Logic Linux

Administración de Ancho de Banda

Problemática

El principal inconveniente con las conexiones habituales es que el upstream de los routers/módems de estos servicios está limitado a, por ejemplo, 128kbps, mientras que el equipo que actúa como gateway le envía datos desde la red interna a una velocidad de al menos 10Mbps.

Esto provoca un gran inconveniente. Los routers provistos por el proveedor disponen de una cola del tipo FIFO (primero entrado, primero salido), que se llena rápidamente y puede tardar entre 2 y 3 segundos en vaciarse. Lo que significa que cualquier paquete que requiera salida a Internet, debe esperar este tiempo, si tiene la suerte de no ser descartado y regenerado.

Tal vez no resulte esto un problema en aplicaciones de transferencia de datos tipo FTP, o bien en la salida de la cola de mensajes (SMTP). Pero sin dudas resultará un inconveniente serio en aplicaciones que requieran alguna respuesta rápida: telnet, ssh, voz-sobre-IP, IPSec, y hasta los paquetes ACK enviados por el mismo gateway cuando recibe cualquier otro tipo de paquete TCP (haciendo más lenta hasta la navegación HTTP por ejemplo, aún habiendo disponibilidad de ancho de banda en el downstream).

Gerenciamiento del Upstream

Los paquetes que salen del gateway conectado a Internet lo hacen a la mayor velocidad posible, siendo ésta del orden de los 10Mbps (o más). En consecuencia, la cola del router se llena y empiezan las demoras y los descartes de paquetes.

El descarte de paquetes no es un problema en sí, ya que TCP está diseñado para aprovechar el mayor ancho de banda posible, y el paquete será reenviado. El inconveniente se presenta con las aplicaciones de tiempo real, que no pueden esperar 3 segundos para salir a Internet.

Una solución a este problema sería limitar el tráfico saliente desde el gateway Linux, pero de una manera inteligente. Se puede implementar una cola multibanda y jerárquica, como HTB (Hierarchical Token Bucket).

Hierarchical Token Bucket (HTB)

Con HTB podemos limitar la tasa a la cual el gateway envía paquetes al router. Para asegurar una baja latencia, debemos estar seguros de que ni un solo paquete quede encolado en el FIFO del router. Para esto, se acota la salida de paquetes desde el gateway Linux y se clasifican los paquetes por clases, según la prioridad.

Se dice que HTB es una cola multibanda porque permite generar varias colas "paralelas". Por ejemplo podemos crear 4 colas, de la 0 a la 3. También se dice que es jerárquica porque acepta clasificación de paquetes por clases. Volviendo al ejemplo anterior, podríamos especificar la banda 0 como la de mayor prioridad, y la banda 3 como la de menor prioridad.

Con un esquema de este tipo, los paquetes de tiempo real asignados a una cola de mayor prioridad saldrán siempre, aún habiendo paquetes en una cola de menor prioridad.

Se puede pensar que los paquetes de baja prioridad no saldrán nunca si una banda de mayor prioridad tiene tráfico permanente. Esto no sucede debido a que se puede garantizar un ancho de banda mínimo por cola. Tampoco hay desperdicio si hay bandas ociosas: las colas con mucha demanda de tráfico pueden tomar control del ancho de banda sin uso.

Gerenciamiento del Downstream y mejora de los tiempos de respuesta

Un saturamiento del downstream de la conexión puede traer aparejados diferentes inconvenientes. Para empezar, podría generar demoras en la recepción de los paquetes ACK de los peers remotos, provocando el reenvío innecesario de paquetes IP con el consecuente desperdicio de upstream. Otro asunto aún mas importante está relacionado con las aplicaciones en tiempo real: los trabajos con telnet, ssh y similares se pueden ver seriamente afectados.

Para esto se puede gerenciar también el downstream. Si bien es un proceso un poco menos controlado que el inverso (no se lo puede pedir a un peer explícitamente que envíe menos datos), hay formas de lograrlo gracias a las capacidades de TCP.

Se puede hacer uso de un IMQ (Intermediate Queuing Device) que coloca el tráfico entrante en una cola similar a la HTB, pero con un mecanismo de Random Early Dop (RED) para descartar paquetes aleatoriamente. Esto genera que el nodo remoto baje la velocidad de transmisión debido a un aparente problema en la conexión existente.

Herramientas de Administración

La solución provista por Logic no consiste sólo del diseño y la implementación del Administrador de Ancho de Banda, sino que también provee capacitación para el Administrador así como también herramientas necesarias para la modificación y la actualización del setup.