Jhon Jairo Padilla Aguilar, PhD.

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Redes de Datos

Redes de Datos-- Congestión en Congestión en Redes de Datos

Redes de Datos-- Congestión en Congestión en redes de datos

redes de datos

Jhon Jairo Padilla Aguilar, PhD.

UPB Bucaramanga UPB Bucaramanga

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Congestión Congestión Congestión Congestión

y Sucede cuando el número de paquetes

y Sucede cuando el número de paquetes

que se transmite sobre una red comienza a acercarse al límite de la capacidad de

gestión de esta g

y Como consecuencia, las prestaciones de la red disminuyen drásticamente

la red disminuyen drásticamente

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Control de la congestión Control de la congestión Control de la congestión Control de la congestión

y El objetivo es mantener el número de

y El objetivo es mantener el número de paquetes en la red por debajo del nivel para el que decaen dramáticamente las prestaciones

p

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El fenómeno El fenómeno El fenómeno El fenómeno

y Una red de datos es una red de colas

y En cada nodo existe una cola de paquetes p q asociada a cada enlace de salida

y El tamaño de las colas crece sin límite si la

velocidad de llegada de paquetes es mayor que la velocidad de salida.

y En esta situación, el retardo de las colas tiende a infinito

infinito

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Colas en un nodo Colas en un nodo Colas en un nodo Colas en un nodo

16/05/2008

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El fenómeno El fenómeno El fenómeno El fenómeno

y En la práctica si la velocidad de llegada es

y En la práctica si la velocidad de llegada es mayor o igual al 80% de la velocidad de salida, el tamaño de las colas crece

drásticamente

y El tamaño de las colas es finito por lo que se desbordan perdiéndose paquetes

se desbordan, perdiéndose paquetes

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Alternativas ante la congestión Alternativas ante la congestión Alternativas ante la congestión Alternativas ante la congestión

y Descartar los paquetes de entrada para

y Descartar los paquetes de entrada para los que no exista memoria disponible

y El nodo podría implementar un método de control de flujo sobre sus vecinos de j forma que el tráfico sea manejable

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Problemas con el control de flujo Problemas con el control de flujo Problemas con el control de flujo Problemas con el control de flujo

L tió t t d l d

La congestión en un punto se propaga a toda la red

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Funcionamiento ideal de una red Funcionamiento ideal de una red Funcionamiento ideal de una red Funcionamiento ideal de una red

y Condiciones ideales:

y Condiciones ideales:

Memorias temporales infinitas

No existe costo asociado a la transmisión de No existe costo asociado a la transmisión de paquetes ni al control de congestión

y Rendimiento: # de paquetes entregados al p q g Host Destino

y Carga: # de paquetes transmitidos por los g p q p sistemas finales origen

y Potencia = Rendimiento / Retardo

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Desempeño Desempeño Id l d

Id l d

Ideal de una Ideal de una red

red red red

16/05/2008 Jhon Jairo Padilla Redes de datos

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Funcionamiento real de una red Funcionamiento real de una red Funcionamiento real de una red Funcionamiento real de una red

y Condiciones reales:

y Condiciones reales:

Memorias temporales finitas (se rebosan)

El control de congestión consume capacidad de la red debido al intercambio de señales de control

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Efectos de la Efectos de la Efectos de la Efectos de la congestión congestión congestión congestión sin control sin control

16/05/2008 Jhon Jairo Padilla Redes de datos

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Estado de no congestión Estado de no congestión Estado de no congestión Estado de no congestión

y El rendimiento de la red aumenta

y El rendimiento de la red aumenta conforme lo hace la carga

y Llega un momento en que si la carga sigue creciendo, el rendimiento de la red ,

aumenta pero en menor proporción (congestión moderada)

(congestión moderada)

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Congestión moderada Congestión moderada Congestión moderada Congestión moderada

y La red sigue cursando el tráfico que le entra

y La red sigue cursando el tráfico que le entra

pero con un incremento en el retardo cada vez mayory

y Comportamiento real:

La carga no se distribuye uniformemente a través de La carga no se distribuye uniformemente a través de la red

La red trata de equilibrar cargas encaminando paquetes por zonas menos congestionadas

Los nodos intercambian mayor señalización para evadir la congestión

evadir la congestión

Se reduce la capacidad disponible para datos

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Congestión Severa Congestión Severa Congestión Severa Congestión Severa

y A medida que aumenta la carga el tamaño de

y A medida que aumenta la carga, el tamaño de las colas sigue creciendo

y Se llega a un momento en que el rendimiento

y Se llega a un momento en que el rendimiento decae al aumentar la carga de entrada (hasta casi cero))

Memorias temporales finitas que se rebosan y pierden paquetes

Se deben retransmitir los paquetes rechazados (sist.finales) además de los nuevos

S d b t iti t fi

Se deben retransmitir paquetes cuya confirmación tarda demasiado (capa de transporte)

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Control de Congestión Control de Congestión Control de Congestión Control de Congestión

y Mecanismos existentes:

y Mecanismos existentes:

Contrapresión

Paquetes de obstrucción

Señalización implícita de la congestiónp g

Señalización explícita de la congestión

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Mecanismos para el control de la Mecanismos para el control de la congestión

congestión

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Contrapresión Contrapresión Contrapresión Contrapresión

y Efecto similar a la contrapresión en

y Efecto similar a la contrapresión en fluidos que caen por un tubo

Si i l t fi l d l t b l

y Si se cierra el extremo final del tubo, el líquido ejerce una presión hacia el origen, d d l fl j l

donde el flujo es nulo

y Puede hacerse a nivel de enlaces o conexiones lógicas

y Se usan los métodos de control de flujoj

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Contrapresión Contrapresión Contrapresión Contrapresión

La restricción de flujo se propaga desde el destino por los nodos de la ruta hacia el origen

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Contrapresión Contrapresión Contrapresión Contrapresión

y Se puede aplicar selectivamente a algunas

y Se puede aplicar selectivamente a algunas conexiones lógicas de mayor tráfico

S d d i t d

y Se puede usar en redes orientadas a conexión y permiten control de flujo a

i l d l

nivel de enlace

y Ejemplo: X.25 (FR, ATM, Internet no presentan esta característica)

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Paquetes de obstrucción Paquetes de obstrucción Paquetes de obstrucción Paquetes de obstrucción

y Al presentarse congestión en un nodo

y Al presentarse congestión en un nodo, este envía un paquete de control por la ruta inversa del paquete hasta el nodo origen o estación origen, que deberá g g q reducir el tráfico

y Ejemplo: Protocolo ICMP (Internet

y Ejemplo: Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol)

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Ejemplo: Control de congestión con Ejemplo: Control de congestión con ICMP

ICMP

ICMP d l ó d l

y ICMP tiene un mensaje de ralentización del emisor (SOURCE QUENCH)

y Puede ser enviado por un nodo o por el sistema

y Puede ser enviado por un nodo o por el sistema final destino (se ha llenado su memoria temporal y debe rechazar datagramas IP)

y g )

y Se envía un mensaje SOURCE QUENCH por cada Datagrama IP rechazado

y El sistema final origen reduce la velocidad de emisión de paquetes hasta que no reciba más paquetes de ralentización

paquetes de ralentización

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Señalización implícita de la Señalización implícita de la congestión

congestión

y Las estaciones emisoras detectan la congestión

y Las estaciones emisoras detectan la congestión de la red y reducen el flujo de paquetes

automáticamente

y Forma de detección de la congestión:

Se incrementa excesivamente el retardo de los Se incrementa excesivamente el retardo de los paquetes enviados y el número de paquetes rechazados por el destino

y Es responsabilidad de los sistemas finales (no precisa acciones por parte de los nodos)

ó

y Efectiva en redes no orientadas a conexión (internet)

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Ejemplo: Internet Ejemplo: Internet Ejemplo: Internet Ejemplo: Internet

y No hay conexiones lógicas en la red

y No hay conexiones lógicas en la red

y Se establecen conexiones lógicas entre los sistemas finales usando el protocolo TCP (que usa control de flujo)(q j )

y TCP usa mecanismos de control de

tió ñ li ió i lí it d l congestión con señalización implícita de la congestión

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Señalización explícita de la Señalización explícita de la congestión

congestión

y La red alerta a los sistemas finales acerca del

y La red alerta a los sistemas finales acerca del incremento de la congestión en la red

y Los sistemas finales toman medidas oportunas

y Los sistemas finales toman medidas oportunas para reducir la carga de entrada a la red

y Operan sobre redes orientadas a conexión (FR

y Operan sobre redes orientadas a conexión (FR, ATM)

y Controlan el flujo de paquetes de conexiones Controlan el flujo de paquetes de conexiones individuales

y Puede hacerse: hacia atrás, hacia adelantePuede hacerse: hacia atrás, hacia adelante

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Señalización hacia atrás Señalización hacia atrás Señalización hacia atrás Señalización hacia atrás

y Se envía un mensaje de notificación de congestión en sentido opuesto al sentido en que viajan los

d ió ló i paquetes de una conexión lógica

y El mensaje indica que los paquetes transmitidos

b ió ló i d

sobre esta conexión lógica pueden encontrar recursos congestionados

F d í d l j

y Formas de envío del mensaje:

Alterando bits en la cabecera de un paquete de datos encabezado con la dirección del emisor

encabezado con la dirección del emisor

Con un paquete de control diferente a los datos

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Señalización hacia adelante Señalización hacia adelante Señalización hacia adelante Señalización hacia adelante

y El mensaje de notificación de congestión

y El mensaje de notificación de congestión se envía en el mismo sentido de los

paquetes de datos paquetes de datos

y El mensaje indica que un paquete dado b ió ló i d d h sobre una conexión lógica dada ha

encontrado recursos congestionados

y Formas de transmitirlo: (bits, paquetes de control))

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Señalización hacia adelante Señalización hacia adelante Señalización hacia adelante Señalización hacia adelante

y En algunos sistemas el sistema final

y En algunos sistemas, el sistema final

destino recibe la notificación y devuelve un eco de ella sobre la conexión lógica hacia el emisor

y En otros sistemas el sistema final destino realiza un control de flujo sobre el

realiza un control de flujo sobre el

sistema final origen (a nivel de capa de )

transporte)

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Tipos de señalización explícita Tipos de señalización explícita p p p p

y Otra clasificación puede hacerse según el criterio de control de flujo usado

y Binarias:

Usan alteración de bits

El emisor reduce su flujo al recibir la notificación

B d édi

y Basadas en crédito:

Se proporciona un crédito (octetos o paquetes) al emisor de una conexión lógica

Cuando se agota el crédito no se envían más datos

Cuando se agota el crédito no se envían más datos

Usados con control de flujo extremo-extremo

y Basadas en velocidad:

Se le proporciona explícitamente un límite máximo de velocidad de Se le proporciona explícitamente un límite máximo de velocidad de emisión de paquetes al emisor

Esto lo puede hacer cualquier nodo a lo largo de la ruta

Se hace mediante un mensaje de control

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