INTRODUCCIÓN
La Calidad de Servicio o QoS por
sus siglas en inglés, puede ser implementada de
diferentes formas, una de ellas es sobre el
protocolo de Internet IP, aunque es más conocido
comúnmente como TCP/IP. También existe una
especificación para implementar el concepto de
calidad de servicio en un nivel más bajo de capa de
red, en el nivel de enlace con la tecnología ATM,
del cual se deriva una variante que también es capaz
de hacer diferenciación de flujos en MPLS. Se
menciona también como el protocolo de administración
de redes SNMP el cual puede usarse para proveer
información de calidad de servicio.
La forma más simple de
implementar Calidad de Servicio es diferenciando el
tráfico en clases de servicio, el cual es definido
solamente en el encabezado del paquete de
información. Para implementar Calidad de Servicio de
una forma más completa se requieren algunas
modificaciones extras que pueden incluir el agregar
hardware o software en los componentes de la red.
La Calidad de Servicio (QoS) se
ha convertido en un asunto que deben tener en cuenta
los proveedores de servicios y las redes de área
extensa (WAN) de las empresas, que están añadiendo
más tráfico de voz y de imágenes al tráfico de datos
en constante crecimiento. Por ejemplo, el tráfico
esencial y sensible a retrasos, como el tráfico de
voz, puede necesitar mayores garantías de calidad de
servicio que el tráfico menos sensible a retrasos,
como puede ser la transferencia de archivos o el
correo electrónico. Es probable que la mayoría de
usuarios se hayan encontrado con costes prohibitivos
para el acceso WAN de alta velocidad, simplemente
ampliar el ancho de banda no es una opción para
muchos puntos de una red. De aquí que la utilización
óptima y el uso diferenciado del ancho de banda
existente se convierte en un asunto de importancia
fundamental.
La omnipresencia del Protocolo
Internet (IP) en los puestos de trabajo lo ha
convertido en el protocolo más utilizado para
aplicaciones extremo a extremo de voz, vídeo y datos
que están apareciendo en el mercado. Por lo tanto,
el reto de los administradores y los arquitectos de
redes ha sido construir redes que puedan soportar
estas nuevas aplicaciones de voz, imágenes y datos
basadas en IP junto con las aplicaciones
tradicionales orientadas a circuitos sobre redes
WAN, que utilizan variedad de medios.
Algunos fabricantes ofrecen
exhaustivos mecanismos extremo a extremo de QoS que
satisfacen estas demandas independientemente del/los
medio(s) utilizado(s) para construir su WAN, como
por ejemplo ATM, Frame Relay y SONET. La siguiente
sección describe brevemente gran parte de las
herramientas y mecanismos que se utilizan para
conseguir la QoS de extremo a extremo y la
utilización óptima del ancho de banda WAN.
QoS en Internet
1 Introducción
Internet fue diseñado
originalmente para ofrecer el servicio de entrega de
datos sin consideraciones de QoS, pero a medida que
Internet se ha desarrollado, muchas aplicaciones,
particularmente aquellas aplicaciones de tiempo
real, como voz y multimedia, demandan niveles de
control sobre el retraso de transmisión. Los
proveedores de red y de servicio están buscando la
forma de diferenciar los niveles de servicio
proporcionados a sus diferentes clases de
suscriptores.
Las arquitecturas para dar
soporte a QoS en Internet se pueden clasificar
dentro de dos grupos, los cuales difieren en las
técnicas para el aprovisionamiento de recursos y en
el nivel de detalle presente en la diferenciación de
servicios. Servicios Integrados (Int-Serv; del
inglés Integrated Services) definido por el grupo de
trabajo de ingeniería de Internet (IETF; del inglés
Internet Engineering Task Force) busca garantizar
niveles satisfactorios de QoS mediante el empleo de
mecanismos para reservar recursos. Servicios
Diferenciados (Diff-Serv; del inglés Differenciated
Services) marca cada paquete transmitido con un
valor específico, los enrutadores utilizan este
valor para clasificar paquetes y para aplicar un
comportamiento de cola específico basado en los
resultados de la clasificación. El tráfico de varios
flujos con requisitos de QoS parecidos se marca con
el mismo valor, al agregar el flujo a una cola común
o al programar su comportamiento.
El término modelo de QoS se
utiliza para denotar un marco de trabajo o una
arquitectura de QoS, como Diff-Serv, Int-Serv, o el
modelo de referencia UMTS y hace referencia tanto a
la señalización como a la semántica del nivel de
servicio.
La Calidad de Servicio (QoS; del
inglés quality of service) indica la percepción del
usuario de un servicio concreto y se define en
términos de una serie de parámetros técnicos que
incluyen el retraso, la inestabilidad, la
confiabilidad, entre otros. Como dijimos en la
introducción, Internet fue diseñada para
proporcionar entrega de datos sin consideraciones de
QoS, estos son entregados a su destino en el menor
tiempo posible, pero sin garantía en cuanto a ancho
de banda o tiempo de espera. A medida que Internet
ha evolucionado, también lo han hecho diversas
aplicaciones, sobre todo aquellas que involucran
conversación en tiempo real y multimedia, las cuales
requieren para su desempeño adecuado cierto nivel de
control del retraso máximo de transmisión en la
trayectoria extremo a extremo.
Actualmente existe consenso
respecto a que las redes de la siguiente generación
tendrán como base un núcleo IP de conmutación de
paquetes para la transmisión de datos, esto trae
consigo diferentes dominios interconectados, cada
uno con diferente modelo de QoS. Existen
principalmente dos razones que dificultan que esta
heterogeneidad en los modelos de QoS desaparezca, la
primera es que la variedad de requerimientos de
aplicaciones complica el hecho de encontrar una
solución óptima y universal a la problemática del
establecimiento de una conexión interdominio con
garantías de QoS; y por otro lado, en el afán de
acaparar el mercado las organizaciones comerciales
están desarrollando sistemas propietarios, lo cual
contribuye a incrementar esta diversidad.
La estandarización se vislumbra
como el enfoque ideal para conseguir QoS extremo a
extremo. Dado que las diversas redes o dominios son
libres de implantar cualquier modelo de QoS, se
requieren procedimientos que permitan establecer una
trayectoria extremo a extremo con cierta QoS que
respete los diversos mecanismos de aprovisionamiento
en cada dominio y que a la vez proporcione un
tratamiento similar en el envío de paquetes.
2 Definición
La definición básica de QoS está
dada por la ITU-T en la recomendación E.800 como “el
efecto global de la calidad de funcionamiento de un
servicio que determina el grado de satisfacción del
usuario de un servicio”.
Calidad de servicio (QoS,
(Quality of Service)) es un conjunto de requisitos
de servicio que la red debe cumplir para asegurar un
nivel de servicio adecuado para la transmisión de
los datos. Estos requisitos de servicio se basan en
estándares de funcionalidad QoS.
Figura 4.1. Definición de QoS
![](http://www.oas.org/es/citel/infocitel/2010/abril/calidad.jpg)
La filosofía fundamental de
calidad de servicio se deriva de la terminología de
administración de ancho de banda. “Inicialmente
había dos grandes campos para la administración del
ancho de banda: clase de servicio (COS) y calidad de
servicio (QoS)”. Donde COS dividía el tráfico en
unas cuantas categorías de servicio y QoS permitía
la negociación de servicios de red dinámicamente a
través de la reserva de ancho de banda.
Mientras se dependa de redes con
entrega de paquetes bajo el modelo de mejor esfuerzo
y se transporten de manera concurrente voz, video,
datos y aplicaciones interactivas a través de una
infraestructura común, se debe ofrecer a cada uno de
estos tipos de tráfico las características de manejo
que requieran.
Una red con ancho de banda
administrado, es capaz de ofrecer características de
tráfico basado en el tipo de tráfico que maneja. El
tráfico puede ser clasificado por aplicación,
usuario o factores externos como el tipo de usuario
y la congestión de la red.
Un aspecto importante de QoS es
que las características de la red permanezcan
predecibles, sin importar el mecanismo usado para
dar preferencia a un tráfico sobre otros tipos,
estas características de comportamiento radican en:
respuesta punto a punto también conocida como RTT
(round trip time), latencia, retraso de filas de
espera, ancho de banda disponible, entre otros.
Algunas de estas características son más predecibles
que otras dependiendo del tipo de tráfico,
características de asignación en filas de espera en
los dispositivos en red y la arquitectura de la red
misma.
En términos de latencia, existe
la real y la inducida. La real se refiere al retraso
físico de la transmisión por el medio, que depende
de las características del mismo medio de transporte,
mientras que la inducida es el retraso provocado en
la red por las filas de espera en los dispositivos
de red, el retraso inherente al procesamiento en los
dispositivos y la congestión presente en los puntos
intermedios de las trayectorias de los datos. Existe
un tercer tipo de latencia, que se llama latencia
evocada o recordada, la cual se refiere a la
relación de latencia en las redes y la percepción
humana, en la que los usuarios tienden a recordar
con más facilidad cuando la red tiene errores que el
éxito en el envío de información, esta impresión
deja al usuario con la idea que la calidad del
servicio es pobre, aun cuando esta calidad del
servicio sea buena.
Los mecanismos de QoS tienen más
demanda en los ambientes empresariales, académicos y
otras intranets privadas que en el Internet Global y
los proveedores de Internet (ISP), porque cada uno
tiene diferentes requerimientos, aún entre
corporaciones existen diferentes requerimientos.
Las tecnologías de QoS se pueden
ver como los bloques fundamentales de construcción
de la red los cuales serán empleados para
aplicaciones futuras de negocios en las redes de: Un
Campus, redes de área amplia (WAN) o proveedores de
servicios (ISP). QoS debe tener la habilidad de
definir los parámetros para configurar una red que
pueda transportar un paquete entre dos nodos
considerando rendimiento, disponibilidad y retardos
óptimos. Estos parámetros no son fijos y pueden
variar dependiendo de la aplicación que esté
utilizando los servicios de red. Por ejemplo, el
retraso máximo esperado para una comunicación de voz
con telefonía IP, es de 300ms punto a punto, si se
tienen siete enrutadores con retraso promedio de
50ms cada uno no se logrará una comunicación
eficiente, no importando que se tenga un buen ancho
de banda disponible.
Calidad de servicio se refiere a
la capacidad de una red para proveer un mejor
servicio al tráfico de red seleccionado sobre varias
tecnologías, incluyendo Frame Relay, Asynchronous
Transfer Mode (ATM), Ethernet, redes inalámbricas
IEEE 802.11, SONET y redes IP que pueden usar
cualquiera de estas tecnologías mencionadas.
La meta principal de QoS es
proveer prioridad, incluyendo ancho de banda
dedicado, jitter y latencia controladas, estos dos
últimos parámetros son necesarios para tráfico en
tiempo real o interactivo, es importante asegurarse
que al proveer prioridad a uno o más tipos de flujos,
no hacer que el otro tipo de flujo falle. QoS
permite proveer mejor servicio a ciertos flujos de
paquetes definidos, incrementando la prioridad de un
flujo o limitando la prioridad de otro.
Cuando se usan las herramientas
de administración de congestionamiento, se trata de
incrementar la prioridad poniendo en fila de espera
a todos los paquetes y asignando servicio de
diferentes maneras. Esta herramienta de
administración de filas de espera se usa para evitar
congestión e incrementar la prioridad descartando
los flujos de baja prioridad antes que los de alta.
Las prioridades se definen por políticas. Hay otras
herramientas de eficiencia del enlace que limitan
flujos grandes para dar preferencia a flujos
pequeños.
En el ámbito de las redes de
computadoras y de telecomunicaciones, la calidad de
servicio, conocida también como QoS (por sus siglas
en ingles), se refiere a la capacidad de ofrecer
diferentes niveles de prioridad a diferentes
aplicaciones, usuarios, flujos de datos; o también
para garantizar cierto nivel de rendimiento a un
flujo de datos.
Es decir, QoS ofrece las
garantías de que un determinado proceso cumplirá
ciertos requerimientos mínimos. De esta manera, la
calidad de servicio o QoS es importante por ejemplo
para determinar en que nivel la capacidad de la red
es insuficiente, especialmente en aplicaciones de
tiempo real, como son multimedia sobre voz IP o
IP-TV, en las que se necesita una tasa fija de
paquetes durante la transmisión para que de esta
manera no exista ruido ni distorsión durante una
sesión de trabajo con estas aplicaciones.
Otro de los campos en los que QoS
es vital e indispensable es en la comunicación y
transmisión de datos por dispositivos móviles, donde
también se necesita de una tasa fija de transmisión
de paquetes para asegurar la integridad de los
mismos.
Una red o protocolo que soporta
QoS cumple acuerdos para lidiar con los problemas de
tráfico de la aplicación y con los soportes de
reserva de los nodos sobre los cuales dicha
aplicación funciona. Esto se puede observar, por
ejemplo, durante la fase de establecimiento de un
período de sesiones de comunicación. Cuando la
sesión se ha establecido se puede supervisar el
nivel de rendimiento alcanzado, por ejemplo: la
velocidad de transmisión de datos, el retardo en la
transmisión, la dinámica de control de las
prioridades en la programación de la red de nodos,
entre otros.
Por otro lado, en el ámbito de la
telefonía, la calidad de servicio se define en la
norma de la UIT
X.902 como “un conjunto de
requisitos de calidad en el comportamiento de uno o
más objetos”. En telefonía también se habla de un
subconjunto de QoS, el cual es llamado Grado de
Servicio (GoS por sus siglas en ingles (Grade of
Service) y comprende aspectos relativos a una
conexión como la capacidad y cobertura de una red de
telecomunicaciones.
3 Funcionamiento
QoS trabaja retardando paquetes
poco importantes, o en los casos de tráfico extremo
en la red, arrojándolos enteramente fuera. Esto deja
lugar a que los paquetes importantes lleguen a su
destino tan rápido como sea posible.
Básicamente, una vez que su
router conoce la cantidad de información que puede
poner en cola en cualquier momento determinado, se
puede crear tráfico demorando paquetes de bits poco
importantes, llenando la ruta primero con paquetes
de mayor importancia, y luego usar cualquier espacio
sobrante para cargar dicha ruta en orden descendente
de prioridad.
QoS posiblemente no puede
acelerar un paquete, básicamente lo que hace es
tomar el total de ancho de banda disponible,
calcular cuales de los muchos datos son prioritarios,
ingresar primero estos datos en el buffer, bajando
la prioridad hasta que no queden datos para enviar o
hasta que se llene el buffer. Cualquier información
excedente se mantiene en cola o ésta se reordena
colocando datos al frente, para ser evaluados en el
siguiente paso. Es importante determinar la
prioridad del paquete. Las prioridades están entre
bajo ("Low") o masivo (“Bulk”) (dependiendo del
router), hasta alto ("High" o "Premium"). El número
de niveles y la terminología exacta depende del
router. Como indican los nombres, los paquetes
Low/Bulk tienen la mínima prioridad, mientras que
los paquetes High/Premium tienen la más alta
prioridad.
Los paquetes QoS pueden ser los
prioritarios por ciertos criterios, incluyendo los
generados por las mismas aplicaciones; sin embargo,
las técnicas más comunes con las que usted se
encontrará en los routers más comercializados, son
puerto de dirección MAC de Ethernet y puerto TPC/IP.
La dirección MAC da prioridad a los dispositivos de
red por su dirección de acceso a los medios de
comunicación. Esta es una cadena larga asociada con
su tarjeta de red u otro dispositivo de red.
Ethernet Port es el más simple para configurar. Su
router está acondicionado con una serie de
conectores Ethernet. La prioridad del Puerto
Ethernet permite por ejemplo indicar: "cualquier
dato bloqueado en Port 1 posee baja prioridad,
mientras que cualquier dato bloqueado en Port 2
obtiene alta prioridad". Estas situaciones son más
fáciles de configurar que la prioridad MAC address.
El puerto del TCP/IP permite
algún nivel de control sobre aplicaciones, en vez de
dispositivos.
4 QoS y su relación con la
medida de la calidad
QoS es usado como el instrumento
idóneo para medir calidad. Esto se debe a que la
calidad de servicio se refiere al nivel de calidad
con la cual una aplicación responde, cumpliendo de
ésta forma con los requerimientos mínimos
establecidos para determinada QoS.
Algo que debemos tener en cuenta
es que no se debe de confundir el concepto de QoS
con el de High QoS el cual se encarga de medir el
alto rendimiento alcanzado en un servicio, por
ejemplo: una tasa alta de transmisión de bits,
latencia baja, baja probabilidad de error de bit,
etc.
Como ya se ha mencionado, QoS
esta siendo empleada ampliamente en la telefonía y
en los servicios de transmisión de video,
aplicaciones en las que se debe garantizar niveles
de calidad competitivos para poder aprovechar
cómodamente de dichas aplicaciones. Sin embargo, la
aplicación de QoS en estos campos es un indicador
que refleja la experiencia subjetiva de la calidad.
Por ejemplo, la Calidad de la Experiencia (QoE) el
cual es un concepto también subjetivo que se aplica
a los negocios, en los que se mide el grado de
satisfacción del usuario, el número de clientes
satisfechos, etc.
Cuando hablamos de experiencia
subjetiva de la calidad nos referimos a que los
niveles mínimos establecidos para que determinado
servicio cumpla, han sido establecidos en base a la
experiencia, tomando en cuenta que tan buenos
resultados se han obtenido con tales o cuales
valores de transferencia de paquetes, de latencia,
etc.
Por esta razón se dice que QoS es
el efecto acumulativo sobre la satisfacción del
cliente de todas las imperfecciones que afectan al
servicio.
Juan Velarde Sagastegui
Instituto Nacional de Investigación y
Capacitación de Telecomunicaciones del Perú (INICTEL-UNI)
Universidad Nacional de Ingeniería (UNI)
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