Redes de DatosRedes de Datos-- Congestión en Congestión en Redes de DatosRedes de Datos-- Congestión en Congestión en redes de datosredes de datosJhon Jairo Padilla Aguilar, PhD.UPB BucaramangaUPB Bucaramanga

CongestiónCongestiónCongestiónCongestión

Sucede cuando el número de paquetes Sucede cuando el número de paquetes que se transmite sobre una red comienza a acercarse al límite de la capacidad de gestión de estagComo consecuencia, las prestaciones de la red disminuyen drásticamentela red disminuyen drásticamente

Control de la congestiónControl de la congestiónControl de la congestiónControl de la congestión

El objetivo es mantener el número de El objetivo es mantener el número de paquetes en la red por debajo del nivel para el que decaen dramáticamente las prestacionesp

El fenómenoEl fenómenoEl fenómenoEl fenómeno

Una red de datos es una red de colasEn cada nodo existe una cola de paquetes p qasociada a cada enlace de salidaEl tamaño de las colas crece sin límite si la velocidad de llegada de paquetes es mayor que la velocidad de salida.En esta situación, el retardo de las colas tiende a infinitoinfinito

Colas en un nodoColas en un nodoColas en un nodoColas en un nodo

16/05/2008

El fenómenoEl fenómenoEl fenómenoEl fenómeno

En la práctica si la velocidad de llegada es En la práctica si la velocidad de llegada es mayor o igual al 80% de la velocidad de salida, el tamaño de las colas crece drásticamenteEl tamaño de las colas es finito por lo que se desbordan perdiéndose paquetesse desbordan, perdiéndose paquetes

Alternativas ante la congestiónAlternativas ante la congestiónAlternativas ante la congestiónAlternativas ante la congestión

Descartar los paquetes de entrada para Descartar los paquetes de entrada para los que no exista memoria disponibleEl nodo podría implementar un método de control de flujo sobre sus vecinos de jforma que el tráfico sea manejable

Problemas con el control de flujoProblemas con el control de flujoProblemas con el control de flujoProblemas con el control de flujo

L tió t t d l dLa congestión en un punto se propaga a toda la red

Funcionamiento ideal de una redFuncionamiento ideal de una redFuncionamiento ideal de una redFuncionamiento ideal de una redCondiciones ideales:Condiciones ideales:◦ Memorias temporales infinitas◦ No existe costo asociado a la transmisión de No existe costo asociado a la transmisión de

paquetes ni al control de congestiónRendimiento: # de paquetes entregados al p q gHost DestinoCarga: # de paquetes transmitidos por los g p q psistemas finales origenPotencia = Rendimiento / Retardo

DesempeñoDesempeñoId l d Id l d Ideal de una Ideal de una redredredred

16/05/2008Jhon Jairo Padilla Redes de datos

Funcionamiento real de una redFuncionamiento real de una redFuncionamiento real de una redFuncionamiento real de una red

Condiciones reales:Condiciones reales:◦ Memorias temporales finitas (se rebosan)◦ El control de congestión consume capacidad

de la red debido al intercambio de señales de control

Efectos de la Efectos de la Efectos de la Efectos de la congestión congestión congestión congestión sin controlsin control

16/05/2008Jhon Jairo Padilla Redes de datos

Estado de no congestiónEstado de no congestiónEstado de no congestiónEstado de no congestión

El rendimiento de la red aumenta El rendimiento de la red aumenta conforme lo hace la cargaLlega un momento en que si la carga sigue creciendo, el rendimiento de la red ,aumenta pero en menor proporción (congestión moderada)(congestión moderada)

Congestión moderadaCongestión moderadaCongestión moderadaCongestión moderadaLa red sigue cursando el tráfico que le entra La red sigue cursando el tráfico que le entra pero con un incremento en el retardo cada vez mayoryComportamiento real:◦ La carga no se distribuye uniformemente a través de La carga no se distribuye uniformemente a través de

la red◦ La red trata de equilibrar cargas encaminando

paquetes por zonas menos congestionadas◦ Los nodos intercambian mayor señalización para

evadir la congestiónevadir la congestión◦ Se reduce la capacidad disponible para datos

Congestión SeveraCongestión SeveraCongestión SeveraCongestión SeveraA medida que aumenta la carga el tamaño de A medida que aumenta la carga, el tamaño de las colas sigue creciendoSe llega a un momento en que el rendimiento Se llega a un momento en que el rendimiento decae al aumentar la carga de entrada (hasta casi cero))◦ Memorias temporales finitas que se rebosan y pierden

paquetes◦ Se deben retransmitir los paquetes rechazados

(sist.finales) además de los nuevosS d b t iti t fi ió ◦ Se deben retransmitir paquetes cuya confirmación tarda demasiado (capa de transporte)

Control de CongestiónControl de CongestiónControl de CongestiónControl de Congestión

Mecanismos existentes:Mecanismos existentes:◦ Contrapresión◦ Paquetes de obstrucción◦ Señalización implícita de la congestiónp g◦ Señalización explícita de la congestión

Mecanismos para el control de la Mecanismos para el control de la congestióncongestión

ContrapresiónContrapresiónContrapresiónContrapresiónEfecto similar a la contrapresión en Efecto similar a la contrapresión en fluidos que caen por un tuboSi i l t fi l d l t b l Si se cierra el extremo final del tubo, el líquido ejerce una presión hacia el origen, d d l fl j ldonde el flujo es nuloPuede hacerse a nivel de enlaces o conexiones lógicasSe usan los métodos de control de flujoj

ContrapresiónContrapresiónContrapresiónContrapresión

La restricción de flujo se propaga desde el destino porlos nodos de la ruta hacia el origen

ContrapresiónContrapresiónContrapresiónContrapresiónSe puede aplicar selectivamente a algunas Se puede aplicar selectivamente a algunas conexiones lógicas de mayor tráficoS d d i t d Se puede usar en redes orientadas a conexión y permiten control de flujo a i l d lnivel de enlace

Ejemplo: X.25 (FR, ATM, Internet no presentan esta característica)

Paquetes de obstrucciónPaquetes de obstrucciónPaquetes de obstrucciónPaquetes de obstrucción

Al presentarse congestión en un nodo Al presentarse congestión en un nodo, este envía un paquete de control por la ruta inversa del paquete hasta el nodo origen o estación origen, que deberá g g qreducir el tráficoEjemplo: Protocolo ICMP (Internet Ejemplo: Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol)

Ejemplo: Control de congestión con Ejemplo: Control de congestión con ICMPICMPICMP d l ó d l ICMP tiene un mensaje de ralentización del emisor (SOURCE QUENCH)Puede ser enviado por un nodo o por el sistema Puede ser enviado por un nodo o por el sistema final destino (se ha llenado su memoria temporal y debe rechazar datagramas IP)y g )Se envía un mensaje SOURCE QUENCH por cada Datagrama IP rechazadoEl sistema final origen reduce la velocidad de emisión de paquetes hasta que no reciba más paquetes de ralentizaciónpaquetes de ralentización

Señalización implícita de la Señalización implícita de la congestióncongestión

Las estaciones emisoras detectan la congestión Las estaciones emisoras detectan la congestión de la red y reducen el flujo de paquetes automáticamenteForma de detección de la congestión:◦ Se incrementa excesivamente el retardo de los Se incrementa excesivamente el retardo de los

paquetes enviados y el número de paquetes rechazados por el destino

Es responsabilidad de los sistemas finales (no precisa acciones por parte de los nodos)

óEfectiva en redes no orientadas a conexión (internet)

Ejemplo: InternetEjemplo: InternetEjemplo: InternetEjemplo: Internet

No hay conexiones lógicas en la redNo hay conexiones lógicas en la redSe establecen conexiones lógicas entre los sistemas finales usando el protocolo TCP (que usa control de flujo)(q j )TCP usa mecanismos de control de

tió ñ li ió i lí it d l congestión con señalización implícita de la congestión

Señalización explícita de la Señalización explícita de la congestióncongestión

La red alerta a los sistemas finales acerca del La red alerta a los sistemas finales acerca del incremento de la congestión en la redLos sistemas finales toman medidas oportunas Los sistemas finales toman medidas oportunas para reducir la carga de entrada a la redOperan sobre redes orientadas a conexión (FR Operan sobre redes orientadas a conexión (FR, ATM)Controlan el flujo de paquetes de conexiones Controlan el flujo de paquetes de conexiones individualesPuede hacerse: hacia atrás, hacia adelantePuede hacerse: hacia atrás, hacia adelante

Señalización hacia atrásSeñalización hacia atrásSeñalización hacia atrásSeñalización hacia atrás

Se envía un mensaje de notificación de congestión en sentido opuesto al sentido en que viajan los

d ió ló ipaquetes de una conexión lógicaEl mensaje indica que los paquetes transmitidos

b ió ló i d sobre esta conexión lógica pueden encontrar recursos congestionadosF d í d l jFormas de envío del mensaje:◦ Alterando bits en la cabecera de un paquete de datos

encabezado con la dirección del emisorencabezado con la dirección del emisor◦ Con un paquete de control diferente a los datos

Señalización hacia adelanteSeñalización hacia adelanteSeñalización hacia adelanteSeñalización hacia adelanteEl mensaje de notificación de congestión El mensaje de notificación de congestión se envía en el mismo sentido de los paquetes de datospaquetes de datosEl mensaje indica que un paquete dado

b ió ló i d d h sobre una conexión lógica dada ha encontrado recursos congestionadosFormas de transmitirlo: (bits, paquetes de control))

Señalización hacia adelanteSeñalización hacia adelanteSeñalización hacia adelanteSeñalización hacia adelante

En algunos sistemas el sistema final En algunos sistemas, el sistema final destino recibe la notificación y devuelve un eco de ella sobre la conexión lógica hacia el emisorEn otros sistemas el sistema final destino realiza un control de flujo sobre el realiza un control de flujo sobre el sistema final origen (a nivel de capa de

)transporte)

Tipos de señalización explícitaTipos de señalización explícitap pp pOtra clasificación puede hacerse según el criterio de control de flujo usadoBinarias:◦ Usan alteración de bits◦ El emisor reduce su flujo al recibir la notificaciónB d édiBasadas en crédito:◦ Se proporciona un crédito (octetos o paquetes) al emisor de una

conexión lógica◦ Cuando se agota el crédito no se envían más datos◦ Cuando se agota el crédito no se envían más datos◦ Usados con control de flujo extremo-extremoBasadas en velocidad:◦ Se le proporciona explícitamente un límite máximo de velocidad de Se le proporciona explícitamente un límite máximo de velocidad de

emisión de paquetes al emisor◦ Esto lo puede hacer cualquier nodo a lo largo de la ruta◦ Se hace mediante un mensaje de control