Calidad de servicio

Calidad de servicio ( QoS ) y calidad de servicio es la calidad de un servicio de comunicación desde la perspectiva del usuario. Es decir, en qué medida la calidad del servicio coincide con sus requisitos. Formalmente, QoS es un conjunto de requisitos de calidad para el comportamiento común o la interacción de varios objetos.

condiciones

Estándar IEEE 802.1p

• Un usuario desea estar conectado de manera confiable al destino deseado y desconectado de manera confiable después de que la comunicación haya terminado.
• La conexión debe establecerse rápidamente.
• Los problemas al establecer una conexión (por ejemplo, no se puede alcanzar la estación de destino) deben informarse al usuario lo antes posible.
• Una conexión de comunicación debe permanecer estable.
• Los participantes de la comunicación quieren poder entenderse entre sí.
• La información debe transmitirse de forma completa y sin errores.
• No se debe transmitir información de otros participantes de la comunicación ni fallas.
• La comunicación debe ser lo más fiel posible al original.
• No debe haber largos tiempos de espera durante la comunicación.
• La facturación de la comunicación debe corresponder a la cantidad correcta de tiempo y datos.

Para poder medir estos requisitos generales de los usuarios, se definen parámetros de calidad que están destinados a describir estos requisitos.

• Calidad del establecimiento de la conexión: porcentaje de conexiones que no se establecieron, porcentaje de conexiones incorrectas, porcentaje de conexiones dobles, porcentaje de conexiones lentas.

• Calidad de una conexión existente: porcentaje de interrupciones prematuras de la conexión, porcentaje de información no transmitida, porcentaje de información transmitida incorrectamente, retrasos en la transmisión de información, ancho de banda efectivo de la información transmitida, fluctuaciones en el retraso de la señal, porcentaje de interferencia en las señales transmitidas, componentes del eco.

Al medir estos parámetros relacionados con la red y asignarlos a los requisitos del usuario, se intenta cuantificar la calidad del servicio.

Dado que la prestación de un servicio con requisitos de alta calidad es correspondientemente compleja, los operadores de red están cambiando a tarifas de alta calidad con precios más altos. Aquí, se promete el cumplimiento de ciertos parámetros de calidad para un cierto estándar de calidad. El cliente puede solicitar una determinada Calidad de servicio (consulte el Acuerdo de nivel de servicio ).

El cumplimiento de estándares de alta calidad requiere el funcionamiento adecuado de todos los componentes interactivos de una red de telecomunicaciones . El funcionamiento de la tecnología debe ser monitoreado continuamente, los parámetros de error deben ser registrados y registrados y así formar la base para cualquier medida de mantenimiento que pueda ser necesaria.

QoS en redes de telecomunicaciones

Las categorías esenciales de QoS en las redes de comunicación son la calidad del tráfico, que se ocupa de la tecnología de conmutación , y la calidad de transmisión , que se ocupa de la tecnología de transmisión .

En las comunicaciones móviles UMTS , se han definido cuatro clases de QoS, por ejemplo:

antecedentes

para la transferencia de datos con la tasa de error más baja posible pero requisitos no críticos de ancho de banda, retardo y fluctuación.

conversacional

para comunicación directa (telefonía, video telefonía). Requisitos similares a la transmisión, pero se permiten significativamente menos fluctuaciones y retrasos.

interactivo

para el uso de servicios interactivos. Requisitos similares a los de Antecedentes, pero mayores requisitos de retraso para evitar tiempos de espera al utilizar los servicios.

transmisión

para servicios de distribución. Se requiere un ancho de banda mínimo; La fluctuación está permitida hasta cierto punto, ya que las memorias intermedias de fluctuación se utilizan en el lado del receptor. Los errores de bits son bastante acríticos.

QoS en tecnología de conmutación

El grado de servicio se refiere a la parte cuantificable de la QoS que depende de la clasificación respectiva del equipo. La calidad del tráfico de una red de comunicaciones depende del número de líneas y dispositivos de control. En la red telefónica , los centros de conmutación son los dispositivos de control, en Internet son los enrutadores . Las descripciones cuantitativas de la calidad del tráfico utilizan parámetros de la teoría del tráfico , como la probabilidad de espera , el tiempo medio de espera o la probabilidad de pérdida . En tecnología de conmutación z. B. incluir las siguientes variables de influencia en la QoS:

• Conexión doble: una conexión en la que una o más conexiones adicionales están conectadas a la conexión deseada.
• Conexión incorrecta: una conexión en la que se puede llegar a un suscriptor que no es el suscriptor deseado a pesar del número de teléfono ingresado correctamente
• Sin liberación: se mantiene una conexión, aunque se solicitó "Liberación"
• Desconexión prematura: desconexión de una conexión sin haber sido iniciada desde la conexión que llama o llamada
• Fallo de contaje: registro incorrecto de los parámetros relevantes para la carga de una conexión

En este ejemplo, los recuentos medidos y ponderados de tales eventos forman un componente de la calidad del tráfico de una central específica .

Otros factores que influyen en la calidad del tráfico son:

• Bloqueo: estado de una red en el que no se puede completar el establecimiento de una conexión porque no se dispone de las instalaciones o recursos técnicos necesarios.
• Retraso en el envío: tiempo que transcurre entre el inicio de la entrada en el origen y el inicio de la salida en el destino
• Retraso en las señales de control de conexión: Ejemplo: El tiempo entre las señales "llamada saliente" ( auricular del teléfono colgado) y "solicitud de marcación" (tono de marcación) es demasiado largo.

QoS en redes IP

La calidad del servicio de los servicios que se transmiten a través de redes IP (redes que utilizan el Protocolo de Internet ) está influenciada por parámetros adicionales específicos de IP. Si se utiliza IP como protocolo de transmisión en una red de telecomunicaciones, forma una capa superior en esta red según el modelo OSI . En este caso, tanto la calidad de transmisión de las capas inferiores como los parámetros de transmisión del nivel IP son relevantes para evaluar la calidad de servicio global de un servicio basado en tecnología IP. La calidad de servicio percibida por el usuario resulta de la interacción de todas las deficiencias de calidad. Si, por ejemplo, se trata de una conexión a Internet que se marca a través de una red pública de telecomunicaciones, toda la calidad del servicio se compone de la calidad de transmisión, tráfico y conmutación del canal de transmisión a través de la red pública de telecomunicaciones y la calidad de las capas IP superiores.
Si IP no se transmite a través de una red pública de telecomunicaciones sino, por ejemplo, en una LAN basada en Ethernet , solo se debe tener en cuenta el deterioro de la calidad de esta LAN y las de la transmisión IP.
Un factor particular en la calidad del servicio de los servicios que se implementan con la ayuda del Protocolo de Internet es que, a diferencia de los servicios en las redes de telecomunicaciones tradicionales, está significativamente influenciado por el terminal. En las redes de telecomunicaciones convencionales (conmutación de circuitos), por otro lado, la calidad de la transmisión, la conmutación y el tráfico estaba relacionada principalmente con la calidad de la red; las influencias de los dispositivos finales pueden ignorarse.

En las redes IP, la influencia en la QoS generalmente se registra utilizando los siguientes parámetros:

• Latencia : el retraso en la transmisión de un extremo a otro
• Jitter : la desviación del tiempo de latencia de su media
• Tasa de pérdida de paquetes : la probabilidad de que los paquetes IP individuales se pierdan durante la transmisión (o, con servicios en tiempo real, lleguen a su destino demasiado tarde)
• Rendimiento: la cantidad promedio de datos transferidos por unidad de tiempo

Los diferentes servicios tienen diferentes requisitos para estos parámetros. La latencia es particularmente notable en aplicaciones que requieren tiempos de respuesta cortos ( por ejemplo, Telnet ). Por ejemplo, en el caso de alta latencia, una entrada solo aparece en la pantalla con un cierto retraso de tiempo. Para transferencias de archivos puras, el rendimiento general suele ser el parámetro decisivo, pero la latencia individual y la tasa de pérdida son menos importantes aquí. Para comunicaciones en tiempo real como B. Voz sobre IP, por otro lado, la latencia, el jitter y la tasa de pérdida juegan un papel mucho mayor porque tienen un impacto significativo en la inteligibilidad del habla. Como aplicación en tiempo real, IPTV incluso tiene requisitos muy importantes para la calidad general del servicio, ya que incluso los pequeños defectos de calidad en la transmisión tienen un efecto visible en la visualización de la imagen en el televisor. El rendimiento es importante porque los videos a menudo requieren una alta velocidad de datos y, si no se proporciona esta velocidad, el video simplemente se detiene.

Dentro de un canal de transmisión, puede ser necesario aumentar la QoS para ciertos flujos de datos a expensas de otros flujos de datos. Esto se puede hacer, por ejemplo, dando prioridad a los paquetes de datos IP en función de determinadas características y propiedades. Con estos mecanismos es posible dar preferencia a ciertos servicios como Voice-over-IP , que requiere un flujo de datos constante con retrasos constantes, que descargar desde un servidor de archivos (FTP) o acceder a sitios web.

Se utilizan ciertos protocolos de reserva en la red para garantizar que el flujo de datos isócrono pueda garantizarse durante toda la duración de una comunicación de datos .

IPv4 y IPv6 paquetes tienen una bandera ( DSCP Servicio Diferenciado punto de código ( RFC 2474 ), anteriormente Precedencia ( RFC 791 )) en la cabecera IP , que identifica el tipo de datos en este paquete ( clase de tráfico ). En base a esta bandera, los paquetes de datos se priorizan (es decir, se manejan preferentemente). Describe las consideraciones actuales ( RFC 3260 ). Hay varios otros métodos para gestionar la calidad del servicio.

Realización en redes IP

QoS en la capa 3

En el nivel teórico, la QoS se puede implementar mediante la priorización o parametrización del tráfico de datos, reserva de velocidad de datos, limitación de velocidad de datos y optimización de paquetes. Desde un punto de vista técnico, existen dos mecanismos para ello:

• O registra los flujos de datos pendientes con todos los componentes de red activos (enrutador, etc.) y reserva la velocidad de datos requerida ( IntServ , Servicios integrados),
• o todos los paquetes de datos están marcados y los componentes activos de la red tratan / prefieren los paquetes de acuerdo con sus marcas ( DiffServ , Servicios diferenciados).

Dado que IntServ, que en la práctica utiliza principalmente el Protocolo de reserva de recursos (RSVP), genera una alta sobrecarga de gestión e incluso un dispositivo que no admite IntServ hace que todo el mecanismo falle, la alternativa DiffServ se ha establecido mientras tanto. DiffServ también es más escalable. El término Tipo de servicio (ToS) también se utiliza con frecuencia . Se reservó 1 byte en el encabezado IP para ToS, de los cuales solo 6 bits fueron utilizados por ToS. Sin embargo, no se pudo establecer ningún estándar vinculante al que se adhieran todos los fabricantes de equipos de red. Mientras tanto, los seis bits más significativos del antiguo campo ToS en el encabezado IPv4 y el octeto 'Tipo de servicio' en el encabezado IPv6 han sido redefinidos por Internet Engineering Task Force (IETF). Ahora se denominan uniformemente Campo de servicios diferenciados y se pueden evaluar con un valor numérico Punto de código de servicios diferenciados (DSCP).

Dado que la implementación práctica de amplias medidas de QoS en Internet apenas se ha desarrollado durante años, hay voces críticas sobre si los mecanismos de QoS en Internet son necesarios o adecuados.

Una de las razones del estancamiento es el hecho de que DiffServ hasta ahora no ha podido establecer valores numéricos explícitos para los parámetros de QoS como la fluctuación y la tasa de pérdida de paquetes, ni siquiera un uso uniforme de los puntos de código y una definición uniforme para el comportamiento por salto. El proyecto de la UE MUSE del sexto programa marco de la UE solucionó esta deficiencia definiendo cuatro clases de QoS para las que se fijan estos valores. En otro proyecto de investigación europeo PLANETS, se derivó una propuesta de implementación práctica, en la que se especifican incluso las longitudes de las colas.

QoS en redes de cajeros automáticos

Al establecer una conexión en redes ATM , el sistema final negocia con el proveedor de servicios una clase de servicio / clase de QoS que cumple con sus requisitos, que luego se garantiza para la conexión:

• Tasa de bits constante (CBR) : Transmisión a una tasa de transmisión de datos constante .
• Tasa de bits variable (VBR) : la velocidad de transmisión de datos puede cambiar durante la transmisión. Con VBR también se distingue entre:
  • VBR-rt : la transmisión tiene requisitos de tiempo real (rt = tiempo real).
  • VBR-nrt : la transmisión no tiene requisitos de tiempo real (nrt = tiempo no real).
• Velocidad de bits disponible (ABR) : la transmisión siempre debe tener lugar a la velocidad de transmisión de datos disponible actualmente.
• Tasa de bits no especificada (UBR) : como ABR, pero con UBR no se definen parámetros de QoS.

Parámetros de QoS:

• Tasa de error de celda (CER) : Relación entre las celdas ATM recibidas incorrectamente y el número total de celdas ATM recibidas.
• Delay (Cell Transfer Delay - CTD) : tiempo requerido por una celda desde el remitente al receptor.
• Jitter (Cell Delay Variation - CDV) : fluctuaciones en el tiempo de tránsito de las células ATM en una conexión a través de la red ATM.
• Relación de la tasa de error de bit (Tasa de error de bit - BER) entre los bits erróneos y el número total de bits recibidos.
• Relación de pérdida de células (CLR) : Relación entre las células ATM perdidas y el número total de células ATM recibidas, consulte la tasa de pérdida de paquetes .
• Tasa de inserción incorrecta de células - CMR : Relación entre las células ATM recibidas con dirección incorrecta y el número total de células ATM recibidas.
• Relación de bloque de células con muchos errores - SECBR : Relación entre las células ATM recibidas incorrectamente y el número total de un bloque de células ATM.

Los mecanismos de cola más conocidos son:

• FIFO (primero en entrar, primero en salir): los paquetes de datos que llegan primero también se reenvían primero
• LIFO (último en entrar, primero en salir): los paquetes de datos que llegan en último lugar se reenvían primero
• LLC (Cola personalizada de baja latencia): se garantiza un tiempo de ejecución corto de los paquetes definidos previamente
• Cola de prioridad : el paquete de datos con la mayor prioridad se reenvía antes que los paquetes de menor prioridad.

Para obtener detalles sobre los algoritmos de puesta en cola individuales, consulte Evitación de la congestión de la red

Evidencia individual

1. ↑ cf. Ancho de banda vs. QoS ( Memento del 29 de julio de 2013 en el archivo de Internet ) y por qué no necesitamos QOS: calidad de servicio de trenes, automóviles e Internet
2. ↑ http://www.medea-planets.eu/QoSsolution.php?page=solution
3. ↑ Gerd Siegmund: ATM - La tecnología. 4a edición, Hüthig, Heidelberg 2003, p. 276
4. ↑ Gerd Siegmund: ATM - La tecnología. 4a edición, Hüthig, Heidelberg 2003, p. 272

enlaces web

• Traffic Shaper XP : software gratuito de QoS
• http://support.microsoft.com/kb/316666/de - Extensiones y comportamiento de QoS en Windows XP
• NetGen - NetGen, puente QoS para configurar parámetros de red