clase 01 - qos en redes multeservicios version2
TRANSCRIPT
1
Aplicaciones TCP/IP
Bibliografía
Comunicaciones y Redes de Computadores.
Williams Stallings, 6° edición – capitulo 11
Redes de Computadores. Fred Halsall, 5° edición
- capitulo 1
The Competitive Internet Service Provider
Oliver Heckman
2013
Tipos de datos y su características
2
Texto Texto sin formato Texto con formato Hipertexto
Imágenes Generadas por computadora Digitalizadas
Video En tiempo real Bajo demanda
Audio En tiempo real Bajo demanda
Por las redes se transmiten cuatros tipos básicos de datos.
Aplicaciones en Internet
3
Generación de información de la aplicación
Tipos de datos y sus características
texto imágenes Audio video
Generados digitalmente Generados o convertidos en formato digital
Compresión de imágenes y de texto
Transmitidos en modo bloque
(Ráfagas)
Compresión de audio y video
Transmitidos en modo continuo
Flujo de datos multimedia integrado
4
Objetivos de la Asignatura
5
El estudiante, al terminar el curso, tendrá conocimiento
de los problemas que se presentan en la Internet actual
y de las herramientas adecuadas para su solución.
Que el alumno tenga un conocimiento unificado del
amplio campo que abarca la transmisión de información
multimedia en Internet.
También aprenderá los principios básicos de las
arquitecturas de red para la realización de ingeniería de
tráfico en redes IP.
Temario
6
Requerimientos de QoS y SLA
Introducción a los mecanismos de QoS y arquitecturas
Implementación de Diffserv
Tecnologías de red para implementación de QoS IP
Protocolos para transmisión multimedia
Redes multimedia Servicios de audio y video
Telefonía IP (VoIP)
Ruteo VoIP interoperabilidad entre Telefonía IP y PSTN
7
Parte 1 QoS para redes multiservicio
Bibliografía
Comunicaciones y Redes de Computadores.
Williams Stallings, 6° edición – capitulo 11
Redes de Computadores. Fred Halsall, 5° edición
- capitulo 1
The Competitive Internet Service Provider
Oliver Heckman
2013
QoS de la red
8
QoS de la red se define como un comportamiento bien definido y
controlable de un sistema respecto a parámetros cuantitativos
Los parámetros de operación de un canal de comunicaciones digital
a través de una red se conocen como parámetros de calidad de
servicio de la red (QoS, Quality of Service) .
Determinan de forma colectiva la adecuación del canal para ser usado
en una aplicación en particular.
Eficiencia y Calidad de Servicio
9
cos
trafico transportadoEficiencia dela red
tos
Se puede definir eficiencia como un funcionamiento eficaz medido
en comparación con costos
En este contexto podemos definir eficiencia como:
Maximizar eficiencia si trafico = constante reducir costo
Problema de optimización
Eficiencia y Calidad de Servicio
10
Dependiendo del nivel de abstracción, el trafico puede ser medido por
El volumen de trafico transportado por la red
El numero de flujos o sesiones trasportadas por la red
El numero de clientes servidos
El costo puede ser monetario o no monetario
Costo de alquiler de líneas
Tarifas de interconexión
Costo de hardware
Costo de personal operativo y administrativo
11
Heckman p5
Comparación entre eficiencia de la red y calidad de servicio
Ejemplo
Varios usuarios comparten un enlace de 1 Mbps.
Cada usuario alterna entre periodos de inactividad (genera
datos a 100 Kbps)
Actividad 10% del tiempo.
Hacer:
Análisis para conmutación de circuitos
Análisis para conmutación de paquetes
12
Conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos
Enlace de 1 Mbit.
Cada usuario:
100 kbps cuando se encuentra “activo”.
Activo el 10% del tiempo.
Conmutación de circuitos:
10 usuarios.
Conmutación de paquetes:
Con 35 usuarios, probabilidad > 10 activos menos de 0,004.
La conmutación de paquetes permite que la red tenga más usuarios.
N usuarios
Enlace de 1 Mbps
Conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos
Apto para datos a ráfagas:
Compartir recursos.
Más sencillo, sin establecimiento de llamada.
Congestión excesiva: retardo y pérdida del paquete.
Se necesitan protocolos para una transferencia de datos fiable, control de la congestion.
P: ¿Cómo proporcionar una actuación de circuito?
El ancho de banda garantiza lo necesario para aplicaciones de audio/vídeo.
Un problema aún por solucionar
¿Es la conmutación de paquetes la solución definitiva?
Enfoque y espacio de estudio
15
Arquitectura de la red del INSP
Arquitectura de QoS Arquitectura de ruteo Arquitectura de señalización Arquitectura de seguridad
Interconexión
Interconexión entre INSP
Trafico e ingeniería de trafico Resolver problemas de cuellos de botella, Resolver problemas de retardos significativos Actualizar topologías y capacidades de la red
16
Funcionamiento de las Redes Interconectadas
Actualmente existen nuevas demandas de tráfico producido por las
aplicaciones cliente-servidor, Web, aplicaciones en tiempo real de voz
y vídeo, aplicaciones multimedia etc.
El número de dispositivos conectados duplicará a la población mundial y se consumirán 1 millón de minutos de vídeo por segundo (2015)
El creciente número de dispositivos conectados
Más usuarios de Internet.
Mayor velocidad de la banda ancha.
Más vídeo
No sólo es necesario aumentar la capacidad de la red, sino que se
necesitan nuevos métodos de:
Gestión del tráfico
Control de congestión
Se requiere tener capacidad de soportar una gran diversidad de
tráfico con gran variedad de requisitos en cuanto a calidad de
servicios (QoS) dentro de una arquitectura TCP/IP.
17
Tráfico en Internet Tráfico elástico.
El tráfico elástico es el que se puede ajustar a cambios en el
retardo y rendimiento a través de un conjunto de redes,
satisfaciendo las necesidades de sus aplicaciones.
Este es el tráfico tradicional admitido por las redes TCP/IP , usando como protocolo de transporte el TCP y el UDP.
En el caso de UDP la aplicación utilizará tanta capacidad como haya disponible compatible con la velocidad de la aplicación que genera los datos.
En el caso de TCP la aplicación utilizará tanta capacidad como haya disponible hasta la máxima velocidad de datos que el receptor pueda aceptar.
Las aplicaciones que generan tráfico elástico son FTP, SMTP, TELNET, SNMP y HTTP.
18
Tráfico en Internet Tráfico no elástico
El tráfico no elástico NO se adapta fácilmente a los cambios
en el retardo y el rendimiento a través de un conjunto de
redes.
El principal ejemplo es el tráfico en tiempo real que requiere las siguientes necesidades:
Rendimiento: Requiere un rendimiento mínimo.
Retardo: Un ejemplo de aplicación sensible al retardo es el negocio de acciones en bolsa.
Variación del retardo: La magnitud de variación del retardo, llamada jitter, es un factor crítico en las aplicaciones en tiempo real.
Pérdida de paquetes: Las aplicaciones en tiempo real varían dependiendo de la cantidad de paquetes perdidos. Si es que pueden sufrir pérdidas de paquetes
El caudal depende del tipo de red y tiene un valor nominal máximo, que no se puede superar en ningún caso.
Pero además, la red no ofrece el mismo caudal real si se le ofrece poco tráfico o si se le ofrece mucho.
19
Congestión en redes TCP/IP
1. trafico teórico
2. trafico real sin control de congestión
3. trafico real con control de congestión
Vemos que el retardo no aumenta linealmente, sino que el aumento de éste es mayor que el aumento de tráfico ofrecido.
QoS en redes de conmutación de circuitos
20
Los parámetros asociados con un canal de tasa de bits constante que
se establece a través de una red de conmutación de circuitos incluye:
La tasa de bit. Ancho de banda
La tasa promedio de bits erróneos (BER). Probabilidad de que
un bit binario se corrompa durante su transmisión a través del
canal, en un cierto intervalo de tiempo definido
El retardo de transmisión. Tiene en cuenta los retardos que se
producen en los dispositivos de red y de propagación, también de
los codecs y es independiente de la tasa de bits
QoS en redes de conmutación de paquetes
21
Los parámetros de QoS asociados con una red de conmutación de
paquetes incluyen:
El tamaño máximo del paquete
La tasa promedio de transferencia de paquetes
La tasa promedio de paquetes erróneos
El retardo promedio de transferencia de paquetes
El jitter en el peor caso (variación del retardo)
El retardo de transmisión
El QoS de la red define lo que esta disponible, no lo que requiere la
aplicación.
Cuatro fuentes de retardo de paquetes
1. Procesamiento del nodo:
Comprueba errores de bit.
Determina la salida del enlace.
A
B
Propagación
Transmisión
Procesamiento nodal Encolado
• 2. Encolado:
Tiempo de espera para un enlace de salida para la transmisión.
Depende del nivel de congestión del router.
Retardo en redes de conmutación de paquetes
3. Retardo de transmisión:
R=ancho de banda del enlace (bps).
L=longitud del paquete (bits).
Tiempo de envío de bits hacia el enlace = L/R.
4. Retardo de propagación:
d = longitud del enlace físico
s = media de velocidad de
propagación (~2x108 m/sec)
Retardo de propagación=d/s
A
B
Propagación
Transmisión
Procesamiento
del nodo Encolado
Retardo del nodo
dproc = retardo de proceso
Normalmente unos pocos microsegundos o menos.
dcola = retardo de cola
Depende de la congestión.
dtrans = retardo de transmisión
= L/R, significativo para enlaces de baja velocidad.
dprop = retardo de propagación
Desde unos pocos microsegundos hasta cientos de milisegundos.
proptranscolaprocnodal ddddd
Retardo de cola
R = ancho de banda del enlace (bps).
L = longitud del paquete (bits).
a = media de tasa de llegada del paquete.
Intensidad de tráfico = La/R
• La/R ~ 0: media de retardo de cola pequeño.
• La/R -> 1: aumentan los retardos.
• La/R > 1: Llega más “trabajo” del que puede servirse, media de retardo infinita!
Media de retardo de cola
26
Parámetros de medición de QoS Retardos en la transmisión
tanp
dis ciat
velocidad 2 pRTT t
Routing Delays T
ime
Source Destination
transmission
time
propagation
time
Source DestinationRouter
detail
router
delay
(a) (b)
Delay Components in Forwarding
Input port
First bit received
Last bit received
First bit transmitted
Last bit transmitted
Switch fabric traversal delay = ts
Output port
Switch fabric
Transmission delay = OxtTransmission delay = Oxt
Forwarding decision delay = tf
Fwd decision
queuing delay
Fabric traversal
queuing delay
Transmission
queuing delay
Reception delay = IxtReception delay = Ixt
Time
Parámetros de medición de QoS
Jitter - Amortiguamiento en el receptor (buffer)
29
Retardo máximo admitido
tiempo
Tn
Retardo de amortiguación “óptimo”
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
El buffer debe tener la capacidad de neutralizar el jitter de la red
Flujo de salida tasa de bit constante
Retardo promedio
Flujo de entrada tasa de bit constante
Tp retardo de empaquetado
Tn retardo promedio
Tb retardo almacenamiento
Tb
Tp
Delay Jitter
8 7 6 5 4 3 2 1
Packets departing sourceSource Receiver
Network
8 6 7 5 3 4 2 1
Packets arriving at receiver
Time when packet departed (ms)
Packet
nu
mb
er
1
0
2
3
5
4
6
7
8
20 40 60 80 100120
140160
Packet
nu
mb
er
1
0
2
3
5
4
6
7
8
20 40 60 80 100120
140160
Transit delay experienced (ms) Time when packet arrived (ms)
1
0
2
3
5
4
6
7
8
20 40 60 80 100120
1
0
2
3
5
4
6
7
8
20 40 60 80 100120
1
0
2
3
5
4
6
7
8
20 40 60 80 100120
140160
180200
220240
260
1
0
2
3
5
4
6
7
8
20 40 60 80 100120
140160
180200
220240
260
Delayed Playout P
acket num
ber
1
2
3
4
5
6
7
8
Time [ms]0 20 40 60 80 10
012
014
016
018
020
0
Talk starts
First packet sent: t1 = 20
220
240
260
Packets
created
at source
Packets
arrived
at receiver
Missed
playout
q = 100 ms
Playout
schedule
r1 = 58 p1 = 120
Packet arrives at receiver
86753421
1 2 3 4 5 7 8
Packet removed from bufferTime spent
in buffer
Missed
playout
Time
Packet arrives at receiver
86753421
1 2 3 4 5 7 8
Packet removed from bufferTime spent
in buffer
Missed
playout
Time
Ejercicio 1
32
• Consider an internet telephony session, where both hosts use pulse code
modulation to encode speech and sequence numbers to label their
packets. Assume that the user at host A starts speaking at time zero, the
host sends a packet every 20 ms, and the packets arrive at host B in the
order shown in the table below. If B uses fixed playout delay of q = 210
ms, write down the playout times of the packets.
33
Ejercicio 2
34
• Considere la posibilidad de una sesión de telefonía por Internet en una red
donde los retardos de propagación observados varían entre 50-
200 ms. Supongamos que la sesión se inicia en el tiempo cero y ambos hosts
utilizan modulación por impulsos codificados para codificar la voz, donde los
paquetes de voz de 160 bytes se envían cada 20 ms. Además, ambos hosts
utilizan un retardo de reproducción fija de q = 150 ms. •
(a) Escribir los tiempos playout de los paquetes recibidos en una de las
máquinas, como se muestra en la tabla siguiente. •
(b) ¿Qué tamaño de búfer de memoria se requiere en el destino para guardar
los paquetes a los que se retrasó la emisión?
35
36
Ingeniería de tráfico
La calidad de servicio (QoS) es el rendimiento de extremo a
extremo de los servicios electrónicos tal como lo percibe el
usuario final.
Se denomina “ingeniería de tráfico”, a las técnicas que
permiten analizar el tráfico y diseñar tecnologías para ofrecer
servicios mejores y más predecibles, mediante:
Soporte de ancho de banda dedicado,
La mejora de las características de pérdida de paquetes,
El manejo y el control de la congestión en la red
Organizando y priorizando el tráfico
37
Parámetros típicos de los SLAs
Parámetro Significado Ejemplo
Disponibilidad Tiempo mínimo que el operador asegura que la red estará en funcionamiento
99.9%
Ancho de Banda Indica el ancho de banda mínimo que el operador garantiza al usuario dentro de su red
2 Mbps
Pérdida de paquetes
Máximo de paquetes perdidos (siempre y cuando 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
± 20 mseg
SLA (Service Level Agreement).
38
Jitter
Retardo Los datagramas que llegan después del retardo máximo se consideran perdidos
Retardomínimo
El retardo mínimo depende de las características físicas de la red
Relación entre la probabilidad de llegada de los datagramas y los parámetros de QoS
Pro
ba
bil
idad
Tiempo
Retardomáximo
39
Reducción del Jitter
La principal causa de de Jitter en redes IP es la congestión
Se puede reducir el jitter añadiendo un retardo adicional en
el lado del receptor. Por ejemplo con un retardo de 70 ± 20
ms se puede asegurar jitter 0 si se añade un retardo de 40
ms (90 ± 0 ms).
Para el retardo adicional el receptor debe tener un buffer
suficientemente grande.
En algunas aplicaciones no es posible añadir mucho retardo
pues esto reduce la interactividad. Ej.: videoconferencia,
telefonía por Internet
40
Requerimientos de Calidad de Servicio
de las aplicaciones
Tipo de aplicación Ancho de
Banda Retardo Jitter
Tasa de
Pérdidas
Interactivo (telnet,
www) Bajo Bajo
Medio/
alto Media1
Batch (e-mail, ftp) Alto Alto Alto Alta1
Telefonía Bajo Bajo Bajo Baja
Vídeo interactivo Alto Bajo Bajo Baja
Vídeo unidireccional
(streaming) Alto
Medio
/alto Bajo Baja
Frágil (ej.: emulación
de circuitos) Bajo Bajo
Medio/
alto Nula
1En realidad la aplicación requiere pérdida nula, pero esto lo garantiza el protocolo de transporte TCP
QoS de la aplicación (GoS)
41
Es el numero de variables de ingeniería de tráfico que proveen una
medida de la adecuación de un grupo de recursos a unas condiciones
especificas. Estas variables o requerimientos de una aplicación , podrían
ser para un sistema de espera:
La tasa de bit o tasa promedio de transferencia de paquetes
requerida.
El máximo retardo de inicio.
El máximo retardo entre extremos
La máxima variación del retardo o jitter
El máximo retardo de ida y vuelta
Acuerdo de nivel de servicio (SLA)
42
SLA: Service Level Agreement
Es un contrato entre usuario y el operador de la red.
Se definen los valores de los parámetros que tienen un significado
importante
Se escribe de manera que sea igualmente entendible tanto por el
usuario como por el operador de red
Es útil para poner en practica unos términos de acuerdo sin importar
las sutiles diferencias entre QoS y GoS
El SLA también define que hacer en caso de que los términos del
contrato sean violado
Requerimientos de un SLA
43
Retardo
Variación del retardo o jitter
Perdida de paquetes
Throughput
Disponibilidad del servicio
Preservación del trafico por flujos
Requerimientos de un SLA
44
Ejemplos:
Red para voip
Retardo 500 ms no apta
Retardo 200 ms optima
Retardo 50 ms sobredimensionada
Requerimientos de un SLA
45
Ejemplos:
Para una red con 100 ms en el peor de los casos
Se define una perdida de 0,01%
Casos:
1 paquete cada 100
10 Cada 1000
IPPM working group
46
IP Performance Metrics
RFC 2330 – Marco de trabajo del grupo
Define diferentes categorías de métricas:
Conectividad (RFC 2678).
Retardo en un sentido (RFC 2679).
Pérdida de paquetes en un sentido (RFC 2680).
Retardo de ida y vuelta (RFC 2681).
Patrón de pérdidas en un sentido (RFC 3357).
Variación del retardo (RFC 3393).
Quality of Experience QoE
47
Esta métrica define la percepción de la performance de la
aplicación, experimentada desde la perspectiva del usuario final.
Puede ser medida objetiva o subjetivamente
Subjetiva: es la percepción de la QoS por parte del usuario
Objetiva: se mide las características del flujo (stream) recibido, y
también el enviado.
QoS en Redes orientadas a la conexión
48
Características
Cada paquete va marcado con una etiqueta identificativa propia.
La etiqueta es modificada por cada conmutador por el que pasa el
paquete.
El conjunto de etiquetas y puertos por los que discurre un paquete
forman un camino extremo a extremo que denominamos un ‘circuito
virtual’.
Los circuitos virtuales permiten que diferentes usuarios, equipos,
aplicaciones, etc., compartan enlaces sin que sus paquetes se mezclen
(viajan ‘juntos pero no revueltos’).
La infraestructura se aprovecha mejor y los costos se reducen
Comparación de las redes de conmutación de
paquetes orientadas a conexión (CONS)
Red Apogeo Velocidad
típica
Paquete
máximo
Protecc.
errores
nivel de enlace
Orientado
a
X.25 1985-
1996
9,6 - 64
Kb/s 128 bytes
CRC del
paquete con
confirmación del
receptor
Datos
Frame
Relay 1992 - 64 - 2 Mb/s
8192
bytes
CRC del
paquete Datos
ATM 1996 - 34 - 155
Mb/s 53 bytes
CRC de
cabecera
solamente
Datos, voz
y vídeo
49
50
ATM Características
Servicio orientado a conexión, como Frame Relay
En vez de tramas, transmite celdas de tamaño fijo con una longitud de
53 bytes
Dos niveles jerárquicos para las conexiones:
VP, trayectos virtuales (Virtual Paths)
VC, canales virtuales (Virtual Channels)
Parecido a Frame Relay con más velocidad y muchas más posibilidades
de control de tráfico.
Soporta transmisión de datos y transmisiones en tiempo real tales
como Voz, video, imagen
52
Control de trafico y calidad de servicio
Los procedimientos de control de trafico y el encaminamiento sensible
a QoS son la base de ATM para ofrecer:
Garantía de QoS
Uso eficiente de recursos de red
Objetivo difícil (mecanismos de control de trafico complicados)
1. Caracterizar el trafico que entra en la red ATM
Trafico a ráfagas de una conexión flujo de células ATM
2. Caracterizar QoS
3. Algoritmos que, con 1. y 2. cumplen las funciones de control de
trafico
53
Categorías de Servicio ATM
Permite una cómoda clasificación de los contratos (SLA) más habituales
entre el usuario y el operador
Cada categoría define un conjunto de parámetros sobre el tráfico a
enviar por la red, que pueden ser:
Parámetros de tráfico: el usuario se compromete a no superarlos, la
red a satisfacerlos
Parámetros de Calidad de Servicio: la red se compromete a
cumplirlos.
Los parámetros se especifican para cada conexión y para cada sentido
(una conexión puede ser unidireccional).
Parámetros de Tráfico y Calidad de Servicio
54
Tráfico
Calidad de
servicio
PCR (Peak Cell Rate) y CDVT (Cell Delay Variation Tolerance): Máximo caudal que permite el VC y tolerancia (pequeña) respecto a este caudal
SCR (Sustainable cell rate) y BT (Burst Tolerance): Caudal medio máximo permitido y tolerancia a ráfagas (grande) respecto a este caudal
MCR (Minimum Cell Rate): Caudal mínimo que la red considera que puede asegurar en ese VC
Max. CTD (Maximum Cell Transfer Delay): máximo
retardo que puede sufrir una celda (si llega más tarde se considera perdida).
Peak-to-Peak CDV (Peak to Peak Cell Delay Variation): máxima fluctuación que puede sufrir el retardo en el envío de una celda. Equivalente al jitter.
CLR (Cell Loss Ratio): tasa máxima aceptable de celdas perdidas
55
Parametros de trafico en ATM según ATM Forum
PCR (Peak Cell Rate): Tasa de pico
Limita la tasa maxima de envio
Si PCR (celulas/seg) 1/PCR = separacion minima entre celulas permitida
MBS (Maximun Burst Size): Maxima longitud de rafaga
Limita el numero maximo de celulas seguidas, enviadas a tasa PCR
SCR (Sustainable Cell Rate): Tasa sostenible
Limita la tasa media transmitida
MCR (Minimun Cell Rate): Tasa minima
MCR
SCR
PCR
BT CDVT
Caudal Mínimo asegurado
Caudal medio permitido
Caudal máximo permitido
caudal
56
Peak-to-Peak CDV
Max CTD (Cell Transfer Delay) Celdas perdidas o entregadas demasiado tarde
Mínimo
El tiempo mínimo de transferencia depende de las características
físicas de la red
CLR
Parámetros de calidad de servicio (QoS) en ATM según ATM Forum
1 -
CLR (Cell Loss Rate): Probabilidad de perdida de células
Puede aplicar a todas las células de una conexión, o solo a aquellas
con bit P=0 (cabecera nivel ATM), es decir, de mayor prioridad
Si CLR aplicado solo a células con P=0, SCR es aplicado también solo a células con P=0
CTD (Cell Transfer Delay): Retardo de transito máximo
Si una célula llega con retardo > CTD, se considera perdida y, por tanto, cuenta para CLR
CDV (Cell Delay Variation): Variación del retardo de transito
Diferencia entre el retardo mínimo y el retardo máximo
57
El usuario, el operador y los tipos de conexiones ATM
CBR
Garantizan todos los parámetros de QoS y solo limitan la PCR
Opción preferible por los usuarios
Exigentes en cuanto a trafico enviado y QoS a cumplir (mas
consumo de recursos)
Opción que mas compromete al operador
(mas cara)
UBR
No garantizan ningún parámetro de QoS
Opción menos preferible por los usuarios
Menor consumo de recursos Opción que menos
compromete al operador (mas barata)
58
El usuario, el operador y los tipos de conexiones ATM
VBR.RT Igual que CBR en cuanto a QoS pero con asignación de
recursos mas ajustada con MBS SCR y PCR
ABR Aprovecha capacidad sobrante de CBR y VBR (gracias al control de flujo)
Si se clasifica según costo:
CBR o VBR-RT será para aplicaciones que realmente lo
necesiten (voz, videoconferencia, datos con prioridad)
ABR o UBR para las menos exigentes o menos importantes
(datos sin prioridad)
59
Servicio CBR (Constant Bit Rate)
• CBR utiliza caudal fijo. Para cada VC se reserva un caudal
determinado de forma estática, se use o no se use
• La mayoría de las aplicaciones no generan un caudal
completamente constante; con CBR hay que reservar el máximo
que se quiera utilizar, por lo que se desperdicia mucha
capacidad del enlace.
CBR1
CBR2
CBR2
CBR1
• • •
• • •
Capacidad del enlace
Capacidad reservada
no aprovechable
60
Servicio VBR (Variable Bit Rate)
• VBR permite un caudal variable (a ráfagas) con lo que mejora el aprovechamiento del enlace respecto a CBR.
• Hay dos variantes: VBR-rt (real time) y VBR-nrt (no real time)
• El usuario recibe garantías de QoS (especialmente en VBR-rt) por lo que la capacidad se reserva. Pero si no la emplea queda libre para que la utilicen otros servicios menos exigentes.
CBR
VBR
VBR
CBR
• • •
• • •
Capacidad no aprovechada
Capacidad del enlace
61
Servicio UBR (Unspecified Bit Rate)
• UBR intenta ‘aprovechar las migajas’ que deja VBR (CBR no deja
migajas pues la reserva es total)
• No garantiza caudal mínimo ni tasa máxima de celdas perdidas
• No devuelve información sobre la congestión de la red
• Algunas aplicaciones soportan mal la pérdida de celdas
CBR
VBR
VBR
CBR
UBR
UBR
Las celdas descartadas en caso de congestión
Capacidad excedente
utilizada por UBR
Capacidad del enlace
62
Servicio ABR (Available Bit Rate)
CBR
VBR
VBR
CBR
ABR
ABR
La realimentación de la red evita la congestión y la pérdida de celdas
Tráfico ABR elástico
con garantías
ABR rellena los huecos de VBR de forma flexible como UBR, pero:
• Ofrece un caudal mínimo garantizado MCR (Minimum Cell Rate)
• La tasa de pérdidas se mantiene baja gracias a la realimentación
sobre el grado de congestión en la red
• Las aplicaciones funcionan mejor al reducirse la pérdida de celdas
(PCR, MCR, CLR)
Capacidad del enlace
63
Categorías de Servicio ATM. Comparación
Categoría Características
CBR Simula línea punto a punto. Reserva estricta de capacidad. Caudal constante con mínima tolerancia a ráfagas.
VBR-rt Asegura un caudal medio y un retardo. Permite ráfagas. Utiliza un esquema de dos baldes agujereados.
VBR-nrt Asegura un caudal medio pero no retardo. Permite ráfagas. Utiliza un esquema de baldes agujereado.
ABR Asegura un caudal mínimo, permite usar capacidad sobrante de la red. Incorpora control de congestión
UBR No asegura nada. Usa caudal sobrante.
64
Categorías de Servicio ATM. aplicaciones
CBR. Aplicaciones de tiempo real con requisitos estáticos de ancho de
banda (Ej. audio)
QoS definida en base a CTD, CDV y CLR
Solo se especifica PCR (tasa constante), no SCR, MBS
VBR – RT. Aplicaciones de tiempo real con trafico a ráfagas (Ej. video)
QoS definida en base a CTD, CDV y CLR
Se requiere especificar PCR, SCR, MBS
VBR – NRT. Aplicaciones sin restricciones de tiempo real con trafico a
ráfagas (Ej. TCP sobre IP)
Restricciones en cuanto a CLR, pero no en cuanto a CTD y CDV
Se requiere especificar PCR, SCR, MBS (VBR igual que el anterior)
65
ABR Enfoque mas flexible: “la red dice al usuario la capacidad
disponible en cada momento y este aumenta o reduce el trafico que
genera
Aplicaciones que pueden adaptar su trafico a la capacidad disponible
en la red y dispuestos a admitir variaciones de QoS (Ej. UDP sobre IP)
Se puede pedir al menos una CLR baja, pero ninguna restricción en
cuanto CTD y CDV
Se garantiza una tasa mínima (MCR)
Necesidad de mecanismos de control de flujo Si el usuario hace caso
del control de flujo, la CLR será baja (si no, se descartara el exceso de
trafico)
UBR Aplicaciones que no necesitan garantías de QoS (Ej. Servicio IP
best effort) solo se especifica PCR
Categorías de Servicio ATM. aplicaciones
66
CBR VBR-rt VBR-nrt ABR UBR
PCR/CDVT Sí Sí Sí Sí No
SCR/BT No Sí Sí No No
MCR No No No Sí No
Max. CTD Sí Sí No Sí No
Pk-t-Pk CDV
Sí Sí No No No
CLR Sí Sí Sí Sí No
Parámetros para las
categorías de Servicio ATM
67
El conformado de tráfico lo realiza el host (interfaz UNI)
Altera las características del tráfico introducido en la red
Se aplica el algoritmo del balde agujereado (Leaky Bucket )
Red ATM
Datos conformados
Datos reales
Se debe cumplir
con el contrato,
por tanto suavizaré
mi tráfico Adelante, así
está OK
Sh
ap
er
Conformado de Tráfico o Traffic Shaping (CBR y VBR)
Trafic shaper
Trafic policy
68
Conformado de trafico (traffic shaping)
La lleva a cabo el usuario durante la fase de transferencia de datos,
antes de enviar las células a la red
Objetivo: moldear el flujo de células generado por la fuente para
asegurarse de que esas células serán admitidas por el UPC a la entrada
de la red
Si no se detecta violación de PCR, SCR, MBS no se hace nada
Si se detecta violación de PCR, SCR, MBS se retrasa el envío a la red
de las celdas que provocarían la violación y serian rechazadas por UPC
Ejemplos de adaptaciones: reducción de PCR, limitación de MBS, etc.
Ejemplos de algoritmos de conformación:
Leaky Bucket salida a flujo constante (CBR)
Token Bucket salida con flujo a ráfagas (VBR)
69
Algoritmo Leaky Bucket
Trafico variable de la fuente (VBR) Leaky Bucket trafico constante a la red (CBR)
Conformado de tráfico: variación
del patrón de tráfico
Operador: UPC monitoreo de deformación
uni
Red usuario Fuente
70
Algoritmo Token Bucket
1. En el balde se guardan tokens (permisos de transmisión) hasta una capacidad C
2. Este balde se llena de tokens a tasa constante ρ
3. Las celdas de la fuente llegan a tasa máxima M y se podrán transmitir si tengo tokens en el “cubo”
4. Se sacaran celdas a tasa máxima M durante la duración de una ráfaga y a tasa ρ el resto del tiempo (C limita la duración max de una ráfaga - S)
73
En caso de congestión la red puede descartar las celdas marcadas más tarde
0 0 0
1 0
Celda
Marcada
UPC
• Dejar Pasar
• Marcar Bit CLP
• Descartar Celda
Descartada
A B C A B
C
Vigilancia de tráfico (traffic policing)
Bit CLP
74
Ejemplo de servicio VBR-nrt: ADSL
La normativa legal establece tres opciones de servicio ADSL,
todas ellas basadas en la categoría de servicio VBR-nrt de ATM.
Las celdas que superan el SCR se marcan con CLP=1.
Tipo de servicio
Sentido PCR CDVT SCR MBS
Básico Descendente 256 Kb/s 5 ms 25,6 Kb/s 32 celdas
Ascendente 128 Kb/s 10 ms 12,8 Kb/s 32 celdas
Class Descendente 512 Kb/s 3 ms 51,2 Kb/s 32 celdas
Ascendente 128 Kb/s 10 ms 12,8 Kb/s 32 celdas
Premium Descendente 2 Mb/s 3 ó 0,7 ms(*) 200 Kb/s 64 celdas
Ascendente 300 Kb/s 4 ms 30 Kb/s 32 celdas
(*)3 ms con interfaz de 34 Mb/s, 0,7 ms con interfaz de 155 Mb/s
75
Bucle de abonado (conexión ADSL)
Red
telefónica
Router ADSL
Ethernet 10BASE-T
VPI 8, VCI 32, PCR 2000/300 Kb/s
VPI 8, VCI 32, PCR 512/128 Kb/s
VPI 8, VCI 32, PCR 256/128 Kb/s
Circuito permanente ATM
Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s)
Red ATM
192.76.100.1/25
192.76.100.7/25
192.76.100.12/25
192.76.100.15/25
Arquitectura de una red ADSL
Internet
ATM vs. IP
76
Ventajas de ATM
Rápida conmutación (consulta en tabla de VPI o VPI/VCI)
Posibilidad de fijar la ruta según el origen (ingeniería de tráfico)
Inconvenientes de ATM
SAR (segmentación y reensamblado). Solo se da en el origen y destino.
Overhead (≅13%) debido al‘Cell tax’ (cabecera)
Encapsulado AAL5, etc.
IP sobre ATM combina la eficacia y rentabilidad de los conmutadores ATM y la capacidad de control de los routers IP
Agrega ovehead y es una tecnología diferente que hay que operar y gestionar
Los routers IP cada vez trabajan a mayor velocidad, se va perdiendo la ventaja de ATM
78
Línea de acceso
2048 Kb/s
PVC
CIR 1024 Kb/s
EIR 384 Kb/s
Traffic Shaping
Traffic Policing
PVC
CIR 1024 Kb/s
EIR 384 Kb/s
Traffic Shaping y Traffic Policing en Frame Relay
A
B
C
X
Y
Z
CIR =Committed Information Rate
EIR =Excess Information Rate
Entrada a la red
Red de Transporte
79
Funcionamiento del CIR y el EIR
0
CIR (Committed Information Rate)
CIR + EIR (Caudal máximo posible)
Velocidad actual
Capacidad del enlace de acceso del host a la red
Transmisión
garantizada
Transmitir si es
posible
No transmitir, descartar todo
Switch FR
Transmisión de tramas
80
Tramas garantizadas
Tramas marcadas
Tc
tiempo Trama 1 Trama 2 Trama 3
Caudal de transferencia de
la línea física
Volumen de información transmitida
(bits)
Tc* Cf
Be+Bc
Bc=CIR *Tc
81
Control de tráfico en Frame Relay
Se utiliza el concepto de los dos baldes agujereados. Parámetros:
CIR y Bc
EIR y Be
Se cumple que:
Bc= CIR * t
Be= EIR * t
Cuando se supera el primer balde las tramas se marcan con DE =1.
Cuando se supera el segundo se descartan.
Bc / CIR = Be / EIR
82
Control de tráfico en Frame Relay
DE=1
Bc = CIR * t
Be = EIR * t
DE=0
Tramas enviadas por el host con DE=1
CIR
EIR
Tramas que desbordan la capacidad del balde
Be
Tramas enviadas por el host con DE=0
Tramas que desbordan la capacidad del balde Bc
Descartar