queuing disciplines

7/22/2019 Queuing Disciplines

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Universidad Politcnica de San uis PotosCiencia, Tecnologa y Cultura al Servicio del Ser Humano

Prctica.-Queuing DisciplinesEl objetivo de este laboratorio es examinar el efecto de las diferentes disciplinas de cola en la entrega de paquetes

y de retardo para los diferentes servicios.

Usted va a estudiar cmo la eleccin de la disciplina de colas en los routers puede afectar el rendimiento de las

aplicaciones y la utilizacin de los recursos de la red.

FIFO: Primera en entrar - primero en salir, es decir, es lo que se llama una fila de espera. No son de acceso

aleatorio, es escasa su incidencia en sistemas de microordenadores.

Es utiliza en estructuras de datos para implementar colas. La implementacin puede efectuarse con ayuda de

arrays o vectores, o bien mediante el uso de punteros y asignacin dinmica de memoria.

Espera Equitativa Ponderada (Weighted Fair Queuing (WFQ)) se trata de una tcnica de encolamiento que

proporciona QoS en redes convergentes. Trata de evitar la congestin. Controla directamente las colas de los

nodos mediante un tratamiento diferencial del trfico proporcionado por una determinada disciplina de servicio.

WFQ es una generalizacin de la cola de prioridad (Fair Queuing, FQ). Tanto en FQ como en WFQ, cada flujo de

datos tiene una cola FIFO separada. En FQ, con un enlace de velocidad de transmisin de datos de R, en un

momento dado los N flujos de datos activos (los nicos con colas no vacas) son servidos a la vez, cada uno a un

promedio velocidad de transmisin de datos de R/N. Dado que cada flujo de datos tiene su propia cola, un mal

comportamiento de flujo (que ha enviado los paquetes ms grandes o ms paquetes por segundo que los otros

desde que est activo) solo se castigar a s mismo y no a otras sesiones. Contrario a FQ, WFQ permite a las

diferentes sesiones tener diferentes cuotas de servicio. Si actualmente N flujos de datos estn activos con pesos

w_1, w_2 ... w_N,, nmero de flujo de datos i alcanzar un promedio de velocidad de transmisin de datos:

( )

Puede ser demostrado que al usar una red con conmutadores WFQ y un flujo de datos con limitacin Leaky Bucket

y un retraso obligado de extremo a extremo se puede garantizar. Regulando los pesos del WFQ dinmicamente,

WFQ puede ser utilizado para controlar la calidad del servicio QoS por ejemplo para lograr garantizar la velocidad

de transmisin de datos. Proporcional equidad se puede lograr mediante el establecimiento de los pesos en

w_i=1/c_i, donde c_i es el coste por bits de datos del flujo de datos i. Por ejemplo en CDMA redes celulares de

espectro ensanchado el coste puede ser la energa necesaria (el nivel de interferencia), y en sistemas Dynamic

Channel Allocation el coste puede ser el nmero de sitios cercanos a la estacin base que no pueden usar el

mismo canal de frecuencia, en vista de evitar la interferencia co-canal.


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PQ (Cola de Prioridad):Una cola de prioridad es una coleccin de elementos donde cada elemento tiene asociado

un valor susceptible de ordenacin denominado prioridad. Una cola de prioridad se caracteriza por admitir

inserciones de nuevos elementos y la consulta y eliminacin del elemento de mnima prioridad. Anlogamente se

pueden definir colas de prioridad que admitan la consulta y eliminacin del elemento de mxima prioridad en la

coleccin.

QoS

QoS son las siglas de Quality of Service, un conjunto de tecnologas que garantizan la transmisin de cierta

cantidad de informacin en un tiempo determinado a uno o varios dispositivos. En la prctica, se trata de que

podamos navegar por Internet al mismo tiempo que realizamos una llamada por VoIP o disfrutamos de un juego

online sin problemas.

As, QoS se encarga de priorizar el ancho de banda disponible en funcin de las necesidades del usuario y

basndose en una serie de criterios que clasifican el trfico. Sin entrar en detalles tcnicos imaginemos un

escenario donde estamos descargando archivos de gran tamao y queremos realizar una videoconferencia con

nuestro iPad: un router con QoS se encargar de asignar los recursos necesarios a la videollamada porque prioriza

ese trfico con respecto a las descargas que vern mermada su velocidad.

FTP

El acrnimo de FTP es protocolo de transferencia de ficheros (File Transfer Protocol) y es un software

cliente/servidor que permite a usuarios transferir ficheros entre ordenadores en una red TCP/IP.

FTP tiene sus orgenes en 1971, y aunque ha evolucionado con el paso de los aos, es uno de los protocolos ms

antiguos que todava estn en uso. Hoy en da se usa principalmente en redes corporativas y la red ms grande

que existe, Internet.

El funcionamiento es sencillo. Una persona desde su ordenador invoca un programa cliente FTP para conectar con

otro ordenador, que a su vez tiene instalado el programa servidor FTP. Una vez establecida la conexin y

debidamente autenticado el usuario con su contrasea, se pueden empezar a intercambiar archivos de todo tipo.

Aunque no ests familiarizado o no conoces FTP, las opciones de que lo hayas usado alguna vez son bastante

grandes. Muchos de los enlaces de descarga que usas en Internet, son URLs que apuntan a un ordenador que estactuando como un servidor FTP: tu navegador automticamente hace la conexin y descarga correspondiente.

PCM:La modulacin por impulsos codificados (MIC o PCM por sus siglas inglesas de Pulse Code Modulation) es un

procedimiento de modulacin utilizado para transformar una seal analgica en una secuencia de bits (seal

digital), este mtodo fue inventado por Alec Reeves en 1937. Una trama o stream PCM es una representacin

digital de una seal analgica en donde la magnitud de la onda analgica es tomada en intervalos uniformes

(muestras), cada muestra puede tomar un conjunto finito de valores, los cuales se encuentran codificados. Los

flujos (streaming) PCM tienen dos propiedades bsicas que determinan su fidelidad a la seal analgica original: la

frecuencia de muestreo, es decir, el nmero de veces por segundo que se tomen las muestras; y la profundidad de

bit1 , que determina el nmero de posibles valores digitales que puede tomar cada muestra.

Queuing Profiles:Define el atributo detalles de configuracin de protocolos compatibles en la capa IP. Estas especificaciones

pueden ser referenciadas por los nodos individuales utilizando nombres simblicos (cadenas de caracteres.)

1. "Perfiles Queue Server": Define diferentes perfiles de colas, como FIFO, WFQ, colas de prioridad, Custom

Queuing, MWRR, MDRR y DWRR.

2. "Perfiles CAR": Define diferentes perfiles CAR que pueden ser usados en la red.


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Ethernet4_slip8_gtwy:El modelo de nodo ethernet4_slip8_gtwy representa una puerta de enlace basados en IP que soporta cuatro

interfaces Hub Ethernet, y ocho interfaces de lnea serie. Paquetes IP que llegan en cualquier interfaz se enrutan a

la interfaz de salida correspondiente en funcin de su direccin IP de destino. El Protocolo de informacin de

enrutamiento (RIP) o el protocolo Open Shortest Path First (OSPF) pueden ser usadas para crear de formadinmica y automtica las tablas de enrutamiento de la puerta de enlace y seleccionar las rutas de manera

adaptativa.

Este portal requiere una cantidad fija de tiempo para encaminar cada paquete segn lo determinado por el

atributo " Enrutamiento IP Speed" del nodo. Los paquetes que se encaminan en un primer llegado, primer servido

base y pueden encontrarse con las colas en las capas de protocolo inferiores, dependiendo de la velocidad de

transmisin de la interfaz de salida correspondiente.

Protocolos: IP, UDP, RIP, Ethernet (IEEE 802.3), OSPF, SLIP

Interconexiones:

1) Las conexiones del hub 4 Ethernet a velocidades de datos seleccionables.

2) Conexiones IP 8 Lnea de serie a velocidades de datos seleccionables.

Restricciones: Este modelo no puede servir como una fuente o como un nodo de destino final.

>

Funcin General: Puerta de enlace

Protocolos soportados: UDP, IP , Ethernet, RIP, OSPF, SLIP

Puerto de interfaz Descripcin:

4 conexiones Ethernet 10BaseT/100BaseT 2 conexiones IP lnea serie a velocidades de datos seleccionables


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Esta prctica consta de 3 escenarios, donde todos constan de: 5 Workstation. 2 Routers. 1 Servidor 3 Objetos de Configuracin.

La diferencia entre los escenarios se basa en el uso de 3 tipos de disciplinas de colas, las cuales se mencionan a

continuacin:

1. FIFO:First in, first out2. PQ:Priority Queue3. WQF:Weighted Fair Queuing


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En la Grfica de Traffic Dropped (packets/sec)

podemos observar el trfico eliminado. En est

grfica se aprecia cmo es que el escenarioFIFO es el que ms elimina paquetes, esto

puede ser a causa de que no hay suficiente

espacio en la cola, o simplemente la manera en

que trabaja las colas dicho escenario.

Tambin se puede apreciar cmo es que en un

principio el escenario PQ es el primero en

desechar paquetes, pero luego de un tiempo

comienza a comportarse de una manera ms

constante a comparacin del escenario FIFO.

Finalmente es muy claro ver cmo es que el

ltimo escenario (WFQ) debido a su naturalezano elimina ningn paquete.

En la grfica Video Conferencig. Traffic Received

(bytes/sec) se aprecia que es el escenario WFQ

quin tiene ms trfico de este tipo. Y como es

que el escenario FIFO en un inicio casi est a la

par de este escenario, pero luego de un tiempo

comienza a disminuir su trfico. Finalmente

tenemos el escenario PQ el cual al igual que los

dos escenarios anteriores comienza muy bien

pero al poco tiempo su trfico disminuyedrsticamente, esto puede ser a causa de que

quizs el escenario PQ no le est dando la

prioridad a los paquetes de Video y se est

enfocando en otros.


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En la grfica Voice. Traffic Received

(bytes/sec) se aprecia que el

comportamiento del escenario PQ y WFQ

es prcticamente el mismo, y que el

escenario FIFO tiene uno comportamiento

un poco ms variable. Este cambio

drstico que presenta el escenario PQ acomparacin de la grfica pasada puede

deberse que el servicio de voz sea el

prioritario para este escenario, es por eso

que tiene un mejor rendimiento.

Finalmente el comportamiento de FIFO se

puede justificar debido a su naturaleza en

el tratamiento de colas.

Grfica Voice.Packet End-to-End Delay

(sec). En esta grfica a manera general

podemos observar como es el

comportamiento de cada uno de los

escenarios frente a la Latencia (tiempo

que espera un paquete para ser

transmitido).

Se aprecia cmo es que el escenario FIFO

en el servicio de voz presenta una mayor

latencia a comparacin de los otros dos

escenarios.

Anteriormente ya haba mencionado de

cmo es que el escenario PQ tena como

servicios prioritario la voz, y en esta

grfica lo podemos apreciar nuevamente

al ver que no se presenta una latencia eneste servicio.

Finalmente podemos ver que el escenario

WFQ no est visible en esta grfica, esto

se puede deber a que como est basando

en la tecnologa QoS simplemente no

presente latencia en este servicio y que se

encuentre a la par del escenario PQ y por

esto no podamos observar su

comportamiento.


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Esta grfica es muy parecida a la anterior,

teniendo slo como diferencia el retardo

en la variacin de paquetes en el servicio

de voz. Podemos justificar su

comportamiento basndonos en la

explicacin anterior.

FIFO debido a la naturaleza del mtodo de

colas presenta una mayor latencia.

PQ al darle prioridad al servicio de voz, no

presenta latencia.

WFQ al estar basado en la tecnologa QoS

no se puede apreciar en la grfica ya que

posiblemente est a la par del escenario

PQ.

En las grficas obtenidas podemos observar y con las distintas caractersticas que la misma nos peda, los routers

que se encontraban en el escenario WFQ tena un considerable mejor comportamiento y rendimiento en cuanto a

las aplicaciones establecidas, de igual manera presentaban un mejor aprovechamiento de recursos a comparacin

de los routers que estaban en los escenarios FIFO y PQ.

Todo esto no quiere decir que los mtodos de colas utilizados en los escenarios FIFO y PQ no sean buenas

opciones de uso, sino ms bien sera que en las redes en las que tenemos como objetivo implementar las

tecnologas de QoS el mtodo de colas WFQ por lo visto en esta prctica es una mejor opcin por todas las

mejoras que ofrece.

En cuanto a los otros dos escenarios, su mtodo de colas puede ser una muy buena opcin para otro tipo de redes

y sistemas.


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1. Analyze the graphs we obtained and verify the overlap of the Voice Packet End to- End Delay and VoicePacket Delay Variation graphs. Compare the three queuing disciplines and explain their effect on the

performance of the three applications.

Estas dos grficas tienen un comportamiento muy parecido, y como mencionaba anteriormente esto se puede

deber a:

FIFO debido a la naturaleza del mtodo de colas presenta una mayor latencia. PQ al darle prioridad al servicio de voz, no presenta latencia. WFQ al estar basado en la tecnologa QoS no se puede apreciar en la grfica ya que posiblemente est a la par del

escenario PQ.

Si quisiramos comparar teniendo slo estos resultados el comportamiento de los tres escenarios en cuanto a las

aplicaciones restantes, creo que quedaran de la siguiente manera:

FTP: WFQ como es de esperarse tendra un buen comportamiento, en cuando paquetes recibidos y delay.FIFO tendra un comportamiento medio debido a su mtodo de colas y PQ tendra un bajo rendimiento

debido a que se enfoca a la aplicacin de voz.

VOZ: WFQ y PQ tienen un buen comportamiento y en esta ocasin sera el FIFO el que presentar unmenor rendimiento.

VIDEO: WFQ y FIFO mostraran un comportamiento considerable (el rendimiento de FIFO es menor que elde WFQ) a comparacin del escenario PQ que como mencion anteriormente est basado en la aplicacin

de voz, y a consecuencia dara prioridad a esta.

2. In the implemented project, edit the Queues object and check the profiles assigned to the FIFO, PQ, andWFQ disciplines. For each profile answer the following questions:

a) How many queues are associated with each discipline?Al analizar las grficas se puede observar que las colas tuvieron el comportamiento esperado segn la

discilplina.

b) In this lab, we used ToS to identify the priority and weight for the PQ and WFQ disciplinesrespectively. What are the other parameters that can be used to identify the priority and weight?

Evitar la Congestin

c) In PQ, how are queues configured to serve different ToS values?QoS Scheme: Priority Queuing

QoS Profile: ToS Based

d) In WFQ, how are queues configured to serve different ToS values?QoS Scheme: WFQ

QoS Profile: ToS Based


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3. For all scenarios, choose the queuing delay

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