QoS entre otras cosas permite:

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.

• Controlar la congestión cuando la demanda del ancho de banda (BW) es mayor al BW disponible
• Priorizar servicios según su naturaleza
• Asignar distintos tipos de BW de acuerdo a perfiles de tráfico
• QoS es parte de la demoninada redes convergentes, convergencia de voz sobre IP, video y datos simultáneamente.

El grupo de trabajo Internet Engineering Task Force (IETF), define dos tipos de calidad de servicio:

• IntServ –> Servicios Integrados
• DiffServ –> Servicios diferenciados, DiffServ es el modo más ampliamente usado en las redes actuales

• IntServ:
  • Provee la garantía más alta de QoS
  • Intensivo uso de recursos
  • Limitada escalabilidad
  • USA RSVP (Resource Reservation Protocol) para establecer un circuito virtual de QoS de extremo a extremo

• DiffServ:
  • Alta flexibilidad y escalabilidad en la implementación de QoS
  • Los dispositivos de red reconocen clases de trafico
  • Provee diferentes niveles de QoS a diferentes clases
  • Se define un dominio de QoS
  • La política de QoS se debe aplicar en cada uno de los saltos de la red, también llamado Per Hop Behaviour, que en español sería como «Comportamiento por cada salto»

Conceptos importantes que se deben tener en cuenta en el uso de QoS:

• Control de la congestión: Una interfaz experimenta congestión cuando tiene más tráfico del que puede gestionar. El resultado de la congestión es el retaso (latencia) que impactan directamente a servicios con tráfico interactivo y en tiempo real (ej. Voz sobre IP)

• Perdida de paquetes: En periodos de alta congestión, los dispositivos de red optan por descartar (drop) paquetes IP, por lo que sin QoS el descarte de paquetes es la misma para tráfico sensible como para tráfico no sensible.

• Perfiles de tráfico:
  • Voz sobre IP, convierte las señales de voz en paquetes de datos comprimidos que son transportados por medio de redes de datos
    • Tráfico predecible y relativamente estable
    • Bajo consumo de recursos
    • Son muy sensibles a la latencia o delay, menos de 150ms
    • Tráfico muy sensible a las pérdidas o drop, menos del 1%
    • No tolera retransmisiones
    • Usa UDP (User datagram protocol)
    • El jitter o fluctuación del retardo debe ser menor a 30ms
    • Ancho de banda (BW) entre 30Kpbs a 128Kbps, depende del codificador en uso

• Video sobre IP, es una solución de transporte de audio y video sobre redes IP
  • Genera trafico impredecible y en ráfagas en ciertos momentos
  • Sensible a pérdidas de 0,1 a 1% máximo
  • Sensible a latencia hasta 400 ms
  • BW entre 384Kbps a 30Mbps
  • Jitter no mayor a 50ms

• Tráfico de datos
  • Tráfico impredecible y que facilmente genera ráfagas de tráfico
  • Generalmente insensible a perdidas y latencias
  • Retransmisión de paquetes por medio de TCP
  • Puede fácilmente consumir el ancho de banda de un enlace

Políticas de control de QoS – Encolamiento o Queuing 

Encolamiento o Queuing, es una herramienta de control de congestión que permite priorizar, administrar buffers y reordenar paquetes antes de ser transmitido a un destino.

Existen distintos tipos de encolamiento entre los más destacados se encuentran:

• FIFO: First-in, first-out, el primero en llegar es el primero en salir,  es el método de encolamiento más sencillo, en el encolamiento FIFO todos los paquetes son tratados de igual manera y son puestos dentro de una única cola, y son entregados en el mismo orden en el que son colocados dentro de la cola, es decir el primero paquete que ingresa es el primero que sale. Su desventaja es que maneja una cantidad de flujo de paquetes limitada, es decir cuándo la cola está llena de paquetes, éste los descarta. En esta configuración los paquetes no son reordenados y el retardo máximo viene determinado por el tamaño máximo de la cola.  

• WFQ: Weighted Fair Queueing, encolamiento controlado basado en pesos, este método provee una asignación de ancho de banda para todo el tráfico de la red, esta asignación de ancho de banda es la que determina el orden de como serán entregados los paquetes, y es hecha usando filtros disponibles en el datagrama IP, como las direcciones de origen y destino, o el campo TOS. WFQ crea una cola distinta para cada tipo de tráfico asignándole a cada uno, valores de profundidad para las colas, las cuales pasan a través de un servidor round robín siguiendo un orden secuencial circular. Como cada flujo tiene una cola asignada si se presentan demasiadas tramas de datos solo se vera afectado el rendimiento de la cola para cada clase especifica.

• CBWFQ: Class based weigthed fair queueing, encolamiento controlado basado en pesos basado en clases, Extiende las características del encolamiento tipo WFQ, ya que le otorga a los usuarios la habilidad de crear diferentes clases de trafico, estas son definidas usando el campo DSCP del datagrama IP, configurando listas de acceso o usando las interfaces de entrada como herramientas para configurar el encolamiento de paquetes. En este tipo de encolamiento, una cola es reservada para cada clase, y el tráfico correspondiente a cada una de ellas va directamente a la cola asignada para esa clase. Para caracterizar las clases, se debe especificar el límite de la cola para esa clase, así como el ancho de banda, el peso, y el número máximo de paquetes que soportara. El ancho de banda que se le asigne será el ancho de banda que tendrá esa clase durante la congestión.

• LLQ: Encolamiento de baja latencia Low Latency queueing, es una mezcla entre el tipo de encolamiento de prioridad y el anteriormente explicado CBWFQ, es el método de encolamiento característico de las aplicaciones de telefonía IP y VoIP, LLQ esta basado en el uso de colas de prioridad personalizadas, las cuales están basadas en clases de trafico pre configuradas por el administrador de los servicios de red, estas clases de trafico en conjunto con una cola de prioridad, la cual tiene la mayor preferencia sobre las demás colas correspondiente a los diferentes flujos de datos. Si hay presencia de tráfico en la cola de prioridad, ésta es atendida antes que las demás colas de prioridad personalizadas, si la cola de prioridad absoluta no esta encolando paquetes, las demás colas son atendidas según su prioridad asignada.

Proceso General de QoS y secuencia de operación sobre el flujo de paquetes

Marcado de tráfico

Antes de aplicar QoS, un paquete debe ser marcado para después asignarle una clase determinada según el tipo de tráfico

Formas de marcado:

Marcado de tráfico en capa 2

• Usa el campo de prioridad 802.1p también llamado Class of Service (CoS)
• Diferentes tipos de tráfico son asignados a diferentes valores de CoS
• CoS 6 y 7 son reservados para uso de la red

Marcado de tráfico en capa 3

• IP Precedence está obsoleto
• Uso de 6 bits para DSCP

Mapeo de marcado de capa 2 a capa 3

En la siguiente tabla se muestra los distintos tipos de mapeos dependiendo del marcado:

Ejemplo de mapeo de marcado de capa 2 a capa 3

• Para tráfico voz: CoS = 5 –> DSCP = EF = 101110 (6 primeros bit) = 0x2e (Hex) = 46 (Decimal)
• Para tráfico misión crítica: Cos = 3 –> DSCP = AF31 = 011010 (6 primeros bit) = 0x1a (Hex) = 26 (Decimal)
• Para tráfico builk data: CoS = 1 –> DSCP = AF11 = 001010 (6 primeros bit) = 0x0a (HeX) = 10 (Decimal)

Topología Calidad de Servicio QoS en Cisco Packet Tracer

Configuración Router0

class-map match-all voice

match protocol rtp

class-map match-all http

match protocol http

class-map match-all icmp

match protocol icmp

!

policy-map marcado

class voice

  priority 100

  set ip dscp ef

class http

  bandwidth 50

  set ip dscp af31

class icmp

  bandwidth 25

  set ip dscp af11

!

interface GigabitEthernet0/0/0

ip address 10.1.1.1 255.255.255.0

duplex auto

speed auto

!

interface Serial0/1/0

bandwidth 250

ip address 10.1.2.1 255.255.255.0

service-policy output marcado

clock rate 250000

!

router ospf 1

log-adjacency-changes

network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

Configuración Router1 

class-map match-all voice

match ip dscp ef

class-map match-all http

match ip dscp af31

class-map match-all icmp

match ip dscp af11

!

policy-map remarcado

class voice

  set precedence 5

class http

  set precedence 3

class icmp

  set precedence 0

!

interface GigabitEthernet0/0/1

ip address 10.1.3.1 255.255.255.0

duplex auto

speed auto

!

interface Serial0/2/0

ip address 10.1.2.2 255.255.255.0

service-policy input remarcado

!

router ospf 1

log-adjacency-changes

network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

Revisión de Marcado QoS en Cisco Packet Tracer

Revisaremos ahora como se ven los paquetes IP con el marcado DSCP, cuando realizamos un tráfico http

La siguiente imagen, muestra la PDU de entrada en el Router0 donde se ve que el DSCP es 0x00

La siguiente imagen se ve como QoS marca el paquete en la PDU de salida con un DSCP de 0x1a

La siguiente imagen muestra como en Router1 llega el paquete marcado en la PDU de entrada con el valor enviado por el Router0 que es 0x1a

En la siguiente imagen se muestra como la PDU es remarcada por el valor de 0x18

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Te comparto el laboratorio de QoS AQUÍ en Cisco Packet Tracer