Concepto de Flujo en QoS

Un flujo en QoS es una secuencia de datagramas generada por una acción del usuario que requiere la misma calidad de servicio. Generalmente, es simplex (unidireccional) y representa la entidad más pequeña a la que los routers pueden aplicar QoS. Por ejemplo, una videoconferencia consta de cuatro flujos: dos en cada dirección, uno para audio y otro para video.

Servicios de QoS

Best Effort Service (BE)

• Trata todo el tráfico de manera uniforme, sin diferenciar flujos o paquetes.
• No garantiza ningún SLA (Acuerdo de Nivel de Servicio).
• En caso de congestión, los retardos y pérdidas aumentan sin control.

Integrated Services (IntServ)

• Desarrollado por IETF.
• Reserva recursos para cada flujo en todo el camino.
• Orientado a conexión.
• Cada router del trayecto guarda el estado de la reserva.
• Requiere un protocolo de señalización como RSVP.
• IntServ no modifica los protocolos existentes y RSVP solo señaliza la reserva.
• Es poco escalable y se usa principalmente en videoconferencias.

Differentiated Services (DiffServ)

• Responde a las críticas de escalabilidad de IntServ.
• RFC 2475, 2638.
• Clasifica el tráfico en pocas clases.
• Los routers de ingreso marcan los paquetes con un codepoint en la cabecera IP.
• DiffServ mapea el codepoint a un PHB (Per Hop Behavior) en cada nodo.
• PHB define el tratamiento del paquete en términos de scheduling y gestión de cola.
• El mapeo codepoint ↔ PHB es configurable.
• No es sensible a los requisitos de un flujo individual.

Clasificación y Marcado

Elementos

• Clasificación/Marcado: Distinguir entre flujos.
• Ejemplo: Teléfono IP a 1Mbps compartiendo enlace de 1.5Mbps con FTP.
• Las ráfagas de FTP pueden congestionar el enlace y afectar el audio.
• Se necesita priorizar el audio sobre el FTP.

Los routers deben distinguir el tráfico de diferentes clases y aplicar políticas distintas mediante packet marking, generalmente en la entrada de la red.

Identificación/Clasificación de Flujos

• En IPv4 (capa 3), la clasificación se realiza por:
  • Dirección IP de origen y destino.
  • Protocolo de transporte (TCP o UDP).
• Puede incluir parámetros de nivel de transporte (puertos).
• Los fragmentos IP pierden la cabecera de nivel 4 y se tratan como best effort.

Marcado/Coloreado

• Marcar el paquete como perteneciente a un flujo o clase.
• Basado en la clasificación.
• Simplifica la clasificación posterior.
• En IPv4, se usan los bits de TOS (renombrados para DiffServ).
• En trama 802.1Q, se usan los bits de prioridad.
• En celda ATM, se usa el bit CLP.

¿Dónde = Quién?

Preferiblemente en los extremos (edge) de la red o en los generadores de paquetes (ej. Teléfono IP).

Policing and Shaping

Elementos

• Traffic shaping y policing: Marcar, descartar o retrasar el tráfico en exceso.
• ¿Qué sucede si las aplicaciones no se comportan como deben?
• Ejemplo: La aplicación de audio envía más de lo previsto.
• Se necesita forzar a las fuentes a comportarse según lo acordado.

Forzar a una clase de tráfico a comportarse dentro de lo contratado: policing (típicamente en la entrada).

Policing

• Objetivo: Limitar el tráfico en la entrada para que no exceda lo declarado.
• Se aplica a un flujo o agregado de flujos.
• Los paquetes que exceden lo contratado (nonconforming) se descartan o marcan (conditional marker).
• No introduce delay o jitter adicional al tráfico aceptado.
• Características del tráfico:
  • Tasa media (a largo plazo).
  • Tasa de pico.
  • Tamaño máximo de ráfaga: máximo número de paquetes a tasa de pico.

Token Bucket

• One-rate token bucket policer:
• Tasa de llegada de tokens R.
• Tamaño máximo del cubo de tokens B.
• Llega un paquete de tamaño b.
• ¿Hay al menos b tokens en el cubo?
  • Sí: paquete conforme. Se retiran b tokens del cubo.
  • No: paquete no conforme. Se descarta o marca.
• No retrasa el tráfico, el buffer es para los tokens.

srTCM

• Single rate Three Color Marker (RFC 2697):
• Dos Token Buckets (inicio llenos).
• Parámetros:
  • CIR: Committed Information Rate.
  • CBS: Commited Burst Size.
  • EBS: Excess Burst Size.
• “Rojo” excede el CIR y ráfaga de CBS+EBS.
• “Amarillo” excede CIR y ráfaga de CBS.
• Color-aware: Si los paquetes vienen marcados, el amarillo entra directamente a la comprobación del regulador de cubo E.

trTCM

• Two rate Three Color Marker (RFC 2698):
• Dos Token Buckets (inicio llenos).
• Parámetros nuevos:
  • PIR: Peak Information Rate.
  • PBS: Peak Burst Size.
• “Rojo” excede el PIR y ráfaga de PBS.
• “Amarillo” excede el CIR y ráfaga de CBS.
• Color-aware: Si los paquetes vienen marcados, no se puede “mejorar” de clase.

Shaping

• Los paquetes que exceden no se descartan, sino que se encolan.
• Introduce delay y jitter.
• Permite adaptar el tráfico a diferentes velocidades en los extremos de una red.
• Policing es similar a Shaping con buffer nulo.

Connection Admission Control (CAC)

• Control de Admisión de Conexiones.
• Durante el establecimiento de la conexión.
• Acciones para determinar si se permite o no la conexión.
• Puede rechazar conexiones aunque haya capacidad suficiente para asegurar BW para otras de mayor prioridad.
• Apropiado para flujos RT (tiempo real) en lugar de control de congestión.
• Protege al tráfico RT del tráfico RT.
• Sencillo para flujos CBR (Constant Bit Rate) que requieren QoS.
• Con flujos VBR (Variable Bit Rate) necesita caracterización estadística del agregado.
• Puede permitir un grado de sobresubscripción para flujos VBR.

CAC para IP: Taxonomía

Endpoint measurement-based CAC

• Las decisiones son tomadas por las aplicaciones extremo.
• Se basan en medidas del tráfico a los destinos.
• Monitorización activa: se envían paquetes “sonda” para medir las características del camino.
• Monitorización pasiva: miden las características de flujos ya presentes entre esos extremos.
• Problema: medidas pasadas pueden no ser un buen indicador de prestaciones futuras.
• No muy extendido.

On-path network signaled CAC

• Los nodos en el camino de los datos son responsables del CAC.
• Requiere que la señalización emplee el mismo camino que los datos.

Off-path CAC

• La señalización puede llevar un camino diferente a los datos.
• Puede ser mediante “bandwidth managers”.