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Objetivos
de calidad de funcionamiento de red para servicios basados en el
protocolo Internet
En sus inicios las redes de datos nacieron con grandes
limitantes en lo que a ancho de banda y confiabilidad respecta de
forma tal que estas no garantizaban la transmisión y recepción de
información, de forma confiable, ya que viajaban por medios muy
sensibles al ruido y con un muy bajo BER (Bit Error Rate). Con el
aumento en el ancho de banda, al utilizar medios muchos más confiables
y de mayor capacidad de transmisión de información, los protocolos se
vieron en la necesidad de evolucionar a la par, brindando hoy en día
conexiones más seguras, eficientes y confiables con nuevos e
innovadores servicios.
El nacimiento de nuevos e innovadores servicios ha
requerido de una nueva evolución, donde se hace necesario darle un
tratamiento especial a cada uno de los servicios que viajan por la
red, donde conceptos, como el de calidad de servicio QoS, nacen de la
debilidad que manejaban las redes en el tratamiento y discernimiento
de los diferentes tipos de datos que circulaban a través de ella. No
son los mismos requerimientos los de un archivo de datos a una
transmisión de voz, mientras que en los datos no puede existir pérdida
de información pero si una mayor tolerancia a la demora de esta, la
voz tolera una mínima cantidad de información pero es mucho más
sensible a los retardos.
El QoS propone un modelo de tratamiento adecuado de la
información para mejorar la calidad de los nuevos servicios multimedia
que hoy en día se pueden utilizar en las redes de datos. Hoy en día la
gran mayoría de la humanidad hace parte de la red de redes Internet.
IP es el protocolo que transporta los datagramas de información a
través de esta red, sin embargo, dado a que Internet nación antes de
QoS, IP no hace un buen trabajo asegurando la calidad del servicio, ya
que al manejar un campo en su encabezado denominado “Type of Service”
intenta darle tratamiento especial a la información pero no cumple a
cabalidad con los requerimientos de QoS y por esta razón es que se
hace necesaria la invención de nuevos protocolos como IPv6, SIP y
H.323 que buscan solucionar esta situación.
Cada tipo de información requiere de un trato especial
para mejorar la calidad de su servicio, los enrutadores hoy en día han
colaborado en gran parte a mejorar el desempeño de las redes para
hacer más eficiente el flujo de la información, gracias a la gestión
que hacen del tráfico, selección de mejores rutas y reserva de
recursos durante el trayecto de una transmisión de datos. Las
diferentes aplicaciones en las redes requieren de diferentes recursos
de la red como el ancho de banda, los niveles de latencia, los niveles
de jitter y la tolerancia a la pérdida
de datos, el balanceo de estos recursos sobre la red es lo que permite
a un paquete tener un tratamiento de una u otra manera. Dentro del
modelo de Calidad de Servicio, existen dos grandes grupos de tipos de
servicios, el primero esta enfocado a los Servicios Integrados, que
manejan tres categorías de aplicaciones: Aplicaciones Elásticas (EA),
Aplicaciones Tolerantes al Tiempo Real (RTT) y las Aplicaciones
Intolelerantes al Tiempo Real (RTI). Dentro del modelo de Servicios
Integrados se destaca el protocolo de Reserva de Recursos o RSVP que
es el encargado de manejar los estándares de Calidad de Servicio
dentro de los enrutadores con mecanismos como Garantía de Servicio (GQoS)
y Control de Carga (CLQoS), además de los tipos de reserva como
Reservación Distintiva y Reservación Compartida. Finalizando con un
protocolo de Control de Admisión para coordinar las rutas y caminos
que debe utilizar un paquete que desee ser tratado con calidad.
Para el manejo de toda la red existen políticas de
servicio dentro del Punto de Aplicación de Políticas (PEP) en donde
están descritos los procedimientos para el tratado de cada información
y como debe ser manejada en casos especiales a través del Punto de
Decisión de Políticas (PDP). Uno de los casos mas comunes y que son de
alta problemática para la red, son las congestiones y existen técnicas
para la gestión de las colas como el First In First Out (FIFO),
Weighted Fair Queuing (WFQ), Custom Queuing (CQ) y Priority Queuing (PQ),
y técnicas para evitar las congestiones como Tail Drop (TD), Random
Early Droping (RED) y Weighteg Random Early Droping (WRED) que buscan
reducir esta problemática. Posteriormente existe el modelo de
Servicios Diferenciados que nació un par de años después del modelo de
Servicios Integrados, en donde a diferencia del anterior, los paquetes
son ubicados en comportamientos definidos previamente por la red, y su
comportamiento no es a través de rutas previamente definidas, sino es
evaluado en cada salto gracias a las Políticas por Salto (Per Hop
Behaviors - PHB) y los Convenios de Condiciones del Tráfico (Traffic
Condition Agreement – TCA).
Estándares
internacionales que regulan el uso de la tecnología
Dentro de la
reglamentación internacional de las tecnologías de networking, son
bien conocidos los Request For Comments (RFC) que buscan definir los
conceptos básicos del networking, y en este caso específico el tema de
QoS y los procesos que esta involucra. Los RFCs cuentan con la
documentación de mecanismos y técnicas para el manejo de la
información. Dentro de los más representativos, se encuentran los
siguientes:
RFC2211: CONTROL DE CARGA EN
REDES. Esta
recomendación define los requerimientos para elementos de la red que
soporten el servicio de cargas controladas, adicionalmente define la
prestación de servicio de manera tal, que un flujo de datos tenga la
misma calidad de servicio como si la red no estuviese cargada, así la
carga de la red en realidad sea máxima.
RFC2212: GARANTIA DE LA
CALIDAD DE SERVICIO.
Esta recomendación define el comportamiento necesario para garantizar
una calidad de servicio óptima en la suite de protocolos de Internet.
Mediante este documento se estandariza unos tiempos de retraso mínimos
así como las consideraciones de ancho de banda pertinentes.
RFC2386: ENRUTAMIENTO BASADO
EN QoS. Esta
recomendación establece un marco de trabajo en el cual se incluyen
todos los ítems de enrutamiento considerando las características de
QoS. Los principales objetivos de esta recomendación están ligados a
la determinación dinámica de rutas fehacientes, a la optimización de
los recursos usados y el incremento del desempeño del enrutamiento.
RFC2676: MECANISMOS DE
ENRUTAMIENTO QoS. Esta
recomendación es una extensión del RFC2386 en donde se toca con mayor
profundidad el tema del enrutamiento ligado con las extensiones OSPF,
planteando un protocolo en el cual se integran la infraestructura
existente, junto con las nuevas redes que provean un mejor tratamiento
al QoS.
RFC3644: POLITICAS DE CALIDAD
DE SERVICIO. Esta
recomendación establece un modelo de información orientado a objetos,
para las políticas del manejo de la red usando calidad de servicio,
basado en la documentación propuesta por la IETF. Los modelos
soportados en esta recomendación son el modelo de servicios integrados
y el de servicios diferenciales.
RFC3670: MODELO DE INFORMACION
PARA LA DESCRIPCION DE MECANISMOS DE DISPOSITIVOS DE RED CON CAMINOS
DE DATOS (DATAPATH).
Esta recomendación define un modelo de información para describir los
mecanismos de calidad de servicio inherentes a los diferentes
dispositivos de red, como los Host, Routers, entre otros.
Adicionalmente describen las propiedades comunes para el
acondicionamiento de tráfico en los caminos de datos. Estos
acondicionamientos cubren las arquitecturas de servicios diferenciales
y de servicios integrados. Entre las mas importantes definiciones de
este RFC están:
• QoS routing:
Analiza una ruta origen-destino con todos los elementos
involucrados a lo largo de esta, definiendo su capacidad para
determinar si cumple con los requerimientos mínimos para el transporte
de la información.
• Best Effort:
Funciona sobre protocolos que no tienen bien definido y
estructurado el QoS dentro su arquitectura y por lo tanto no se pueden
tomar todas las medidas necesarias. Se denomina Best Effort ya que se
delega el problema al protocolo el cual debe hacer su mejor esfuerzo
para el manejo de información.
• Reserva de
Recursos: Se genera una petición de reserva de recursos ya sea
ancho de banda, prioritización de paquetes, búsqueda de la mejor ruta,
etc. con el fin de garantizar el mejor tratamiento de la información.
Esto no siempre es posible ya que se asume que el dispositivo tiene
los medios para reservar dichos recursos y se puede presentar el caso
que el dispositivo no cuente con el nivel requerido de hardware o
simplemente esté muy congestionado y no pueda expropiar los recursos
de otras transmisiones.
La UIT-T ha conducido a su ves
el desarrollo de estándares en el tema siendo los mas sobresaliente
las serie de recomendación Y:
Y-Series: Global
information infrastructure, Internet protocol aspects and next-generation
networks y específicamente en esas series
los estándares
Y.1500-Y.1599:
Quality of service and network
performance y ha establecido un liderazgo
acerca del QoS en los protocolos de nivel 2 como Frame Relay y ATM y
aún iniciando el tema del QoS en redes con algunos esbozos iniciales
en los estándares X.25 para redes de datos.
La principal de todas las recomendaciones de UIT-T
para Qos es Y.1541: Network performance objectives for IP-based
services y Y.1540: Internet protocol data communication
service - IP packet transfer and availability performance parameters
En la línea de Frame Relay y ATM se destacan las
normas UIT-T:
-
I.356:
B-ISDN ATM layer cell transfer
performance
-
I.358:
Call processing performance for
switched virtual channel connections (VCCs) in a B-ISDN
-
I.378:
Traffic control and congestion
control at the ATM Adaptation Layer type 2
-
I.381:
ATM adaptation layer (AAL)
Performance
-
I.370:
Congestion management for the ISDN frame relaying bearer service
-
I.371:
Traffic control and congestion control in B-ISDN
-
I.233:
Anexo A, Rendimiento de Servicios portadores en modo trama.
Para redes MPLS tenemos de la UIT la norma
-
Y.1561:
Performance and availability
parameters for MPLS networks
Conclusiones
En conclusión podemos decir:
-
Hoy en día
la gran mayoría de la humanidad hace parte de la red de redes
Internet. IP es el protocolo que transporta los datagramas de
información a través de esta red, sin embargo, dado a que Internet
nación antes de QoS, IP no hace un buen trabajo asegurando la
calidad del servicio, ya que al manejar un campo en su encabezado
denominado “Type of Service” intenta darle tratamiento especial a la
información pero no cumple a cabalidad con los requerimientos de QoS
y por esta razón es que se hace necesaria la invención de nuevos
protocolos como IPv6, SIP y H.323 que buscan solucionar esta
situación.
-
Cada tipo
de información requiere de un trato especial para mejorar la calidad
de su servicio, los enrutadores hoy en día han colaborado en gran
parte a mejorar el desempeño de las redes para hacer más eficiente
el flujo de la información, gracias a la gestión que hacen del
tráfico, selección de mejores rutas y reserva de recursos durante el
trayecto de una transmisión de datos. Las diferentes aplicaciones en
las redes requieren de diferentes recursos de la red como el ancho
de banda, los niveles de latencia, los niveles de jitter y la
tolerancia a la pérdida de datos, el balanceo de estos recursos
sobre la red es lo que permite a un paquete tener un tratamiento de
una u otra manera. Dentro del modelo de Calidad de Servicio, existen
dos grandes grupos de tipos de servicios, el primero esta enfocado a
los Servicios Integrados, que manejan tres categorías de
aplicaciones: Aplicaciones Elásticas (EA), Aplicaciones Tolerantes
al Tiempo Real (RTT) y las Aplicaciones Intolelerantes al Tiempo
Real (RTI).
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Cada día
aparecen nuevos e innovadores servicios sobre las redes de datos,
que requieren de un tratamiento especial para cumplir con su
finalidad a cabalidad. El QoS propone una recomendación válida al
tratamiento de esta información, dando como resultados aplicaciones
de gran calidad que sustituyen muchos de los servicios que se
prestan hoy en día en otro tipo de infraestructuras. Los protocolos
de enrutamiento hacen parte fundamental del aseguramiento del QoS al
gestionar el canal de forma más eficiente, priorizando información,
seleccionando rutas más óptimas, reservando recursos, entre otras
técnicas. Otro tipo de protocolos como SIP y H.323 están planteados
para hacer el mejor uso de los recursos multimedia sobre redes de
datos, mejorando las deficiencias que se presentan en protocolos
precarios que se usan en las redes actuales.
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Existen
dos grandes propuestas para el manejo del QoS en la redes de datos –
Servicios Integrados y Servicios Diferenciados. Cada una de estas
plantea un modelo de cómo se deben llevar cabo ciertos procesos
estandarizados en protocolos, para el aseguramiento del QoS, basados
en diversas técnicas con las que se busca brindar las garantías
necesarias para los requerimientos de los nuevos servicios
existentes.
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Técnicas
como los protocolos de reserva RSVP juegan un papel vital en el
aseguramiento de la calidad de servicio. Junto RSVP existen un
conjunto de técnicas como el Control de Admisión, Técnicas de Manejo
de Congestión, Técnicas para Evitar Congestiones, Mecanismos para
hacer más eficiente los Enlaces, Clasificación de Tráfico,
Acondicionamiento del Tráfico, etc. que en conjunto hacen que el
tratamiento de las diferentes clases de tráfico se haga en forma
adecuada, ajustando los recursos de las redes en forma óptima para
prestar un servicio de calidad, que aproveche al máximo las virtudes
de los innovadores servicios que se prestan en la red.
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Existen
diferentes aplicativos que manejan diversos tipos de información,
cada uno de estos tiene unos requerimientos especiales y las
prioridades de unos pueden ser algo sin mayor importancia para
otros. Es por esto que se debe analizar el tipo de tráfico que viaja
por los diferentes nodos en forma óptima para darle el trato
adecuado a los datos sin degradar los recursos.
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El QoS
cuenta con una serie de recomendaciones RFC para que se implanten
las soluciones de forma adecuada, conforme
a los recursos con los que se cuenta y adaptable a los diferentes
servicios y aplicaciones que se presentan día a día sobre las redes
de datos.
Jaime Rubio
Experto Asociado
Centro de Investigación de las Telecomunicaciones CINTEL Colombia
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Información adicional: La Unión Internacional de
Telecomunicaciones.ofrecerá
a través de CINTEL el curso a distancia sobre de
Diseño e Implantación de Calidad de Servicio (QoS) en Redes IP del
23 de julio al 17 de agosto de 2007. CITEL/OEA ofrece 30 becas del
50% de la matrícula y la UIT/CINTEL
ofrecen el 50% restante. Este
artículo es parte del material del curso. Estas becas están sujetas a la disponibilidad del
presupuesto regular de la OEA para el 2007.
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