presentación de powerpoint - uamarantxa.ii.uam.es/~ferreiro/sistel2008/tema 6/tema 6.pdf ·...

$: Presentación de PowerPoint - UAMarantxa.ii.uam.es/~ferreiro/sistel2008/tema 6/tema 6.pdf · Clasificación de servicios de red por ancho de banda y calidad requeridos \BW QoS \ LowMedium$
Tema VI Sistemas de Telecomunicación 1

i. Conceptos básicosii. Soluciones QoS aplicables a redes PSiii. Gestión de redes

Tema VI: Calidad de servicio y gestión de redes


• Disponibilidad de red (network availability): The ratio between time when the network is not available and the total time. This parameter describes the requirement for uninterrupted service with acceptable quality. That is, the availability of the network as a whole guaranteeing the exchange of data between A-party and B-party.

• Tiempo de establecimiento (Set-up time): Delay between the user application request and the response. For example, in broadcast TV, the required time to change from one channel to another.

Parámetros que definen QoS de manera objetiva:


Parámetros aplicables a redes de conmutación de paquetes

• Probabilidad de bloqueo (Blocking probability): The ratio between blocking cases (failure of a network to establish a connection on demand from the user, because of alack of resources) and the number of attempts.

• Retardo (Delay): Network delay corresponds to the time it takes for application data units to be carried by the network from the A-party (source) of the session to the B-party (destination). Network delay is caused by the combination of network propagation delay, transmission delay, processing delays and variable queuing delays at the intermediate routers on the path to the destination host.

• Jitter: Variación dinámica de retardos• Packet loss rate: Packet loss is typically the result of congestion in the network.

Packet loss rate is defined as the fraction (or percentage) of data packets, out of the total number of transmitted packets that are lost. Packets can be dropped due to congestion, or due to transmission errors... It is usually given as a ratio between the number of lost packets and the number of transmitted packets.


Estos parámetros son más o menos

importantes según el tipo de tráfico al que se

apliquen

A su vez, el tipo de tráfico vendrá

determinado por las aplicaciones que lo

generan


Clasificación de servicios de red por ancho de banda y calidad requeridos

\ BWQoS \ Low Medium High

Real time Legacy and IP telephony Gaming Video conference, grid

computing

Streaming UMTSRemote backup,

network supervision

TV and Video Broadcast

Transactional e-buy Telnet SAN

Best effort e-mail, domotics, VoIP p2p file exchange, Data acquisition VoD

Blockingprobability

Networkavailability

Set up time

Maximum delay

Mean delay

Packet loss rate

Real time < 0.1% > 99.9% < 1 s < 50 ms * < 5 E-5

Streaming < 0.1% > 99% < 1 s < 1 s * < 1 E-3

Transactional < 1% > 99% < 3 s < 1 s < 200 ms < 1 E-2

Best effort * * * * * *


• Compra de BW mediante Portal Cautivo

• ↑ BW/QoS Servicios de Telefónica o Proveedores que paguen por ello.

Evolución Capex RIMA

0

20

40

60

80

100

120

140

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

€/U

suar

io

BackboneAcceso

• Tarifa Plana Crecimiento exponencial de BW• ↑ BW Modelo no sostenible• Necesidad de disponer de mecanismos que garanticen la calidad del servicio ofrecido, y protejan la red de usos abusivos: Servicios no garantizados por WB sino diferenciados por QoS

Situación

Fair Usage Policy(FUP)

1

2

• Si tráfico mensual> 30G

• Limitación velocidad 10% velocidad contratada

FUPColoreado

• Best Effort Resto de Tráfico.

Situación

Frente al concepto de red neutra (net neutrality), los operadores perciben el colapso del modelo ISP

El aumento de tráfico p2p repercute en inversiones crecientes de CAPEX/usuario.

La penetración de IPTV puede hacer explotar las actuales redes si no se modernizan mediante sistemas p2mp que optimicen el uso de recursos de red

CAPEX


Según que el servicio esté orientado o no a conectividad, los mecanismos de garantía de calidad serán distintos

Servicios

( Ethernet, IP)

( ATM, MPLS)

En los servicios orientados a conexión, antes de que la fuentetransmita la información, se comprueba si se va a poder dar el servicio (recursos?). Eventualmente podría establecerse una negociación cliente-servidor en la que el primero disminuyera sus requisitos (de ancho de banda, por ejemplo).


En los servicios no orientados a conexión, la fuente transmite cuando quiere, esperando que la red sea capaz de transportar dicho tráfico.

Pero la red sólo puede dar garantías estadísticas. Puede entrar en congestióny perder paquetes.

El enfoque, desde el punto de vista de QoS de estas redes es:

• Asignación de prioridades al tráfico cursado (en cada elemento de red que lo trata): Se da mayor prioridad al tráfico marcado.

El tratamiento podrá ser implementado mediante negociación (previa y estática o dinámicamente variable, conforme el cliente detecte necesidad de incrementar los recursos que solicita a la red):

• La fuente podría indicar el tipo de servicio que necesita (baja pérdida, bajo retardo, etc.).

De este modo, la red desincentivaría el abuso sobre sus recursos cobrandomás por las prioridades mayores y dejando a best effort el tráfico de clientes menos exigentes.


Independientemente del tipo de servicios de red, ésta garantizará la disponibilidad cuando sus recursos se encuentren operativos o se haya previsto sus eventuales fallos. Para esto, se dispone de varios mecanismos

Protección

Esquemas 1+1Tráfico

de usuario

Tráfico de usuario

Funcionamiento normal Avería

Corte enla fibra

Los ADMs realizan un bucle y cierran el anillo

en 50 ms

AD

MA

DM

ADMADM

ADMADMADM

ADM

AD

MA

DM

ADMADM

Tráfico de usuario

Reserva

ADMADM ADM

ADM

AD

MA

DM

AD

MAD

M

ADMADMADM

ADM

Tráficode usuario

Tráfico de usuario

Funcionamiento normal Avería

Corte enla fibra

Los ADMs realizan un bucle y cierran el anillo

en 50 ms

AD

MA

DM

AD

MA

DM

ADMADMADMADM

ADMADMADMADMADM

ADMADMADM

AD

MA

DM

AD

MA

DM

ADMADMADMADM

Tráfico de usuario

Reserva

ADMADM ADM

ADM

AD

MA

DM

AD

MAD

M

ADMADMADM

ADM

Tráfico de usuario

Reserva

ADMADMADMADM ADM

ADMADMADM

AD

MA

DM

AD

MA

DM

AD

MAD

MA

DM

ADM

ADMADMADMADMADM

ADMADMADM

• Duplicación de recursos de red

• Switch rápido en extremos

Esquemas N:M

HH

BHHB

No

E

K

D

F

NMa

Ka

SUl M

L

Do

sharing

HH

BHHB

No

E

K

D

F

NMa

Ka

SUl M

L

Do

HH

BHHB

No

E

K

D

F

NMa

Ka

SUl M

L

Do

sharing

• Compartición de recursos de red

• Switch rápido en extremos

• El esquema puede ser preplanificado o dejar que se provean recursos a clientes en tiempo de ejecución

Enlace backup compartido

Mecanismos de robustez (resilience) de redes de telecomunicación

http://www.ii.uam.es/~ferreiro/sistel2008/anexos/Proteccion&restauracion.pdf

http://www.ii.uam.es/~ferreiro/sistel2008/anexos/Proteccion&restauracion.pdf


En redes PS de topología mallada, es factible implementar mecanismos menos costosos de resilience:

Restauración

• El mecanismo también puede ser preplanifacado o dejar que el plano de control de la red calcule la disponibilidad de recursos y restaure la conexión

• Cuando el enlace incialmenteaveriado vuelva a estar en servicio, es posible recuperar la situación inicial: Tráfico asignado a su “ruta nominal”. En caso contrario, se produce una fragmentación de red.

• En caso de múltiples fallos, una recuperación “al vuelo” ,sobre este esquema, el el único mecanismo que garantiza la restauración.

• Tal tipo de operación requiere un plano de control distribuido: Inteligencia en los elementos de red.

T.Switch

T.Switch

T.Switch

T.SwitchT.Switch

T.Switch

T.Switch

T.Switch

First Failure

Second Failuire

Alarm

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.SwitchT.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch

First FailureFirst Failure

Second FailuireSecond Failuire

Alarm

T.Switch

T.Switch

T.Switch

T.SwitchT.Switch

T.Switch

T.Switch

T.Switch

First Failure

Second Failuire

Alarm

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch


T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch


Second FailuireSecond Failuire

Alarm

T.Switch

T.Switch

T.Switch

T.SwitchT.Switch

T.Switch

T.Switch

T.Switch

First Failure

Second failure

New Path

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch


T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch

T.SwitchT.Switch


Second failureSecond failure

New Path


(control de admisión) *

* Mecanismo típico de servicios orientados a conexión


Soluciones para QoS: Esquemas de prioridades

Se puede dar prioridades de dos formas (en general, se emplean combinacionesde ambos tipos):1. Prioridades de DESCARTE (en una cola): Qué descartar primero (en caso de que la

cola se llene)• TAIL DROP: Se descarta el último paquete que llega.• Random Early Detect (RED): Se empieza a descartar aleatoriamente en el momento

en que la ocupación de la cola cruza un umbral.• Weighted RED (WRED): Se empieza a descartar aleatoriamente cuando la ocupación

cruza un umbral, con distintos pesos para distintos tipos de clientes. Pueden usarse también umbrales distintos para cada tipo de cliente.

2. Prioridades de SERVICIO: Influyen sobre la decisión de a quién atender primero, en caso de que haya más de un cliente esperando el servicio

• Head of Line (HOL): No se atiende a los clientes de un cierto nivel de prioridad, n, hasta que hayan sido atendidos completamente los de los niveles superiores.

• Round Robin: Se van atendiendo clientes de los distintos tipos de forma rotatoria. Impide las ‘injusticias’ (y posibles ‘ahogos’) que genera HOL.

• Weighted Round Robin (WRR): Idéntico a Round Robin, con distintos pesos paradistintos tipos. Un tipo con más peso recibe atención durante más tiempo cuando es suturno.

• Weighted Fair Queueing (WFQ): Es un refinamiento de WRR


Estrategias de QoS adaptadas a distintos tipos de tráfico:

En los servicios de “tiempo real”, se cuenta con los parámetros que describen su bit rate:


En los servicios de tráfico elástico, lo principal es trasmitir todos los paquetes sin grandes retardos:

La estrategia es adaptar los recursos de red para minimizar las pérdidas (y eventuales retransmisiones):


Las soluciones basadas en TCP y estrategias de prioridades anteriormente descritas no son suficientes

Por ello, se impone implementar soluciones de gestión más activas (por parte de los operadores de red) sobre los mecanismos nativos de los routers, bien adaptados al mundo Internet (p2p). Se distingue dos

tipos: IntServ y DiffServ

http://www.ii.uam.es/~ferreiro/sistel2008/anexos/Diff&IntServ.pdf


Integrated Services (IntServ)

Establece una garantía extremo a extremo (e2e) por medio del protocolo de reserva y señalización RSVP (que actúa en cada nodo que deba atravesar el paquete)


Nota.- Se define flujo como el conjunto de paquetes que tienen el mismo origen y destino


Las soluciones Differentiated Services (DiffServ) se basan en actuaciones independientes en cada router manteniendo una red

“tan estúpida como sea posible”.

Clasificadores de paquetes (Packet Classifiers)• Los paquetes son asignados a diferentes colas en función de su marca

• Gestores de políticas (Policy Managers)• Aplican y comunican la política de QoS en:

• Los nodos de ingreso gracias al uso de: Medidores (meters) y Marcadores (markers)• Los nodos de salida gracias al uso de:Acondicionadores de tráfico (shapers)

•Per Hop Behaviours• Tratamiento del paquete en el nodo en función de su marca• Expedited Forwarding and Assured Forwarding

Mecanismos DiffServ:

http://www.ii.uam.es/~ferreiro/sistel2007/anexos/temas_adicionales/Trabajos prospeccion/DiffServ.pdf


Aplicación de conceptos de QoS a VoIP:


En transmisión IP, además de codificación, se manejan conceptos que afectan a la calidad como:

Supresión de silencio

DTMF

Cancelación del eco

En una conversación típica alrededor del 60% es silencio.Los anexos G729B y G723.1A contemplan el uso de detector de actividad de voz (VAD) y generador de ruido de confort (CNG) para un mejor aprovechamiento del ancho de banda.

Los tonos DTMF son generados al pulsar un botón de cualquier terminal telefónico (por ejem., los tonos de marcado, de ocupado, etc.). Estos tonos deben ser detectados y adecuadamente procesados por cualquier sistema de procesado de la voz.

Puede eliminarse mediante un cancelador de eco (filtro):


Es preciso recordar que ni estos mecanismos ni la propia codificación de voz deben representar esfuerzos desmesurados de computación para los elementos activos (emisores/receptores). No sólo por el incremento de precio que podría suponer sino, sobre todo, por el aumento en el retardo que ello introduciría:

Es necesario un compromiso entre el grado de compresión y el retardo.

Debe elegirse un codec y una longitud de trama adecuado.

Retardo total = Longitud de trama + Lookahead + Retardo de codificación + Retardo de propagación +“serialización”+esperas en colas+ Buffer de jitter + Retardo decodificación


Gestión de la red de telecomunicación

Red de transmisión Centro de Gestión

(centralizada)

CPD remoto

www.buy.com

Internet

CPD remoto

Los propios elementos de la red deben ser monitorizados y gestionados.Esta labor se lleva a cabo por una red superpuesta que los comunica con un centro de operación y gestión. La relación nodo de gestión-nodo de conmutación no tiene por qué ser 1:1A él se reporta las alarmas y parámetros de uso de los elementos activos de la red de telecomunicación.Desde él se emite órdenes de reconfiguración de tráfico y servicios.Con ello, se tiene base para administrar el negocio eficazmente.


Por motivos de escalabilidad, puede establecerse una jerarquía de centros de control y gestión de la red de telecomunicaciones: Dominios administrativos.La tendencia actual es a separar las funciones de control y administración con incorporación de automatismos en los elementos activos de red (routers, switches, centrales, etc.).Asimismo, se impone la “gestión distribuida” de estos elementos de red aunque la administración final de los servicios de conectividad y de valor añadido (control del negocio) debe ser centralizada (y única frente al cliente).

Gestióncentralizada del negocio frente a

los clientes


Por otra parte, el operador que utiliza equipos de distintos fabricantes (red multivendor) debe enfrentarse a la consiguiente incompatibilidad de soportes de gestión (específicos de cada fabricante).Bien se trabaja con “dominios tecnológicos” (equipos del mismo proveedor) interconectados cuasi-manualmente.

Bien se “recubre” los sistemas propietarios de gestión con uno “universal”: Desarrollo software posible si los fabricantes respetan estándares mínimos del modelo de información, interfaces y protocolos.


•La Telecommunication Management Network aplica los conceptos OSI (OpenSystems Interconnections) a la gestión de redes: Arquitectura cliente-servidor (como la “torre de comunicaciones”, de 7 niveles).

• Puede aplicarse a redes “multivendor” para Supervisar (monitorización de tráfico, tratamiento de alarmas), operar (configuración de red, restauración y garantía de servicio) y administrar (control de acceso, facturación, contabilidad).

Arquitectura TMN

Gestión de Negocio

Gestión de Servicio

Gestión de Red

Gestión de elemento de red

Elementos de red


Arquitectura funcional TMN

La recomendación ITU-T/M.3010 describe los bloques (software) de un sistema de gestión estándar TMN y las interfaces entre ellos según un esquema gestor-agente.

El modelo de información se basa en el paradigma “orientado a objetos”: Para cada Elemento de Red (ER) se generan diferentes objetos, en consideración a las distintas tareas de gestión a desarrollar sobre dicho Elemento: Medida y manejo del tráfico, funcionalidades de restauración, provisión de alarmas,...

• ET.- Estación de trabajo (del personal controlador)

• ER.- Elemento de red (router, switcher, etc.)

• DM.- Disposito mediador (traductor de protocolos y formatos).

• AQ.- Adaptador de interfaz (proxy) para ER no dotados de interfaz TMN).

• Q3 y Qx describen interfaces con primitivas normalizadas

• Varios ER pueden agruparse frente a un DM.


Con esta herramientas, un operador puede desarrollar un sistema centralizado de administración multidominio y multivendor.También puede supervisar la red de manera distribuida, jerárquica o centralizada.

Existen librerías estándar de clases

Asimismo se facilita la operación (configuración, gestión de tráfico y servicios) semiautomática a la espera de sistemas de control distribuidos en los propios elementos de la red de transporte (restauración “multicapar” en caso de fallo, por ejemplo).


Alternativa al modelo OSI

IETF OSI

• Partiendo de los mismos esquemas básicos: modelo gestor/agente, desarrollo orientado a objetos, los fabricantes de equipos desarrollaron el estándar SNMP para administrar sistemas distribuidos (LANs, etc.).

• Otras RFCs completan el marco operativo con estándares sobrea) Estructura de la Información de Gestión (SMI): Reglas para definir objetos.b) Colección (base de datos) de objetos (MIB).

SNMP.- Simple Network Management ProtocolSMI.- Structure for Management InformationMIB.- Management Information data BaseIETF.- Internet Engineering Task Force

• SNMP funciona sobre protocolos básicos de Internet (UDP/IP). Como ellos, no está orientado a conexión.

• Un agente SNMP puede actuar como proxy para uno o más dispositivos.


•Estructura de la información de gestión: los objetos Internet son simples y limitados, frente a los objetos OSI, para los que se definen atributos, acciones, notificaciones...

•Esquema de nombrado: Internet deja este aspecto para ser resuelto por el protocolo, mientras que los objetos OSI se identifican por su distinguished name, que sigue una estructura jeráquica basada, por ejemplo, en la relación de contención.

•Protocolo de gestión: SNMP ofrece un conjunto simple y reducido de comandos y opera sobre un protocolo no orientado a conexión (sobrecarga baja), pero su vocabulario es muy limitado y las operaciones de consulta de tablas pueden resultar muy ineficientes. Las recomendaciones ITU sobre TMN incluye un exhaustivo conjunto de comandos, una gestión de la MIB eficiente y un amplio vocabulario, pero requiere un protocolo de nivel de aplicación orientado a la conexión (sobrecarga notable).

•SNMP es el protocolo recomendado por el IAB (Internet Activities Board) para la gestión de Internet. Por su simplicidad y facilidad de uso es muy adecuado para la gestión de dispositivos con capacidad de procesamiento limitada. El inconveniente es su tendencia a generar gran cantidad de tráfico, aumentando las necesidades de ancho de banda y degradando los tiempos de respuesta de las redes.

Diferencias entre soluciones IETF y OSI


Visión futura

Existen dos posibilidades para resolver el problema de las diferencias planteadas:• Acomodación de diferencias: identificación del protocolo más adecuado para cada situación concreta (coexistencia). La coexistencia puede conseguirse mediante integración de los protocolos (instalación de torres de protocolos dobles en los ER)

•Superar las diferencias para hacer trabajar juntos a ambos protocolos (interoperación). La interoperación exige resolver diferencias en el nivel de MIBs (mecanismos de traducción).

Control PlaneControl Plane

Transport PlaneTransport Plane

NMI-T

NMI-A

CCI

Management Plane

Management Plane

ASTN

Client NetworkClient Network

UNI

presentación de powerpoint - uamarantxa.ii.uam.es/~ferreiro/sistel2008/tema 6/tema 6.pdf ·...

Documents