domingo, 24 de febrero de 2013

[Lab RT] Actividad 4: Parámetros de medición en QoS

Definición


"QoS (Calidad de Servicio) es un conjunto de requisitos que debe cumplir una red para el transporte de información"

QoS incorpora una serie de tecnologías que garantizan la capacidad de una red para dar un buen servicio a sus usuarios así como una buena experiencia de usuario, dicha garantía de debe mantener desde la planificación de una red y en todo el proceso de ingeniería posterior.


Arquitectura


Para garantizar la calidad en el servicio, detrás existe una completa arquitectura de medición que incluye:
  • Puntos de medición: ubicados en los nodos de la red como routers, firewalls, hosts.
  • Herramientas de medición de tráfico: que capturan los paquetes y recolectan información sobre el flujo de tráfico deseado.
  • Herramientas de análisis: que analizan los datos recolectados y realizan cálculos estadísticos sobre la situación actual de la calidad en el servicio. El análisis puede hacerse en tiempo real y/o después del flujo de datos
  • Monitores y bases de datos: que recolectan y almacenan los datos analizados.
El análisis puede ser centralizado en un servidor específico, o puede estar distribuido en toda la red


Parámetros de medición


Existen una gran cantidad de parámetros que sirven para medir el rendimiento de las aplicaciones en una red y se clasifican de diferentes formas:
  • Medición objetiva: Que se refieren a aspectos concretos y cuantitativos como la perdida de paquetes, retardos, jitter, duración de la conexión.
  • Medición subjetiva: Corresponde a aspectos desde la perspectiva del usuario, como el MOS (mean opinion score) que mide el impacto de las fallas en la experiencia del usuario.

Ejemplo categorías y parámetros de medición
  • Tiempo
    • Intervalo de sincronización
    • Tiempo de inicialización
    • Tiempo de recuperación
    • Latencia
    • Retrasos
    • Garantía
    • Disponibilidad
  • Volumen de tráfico
    • Throughput
    • Picos de volumen
  • Precisión
    • Precisión de direccionamiento
    • Tasas de error
    • Integridad
  • Robustez
    • Confianza
    • Mantenibilidad
    • Resistencia
    • Supervivencia
  • Confiabilidad
    • Costo
    • Auditabilidad
  • Manejabilidad
    • Monitoreo
    • Control
  • Seguridad
    • Autentificación
    • Confidencialidad
    • Seguridad de transmisión y tráfico


QoS en stream de video


Existen ciertos parámetros clave en la medición de la calidad de servicio al hacer stream de video, por ejemplo: youtube, vimeo o ustream.
Los parámetros clave para éste tipo de aplicaciones son:

  • Pérdida de paquetes
La pérdida de paquetes ocurre cuando uno o más paquetes no logra alcanzar su destino. En esta categoría también se incluyen los paquetes descartados por la red en su camino al host destino.
Al tratarse de una comunicación en tiempo real, los stream de video está basado en UDP, al no estar orientado a la conexión los paquetes perdidos no se reenvían.
Para conexiones ADSL se admite un máximo de 3% del volumen de datos transmitido para la perdida de paquetes, este porcentaje se atribuye a "cuestiones de calidad" en el servicio y sus causas pueden ser la alta congestión en la red o los paquetes descartados por la red.




Se recomienda que la perdida de paquetes durante un stream de video sea de un 2%, sin embargo, este porcentaje depende del códec utilizado. Entre mayor compresión, mas perjudicial es la pérdida de datos y el umbral permitido disminuye.

  • Latencia
Son los retardos que existen dentro de una red producidos principalmente por la congestión de la misma que obliga a los paquetes a esperar en largas colas o a tomar rutas alternas (mas largas) para llegar a su destino.
Básicamente se trata del tiempo que tarda un paquete en llegar al host destino.

En promedio, la latencia se encuentra entre 50 y 100 ms. Durante la transmisión de video se recomiendan latencias menores a 150ms.
El ser humano puede detectar un retardo cuando la latencia es mayor a 200 ms.

  • Jitter
Es un efecto propio de las redes de datos no orientadas a la conexión. El stream de datos se discretiza en paquetes donde cada uno puede seguir una ruta diferente para alcanzar su destino.
El jitter mide la variación en el tiempo de llegada de los paquetes o la variación de la latencia.
Como vemos, el jitter depende de la latencia.
El valor recomendado de jitter para la transmisión de video es de 30 ms, lo cual es un buen umbral para que la latencia no alcance valores superiores a 150ms

Una alta latencia puede ocasionar que un video no se cargue adecuadamente.

La latencia y el jitter son conceptos que afectan a los buffers de video.


  • Tasa de transferencia y vaciado del buffer

Aún si la latencia es baja, la tasa de transferencia puede afectar mucho la experiencia de usuario al visualizar un video.
La tasa de transferencia depende del ancho de banda, la cual esta compartido con múltiples aplicaciones al mismo tiempo.
La tasa de transferencia es la cantidad de información o datos que se envían a través de una conexión de red en un periodo de tiempo establecido. Por lo general de mide en bits por segundo (bps), kilobits por segundo (Kbps) o megabits por segundo (Mbps).

Por ejemplo, Youtube utilizando el códec FLV para un video en 480p de resolución necesita una tasa de transferencia de hasta 1Mbps más 128 Kbps para audio codificado bajo el códec AAC, añadiendo las cabeceras de los paquetes se pueden requerir hasta 1.2Mbps de tasa de transferencia. El vaciado del buffer es igual a la tasa de transferencia requerida en la red. Entonces, si la tasa de transferencia es menor a lo requerido, el usuario puede experimentar retrasos en la reproducción del video.

¡Hasta 6Mbps si elegimos una calidad de 1080p!

Por lo general los ISP proveen planes de banda ancha que permiten tasas de transferencia desde 1Mbps, pero hay que tomar en cuenta que la conexión puede ser compartida por diversos equipos y que cada equipo tiene multiples procesos que utilizan una parte de esa banda ancha, asi que aún con 2Mbps se pueden experimentar retrasos en los stream de video.

Experimento


Para la actividad de medición de la calidad en el servicio QoS se tomarán en cuenta los parámetros analizados:
  • Stream de video de Youtube, sobre la red Infinitum utilizando conexión cableada Ethernet
    • Medir la perdida de paquetes, que no sobrepase el 3%
    • Medir la latencia, que se mantenga menor a 150ms
    • Medir el jitter, que se mantenga menor a 50ms (ampliar el umbral)
    • Medir la tasa de transferencia.


Referencias

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