¿Qué es QoS y por qué es importante en las redes?

¿Qué es QoS??

QoS o Quality of Service gestiona los recursos de la red para reducir la pérdida de paquetes, así como reducir la fluctuación de fase y la latencia de la red. La tecnología QoS administrará los recursos asignando los diferentes tipos de datos de red a diferentes niveles de prioridad.

QoS generalmente se aplica en redes que atienden al tráfico que transporta datos que requieren muchos recursos, como:

• Vídeo a la carta
• Voz sobre IP (VoIP)
• Televisión de protocolo de Internet (IPTV),
• Medios transmitidos
• Videoconferencia
• Juego en linea

Este tipo de datos debe transmitirse en el menor tiempo posible ser consumible en el extremo receptor.

Caso de uso de la vida real

Para aclarar un poco las cosas, tomemos un ejemplo de un atasco en una carretera en la hora pico. Todos los conductores sentados en medio del atasco tienen un plan: llegar a sus destinos finales. Y así, a paso de tortuga, siguen avanzando.

Luego, el sonido de la sirena de una ambulancia los alerta sobre un vehículo que necesita llegar a su destino con mayor urgencia, y por delante de ellos. Y así, los conductores salen de lo que ahora se convierte en la ambulancia “cola prioritaria,”Y dejarlo pasar.

De manera similar, cuando una red transporta datos, también tiene una configuración en la que un tipo de datos se trata preferiblemente sobre todos los demás. Los paquetes de datos importantes deben llegar a sus destinos mucho más rápido que el resto de ellos porque son urgentes y “caducarán” si no llegan a tiempo.

¿Por qué es importante la QoS??

Érase una vez, la red de una empresa y las redes de comunicación eran entidades separadas. Las llamadas telefónicas y las teleconferencias generalmente eran manejadas por un RJ11-red conectada; Las llamadas fueron monitoreadas por un sistema PABX. Funcionó por separado del RJ45-red IP conectada que conectaba computadoras portátiles, computadoras de escritorio y servidores. Los dos tipos de red rara vez se cruzan a menos que, por ejemplo, una computadora necesite una línea telefónica para conectarse a Internet. Un ejemplo de dicha red sería:

Cuando las redes transportaban solo datos, la velocidad no era tan crítica. Hoy en día, las aplicaciones interactivas que transportan audio y video deben entregarse a través de redes a altas velocidades y sin pérdida de paquetes o variaciones en las velocidades de entrega..

Las personas ahora hacen llamadas de negocios usando aplicaciones de videoconferencia como Skype, Zoom y GoToMeeting, que usan el protocolo de transporte IP para enviar y recibir mensajes de video y audio. En aras de la velocidad, estas aplicaciones no tienen los procedimientos de gestión de transporte que suelen utilizar las transferencias de datos estándar.

Antes de avanzar en el tema de QoS, necesitamos hablar sobre RTP.

¿Qué es el RTP??

los Protocolo de transporte en tiempo real o RTP es un estándar de protocolo de internet que estipula formas para que las aplicaciones administren sus transmisiones de datos multimedia en tiempo real. El protocolo cubre comunicaciones unicast (uno a uno) y multicast (uno a muchos).

RTP se usa más comúnmente en las comunicaciones de telefonía por Internet, donde maneja las transmisiones en tiempo real de datos audiovisuales.

Si bien RTP no garantiza en sí mismo la entrega de los paquetes de datos, esa tarea es manejada por conmutadores y enrutadores, facilita la gestión de ellos una vez que llegan a los dispositivos de red.

QoS es un transporte salto por salto configuración implementado en los dispositivos de red para que identifiquen y prioricen los paquetes RTP. Cada dispositivo conectado entre el remitente y el destinatario también debe configurarse para entender que el paquete es uno “VIP” y necesita ser empujado en el carril de prioridad. Si incluso uno de los dispositivos en el relé no está configurado correctamente, QoS no funcionará. Los paquetes perderán su prioridad y disminuirán la velocidad de transmisión de datos de ese dispositivo..

¿Qué sucede si no usamos QoS??

No tener una QoS configurada correctamente podría provocar uno (o todos) de los siguientes problemas:

• Latencia: Cuando los paquetes RTP no tienen asignadas las prioridades requeridas, se entregarán a las velocidades predeterminadas de los dispositivos. En una red congestionada, los paquetes tienen que viajar junto con el resto de los paquetes no urgentes. Si bien la latencia en sí misma no tendrá un efecto en la calidad de los datos audiovisuales entregados per se, afectará la comunicación entre los usuarios finales. A los 100 ms de latencia, comenzarán a hablar uno encima del otro a medida que los paquetes lleguen fuera de sincronización, y a los 300 ms la conversación deja de ser comprensible.

• Estar nervioso: Las aplicaciones en tiempo real eliminan el almacenamiento en búfer de nivel de transporte estándar, por lo que no hay ningún mecanismo para volver a ensamblar los paquetes que llegan en el orden correcto. Jitter es la velocidad irregular de los paquetes en una red. Puede hacer que el paquete llegue tarde y fuera de secuencia. Como la aplicación no espera a que la transmisión se ensamble correctamente, los paquetes fuera de secuencia se descartan, lo que produce distorsiones o huecos en el audio o video que se entrega.
• Paquete perdido: Este es el peor de los casos en el que encontramos que una cantidad (o partes) de paquetes se pierden debido a una congestión excesiva en los dispositivos de red. Cuando la cola de salida de un conmutador o enrutador se llena, se produce una caída de cola donde el dispositivo descarta los nuevos paquetes entrantes hasta que el espacio vuelva a estar disponible.

En todos los casos que acabamos de ver, QoS puede ayudar al ordenar los datos, gestionar las colas, y prevenir la pérdida de datos.

Ver también: La guía definitiva para la pérdida de paquetes

No hace falta mucha imaginación para ver cómo la comunicación y la transferencia o transmisión de medios pueden verse gravemente afectadas cuando optamos por no usar QoS, especialmente en redes que se adaptan a los protocolos RTP. Incluso si estuviera perfectamente diseñado, eventualmente, la comunicación se volverá difícil, luego se deteriorará a medida que el tráfico crezca y finalmente se vuelva imposible..

Las tres fallas latencia, estar nervioso, y paquete perdido – son, de hecho, tan críticos para determinar qué tan bien está funcionando una implementación que QoS y compañías de fabricación de software de monitoreo de redes como SolarWinds los usan como métricas para medir la calidad del tráfico basado en RTP.

Herramientas de red para monitoreo de QoS

Analizador de tráfico SolarWinds NetFlow (PRUEBA GRATIS)

Sería injusto continuar sin mencionar un poco más sobre uno de los mejores herramientas de monitoreo de red por ahí: SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer.

Este conjunto de aplicaciones de monitoreo de red ayuda a resolver problemas que podrían ser causados ​​por:

• Una red lenta: Una red lenta puede retener a un negocio completo como rehén mientras continúa reduciendo la velocidad a la que fluyen los datos. A menos que se eliminen los cuellos de botella de la red, toda la organización experimentará una conectividad terrible.
• Comunicaciones audiovisuales lentas: Una empresa que no puede establecer un canal de comunicación claro dentro de su canal de red quedará paralizada. Peor aún, no poder comunicarse claramente con sus clientes casi seguramente lo pondrá de rodillas.
• Redes no supervisadas: Un administrador que no pueda monitorear adecuadamente la red no podrá conocer su estado actual o cómo hacer planes para su futura expansión. Sin documentar la red y rastrear el rendimiento de cada equipo, un administrador de red no puede tomar decisiones informadas y es probable que exacerbe los problemas de rendimiento.

Armado con Netflow Traffic Analyzer, un administrador de red podrá deshacerse de los problemas que acabamos de ver:

• Ayudando con una implementación de QoS y su optimización –  a través de la retroalimentación del flujo de datos
• Hacer un balance e informar sobre la configuración actual de la política de QoS, informando las decisiones de diseño.
• Monitoreo del uso de ancho de banda para identificar qué aplicaciones y dispositivos que acaparan los recursos de la red, estos pueden aislarse, reprogramarse o cerrarse. Ver también: 6 mejores herramientas gratuitas de monitoreo de ancho de banda

Un tablero típico de Netflow Traffic Analyzer contiene la información vital que un administrador necesita para monitorear los estados y realizar ajustes de configuración rápidamente. Un ejemplo:

Estos informes y análisis incluyen: latencia, jitter y pérdida de paquetes.

SolarWinds NetFlow Traffic Analyzer: descargue la PRUEBA GRATUITA de 30 días en SolarWinds.com

Monitoreo de QoS de Paessler con PRTG

Otra opción que podría investigar para el monitoreo de QoS es Paessler PRTG. Esta suite de monitoreo de red tiene una sección especial que rastrea el rendimiento de QoS. Esta función muestra los flujos de tráfico etiquetados en tiempo real y también almacena datos para el análisis del rendimiento y la planificación de la capacidad..

El software PRTG incluye cuatro sensores de seguimiento que cubren tres metodologías diferentes de QoS. Estos se complementan con un sensor Ping Jitter que rastrea la regularidad de la entrega de paquetes en una secuencia.

Los tres tipos de QoS que PRTG puede rastrear son QoS estándar, Cisco IP-SLA y Cisco CBQoS. Los rastreadores de QoS estándar se implementan como un sensor unidireccional o un sensor de ida y vuelta. Estos rastreadores pueden operar en conexiones a través de Internet. Para obtener un registro preciso del rendimiento en el destino, debe coloque un sensor en esa ubicación remota para el servicio de sensor unidireccional. El servicio de ida y vuelta requiere un reflector en la ubicación remota para funcionar.

El sensor Cisco IP-SLA está dedicado a monitorear el tráfico VoIP etiquetado en su red. Registra una variedad de métricas para el tráfico de llamadas, incluyendo tiempo de ida y vuelta, latencia, jitter, retrasos y el puntaje de opinión promedio (MOS).

El sensor Cisco CBQoS sigue implementaciones de calidad de servicio basadas en clase. CBQoS es una metodología de colas y si desea implementarla, tendrá que realizar un seguimiento de más puntos de entrada a sus enrutadores y conmutadores. Crea al menos tres colas virtuales para cada dispositivo, así que hay mucho más para monitorear.

PRTG puede configurarse y mapear toda su infraestructura automáticamente. Sin embargo, las implementaciones de QoS requieren la toma de decisiones, por lo que tendrá que configurar el método usted mismo al decidir qué tipos de tráfico priorizar..

Paessler le permite usar PRTG de forma gratuita si solo activa un máximo de 100 sensores. Si va más grande, puede obtener una prueba gratuita de 30 días del sistema, incluido el monitor QoS.

¿Cómo configuras tu QoS??

Los conjuntos de software de administración de enrutadores suelen acceder a los enrutadores y conmutadores que se pueden configurar para priorizar protocolos. Todo el proceso de configuración de su preferencia de QoS es un asunto bastante sencillo que implica:

• Iniciar sesión en la aplicación y conectarse al hub o cambiar a través de él
• Navegando al menú de configuración de QoS
• Establecer preferencias de prioridad de paquetes

Y así, los paquetes de medios podrán atravesar las redes sin problemas. Los ingenieros de red de Hardcore pueden realizar todas las tareas enumeradas anteriormente a través de interfaces de configuración de línea de comandos.

¿Cómo se priorizan los paquetes RTP??

La priorización de paquetes QoS se puede hacer usando dos métodos principales:

• Clasificación: Este método identifica los tipos de paquetes y asigna su prioridad al marcarlos. La identificación se puede hacer usando ACL (Listas de control de acceso), implementaciones de LAN usando CoS (Clase de servicio), o con la ayuda de conmutadores que usan marcas de QoS basadas en hardware.
• Haciendo cola: Las colas son memorias intermedias de memoria de alto rendimiento que se encuentran en enrutadores y conmutadores. Los paquetes que pasan a través de ellos se mantienen en áreas de memoria dedicadas mientras esperan ser enviados en su camino. Cuando a los protocolos, como RTP se les asigna mayor prioridad, se mueven a una cola dedicada que empuja los datos a un ritmo más rápido, lo que reduce las posibilidades de que se eliminen. Las colas de menor prioridad no tienen este lujo.

Una cosa importante que debe recordarse aquí es que un paquete las marcas de prioridad solo son válidas dentro de la red se ha creado en. Una vez que abandona la red, los propietarios de la red receptora determinará su nueva prioridad.

Pensamientos a considerar al priorizar paquetes

Algunos pensamientos y consejos que pueden ayudar al decidir cómo priorizar los paquetes incluyen:

• Generalmente es una buena idea tener las marcas de prioridad asignadas por los dispositivos más cercanos a la fuente de los datos Esto asegura los paquetes viajar a través de toda la red con la prioridad correcta.
• los El dispositivo de elección para marcar los paquetes entrantes siempre debe ser conmutadores. Esto es porque estos dispositivos pueden equilibrar la carga del tráfico y compartir la carga con otros interruptores, por lo tanto reduciendo la carga en sus CPU.
• El tráfico entrante es casi siempre mayor que el que se dirige en la dirección opuesta. Los proveedores de ISP normalmente asignan menos ancho de banda al tráfico saliente de sus clientes, y es allí (en la ruta de la red saliente) donde la QoS debe aplicarse principalmente.
• Cisco tiene una recomendación sobre cómo se deben marcar los paquetes como se muestra en este diagrama:

Finalmente, el éxito de una implementación de QoS siempre depende de calidad de la política que rige cómo se clasifican, marcan y ponen en cola los paquetes. los la política debe ser cuidadosamente redactada para que la implementación de QoS sea un éxito.

Para qué no utilizar QoS

Después de leer sobre QoS, puede parecer un elixir mágico que puede curar todas las dolencias que causan congestión en la red. Bueno, hasta cierto punto, puede suavizar la mayoría de las comunicaciones RTP y hacer que parezca que ha simplificado el tráfico en una red. Desafortunadamente, no es una solución completa para cada problema de red.

QoS nunca debe usarse para los siguientes propósitos:

Ancho de banda creciente

Aunque QoS ayuda a simplificar la prioridad de los paquetes RTP y hacer que parezca que la red aumentó repentinamente su ancho de banda, nunca debe interpretarse como tal. QoS nunca debe usarse como una herramienta para “aumentar el ancho de banda” cuando todo lo que hace es utilizar los recursos existentes un poco más eficientemente (y en favor de los paquetes RTP).

En su lugar, considere buscar en el almacenamiento en caché de archivos para disminuir la cantidad de datos que van y vienen. Si eso no funciona, podría significar que se han alcanzado los límites de ancho de banda. Cuando una empresa alcanza sus límites de banda ancha, lo único viable es salir y comprar un poco más, no usar QoS.

Desbloquear la red

Si las aplicaciones no autorizadas se ejecutan y acaban acaparando el ancho de banda de una red, implementando QoS no es la solucion. Si bien las llamadas de Skype finalmente pueden comenzar, QoS no habrá abordado el problema raíz. Eventualmente, las aplicaciones no autorizadas se tragarán cualquier recurso que esté disponible, agotando los beneficios de QoS.

Una solución que podría funcionar aquí sería buscar las aplicaciones que acaparan recursos y apagarlas o reprogramarlas correr durante las horas posteriores.

Nuevamente, todo el propósito de configurar QoS en una red es asegurarse de que las llamadas de video y audio no se retrasen (o incluso se corten) debido a una red congestionada. No es una herramienta que realmente pueda aumentar el ancho de banda. Tampoco puede hacer un túnel a través de una red obstruida.

Una buena implementación de QoS mejorará la calidad y la velocidad de los datos críticos para la misión al optimizar el ancho de banda asignado y facilitar el etiquetado de los paquetes para que se identifiquen y se les asignen las prioridades asignadas. Hace uso del ancho de banda disponible; no lo expande.

Atribuciones de imagen:

1.  Imagen destacada de John Carlisle en Unsplash
2.  “Senderos de luz roja y blanca en una autopista urbana por la noche en Röddingsmarkt” por CBX. en Unsplash
3.  Diseño de red mixto – Wikimedia, dominio público
4. “Resumen de Netflow Traffic Analyzer”: captura de pantalla tomada el 28/05/2023
5. “Recomendaciones de marcado de línea de base de QoS de Cisco” – Cortesía de Cisco Systems, Inc. Uso no autorizado no permitido (Imagen capturada el 28/05/2023)