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Control de congestión




Enviado por Pablo Turmero



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    1 Introducción Sub1 Parte

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    Agregación Diferentes 10 Mbps 1000 Mbps LAN a WAN 10 Mbps
    64 Kbps Administración de Buffers Tendencia a llenarse de
    los buffers (TCP windowing) Buffering reduce Loss, introduce
    Delay Overflow de buffers => se descartan paquetes (o frames)
    Para garantizar QoS se deben prealocar y reservar

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    3 Que hacer ?? Sobredimensionamiento (Overprovisioning)
    Diseñar ……. Controlar , Evitar
    …..

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    4 Soluciones La presencia de congestión significa que la
    carga 8 a veces en forma temporaria ) es mayor que los recursos.
    Desde otro punto de vista que podemos hacer : Incrementar los
    recursos ( BW , Buffers ??) Decrementar la carga 😉

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    5 Retardo de una COLA – M/M/1 R = ancho de banda del enlace
    (bps). L = longitud del paquete (bits). a = media de tasa de
    llegada del paquete. Intensidad de tráfico = La/R La/R ~
    0: media de retardo de cola pequeño. La/R -> 1:
    aumentan los retardos. La/R > 1: ¡Llega más
    trabajo” del que puede servirse, media de retardo
    infinita! Media de retardo de cola

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    6 “One way delay”

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    7 Antecedentes [1] [1] de la presentacion de Van Jacobson
    “Notes on Using Red for queue management and Congestion
    Avoidance “ Junio 1998 Dispositivo control presión
    en una Máquina de vapor

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    8 Fundamentos del control de la congestión
    Congestión: Informalmente: “demasiadas fuentes
    enviando demasiados datos demasiado de prisa por la red como para
    poder manejarlo”. ¡Diferente del control de flujo!
    Manifestaciones: Pérdida de paquetes (Los buffer se
    saturan en los routers o sw). Largos retardos (por las colas en
    los buffer ). ¡Uno de los diez problemas
    fundamentales!

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    9 Consideraciones sobre los nodos De no expresarse lo contrario
    se asume que : FIFO el primer paquete que llega se transmite
    Cuando se llena la cola se descarta , drop tail FIFO es un
    mecanismo de scheduling , drop tail es una política
    Introducen sincronización global cuando los paquetes son
    descartados desde diversas conexiones

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    10 Congestión Estado sostenido de sobrecarga de una red
    donde la demanda de recursos (enlaces y buffers) se encuentra al
    límite o excede la capacidad de los mismos.

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    11 Congestion vs. Flow Control Los mecanismos de control de la
    Congestión deberían poder evaluar la capacidad de
    la subnet para transportar determinado tráfico.
    Congestión es una cuestión global involucra todos
    los hosts y routers Flow control : controla tráfico
    point-to-point entre un receptor y un transmisor
    (supercomputadora – PC sobre fibra)

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    12 Métricas Varias métricas podría usar para
    detectar congestión % de paquetes descartados por falta de
    espacio en buffer Longitud media de una cola ( buffer) # paquetes
    que generan time out y son RTX average packet delay standard
    deviation of packet delay En todos los casos el crecimiento de
    alguna de esta metricas indican congestion

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    13 Politicas que influyen en la congestion

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    14 Causas Inundo con trafico destinado a una misma línea
    de salida (la cola se llena – tail drop ) Mas Memoria no
    necesariamente resuelve el problema Procesadores lentos, o
    problemas con software de ruteo Partes del Sistema ( varias
    líneas rápidas y una lenta ) Congestión
    tiene a realimentarse y empeorar

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    15 Consideraciones Control de Congestión: Es el esfuerzo
    hecho por los nodos de la red para prevenir o responder a
    sobrecargas de la red que conducen a perdidas de paquetes. Los
    dos lados de la moneda Pre-asignar recursos (ancho de banda y
    espacio de buffers en routers y switches) para evitar la
    congestión Controlar la congestión si ocurre (y
    cuando ocurra) Objetivo: asignar los recursos de la red en forma
    “equitativa”; es decir cuando haya problemas
    compartir sus efectos entre todos los usuarios, en lugar de
    causar un gran problema a tan solo unos pocos. (Gp:) Destination
    (Gp:) 1.5-Mbps T1 link (Gp:) Router (Gp:) Source (Gp:) 2 (Gp:)
    Source (Gp:) 1 (Gp:) 100-Mbps FDDI (Gp:) 10-Mbps Ethernet

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    16 Consideraciones (cont) Control de flujo v/s control de
    congestión: el primero previene que los transmisores
    sobrecarguen a receptores lentos. El segundo evita que los
    transmisores sobrecarguen el interior de la red. Dos puntos para
    su implementación maquinas en los extremos de la red
    (protocolo de transporte) routers dentro de la red (disciplina de
    encolado, RED , etc ) Modelo de servicio de los niveles
    inferiores best-effort o mejor esfuerzo (lo asumimos por ahora).
    Es el servicio de Internet. múltiples calidades de
    servicio QoS . Por ejemplo ancho de banda (para video streaming
    bajo) y retardo (para Voz sobre IP VoIP).

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    17 Marco de trabajo En redes orientadas a conexión. Se
    reserva ancho de banda y espacio al establecer la
    conexión. => Subutilización de recursos. Flujos
    de datos en redes sin conexión (datagramas : Internet)
    secuencia de paquetes enviados entre el par fuente/destino
    mantenemos soft-state en el router Taxonomía Centrado en
    router versus centrado en los hosts basados en reservación
    versus los basados en realimentación basados en ventanas
    versus los basados en tasa de transferencia (Gp:) Router (Gp:)
    Source (Gp:) 2 (Gp:) Source (Gp:) 1 (Gp:) Source (Gp:) 3 (Gp:)
    Router (Gp:) Router (Gp:) Destination (Gp:) 2 (Gp:) Destination
    (Gp:) 1

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    18 Criterios de Evaluación (1) La idea es que la red sea
    utilizada eficientemente y al mismo tiempo en forma equitativa
    Buen indicador para eficiencia: Potencia =throughput / retardo
    (Gp:) Optimal (Gp:) load (Gp:) Load (Gp:) Throughput/delay Muy
    conservativo: Subutilización de recursos Paquetes que
    saturan capacidad y colas crecen, crece retardo

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    19 Criterios de Evaluación (2) Equidad: los recursos sean
    compartidos equitativamente. Indicador de equidad de Jain: Dados
    n flujos por un enlace (x1, x2, …xn) 0 ? f ? 1

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    20 Performance de la red en función de la carga (Gp:)
    Carga (Gp:) Knee (Gp:) Cliff (Gp:) Carga (Gp:) Knee (Gp:) Cliff
    (Gp:) Tiempo de Respuesta (Gp:) Throughput

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    21 Performance de la red en función de la carga (2) A
    medida que la carga (la tasa de datos transmitida) de la red
    aumenta, el throughput (tasa de datos que alcanzan el destino) se
    incrementa linealmente. Sin embargo, a medida que la carga
    alcanza la capacidad de la red, los buffers en los routers
    comienzan a llenarse. Esto causa el incremento del tiempo de
    respuesta (el tiempo que tardan los datos en atravesar la red
    entre el origen y destino) y disminuye el throughput. Una vez que
    los buffers de los routers comienzan a sobrecargarse ocurre la
    pérdida de paquetes. Incrementos en la carga más
    allá de este punto incrementa la probabilidad de
    pérdida de paquetes. Bajo cargas extremas, el tiempo de
    respuesta tiende a infinito y el throughput tiende a cero; este
    es el punto del colapso de congestión. Este punto es
    conocido como el cliff debido a la extrema caída en el
    throughput.

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    22 Congestión y Calidad de Servicio Sería muy
    fácil dar Calidad de Servicio si las redes nunca se
    congestionaran. Para ello habría que sobredimensionar
    todos los enlaces, cosa no siempre posible o deseable. Para dar
    QoS con congestión es preciso tener mecanismos que
    permitan dar un trato distinto al tráfico preferente y
    cumplir el SLA (Service Level Agreement). El SLA suele ser
    estático y definido en el momento de negociación
    del contrato con el proveedor de servicio o ISP (Internet Service
    Provider).

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    23 Carga Rendimiento Sin Congestión Congestión
    Fuerte Congestión Moderada Efectos de la congestión
    en el tiempo de servicio y el rendimiento Sin Congestión
    Congestión Fuerte Congestión Moderada Tiempo de
    Servicio Carga QoS útil y viable QoS inútil QoS
    inviable QoS útil y viable QoS inútil QoS inviable
    Por efecto de retransmisiones Aquí QoS!!

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    24 Calidad de Servicio (QoS) Decimos que una red o un proveedor
    ofrece ‘Calidad de Servicio’ o QoS (Quality of
    Service) cuando se garantiza el valor de uno o varios de los
    parámetros que definen la calidad de servicio que ofrece
    la red. Si el proveedor no se compromete en ningún
    parámetro decimos que lo que ofrece un servicio
    ‘best effort’. El contrato que especifica los
    parámetros de QoS acordados entre el proveedor y el
    usuario (cliente) se denomina SLA (Service Level Agreement)

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    25 Calidad de Servicio en Internet La congestión y la
    falta de QoS es el principal problema de Internet actualmente.
    TCP/IP fue diseñado para dar un servicio ‘best
    effort’. Existen aplicaciones que no pueden funcionar en
    una red congestionada con ‘best effort’. Ej.:
    videoconferencia, VoIP (Voice Over IP), etc. Se han hecho
    modificaciones a IP para que pueda funcionar como una red con
    QoS

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    26 Resumiendo Se utiliza el término control de
    congestión para describir los esfuerzos que ha de realizar
    un nodo de red (ya sea un router o un end-host) para prevenir o
    responder a condiciones de sobrecarga. Llegar al punto de la
    existencia de congestión es generalmente un mal
    síntoma. Por lo cual, es conveniente tomar medidas
    preventivas, y no correctivas cuando ya el problema fue
    detectado. Una de las posibles soluciones sería
    simplemente persuadir a unos pocos hosts que disminuyan el flujo
    de tráfico generado, con una consecuente mejora en la
    situación del resto de los hosts. Sin embargo, esto lleva
    a enviar mensajes de señalización a algunos pocos
    hosts, en vez tratar de distribuirla en forma mas equitativa;
    obligando así a los mecanismos de control de
    congestión a poseer una noción de alocación
    de recursos dentro de ellos.

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    27 Agenda ( 2 Parte) Control de Congestion ( cont.) Taxonomia
    Lazo Cerrado-Abierto RED FRED ( optativo)

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    28 Taxonomia De acuerdo a la taxonomía de Yang y Reddy
    (1995), los algoritmos de control de congestión se pueden
    clasificar en lazo abierto y lazo cerrado. A su vez los de lazo
    cerrado se pueden clasificar de acuerdo a como realizan la
    realimentación.

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    29 Taxonomia [YR95] Control Congestión Lazo Abierto
    principalmente en redes conmutacion de circutos (GMPLS) Lazo
    Cerrado Usado principalmente en redes de paquetes Usa informacion
    de realimentación : global & local
    Realimentación Implícita “End-to-end
    congestion control” EJ: TCP Tahoe, TCP Reno, TCP Vegas,
    etc. Realimentación Explicita “Network-assisted
    congestion control” Ej: IBM SNA, DECbit, ATM ABR, ICMP
    source quench,, ECN

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    30 “Congestion Control and Avoidance “congestion
    control” : reactivo “congestion avoidance” :
    proactivo

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    31 Feedback Implícito vs. Explicito “Implicit
    feedback Congestion Control” “La red dropea”
    paquetes cuando ocurre la congestión La fuente infiere la
    congestión en forma implícita time-out, ACKs
    duplicados, etc. Ej. : CC end-to-end TCP Implementación
    relativamente simple , “eficiente” ? Normalmente
    Implementada a nivel de transporte (Ej.., TCP, SCTP )

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    32 Feedback Implícito vs. Explicito (cont.)
    “Explicit feedback Congestion Control “ Componentes
    de red (Ej., router, sw ) proveen indicación explicita de
    la congestión a las fuentes usa “packet
    marking”, o celdas RM (en ATM ABR control) Ej. DECbit, ECN,
    ATM ABR CC, etc. Provee informacion mas precisa a las fuentes Mas
    complicada la implementación Se necesitan cambiar fuente y
    algoritmo de red Es necesaria cooperación entre fuentes y
    Componentes de red

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    33 RED

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    34 RED El algoritmo RED se tiene por objetivo evitar la
    congestión y de mantener el tamaño medio de las
    colas en niveles bajos. RED no necesita que los routers mantengan
    ninguna información del estado de las conexiones. RED fue
    diseñado para trabajar en la colaboración con un
    protocolo del control de la congestión de la capa de
    transporte (TCP, SCTP).

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    35 Detección aleatoria temprana (Random Early Detection,
    RED) Notificación es implícita solo descarta el
    paquete (en TCP habrá timeout) podría hacerse
    explícita marcando el paquete Descarte aleatorio temprano
    en lugar de esperar por que se llene la cola, descarta cada
    paquete de entrada con alguna probabilidad de descarte cada vez
    que la cola excede algún nivel de descarte

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    36 Detalles de RED Calcula largo de cola promedio AvgLen = (1 –
    Weight) * AvgLen + Weight * SampleLen 0 < Weight < 1
    (usualmente 0.002) SampleLen es el largo de la cola cada vez que
    un paquete llega (Gp:) MaxThreshold (Gp:) MinThreshold (Gp:) A
    (Gp:) vgLen

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    37 Detalles RED (cont) Dos umbrales de largo de cola if AvgLen
    <= MinThreshold then encole el paquete if MinThreshold <
    AvgLen < MaxThreshold then calcule probabilidad P descarte
    paquete entrante con probabilidad P if ManThreshold <= AvgLen
    then descartar paquete entrante

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    38 Detalles RED (cont) Computo de probabilidad P TempP = MaxP *
    (AvgLen – MinThreshold)/ (MaxThreshold – MinThreshold) P =
    TempP/(1 – count * TempP) Count cuneta el número de
    paquetes encolados mientras el AvgLen está entre los dos
    umbrales Curva de probabilidad de descarte (Gp:) P(drop) (Gp:)
    1.0 (Gp:) MaxP (Gp:) MinThresh (Gp:) MaxThresh (Gp:) A (Gp:)
    vgLen

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    39 Sintonía en RED Probabilidad de descartar un flujo
    particular de paquetes es aproximadamente proporcional a parte
    del ancho de banda que el flujo está obteniendo MaxP es
    típicamente fijada en 0.02, es decir cuando el
    tamaño promedio de la cola es la mitad entre los dos
    umbrales, el gateway descarta +o- uno de cada 50 paquetes. Si el
    tráfico es rafagoso, entonces MinThreshold debería
    ser suficientemente grande para permitir que la
    utilización del enlace sea mantenida a un nivel
    aceptablemente alto Diferencia entre los dos umbrales
    debería ser más grande que el incremento
    típico en el largo de cola promedio calculado en un RTT;
    fijar MaxThreshold a dos veces MinThreshold es razonable para el
    tráfico de hoy en Internet

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    ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
    LA VERSIÓN DE DESCARGA

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