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Se clasifican los paquetes de ingreso (cuadros grises) y se marca su encabezado IP respectivo (cuadros de color). Para evitar la congestión, luego se asignan recursos a los paquetes en base a las políticas definidas. Los paquetes son luego puestos en la cola y reenviados a la interfaz de egreso según la política definida de modelado y regulación de tráfico de la QoS.

Nota: La clasificación y la marcación se pueden aplicar en el ingreso o en el egreso, mientras que las otras acciones de la QoS, como la organización de la cola y el modelado, generalmente se realizan al egreso.

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802.1Q es el estándar IEEE que admite etiquetado VLAN en la capa 2 de las redes Ethernet. Cuando se implementa 802.1Q, se agregan dos campos a la trama de Ethernet. Como se muestra en la figura, estos dos campos se insertan en la trama de Ethernet después del campo de la dirección MAC de origen.

El estándar 802.1Q también incluye el esquema de priorización de la QoS conocido como IEEE 802.1p. El estándar 802.1p usa los tres primeros bits del campo de información de control de etiqueta (TCI). Conocido como campo de prioridad (PRI), este campo de 3 bits identifica las marcas de clase de servicio (CoS). Tres bits significa que una trama Ethernet de capa 2 se puede marcar con uno de los ocho niveles de prioridad (valores 0-7).

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IPv4 e IPv6 especifican un campo de 8 bits en sus encabezados de paquetes para marcar los paquetes. Como se muestra en la figura, tanto IPv4 como IPv6 admiten un campo de 8 bits para marcar: el campo Tipo de servicio (ToS) para IPv4 y el campo Clase de tráfico para IPv6.

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9.5.7 Tipo de servicio y campo de clase de tráfico

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9.5.7 Tipo de servicio y campo de clase de tráfico

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El tipo de servicio en IPv4 y la clase de tráfico en IPv6 permiten marcar paquetes según la clasificación de QoS, para que los dispositivos los reenvíen según la política asignada.

Inicialmente, RFC 791 definió un campo de 3 bits (IPP) para QoS, pero resultó insuficiente. RFC 2474 lo reemplazó y creó el campo DSCP de 6 bits, permitiendo hasta 64 clases de servicio.

Además, los 2 bits restantes se usan para notificación de congestión extendida (ECN), permitiendo a los routers marcar paquetes en lugar de descartarlos para indicar congestión en la red.

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Cómo QoS utiliza mecanismos para garantizar la calidad de transmisión

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Cómo QoS utiliza mecanismos para garantizar la calidad de transmisión

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9.5.2 Evitar la pérdida de paquetes

La pérdida de paquetes es generalmente el resultado de la congestión en una interfaz. La mayoría de las aplicaciones que utilizan el TCP experimentan una disminución de velocidad debido a que el TCP se ajusta automáticamente a la congestión en la red. Los segmentos caídos del TCP hacen que las sesiones del TCP reduzcan su tamaño de ventana. Algunas aplicaciones no utilizan TCP y no pueden manejar las caídas (flujos frágiles).

Los enfoques siguientes pueden prevenir los descartes en las aplicaciones sensibles:

Aumenta la capacidad de enlace para facilitar o evitar la congestión.

Garantiza el suficiente ancho de banda y aumenta el espacio en búfer para acomodar las ráfagas de tráfico de flujos frágiles. WFQ, CBWFQ y LLQ pueden garantizar ancho de banda y proporcionar reenvío priorizado a aplicaciones sensibles a caídas.

Los paquetes de baja prioridad de descartan antes de que se presente la congestión. Cisco IOS QoS proporciona mecanismos de colas, como la detección temprana aleatoria ponderada (WRED), que comienzan a descartar paquetes de menor prioridad antes de que ocurra la congestión.

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Herramientas de Implementación de QoS  - Herramientas de Clasificación y Marcado

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Herramientas de Implementación de QoS  - Herramientas de Clasificación y Marcado

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Clasificación del tráfico de sesión:

Los datos enviados a través de la red se organizan en diferentes clases o categorías según criterios específicos (como tipo de aplicación, origen, destino, etc.).

Este proceso permite gestionar y priorizar el tráfico según su importancia o requisitos de servicio.

Marcado de paquetes:

Cada paquete de datos se etiqueta o "marca" con información que indica cómo debe ser tratado por los dispositivos de red.

Estos marcados pueden incluir información sobre prioridad, clase de servicio (CoS), entre otros, facilitando la gestión del tráfico en la red.

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Herramientas de Implementación de QoS  - Herramientas para Evitar la Congestión

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Herramientas de Implementación de QoS  - Herramientas para Evitar la Congestión

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Clases de tráfico como recursos de red:

Las clases de tráfico representan diferentes niveles de prioridad y garantizan que los recursos de red se asignen de manera adecuada a los distintos tipos de datos.

Eliminación, retraso o remarcado selectivo:

En situaciones de congestión, se pueden tomar acciones como eliminar paquetes de baja prioridad, retrasar su transmisión o volver a marcar el tráfico para optimizar el uso de los recursos.

WRED (Weighted Random Early Detection):

Este algoritmo regula el tráfico de datos TCP al prevenir la pérdida de paquetes antes de que se produzcan desbordamientos de cola.

Al aplicar WRED, se pueden descartar paquetes de forma selectiva, priorizando aquellos que son más importantes y ahorrando ancho de banda.

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Herramientas de Implementación de QoS  - Herramientas de Gestión de Congestión

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Herramientas de Implementación de QoS  - Herramientas de Gestión de Congestión

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Colas de tráfico:

Cuando el volumen de tráfico excede la capacidad de los recursos de red, los paquetes se ponen en cola, esperando a que haya recursos disponibles para su procesamiento.

Esto ayuda a evitar pérdidas de datos y permite una gestión más eficiente del tráfico.

Algoritmos de gestión de congestión (CBWFQ y LLQ):

CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing): Este algoritmo proporciona una gestión del tráfico más equitativa al asignar ancho de banda a diferentes clases de tráfico según su peso. Permite que el tráfico de alta prioridad reciba más recursos, mejorando la calidad del servicio.

LLQ (Low Latency Queuing): LLQ combina la funcionalidad de CBWFQ con colas de baja latencia. Esto garantiza que el tráfico sensible a la latencia (como VoIP) sea priorizado y transmitido con el mínimo retraso posible, mejorando así la experiencia del usuario en aplicaciones críticas.

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Pérdida de paquetes

La pérdida de paquetes es generalmente el resultado de la congestión en una interfaz. La mayoría de las aplicaciones que utilizan el TCP experimentan una disminución de velocidad debido a que el TCP se ajusta automáticamente a la congestión en la red.

Enfoques para la prevención de los descartes en aplicaciones sensibles

Aumentar la capacidad del enlace para facilitar o evitar la congestión.

WFQ, CBWFQ Y LLQ garantizan el suficiente ancho de banda y aumenta el espacio en búfer.

Cisco IOS QoS proporciona mecanismos de colas.

Herramientas de QoS

De clasificación y marcación

Las sesiones o flujos se analizan para determinar que clase de tráfico a los que pertenecen

cuando son clasificados se marcan los paquetes

Para evitar la congestión.

la herramienta principal para prevenir la congestión es WRED y se usa para regular el tráfico de datos TCP de manera eficiente con el ancho de banda antes se producen las caídas de colas usadas por desbordamientos de colas.

De administración de congestión

Cuando el tráfico excede los recursos de red disponibles, el tráfico se pone en del de espera, las herramientas más comunes para esto son Cisco IOS que incluye CBWFQ y AlgoritmosLLQ.

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Se clasifican los paquetes de ingreso y se marca su encabezado IP respectivo Para evitar la congestión, luego se asignan recursos a los paquetes con base en las políticas definidas. Los paquetes son luego puestos en la cola y reenviados a la interfaz de egreso según la política definida de modelado y regulación de tráfico de la QoS.

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Capa 2

802.1Q es el estándar IEEE que admite etiquetada VLAN en la capa 2 de las redes Ethernet. Cuando se implementa 802.1Q, se agregan dos campos a la trama de Ethernet. Estos dos campos se insertan en la trama de Ethernet después del campo de la dirección MAC de origen.

El estándar 802.1Q también incluye el esquema de priorización de la QoS conocido como IEEE 802.1p. El estándar 802.1p usa los tres primeros bits del campo de información de control de etiqueta (TCI). Conocido como campo de prioridad (PRI), este campo de 3 bits identifica las marcas de clase de servicio (CoS). Tres bits significa que una trama Ethernet de capa 2 se puede marcar con uno de los ocho niveles de prioridad (valores 0-7)

Capa 3

IPv4 e IPv6 especifican un campo de 8 bits en sus encabezados de paquetes para marcar los paquetes. Como se muestra en la figura, tanto IPv4 como IPv6 admiten un campo de 8 bits para marcar: el campo Tipo de servicio (ToS) para IPv4 y el campo Clase de tráfico para IPv6.

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Tipos de servicio y campos de clase de Tráfico

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Tipos de servicio y campos de clase de Tráfico

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El tipo de servicio (IPv4) y la clase de tráfico (IPv6) llevan el marcado de paquetes según lo asignado por las herramientas de clasificación de QoS. Luego se hace referencia al campo mediante dispositivos receptores que reenvían los paquetes en función de la política de QoS asignada apropiada.

RFC 2474 reemplaza RFC 791 y redefine el campo de ToS al cambiar el nombre y ampliar el campo de IPP. El nuevo campo, como se muestra en la figura, tiene 6 bits asignados para QoS. Conocido como campo de punto de código de servicios diferenciados (DSCP), estos seis bits ofrecen un máximo de 64 clases de servicio posibles. Los dos bits restantes de notificación de congestión extendida (ECN) de IP pueden usarse en los routers con reconocimiento de ECN para marcar paquetes en vez de descartarlos. La marcación de ECN informa a los routers corriente abajo que hay congestión en el flujo de paquetes.

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Valores de DSCP

Los 64 valores de DSCP se organizan en tres categorías:

Best-Effort (BE) - este es el valor predeterminado para todos los paquetes IP. El valor de DSCP es 0. El comportamiento por salto es enrutamiento normal. Cuando un router experimenta congestión, estos paquetes se descartan. No se implementa plan de la QoS.

Reenvío acelerado (EF) - RFC 3246 defines EF as the DSCP decimal value 46 (binary 101110). Los primeros 3 bits (101) se asocian directamente al valor 5 de CoS de capa 2 que se utiliza para el tráfico de voz. En la capa 3, Cisco recomienda que EF solo se use para marcar paquetes de voz.

Reenvío asegurado (AF) - RFC 2597 define el AF para usar los 5 bits DSCP más significativos para indicar las colas y la preferencia de descarte. La definición de AF se ilustra en la figura.

Bits selectores de clase

Como los primeros 3 bits más significativos del campo DSCP indican la clase, estos bits también se denominan bits de selector de clase (CS). Estos 3 bits se asignan directamente a los 3 bits del campo CoS y el campo IPP para mantener la compatibilidad con 802.1p y RFC 791.

Límites de confianza

1. Los terminales confiables tienen las capacidades y la inteligencia para marcar el tráfico de aplicaciones con las CoS de capa 2 apropiadas y/o los valores de DSCP de la Capa 3. Algunos ejemplos de terminales de confianza incluyen teléfonos IP, puntos de acceso inalámbrico, gateáis y sistemas de videoconferencia, estaciones de conferencia IP y más.

2. Los terminales seguros pueden hacer que el tráfico se marque en el Twitch de la capa 2.

3. El tráfico también puede marcarse en los switches/routers de la capa 3.

Prevención de congestión

La gestión de la congestión incluye métodos de colas y programación en los que el tráfico excesivo se almacena o se pone en cola (y a veces se cae) mientras espera que se envíe una interfaz de salida.

Algunas técnicas de prevención de congestionamiento proporcionan un trato preferencial para determinar qué paquetes se descartan. Por ejemplo, QoS de IOS de Cisco incluye detección temprana aleatoria ponderada (WRED) como posible solución de prevención de congestión. El algoritmo WRED permite evitar la congestión en las interfaces de red al brindar administración del búfer y permitir que el tráfico TCP disminuya antes de que se agoten los buffers.

Modelado y regulación

Las políticas de modelado y de vigilancia del son dos mecanismos proporcionados por el software Cisco IOS QoS para evitar la congestión.

El modelado del tráfico conserva los paquetes en exceso en una cola y luego programa el exceso para la transmisión posterior en incrementos de tiempo. El resultado de la conformación del tráfico es una tasa de salida de paquetes suavizada.

Pautas de directivas de QoS

La directiva QoS debe tener en cuenta la ruta completa desde el origen hasta el destino. Si un dispositivo de la ruta de acceso está utilizando una directiva diferente a la deseada, entonces toda la directiva de QoS se ve afectada

Algunas pautas que ayudan a garantizar la mejor experiencia para los usuarios finales incluyen las siguientes:

Habilite la puesta en cola en todos los dispositivos de la ruta entre el origen y el destino.

Clasifique y marque el tráfico lo más cerca posible de la fuente.

Forma y policía los flujos de tráfico lo más cerca posible de sus fuentes.