Nivel de enlace

El control de acceso al medio debe modificarse para proporcionar servicios diferenciados de tal forma que las garantías de QoS puedan soportarse. las tecnologías disponibles son: ATM, que se asocia con redes WAN y LAN. Frame relay específicamente usado para redes WAN y las redes del estilo IEEE 802 en redes de área local.

1.6.1.1. ATM

La tecnología ATM es una arquitectura de conmutación de celdas que utiliza la múltiplexación por división en el tiempo asíncrona. Las celdas son las unidades de transferencia de información en ATM y se caracterizan por tener un tamaño fijo de 53 bytes. Esto simplifica los nodos y permite que la conmutación sea realizada por hardware, con lo que se logra alcanzar altas velocidades.

ATM presenta una clasificación de sus servicios de acuerdo a unas necesidades especificas de los usuarios. ATM es quizás el protocolo mas adecuado para la transmisión de multimedia por su gestión de la calidad de servicio. Los servicios denominados CBR(Constant Bit Rate) y VBR(Variable Bit Rate) son apropiados para aplicaciones de voz y telefonía y para aplicaciones multimedia como video.

El servicio CBR es usado para conexiones que requieren una cantidad fija(estática) de ancho de banda, con ínfima probabilidad de perdida de celdas, así como retraso bajo y predecible. El tiempo entre celdas es constante y esta caracterizado por una tasa pico(PCR: Peak Cell Rate). El servicio VBR hace mas eficiente el soporte de aplicaciones de video o otras aplicaciones con tráfico a ráfagas. El trafico en este caso se caracteriza por una tasa de tráfico sostenida(SCR) y la tasa pico (PCR). SCR es medido sobre un periodo especifico y representa la tasa media de transmisión.

Hay dos subcategorías de servicio para VBR: rt-VBR y nrt-VBR. El tráfico rt-VBR tiene requerimientos estrictos de retraso. El tráfico nrt-VBR no tiene estos requisitos y se puede almacenar en la red (buffering).

Los servicios ABR(Available Bit Rate) y UBR(Unspecified Bit Rate) están diseñados para trafico “best-effort” no sensitivo al retardo, tales como la transferencia de archivos y el correo electrónico.

1.6.1.2. Frame Relay

se basa en la definición de un contrato CIR (Committed Information Rate), que es un compromiso de parte de la red y un mecanismo de arbitraje sobre suscripción, para lograr un determinado nivel de calidad de servicio con el usuario.

1.6.1.3. IEEE 802.1

En redes 802.1 la especificación 802.1p proporciona un método para permitir encolamiento preferencial y acceso a recursos por clase de trafico, sobre la base de un valor de prioridad escrito en el frame. Este valor proporcionará a través de la subred un método consistente para Ethernet, Token Ring u otro tipo de capas MAC.

El campo de prioridad se define como un valor de 3 bits , con un rango de valores de 0 a 7. 7 representa la prioridad mas alta y 0 la más baja. los 8 valores de prioridad se asocian usualmente con algunos tipos de trafico que van desde el servicio best effort (valor 0), el servicio “excellent effort”, apto para aplicaciones de negocios criticas pero tolerantes a algún nivel de retardo, el servicio para multimedia interactiva(sensitiva al retardo o jitter) y el servicio reservado( la prioridad mas alta). Los paquetes se encolan basados en sus valores de prioridad. Estas prioridades se conocen como Clases de Servicio(CoS). Esto permite el tratamiento de trafico de audio y video en dispositivos LAN como “switched Ethernet”. La tabla siguiente muestra un ejemplo de la relación entre el valor de prioridad y el tipo de trafico que se podría soportar.

Tabla 2. Prioridades IEEE802.1p y tipos de trafico Prioridad Tipo de Trafico

0 Best Effort:ordinaria prioridad LAN

1 Background: mayoría de las transferencias de archivos, juegos.

2 trafico moderado(spare)

3 Excellent Effort: Servicio “Best effort” para usuarios importantes

algunas aplicaciones importantes. 5 video: retardo menor a 100 ms 6 Voz: retardo menor a 10 ms

7 Control de red: paquetes de control de alta prioridad para mantener y soportar la infraestructura de red.

Los host o los enrutadores que envían trafico a una LAN marcan cada paquete transmitido con el valor de preferencia adecuado. Los dispositivos LAN, tales como modificadores, puentes o concentradores deben tratar los paquetes de forma adecuada. La marca de preferencia 802.1p esta limitada a la red LAN. Como esta técnica debe implementarse en el hardware de los dispositivos de red, los enrutadores y switches existentes necesitan reeemplazarse con unos que soporten esta tecnología. Esto se usa específicamente en el estándar Gigabit Ethernet para permitir a Ethernet soportar Clases de Servicio(CoS).

El estándar 802.1Q trabaja junto con 802.1p para proporcionar compatibilidad en equipos del legado que no soporte 802.1p. 802.1Q permite mapear las clases de servicio de tal forma que el trafico pueda transitar intacto a través de sistemas intermediarios que no entiendan 802.1p. Es factible implementar una mapeo uno a uno entre frames ethernet 802.1p o Q y IP precedence (Precedencia IP), permitiendo de esta forma construir una red que transporte priorización de una LAN Ethernet a otra a través de una WAN basada en IP o una conexión ISP.

Cuando se usa en conjunto con RSVP IEEE 802.1p y Q proporcionan soluciones CoS/QoS (clases de servicio/ calidad de servicio) para toda la red empresarial.

1.6.2. Nivel de red

El protocolo IPv4 no es apropiado para la transmisión en tiempo real, aunque IPv6 se ha diseñado para poder soportar este tipo de tráfico.

En esta capa, muchos servicios de tiempo real deben distinguirse de los servicios que no son de tiempo real. En esta capa de red se utiliza el campo ToS(Type Of Service) del encabezado IPv4, para especificar la clase de servicio por cada paquete. Estos bits los puede asignar una aplicación, usuario o la subred de destino o de origen. Típicamente esta funcionalidad se desarrolla tan cerca a la orilla de la red, como sea posible, de tal forma que cada dispositivo siguiente de la subred puede proporcionar un servicio basado en el valor de este campo.

Dentro de las funciones claves para soporte de Qos en esta capa , se encuentran la siguientes:

1.6.2.1. Marcado de paquetes

El enrutador de ingreso debe marcar los paquetes tan pronto como ellos entran en la red, con los valores apropiados, de tal forma que los enrutadores internos puedan tratar los paquetes de la forma correcta( Se usa el campo ToS)

1.6.2.2. Clasificación de paquetes

Los enrutadores deben chequear todos los paquetes recibidos, para determinar si estos requieren recibir un tratamiento diferencial.

1.6.2.3. Encolamiento de paquetes

Los enrutadores deben emplear múltiples colas con múltiples estrategias de planeación de tal forma que el trafico sensitivo al retardo se sirva lo más pronto posible. Para ello existen diferentes disciplinas de colas ya implementadas, como las estudiadas en la sección 1.4 (herramientas para la funcionalidad QoS)

Como área activa de investigación esta actualmente el tema de como soportar enrutamiento basado en QoS; esta técnica debe determinar una ruta que soporte las necesidades de QoS de uno o mas flujos en la red; la ruta seleccionada no necesariamente es la “tradicional ruta mas corta”, que se calcula basada en las actuales métricas y políticas. Los enrutadores capaces de QoS pueden soportar la posibilidad de que las aplicaciones marquen sus paquetes para tratamiento prioritario, los paquetes marcados s envían siempre de primero y nunca se borran durante periodos de congestión.

Dentro de los protocolos que a nivel de red o a nivel de enlace están jugando un papel muy importante cabe mencionar el protocolo MPLS que explico de manera resumida en la siguiente sección.

1.6.2.4. MPLS

El protocolo MPLS (MultiProtocol Label Switching) es una nueva tecnología que combina el enrutamiento de la capa de red con un paradigma de reenvío basado en etiquetas(nivel de enlace). Se espera que esta tecnología mejore la tasa precio/desempeño de los enrutadores; aumentando la escalabilidad de la capa de red y proporcionando una mayor flexibilidad en la entrega de nuevos servicios. El grupo de trabajo IETF MPLS esta definiendo los estándares de la tecnología. Distintos modelos para MPLS han sido propuestos: IP Switching(Ipsilon), Tag Switching (Cisco), ARIS(IBM), CSR(Toshiba).

La tecnología MPLS puede operar sobre varias tecnologías a nivel de enlace, lo que incluye SONET, Frame Relay, ATM, Ethernet y Token Ring. MPLS combina las tecnologías de switching de la capa 2 con los servicios de la capa de red, mientras reduce la complejidad y los costos operacionales.

Con el esquema actual, un paquete se envía de enrutador a enrutador hasta llegar a su destino; cada enrutador toma una independiente decisión de envío, analizando el encabezado del paquete y corriendo el algoritmo de enrutamiento; la problemática principal consiste en que los enrutadores se convierten en cuellos de botella. MPLS define una potencial solución para el tema, que pretende simplificar la decisión de reenvió dentro del enrutador y proporcionar suficientes garantías a la red para soportar la calidad de servicio deseada; para esto, MPLS adiciona mecanismos orientados a conexión, a los protocolos de la capa de red(como IP, que no son orientados a conexión). Estos mecanismos identifican rutas predeterminadas a través de la red entre dos puntos finales cualquiera; a cada ruta se le asigna una etiqueta

conocida como LSP(Label Switched Path: algo así, como “etiqueta de ruta conmutada”).

En cada punto de ingreso a la red, un enrutador de borde conocido como Label Edge Router(LER) examina el encabezado IP para determinar el valor de LSP; este valor se encapsula dentro del encabezado MPLS y el paquete se envía al siguiente salto. Todos los enrutadores siguientes denominados LSR(Label Switch Routers), usan la información de la etiqueta del encabezado, para determinar el enlace saliente y la nueva etiqueta de este; el enrutador, intercambia la etiqueta en el encabezado con la nueva etiqueta y envía el paquete.

Cómo se realiza la distribución de etiquetas entre los enrutadores?. Cada enrutador negocia con sus vecinos una etiqueta por cada clase equivalente de reenvió (FEC: forwarding equivalence class); la información sobre la topología de la red se obtiene de uno o mas protocolos de enrutamiento tales como OSPF, RIP y BGP.

Por cada ruta o agregación de rutas, un vecino asigna una etiqueta; esta información se distribuye entre los enrutadores vecinos usando el protocolo de distribución de etiquetas(LDP). Para cada clase equivalente de reenvío, el enrutador MPLS realiza un mapeo entre una etiqueta entrante y la interface a una etiqueta saliente e interface. Estas asociaciones se almacenan en una base de datos llamada base de información de etiquetas(Label Information Base:LIB)

1.6.2.4.1. MPLS y Servicios Diferenciados (DiffServ)

MPLS especifica la forma de mapear el trafico de la capa 3 a una capa 2 orientada a conexión como ATM y frame relay. Este adiciona una etiqueta que contiene información especifica de enrutamiento y permite a los enrutadores asignar una ruta explicita a varias clases de tráfico. La red MPLS proporciona un servicio a trafico DiffServ, mapeando el campo DS a una ruta explic ita a través de la red MPLS. Para cada clase de servicio, la red MPLS proporciona un flujo de datos independiente entre los enrutadores de orilla. El enrutador de la orilla obtiene una información de QoS desde el campo DS del paquete que proviene de un dominio Diffserv y esta información se usa para encontrar una ruta explicita MPLS.

1.6.2.4.2. MPLS y RSVP

El grupo de trabajo de IETF investiga actualmente la posibilidad de usar RSVP como protocolo de señalización para establecer LSP (Label Switched Path) y propagar la información de las características de las rutas(por ejemplo: reservación de recursos, reasignaciones, información de QoS, información de reenrutamiento de LSP,etc) en redes MPLS.