Calidad De Servicio

Agenda • Que es QoS? • QoS Building Blocks • QoS en Acción • DIFSERV • NBAR • WRED • LFI • CAC

1-1

Que es Quality of Service (QoS)? Habilidad de la red de brindar servicios especiales… a usuarios y /aplicaciones. Data, Video, Voice

Consistente Predecible Performante 1-2

Que es Quality of Service (QoS)? Desktop Conferencing, Distance Learning

• Clasificacion

Mission-Critical Applications

• Policing

E-Mail

• Shaping

File Transfer

• Congestion avoidance 1-3

Por que la necesidad de QoS? % PERDIDA DE PAQUETES Mission-Critical Apps

RETARDO ABSOLUTO

Voice Video None

VARIACION DE RETARDO

Other

0

20

40

60

80

100

USO

ANCHO DE BANDA CONTROL DE ADMISION

Source: Forrester, August 1998, Fortune 1000 1-4

Que son Aplicaciones MissionCritical? • Enterprise Resource Planning (ERP) applications – Order entry – Finance – Manufacturing – Human resources – Supply-chain management – Sales-force automation

• Que otras son ”mission critical”? – SNA applications – Selected physical ports – Selected hosts/clients 1-5

Beneficios QoS • Controlar los recursos de la red • Mejorar la eficiencia de costos – Aumentar la eficiencia de la WAN – Minimizar la sobrcarga administrativa

• Crear las bases de una tecnología que facilite los negocios en vez de impedirlos • Combinar mission-critical, y aplicaciones multiemdia de voz y video 1-6

Donde es QoS Importante?

No 16%

Yes 84% WAN

Yes 56%

No 44%

LAN

Source: Forrester, August 1998, Fortune 1000

1-7

QoS en la LAN • QoS es beneficioso cuando hay una congestión de recursos y necesidad de administrar bufers – Puntos con diferencia de velocidad o de agregación – Prerequisito para toda aplicación multimedia – Necesidad de priorizar aplicaciones críticas – Buffers grandes pueden reducir las pérdidas pero las aplicaciones sensible a lso retardos son negativamente afectadas – Ethernet transmit queue: 164K a 10 Mbps implica --> 128-ms delay

1-8

Ejemplo QoS Usuario

Remote Campus

Frame Relay, Red Bridgeada Etc.

Usuario

Campus Backbone

Servers Video

Recursos de Red Apl ERP

Impacto

Cuando

High

365 x 24 x 7

Video

< 100 KB

M–J, 9–5

VoIP

< 150 ms

L–VF, 9–5

Facturación Finanzas, Fabricación

1-9

Calidad de Servicio QoS Bloques Funcionales

• Clasificacion

• Policing

– IP Precedence – Committed Access Rate (CAR) – Diff-Serv Code Point (DSCP) – IP-to-ATM Class of Service

– Committed Access Rate (CAR) – Class-Based Weighted Fair Queuing (CB WFQ) – Weighted Fair Queuing (WFQ)

• Shaping

– Network-Based Application Recognition (NBAR) – Resource Reservation Protocol (RSVP)

– Generic Traffic Shaping (GTS) – Distributed Traffic Shaping (DTS) – Frame Relay Traffic Shaping (FRTS)

• Congestion Avoidance – Weighted Random Early Detection (WRED) – Flow-Based WRED (Flow RED) 1-10

Congestion Management— Colas inteligentes • Weighted Fair Queuing WFQ – Automaticamente asigna BW “fairly” (con justicia) Sesion 1 Sesion 2 Sesion 3 Sesion 4 SQLnet

SNA

FTP

HTTP

Otras colas posibles FIFO, priority queuing, custom queuing, Low Latency 1-11

Random Early Detection (RED) • RED reduce colas promedio a largo plazo mejorando delay • Se anticipa a la congestión

IN

DESCARTE

Transmit Buffer Queue

• Paquetes son descartados en forma randómica • La velocidad de descarte aumenta si la profundidad del buffer aumenta

OUT 1-12

Weighted RED WRED • WRED se enfoca en : – Identificar que paqetes descarta menos ( o no) que otros Paquetes azules se empiezan a Descartar al 50% de profundidad. La velocidad aumenta al aumentar la profundidad

Queue

Paquetes gold empiezan al 95% .

1-13

Weighted Random Early Detection (WRED) Pass Transmit Queue

Discard Test

Output Line

Fail

FIFO Scheduling

Descarte basado en : • Buffer Queue Depth • Asignación de QoS

Interface Buffers

1-14

QoS : Resource Reservation Protocol Reservar 1-Mbps BW y 200-ms Necesito 1-Mbps BW y 200-ms delay

Reservar 1-Mbps BW y 200-ms RQ

RQ

OK OK START

1-15

Ejemplo: No QOS

Jittery

Video Server

Cliente

• Recursos consumidos • Otros servicios o aplicaciones • No hay gestión del tráfico 1-16

Ejemplo: RSVP This app. needs 1-Mbps BW and 200-ms delay

Video Server

Reserve 1-Mbps BW on this line

Reserve 1-Mbps BW on this line

Reserve 1-Mbps BW on this line

Reserve 1-Mbps BW on this line

I need 1-Mbps BW and 200- ms delay

• Reserva ancho de banda end-to-end Client • Garantiza servicioa aplicaciones sensibles al retardo o al ancho de banda • Debe ser soportado por todos los clientes, servers y routers extremo a extremo 1-17

End-to-End QoS RSVP For End-End Reservation

FR or ATM Services Traffic Shaping

802.1p: Traffic Filtering for Switching

Traffic Shaping

Intranet

Leased Line Smart Queuing Mainframe

Campus Network

Policy Routing

Link Fragmentation and Interleaving

Remote Site 1-18

Donde aplicar funciones QoS Access Switch Fast Ethernet

QoS Ingress • Classification

Aggregation Router Fast Ethernet

Backbone Router

QoS WAN Edge • Admission Control Classification • Congestion Avoidance • Congestion Management

QoS Core

OC-3

QoS Core • Congestion Avoidance • Congestion Management

1-19

Ejemplo 1: Priorización de IP Telephony Set Telephony = High TOS = 5 Set Game = Low TOS = 2

Si

For TOS = 5 Threshold = 4 High Priority Queue (70% Transmit Ratio, Low Delay)

For TOS = 2 Threshold = 2 Low Priority Queue (30% Transmit Ratio, High Delay)

Si

1-20

Ejemplo 2: Aplicación ERP Untrusted Client

QOS Ingress

QOS Core

Reclassify Schedule TCP, L4-Port = 1521 According Set TOS = 5 to TOS = 5 Drop Threshold=Low SQL Client

Access Switch

Backbone Switch

Database 10.1.2.1

Server Farm Switch

Database 10.1.2.2 SQL Listener Server Farm

Schedule According to TOS = 5

Reclassify IF: L4-Port = 1521 IP-SA/DA = 10.1.2.1 IP-SA/DA = 10.1.2.2 Set TOS = 5

QOS Core

QOS Ingress

Client 1-21

TEST • QoS provides guaranteed ___________ – ____________ of mission-critical versus noncritical applications – Interactive and time-_________ applications – _____, _____, and data integration

• Key QoS building blocks – – – – –

Cla________ Po_______ Sh______ Co_________ avo______ Call _______ C_____ 1-22

Resumen • QoS provides guaranteed availability – Prioritization of mission-critical versus noncritical applications – Interactive and time-sensitive applications – Voice, video, and data integration

• Key QoS building blocks – – – –

classification policing shaping congestion avoidance 1-23

APLICACIONES DE LA QoS QoS COMO SEGURIDAD

MPLS VPN QoS

DIFFERENTIATED SERVICES

INTEGRATED SERVICES

DIFFSERV

RSVP

BEST EFFORT 1-24

CARACTERISTICA DEL TRAFICO BW

DATOS

VOZ

SUAVE Y CON RAFAGAS (mix) RETRANSMISION POR TPC POSIBLE

SUAVE SENSIBLE A PERDIDAS NO PERMITE RETRANS MISION POR TCP MAXIMA PRIORIDAD UDP

VIDEO RAFAGAS SENSIBLE A PERDIDAS SENSIBLE A RETARDOS PRIORIDAD UDP

10101

Diferentes necesidades 1-25

DESAFIOS

• Perdida de paquetes (Ej Congestión) • Retardo (Latencia) Paquetización, Serialización, Propagación

• Variación de retardo ( jitter ) 1-26

SERVICIOS INTSERV INTEGRATED SERVICES O INTSERV Servicios garantizados (RFC 2212 ) END TO END Servicios de carga controlada (RFC 2211) CAC Best Effort BE 1-27

SERVICIOS DIFFSERV Servicios Diferenciados DIFFSERV Diferentes niveles de servicio para cada tipo de paquete RFC 2474 Señalización en cada salto PHB EF o EXPEDITE FORWARDING RFC 3246 AS o ASSURED FORWARDING RFC 2597 CS o CLASS SELECTORS RFC 2474 BE BEST EFFORT ( cuando sea posible) 1-28

HERRAMIENTAS QOS DSCP DIFFSERV CODE POINTS

MARCADO POLICER

INGRESO CLASIFICACION Y MARCADO

QUEUING SHAPING

SCHEDULING

CLASIFICACION

WRED CONGESTION AVOIDANCE

EGRESO

CONGESTION MANAGEMENT

1-29

ESCENARIO GENERICO

1-30

MARCADO EN L2 CoS L2 802.1Q PRE SFD DA SA TYPE PRI CFI VLAN

TAG (4 BYTES)

110

3 BITS PRIORITY

PT DATA…………….FCS

VALOR CoS 7: Reservado 6: Reservado 5: Voz 4: Video 3: Señalizacion 2: Datos con prioridad 1: datos con baja prioridad 0: BE 1-31

MARCADO EN L3 L3 IP PRECEDENCE ToS

VERSION

ToS Byte

7

6

5

1

0

1

1

0

1

CLASS

4

3

2

1

0

IP PRECEDENCE 3 BITS 1

1

0

5: VOZ, 4: VIDEO,…(CoS ??)

DSCP DIFFSERV CODE POINT 6 Bits

DROP PREFERENCE

0

1-32

DSCP EF

Class 1 Class 2 Class 3 Class 4

BE

DSCP 46 ( 101110 )

AF11 AF21 AF31

AF12 AF22 AF32

AF13 AF23 AF33

AF41

AF42

AF43

Low drop

Med drop

High drop

Prefer.

Prefer.

Prefer.

11

12

13

001010

001100

001110

21

22

23

010010

010100

010110

31

32

33

011010

011100

011110

41

42

43

100010

100100

100110

DSCP 0 ( OOOOOO) 1-33

DSCP PHB

DSCP DSCP RFC

USO

COM CAC RSVP

EF

EF

101110

3246

VOZ

AF1

AF11,12,13

001xx0

2597

WEB

WRED

AF2

AF21,22,23

010xx0

2597

DB

WRED

AF3

AF31,32,33

011xx0

2597

Ap Criticas

WRED

Video +

CAC RSVP

Voz

WRED

OSPF etc

WRED

AF4

AF41,42,43

100xx0

2597

IP ROUTING

Class 6

110000

2474

PQ

1-34

DSCP PHB Stream

DSCP DSCP RFC

USO

COM CAC RSVP

C4

100000

2474

Propietario

C3

011000

2474

SIP, H323

WRED

MNGMT

C2

010000

2474

SNMP

WRED

Internet 2

C1

001000

I2

I2

WRED

Otros

C0

000000

2474

Otros

WRED

Video Señaliz Telef.

WRED

1-35

OTROS MARCADOS

TEC.

Capa

Campo

Bits

Rango

Ethernet

2

802.1Q

3

0-7

FR

2

DE

1

0-1

ATM

2

CLP

1

0-1

MPLS

2

EXP

3

0-7

IP

3

IP PREC

3

0-7

IP

3

DSCP

6

0-63

1-36

NBAR

1-37

NBAR

1-38

END TO END DELAY

WAN IP

CODEC QUEUING SERIALIZACION PROPAGACION G29a VARIABLE 25 ms ?

VARIABLE ?

6,3 microseg/Km + variable ? Por retraso en red

IP

DEJITTER BUFFER 20-50 ms

END TO END < 150 ms ( Recomendación ITU )

1-39

ANCHOS DE BANDA

CODEC Ts

PAYL

PPS

BW

G.711

20 ms

160

50

80 Kbps

G.711

30 ms

240

33

74 Kbps

G.729 A 20 ms

20

53

24 Kbps

G.729 A 30 ms

30

33

19 Kbps

1-40

ANCHOS DE BANDA INCLUYENDO ENCAPSULADO BW

802.1Q PPP

MLP

FR

ATM

G.711 @ 93 Kbps 50 pps G.711 @ 83 Kbps 33 pps G.729 A 37 Kbps @ 50 pps

84 Kbps

86 Kbps

84 Kbps

106 Kbps

77 Kbps

78 Kbps

77 Kbps

84 Kbps

28 Kbps

30 Kbps

28 Kbps

43 Kbps

G.729 A 27 Kbps @ 33 pps

21 Kbps

22 Kbps

21 Kbps

28 Kbps

1-41

POLICERS RFC 2697 3 Colores 2 Token Bucket PAQUETE TAMAÑO B

CIR

CBS

SINGLE RATE TOKENS NO USADOS

EBS

C. INFORMATION RATE : CIR C. BURST SIZE : CBS EXCESS BURST SIZE : EBS TOKEN COUNT : TC TOKEN COUNT DE EBS : TE BYTE SIZE PAQUETE OFRECIDO : B

B < TC

B < TE

CONFORMA

EXCEDE

VIOLA

ACCION

ACCION

ACCION 1-42

EJEMPLO DE UN POLICY MAP

1-43

POLICERS RFC 2697 3 Colores 2 Token Bucket OTRA PERSPECTIVA DEL SINGLE RATE SOLO PERMITIDO SI HAY CREDITOS ACUMULADOS

CIR

TRAFICO OFRECIDO

CREDITOS NO USADOS (TOKENS)

1-44

DUAL RATE 3 COLORES RFC 2698 PAQUETE TAMAÑO B

PIR

CIR

PBS

CBS

B > TP

B > TC

DUAL RATE PEAK INFORMATION RATE : PIR C. INFORMATION RATE : CIR C. BURST SIZE : CBS PEAK BURST SIZE : PBS TOKEN COUNT CBS : TC TOKEN COUNT DE PBS : TP BYTE SIZE PAQUETE OFRECIDO : B

VIOLA

EXCEDE

CONFORMA

ACCION

ACCION

ACCION 1-45

DUAL RATE 3 COLORES RFC 2698 OTRA PERSPECTIVA DEL DUAL RATE NO DEPENDE DE CREDITOS ACUMULADOS PIR CIR

TRAFICO OFRECIDO

1-46

SHAPING

Entrada

Salida

1-47

EJEMPLO DE SHAPING

Línea de 128 Kbps con shaping a 64 Kbps BC = 8 Kbits 0

16k 8k

0

CIR = 64 Kbps

8k

125

32k 8k

250

48k 8k

375

64k 8k

500

BC/CIR = 8/64=125 ms 80k 8k

625

96k

112k

8k

750

128kbits

8kbits

875

1000 ms

8 x 8000bits/ seg = 64 Kbps CIR = 64 Kbps 1-48

Queuing

1-49

QUEUING FIFO

PQ

CQ

WFQ

PQ-WFQ

RTP para IP PREc, PQ, IP RSVP, PREC Port para WFQ

Clasificacion

Por interfaz

Por protocolo e interfaz

Por protocolo e interfaz

Colas

1

4

16

Por flujo

1PQ + WFQ

Scheduling

FIFO

Prioridad

RR

WF (IP PREC)

PQ

CBWFQ

LLQ

Class Based

Class Based

256 clases

1 PQ + CBWFQ

ATRIBUTOS O RECOMENDACIONES FIFO

PQ

CQ

WFQ

PQ-WFQ

CBWFQ

LLQ

DELAY

NO

SI (PQ)

NO

NO

SI (PQ)

NO

SI (PQ)

BW

NO

NO

SI

NO

SI(PQ)

SI

SI

VOICE

NO

NO

NO

NO

NO

NO

SI 1-50

LOW LATENCY QUEUING OUT

IN FIFO

CLASIF.

VOIP VC

FIFO

PQ INTERCALAR

Critico

WFQ

Manag.

CBWFQ

Señaliz FRAGMENTAR

Default

1-51

TAIL DROP Y SINCRONIZACION BUFER OVERRUN BW 100 %

t

Todos los flujos se sincronizan como ondas y se desperdicia ancho de banda

1-52

DSCP BASED RANDOM EARLY DETECTION PROBABILIDAD DE DESCARTE AF23 AF22

1

AF21

MAXIMO DE COLA (DESCARTA TODO)

0

COMIENZO

DESCARTA TODO AF23 22 21

PROFUNDIDAD DE LA COLA

1-53

WRED EJEMPLO

1-54

RECOMENDACIONES GENERALES DE MARCADO ENCOLADO Y DESCARTE

1-55

ECN EXPLICIT CONGESTION NOTIFICATION BIT ECN CAPABLE TRANSPORT Y BIT CONGESTION EXPERIENCED

VERSION

ToS Byte

L3 7

6

5

4

3

2

1

ECT

ECT 0

CE 0

NO POSIBLE ECN

0 1

1 0

TERMINALES CAPACES DE ECN

1

1

CONGESTION !

0

CE

1-56

COMPRESION • DE ENCABEZADO TCP RFC 1144 • DE ENCABEZADO IP RFC 2507 ( IPHC ) • DE ENCABEZADO IP/UDP/RTP RFC 2508 • DE ENCABEZADO IP SOBRE PPP RFC 2509 • DE ENCABEZADO ROBUSTA • DE PAYLOAD ( CODECS Ej G.729 ) • cRTP 1-57

LA NECESIDAD DE COMPRIMIR

1-58

COMPRESION cRTP

ENCABEZADO RTP 12 BYTES

ENCABEZADO UDP 8 BYTES

cRTP 4BYTES

ENCABEZADO IP 20 BYTES

1-59

TUNELES VPN Y ENCABEZADOS

1-60

LFI LINK FRAGMENTATION AND INTERLEAVING, RETARDOS DE SERIALIZACION Kbps

1 Byte

64 B

128 B

256 B

512 B

1024 B 1500 B

56

143 micros 125 micros 62.5 micros 31 micros 15.5 micros 10 micros 5 micros

9 ms

18 ms

36 ms

72 ms

144 ms 214 ms

8 ms

16 ms

32 ms

64 ms

128 ms 187 ms

4 ms

8 ms

16 ms

32 ms

64 ms

93 ms

2 ms

4 ms

8 ms

16 ms

32 ms

46 ms

1 ms

2 ms

4 ms

8 ms

16 ms

23 ms

640 micros 320 micros

1,28 ms 640 micros

2,56 ms 1,28 ms

5,1 ms

10,2 ms 5,12 ms

15 ms

64 128 256 512 768 1536

2,56 ms

7,4 ms 1-61

LFI LINK FRAGMENTATION AND INTERLEAVING, RETARDOS DE SERIALIZACION

56 Kbps

1500 BYTES implican 214 ms DATOS

VOIP 30-100 BYTES

CON LFI

FRAGMENT SIZE RECOMENDADO = MAX JITTER X VELOCIDAD DE ENLACE EN KBPS / 8 = 10 ms x 56 kbps / 8 = 70 BYTES 1-62

CAC CALL ADMISSION CONTROL

• LOCAL • BASADA EN MEDICIONES • BASADA EN RESERVAS 1-63

CAC LOCAL

• LIMITACION FISICA FXS; DSO ETC • MAX-CONNECTIONS • VOICE BANDWIDTH • TRUNK CONDITIONING • LOCAL VOICE BUSYOUT LVBO 1-64

CAC BASADO EN MEDICIONES • Service Assurance Agents SAS – Advance Voice Busy Out – PSTN Fallback

Pérdida de paquetes, latencia, desempeño, SLA 1-65

CAC BASADO EN RECURSOS

• Gatekeper Resource Activity indicator (RAI) • Gatekeper Zone Bandwidth • Locations ( SW Switch) • RSVP 1-66

RSVP Y DIFFSERV RSVP INSTALADO SOLO PARA HACER CONTROL DE ADMISION

RSVP

DIFFSERV SP BACKBONE

RSVP RSVP

1-67

RSVP y LLC

RSVP

PQ

IN IP RTP

Reserv. SCHED:

CLASIF CLASS PR

Reserv

CLASS 1

Reserv

OUT

1-68

COLAS EN SWITCHES

• 2Q2T : 2 QUEUES 2 Thresholds Tail Drop • 1P2Q1T : 1 Priority 2Q 1 WRED Threshold • 1P2Q2T : 1 Priority 2Q 2 WRED Tresholds • 1P3Q1T : 1 WRED Threshold • 1P3Q8T : 8 WRED Thresholds • 1P7Q8T : 8 WRED Thresholds

1-69

QoS en un Switch 1P3Q1T L7

DSCP

CoS CoS7

NTW Control INT Control

CS6

CoS6

VOZ

EF

CoS5

VIDEO

AF41

CoS4

DATO CRIT.

CS4

CoS4

SEÑALIZ

DSCP25

CoS3

TRANSAC.

AF21

CoS3

CS2

CoS2

DATO GRAL

AF11

CoS1

DEVORA

CS1

CoS1

BE

0

0

MNGMT

1P3Q1T

CoS 5

PQ

CoS7 CoS6

QUEUE 3 70% WRR CoS4 CoS3 CoS2 Cos1 QUE1 5% WRR CoS0

QUEUE 2 25%

WRR

1-70