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
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• 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:
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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.
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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
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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 * * * * * *
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• 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
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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).
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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.
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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
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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.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 failure
New Path
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 failureSecond failure
New Path
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(control de admisión) *
* Mecanismo típico de servicios orientados a conexión
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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
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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:
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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):
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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
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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)
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Nota.- Se define flujo como el conjunto de paquetes que tienen el mismo origen y destino
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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:
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Aplicación de conceptos de QoS a VoIP:
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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):
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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
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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.
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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
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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.
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•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
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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.
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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).
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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.
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•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
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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