Provisión incremental de qos sobre redes ip heterogéneas

Abstract

RESUMEN: Desde la especificación del modelo de IntServ se ha intentado dotar al protocolo IP (Internet Protocol) de la capacidad de provisión de QoS, Si bien las ventajas que se obtendrían al incorporar esta capacidad en redes IP actuales parecen justificar los importantes esfuerzos que la comunidad investigadora viene realizando, lo cierto es que, actualmente, la provisión de garantías QoS sobre IP no ha llegado a utilizarse ampliamente. No es menos cierto que esta situación no es exclusiva de la provisión de QoS sobre IP. La tecnología IP ha visto pasar un buen número de propuestas que prometían ventajas importantes en caso de llegar a ser implantadas. Sin embargo, no es difícil encontrar, entre los motivos que justifican los escasos éxitos de muchas de ellas, la elevada complejidad de implantación sobre las redes operativas. La provisión de garantías QoS en Internet promete las ventajas derivadas de la compartición estadística de recursos entre las aplicaciones que únicamente requieren un modelo de servicio basado en best-effort y las que requieren ciertas garantías con respecto a la QoS que reciben de la red. No obstante, la obtención de estas ventajas tiene un precio. La mayoría de propuestas actuales requieren la modificación de toda la equipación actual de red para incorporar nuevos mecanismos o extensiones a los ya existentes. Si consideramos el ámbito de un SProv o el de un operador de red, no está claro que esta aproximación permita un retorno de la importante inversión que es necesario realizar. Si ahora consideramos el tamaño actual de Internet, parece razonable calificar como reto importante -al menos- el hecho de modificar cada router en Internet para lograr la provisión de QoS. Y, en caso de asumirse este reto, parece igualmente razonable considerar que tan sólo pueda satisfacerse a largo plazo. Éste es el punto de partida de esta tesis. Para muchas organizaciones, puede resultar inaceptable asumir el requerimiento de modificar todos los router de su red. Y, sin embargo, siguen apareciendo nuevas aplicaciones que podrían beneficiarse de forma importante de la obtención de garantías QoS. Esta tesis describe una propuesta generalizada que permite la provisión de QoS sobre IP haciendo uso de los protocolos operativos en la red. En nuestra propuesta, denominada OQOS, se siguen exigiendo modificaciones sobre la equipación actual, pero no es necesario hacerlas en todos los router. En lugar de ello, proponemos la construcción de una topología virtual, que denominamos ``topología overlay''. Tan sólo forman parte de la topología overlay aquellos router que disponen de ciertas capacidades para la provisión de un servicio diferenciado a distintos tipos de tráfico. De esta forma, mientras el tráfico con restricciones de QoS únicamente puede atravesar los router que pertenecen a la topología overlay, el tráfico best-effort sigue utilizando todos los router de la red. Nuestra propuesta se basa, por tanto, en evitar, para el tráfico con restricciones de QoS, todos aquellos router que no permiten la diferenciación de tráfico. Esta aproximación permite un despliegue gradual de la arquitectura, que denominamos incremental. Los SProv y los operadores de red no necesitan afrontar la inversión de modificar toda su equipación de red, sino que pueden iniciar la provisión del servicio con una modificación de un subconjunto de router de la red. Posteriormente, este subconjunto podría ampliarse incorporando nuevos router para, de este modo, incrementar la capacidad de la red para la provisión de QoS a sus usuarios. La característica incremental forma parte del objetivo de minimizar el impacto de las modificaciones requeridas sobre la red actual, pero es necesario que esta minimización abarque además a los aspectos de funcionamiento de la propia propuesta. Por ello, incorporamos a la red una entidad lógica que permite el desacoplamiento del plano de datos y del plano de control. Gracias a esta aproximación, basada en la entidad que denominamos NB, los procedimientos de control de acceso, control de admisión, gestión de recursos, QoSR y gestión de la topología overlay no necesitan incorporarse en los router para que sea posible la provisión de garantías QoS. Si bien sigue siendo necesaria la existencia de ciertos mecanismos en el plano de datos para la diferenciación de tráfico, el desacoplamiento con el plano de control permite que las modificaciones a realizar en los router, de ser necesarios, tengan una menor envergadura. La capacidad de nuestra propuesta OQOS de adaptarse a redes IP heterogéneas se logra mediante dos modos de operación diferenciados: Routing Mode y Non-Routing Mode. Pueden seleccionarse el modo de operación en función de las características del IGP operativo en la red en la que se pretende desplegar OQOS. De esta forma se permite la operación de la arquitectura bajo protocolos de encaminamiento populares como OSPF ó IS-IS, pero también bajo otras tecnologías que permiten mayor flexibilidad a la operación de OQOS, como es el caso de MPLS. Todo lo anterior contrasta con la mayoría de propuestas actuales relacionadas con la provisión de QoS sobre IP, que requieren la incorporación de nuevos mecanismos en toda la equipación de red actual. Algunas de ellas permiten que no toda la equipación se vea modificada, pero sí tienen importantes restricciones con respecto a qué equipación debe de ser modificada, o en qué condiciones pueden aplicarse. Otras incorporan un plano de control distribuído basado en protocolos complejos para la diseminación consistente de la información de gestión de recursos que, a su vez, obliga a incrementar la complejidad de la equipación de la red. Por último, algunas propuestas permiten disminuir la complejidad en el despliegue, a cambio de relajar las garantías ofrecidas a los usuarios. Precisamente son todos estos inconvenientes los que tratan de eludirse en la propuesta OQOS. Tras la especificación de la arquitectura de OQOS, ésta es sometida a una evaluación mediante procedimientos de simulación. Basándonos en una topología real, el modelo es puesto a prueba bajo diferentes condiciones, obteniendo unos resultados de los que se puede concluir no sólo que nuestra propuesta efectivamente permite un despliegue incremental sobre la red, sino que, además, permiten evaluar cuál es la capacidad de provisión de QoS que podrá ofrecerse en función del grado de despliegue de la arquitectura en la red. Con esta información, los SProv y los operadores de red pueden determinar el nivel de inversión a realizar en relación con la capacidad de provisión de QoS que desean ofrecer a sus clientes.