión no permiten el uso de estas aplicacionesaplicaciones
• Ciertas aplicaciones de t real han incorporado lazos de realimentación cerrados y pueden adaptarse a condiciones cambiantes pero trabajan en rangoscondiciones cambiantes, pero trabajan en rangos limitados de cambios
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Lecciones de MBoneGrupo de investigación
Lecciones de MBoneEn Telecomunicaciones
• El mal uso del multicast puede causar grandes interrupciones a una gran porción de Internetp g p
• Aplicaciones como video digital son capaces de generar una alta tasa de tráfico. En los 90’s subió hasta saturar algunos backbones.
• La debilidad en el control explícito de tráfico dentro de la red puede causar que las aplicaciones basadas en UDP se apoderen del ancho de banda de las aplicaciones basadas en TCP cuando compiten poraplicaciones basadas en TCP cuando compiten por dicho recurso (TCP reduce su envío de paquetes durante congestión y UDP no tiene esta característica.
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
du a e co ges ó y U o e e es a ca ac e s ca
2. Control de Congestión en TCP
Grupo de investigación
TCPEn Telecomunicaciones
• Una comunicación puede volverse lenta por dos razones:– Por sobrecarga en la memoria del receptor– Por congestión en la red
U R t ti d t• Un Receptor mantiene dos ventanas:– Ventana del receptor
Ventana del transmisor– Ventana del transmisor• El transmisor envía el número de octetos menor
entre los indicados por las dos ventanas:entre los indicados por las dos ventanas:– Si el Rx indica “Enviar 8K”, pero la ventana de
congestión dice que no se puede más de 4K, el
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internettx enviará sólo 4K (Y viceversa).
Algoritmo de control de
Grupo de investigación
congestiónC id “Sl St t” (J b 1988)En Telecomunicaciones• Conocido como “Slow Start” (Jacobson 1988)
• Procedimiento:1 Al establecer una conexión el Tx inicia la ventana de1. Al establecer una conexión, el Tx inicia la ventana de
congestión al segmento máximo permitido.2. El Tx envía un segmento máximo3 Si no hay vencimiento de temporizador de confirmación la3. Si no hay vencimiento de temporizador de confirmación, la
proxima vez se duplica el valor de la ventana de congestión (crecimiento exponencial)
4 Si hay vencimiento del temporizador o se alcanza el tamaño de4. Si hay vencimiento del temporizador o se alcanza el tamaño de la ventana del receptor o un valor “threshold”, la ventana se incrementará pero en pasos de 1 segmento (crecimiento lineal).
5. Al ocurrir un vencimiento del temporizador, el valor de threshold p ,se coloca el la mitad de la ventana de congestión y la ventana de congestión se reinicia en 1 segmento. Se vuelve al paso 3.
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Ventana de CongestiónGrupo de investigación
g
En Telecomunicaciones
Ventana de congestión (KB)Ventana de congestión (KB)
threshold
threshold
Número
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internetde transmisiones
Grupo de investigaciónEn Telecomunicaciones
Evolución de las redes y el concepto de Calidad del
S i iServicio
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Años 70’sGrupo de investigación
Años 70 s
U d l i iEn Telecomunicaciones• Una red con un solo servicio• Recursos de red: fijosj• Red Invariante temporalmente (no
cambia su estructura o topología)cambia su estructura o topología)• Tecnología de conmutación: circuitos
(analógicas)(analógicas)• Uso de redes digitales: Telegrafía• Redes de difusión: Radio, TV
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Años 70’sGrupo de investigación
Años 70 s
Ti d i i t tEn Telecomunicaciones• Tipos de comunicaciones: punto-punto, punto-multipuntoG tió d t li d S i i /R d• Gestión descentralizada por Servicio/Red
• Problemáticas de dimensionado: Bloqueo de l dla red
• Solución: Teoría de Colas (modelo voz: P i )Poisson)
• Calidad del servicio:– Fija– No hay tipos de usuarios
T ifi ió l d t áfi tiJhon J. Padilla A.-QoS en Internet
– Tarificación por volumen de tráfico o por tiempo
Años 80’sGrupo de investigación
Años 80 sEn Telecomunicaciones• Una red con múltiples servicios
• Recursos ofrecidos al usuario: invariantes en el tiempoS i i b d t ió d i it (ISDN• Servicios basados en conmutación de circuitos (ISDN-banda estrecha)
• Servicios basados en conmutación de paquetes (IP)Servicios basados en conmutación de paquetes (IP)• Algoritmos de encaminamiento de paquetes (Costo
mínimo)– Pto-pto: camino mínimo mediante teoría de grafos– Pto-multipunto: árbol que minimice el costo (árbol de
ió )expansión)• Todas las soluciones usan teoría de grafos
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Años 80’sGrupo de investigación
Años 80 s
C lid d d l i iEn Telecomunicaciones• Calidad del servicio:– Se consideran aspectos como:
R (BW)• Recursos (BW)• Tiempo (Retardos)• Integridad (Pérdidas)g ( )
– Conmutación de circuitos: ISDN-Banda estrecha, QoS fija, redes con posibilidad de bloqueo
– Conmutación de paquetes: Uso de IP, QoS proporcional al número de usuarios activos que utilizan el sistema no hay bloqueo hayutilizan el sistema, no hay bloqueo, hay congestión.
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Años 80’sGrupo de investigación
Años 80 sEn Telecomunicaciones• La congestión se controla con el
control reactivo de TCP (algoritmo ( gslow-start)
• Modelos de tráfico: Poisson• Modelos de tráfico: Poisson• Gestión de la red:
– Cx de circuitos: igual– Cx de paquetes: No hay gestión– Cx de paquetes: No hay gestión
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Años 90’sGrupo de investigación
Años 90 s
U d últi l i i Q SEn Telecomunicaciones• Una red con múltiples servicios con QoS• Diferenciación de flujos y de usuarios• Tecnología ATM tanto para conmutación de
circuitos como de paquetes• Arquitectura IP con QoS:
– Plano de usuario (Info. De usuario)– Plano de señalización (Info. De Señalización)– Plano de gestión (Info. De operación y
t i i t d l d)mantenimiento de la red)
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Años 90’sGrupo de investigación
Años 90 sEn Telecomunicaciones• Políticas de planificación: reglas para
asignación de recursos a los usuarios según los parámetros de QoS (criterios de justicia-Fairness, criterios de satisfacción- Welfare)
Welfare ftpWelfare p
Video bajo demanda
Jhon J. Padilla A.-QoS en InternetBW
Grupo de investigaciónEn Telecomunicaciones
Soluciones de QoS
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
1. Arquitectura de servicios
Grupo de investigación
IntegradosH l l iEn Telecomunicaciones• Hay una sola clase por usuario
• Se crea un circuito virtual por usuario y por fl jflujo
• Se usa RSVP como protocolo de ñ li ió t bl l i itseñalización para establecer el circuito
virtualU d t l d d i ió (CAC)• Uso de control de admisión (CAC)
• Ventajas: Sencillez en implementación• Desventajas: #Estados = # flujos (no es
escalable)
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1. Arquitectura de servicios
Grupo de investigación
IntegradosEn Telecomunicaciones
QoSa
QoSb
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
El protocolo RSVP: Reserva
Grupo de investigación
Punto a PuntoEn Telecomunicaciones
PATH
R2R3
PATH
R1 R3RESV
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El protocolo RSVP: Reserva
Grupo de investigación
Punto-MultipuntoEn Telecomunicaciones
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Componentes de un Router
Grupo de investigación
IntServEn Telecomunicaciones
QoS Routing Agent Admsion Control
Reservation setup AgentControlPlane
Resource Reservation Table
Flow Identification Packet SchedulerFlow Identification Packet Scheduler
Data Plane
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Identificación de flujosGrupo de investigación
Identificación de flujosEn Telecomunicaciones 0 0
H(i)( )
M
NTabla Hash
Tabla deResolución de
Tabla de estadoDe reservas
Tabla Hash colisiones
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Planificación de paquetesGrupo de investigación
p q
En Telecomunicaciones
Modelo de fluidos
Modelo PaquetizadoModelo Paquetizado
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2. Arquitectura de servicios
Grupo de investigación
DiferenciadosEn Telecomunicaciones • Se crea un conjunto reducido de clases
• Hay grupos de usuarios• Pocas clases (AF, EF, BF) manejadas por
prioridades• Ventaja: Escalable• Requiere:q
– Control de admisión (CAC)– Control de Policía (UPC, uso de parámetros)– Manejo de troncales con QoS mediante MPLS
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2. Arquitectura de servicios
Grupo de investigación
diferenciadosEn Telecomunicaciones
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Nodos Frontera y Nodos
Grupo de investigación
InterioresEn Telecomunicaciones• Funciones nodos frontera:
– Mapeo de los paquetes a una de las clases de retransmisión soportadas en la red.
– Asegurar que el tráfico está conforme al SLA li t ífipara ese cliente específico.
• Una vez los paquetes pasan los nodos frontera hacia el interior de la red, la asignación de recursos en los Nodos Interiores es hecha con base en las clases de retransmisión.
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Componentes de un nodo
Grupo de investigación
fronteraEn Telecomunicaciones
Remarker
Classifier Marker Meter Shaper
DropperDropper
Classification ConditioningConditioning
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Componentes de un Nodo
Grupo de investigación
FronteraEn Telecomunicaciones
Divide el flujo de paquetes entrante en múltiples grupos basándose en reglas predefinidas
Clasificador
FunciónElemento
Compara el flujo de tráfico de un cliente con su perfil de tráfico.Los paquetes que cumplen el perfil se dejan ingresar directo a la red.Los paquetes que no cumplen deben pasar por el acondicionamiento
Medidor (Meter)
en reglas predefinidas
Fija el campo DSCP (codepoint) a un valor particular. Así se incluye el paquete en una clase de retransmisión
Marcador (Marker)
Los paquetes que no cumplen deben pasar por el acondicionamiento (marking, shaping, dropping)
Un recortador no permite que el paquete pase hacia la red hasta queRecortador (Shaper)
el paquete en una clase de retransmisión.Los paquetes marcados como no conformes podrían ser desechados por la red ante congestión.
Desecha los paquetes no cumplientes con el perfil de tráficoDesechador (Dropper)
Un recortador no permite que el paquete pase hacia la red hasta que cumpla con el perfil de tráfico (retarda los paquetes)
Recortador (Shaper)
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ClasificaciónGrupo de investigación
ClasificaciónEn Telecomunicaciones
Dirección fuente
Y1100
Bit map P2P2=AND(Y3,X4)=011
A
C
Y1
Y2Y3 P1 P2
100
101111
prioridad
BY3
Y4Y5
111
110010
Di ió d i
Y5010
Dirección destinoX1 X2 X3 X4 X5
Bit map 100 110 010 011 001
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Parámetros de QoSGrupo de investigación
Parámetros de QoSEn Telecomunicaciones
Tasa máxima a la que se enviarán las celdasPCRTasa celdas pico
SignificadoSiglasParámetro
Tasa celdas mínima aceptableMCRT ld í
Tasa de celdas promedio a largo plazoSCRTasa celdas sostenida
Fluctuación de retardo máxima aceptable en las celdas
CVDTTolerancia de variac. De retardo celdas
Tasa celdas mínima aceptableMCRTasa celdas mín.
Tiempo que lleva la entrega (medio, máximo)CTDRetardo transf.celda
Fracción de celdas que se pierden o entregan muy tarde
CLRTasa perdida celdas
Fracción celdas entregadas sin errorCERTasa errores celdas
Variación tiempo de entrega de celdasCDVVariac.retardo celda
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
CERTasa errores celdas
Parámetros de QoSGrupo de investigación
Parámetros de QoSEn Telecomunicaciones Tasa de bits
PCR
MBS
PCRMBS:MaximumBurst Size;C á t ti
SCRCuánto tiempo sePuede trabajarPor encima del
MCRSCR
tiempo
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Token BucketGrupo de investigación
Token BucketEn Telecomunicaciones
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Dual token algorithmGrupo de investigación
Dual token algorithmEn Telecomunicaciones
Rojo
Amarillo
Rojo
PIR/PCB CIR/CBS Verde
Token bucketP
Token bucketC
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ConcluyendoGrupo de investigación
ConcluyendoEn Telecomunicaciones
Burda (sólo 3 tipos deFinaAdaptación a caract
Servicios Diferenciados
Servicios IntegradosCaracterística
Burda (sólo 3 tipos de servicios)
FinaAdaptación a caract. Usuarios (granularidad)
Escalable (número de usuarios muy alto)
No es escalable(número moderado de usuarios)
Escalabilidad
Backbone de InternetRedes de Acceso (LAN, Celulares, Operadores fijos
Tipos de Redes
p jlocales)
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Tendencias complementariasGrupo de investigación
p
C LEn Telecomunicaciones• Cross Layer
• MPLS e ingenieríade tráfico
Jhon J. Padilla A.-QoS en Internet
Grupo de investigaciónEn Telecomunicaciones
Gracias!
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