QoS (Tecnicas de Encolamiento)

QoS (TECNICAS DE ENCOLAMIENTO) CON OPNET DOCENTE: Ing. Edwin Durán

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PRACTICA – QoS (TECNICAS DE ENCOLAMIENTO)

OBJETIVOS

El objetivo de este laboratorio es examinar el efecto de utilizar diferentes técnicas de

encolamiento en el envío de paquetes y el retraso (delay) para diferentes servicios.

INTRODUCCIÓN

Como parte de los mecanismos de ubicación de los recursos, cada router debe implementar alguna técnica de encolamiento que determine como los paquetes son almacenados en buffer mientras esperan para ser transmitidos. Se pueden utilizar varias técnicas de encolamiento para controlar que paquetes pueden ser transmitidos (gestión del ancho de banda) y que paquetes pueden ser descartados. Las disciplinas de encolamiento también afectan el retraso (latencia) experimentado por el paquete, determinando que tantos paquetes esperan por ser transmitidos. Ejemplos de algunas técnicas de encolamiento son first-in first- out (FIFO), priority queuing (PQ), y weighted-fair queuing (WFQ). La idea de FIFO es que el primer paquete que llega a un router, es el primer paquete transmitido. Dado que la cantidad de espacio del buffer del router es de un tamaño finito, si el paquete llega a la cola y el buffer se encuentra lleno, entonces el router descarta (drops) el paquete. Esto se realiza sin analizar que tan importante es el paquete descartado. PQ es una variación sencilla de FIFO. La idea es marcar cada paquete con una prioridad; la marca (la diferenciación) puede ser llevada, por ejemplo, en el campo Tipo de Servicio del datagrama IP (ToS). Los routers implementan múltiples colas FIFO, una para cada clase de prioridad, que son administradas por un FIFO manager. Esta técnica permite tener paquetes con alta prioridad y colocarlos al principio de la línea de envío. La idea de PQ es mantener una cola separada para cada flujo manejado por el router. El router atiende cada una de las colas mediante el algoritmo de round robin. WFQ permite asignar pesos a cada flujo (cola). Este peso controla efectivamente el porcentaje del ancho de banda necesario para cada flujo. Se puede usar el campo ToS en el encabezado del datagrama IP para identificar el peso. En este laboratorio se configurará una red que transporta tres aplicaciones: FTP, Video, y VoIP. Se deberá estudiar como la elección de las disciplinas de encolamiento para dar QoS en los routers afecta el desempeño de las aplicaciones y la utilización de los recursos de la red.


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PROCEDIMIENTO

Crear un Nuevo Proyecto

1. Ejecutar OPNET IT Guru Academic Edition ⇒ Escoger New del menu File. 2. Seleccionar Project y click en OK ⇒ Llamar al proyecto <sus iniciales>_Queues, y el

escenario FIFO ⇒ Click en OK. 3. En el Startup Wizard, en el dialogo Initial Topology, asegurarse que este

seleccionado Create Empty Scenario⇒ Click en Next ⇒ Escoger Campus de la lista Network Scale ⇒ Click en Next tres veces ⇒ Click en OK

Crear y Configurar la red Inicializar la Red

1. Abrir la paleta de objetos (Object Palette). Hay que asegurarse que la herramienta de internet (internet_toolbox) este seleccionada de las opciones del menú de la paleta.

2. Adicionar los siguientes objetos, desde la paleta, al espacio de trabajo: Application Config, Profile Config, QoS Attribute Config, cinco ethernet_wkstn, un ethernet_server, y dos routers ethernet4_slip8_gtwy

3. Interconectar los dos routers con un enlace bidireccional PPP_DS1. 4. Conectar las estaciones de trabajo y el servidor a los router utilizando un enlace

bidireccional 10Base_T. 5. Renombrar los objetos como se muestra en la figura y salvar el proyecto.

El nodo QoS Attribute Config define los detalles de la configuración para protocolos soportados en la capa IP. Estas especificaciones pueden ser referenciadas por nodos individuales usando nombres simbólicos. Esto define los diferentes perfiles de encolamiento como FIFO, WFQ, PQ, CQ, MWRR, MDRR, y DWRR


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Configurar las Aplicaciones

1. Click derecho en el nodo Applications ⇒ Edit Attributes ⇒ expandir la jerarquia Application Definitions ⇒ Colocar rows en 3 ⇒ Nombrar a las filas: FTP Application, Video Application, and VoIP Application.

i. Ir al fila de FTP Application ⇒ Expandir la jerarquia de Description ⇒ Asignar High Load a Ftp ⇒ Click el valor High Load y escoger Edit del menu desplegable ⇒ asignar Constant(10) a Inter-Request Time ⇒ asignar Constant(1000000) a File Size. Mantener Type of Service (ToS) en Best Effort (0).

ii. Ir a la fila Video Application ⇒ Expandir la jerarquia de Description ⇒ Asignar Low Resolution Video a Video Conferencing ⇒ Click el valor Low Resolution Video y escoger Edit ⇒ Editar el valor del campo Type of Service (aparece la ventana Configure TOS/DSCP) ⇒ del menú desplegable, asignar Streaming Multimedia (4) a ToS ⇒ Click OK dos veces.

iii. Ir a la fila VoIP Application row ⇒ Expandir la jerarquia de Description ⇒ Asignar PCM Quality Speech a Voice. Si se edita, se puede apreciar que el valor ToS asignado es Interactive Voice (6).

2. Click OK y salvar el proyecto.

La Entrega Best-effort significa que se envia el paquete sin garantias

PCM (Pulse Code Modulation) es una procedimiento usado para digitalizar la voz antes de transmitirla en la red


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Configurar los Perfiles 1. Click derecho en el nodo Profiles ⇒ Edit Attributes ⇒ Expandir Profile

Configuration ⇒ Colocar rows en 3. i. Nombrar y colocar los atributos de la fila 0 como se muestra:

ii. Nombrar y colocar los atributos de la fila 1 como se muestra:


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iii. Nombrar y colocar los atributos de la fila 2 como se muestra:

2. Click en OK y salvar el proyecto. Configurar las colas(Queues) Para esta práctica se utilizarán los perfiles de encolamiento por defecto que son definidos en el objeto Queues. Se recomienda que se revise la configuración de los perfiles FIFO, PQ, y WFQ Configurar las estaciones de trabajo y los servidores:

1. Click con el boton derecho en FTP Client ⇒ Edit Attributes ⇒ Expandir Application: Supported Profiles ⇒ Fijar rows en 1 ⇒ Colocar FTP Profile en Profile Name ⇒ Click en OK.

2. Click con el boton derecho en Video Client ⇒ Edit Attributes ⇒ Expandir Application: Supported Profiles ⇒ Fijar rows en 1 ⇒ Colocar VideoProfile en Profile Name ⇒ Click en OK.

3. Click con el boton derecho en VoIP West ⇒ Edit Attributes i. Expandir Application: Supported Profiles ⇒ Fijar rows en 1 ⇒ Colocar

VoIP Profile en Profile Name. ii. Editar el valor de Application: Supported Services ⇒ Fijar rows en 1 ⇒

Colocar VoIP Application en Service Name ⇒ Click en OK 2 veces. 4. Click con el boton derecho en VoIP East ⇒ Edit Attributes.

i. Expandir Application: Supported Profiles ⇒ Fijar rows en 1 ⇒ Colocar VoIP Profile en Profile Name.


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ii. Editar el valor de Application: Supported Services ⇒ Fijar rows en 1 ⇒ Colocar VoIP Application en Service Name ⇒ Click en OK 2 veces.

5. Click con el boton derecho en FTP Server ⇒ Edit Attributes ⇒ Editar el valor Application: Supported Services ⇒ Fijar rows en 1 ⇒ Colocar FTP Application en Service Name ⇒ Click en OK 2 veces.

6. Click con el boton derecho en Video Server ⇒ Edit Attributes ⇒ Editar el valor Application: Supported Services ⇒ Fijar rows en 1 ⇒ Colocar Video

7. Application en Service Name ⇒ Click en OK dos veces. 8. Salvar el proyecto.

Configurar los Routers:

1. Click en el enlace entre los routers East y West para seleccionarlo⇒ del menú Protocols, escoger IP → QoS → Configure QoS.

2. Debe asegurarse que los items seleccionados son los mostrados en la siguiente ventana de dialogo (QoS Configuration) ⇒ Click OK.

Nota: Una vez que Visualize QoS Configuration se habilita, el enlace toma un color dependiendo de la técnica de QoS utilizada (azul para FIFO).

3. Salvar el proyecto.


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Escoger las Estadísticas Para probar el desempeño de la red, se recolectará una de las muchas estadísticas disponibles.

1. Click con el botón derecho en cualquier lugar del espacio de trabajo y seleccionar Choose Individual Statistics del menú desplegable.

2. En el dialogo Choose Results, escoger la siguiente estadística:

3. Salvar

Traffic Dropped es el

número de datagramas IP

descartados por todos los

nodos en la red a través

de todas las interfaces IP.

Las razones para descartar

un paquete IP, pueden ser

algunas de las siguientes:

- Espacio insuficiente en la cola - Maximo numero de saltos excedido por un datagrama IP - En los nodos de enrutamiento, al mirar la tabla de rutas, no se encuentra la ruta para su destino


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Configurar la Simulación

1. Se necesita configurar la duración de la simulación: a. Click en el boton Configure/Run Simulation. b. Colocar la duración a 150 segundos.

2. Click en OK. Duplicar el Escenario En la red que se acaba de crear, se utilizó la técnica FIFO en los router. Para analizar los efectos de las diferentes técnicas de encolamiento, se crearán dos escenarios más para analizar PQ y WFQ. A. Seleccionar Duplicate Scenario del menu Scenarios y darle el nombre de PQ ⇒ Click en OK.



Nota: Una vez que Visualize QoS Configuration se habilita, el enlace toma un color dependiendo de la técnica de QoS utilizada (naranja para PQ).

3. Salvar el proyecto.


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B. Seleccionar Duplicate Scenario del menu Scenarios y darle el nombre de WFQ ⇒ Click en OK.



Nota: Una vez que Visualize QoS Configuration se habilita, el enlace toma un color dependiendo de la técnica de QoS utilizada (verde para WFQ).

3. Salvar el proyecto. Correr la Simulación Para correr la simulación en los tres escenarios simultáneamente:

1. Ir al menu Scenarios ⇒ seleccionar Manage Scenarios. 2. Cambiar los valores de la columna Results a <collect> (o <recollect>) para los tres

escenarios. Comparar lo hecho con la siguiente figura:


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3. Click en OK para ejecutar las tres simulaciones. Dependiendo de la velocidad del

procesador puede variar el tiempo

4. Después de que las tres simulaciones se completen (una para cada escenario) click

en Close.

5. Salvar. Ver los Resultados Para ver y analizar los resultados:

1. Seleccionar Compare Results del menu Results. 2. Seleccionar la estadística Traffic Dropped de IP y click en Show. Los resultados

deben parecerse a los siguientes. Nota: la gráfica muestra el resultado después de realizar un zoom en la región de interés del gráfico original

3. Crear el gráfico para Video Conferencing Traffic Received:


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4. Crear el gráfico para Voice Traffic Received:

5. Crear los gráficos para Voice Packet End-to-End Delay y Voice Packet Delay Variation: (Nota: la gráfica de WFQ no se muestra debido a que se sobrepone con la de PQ.)


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PREGUNTAS

1. Analice los gráficos obtenidos y verifique el solapamiento de los gráficos Voice

Packet End-to-End Delay y Voice Packet Delay Variation. Compare estas tres técnicas de encolamiento y explique sus efectos en el desempeño de las tres aplicaciones

2. En el proyecto implementado, Editar el objeto Queues y verificar los perfiles asignados a las técnicas FIFO, PQ, y WFQ. Para cada perfil responder las siguientes preguntas:

a. Cuantas colas estan asociadas con cada disciplina? b. En esta práctica, se utilizó el campo ToS para identificar la prioridad y el

peso de PQ y WFQ respectivamente. Que otros parámetros pueden utilizarse para identificar la prioridad y el peso?

c. En PQ, Cuantas colas son configuradas para servir los diferentes valores de ToS?

d. En WFQ, Cuantas colas son configuradas para servir los diferentes valores de ToS?

3. Para todos los escenarios escoger la estadística “queuing delay <--“ del enlace que

conecta los routers East and West. Volver a correr la simulación y generar el gráfico para comparar el retraso de encolamiento (queuing delay) para todas las técnicas (escenarios). Analice este gráfico. Nota: la estadística “queuing delay <--“ se encuentra al lado de la jerarquia point-to-point.

NOTA: Generar un reporte de la misma manera que el laboratorio 0. El reporte debe incluir las respuestas a las preguntas como las graficas generadas en los escenarios simulados. Discutir los resultados obtenidos y compararlos con sus expectativas.

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