Analizando los Modelos de Calidad de Servicio

Los tres modelos más comunes que dan soporte a los servicios QoS en las redes son:


  • Best Effort.
  • Integrated Services (IntServ).
  • Differentiated Services (DiffServ). 

 

 


Estos tres modelos se diferencian en cómo cada uno de ellos permite el envío de datos por parte de las aplicaciones y en la forma en la que la red gestiona la entrega de esos datos en un nivel específico de servicio.


Best Effort


El modelo Best Effort (BE) es el más sencillo de los tres. Se trata del modelo predeterminado empleado en Internet y no implementa ningún mecanismo de QoS, por ello no hay ninguna complejidad asociada a este modelo de QoS.


BE no permite la reserva de recursos ni ningún otro mecanismo relacionado con la solicitud de algún tratamiento especial a la red. Por esta razón, el modelo BE no es una solución óptima en aplicaciones con demanda de tráfico en tiempo real (RT).


Este modelo no debería utilizarse cuando los recursos de la red no son suficientes para cumplir los requisitos de QoS demandados por la aplicación en términos de ancho de banda, retardo, jitter, etc. En estos casos, donde existen aplicaciones compitiendo por los recursos de la red, la experiencia del usuario final podría ser negativa si no se establece un mecanismo para gestionar el tráfico prioritario en la red.


Integrated Services


Al modelo Integrated Services (IntServ) también se le conoce como hard QoS model. Es un modelo basado en flujos de datos, es decir, en las direcciones IP y puertos origen y destino.

En el modelo IntServ, son las aplicaciones las que solicitan a la red una reserva de recursos explícita para cada flujo de datos. Los dispositivos de red son los que realizan el seguimiento de todos los flujos que atraviesan cada nodo comprobando si los nuevos paquetes pertenecen a un flujo de datos existente y si hay suficientes recursos de red disponibles para aceptar el paquete.

Con esta reserva de recursos en la red para cada flujo de datos, las aplicaciones se aseguran recursos que les permiten predecir el comportamiento de la red.

IntServ lleva a cabo un Control de Admisión (AC) determinista basado en la relación entre las solicitudes de recursos y los recursos disponibles.
La implementación de este modelo en la red requiere el uso de routers con capacidades IntServ y el uso del protocolo RSVP en la reserva de recursos extremo a extremo. RSVP permite a un host iniciar la reserva de recursos en la red:


  1. Las aplicaciones solicitan un nivel de servicio a la red antes del envío de datos.
  2. La red puede aceptar o rechazar dicha reserva (por flujo) basándose en los recursos disponibles.
  3. Una vez establecido, se espera que la aplicación mantenga la solicitud de perfil de tráfico durante toda la conexión.

La escalabilidad de este modelo está limitado por el alto consumo de recursos en los nodos para el procesado de los flujos de datos y su correspondiente estado asociado. Hay que destacar que los dispositivos de red necesitan mantener el estado de reserva para cada flujo que atraviesa el nodo.
El problema de escalabilidad se ve agravado por el hecho de que RSVP es un protocolo soft state con una carga alta de señalización periódica a través de la red.

IntServ - Ventajas

  • Solución óptima para la gestión de flujos en redes pequeñas.
  • Intserv permite a los receptores de flujos solicitar recursos extremo a extremo y obtener la respuesta de la red a dicha solicitud.

IntServ - Desventajas

  • Baja escalabilidad
  • Alto consumo de recursos en los nodos de la red.
    • Procesamiento por flujo (CPU): carga de señalización y procesamiento.
    • Estado por flujo (memoria): para realizar el seguimiento de cada flujo que atraviesa el nodo.
    • Señalización continua (RSVP es un protocolo soft state).
  • Difícil de implementar


Differentiated Services


Al modelo Differentiated Services (Diffserv)  se le conoce también como soft QoS model. Es un modelo basado en clases de servicio y en el tratamiento por salto (per hop) asociado a cada clase.


En este caso, no es necesaria una solicitud explícita de reserva de recursos a la red. El modelo Differentiated Services se basa en estadísticas de cada clase de tráfico.


DiffServ permite la clasificación de paquetes de datos en diferentes categorías o clases de tráfico (Traffic Classes (TC)) que recibirán un tratamiento diferente (Per-Hop-Behaviour (PHB)) en cada salto desde la fuente hasta el destino. Cada uno de los dispositivos de red tratará los paquetes con el PHB definido localmente.


PHB define la respuesta de un nodo ante un TC. Las políticas de servicio de red pueden ser específicas para un dominio QoS completo, parte del dominio o incluso locales a un solo nodo.


Las prioridades se marcan en cada paquete usando DSCP para la clasificación del tráfico. Este marcado se realiza por paquete en el límite del dominio QoS y puede hacerse a distintos niveles de la capa de red (MPLS, EXP, CoS).


El modelo DiffServ implementa un Control de Admisión (AC) basado en clases y estadísticas.

DiffServ - Ventajas

  • Solución QoS altamente escalable
  • No necesita ningún mecanismo de reserva de recursos por parte de los usuarios finales. 
  • Fácil configuración, operación y mantenimiento.
  • Soporta la clasificación de tráfico en el límite del dominio QoS.
  • Permite la agregación de flujos de diferentes aplicaciones un número limitado de TCs.
  • Reduce la carga asociada al mantenimiento del estado por flujo de datos.
  • El procesado del tráfico en los nodos Diffserv es más sencillo que en los dispositivos IntServ.
  • DiffServ es un modelo de Servicio QoS Distribuido. La reserva y asignación de recursos se distribuye entre todos los routers del dominio DiffServ, lo que permite una mayor flexibilidad y eficiencia en el proceso de enrutamiento.

DiffServ - Desventajas

  • Se hace necesaria una coordinación entre dominios para llevar a cabo un servicio QoS extremo a extremo.
  • La particularización de QoS de cada SP puede afectar al servicio QoS garantizado extremo a extremo.


Resumen


La siguiente tabla incluye las principales diferencias de diseño entre los tres modelos QoS.



Servicio QoS

Best Effort

IntServ

DiffServ

Aislamiento

No hay

Por flujo

Por agregación

Garantías

No hay

Por flujo

Por agregación (TC)

Alcance

Extremo-a-extremo

Extremo-a-extremo

Dominio

Complejidad

No hay configuración

Configuración por flujo

Configuración a largo plazo

Escalabilidad

Alta

No escalable (cada router mantiene un estado por flujo)

Escalable (los routers del límite del dominio mantienen el estado por agregación; los del core el estado por Clase)

Adecuado para tráfico en tiempo real

No

Sí, reserva de recursos

Sí, LLQ

Control de Admisión

No

Determinista basado en flujos

Estadístico basado en Clases de Tráfico (TC)

Aplicabilidad

Internet

Redes pequeñas y escenarios de agregación de flujo.

Redes de cualquier tamaño

Reserva de recursos

No disponible

Por flujo en cada nodo en la ruta fuente-destino

Por Clase de Tráfico en cada nodo del dominio

Complejidad

Baja

Alta

Media



Como se ha descrito previamente, IntServ se basa en compartir los recursos de red disponibles entre los Flujos que soliciten recursos a la red. En cambio, DiffServ se basa en compartir los recursos de red entre un conjunto de Clases de Tráfico (Traffic Classes) previamente definidas. El número de Clases de Tráfico que puede llegar soportar una red no es fijo y forma parte del trabajo de diseño el planificar e implementar tantas Clases de Tráfico como sea necesario para satisfacer las necesidades de negocio de las aplicaciones.


Los dos modelos QoS no son excluyentes, son complementarios y, en algunas situaciones, se pueden usar a la vez: IntServ over DiffServ.


Diffserv permite escalabilidad en redes grandes. Como el modelo DiffServ es más escalable que IntServ, es una buena solución para entornos de red grandes. IntServ funciona bien en dominios pequeños donde el número de flujos de datos y el tamaño de la red son controlables.

 

La mejora de la escalabilidad en el modelo DiffServ se debe a que el procesado del tráfico es más sencillo que en los dispositivos IntServ. Con el modelo IntServ cada dispositivo que se encuentre en la ruta extremo a extremo de un flujo de datos debe negociar las reservas RSVP (todos los routers intermedios) y por ello hay una sobrecarga de estado asociada a estas negociaciones de reservas.


Por otro lado, con el modelo DiffServ, es el PHB el que establece cómo se trata cada paquete. De este modo, distintos dispositivos de la red pueden proporcionar el ´mismo´ servicio sin ser necesario mantener un estado adicional por cada flujo que atraviese la red.