Calidad de Servicio (QoS) en redes: policing y scheduling

Resumen

Este documento explica los conceptos básicos de la Calidad de Servicio (QoS) en redes, como el throughput, el retardo, el jitter y la disponibilidad. Describe las aplicaciones multimedia sensibles al retardo y los mecanismos de gestión de tráfico: el policing mediante Token Bucket y Leaky Bucket, y el scheduling con la familia de algoritmos Round Robin. Al leerlo, el estudiante podrá distinguir los parámetros de QoS y comprender cómo se controla y planifica el tráfico en una red.

Puntos clave

La QoS es la capacidad de una red para ofrecer transporte fiable con garantías sobre throughput, retardo, pérdidas, jitter y disponibilidad.
El retardo de los paquetes incluye procesamiento, transmisión, descarte, encolamiento y retardo de propagación.
El jitter es la variabilidad del retardo entre paquetes de un mismo flujo.
El policing establece un acuerdo de transporte de paquetes y fuerza su cumplimiento.
En el Token Bucket el número máximo de bytes enviados en un tiempo t es r * t + B.
El Leaky Bucket tiene una tasa de salida siempre inferior a r y una capacidad b.
El scheduling busca compartir el ancho de banda de forma eficiente, garantizar la equidad entre flujos y reducir el jitter.
Deficit Round Robin utiliza un quantum y un contador de déficit para servir las colas según el tamaño de los paquetes.

Ponte a prueba

Calidad de Servicio (QoS) en Redes: Conceptos Fundamentales

Una red soporta Calidad de Servicio (QoS) si es capaz de proporcionar transporte fiable y con garantías para los siguientes aspectos clave:

Parámetros Clave de QoS

Throughput: Tasa a la cual los paquetes son transferidos entre el emisor y el receptor (tipos: instantáneo y promedio).
Retardo/Pérdida de Paquetes: Las colas de paquetes se implementan en los buffers de los routers. Los factores que contribuyen al retardo incluyen:
- Procesamiento del paquete.
- Transmisión.
- Descarte.
- Encolamiento.
- Retardo de propagación.
Jitter: Variabilidad del retardo para los paquetes del mismo flujo.
Disponibilidad: Es la fracción de tiempo en la que el circuito, la red o el sistema operan de acuerdo con sus especificaciones. Este parámetro formará parte del Contrato de Nivel de Servicio (SLA).

Aplicaciones Multimedia y QoS

Las aplicaciones multimedia son normalmente delay-sensitive (sensibles al retardo), tolerantes a pérdidas y la antítesis del tráfico de datos (intolerante a pérdidas, pero tolerante al retardo).

Tipos de Aplicaciones Multimedia

Streaming: La fuente almacena el contenido multimedia (MM) que es transmitido al cliente. La reproducción en el cliente comienza antes de recibir todo el contenido almacenado. Existe una limitación temporal para asegurar la reproducción a tiempo.

Mecanismos de Gestión de Tráfico: Policing

El Policing establece un acuerdo para el transporte de paquetes y fuerza su cumplimiento.

Tipos de Policing

Token Bucket: Es un sistema de crédito donde los tokens se incrementan a una tasa 'r'. Si hay tokens disponibles, se envía el paquete; de lo contrario, se acumula crédito. El modelo original asume una cola de datos infinita y una tasa de pico no acotada, lo que permite modelar fuentes con cierta impulsividad. El número máximo de bytes que pueden ser enviados en un tiempo 't' es r * t + B (donde 'B' es el tamaño del cubo o ráfaga permitida).
Leaky Bucket (Cubo que Gotea): Utiliza un crédito de envío T_tick. La tasa de salida es siempre inferior a 'r'. Tiene una capacidad 'b'.

Planificación de Tráfico: Scheduling

El Scheduling (Planificación) es fundamental en la gestión de tráfico de red. Sus objetivos incluyen:

Compartir el ancho de banda de manera eficiente.
Garantizar la equidad (fairness) entre los flujos.
Cumplir con las garantías de caudal, pérdidas y retardo.
Reducir las variaciones de retardo (jitter).

Familia de Algoritmos Round Robin

Round Robin: El planificador mantiene una cola para cada flujo. Cada paquete entrante se coloca en la cola adecuada. Las colas se sirven en modo Round Robin (un paquete de cada cola no vacía se sirve y las vacías se saltan).
Weighted Round Robin: 'N' paquetes se sirven por turno. 'N' se ajusta a la asignación por cola de una fracción específica del ancho de banda (BW) del enlace.
Deficit Round Robin: Inicializa una variable que representa el número de bits a ser servidos desde cada cola, denominada quantum. El planificador comienza a servir cada cola que tiene paquetes pendientes. Si el tamaño del paquete es menor o igual al quantum, el paquete se sirve. Si el paquete es mayor que el quantum, el paquete espera a la siguiente ronda. Si el paquete no puede ser servido, el contador de déficit (deficit counter) se incrementa con el tamaño del quantum.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el Token Bucket?

Es un sistema de crédito de policing en el que los tokens se incrementan a una tasa r. Si hay tokens disponibles se envía el paquete; de lo contrario, el crédito se acumula. El máximo de bytes enviados en un tiempo t es r * t + B.

¿Qué diferencia hay entre policing y scheduling?

El policing establece un acuerdo para el transporte de paquetes y fuerza su cumplimiento, mientras que el scheduling planifica el orden en que se sirven los paquetes para compartir el ancho de banda y garantizar equidad.

¿Qué es el jitter?

Es la variabilidad del retardo para los paquetes de un mismo flujo. El scheduling es uno de los mecanismos que permiten reducirlo.