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La infraestructura mostrada en la sección anterior, esquematiza una red LAN que manejará aplicaciones con priorización de tráfico; los paquetes ingresan por cada capa de red desde los switch de acceso hasta el switch de core.

A continuación mostramos características de calidad de servicio que poseen los principales equipos de Cisco los cuales conforman los esquemas de red LAN actuales; y junto a ello las especificaciones de QoS que usan los modelos o métodos de priorización de tráfico en aplicaciones de tiempo real.

Las plataformas utilizadas al igual que el esquema general de QoS se basan en el modelo genérico Cisco QoS Toolset, cuyo esquema se muestra en la figura 2.22:

De las herramientas que proporciona Cisco, en una red LAN se considera aplicar los tres primeros procesos ya que las dos herramientas restantes son analizadas para enrutamiento en una red WAN.

La implementación de QoS para las plataformas Catalyst 2950/3550, Catalyst 2960/3960 se basa en el modelo de servicio DiffServ. En este modelo, cada paquete se clasifica a la entrada de la red usando los 6 bits de la cabecera IP que se refieren a (ToS) o en capa MAC (CoS), para llevar a cabo la clasificación de la información. [24]

En la figura 2.23 se muestra el modelo básico de QoS para la serie Catalyst 2950/3550.

Fig. 2.23 Modelo básico de QoS Catalyst 2950/3550, [24]

Con respecto a las plataformas Catalyst 2960/3560, el modelo de QoS difiere del esquema anterior en la aplicación de encolamiento a la entrada y salida de la interfaz; este mecanismo se muestra en la figura 2.24:

Fig. 2.24 Modelo básico de QoS Catalyst 2960, Catalyst 3560, [25]

Por tanto, las herramientas que usan en común las tres plataformas del esquema para la red LAN se describen a continuación.

Clasificación: Es el proceso de distinguir un tipo de tráfico de otro mediante la evaluación de los campos en el paquete. La clasificación sólo se activa si QoS está activado de manera global en el switch. Durante la clasificación, el switch realiza una búsqueda y le asigna una etiqueta de QoS para el paquete. La etiqueta de QoS se basa en DSCP o el valor de CoS en el paquete y decide las acciones a realizar en el mismo para la formación de colas y planificación; cada etiqueta se asigna de acuerdo a la configuración de confianza y el tipo de paquete (ver figura 2.27). También se puede realizar la clasificación basados en ACL para QoS. [25]

Políticas y marcado: Después que un paquete está clasificado y tiene una etiqueta de QoS basada en DSCP o CoS, el proceso de políticas y marcado puede comenzar. Las políticas implican la creación de un filtro de control que especifica los límites de ancho de banda para el tráfico.

Los paquetes que excedan los límites están fuera del perfil; cada controlador de políticas (policer) decide paquete por paquete si está dentro o fuera de perfil y se especifican las acciones hacia el mismo. Estas acciones, llevadas a cabo por el marcador, incluyen dejar pasar el paquete sin modificaciones, descartar el paquete, o modificar (marcar) el DSCP asignado del paquete [25].

Los mecanismos de encolamiento y planificación son herramientas que poseen funcionamiento particular en cada plataforma, por lo que sus características se analizan a continuación.

2.2.2.2.1 Características de QoS de la Serie Catalyst 2950

La serie Catalyst 2950 permite la configuración de QoS para dar un trato preferencial a ciertos tipos de tráfico a expensas de otros. Sin QoS, el Catalyst 2950 ofrece el modelo de servicio de ‘Mejor esfuerzo’ a cada paquete, independientemente del contenido de los paquetes o el tamaño. Se envía los paquetes sin ninguna garantía de fiabilidad, límites de retardo, o rendimiento [24].

Según el modelo de la serie Catalyst 2950 pueden venir dos tipos de Imagen de Cisco instalada en el equipo como son: SI (Imagen Estándar) y EI (Imagen Mejorada). La configuración de QoS vendrá limitada por este parámetro, debido a las prestaciones que cada una de estas presenta.

a) QoS para SI (Imagen Estándar): Si el equipo tiene instalado SI, sólo las características de encolamiento y planificación están disponibles. [24] Acorde con la figura 2.25 para esta Imagen de cisco solo es posible trabajar con las colas de salida, en donde se basa en la CoS, aquí se determina en cuál de las colas de salida colocar el paquete.

Encolamiento y Planificación: El switch soporta cuatro colas con valores CoS en cada puerto de salida. Por cada cola, se puede especificar este tipo de planificación: [24]

• Prioridad estricta y planificación de WRR

Planificación estricta prioridad y WRR, también conocida como la cola de prioridad estricta, usa uno de los colas de salida como una cola prioritaria (cola 4). Las demás colas participan de la planificación WRR. Cuando es configurada la cola de prioridad, esta es atendida hasta que se vacíe antes de que las demás colas sean atendidas por la planificación WRR.

b) QoS para EI (Imagen Mejorada): Cuando un equipo de esta serie está funcionando con imagen EI el switch dispone de todos los campos que conforman el modelo básico de QoS para la serie Catalyst 2950 (ver figura 2.25).

Clasificación: Es el proceso de distinguir un tipo de tráfico de otro mediante la evaluación de los campos en el paquete. La clasificación se produce sólo en la base de interfaz física. No existe la clasificación de paquetes en el nivel de VLAN. Se especifican los campos que se desean usar en la trama o el paquete para clasificar el tráfico entrante. También se puede realizar la clasificación basados en ACL para QoS. [24]

Políticas y marcado: Determina si un paquete está dentro o fuera de perfil según el controlador de políticas (policer), y éste a su vez limita el ancho de banda consumido por un flujo de tráfico. El resultado de esta determinación se hace pasar al marcador.

Las políticas implican la creación de un filtro de control que especifica los límites de ancho de banda para el tráfico. Los paquetes que exceden los límites están fuera del perfil. Cada controlador de políticas (policer) especifica la acción a tomar para los paquetes que están en o fuera de perfil. Estas acciones, son llevadas a cabo por el marcador, incluyendo el descartar el paquete o marcar el paquete con un nuevo valor definido. Se puede crear un controlador de políticas individual, QoS aplica el límite de ancho de banda fijado en el mismo, y lo aplica por separado a cada clase de tráfico coincidente. [24]

En la configuración de políticas y controlador de políticas, se debe tener en cuenta los siguientes elementos: [24]

• Por defecto, no se configura el controlador de políticas.

• El controlador de políticas sólo se puede configurar en un puerto físico. No existe soporte de políticas en el nivel de VLAN.

• Sólo un controlador de políticas se puede aplicar a un paquete en la dirección de entrada.

Encolamiento y Planificación: Como SI y EI tienen disponible este parámetro, se aplica lo descrito anteriormente.

Resumiendo, los requerimientos de QoS para este switch son:

• Identificar límite de confianza y límite de confianza extendida

• Análisis de tráfico basado en la clasificación

• Determinar las asignaciones de mapas CoS - DSCP y precedencia de IP - DSCP

• Mapeo de valores de CoS a las diferentes colas de salida

• Configuración el tamaño de la cola y el peso WRR (Ejemplo: configuración WRR apropiado para puertos Fast Ethernet vs puertos Gigabit Ethernet)

• Determinar CoS a mapear en la cola de salida

• Configurar QoS en cada puerto

2.2.2.2.2 Características de QoS de la Serie Catalyst 2960 y 3560

Según el modelo de la serie Catalyst 2960, pueden venir dos tipos de Imagen de Cisco instalada en el equipo como son: LAN Lite Series y LAN Base Series.

La configuración de QoS vendrá limitada por este parámetro, debido a las prestaciones que cada una de estas presenta. Cuando en los equipos de la serie Catalyst 2960 tienen instalada la imagen de Cisco LAN Base Series, se tiene disponible todas las características del Modelo Básico de QoS. En la tabla 2.13 constan las características que contienen estas dos Imágenes de Cisco para QoS.

Tabla 2.13 Diferencias en QoS para software CISCO Catalyst 2960, [25]

Los equipos de la serie Catalyst 3560, dependiendo de su modelo, pueden tener dos tipos de Imagen de Cisco como son: SMI y EMI; éste parámetro influye mucho en la configuración de QoS, debido a las prestaciones que brindan cada una de estas imágenes. [26]

Encolamiento y Planificación: El switch tiene colas en puntos específicos para ayudar a prevenir la congestión (ver figura 2.25). Las colas se ubican de esta manera debido a que el ancho de banda entrante de todos los puertos puede exceder el ancho de banda del anillo interno; las colas de entrada se encuentran después de que el paquete ha pasado por clasificación, políticas y marcado, y antes de que los paquetes se reenvían en la estructura de conmutación.

Debido a que varios puertos de entrada al mismo tiempo pueden enviar paquetes a un puerto de salida, esto puede crear congestión porque las colas de salida se encuentran después del anillo interno. [25]

Fig. 2.25 Ubicación de colas de entrada y salida, QoS Catalyst 2960/Catalyst 3560, [25]

Tanto las colas de entrada y salida son atendidas por SRR, el algoritmo usado por el equipo para controlar la velocidad a la que se envían los paquetes. En las colas de entrada, SRR envía paquetes al anillo interno. En las colas de salida, SRR envía los paquetes al puerto de salida [25]. Los diagramas de flujo para cola de entrada y salida respectivamente se indican en la figura 2.26:

Fig. 2.26 Diagrama de flujo Encolamiento y Planificación para puertos de entrada y salida para QoS, Catalyst 2960, Catalyst 3560, [25]

2.2.2.2.3 Características de QoS de la Serie Catalyst 3550

Luego de que el paquete ha pasado por el proceso de políticas y marcado, el proceso de encolamiento y planificación empieza. [26]. Durante este proceso el switch utiliza colas de salida y WRR para manejo de la congestión, y los algoritmos tail drop o WRED para evitar la congestión en los puertos de Gigabit o Ethernet. Los diagramas de flujo de encolamiento y planificación para puertos Gigabit y Fast Ethernet se muestran a continuación:

Fig. 2.27 Diagramas de flujo de Encolamiento y Planificación para puertos Gigabit Catalyst 3550, [26]

Cada puerto Gigabit tiene cuatro colas de salida, una de ellas puede ser configurada como la cola expedite (prioridad absoluta) sobre las otras tres. [26]

Fig. 2.28 Diagramas de flujo de Encolamiento y Planificación para puertos Fast Ethernet Catalyst 3550, [26]

Cada puerto Ethernet 10/100 tiene cuatro colas de salida, donde una de estas colas puede ser configurada como la cola expedite (prioridad absoluta) sobre las otras tres. Cada cola puede tener acceso a uno de los ocho niveles de reservas mínimas, cada nivel cuenta con 100 paquetes de espacio en búfer de forma predeterminada para poner en cola los paquetes. Cuando el buffer especificado para el nivel mínimo de reserva está lleno, los paquetes se descartan hasta que haya espacio disponible en la cola. [26]

En los dos puertos tanto Gigabit, como Ethernet, si la cola expedite (prioridad absoluta) está habilitada, es atendida inmediatamente por WRR hasta que se vacíe, antes de dar servicio a las otras tres colas. [26]