Le pedimos a la inteligencia artificial que nos hable sobre la calidad de servicio Q0S en routers
La Calidad de Servicio (QoS) en routers es un conjunto de técnicas y herramientas que permiten a los administradores de red gestionar el tráfico de manera inteligente, asegurando que las aplicaciones críticas reciban el ancho de banda, la latencia y la confiabilidad necesarios para funcionar óptimamente. Los routers son puntos cruciales para la implementación de QoS, especialmente en los bordes de la red (donde se conectan a la WAN o a otras redes externas) y en los puntos de interconexión entre diferentes segmentos de red (como las VLANs).¿Por qué los Routers son Clave para QoS?
Los routers operan en la Capa 3 del modelo OSI (la capa de red), lo que les permite ver y tomar decisiones de enrutamiento basadas en direcciones IP. Esta capacidad es fundamental para QoS porque:
Enrutamiento entre Subredes: Las aplicaciones de QoS necesitan aplicarse en los puntos donde el tráfico puede encontrar congestión. Los routers son el lugar natural para que el tráfico de diferentes subredes (incluidas las VLANs) se intercepte y compita por los recursos.
Control del Tráfico WAN: La conexión a Internet (WAN) suele ser el mayor cuello de botella en una red. Los routers en el borde de la WAN son el lugar ideal para aplicar políticas de QoS para priorizar el tráfico saliente y gestionar el entrante.
Visibilidad y Control Granular: Los routers modernos ofrecen capacidades sofisticadas para clasificar, marcar y gestionar el tráfico, permitiendo un control muy granular sobre cómo se trata cada tipo de dato.
Componentes de QoS en Routers
La configuración de QoS en un router generalmente sigue un modelo modular, donde se definen clases de tráfico y luego se les aplican políticas. Los componentes principales son:
1. Clasificación (Classification)
Es el primer paso y consiste en identificar y agrupar el tráfico según sus características. Un router debe saber qué tipo de tráfico es antes de poder aplicarle alguna política de QoS.
Listas de Acceso ( Access Lists - ACLs ): Permiten identificar el tráfico basándose en direcciones IP de origen/destino, puertos (TCP/UDP), y protocolos. Es una de las formas más comunes de clasificación.
Ejemplo: Clasificar el tráfico VoIP buscando puertos RTP (16384-32767 UDP) y SIP (5060 UDP/TCP).
Clases de Tráfico ( Class Maps ): En la mayoría de los routers modernos (como los Cisco con MQC - Modular QoS CLI), las ACLs o otros criterios se agrupan en "class-maps". Un class-map define una clase de tráfico específica.
NBAR ( Network-Based Application Recognition ): Una función avanzada que permite a los routers identificar aplicaciones basándose no solo en puertos y protocolos, sino también en patrones de tráfico y firmas de aplicación. Esto es útil para clasificar aplicaciones que usan puertos dinámicos o que intentan evadir la detección.
IP Precedence / DSCP (Differentiated Services Code Point): El router puede clasificar el tráfico basándose en estas marcas que ya vienen en el encabezado IP. Esto es fundamental para un modelo de QoS de extremo a extremo, donde los switches (en la LAN) o incluso los dispositivos finales (teléfonos IP) pueden haber marcado el tráfico previamente.
2. Marcado (Marking)
Una vez que el tráfico ha sido clasificado, se le puede "marcar" para que los dispositivos posteriores en la red (otros routers, switches) reconozcan su prioridad sin tener que volver a clasificarlo.
DSCP ( Differentiated Services Code Point ): El método de marcado más común y recomendado en la Capa 3. Un valor de 6 bits en el encabezado IP (parte del campo ToS - Type of Service) que indica la prioridad y el comportamiento de reenvío que debe recibir el paquete.
Valores clave para VoIP
EF (Expedited Forwarding) o DSCP 46 : Para tráfico de voz (RTP), indicando la máxima prioridad para baja latencia, bajo jitter y baja pérdida.
AF41 (Assured Forwarding Class 4, Drop Probability Low) o DSCP 34 : A menudo utilizado para tráfico de videoconferencia o señalización de voz.
CS3 (Class Selector 3) o DSCP 24 / AF31 o DSCP 26 : Para señalización SIP.
IP Precedence: Un método de marcado más antiguo (3 bits en el encabezado IP) que ha sido reemplazado en gran medida por DSCP.
CoS (Class of Service - IEEE 802.1p): Un valor de 3 bits en el encabezado de la trama Ethernet (Capa 2), utilizado principalmente en switches con VLANs. Los routers pueden traducir o reescribir DSCP a CoS y viceversa en interfaces troncales.
3. Gestión de Congestión (Congestion Management)
Estos son los algoritmos que el router utiliza para gestionar las colas de paquetes cuando el tráfico excede la capacidad del enlace. Es donde se implementa la "priorización".
Colas (Queuing): El router tiene buffers o colas donde los paquetes esperan antes de ser transmitidos.
FIFO (First-In, First-Out): El método predeterminado. Los paquetes se envían en el orden en que llegan. No hay priorización.
PQ (Priority Queuing): Crea colas de prioridad estricta. El tráfico de la cola de más alta prioridad se envía completamente antes de que se envíe cualquier tráfico de colas de menor prioridad. Puede causar inanición para el tráfico de baja prioridad.
WFQ (Weighted Fair Queuing): Asigna un peso a cada flujo de tráfico y garantiza un cierto porcentaje de ancho de banda. Evita la inanición pero no da una prioridad estricta.
CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing): Una mejora de WFQ que permite al administrador definir clases de tráfico y asignarles un ancho de banda garantizado.
LLQ (Low Latency Queuing): Es la combinación más recomendada para VoIP. Combina una cola de prioridad estricta (PQ) para el tráfico sensible al retardo (como voz, marcado como EF) y utiliza CBWFQ para el resto del tráfico. Esto asegura que la voz siempre tenga preferencia, mientras que otros tipos de tráfico reciben un trato justo.
4. Prevención de Congestión (Congestion Avoidance)
Estos mecanismos intentan evitar que las colas de paquetes se llenen por completo, descartando paquetes selectivamente antes de que la congestión se vuelva severa.
RED (Random Early Detection): Comienza a descartar paquetes aleatoriamente antes de que las colas se saturen por completo. Esto actúa como una señal para los protocolos de capa de transporte (como TCP) para que reduzcan su tasa de envío, evitando la "cola llena-descarte de cola" (tail drop), que es menos eficiente.
WRED (Weighted Random Early Detection): Una mejora de RED que permite configurar diferentes umbrales de descarte y probabilidades de descarte para diferentes clases de tráfico, basándose en sus marcas DSCP.
5. Modelado y Policía (Shaping and Policing)
Estas herramientas se utilizan para controlar la tasa de tráfico que se envía o recibe en una interfaz.
Policía (Policing): Descarta o remarcados paquetes que exceden una cierta tasa configurada. Los paquetes que "no cumplen" son descartados inmediatamente o se les asigna una prioridad más baja. Se aplica comúnmente en el ingreso (inbound) del tráfico.
Modelado (Shaping): Almacena en búfer (buffer) el tráfico que excede una tasa configurada y lo envía más tarde cuando el ancho de banda está disponible. Esto "suaviza" las ráfagas de tráfico, evitando la congestión. Se aplica comúnmente en el egreso (outbound) del tráfico, especialmente en los enlaces WAN.
Proceso de Configuración de QoS en Routers (Ejemplo Cisco IOS) La mayoría de los routers modernos (especialmente los de Cisco) utilizan el Modular QoS CLI (MQC) para configurar QoS. Sigue estos pasos generales:
Definir Clases de Tráfico (class-map):
Identifica el tráfico que deseas priorizar.
Router(config)# class-map match-all VOICE_RTP
Router(config-cmap)# match ip dscp ef // Clasifica el tráfico con DSCP EF (voz)
Router(config-cmap)# exit
Router(config)# class-map match-all VOICE_SIGNALING
Router(config-cmap)# match ip dscp af31 // Clasifica el tráfico con DSCP AF31 (señalización)
Router(config-cmap)# exit
Router(config)# class-map match-all BULK_DATA
Router(config-cmap)# match access-group name BULK_TRAFFIC // Clasifica tráfico de descarga
Router(config-cmap)# exit
Definir Políticas de Tráfico (policy-map):
Define las acciones de QoS que se aplicarán a cada clase de tráfico. Aquí es donde se configuran las colas, el marcado, el modelado, etc.
Router(config)# policy-map QOS_POLICY_WAN
Router(config-pmap)# class VOICE_RTP
Router(config-pmap-c)# priority percent 20 // Asigna el 20% del ancho de banda de la interfaz con prioridad estricta
Router(config-pmap-c)# exit
Router(config-pmap)# class VOICE_SIGNALING
Router(config-pmap-c)# bandwidth percent 5 // Garantiza el 5% del ancho de banda
Router(config-pmap-c)# exit
Router(config-pmap)# class BULK_DATA
Router(config-pmap-c)# fair-queue // Usa WFQ para este tráfico
Router(config-pmap-c)# shape average 1000000 // Limita el tráfico a 1 Mbps (modelado)
Router(config-pmap-c)# exit
Router(config-pmap)# class class-default // Clase para todo el tráfico no clasificado
Router(config-pmap-c)# fair-queue
Router(config-pmap-c)# exit
Nota sobre priority percent: Este comando habilita LLQ para la clase especificada, garantizando ancho de banda y baja latencia. El porcentaje se toma del ancho de banda total de la interfaz.
Aplicar la Política a una Interfaz (service-policy):
La política de QoS se aplica a una interfaz física o subinterfaz, en una dirección específica (entrada input o salida output). La mayoría de las veces, la QoS de salida es más efectiva en los cuellos de botella.
Router(config)# interface GigabitEthernet0/0 // Tu interfaz WAN
Router(config-if)# service-policy output QOS_POLICY_WAN
Router(config-if)# exit
Mejores Prácticas y Consideraciones Clave
QoS no Crea Ancho de Banda: Es crucial entender que QoS no aumenta el ancho de banda de tu enlace. Solo gestiona cómo se utiliza el ancho de banda existente. Si tu conexión WAN es de 10 Mbps y necesitas 20 Mbps para tus aplicaciones, QoS no podrá resolver el problema de capacidad.
De Extremo a Extremo (End-to-End QoS): Para que QoS sea realmente efectiva, debe implementarse en todos los dispositivos a lo largo de la ruta del tráfico (switches LAN, routers WAN, e incluso en los dispositivos finales). Un router que recibe tráfico ya marcado puede actuar más eficientemente.
Marcar Cerca de la Fuente: Lo ideal es que el tráfico se marque lo más cerca posible de donde se origina (ej. un teléfono IP marcando sus propios paquetes RTP con DSCP EF). Esto asegura que la marca persista a través de la red.
Modelado en la Salida (Outbound Shaping): El modelado de tráfico es más efectivo cuando se aplica a la salida del router, en el enlace de menor velocidad (generalmente el enlace WAN). Esto evita que el router envíe más tráfico del que el enlace puede manejar, lo que podría provocar descartes por parte del ISP.
Control de Admisión de Llamadas (CAC): Para VoIP, en entornos con ancho de banda limitado, considera implementar CAC para evitar que se establezcan más llamadas de las que el ancho de banda disponible puede soportar con buena calidad.
Monitoreo y Ajuste: La configuración de QoS no es una tarea de "configurar y olvidar". Monitorea constantemente el rendimiento de la red (latencia, jitter, pérdida de paquetes, utilización de ancho de banda) y ajusta las políticas de QoS según sea necesario para mantener la calidad de servicio deseada. Herramientas como show policy-map interface en Cisco te darán estadísticas en tiempo real.
Documentación: Documenta cada clase, política y su aplicación. Esto es vital para la resolución de problemas y futuras modificaciones.
La implementación de QoS en routers es una disciplina compleja pero fundamental para garantizar un rendimiento óptimo de las aplicaciones críticas en tu red, especialmente aquellas sensibles a la latencia como VoIP y video.
