Introducción a la Calidad de Servicio QoS para el CCNA
La Calidad de Servicio QoS para el CCNA:
Un switch en su modo de funcionamiento normal, envía todo el tráfico desde el origen al destino, sin importar que tipo de trafico es, solo recibe una trama Ethernet, mira la dirección MAC de destino y direcciona la trama al destinatario. Lo mismo ocurre en un router, éste recibe un paquete IP, mira por el destino en la tabla de routing y direcciona el paquete hacia el destinatario.
Este tipo de reenvío se llama “best effort” o mejor esfuerzo o FIFO (First in First Out), es decir el primero en entrar es el primero en salir.
En el ejemplo de arriba, es algo clásico en la redes, donde tenemos clientes PC, que trafican distintos tipos de tráfico a la vez, como paquetes de datos (PC) y paquetes de voz (Telefonía IP).
Al tener entre los dos router un enlace serial, que por lo general son de bajo ancho de banda (BW), entonces tenemos usuarios que reclaman por la baja calidad de la voz y usuarios que reclaman por las bajas velocidades de transferencia de datos.
Es aquí donde la Calidad de Servicio QoS para el CCNA empieza a realizar su tarea al cambiar la forma en que los switch y los router tratan los diferentes paquetes.
Características del trafico de red
- Bandwidth (Ancho de banda)
- Delay (Retardo)
- Jitter (Fluctuación de fase)
- Loss (pérdida de paquetes)
Bandwidth: es la velocidad del enlace, en bits por segundo (bps). Con QoS, podemos decirle al router cómo usar este ancho de banda. Con FIFO, los paquetes se tratan por orden de llegada. Una de las cosas que podemos hacer con QoS es crear diferentes colas y poner ciertos tipos de tráfico en colas diferentes. Luego podemos configurar el router para que la cola uno obtenga el 50% del ancho de banda, la cola dos obtenga el 20% del ancho de banda y la cola tres obtenga el 30% restante del ancho de banda.
Delay: es el tiempo que le toma a un paquete llegar desde el origen hasta su destino, esto se conoce como retardo unidireccional. El tiempo que lleva llegar desde una fuente al destino y viceversa se llama demora de ida y vuelta. Hay diferentes tipos de demoras; sin entrar en demasiados detalles, permítanme darles una descripción general rápida:
- Retardo de procesamiento: este es el tiempo que le toma a un dispositivo realizar todas las tareas requeridas para reenviar el paquete. Por ejemplo, un router debe hacer una búsqueda en la tabla de enrutamiento, verificar su tabla ARP, listas de acceso saliente y más. Dependiendo del modelo de router, la CPU y el método de switching, esto afecta la demora de procesamiento.
- Retraso en cola: la cantidad de tiempo que un paquete está esperando en una cola. Cuando una interfaz está congestionada, el paquete tendrá que esperar en la cola antes de que se transmita.
- Retardo de serialización: el tiempo que lleva enviar todos los bits de una trama a la interfaz física para su transmisión.
- Retardo de propagación: el tiempo que tardan los bits en cruzar un medio físico. Por ejemplo, el tiempo que tardan los bits en viajar a través de un enlace de fibra óptica de 10 millas es mucho más bajo que el tiempo que tardan los bits en viajar utilizando enlaces satelitales.
Con la calidad de Servicio QoS para el CCNA podemos influenciar en la cola de delay, creando una cola con prioridad que siempre se sirva antes que las otras colas, por ejemplo agregar a la cola de prioridad paquetes de voz para que no tengan que esperar mucho tiempo en la cola, lo que reduce el retraso de esta cola.
Jitter: es la variación del retardo unidireccional en una secuencia de paquetes. Por ejemplo, digamos que un teléfono IP envía un flujo constante de paquetes de voz. Debido a la congestión en la red, algunos paquetes se retrasan. El retraso entre los paquetes 1 y 2 es de 20 ms, el retraso entre los paquetes 2 y 3 es de 40 ms, el retraso entre los paquetes 3 y 4 es de 5 ms, etc. El receptor de estos paquetes de voz debe ocuparse de la fluctuación de fase, asegurándose de que los paquetes tengan un retraso constante o experimentará una mala calidad de voz.
Loss: es la cantidad de datos perdidos, generalmente se muestra como un porcentaje de los paquetes perdidos enviados. Si envías 100 paquetes y solo 95 llegan a su destino, tiene una pérdida de paquetes del 5%. La pérdida de paquetes siempre es posible. Por ejemplo, cuando hay congestión, los paquetes se pondrán en cola, pero una vez que la cola esté llena … los paquetes se descartarán. Con QoS, al menos podemos decidir qué paquetes se eliminan cuando esto sucede.
Tipos de tráficos
Con QoS, podemos cambiar nuestra red de modo que se prefiera cierto tráfico sobre otro tráfico cuando se trata de ancho de banda, retraso, fluctuación de fase y pérdida. Sin embargo, lo que se necesita configurar realmente depende de las aplicaciones que se usa. Echemos un vistazo más de cerca a las diferentes aplicaciones y tipos de tráfico.
- Aplicaciones Bath o por lotes: Al hablar de ancho de banda es bueno tener ancho de banda, hace la diferencia entre tener que esperar unos segundos, minutos o unos pocos días para descargar un archivo x que queramos bajar. En cuanto al delay, hay una demora unidireccional para transferir los datos del servidor a su computadora. Cuando se hace clic en el enlace de descarga, puede tomar un poco de tiempo antes de que comience la descarga. Una vez que los paquetes entran, realmente no importa mucho la demora o la variación de la demora (jitter) entre los paquetes. No estás interactuando con la descarga, solo esperamos a que se complete. A lo que se refiere la pérdida de paquetes, Las transferencias de archivos como estas usan TCP, y cuando se pierden algunos paquetes, TCP retransmitirá sus datos, asegurándose de que la descarga lo haga completamente a su computadora.
- Aplicaciones Interactivas: un ejemplo de aplicación interactiva es el uso de la aplicación Telnet y SSH para conectarse a un switch/router. Estas aplicaciones no requieren mucho ancho de banda, pero son algo sensibles a la demora y la pérdida de paquetes. Dado que está escribiendo comandos y esperando una respuesta, puede ser molesto trabajar con un retraso alto. Si alguna vez tuvo que acceder a un router a través de un enlace satelital, sabrá de lo que se está hablando. Los enlaces satelitales pueden tener un retardo unidireccional de entre 500-700 ms, lo que significa que cuando escriba algunos caracteres, se producirá una breve pausa antes de que los caracteres aparezcan en la consola. Con QoS, podemos garantizar que, en caso de congestión, las aplicaciones interactivas se inicien antes que las aplicaciones bath que consumen mucho ancho de banda.
- Aplicaciones de voz y video: son muy sensibles a la demora, la inestabilidad y la pérdida de paquetes:
Arriba tenemos un usuario que está hablando. Con VoIP, utilizamos un códec que procesa el sonido analógico en una señal digital. El sonido analógico se digitaliza durante un cierto período de tiempo, que suele ser de 20 ms. Con el códec G711, cada 20 ms de audio son 160 bytes de datos.
El teléfono creará un nuevo paquete IP con un encabezado UDP y RTP (Protocolo de transporte en tiempo real), le agregará los datos de voz y reenviará el paquete IP al destino. El encabezado IP, UDP y RTP agrega 40 bytes de sobrecarga, por lo que el paquete IP tendrá 200 bytes en total.
Durante un segundo de audio (20ms x 50), el teléfono creará 50 paquetes de IP. 50 paquetes de IP * 200 bytes = 10000 bytes por segundo. Eso es 80 Kbps (10000 x 8 bits). El códec G.729 requiere menos ancho de banda (pero con una calidad de audio reducida) y requiere solo alrededor de 24 Kbps.
El ancho de banda no es un gran problema para VoIP, pero el retraso sí lo es. Si está hablando con alguien por teléfono, espera que sea en tiempo real. Si la demora es demasiado alta, la conversación se convierte en algo así como una conversación de woki toki donde tienes que esperar unos segundos antes de obtener una respuesta. La inestabilidad es un problema porque el códec espera un flujo constante de paquetes IP con datos de voz que debe volver a convertir en una señal analógica.
La pérdida de paquetes también es un problema, demasiados paquetes perdidos y las conversaciones tendrán lagunas. El tráfico de voz en una red de datos es posible, pero necesitará QoS para garantizar que haya suficiente ancho de banda y para mantener el delay, el jitter y la pérdida de paquetes bajo control. Estas son algunas pautas que puede seguir para el tráfico de voz:
- Delay en un sentido: < 150 ms.
- Jitter: <30 ms.
- Loss: < 1%
El tráfico de video (interactivo) tiene requisitos similares al tráfico de voz. El tráfico de video requiere más ancho de banda que el tráfico de voz, pero esto realmente depende del códec y del tipo de video que está transmitiendo. Por ejemplo, si grabo un video de la consola de mi router, el 90% de la pantalla permanece igual. La imagen de fondo sigue siendo la misma, solo el texto cambia de vez en cuando. Un video con mucha acción, como un video deportivo, requiere más ancho de banda. Al igual que el tráfico de voz, el tráfico de video interactivo es sensible a la delay, jitter y la pérdida de paquetes. Aquí hay algunas pautas:
- Delay en un sentido: 200 – 400 ms.
- Jitter: 30 – 50 ms.
- Loss: 0.1% – 1%
Herramientas QoS
Las herramientas que nos permiten implementar la Calidad de Servicio QoS para el CCNA son las siguientes:
- Clasificación y marcado: si queremos dar a ciertos paquetes un tratamiento diferente, debemos identificarlos y marcarlos.
- Queueing – Gestión de la congestión: en lugar de tener una gran cola en la que los paquetes se tratan con FIFO, podemos crear múltiples colas con diferentes prioridades.
- Shaping and Policing: estas dos herramientas se utilizan para limitar el tráfico.
- Congestion Avoidance: hay algunas herramientas que podemos usar para administrar la pérdida de paquetes y reducir la congestión.
Puedes serguir viendo más sobre QoS en el artículo «Introducción a la Calidad de Servicio QoS para el CCNA parte 2«
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