FUNDAMENTOS DE QoS - CALIDAD DE SERVICIO

Focus on Quality

Calidad de Servicio, por sus siglas en inglés QoS (Quality of Service), es una de las características que debe tener una red convergente moderna bien diseñada (junto con Seguridad, escalabilidad y tolerancia a fallas) debido a que las aplicaciones y servicios que requieren los usuarios finales necesitan de la transmisión de voz y video en vivo con un buen nivel de QoE (Quality of Experience). Pero con el uso de estas aplicaciones, es posible que ocurra congestión en la red, justamente por la demanda excesiva de ancho de banda que generan dichas aplicaciones para que funcionen correctamente al ejecutarse simultáneamente es necesario mecanismos de control de tráfico y no degradar la experiencia del usuario. 

QoS-Necesidad

Cuando el volumen del tráfico supera la capacidad de la red, los dispositivos empiezan a "encolar" el tráfico en una memoria intermedia (búfers) hasta que la información pueda ser procesada y despachada. Es obvio que este encolamiento de paquetes provoca retardos en la red.

Cuando los búfers llegan a su límite de espacio de memoria, los dispositivos empiezan a desechar paquetes.

QoS-Encolamientos

Terminología Básica de QoS

  • Ancho de Banda: Es la capacidad que posee un medio o un dispositivo para transmitir y procesar datos medidos en un tiempo determinado. El AB digital se mide en bps (bits por segundo).
  • Cuando existe Congestión de Red se genera retardos en la transmisión. Dichos retardos podrían dar lugar ajitter (variación del retardo) y pérdida de paquetes
  • Retardo o Latencia se refiere al tiempo que le toma a un paquete viajar desde un origen hasta un determinado destinado. Existen varias fuentes de retardo, por ejemplo el retardo del proceso de encapsulación de la información para salir a un medio (code delay y retardo de paquetización y serialización), retardo de encolamiento, propagación, etc.
  • Los puntos de embotellamiento en la red (mayor probabilidad de congestión) son los mejores candidatos para implementar QoS en dichas interfaces.

Características del tráfico empresarial moderno

Tráfico de Voz:

Tráfico de VozTal como se aprecia en la figura anterior, el tráfico de voz tiene un comportamiento predictivo y constante, es tolerante a pérdidas pequeñas de datos, además no consume todos los recursos de la red (benigno), no obstante, es muy sensible al retardo y mucho más al jitter. La voz emplea UDP en la capa de transporte por lo que no admite retransmisiones, lo que implica que debe tener prioridad sobre el resto de tráfico.

Tráfico de Video:

Tráfico de VideoComparando el tráfico de video con el de voz, el primero resulta ser impredecible, inconsistente y no constante. A diferencia de la voz, el video es menos tolerante a la pérdida de datos.

Datos:

Tráfico de Datos
Los datos empresariales que no son ni voz ni video pueden tener comportamiento predictivo o no y pueden ser muy consumidores de recursos o no, todo depende del tipo de aplicación que esté corriendo en la red, pero, a diferencia de Voz y Video es insensible al retardo (se debe considerar si los datos son interactivos o no para ello) e insensible a la pérdida de paquetes debido a sus mecanismos de retransmisión por TCP.

Técnicas de Encolamiento

Las políticas de QoS implementadas en una red se activan únicamente cuando ocurre algún tipo de congestión en la red. 

Las técnicas de encolamiento son una de las técnicas empleadas para administrar las congestiones que ocurren en una red, técnicas que permiten almacenar, priorizar y si se requiere, re ordenar los paquetes antes de ser transmitidos.

Existen algunos métodos de encolamiento, entre los más importantes están:

  • FIFO - Fist-Input-First-Output y Weighted Fair Queuing (WFQ)

Encolamiento 1

  • Class-Based WFQLow Latency Queuing (LLQ)

Encolamiento 2

Modelos de Implementación QoS

Modelos de Políticas QoS

Herramientas para Calidad de Servicio

Para implementar QoS se definen dos acciones:

  1. Clasificar tráfico
  2. Priorizar tráficos basándose en la marca empleada para clasificar dicho tráfico en momentos de congestión
  3. Alternativamente se podría usar técnicas para evitar la congestión antes de que esta ocurra.

QoS Tools

Classification and Marking Tools (C&M Tools)

En capa 2 (Trama 802.1Q)

C&M Tools - L2

En el paquete IPv4

C&M Tools - L3

En el paquete IPv6:

C&M Tools - L3 - IPv6

DSCP se basa en un mecanismo llamado PHB (Per Hop Behavior) para definir la probabilidad de descarte de un paquete y prioridad de envío:

Categorías PHB

Cuando un dispositivo de red recibe información marcada, es importante definir si se confía en esa marca o se realiza un nuevo marcaje, esto se conoce como Límites de Confianza. Se recomienda que ese límite sea lo más cercano al origen del tráfico.

 QoS Trust Boundary

Implementación Básica de QoS (MQC) en Routers

Una técnica generalizada para implementar mecanismo de QoS en equipos Cisco se denomina MQC - Modular QoS CLI, el cual define tres fases:

  1. Clasificación del tráfico usando técnicas como ACLs o NBAR (Network - Based Application Recognition) 

    class-map NBAR

  2. Definiendo acciones mediante policy-maps 

    Policy-map - Definiendo acciones (marcaje y reserva de AB)

  3.  Aplicando la política a una interfaz service-policy 

    service-policy - Aplicando la Política de QoS

Espero haya sido de su agrado este tema, simplemente fueron los fundamentos básicos pero al grano sobre Calidad de Servicio en equipos L3 que operan con IOS.

Sigan implementando topologías con QoS, en un próximo blog, explicaré cómo se configura QoS en equipos L2 como switches Catalyst.

Saludos de Quito, Ecuador.

Gustavo

2 Comentarios
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Hola Gustavo

Excelente tu artículo, no sabes cuanto me ha servidor.

Tengo una pregunta para ti, tu sacaste el blog donde explicas configuracion de QoS en equipos L2 catalyst?

Quedo atento.

Carlos Llanos

Muy buena explicacion, seguimos en espera del siguiente blog de QoS en capa 2.

Saludos.

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