Calidad de servicio o QoS

Parámetros de QoS

Las organizaciones pueden medir la QoS cuantitativamente mediante el uso de varios parámetros, incluidos los siguientes:

• Pérdida de paquetes. Esto sucede cuando los enlaces de red se congestionan y los enrutadores y conmutadores comienzan a descartar paquetes. Cuando los paquetes se eliminan durante la comunicación en tiempo real, como en llamadas de voz o video, estas sesiones pueden experimentar fluctuaciones y lagunas en el habla. Los paquetes se pueden descartar cuando se desborda una cola o una línea de paquetes en espera de ser enviados.
• Jitter. Este es el resultado de la congestión de la red, la desviación del tiempo y los cambios de ruta. Demasiada inestabilidad puede degradar la calidad de la comunicación de voz y video.
• Latencia. Se refiere al tiempo que tarda un paquete en viajar desde su origen hasta su destino. La latencia debe ser lo más cercana a cero posible. Si una llamada de voz sobre IP tiene una gran cantidad de latencia, los usuarios pueden experimentar eco y audio superpuesto.
• Ancho de banda. Esta es la capacidad de un enlace de comunicaciones de red para transmitir la cantidad máxima de datos de un punto a otro en un período de tiempo determinado. QoS optimiza el rendimiento de la red administrando el ancho de banda y otorgando más recursos a las aplicaciones de alta prioridad con requisitos de rendimiento más estrictos que a otras.
• Puntuación media de opinión (MOS). Esta es una métrica para calificar la calidad de la voz que utiliza una escala de cinco puntos, donde cinco indica la calidad más alta.

¿Por qué es importante la QoS?

Sin QoS, los datos de la red pueden desorganizarse, obstruyendo las redes hasta el punto en que el rendimiento se degrada o, en ciertos casos, la red se apaga por completo.

La calidad del servicio es importante porque las empresas necesitan proporcionar servicios estables para que los utilicen los empleados y clientes. La calidad del servicio determina la calidad de la experiencia (QoE). Si los servicios que brinda una organización no son confiables, las relaciones con los clientes y los empleados pueden verse en riesgo.

Además, es más probable que la integridad y seguridad de los datos se vean comprometidas en una empresa con una calidad de servicio deficiente. En general, los empleados y los clientes dependen de los servicios de comunicación para realizar su trabajo. Cuando la calidad del servicio se ve afectada, la calidad del trabajo y la calidad de la experiencia también se ven afectadas.

Un ejemplo de cómo la calidad de servicio deficiente puede afectar negativamente la seguridad de la red podría ser si un empleado remoto usa una red pública sin conectarse primero a una VPN, debido a una mala conectividad de red o errores en una aplicación empresarial a través de la red. Su computadora portátil podría contener datos sensibles que ahora están expuestos a posibles vulnerabilidades.

Otro ejemplo es el hackeo de SolarWinds 2020, en el que SolarWinds, un proveedor que proporciona servicios de supervisión del rendimiento, fue hackeado y, en consecuencia, ha puesto en peligro las redes de sus clientes.

¿Cómo funciona QoS?

Cuando las organizaciones utilizan sus redes para enviar información de ida y vuelta entre los puntos finales de la red, la información o los datos se formatean en paquetes. Los paquetes son la forma en que las computadoras organizan la información para transferirla a través de una red, como la forma en que una persona podría empaquetar elementos para enviarlos a través del sistema de correo físico.

Las herramientas de calidad de servicio asumen la responsabilidad de priorizar los paquetes para aprovechar al máximo la cantidad finita de ancho de banda en su red. En otras palabras, la red solo puede transportar cierta cantidad de información en un período de tiempo determinado. Por lo tanto, las herramientas de QoS priorizan los paquetes de una manera que garantiza que el ancho de banda se utilice para proporcionar el mejor servicio de internet posible en ese período de tiempo fijo.

Por ejemplo, los paquetes pertenecientes a una videollamada tendrían prioridad sobre los paquetes pertenecientes a una descarga de correo electrónico. Esto se debe a que una videollamada es una forma de comunicación más sincrónica que un correo electrónico: el video debe ocurrir en tiempo real, mientras que el envío por correo electrónico no es necesariamente urgente. Si un paquete se cae o se retrasa durante un chat de video, el usuario final puede experimentar inestabilidad o latencia en el chat. Si los paquetes se caen o se retrasan en el proceso de envío por correo electrónico, aún se pueden enviar después y el usuario final no experimentará ningún lapso en el servicio. Solo recibirán el correo electrónico cuando se hayan ensamblado todos los paquetes, mientras que alguien que transmita video ve los paquetes a medida que llegan.

Una herramienta de QoS examina los encabezados de los paquetes para priorizarlos. Los encabezados de los paquetes son bits de información que le dicen a la herramienta y a otros componentes de la red qué contiene el paquete, adónde va (la dirección IP de su destino) y para qué se utilizará. Una herramienta de QoS puede leer el encabezado del paquete y determinar que un paquete está relacionado con la transmisión de video y priorizarlo sobre los paquetes que son menos sensibles al tiempo. El encabezado de un paquete puede considerarse como las direcciones de envío y devolución en un paquete físico. La herramienta QoS puede alterar una parte del encabezado del paquete para especificar la prioridad.

¿Cuáles son los beneficios de QoS?

El principal beneficio de QoS es que garantiza la disponibilidad de la red de una organización y las aplicaciones que se ejecutan en esa red. Proporciona la transferencia de datos segura y eficiente a través de esa red. QoS también permite a las organizaciones utilizar sus anchos de banda existentes de manera más eficiente, en lugar de actualizar la infraestructura de red para expandir el ancho de banda.

Los beneficios más específicos incluyen:

• Las aplicaciones de misión crítica tienen acceso a los recursos que necesitan.
• Los administradores pueden gestionar mejor el tráfico.
• Las organizaciones pueden reducir costos al eliminar la necesidad de comprar nueva infraestructura de red.
• Se mejora la experiencia del usuario.

Implementación de QoS

Al implementar herramientas y estrategias de QoS, las organizaciones deben seguir estos pasos:

1. Planificación. La organización debe comprender las necesidades y requisitos de servicio de cada departamento, elegir un modelo adecuado y cultivar la aceptación de las partes interesadas.
2. Diseño. Luego, la organización debe tomar nota de todos los cambios significativos de software y hardware, y aplicar el modelo de QoS elegido a las características específicas de su arquitectura de red.
3. Prueba. La organización debe probar la configuración y las políticas de QoS en un entorno de prueba seguro y controlado donde se puedan solucionar los errores.
4. Despliegue. Las políticas deben implementarse de manera iterativa, en fases. Una organización puede optar por implementar políticas por segmento de red o por función de QoS separada (lo que hace cada política).
5. Seguimiento y análisis. Las políticas deben ajustarse para mejorar el desempeño de acuerdo con los datos de desempeño.

Existen tres modelos para implementar QoS: Mejor Esfuerzo, Servicios Integrados y Servicios Diferenciados.

• Mejor esfuerzo. Un modelo de QoS en el que todos los paquetes reciben la misma prioridad y no hay una entrega garantizada de paquetes. El mejor esfuerzo se aplica cuando las redes no han configurado políticas de QoS o cuando la infraestructura no es compatible con QoS.
• Servicios integrados (IntServ). Un modelo de QoS que reserva ancho de banda a lo largo de una ruta específica en la red. Las aplicaciones solicitan a la red la reserva de recursos y los dispositivos de red monitorean el flujo de paquetes para asegurarse de que los recursos de la red puedan aceptar los paquetes. La implementación de IntServ requiere enrutadores compatibles con IntServ y utiliza el Protocolo de reserva de recursos (RSVP) para la reserva de recursos de red. IntServ tiene una escalabilidad limitada y un alto consumo de recursos de red.
• Servicios diferenciados (DiffServ). Un modelo de QoS en el que los elementos de red, como enrutadores y conmutadores, se configuran para dar servicio a múltiples clases de tráfico con diferentes prioridades. El tráfico de la red debe dividirse en clases según la configuración de la empresa. Por ejemplo, al tráfico de voz se le puede asignar una prioridad más alta que a otros tipos de tráfico. A los paquetes se les asignan prioridades mediante el uso de puntos de código de servicios diferenciados (DSCP) para su clasificación. DiffServ también utiliza el comportamiento por salto para aplicar técnicas de QoS a los paquetes, como la puesta en cola y la priorización.

La arquitectura de red también afecta cómo una organización implementa QoS. Una red de conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS) incluye un enlace privado que ofrece QoS de extremo a extremo a lo largo de una única ruta. Los SLA para MPLS especifican ancho de banda, QoS, latencia y tiempo de actividad. Sin embargo, un MPLS puede resultar caro para las organizaciones.

La WAN definida por software (SD-WAN) utiliza varios tipos de conectividad, incluidos MPLS y banda ancha. SD-WAN monitorea el estado de las conexiones de red actuales para detectar problemas de rendimiento y utiliza sus múltiples tipos de conectividad para realizar una conmutación por error según el estado. Por ejemplo, si la pérdida de paquetes excede un cierto nivel en una conexión, las capacidades de SD-WAN buscarán una conexión alternativa.

Mecanismos de QoS

Ciertos mecanismos de QoS pueden gestionar la calidad del tráfico de datos y mantener los requisitos de QoS especificados en los SLA. Los mecanismos de QoS se clasifican en categorías específicas según las funciones que desempeñan en la gestión de la red.

• Clasificación y marcado. Estas herramientas diferencian entre aplicaciones y clasifican los paquetes en diferentes tipos de tráfico. El marcado indica que cada paquete es miembro de una clase de red, lo que permite que los dispositivos de la red reconozcan la clase del paquete. La clasificación y el marcado se implementan en dispositivos de red como enrutadores, conmutadores y puntos de acceso.
• Gestión de la congestión. Estas herramientas utilizan la clasificación y el marcado de paquetes para determinar en qué cola colocar los paquetes. Las herramientas de gestión de la congestión incluyen las colas de prioridad, las primeras en entrar, las primeras en salir y las de baja latencia.
• Evitamieno de la congestión. Estas herramientas monitorean el tráfico de la red en busca de congestión y eliminan los paquetes de baja prioridad cuando ocurre la congestión. Las herramientas para evitar la congestión incluyen la detección temprana aleatoria ponderada y la detección temprana aleatoria.
• Formación. Estas herramientas manipulan el tráfico que fluye hacia la red y priorizan las aplicaciones en tiempo real sobre las aplicaciones menos urgentes, como el correo electrónico y la mensajería. Las herramientas de modelado de tráfico incluyen búferes, modelado de tráfico genérico y modelado de tráfico Frame-Relay.
• Eficiencia del enlace. Estas herramientas maximizan el uso del ancho de banda y reducen la demora de los paquetes que acceden a la red. Aunque no es exclusivo para QoS, las herramientas de eficiencia de enlaces se utilizan junto con otros mecanismos de QoS. Las herramientas de eficiencia de enlace incluyen el protocolo de transporte en tiempo real (RtTP), protocolo de control de transmisión (TCP), compresión de encabezado y compresión de enlace.

Herramientas de QoS

Las herramientas de QoS generalmente se incluyen en estas categorías:

• Clasificación. Identifican el tráfico y lo marca para asegurarse de que otros dispositivos de red puedan identificarlo y priorizarlo.
• Hacer cola. Reservan ancho de banda para almacenar paquetes en un búfer para procesarlos más tarde.
• Vigilancia. Hacen cumplir un ancho de banda específico y limita y descartan los paquetes que no se adhieren a la regla. Esto es parte de la prevención de la congestión.
• Formación. Similar a la vigilancia, pero ponen en cola el exceso de tráfico en un búfer en lugar de eliminarlo por completo. Esto, junto con las colas, es parte de la gestión de la congestión.
• Descarte temprano aleatorio ponderado (WRED). Eliminan los flujos de datos de baja prioridad para preservar los datos de alta prioridad de los efectos negativos de la congestión de la red.
• Fragmentación y compresión. Reducen el ancho de banda en una red para evitar retrasos y fluctuaciones.

Las herramientas de QoS pueden realizar solo una de estas funciones o una combinación de ellas. Muchas herramientas de QoS se administran y realizan estas funciones automáticamente, lo que brinda a los administradores acceso para modificar la configuración y las políticas según sea necesario. Algunas herramientas populares de monitoreo de QoS son:

• Analizador de tráfico SolarWinds NetFlow
• Monitor de red Paessler PRTG
• Analizador de red Nagios
• Analizador ManageEngine NetFlow
• OpenNMS (código abierto)
• Ntopng (código abierto)
• Bandwidthd (código abierto)