¿Puede mi red soportar trafico multimedia?
Hasta ahora, las redes de comunicaciones se han estado utilizando como meros mecanismos de transporte de datos, sin preocuparse mucho por dotarles de un nivel de inteligencia más alto del estrictamente necesario. Hoy en día, muchos de los elementos de comunicaciones que se encuentran en el mercado soportan ciertos mecanismos para posibilitar la tan renombrada Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service). Pero, ¿qué mecanismos son los estrictamente necesarios?, ¿cómo elegir el equipo que se adapta mejor a nuestras necesidades?
El tráfico multimedia (voz, datos y vídeo) es muy exigente en cuanto a recursos de red, y tiene unas necesidades mínimas en cuanto a ancho de banda, retardo extremo a extremo, variación de retardo o jitter y pérdida de paquetes. Un ejemplo claro lo tenemos con el tráfico de Voz sobre IP. Este tipo de tráfico necesita un ancho de banda mínimo para poder paquetizar la conversación, que será mayor o menor dependiendo del esquema de compresión usado. Por otro lado, es muy sensible al retardo y al jitter, ya que se podría perder la continuidad del diálogo.
Para optimizar este tipo de aplicaciones, se emplea el siguiente conjunto de mecanismos y protocolos específicos.
Mecanismos para garantizar QoS
- Identificación del tráfico. Para poder priorizar cierto tipo de tráfico sobre otro se requiere un proceso previo de identificación. Los mecanismos habituales para realizar esta identificación son: por dirección MAC origen o destino; por dirección IP origen o destino y tipo de protocolo de transporte (TCP o UDP); o por número de puerto TCP/UDP origen o destino usado por la aplicación en cuestión.
- Marcado de paquetes. Para posibilitar que la Red pueda manejar de forma diferenciada los distintos tipos de tráfico identificados, es necesario que sea marcado con una determinada etiqueta. De nuevo este proceso debe producirse en los extremos de la red, representados por los conmutadores LAN.
Existen distintos esquemas de marcado, según se vaya a realizar sobre la cabecera de Nivel 2 o sobre la cabecera de Nivel 3: 802.1p o Class of Service (CoS), RFC 791 o Type of Service (ToS) y RFC 2474 o Differentiated Services Codepoint (DSCP). El marcado de los paquetes sirve para que los conmutadores puedan tratar preferencialmente ciertos paquetes dentro de los bufferes internos y a la hora de transmitirlos por los enlaces troncales de la red.
- Modelado del tráfico. Una vez que se han identificado y marcado los paquetes, es necesario “modelarlos” para poder integrar distintos tipos de tráfico, cada uno con sus propias necesidades, sobre una red con recursos evidentemente finitos.
Para realizar este “modelado” se usa TCP Rate Shapping, que consiste en adaptar el tamaño de la ventana de transmisión y el tamaño de los paquetes a los adecuados para cubrir los requisitos de recursos de la aplicación. Resulta un proceso bastante eficiente, ya que son los propios interlocutores los que reducen el caudal de transmisión. Sin embargo, al ser la naturaleza del tráfico TCP a ráfagas, debe ser combinado con algún mecanismo de encolado (buffering) para conseguir un flujo de datos continuo. Este mecanismo suele ser soportado por equipamiento específico para gestión de ancho de banda, y no suele estar presente ni en conmutadores ni en routers por la cantidad de proceso que implica.
- Asignación de recursos. Como se ha comentado anteriormente, la asignación de recursos se limita a la reserva de espacio dentro de los bufferes internos de los equipos, y al uso de ciertos algoritmos para optimizar la transmisión de los paquetes.
Muchos elementos de comunicaciones soportan mecanismos de encolado con prioridad estricta, de tal manera que siempre que exista tráfico en el buffer de mayor prioridad, se transmitirá en primer lugar.
Otros equipos soportan mecanismos más inteligentes de encolado como WFQ, que asigna una determinada cantidad del buffer a cada tipo de tráfico. De esta manera, todas las aplicaciones pueden recibir los recursos mínimos que necesitan.
- Gestión de la congestión. Si bien los mecanismos de encolado garantizan un ancho de banda mínimo a cada tipo de tráfico, es necesario que se soporte algún mecanismo para evitar situaciones de colapso y el descarte de paquetes.
Al igual que los mecanismos de encolado, existen muchos otros para la gestión de la congestión: WRR, WRED, etc. Su objetivo es el mismo, anticiparse a situaciones de congestión estableciendo umbrales para el descarte controlado de paquetes cuando la situación así lo requiere.
- Protocolos de señalización. Actualmente existen dos mecanimos para garantizar el tratamiento preferencial de cierto tipo de tráfico: por un lado RSVP (Resource Reservation Protocol), que se basa en la reserva de recursos en la red antes de empezar la transmisión de lo paquetes; y por otro, MPLS (Multi Protocol Label Switching), que permite, dentro de sus múltiples funcionalidades, la ingeniería de tráfico y la priorización de aplicaciones. De los dos, MPLS es al que más futuro se le prevé, debido sobre todo al resto de funcionalidades que proporciona.
Conclusión
Hoy en día existen mecanismos suficientes para posibilitar la implantación con garantías de aplicaciones multimedia o aplicaciones críticas. El problema reside en seleccionar el equipamiento adecuado que permita los mecanismos más óptimos para el tipo de tráfico a cursar. Por otro lado, es necesario que todos estos mecanismos sean gestionables y configurables de una manera sencilla y centralizada. De otro modo, sería necesario actuar uno por uno sobre todos los dispositivos de la red para dar de alta una política determinada, con el consiguiente peligro para la continuidad del servicio que ello supone.
Por último, habilitar todos estos mecanismos no debe implicar disminución del rendimiento en los equipos, ya que podría ocurrir que éstos se colapsaran en un momento dado. Para evitar esto, es necesario que todos los mecanismos se implementen con ASICs (Application Specific Integrated Circuits) específicos.
Oscar Fuentes García
ofuentes@soluziona.com
Responsable de Diseño de SOLUZIONA telecomunicaciones en su Línea de Negocio de Telemática
El tráfico multimedia (voz, datos y vídeo) es muy exigente en cuanto a recursos de red, y tiene unas necesidades mínimas en cuanto a ancho de banda, retardo extremo a extremo, variación de retardo o jitter y pérdida de paquetes. Un ejemplo claro lo tenemos con el tráfico de Voz sobre IP. Este tipo de tráfico necesita un ancho de banda mínimo para poder paquetizar la conversación, que será mayor o menor dependiendo del esquema de compresión usado. Por otro lado, es muy sensible al retardo y al jitter, ya que se podría perder la continuidad del diálogo.
Para optimizar este tipo de aplicaciones, se emplea el siguiente conjunto de mecanismos y protocolos específicos.
Mecanismos para garantizar QoS
- Identificación del tráfico. Para poder priorizar cierto tipo de tráfico sobre otro se requiere un proceso previo de identificación. Los mecanismos habituales para realizar esta identificación son: por dirección MAC origen o destino; por dirección IP origen o destino y tipo de protocolo de transporte (TCP o UDP); o por número de puerto TCP/UDP origen o destino usado por la aplicación en cuestión.
- Marcado de paquetes. Para posibilitar que la Red pueda manejar de forma diferenciada los distintos tipos de tráfico identificados, es necesario que sea marcado con una determinada etiqueta. De nuevo este proceso debe producirse en los extremos de la red, representados por los conmutadores LAN.
Existen distintos esquemas de marcado, según se vaya a realizar sobre la cabecera de Nivel 2 o sobre la cabecera de Nivel 3: 802.1p o Class of Service (CoS), RFC 791 o Type of Service (ToS) y RFC 2474 o Differentiated Services Codepoint (DSCP). El marcado de los paquetes sirve para que los conmutadores puedan tratar preferencialmente ciertos paquetes dentro de los bufferes internos y a la hora de transmitirlos por los enlaces troncales de la red.
- Modelado del tráfico. Una vez que se han identificado y marcado los paquetes, es necesario “modelarlos” para poder integrar distintos tipos de tráfico, cada uno con sus propias necesidades, sobre una red con recursos evidentemente finitos.
Para realizar este “modelado” se usa TCP Rate Shapping, que consiste en adaptar el tamaño de la ventana de transmisión y el tamaño de los paquetes a los adecuados para cubrir los requisitos de recursos de la aplicación. Resulta un proceso bastante eficiente, ya que son los propios interlocutores los que reducen el caudal de transmisión. Sin embargo, al ser la naturaleza del tráfico TCP a ráfagas, debe ser combinado con algún mecanismo de encolado (buffering) para conseguir un flujo de datos continuo. Este mecanismo suele ser soportado por equipamiento específico para gestión de ancho de banda, y no suele estar presente ni en conmutadores ni en routers por la cantidad de proceso que implica.
- Asignación de recursos. Como se ha comentado anteriormente, la asignación de recursos se limita a la reserva de espacio dentro de los bufferes internos de los equipos, y al uso de ciertos algoritmos para optimizar la transmisión de los paquetes.
Muchos elementos de comunicaciones soportan mecanismos de encolado con prioridad estricta, de tal manera que siempre que exista tráfico en el buffer de mayor prioridad, se transmitirá en primer lugar.
Otros equipos soportan mecanismos más inteligentes de encolado como WFQ, que asigna una determinada cantidad del buffer a cada tipo de tráfico. De esta manera, todas las aplicaciones pueden recibir los recursos mínimos que necesitan.
- Gestión de la congestión. Si bien los mecanismos de encolado garantizan un ancho de banda mínimo a cada tipo de tráfico, es necesario que se soporte algún mecanismo para evitar situaciones de colapso y el descarte de paquetes.
Al igual que los mecanismos de encolado, existen muchos otros para la gestión de la congestión: WRR, WRED, etc. Su objetivo es el mismo, anticiparse a situaciones de congestión estableciendo umbrales para el descarte controlado de paquetes cuando la situación así lo requiere.
- Protocolos de señalización. Actualmente existen dos mecanimos para garantizar el tratamiento preferencial de cierto tipo de tráfico: por un lado RSVP (Resource Reservation Protocol), que se basa en la reserva de recursos en la red antes de empezar la transmisión de lo paquetes; y por otro, MPLS (Multi Protocol Label Switching), que permite, dentro de sus múltiples funcionalidades, la ingeniería de tráfico y la priorización de aplicaciones. De los dos, MPLS es al que más futuro se le prevé, debido sobre todo al resto de funcionalidades que proporciona.
Conclusión
Hoy en día existen mecanismos suficientes para posibilitar la implantación con garantías de aplicaciones multimedia o aplicaciones críticas. El problema reside en seleccionar el equipamiento adecuado que permita los mecanismos más óptimos para el tipo de tráfico a cursar. Por otro lado, es necesario que todos estos mecanismos sean gestionables y configurables de una manera sencilla y centralizada. De otro modo, sería necesario actuar uno por uno sobre todos los dispositivos de la red para dar de alta una política determinada, con el consiguiente peligro para la continuidad del servicio que ello supone.
Por último, habilitar todos estos mecanismos no debe implicar disminución del rendimiento en los equipos, ya que podría ocurrir que éstos se colapsaran en un momento dado. Para evitar esto, es necesario que todos los mecanismos se implementen con ASICs (Application Specific Integrated Circuits) específicos.
Oscar Fuentes García
ofuentes@soluziona.com
Responsable de Diseño de SOLUZIONA telecomunicaciones en su Línea de Negocio de Telemática
