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IMPLEMENTACION DE CALIDAD DE SERVICIO EN VOZ SOBRE IP (VoIP)

RODOLFO JOSE CAÑAS CERVANTES JOHAN DAVID MARDINI BOVEA ROBERTO FABIO GARCIA PERTUZ

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA CUC FACULTAD DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA DE SISTEMAS ESPECIALIZACION EN REDES CONVERGENTES BARRANQUILLA-ATLANTICO 2012


IMPLEMENTACION DE CALIDAD DE SERVICIO EN VOZ SOBRE IP (VoIP)

RODOLFO JOSE CAÑAS CERVANTES JOHAN DAVID MARDINI BOVEA ROBERTO FABIO GARCIA PERTUZ

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de Especialista en Redes Convergentes

Asesor: MsC. Dixon David Salcedo Morillo

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA CUC FACULTAD DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA DE SISTEMAS ESPECIALIZACION EN REDES CONVERGENTES BARRANQUILLA-ATLANTICO 2012


NOTAS DE ACEPTACION

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

Presidente del Jurado ______________________________________________ Jurado ______________________________________________ Jurado ______________________________________________


RESUMEN

En las redes de voz y datos compartidos, muchas veces nos encontramos con problemas de sonido y ecos entre terminales VoIP, Se habla mucho de los problemas provenientes de convertir la comunicación analógica en IP, pero en este caso nos referimos a la comunicación IP-IP. Es muy importante disponer de una red planificada al efecto, si se puede separar la voz de los datos, mejor. Unos switches gestionables que prioricen por tipo de tráfico sería lo ideal. Pero la mayoría de los problemas vienen cuando la comunicación se realiza a través de Internet con usuarios nómadas u otras sedes. Con QoS podemos priorizar el tráfico de VoIP sobre el resto de servicios IP, incluso reservarle un ancho de banda exclusivo. El avance progresivo de las redes convergentes ha hecho que nuestras redes de datos brinden soporte de conectividad a tráfico con requerimientos de performance muy diferentes: VoIP, videoconferencias, navegación web, transacciones sobre bases de datos, sistemas de soporte de la operación de la empresa, etc. Cada uno de estos tipos de tráfico tiene requerimientos diferentes de ancho de banda, condiciones diferentes de delay, pérdida de paquetes, etc.


ABSTRACT

In voice networks and data sharing, we often encounter problems of sound and echoes between VoIP terminals, is much talk about the problems of converting from analog to IP communication, but in this case we refer to the IP-IP communication . It is very important to have a planned network for the purpose, if you can separate the voice data, the better. Some managed switches to prioritize traffic by type would be ideal. But most of the problems come when the communication is done via the Internet with mobile users or other sites. QoS can prioritize VoIP traffic over other IP services, including book a dedicated bandwidth. The progression of converged networks has made our data networks provide connectivity to support traffic with different performance requirements: VoIP, videoconferencing, web browsing, database transactions, systems support the operation of the company, etc. Each of these types of traffic have different requirements for bandwidth, different conditions of delay, packet loss, etc..


DEDICATORIA Dedicamos este trabajo a nuestras familias Y seres queridos que nunca dejaron De creer en nosotros Rodolfo Johan Roberto


AGRADECIMIENTOS

Al Ing. Dixon Salcedo, Asesor. Por haber brindado su conocimiento y apoyo; fundamentales para el desarrollo de este proyecto.

A la Ing. Paola Ariza, Directora del Programa de Ingenier铆a de Sistemas de la Corporaci贸n Universitaria

de

la

Costa

CUC, por habernos brindado la

infraestructura, para la realizaci贸n de las pruebas preliminares.


INDICE DE CONTENIDOS PÁG. 1. Introducción

_________1

1.1. Planteamiento del Problema

3

1.2. Formulación del Problema__________________________________________________ 5 1.3. Justificación

_________6

1.4. Objetivos

7

1.4.1. General

7

1.4.2. Específicos

7

2. Marco Teórico

8

2.1. Estado del Arte___________________________________________________________ __ 8 2.2. Voz Sobre Ip (VoIP) 2.2.1. Componentes de un Sistema VoIP

________ 8 ________ 9

2.2.2. Ventajas de VoIP

9

2.3. Telefonía IP

11

2.4. Calidad de Servicio (QoS) 2.4.1. Modelos del Servicio

_

12 14

2.4.1.1.

Best-Effort Service

14

2.4.1.2.

Integrated Service

15

2.4.1.3.

Resource Reservation Protocol (RSVP)

16

2.4.1.4.

Differentiated Service

17

2.4.1.5.

Requisitos para la aplicación de QoS en DiffServ

19


2.4.2. Teoría de Colas

20

2.4.2.1.

First-in First-out (FIFO)

22

2.4.2.2.

Prioritizing Traffic (PQ)

23

2.4.2.3.

Custom Queueing (CQ)

24

2.4.2.4.

Weighted fair queuing (WFQ)

25

2.4.2.5.

Funcionamiento de CBWFQ

27

2.4.3. Gestión Activa de la Memoria de las Colas

28

2.4.3.1.

Tail Drop

28

2.4.3.2.

Random Early Detection (RED)

29

2.4.3.3.

Weighted Random Early Detection (WRED)

31

3. Implementación de QoS en Routers Cisco

33

3.1. QoS Aplicado a VoIp

34

3.2. Auto QoS

34

3.3. Beneficios de Auto Qos

35

3.4. Configuración de Auto QoS

36

4. Esquema de la Red

42

4.1. Configuración de VLAN

43

4.2. Configuración del Router

44

4.3. Configuración del Router como DHCP

45

4.4. Configuración básica del ITS (IOS Telephony Service) en el router

46

5. Resultados Esperados

49

6. Conclusiones

50


7. Referencias

51

8. BibliografĂ­a

52

9. Anexos

53


ÍNDICE DE TABLAS

PÁG. 1. 2. 3. 4. 5.

Tabla 1 Tabla 2 Tabla 3 Tabla 4 Tabla 5

14 19 39 40 41


ÍNDICE DE FIGURAS

PÁG. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7

18 24 25 26 27 30 42


1. INTRODUCCION

El mundo de hoy en día, no sería lo mismo sin los sistemas de comunicación, voz, datos, multimedia, son una necesidad del mundo actual y por eso, estos sistemas tienden a ser convergentes. Sin embargo, para que servicios como VoIP pueda garantizar óptima trasmisión y recepción, requiere enfocarse hacia la provisión de Calidad de Servicio (QoS), la cual se requiere para permitir asegurar determinadas características en la transmisión de información. Para poder gestionar el alto crecimiento de las redes, aplicaciones orientadas a la nube, streaming, comercio electrónico, entre otras, se necesita proporcionar una optimización a los protocolos que usan Mejor Esfuerzo (Best Effort) en sus transmisiones. Las diferentes aplicaciones de redes, tienen diversas necesidades de retardo, varianza del retardo, ancho de banda, pérdidas de paquetes y disponibilidad. Estos parámetros forman la base de la Calidad de Servicio. Por lo tanto, las redes IP actuales se deben diseñar para solventar la demanda de QoS a las aplicaciones. Por ejemplo, aplicaciones como voz sobre IP necesitarán un retardo muy bajo y un ancho de banda relativamente pequeño, mientras que la transmisión de ficheros requerirá más ancho de banda sin importar demasiado el retardo. Este proyecto pretende aplicar Calidad del Servicio en VoIP que enfrenta problemáticas propias de las redes de datos, que se manifiestan como degradaciones que son percibidas por los usuarios. Estas degradaciones pueden deberse por ejemplo, a retardos en la llegada de los paquetes, jitter (diferencia de

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retardos) y pérdida de paquetes, entre otros factores. Para que la tecnología de Voz sobre IP pueda ser utilizada comercialmente, es esencial garantizar una calidad de voz aceptable. Se explicará la arquitectura de Servicios Diferenciados con todos los elementos que la componen y ver cómo se implementa esa arquitectura en las redes actuales. Para ello se lleva a cabo un estudio sobre las diferentes herramientas que emplea el software de una de las multinacionales en el sector de tecnologías de la información más importantes (Cisco Systems) para implementar los distintos elementos que conforman esta arquitectura. Usando equipos activos de este fabricante se pretende mostrar el conjunto de herramientas con las que Cisco implementa la arquitectura de Servicios Diferenciados.

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1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En un principio, la mayor parte de las aplicaciones de Internet que ofrecían tráfico a la red eran inicialmente servicios de texto e imágenes conocidas como páginas web estáticas sin ningún tipo de animaciones, en dicho momento no se llegó a pensar en transmisiones de audio, vídeo, o de transmisión de archivos. Por tal motivo, estos no tenían requerimientos específicos en cuanto a caudal mínimo, pérdidas de paquetes, retardos o varianza del retardo. Así, mediante el uso de una única clase de servicio, denominada Best Effort que fue desarrollada dentro de la familia de protocolos de internet (Véase Internet Protocol), es un servicio de datagramas no fiable también llamado del mejor esfuerzo (best effort), lo hará lo mejor posible pero garantizando poco. IP no provee ningún mecanismo para determinar si un paquete alcanza o no su destino y únicamente proporci ona seguridad (mediante checksums o sumas de comprobación) de sus cabeceras y no de los datos transmitidos. Por ejemplo, al no garantizar nada sobre la recepción del paquete, éste podría llegar dañado, en otro orden con respecto a otros paquetes, duplicado o simplemente no llegar. Si se necesita fiabilidad, ésta es proporcionada por los protocolos de la capa de transporte, como TCP. Los Protocolos que se usan para enviar las señales de voz sobre la red IP se conocen como protocolos de Voz sobre IP o protocolos IP. Estos pueden verse como aplicaciones comerciales de la "Red experimental de Protocolo de Voz" (1973), inventada por ARPANET.

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El tráfico de Voz sobre IP puede circular por cualquier red IP, incluyendo aquellas conectadas a Internet, como por ejemplo las redes de área local (LAN). Debido a que las conversaciones telefónicas ocurren en tiempo real, el protocolo de mejor esfuerzo es ineficaz, de manera que es inaceptable que los paquetes de VoIP lleguen tarde o demasiado tarde o no lleguen nunca. Para resolver este problema se han creado mecanismos para asegurarnos de que los paquetes de VoIP sean priorizados dentro de una red, lo que se denomina calidad de servicio (QoS). La cual se requiere para permitir asegurar determinadas características de calidad en la transmisión de información. El objetivo es evitar que la congestión de determinados nodos de la red afecte a algunas aplicaciones que requieran un especial ancho de banda o retardo, como pueden ser aplicaciones de videoconferencia.

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1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA

Se plantea una red compartida para voz y datos la cual tiene deficiencias al momento de transmitir la voz en un canal compartido. Esto causa retardos, ecos y voces entrecortadas en la comunicaci贸n. La soluci贸n es priorizar el tr谩fico que pasa por este a fin de poder garantizar la calidad en la comunicaci贸n en un canal compartido.

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1.3. JUSTIFICACION

En una conexión entre terminales VoIP, muchas veces nos encontramos con problemas de sonido y ecos. Se habla mucho de los problemas provenientes de convertir la comunicación analógica en IP, pero en este caso nos referimos a la comunicación IP-IP. Es muy importante disponer de una red planificada al efecto, si se puede separar la voz de los datos, es mucho mejor. Unos switches gestionables que prioricen por tipo de tráfico sería lo ideal. Pero la mayoría de los problemas vienen cuando la comunicación se realiza a través de Internet con usuarios nómadas u otras sedes. Con QoS podemos priorizar el tráfico de VoIP sobre el resto de servicios IP, incluso reservarle un ancho de banda exclusivo, para transportar voz sobre IP, es necesario que esta cumpla con requerimientos del retardo, variación del retardo y perdida de paquetes que no era necesario para el transporte puro de datos (aplicaciones que no eran en tiempo real).

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1.4. OBJETIVOS

1.4.1. General Evaluar una solución (End to End) de calidad de servicio que garantice una óptima transmisión y funcionamiento del servicio de comunicación de Voz sobre IP en organizaciones.

1.4.2. Específicos  Identificar y relacionar los conceptos primordiales de Calidad de Servicio.  Identificar las diferentes estrategias de Calidad de Servicio.  Conocer los elementos que comprenden la Calidad de Servicio.  Identificar y relacionar los conceptos primordiales de Voz sobre IP.  Diseñar e implementar una solución para mejorar el tráfico de Voz sobre IP utilizando Asterisk y X-lite.  Evaluar la solucion con la tecnica de Best Effort (Mejor Esfuerzo), a fin de poder complender de mejor manera la calidad de la comunicacion.

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2. MARCO TEORICO

2.1. ESTADO DEL ARTE En esta investigación se usa el concepto de Calidad de Servicio (QoS), el cual consiste en dar una prioridad de tráfico en un canal compartido de voz y datos. Este va aplicado específicamente en los routers ya que este se aplica a la manera como el router le da paso prioritario a un servicio en particular; para este caso la Voz IP. 2.2. VOZ SOBRE IP (VoIP) Voz sobre IP, se define como el transporte de señales de voz de un transmisor a un receptor a través de una red que utiliza el protocolo de Internet para transmitir información. Usando los protocolos de VoIP, las comunicaciones de voz se pueden implementar en cualquier red IP ya sea Internet, Intranets o redes de área local (LAN). En una red habilitada con VoIP, se digitaliza la señal de voz, se comprime, se convierte en paquetes IP y después se transmiten sobre la red. Los protocolos de señalización de VoIP se utilizan para establecer, terminar llamadas y llevar información requerida para localizar a usuarios y para negociar capacidades. La primera ventaja que observaron los usuarios es la de poder llamar a grandes distancias pagando la tasa de acceso a Internet, en vez de pagar la cantidad estipulada a través de la PSTN. Otra ventaja que existe es la de poder utilizar la infraestructura que se posee para la telefonía habitual. Finalmente, VoIP evita enviar datos cuando encuentra un silencio en la conversación, optimizando el ancho de banda utilizado. 8


2.2.1. Componentes de un sistema de VoIP Una llamada de VoIP tiene un procedimiento básico cuando se realiza. Cada uno de los pasos de este procedimiento es ejecutado por uno de los componentes del sistema, en un sentido, se ejecutan unas funciones de transmisión y en el otro unas de recepción. A continuación se describen estos componentes y sus funciones.  Captura y Regeneracion  Requisitos de Comunicación 2.2.2. Ventajas de VoIP Se enumeraran las ventajas de la VoIP frente a las centralitas privadas de telefonía (PBX, Private Branch Exchange). Tradicionalmente, las empresas optan por este tipo de equipos, de ahí que mencionamos también en este apartado las ventajas que VoIP puede ofrecer desde el punto de vista empresarial. Con respecto a una PBX, VoIP presenta la ventaja del acceso abierto. La documentación en un estándar abierto, así que se puede escribir o modificar código sin problemas. Mientras, en una PBX no hay portabilidad para las aplicaciones que el usuario quiera crear. Por otro lado, si queremos trasladar una cantidad de departamentos a una nueva planta manteniendo la numeración, con VoIP sólo es necesario desplazar los teléfonos, conectarlos a la red y registrarlos con el servidor que dirige las llamadas. En una PBX la gestión es mucho más compleja, pudiendo incluso suponer modificar el cableado interno de la misma. Con VoIP la movilidad es completamente transparente.

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Desde el punto de vista de las empresas, está comprobado que VoIP realza la productividad, ocasiona costes operacionales más bajos y un incremento visible de la gestión/administración, ya que los usuarios necesitan una sola red para transmitir voz y datos. Según Cisco el uso de VoIP para la realización de conferencias reduce en un 30% el gasto de su realización. Las aplicaciones de VoIP

debido

a

que se encuentran en continuo desarrollo, proporcionan

ininterrumpidos servicios de calidad, fiabilidad, seguridad y compatibilidad para teléfonos basados en IP, video y convergencia a aplicaciones de escritorio. Tal y como mencionamos antes con VoIP se pueden recibir y enviar llamadas independientemente de la ubicación con sólo conectarse a una conexión de banda ancha (ADSL, Cable, WiFi, etc.). Otra ventaja importante desde el punto de vista empresarial que aporta la mayoría de aplicaciones, entre ellas Skype, es que las llamadas a otros usuarios de VoIP son gratuitas y las realizadas a fijos o móviles a nivel mundial se facturan por segundos y sin establecimiento de llamada. En la mayoría de las aplicaciones no existe ninguna cuota de alta ni mensual a diferencia del sistema telefónico normal, con el ahorro que esto conlleva. Señalar, que si una empresa dispone de varias delegaciones tanto a nivel nacional como internacional puede establecer la comunicación sin coste alguno, usando programas de VoIP. La mayoría de aplicaciones también permiten correo de voz y además de forma gratuita, así como tienen soporte para recibir correctamente mensajes privados desde una conferencia multiusuario.

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Como ventaja podemos incluir también el uso de protocolos de encaminamiento dinámicos, de esta manera una red puede converger utilizando una mejor ruta. Además existen aplicaciones que permiten monitorizar la red indicando el uso que se está haciendo de ella y el destino de las llamadas. Esto es una cualidad añadida que permite a los administradores de las redes controlar en todo momento el uso de la red de la empresa. Se impide que se utilice para otros usos que no sean los estrictamente necesarios en la empresa. 2.3. TELEFONIA IP Se considera la telefonía IP como el servicio telefónico ofrecido sobre las redes de datos, tanto privada como pública. Este tipo de telefonía utiliza VoIP como tecnología para proporcionar sus servicios. Para una mayor comprensión del proceso en una comunicación de telefonía IP se emplean los conceptos de plano de control y de plano de media. Se diferencian dos planos debido a que el intercambio de información para el establecimiento de una llamada y la información enviada para la voz de dicha llamada, son distintos y siguen estándares distintos. Consecuentemente cada plano debe utilizar protocolos distintos.

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Utilizar un mismo protocolo para establecer una comunicación mediante Telefonía IP permite poder usar cualquier terminal (teléfono, fax, etc.), sin necesidad de un ordenador con un software específico instalado. Los estándares utilizados para el plano de control son:  H.323: Es un protocolo diseñado para la transmisión de datos en tiempo real entre usuarios. Se utiliza en Vídeo Conferencias.  SIP: Es el protocolo por excelencia si se desea utilizar la telefonía IP. 2.4. CALIDAD DE SERVICIO (QoS) El establecimiento de IP como protocolo de red que permite abarcar redes de cualquier tecnología, ha generado un esfuerzo considerable para el desarrollo de arquitecturas que proporcionen calidad de servicio (QoS) en redes IP. Calidad de Servicio es un concepto que caracteriza las prestaciones y el funcionamiento de una comunicación extremo a extremo entre dos puntos finales de una red. La calidad

de

servicio

se

define

por

la

UIT

(Unión

Internacional

de

Telecomunicaciones) como “El resultado global de las prestaciones de un servicio que determina el grado de satisfacción de un usuario del servicio” [ITU-T, 1994]. A la Calidad de Servicio lo definen 4 parámetros: ancho de banda, retraso temporal, variación de retraso (o jitter) y probabilidad de error (o pérdida de paquetes o fiabilidad) y está directamente relacionado con el tamaño de colas y la congestión de la red, con la velocidad de conmutación, medio físico y ancho de banda de los enlaces.

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La Calidad de Servicio provee de mejores y más predecibles servicios a la red mediante:  Soporte de ancho de banda dedicado.  Mejorando la características de pérdida de paquetes.  Evitando y manejando la congestión de la red.  Organizando el tráfico.  Introduciendo prioridades de tráfico a lo largo de la red. El problema principal de calidad de servicio en voz y vídeo no estriba en la transmisión en si misma sino en las demandas de interactividad del servicio en tiempo real. Es decir, aun disponiendo de ancho de banda, en caso de pérdidas, por lo general, las aplicaciones multimedia (por cuestiones de interactividad) no tienen disponibilidad temporal para recuperar la información perdida mediante la solicitud de una retransmisión. Para que una red pueda proporcionar servicios en forma selectiva a ciertas aplicaciones, requiere de mecanismos que puedan diferenciar entre las diversas aplicaciones. En la Tabla No 1 se muestran los requerimientos de algunas aplicaciones:

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Tabla 1. Requerimientos de aplicaciones

2.4.1. MODELOS DE SERVICIO 2.4.1.1. Best-Effort Service Es el modelo más sencillo. Es un modelo simple de servicio, en el cual, una aplicación envía información cuando ella lo desea, en cualquier cantidad, sin ningún permiso requerido, y sin informar previamente a la red. La red reparte o envía la información si puede, sin asegurar ningún retraso, throughput o fiabilidad. Usa modelo de cola FIFO(First-in fisrt-out).

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2.4.1.2. Integrated Service Este modelos también es conocido en muchas áreas de la literatura de QoS, como Guaranteed level. Se le llama así porque uno de los dos tipos de QoS que ofrece garantiza recursos íntegramente. Antes de enviar datos, existe una petición servicio: En este modelo, una aplicación realiza una petición de una clase de servicio específica a la red, antes de comenzar a enviar información. Señalización explicita expresada en Clase de servicio: La petición se realiza mediante una señalización explicita, de modo que la aplicación informa a la red del perfil o características de su tráfico, y pide una clase particular de servicio que pueda satisfacer sus requerimientos, tanto de ancho de banda como de retraso. La red confirma la petición. La aplicación queda a la espera de enviar la información hasta recibir la confirmación de la petición por parte de la red. La red realiza control de admisión. La red realiza un control de admisión, en función de la petición realizada por la aplicación y los recursos disponibles en la red. La red guarda información de estado. La red mantiene información del estado de sí misma por flujos, mirando la clasificación, normas, y el algoritmo de cola en cada estado.

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2.4.1.3. Resource Reservation Protocol (RSVP) El mecanismo más importante para llevar a cabo el modelo “Integrated Service” es el llamado RSVP, Resource Reservation Protocol, que puede ser utilizado por las aplicaciones para enviar los requerimientos de QoS al router. El protocolo de reserva de recursos (RSVP) es un protocolo de red de control que permite a las aplicaciones de Internet para obtener las cualidades especiales de servicio (QoS) para sus flujos de datos. RSVP no es un protocolo de enrutamiento, sino que trabaja en conjunto con los protocolos de enrutamiento e

instala el

equivalente de las listas de acceso dinámico a lo largo de las rutas que los protocolos de enrutamiento calcula. RSVP ocupa el lugar de un protocolo de transporte en el modelo OSI. Originalmente fue concebido por investigadores de la Universidad del Sur de California (USC), Instituto Ciencias de la Información (ISI) y Xerox Palo Alto Research Center. La Internet Engineering Task Force (IETF) está trabajando hacia la estandarización a través de un grupo de trabajo de RSVP. Problemas de IntServ/RSVP RSVP produjo una euforia inicial (1996-1997) que luego dió paso a la decepción. La razón principal fueron problemas de escalabilidad debidos a la necesidad de mantener información de estado en cada router de cada flujo. Esto hace inviable usar RSVP en grandes redes, por ejemplo en el “core‟ de Internet.

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2.4.1.4. Differentiated Service Modelo basado en uso de múltiples clases. Differentiated Service es un modelo de múltiples servicios que puede satisfacer diferentes requerimientos de QoS. No utiliza señales para especificar los servicios requeridos de la red previamente, lo cual lo diferencia del nivel o modelo Integrated Service. DiffServ Representa una solución para fijar la prioridad de diferentes tipos de tráfico. Este hace uso de los campos del encabezado IP versión 4 conocidos con el nombre de campos TOS (Types of Service), o los campos del encabezado IP versión 6 conocidos como TC (Traffic Class). Los campos Type of Service/Traffic Class los usa DiffServ al redefinirlos para marcar diferentes tipos de tráfico, los bits de estos campos se combinan para crear un numero determinado de clases de servicio las cuales representan varias categorías de aplicación, los cuales se quiere que se encuentren estandarizados entre todos los ISP y routers dentro de la red, por lo tanto todos los routers deben entender las categorías DiffServ QoS. DiffServ simplemente asegura que un tipo especifico de trafico, como por ejemplo trafico de voz será asignado de primero en la cola en la salida de un puerto de un router. Algunos protocolos antiguos, ya incluian ciertos campos de control para efectuar una gestion sencilla. Este es el caso del protocolo de red IP, para el que se definio originalmente un campo dentro de la cabecera de sus paquetes dedicado a diferenciar los distintos tipos de trafico que pueden viajar en su campo de datos.

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Este campo, de un byte, se conoce como ToS (Type of Service), y ocupa el segundo byte de la cabecera de un paquete. El campo de ToS se desglosa a su vez entre otros valores como se muestra a continuacion.

Figura 1. Formato del Paquete IP Los 3 bits de mayor peso del ToS, representan un valor conocido como precedencia. Este valor permite clasificar el trรกfico en ocho tipos diferentes. Realmente de los ocho tipos se usan normalmente 6, ya que los valores 6 y 7 se reservan para uso interno de la red. El valor de procedencia o routine es normal, con la prioridad mas baja, y el que se usa por defecto si no se indica otra cosa. La siguiente tabla, muestra cada valor de precedencia, con su nombre y el valor correspondiente para todo campo del ToS, suponiendo que los bits D, T, R y M son cero.

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Tabla 2. Valores de Precedencia Mientras que a las aplicaciones como el acceso a paginas Web con HTTP o el envío de correo electronico con SMTP se puede mantener un valor de precedencia 0, para otras aplicaciones como VoIP, conviene escoger un valor de precedencia mas alto. En cuanto a los bits D, T, R y M, según la especificacion, sirven para indicar que interesa más para la transmisión del datagrama: minimizar el retardo (Delay), maximizar el rendimiento (Thoughtup), maximizar la fiabilidad (Reliability) o minimizar el coste ecónomico (Monetary Cost). En la práctica estos bits no se han llegado a utilizar de forma generalizada. 2.4.1.5. Requisitos para la aplicación de QoS en DiffServ  Comprobar que

existe suficiente ancho de banda para cursar la

comunicación.  Clasificación y marcado de paquetes por la dirección IP, puertos, etc.  Elección de un mecanismo de cola eficiente que respete la SLA.  Mecanismo de fragmentación.

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2.4.2. TEORIA DE COLAS En ciencias de la computación, y más específicamente en investigación de operaciones, la teoría de colas es el estudio matemático de las líneas de espera o colas dentro de una red de comunicaciones. Su objetivo principal es el análisis de varios procesos, tales como la llegada de los datos al final de la cola, la espera en la cola, entre otros. La teoría de colas generalmente es considerada una rama de investigación operativa porque sus resultados a menudo son aplicables en una amplia variedad de situaciones como negocios, comercio, industria, ingenierías, transporte y telecomunicaciones. En el contexto de la informática y de las nuevas tecnologías, las situaciones de espera dentro de una red son más frecuentes. Así, por ejemplo, los procesos enviados a un servidor para su ejecución forman colas de espera mientras no son atendidos; la información solicitada, a través de Internet, a un servidor Web puede recibirse con demora debido a la congestión en la red; también se puede recibir la señal de línea de la que depende nuestro teléfono móvil ocupada si la central está colapsada en ese momento, etc. Otros campos de utilización son la logística de los procesos industriales de producción, ingeniería de redes y servicios, ingeniería de sistemas informáticos, y elaboración de proyectos sustentables.

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Modelo de formación de colas Se forman debido a un desequilibrio temporal entre la demanda del servicio y la capacidad del sistema para suministrarlo. En las formaciones de colas se habla de clientes, tales como máquinas dañadas a la espera de ser rehabilitadas. Los clientes pueden esperar en cola debido a que los medios existentes sean inadecuados para satisfacer la demanda del servicio; en este caso, la cola tiende a ser explosiva, es decir, a ser cada vez más larga a medida que transcurre el tiempo. Los clientes puede que esperen temporalmente, aunque las instalaciones de servicio sean adecuadas, porque los clientes llegados anteriormente están siendo atendidos. Los objetivos de la teoría de colas consisten en:  Identificar el nivel óptimo de capacidad del sistema que minimiza el coste del mismo.  Evaluar el impacto que las posibles alternativas de modificación de la capacidad del sistema tendrían en el coste total del mismo.  Establecer un balance equilibrado (“óptimo”) entre las consideraciones cuantitativas de costes y las cualitativas de servicio.

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2.4.2.1. First-in First-out (FIFO)  En su forma más sencilla, el mecanismo de cola FIFO, se encarga de almacenar paquetes cuando hay congestión en la red, y a enviarlos cuando tiene la posibilidad, manteniendo el orden de llegada, es decir, que no ofrece ninguna prioridad de unos paquetes sobre otros.  Es el método más rápido.  Este es el mecanismo que se suele utilizar por defecto, como ya comentamos anteriormente cuando hablamos de „best-effort‟.  Cisco lo utiliza por defecto en enlaces superiores a T1 (1.5 Mbps)  FIFO está limitado por su búffer. Este algoritmo, al igual que ocurre con el resto de mecanismo de cola, tiene como limitación la capacidad de su buffer en momentos de congestión.  No es recomendable para QoS. Hoy en día se necesitan algoritmos más sofisticados, que permite diferenciar entre distintos tipos de paquete, por lo que este método está cayendo en desuso.

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2.4.2.2. Prioritizing Traffic (PQ)  Da prioridad estricta al tráfico importante. Asegura que el tráfico importante reciba un servicio rápido en cada punto de la red, donde está mecanismo este presente.  Existen 4 clases de prioridad de tráfico. En el mecanismo PQ, cada uno de los paquetes debe de ser colocado en una de las cuatro posibles colas (alta, media, normal, baja prioridad), servidas en riguroso orden de prioridad, lo cual puede crear inanición. Ofrece garantías totales. Las prioridades se definen por filtros en los routers.  Clasificación: La prioridad de los paquetes puede diferenciarse por diversos medios, como: el protocolo de red, el interfaz del router por el que llegue el paquete, el tamaño del paquete y la dirección de origen o destino. Los paquetes que no se puedan clasificar serán asignados a la cola de prioridad normal. Inconveniente: Este método es estático y no se adapta a los requerimientos de la red. Además, puede crear inanición, es decir dejar fuera de servicio a tráfico menos prioritario. La figura No 3 muestra el funcionamiento de este modelo de colas:

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Figura 2. Esquema grafico PQ

2.4.2.3. Custom Queueing (CQ)  Permite que las aplicaciones compartan la red: CQ fue diseñado para permitir que varias aplicaciones compartieran la red, y que además tuvieran asignado un ancho de banda mínimo garantizado, y unas garantías aceptables en cuanto a los retrasos.  El ancho de banda se reparte equitativamente. En este método el ancho de banda debe de ser compartido proporcionalmente entre las aplicaciones o usuarios en forma de Round Robin o quantos de tiempo, sin dejar tráfico fuera de servicio. No da garantías estrictas.

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Figura 3. Esquema Grafico CQ

2.4.2.4. Weighted fair queuing (WFQ)  WFQ es adaptativo a los cambios en la red. Los mecanismos vistos anteriormente son estáticos, y por lo tanto no se adaptan a los cambios producidos en la red. Por ello ha sido necesario un mecanismo como WFQ, que es adaptativo. No proporciona garantías totales como PQ.  Proporciona un buen tiempo de respuesta. WFQ es adecuado para situaciones donde se necesite un buen tiempo de respuesta, para usuarios que hagan tanto un uso elevado de la red, tanto como para los que hagan un uso más leve, sin añadir ancho de banda adicional. Cisco lo utiliza por defecto en enlaces inferiores a T1 (1,5 Mbps).  WFQ es un algoritmo basado en flujos. WFQ es un algoritmo de cola basado en flujos (o sesiones), que realiza dos tareas simultáneamente y de forma automática: a) Organiza el tráfico (de tiempo real), poniéndolo al

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principio de la cola, reduciendo así el tiempo de respuesta. b) Comparte equitativamente el resto del ancho de banda, entre el resto de tráfico de alta prioridad. WFQ asegura que las diferentes colas no se queden privadas de un mínimo ancho de banda, de modo que el servicio proporcionado al tráfico es más predecible. Considera flujos de poco caudal con flujos sensibles al retardo, por ej. VOIP. No es escalable dentro de una gran red.

Figura 4. Esquema Grafico WFQ

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2.4.2.5. Funcionamiento de CBWFQ La falta de escalabilidad de WFQ se soluciona con Class Based WFQ. La Estructura interna del interface de salida se muestra a continuación:

Figura 5. Esquema Grafico CBWFQ

Definición de Clases. Las clases utilizadas en CBWFQ pueden asociarse a:  Flujos (direcciones origen-destino, protocolo, puertos)  Prioridades (campo DS differentiated service, otras etiquetas)  Interfaces de entrada/salida  VLAN Estas clases se implementan filtrando el tráfico con filtros en los routers. Este proceso se llama clasificación de tráfico, que puede ir acompañado a su vez con proceso de marcado de paquetes. El servicio recibido en función de esta clasificación se asocia a la política de servicio.

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2.4.3. Gestión Activa de la Memoria de las Colas 2.4.3.1. Tail Drop Es la forma más simple de gestionar la memoria de la cola ya que representa la ausencia total de un gestor de la memoria de la cola. Los gestores de la memoria de cola activos permiten a un router responder a la congestión de forma activa si la media de los tamaños de sus colas comienza a incrementarse. En vez de esperar a que se congestione la cola y se desborde y realizar Tail Drop con todos los paquetes que lleguen, los gestores de memoria de cola activos responden a la congestión marcando o descartando los paquetes antes de que los recursos de memoria de la cola se consuman completamente. Hay dos mecanismos que soportan la gestión activa de las memorias de las colas en grandes redes IP:  Random Early Detection (RED) – desplegada actualmente en la mayoría de las redes IP  Explicit Congestion Notification (ECN) – experimental

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Los beneficios de la gestión activa de las colas comparadas con Tail Drop incluyen:  La eliminación de la sincronización global de fuentes TCP que da como resultado un uso más eficiente del ancho de banda de la red.  El soporte de fluctuaciones momentáneas en el tamaño de la cola, que permiten absorber ráfagas sin descartar paquetes y causar que los host reduzcan sus caudales cuando reducen sus tasas de transmisión.

 La habilidad para controlar el tamaño de la cola influyendo en la media del retardo de encolamiento a través del router. 2.4.3.2. Random Early Detection (RED) A diferencia de Tail Drop que no proporciona una gestión de la cola, RED es un gestor de cola activo desplegado actualmente en numerosas redes IP. Con RED el descarte de un único paquete es suficiente señal de congestión para los host que usan TCP. Al descartar un sólo paquete un router envía una advertencia implícita a una fuente TCP de que el paquete descartado ha experimentado congestión en algún punto a lo largo del camino de extremo a extremo. Como respuesta a esta advertencia implícita, la fuente TCP reduce su tasa de transmisión para que el buffer del router no se desborde. RED emplea un perfil de descarte (drop profile) del paquete para controlar la agresividad del proceso de descarte de paquetes. El perfil de descarte define un rango de probabilidades de descarte mediante un rango de estados de ocupación de la cola. Si el estado de ocupación permanece por debajo de un umbral mínimo 29


configurado por el usuario minth, un paquete nunca se descartará de la cola. Si el nivel de ocupación excede un umbral máximo maxth, la cola funcionará como si estuviera configurado Tail Drop. Si el estado de ocupación de la cola permanece entre el minth y el maxth, un paquete se tirará de acuerdo con una probabilidad definida por el usuario. Generalmente se configuran los parámetros de RED para mantener la ocupación media de la cola entre el minth y el maxth

Figura 6. Perfil de descarte de RED En la figura 7, si el uso de la cola es del 25% de su capacidad hay un 0% de probabilidad de que el paquete se descarte, una cola con un uso del 50% tendrá una probabilidad de 0.25 de que se descarten los paquetes, una cola con una utilización del 75% indica que hay una probabilidad de 0.5 de que se descarten los paquetes y cuando la cola está empleada más del 85% de su capacidad todos los paquetes se descartarán. Uno de los retos para proporcionar una implementación de RED satisfactoria, será seleccionar el mecanismo empleado para calcular la congestión inminente. Por lo

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tanto, las implementaciones de RED se diferencian en cómo calculan el grado de ocupación

de

la

cola.

Algunas

implementaciones

proporcionan medidas

instantáneas de la profundidad de la cola. Otras implementaciones utilizan diferentes algoritmos de peso-medio para determinar la profundidad de la cola en periodos de tiempo. 2.4.3.3. Weighted Random Early Detection (WRED) Es una extensión de RED que permite asignar diferentes perfiles de descarte RED a diferentes tipos de tráfico. La habilidad para definir diferentes perfiles de descarte a diferentes colas o a diferentes tipos de tráfico en la misma cola proporciona una precisión mayor de control que el RED clásico. Por ejemplo, suponiendo que la gestión de la memoria de la cola permitiese definir dos niveles de precedencia de descarte dentro de una misma cola. Esto permitiría asignar un perfil de descarte de RED menos agresivo para ciertos paquetes y más agresivo para otros dado un mismo nivel de congestión. Funcionamiento de Weighted Random Early Detection WRED

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Cuando un paquete llega, ocurre lo siguiente:  Se calcula el tamaño medio de la cola (ver tamaño medio de la cola).  Si la media es menor que el umbral mínimo del tamaño de la cola, el paquete es encolado.  Si la media está entre el umbral mínimo y máximo del tamaño de la cola, el paquete puede ser descartado o encolado, dependiendo de la probabilidad de tirado del paquete.  Si el tamaño medio de la cola es mayor que el umbral máximo de la cola, el paquete es automáticamente descartado.

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3. Implementación de QoS en Routers Cisco

La implementación de calidad de servicio (QoS) en dispositivos de red Cisco ayuda a proporcionar el ancho de banda y la prioridad a ciertos tipos de tráfico de la red. El administrador de la red les dice a los dispositivos de red que el tráfico lo requiere ancho de banda y la prioridad. Es importante entender la diferencia entre el ancho de banda y la prioridad. A medida que los dispositivos de red (conmutadores o routers) se encuentran el tráfico designado, que dan la prioridad que el tráfico mediante el envío antes de que el resto del tráfico, que dan el ancho de banda del tráfico mediante el envío de más de ella que el resto del tráfico. Como ya he dicho la última vez, la configuración de calidad de servicio es muy complejo. Hay muchas maneras diferentes de utilizar QoS, así como los diferentes tipos de calidad de servicio. Hablaremos de cómo utilizar Cisco IOS AutoQoS para configurar automáticamente un Router para dar el ancho de banda y la prioridad para el tráfico VoIP.

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3.1. QoS Aplicado a VoIP En dispositivos Cisco IOS se puede configurar QoS de diferentes modos. Las 4 opciones principales son:  Configurar QoS manualmente creando listas de acceso para identificar tráfico que luego es controlado con comandos específicos de QoS.  Utilizar el QoS Wizard de SDM (Security Device Manager) de Cisco para crear políticas QoS predefinidas que pueden ser editadas más tarde.  Utilizar AutoQoS para crear políticas basadas en el flujo de tráfico en tiempo real a través del router o switch.  Utilizar AutoQos para crear políticas predefinidas para el flujo de tráfico de VoIP a través de los dispositivos Cisco IOS. 3.2. AutoQoS AutoQoS entrega una nueva función en el software Cisco IOS y en el software de sistema

operativo

del

Cisco

Catalyst

(Catalyst

OS),

que

simplifica

la

implementación de IP QoS en redes de área local y amplia (LANs y WANs). Con AutoQoS, Cisco automatiza la infraestructura IP para implementar comunicaciones IP y de Voz sobre IP (VoIP) desde el wiring closet, a través de backbones IP grandes empresariales, y para servicios administrados de proveedores de servicio. Las empresas pequeñas y medianas se benefician de la habilidad de implementar más fácilmente IP QoS en sus redes, para tecnología IP, y reducir los costos operativos. Este nivel de automatización también permite a compañías, que probablemente no tienen el personal y los recursos necesarios, implementar QoS, y ayuda a los proveedores de servicio a permitir QoS en cientos de miles de 34


dispositivos de los clientes como parte de sus ofertas de servicios administrados, y hacerlo de una manera más fácil. Con esta funcionalidad, los despliegues QoS pueden ser más rápidos y hasta tres veces menos costosos que antes. Ahora, con AutoQoS, Cisco entrega una solución innovadora que puede entregar un conjunto consistente de herramientas automáticas de QoS para routing y switching a través de plataformas múltiples para servicios IP de extremo a extremo. Diseñar e implementar QoS sobre LANs y WANs múltiples es un esfuerzo complejo y de labor intensa. Cisco Auto QoS simplifica y automatiza los despliegues IP QoS y permite a las empresas pequeñas y medianas y a las grandes compañías, implementar y administrar servicios avanzados como VoIP. El AutoQoS junto con Cisco Works QoS Policy Manager, ofrece nuevas capacidades para simplificar despliegues de VoIP. AutoQoS automatiza elementos críticos del despliegue de QoS como clasificar aplicaciones, generar políticas, configuraciones, monitoreo y reportes, y consistencia. También incrementa la disponibilidad de la red al reducir errores de operadores y de configuración. 3.3. Los beneficios de AutoQoS AutoQoS se encuentra disponible en los routers Cisco IOS desde la serie 2600 hasta la serie 7200 y también en la mayoría de los routers Cisco que utilizan versiones de IOS 12.2(15)T y posteriores. AutoQoS ofrece los siguientes beneficios:  No requiere una comprensión avanzada de QoS del mismo modo que si se desea configurar desde la línea de comandos.

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 Se pueden modificar las políticas de QoS y reutilizarlas, del mismo modo que si se tratara de un template.  Se ahorra mucho tiempo de configuración. 3.4. Configuración de AutoQoS Antes de ejecutar los comandos AutoQoS, se debe habilitar CEF utilizando el comando Router(config)#ip cef Adicionalmente se requiere la configuración de la declaración de ancho de banda en las interfaces ya que AutoQoS utiliza esta información cuando se configuran limitaciones de ancho de banda por protocolo para ser priorizados. Router(config)#interface serial0/0 Router(config-if)#bandwidth 2000000 Si se modifica la configuración de este parámetro una vez que se activó AutoQoS, será necesario reiniciar AutoQoS. También es necesario tener presente no configurar AutoQoS en modo configuración global, sino en las interfaces. Su configuración es muy simple y fácil, lo verdaderamente complicado es comprender qué es lo que se está configurando, modificar la configuración si es necesario, y probar lo hecho para ver si funciona como se esperaba. A modo de ejemplo configuremos AutoQoS para VoIP.

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Para configurar AutoQoS, la secuencia de comandos en la interfaz que hace de origen del trรกfico que deseamos controlar es: Router(config)#interface serial0/0 Router(config-if)#auto qos voip

Con ese solo comando, Cisco IOS automรกticamente genera una serie de comandos de configuraciรณn que se pueden verificar utilizando show runningconfig: class-map match-any AutoQoS-VoIP-Remark .match ip dscp ef .match ip dscp cs3 .match ip dscp af31 class-map match-any AutoQoS-VoIP-Control-UnTrust .match access-group name AutoQoS-VoIP-Control class-map match-any AutoQoS-VoIP-RTP-UnTrust .match protocol rtp audio .match access-group name AutoQoS-VoIP-RTCP ! policy-map AutoQoS-Policy-UnTrust .class AutoQoS-VoIP-RTP-UnTrust ..priority percent 70 ..set dscp ef .class AutoQoS-VoIP-Control-UnTrust ..bandwidth percent 5 ..set dscp af31 .class AutoQoS-VoIP-Remark ..set dscp default .class class-default ..fair-queue ! interface Serial0/0 .auto qos voip .service-policy output AutoQoS-Policy-UnTrust ! ip access-list extended AutoQoS-VoIP-Control .permit tcp any any eq 1720 .permit tcp any any range 11000 11999 .permit udp any any eq 2427 .permit tcp any any eq 2428 .permit tcp any any range 2000 2002 37


.permit udp any any eq 1719 .permit udp any any eq 5060 ip access-list extended AutoQoS-VoIP-RTCP .permit udp any any range 16384 32767

Algunos elementos para comprender lo que se está haciendo. Paso 1: Definir el tráfico Usted debe decirle al router que el tráfico que desea dar calidad de servicio, esto se puede lograr mediante una lista de control de acceso (ACL). Paso 2: Crear una clase de mapa Una clase de mapa define el tráfico en grupos. Por ejemplo, podría crear una clase de mapa denominado tráfico de VoIP y poner todos los protocolos de VoIP en virtud del mismo. Se utiliza con el comando class-map, y para eliminar la clase de tráfico, se hace con no class-map.

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Tabla 3. Comandos para Definición de Clases

Paso 3: Crear una política de ruta Una política de ruta coincide con las clases de la clase de mapa con la cantidad de ancho de banda y / o prioridad que desea dar a este tráfico. Todo el tráfico que no se equipara con los criterios de las clases, pertenecen a la clase de tráfico por defecto. Esta también se puede configurar por el usuario, pero no eliminar. Los comandos utilizables más relevantes se muestran en la siguiente tabla:

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Tabla 4. PolĂ­ticas de Ruta

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Paso 4: Aplicar la directiva de ruta para la interfaz Al igual que una ACL, debe aplicar la política de ruta para la interfaz específica que desea que afecte. Puede aplicar la política de mapa de la producción o el modo de entrada. Aquí está el comando a utilizar: política-servicio de salida | input {nombre de la política-map}

Tabla 5. Directivas de Ruta

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4. Esquema de la Red

En esta práctica se configuran las funcionalidades básicas de una central con teléfonos IP nativos directamente conectados, al cual se le aplicara Calidad del Servicio. El diagrama de la red que se configura como ejemplo es la siguiente:

Figura 7. Esquema de Red

Se configuran dos redes una de voz (192.168.130.0) y otra de datos (192.168.131.0) Se utilizan los puertos fast-ethernet 0/21, 0/22, 0/23 y 0/24 del catalyst, en los que hay que definir dos VLANs de números 11 y 12. En el router tienen que estar presentes los archivos correspondientes a los modelos de los teléfonos que se utilizarán. En nuestro caso, comprobar que los siguientes ficheros están cargados en el router: P00403020214.bin para el teléfono 7905 P00303020214.bin para el teléfono 7940 42


Esta configuración se hace en uno de los extremos, es igual para el otro. 4.1. Configuración de VLAN Es imprescindible configurar correctamente el catalyst para que los teléfonos que se conectan a él directamente puedan comunicarse con el router y descargarse los ficheros de configuración. En primer lugar hay que definir dos redes VLAN diferentes para voz y datos Catalyst# vlan database Para entrar en el submenú de configuración Catalyst(vlan)# vlan 12 name Red datos Damos un número y un nombre a la vlan Catalyst(vlan)# vlan 11 name Red telefonos Damos número y nombre a la vlan A continuación incorporamos los puertos del catalyst a las vlan recién creadas: El interfaz que va directamente conectado al router es algo diferente a los demás. Aquí se fija la encapsulación según el protocolo 802.1q: interface FastEthernet0/24 description Puerto conectado a 1760 (soporta Dot1q) switchport trunk encapsulation dot1q switchport trunk native vlan 12 switchport trunk allowed vlan 1,11,12,1002-1005 switchport mode trunk no ip address duplex full speed 100

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Las interfaces que se conectan a los teléfonos directamente interface FastEthernet0/23 description Puerto DOT1Q para telefono IP switchport trunk encapsulation dot1q switchport trunk native vlan 12 switchport mode access switchport voice vlan 11 no ip address spanning-tree portfast

Hacemos lo mismo con los puertos f0/21 y f0/22. 4.2. Configuración del Router En primer lugar se configuran los parámetros de QoS (calidad de servicio) en el router para aplicar políticas de calidad diferentes a los paquetes de datos que pertenecen al protocolo RTP (real time protocol) que se caracterizan por un código dscp (Differentiated Services Code Point) y empiezan por ef (101110) y los paquetes de control que empiezan por af31 (101110). Una vez definidas los mapas de QoS, se aplican estas calidades a las políticas con diferente parámetro de prioridad (5 y 3) respectivamente. class-map match-all L3-to-L2_VoIP-RTP match ip dscp ef class-map match-all L3-to-L2_VoIP_Cntrl match ip dscp af31 ! ! policy-map output-L3-to-L2 class L3-to-L2_VoIP-RTP set cos 5 class L3-to-L2_VoIP_Cntrl set cos 3

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Ahora se aplican las políticas de calidad de servicio a los interfaces y se crean las vlan en el router haciendo una partición lógica del único interfaz ethernet que tiene. interface FastEthernet0/0 description Puerto conectado a Catalyst (VoIP) no ip address no ip mroute-cache load-interval 30 speed 100 full-duplex ! interface FastEthernet0/0.11 description subred de voz nativa 192.168.130.0 encapsulation dot1Q 11 ip address 192.168.130.1 255.255.255.0 service-policy output output-L3-to-L2 ! interface FastEthernet0/0.12 description Subred de datos 192.168.131.0 en red VoIP encapsulation dot1Q 12 ip address 192.168.131.1 255.255.255.0 service-policy output output-L3-to-L2 4.3. Configuración del router como servidor DHCP Para que los teléfonos reciban una IP dinámicamente es necesario que el router sea un servidor DHCP. Para ello se configura lo siguiente. Se reservan unas direcciones que no se asignan ip dhcp excluded-address 192.168.130.1 192.168.130.10 ip dhcp excluded-address 192.168.131.1 192.168.131.10 Se asigna el rango de direcciones IP que se pueden asignar a los teléfonos. La opción 150 permite que los teléfonos descarguen del router su imagen vía tftp ip dhcp pool ip-phones network 192.168.130.0 255.255.255.0 default-router 192.168.130.1 option 150 ip 192.168.130.1 45


Se asigna el rango de direcciones IP que se pueden asignar a otros dispositivos conectados en la red de datos. ip dhcp pool clientes-datos network 192.168.131.12 255.255.255.0 default-router 192.168.131.1 ! 4.4. Configuración básica del ITS (IOS Telephony Service) en el router En primer lugar se cargan los archivos correspondientes a los modelos de los teléfonos del laboratorio, se especifica la dirección IP de la subred de datos para que los teléfonos puedan descargarse su configuración por tftp. También se fija el número de teléfonos posibles (24) y el máximo número de dn (números de directorio) telephony-service load 7960-7940 P00303020214 load 7905 CP79050101SCCP030530B max-ephones 24 max-dn 120 ip source-address 192.168.131.1 port 2000

A continuación se configura el servidor TFTP en el router (asegúrate previamente de que los ficheros que necesitas están cargados en el router) tftp-server flash:P00303020214.bin tftp-server flash:CP79050101SCCP030530B.sbin

Ahora se crean los ficheros de los teléfonos en el call manager a partir de los archivos .bin que se acaban de cargar. Para ello se incluye el siguiente comando: create cnf-files

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En tercer lugar se configuran los teléfonos IP en el router. Antes de configurarlos conecta los teléfonos IP a los puertos correspondientes del catalyst. Después con “show ephone” comprueba que los teléfonos han sido reconocidos. Apunta las direcciones IP que les asigna el dhcp ¿son direcciones de la red de datos o de voz? Comprueba la conectividad desde la consola del router. Apunta también las direcciones MAC correspondientes a cada ephone. Ahora ya se pueden configurar los teléfonos. Es necesario tener en cuenta que CISCO distingue teléfonos (ephones) y números de directorio (ephone-dn). Un ejemplo de configuración para los tres teléfonos disponibles en la práctica podría ser (tened en cuenta que los teléfonos 7940 permiten dos números de directorio mientras que el 7905 sólo permite 1) ephone-dn 1 number 1234 name Paco ! ephone-dn 2 number 6543 name Maria ! ephone-dn 11 number 3265 name Pepe ! ephone-dn 20 number 1000 name telefonistas ! ephone-dn 21 number 2000 name servicio tecnico !

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Ahora se asignan los números de directorio definidos anteriormente a los teléfonos. Importante: El router asigna el número de ephone en el orden en que se conectan los teléfonos. La dirección MAC es única y propia de cada teléfono. En definitiva, hay que asegurarse de qué MAC corresponde a cada ephone a la hora de configurarlo. ephone X (número ephone correspondiente a esta dirección mac: 1, 2 ó 3) macaddress 0011.93CE.F038 button 1:1 2:20 ! ephone Y (número ephone correspondiente a esta dirección mac: 1, 2 ó 3) macaddress 0011.5CD8.A724 button 1:11 (éste teléfono solo permite un número) ! ephone Z (número ephone correspondiente a esta dirección mac: 1, 2 ó 3) macaddress 0011.9271.3EEC button 1:2 2:21 ! !

Una vez configurado es necesario desconectar y volver a conectar los teléfonos para que carguen la nueva configuración o resetear el router.

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5. Resultados Esperados

La necesidad de calidad de servicio en voz sobre IP garantiza la óptima trasmisión de este servicio. Al culminar el desarrollo de este proyecto, se lograron los siguientes resultados:  Brindar garantías para la voz sobre IP sobre el resto del tráfico de la red, esto se garantizo reservando el ancho de banda requerido para su transmisión y funcionamiento.  El retardo es relativamente pequeño cuando se realizo el escenario de prueba con la implementación de calidad de servicio en los Routers utilizados.  Implementación de software Generador de tráfico, para determinar la calidad de servicio en Voz sobre IP (VoIP) en entornos de prueba.

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6. Conclusiones

Los resultados obtenidos en la etapa de pruebas acerca del funcionamiento de la calidad de servicio en Voz IP, permite saber de antemano que la solución propuesta aporta experiencia en el tema de análisis perceptivos de la calidad del habla y la telefonía IP. Aunque no se implementó toda la capacidad, es importante anotar que a partir de la utilización de más métodos de QoS, se puede mejorar más en el trafico de otros teléfonos IP y aplicaciones afines. La implementación de funciones de reproducción y grabación de archivos de voz en tiempo real dentro del teléfono, es una herramienta muy útil que permitió la integración y convergencia de las aplicaciones. Eso constituye una ayuda adicional en la que se podría implementar nuevas características como por ejemplo correo de voz. De acuerdo a las observaciones preliminares realizadas y la evolución de los algoritmos de enrutamiento y aplicación de políticas, se puede afirmar que la solución cumple con el objetivo general propuesto satisfaciendo las expectativas. Se pudo comprobar que la respuesta del sistema frente al retardo no es lo suficientemente acertado si este no lleva QoS. Esta observación indica que la implementación puede llegar a ser útil para el mejoramiento del comportamiento de una llamada. Es interesante trabajar con la telefonía IP debido a que se estudian todas las capas que intervienen en un sistema de comunicación de este tipo. 50


7. Referencias

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3768/1/54630-1.pdf

http://proyectovoip.com/voip1.htm

http://www.um.edu.uy/_upload/_investigacion/web_investigacion_62_Medid adelacalidaddevozenredesIP-JJoskowiczyRSotelo-revistaUM.pdf

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8. Bibliografía

Cabezas, J. (2007). Sistemas de telefonía. Editorial Paraninfo. España.

Huidobro, J. y Roldan, D. (2006). Tecnología VoIP y tecnología IP: La telefonía por Internet. Creaciones Copyright. Madrid

Wallace, K. (2011). Implementing Cisco Unified Communications Voice Over IP and QoS (Cvoice).Cisco Press.

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9. Anexos FORMULARIO DE LA DESCRIPCIÓN DE LA TESIS O DEL TRABAJO DE GRADO TÍTULO COMPLETO DE LA TESIS O TRABAJO DE GRADO :

IMPLEMENTACION DE CALIDAD DE SERVICIO EN VOZ IP SUBTÍTULO, SI LO TIENE:

__________________________________________________________________ _________________________________________________________ AUTOR AUTORES Apellidos Completos

Nombres Completos

CAÑAS CERVANTES MARDINI BOVEA GARCIA PERTUZ

RODOLFO JOSE JOHAN DAVID ROBERTO FABIO

DIRECTOR (ES) Apellidos Completos

Nombres Completos

ARIZA COLPAS

PAOLA PATRICIA

JURADO (S) Apellidos Completos

Nombres Completos

CARO PEREZ

LUIS FERNANDO

ASESOR (ES) O CODIRECTOR Apellidos Completos

Nombres Completos

SALCEDO MORILLO

DIXON DAVID

TRABAJO PARA OPTAR AL TÍTULO DE: ESPECIALISTA EN REDES CONVERGENTES FACULTAD: INGENIERIA PROGRAMA: Pregrado ____ Especialización X NOMBRE DEL PROGRAMA ESPECIALIZACION EN REDES CONVERGENTES

CIUDAD: Barranquilla

AÑO DE PRESENTACIÓN DEL TRABAJO DE GRADO: 2012

NÚMERO DE PÁGINAS 72


TIPO DE ILUSTRACIONES: Ilustraciones Láminas

Planos Mapas

Retratos

Fotografías

Tablas, gráficos y diagramas MATERIAL ANEXO (Vídeo, audio, multimedia o producción electrónica): Duración del audiovisual: ___________ minutos. Número de casetes de vídeo: ______ Formato: VHS ___ Beta Max ___ ¾ ___ Beta Cam ____ Mini DV ____ DV Cam ____ DVC Pro ____ Vídeo 8 ____ Hi 8 ____ Otro. Cuál? _____ Sistema: Americano NTSC ______ Europeo PAL _____ SECAM ______ Número de casetes de audio: ________________ Número de archivos dentro del DVD (En caso de incluirse un DVD diferente al trabajo de grado): _____________________________________________________________________ PREMIO O DISTINCIÓN (En caso de ser LAUREADAS o tener una mención especial): ____________________________________________________________________________ DESCRIPTORES O PALABRAS CLAVES EN ESPAÑOL E INGLÉS: Son los términos que definen los temas que identifican el contenido. (En caso de duda para designar estos descriptores, se recomienda consultar con la Unidad de Procesos Técnicos de la Unidad de información en el correo biblioteca@cuc.edu.co, donde se les orientará). ESPAÑOL

INGLÉS

Calidad de Servicio

Quality of Service

Redes

Network

VoIP

VoIP


RESUMEN DEL CONTENIDO EN ESPAÑOL E INGLÉS:(Máximo 250 palabras-1530 caracteres):

En las redes de voz y datos compartidos, muchas veces nos encontramos con problemas de sonido y ecos entre terminales VoIP. Con QoS podemos priorizar el tráfico de VoIP sobre el resto de servicios IP, incluso reservarle un ancho de banda exclusivo.

In voice networks and data sharing, we often encounter problems of sound and echoes between VoIP terminals. QoS can prioritize VoIP traffic over other IP services, including book a dedicated bandwidth.


Barranquilla, 10 de Abril de 2012

Implementacion de QoS en VoIP Yo______________________________________________________, identificado con C.C. No. ________________, actuando en nombre propio y como autor de la tesis y/o trabajo de grado titulado____________________________________________________ ______________________________________________________ presentado y aprobado en el año _______ como requisito para optar al título de _______________________________________________________________; hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso, en formato digital o electrónico (DVD) y autorizo a la CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, para que en los términos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, Decisión Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y demás normas generales sobre la materia, utilice y use en todas sus formas, los derechos patrimoniales de reproducción, comunicación pública, transformación y distribución (alquiler, préstamo público e importación) que me corresponden como creador de la obra objeto del presente documento. Y autorizo a la Unidad de información, para que con fines académicos, muestre al mundo la producción intelectual de la Corporación Universitaria de la Costa, a través de la visibilidad de su contenido de la siguiente manera: Los usuarios puedan consultar el contenido de este trabajo de grado en la página Web de la Facultad, de la Unidad de información, en el repositorio institucional y en las redes de información del país y del exterior, con las cuales tenga convenio la institución y Permita la consulta, la reproducción, a los usuarios interesados en el contenido de este trabajo, para todos los usos que tengan finalidad académica, ya sea en formato DVD o digital desde Internet, Intranet, etc., y en general para cualquier formato conocido o por conocer. El AUTOR - ESTUDIANTES, manifiesta que la obra objeto de la presente autorización es original y la realizó sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra es de su exclusiva autoría y detenta la titularidad ante la misma. PARÁGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestión, EL ESTUDIANTE - AUTOR, asumirá toda la responsabilidad, y saldrá en defensa de los derechos aquí autorizados; para todos los efectos, la Universidad actúa como un tercero de buena fe.


Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y tenor, en Barranquilla D.E.I.P., a los ____dĂ­as del mes de _____________de Dos Mil ________200___ EL AUTOR - ESTUDIANTE.__________________________________ FIRMA


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Implementacion de QoS en VoIP Yo ______________________________________________________, identificado con C.C. No. ________________, actuando en nombre propio y como autor de la tesis y/o trabajo de grado titulado____________________________________________________ ______________________________________________________ presentado y aprobado en el año _______ como requisito para optar al título de _______________________________________________________________; hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso, en formato digital o electrónico (DVD) y autorizo a la CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, para que en los términos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, Decisión Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y demás normas generales sobre la materia, utilice y use en todas sus formas, los derechos patrimoniales de reproducción, comunicación pública, transformación y distribución (alquiler, préstamo público e importación) que me corresponden como creador de la obra objeto del presente documento. Y autorizo a la Unidad de información, para que con fines académicos, muestre al mundo la producción intelectual de la Corporación Universitaria de la Costa, a través de la visibilidad de su contenido de la siguiente manera: Los usuarios puedan consultar el contenido de este trabajo de grado en la página Web de la Facultad, de la Unidad de información, en el repositorio institucional y en las redes de información del país y del exterior, con las cuales tenga convenio la institución y Permita la consulta, la reproducción, a los usuarios interesados en el contenido de este trabajo, para todos los usos que tengan finalidad académica, ya sea en formato DVD o digital desde Internet, Intranet, etc., y en general para cualquier formato conocido o por conocer. El AUTOR - ESTUDIANTES, manifiesta que la obra objeto de la presente autorización es original y la realizó sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra es de su exclusiva autoría y detenta la titularidad ante la misma. PARÁGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestión, EL ESTUDIANTE - AUTOR, asumirá toda la responsabilidad, y saldrá en defensa de los derechos aquí autorizados; para todos los efectos, la Universidad actúa como un tercero de buena fe.


Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y tenor, en Barranquilla D.E.I.P., a los ____dĂ­as del mes de _____________de Dos Mil ________200___ EL AUTOR - ESTUDIANTE.__________________________________ FIRMA


Barranquilla, 10 de Abril de 2012

Implementacion de QoS en VoIP Yo ______________________________________________________, identificado con C.C. No. ________________, actuando en nombre propio y como autor de la tesis y/o trabajo de grado titulado____________________________________________________ ______________________________________________________ presentado y aprobado en el año _______ como requisito para optar al título de _______________________________________________________________; hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso, en formato digital o electrónico (DVD) y autorizo a la CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, para que en los términos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, Decisión Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y demás normas generales sobre la materia, utilice y use en todas sus formas, los derechos patrimoniales de reproducción, comunicación pública, transformación y distribución (alquiler, préstamo público e importación) que me corresponden como creador de la obra objeto del presente documento. Y autorizo a la Unidad de información, para que con fines académicos, muestre al mundo la producción intelectual de la Corporación Universitaria de la Costa, a través de la visibilidad de su contenido de la siguiente manera: Los usuarios puedan consultar el contenido de este trabajo de grado en la página Web de la Facultad, de la Unidad de información, en el repositorio institucional y en las redes de información del país y del exterior, con las cuales tenga convenio la institución y Permita la consulta, la reproducción, a los usuarios interesados en el contenido de este trabajo, para todos los usos que tengan finalidad académica, ya sea en formato DVD o digital desde Internet, Intranet, etc., y en general para cualquier formato conocido o por conocer. El AUTOR - ESTUDIANTES, manifiesta que la obra objeto de la presente autorización es original y la realizó sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra es de su exclusiva autoría y detenta la titularidad ante la misma. PARÁGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestión, EL ESTUDIANTE - AUTOR, asumirá toda la responsabilidad, y saldrá en defensa de los derechos aquí autorizados; para todos los efectos, la Universidad actúa como un tercero de buena fe.


Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y tenor, en Barranquilla D.E.I.P., a los ____dĂ­as del mes de _____________de Dos Mil ________200___ EL AUTOR - ESTUDIANTE.__________________________________ FIRMA

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