diseño e implementacion de una herramienta para el monitoreo de

DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UNA HERRAMIENTA PARA EL
MONITOREO DE PARAMETROS DE QOS EN REDES NGN
ALEXANDER SUAREZ RAMIREZ
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRÓNICA
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRÓNICA
SANTIAGO DE CALI
2013
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UNA HERRAMIENTA PARA EL
MONITOREO DE PARAMETROS DE QOS EN REDES NGN
ALEXANDER SUAREZ R
Pasantía Institucional para optar al título de ingeniero Electrónico y
Telecomunicaciones
Director
ZEIDA MARÍA SOLARTE
Ingeniero electrónico
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRÓNICA
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA
SANTIAGO DE CALI
2013
Nota de aceptación:
Aprobado por el Comité de
Grado en cumplimiento con
los requisitos exigidos por la
Universidad Autónoma de
Occidente para optar al título
de Ingeniero Electrónico y
Telecomunicaciones.
HELMUT RUBIO
Jurado
LEONARDO SAAVEDRA
Jurado
Santiago de Cali 26 de Abril del 2013
3
CONTENIDO
Pág.
RESUMEN
9
INTRODUCCIÓN
11
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
12
2. JUSTIFICACIÓN
13
3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
14
14
14
4. ANTECENDENTES
4.1. VQMANAGER
4.2. CISCO IOS SAA
4.3. D-ITG (DISTRIBUTED INTERNET TRAFFIC GENERATOR)
15
15
16
17
5. MARCO TEÓRICO
5.1. CALIDAD DE SERVICIO
5.2. HERRAMIENTAS DE DESARROLLO
5.2.1. Java.
5.2.2. Jpcap.
5.3 CONCEPTOS BÁSICOS REDES PRÓXIMA GENERACIÓN
5.4 ARQUITECTURA NGN
5.4.1.Estrato de transporte.
5.4.2. Estrato de servicio.
5.4.3. Estrato de gestión.
5.5. TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN REDES NGN
5.5.1. Acceso Wimax.
5.5.2. Acceso XDSL.
5.6. QoS
5.6.1Infraestructura.
5.6.2. Verificación.
19
19
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19
19
20
21
21
22
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22
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24
25
4
5.6.3. Contratación.
5.7. COMPONENTES ARQUITECTURA NGN
5.7.1. MG (MEDIA GETWAY).
5.7.2. MGC (MEDIA GATEWAY CONTROLLER).
5.8. CONCEPTOS BÁSICOSPARA LA CAPTURA DE PAQUETES
5.9. ESTRUCTURA PARA CAPTURA DE PAQUETES
5.10. ESTRUCTURA DEL FLUJO DE PAQUETES
5.10.1. Nivel de kernel.
5.10.2. Nivel de usuario.
5.11. FILTROS
5.11.1. BPF.
5.11.2. Esquema General Del Proceso De Captura BPF.
5.11.3. NPF.
29
29
30
31
31
32
32
33
34
34
34
35
36
6. DISEÑO DE LA HERRAMIENTA PARA EL MONITOREO DE
PARÁMETROS QOS
6.1. DISEÑO DEL SERVIDOR
6.1.1. Captura De Paquetes.
6.1.2. Almacenamiento De Paquetes.
6.1.3. Cálculo De Parámetros.
6.1.4. Almacenamiento De Parámetros De QoS.
6.1.5. Resultados En Pantalla.
6.2. DISEÑO DEL CLIENTE
6.2.1. Sincronización.
6.2.2. Captura De Paquetes Y Almacenamiento De Los Resultados.
38
38
39
40
40
41
42
42
42
45
7. DISEÑO DE LA INTERFAZ DE USUARIO EAGLE NETWORK SNIFFER
7.1. INTERFAZ GRÁFICA SERVIDOR
7.1.1. Ventana Principal.
7.1.2. Menú Archivo.
7.1.2.1 Iniciar
7.1.2.2. Reporte.
7.1.3. Ayuda.
7.2. INTERFAZ GRÁFICA CLIENTE
7.2.1. Ventana Principal.
7.2.2. Menú Archivo.
7.2.3. Menú Captura.
7.3. FILTROS
7.3.1. Configuración De Filtros Unidireccionales.
46
46
46
47
48
48
48
49
49
50
50
51
51
5
7.3.2. Configuración De Filtros Bidireccionales.
55
8. SIMULACIONES Y RESULTADOS
8.1. ANALISIS DE PARÁMETROS QoS PARA TRAFICO FTP
8.2. ANALISIS DE PARÁMETROS QoS PARA TRAFICO VoIP
56
56
58
9. CONCLUSIONES
61
BIBLIOGRAFÍA
62
6
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Gráfico de Reporte de Llamada
15
Figura 2. Flujo de Paquetes
16
Figura 3. Interfaz Gráfica D-Itg
18
Figura 4. Modelo Vertical
20
Figura 5. Modelo Horizontal
20
Figura 6: Capas en una Red Ngn
21
Figura 7. Arquitectura Qos
24
Figura 8. Red con Mecanismos Qos
25
Figura 9. Red con Mecanismos Qos
25
Figura 10. Arquitectura Ngn
30
Figura 11. Media Gateway
31
Figura 12. Estructura de la Captura de un Paquete
32
Figura 13. Flujo de los Paquetes
33
Figura 14. Proceso de Captura Bpf
35
Figura 15. Almacenamiento de los Paquetes
36
Figura 16. Estructura Winpcap
37
Figura 17. Diagrama de Flujo Principal Servidor
38
Figura 18. Diagrama de Flujo Captura De Paquetes
39
Figura 19. Diagrama de Flujo Cálculo De Parámetros
41
Figura 20. Diagrama de Flujo Principal Cliente
42
Figura 21. Flujo de los Paquetes
43
Figura 22. Esquema Interfaz de Usuário Servidor
46
Figura 23. Ventana Principal Eagle Network Sniffer
47
7
Figura 24. Ventana de Configuración Servidor Y Cliente
48
Figura 25. Ventana de Reporte Parámetros De Qos
48
Figura 26. Esquema Interfaz De Usuário Cliente
49
Figura 27. Ventana Principal Cliente
50
Figura 28. Ventana de Sincronización del Cliente
51
Figura 29. Ventana de Configuración Ens
52
Figura 30. Ventana de Configuración Ens
52
Figura 31. Ventana de Configuración Ens
53
Figura 32. Ventana de Configuración Ens
53
Figura 33. Ventana de Configuración Ens
54
Figura 34. Ventana de Configuración Ens
54
Figura 35. Esquema de Prueba Para Captura Y Análisis De Parámetros
Qos Para Una Llamada De Voip
55
Figura 36. Esquema de Prueba Y Análisis de Parámetros Qos Para Ftp 56
Figura 37. Esquema de Prueba Y Análisis de Parámetros Qos Para Voip 58
8
LISTA DE CUADROS
Cuadro 1. Evolución de Tecnología Wimax
23
Cuadro 2. Parámetros de Calidad De Servicios Para Los Distintos
Servicios en Redes Ngn
28
Cuadro 3. Resultados Obtenidos Para la Aplicación de Ftp Utilizando
Eagle Network Sniffer Y D-Itg
57
Cuadro 4. Comparación de Datos Obtenidos del Servicio de Ftp Con
Parámetros de Recomendación Y.1541
58
Cuadro 5. Resultados Obtenidos Para la Aplicación de Voip Utilizando
Eagle Network Sniffer Y D-Itg
59
Cuadro 6. Comparación de Datos Obtenidos del Servicio de Voip con
Parámetros de Recomendación Y.1541
9
60
RESUMEN
En la actualidad, es importante para los usuarios conocer la calidad de los
servicios de telecomunicación en las redes de nueva generación, tal y como se
venía realizando en la redes convencionales. Esto debido a que es necesario el
control de la calidad del servicio (QoS) que se ofrece por parte de los
proveedores de telecomunicaciones. El documento describe el proceso de
diseño adoptado para crear una herramienta que permite medir parámetros de
QoS. Se presentan una serie de pruebas, las cuales permiten comprobar en un
ambiente controlado y de manera conjunta con otros simuladores que los datos
obtenidos son válidos o coherentes.
Palabras claves: IP, Monitoreo, TCP, UDP, QoS, VoIP, NGN
10
INTRODUCCIÓN
Los operadores de telecomunicaciones en Colombia hace algunos años
ofrecían servicios de voz y datos en distintas infraestructura de red, esto ha
evolucionado en los últimos años para ofrecer la voz y los datos en una sola
infraestructura de datos conocida como Red de próxima generación (NGN –
Next Generation Network).
Las redes de próxima generación cuentan con una plataforma unificada de
transporte, control, señalización para voz, datos y multimedia, donde la
velocidad de transmisión de los paquetes es muy alta, debido a que se soporta
en protocolos que facilitan el intercambio de los paquetes. Se deberá tener en
cuenta aspectos como la calidad del servicio demandado por las aplicaciones
del cliente, ya que sobre las redes NGN se soportan un gran número de
aplicaciones y servicios.
La medición de la calidad del servicio es de vital importancia tanto para el
proveedor de servicios de Internet como para la comisión reguladora (en el
caso colombiano, la Comisión de Regulación de las Telecomunicaciones) y los
clientes, debido a que las aplicaciones y servicios ofrecidos en las redes NGN
deben cumplir con unos valores establecidos en la recomendación Y.1541, la
cual tiene por objetivo evaluar la calidad de funcionamiento de la red para
servicios basados en el protocolo Internet.
El proyecto de investigación de índole académico hace parte de un proyecto
que se está realizando en la universidad ICESI, el cual pretende diseñar e
implementar una herramienta que tienen como objetivo fundamental medir
parámetros de QoS directamente de una traza de tráfico. Una vez realizada la
herramienta se definirán escenarios controlados de pruebas, para realizar un
análisis que permita evaluar y comparar resultados obtenidos.
11
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Para la redes de nueva generación (NGN) la calidad de servicio ha sido el
motivo de debates, donde se discute si el nivel de servicios que se ofrece a los
usuarios por parte del proveedor de telecomunicaciones, cuenta con un nivel
de calidad suficiente para su correcto funcionamiento. Los proveedores de
telecomunicaciones de banda ancha realizan la medición de la calidad de
servicio, haciendo uso de equipos con aplicaciones propietarias que funcionan
solo con sus equipos de interconectividad, en donde se desconoce si los
parámetros que son presentados al ente regulador (en el caso colombiano, la
Comisión de Regulación de las Telecomunicaciones) son correctos y no han
sido manipulados.
Lo anterior genera la necesidad de diseñar una herramienta que permita
obtener la medición de los parámetros de QoS directamente de una traza de
tráfico, para poder dar validez de los resultados obtenidos.
12
2. JUSTIFICACIÓN
En la actualidad los operadores de servicio de telecomunicaciones tienen la
necesidad de ofrecer un nivel de calidad y servicio óptimo, debido a que es un
diferenciador por parte del cliente entre los distintos proveedores de
telecomunicaciones. Por otra parte para el ente regulador (en el caso
colombiano, la Comisión de Regulación de las Telecomunicaciones) también es
de suma importancia que los operadores que utilicen redes de nueva
generación (NGN), deben de cumplir con unos valores establecidos de jitter,
delay y perdida de paquetes, estos valores se verificaran en la recomendación
Y.1541 para poder evitar eventuales abusos por el proveedor de Internet, por
esta razón la medición de estos parámetros juega un papel muy importante.
13
3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar y desarrollar una herramienta que permita obtener los parámetros de
calidad y servicio directamente de una traza de tráfico y verificar si estos
parámetros están entre los límites establecidos en las recomendaciones de la
ITU-T Y.1541.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Diseñar una herramienta que permita calcular IPTD, IPDV, IPLR, packet
rate, bit rate, número de paquetes y tiempo total de la captura, para un traza de
trafico IP.
 Realizar mediciones con la herramienta implementada bajo diferentes
condiciones de tráfico en la red utilizando el laboratorio de redes de la
Universidad Icesi.
 Realizar capturas y mediciones de tráfico con la herramienta D‐ITG para
comparar los datos obtenidos con los datos medidos con la herramienta
diseñada.
14
4. ANTECENDENTES
Se presentarán las características de diferentes herramientas que permiten
medir parámetros de QoS, con el fin de contextualizar el trabajo a realizar y las
características de la herramienta a diseñar y desarrollar.
4.1. VQMANAGER
VQManager es una herramienta para realizar el monitoreo continuo en web de
la calidad de servicio en una red de VoIP que soporte SIP, H.323, Cisco SCCP
(Skinny) y RTP/RTCP. Monitorea en tiempo real el flujo de la llamada para
generar informes instantáneos y en detalle en una interfaz web (ver figura 1) de
los parámetros como jitter, delay, pérdida de paquetes, número de paquetes
analizados y demás.
Figura 1. Gráfico de reporte de llamada
El VQManager es una herramienta que monitorea los paquetes que fluyen en
una llamada IP, de acuerdo a estos paquetes se realizan gráficos en detalle del
flujo de la llamada (ver figura 2) y generan estadísticas con reportes pasados
que han sido guardados en una base de datos.
15
Figura 2. Flujo de paquetes
VQManager es una herramienta con características interesantes y una interfaz
amigable que puede ser accedida de manera remota, la cual cumple con la
función de facilitar la labor del administrador, pero se limita al monitoreo de solo
VoIP.
4.2. CISCO IOS SAA
Cisco SAA (Service Assurance Agent) es un software para realiza la medición
de parámetros de QoS, el cual viene embebido en routers cisco 17xx con IOS
versión 1205T o superior. Ofrece una herramienta para la supervisión del
rendimiento de la red para un acuerdo de nivel de servicio IP SLA (Service
Level Agreements).
Estos routers proporcionan estadísticas en conexiones extremo a extremo
generando datos de los parametros de Qos como lo son jitter, delay y perdida
de paquetes durante un periodo de tiempo establecido (ver figura 3), deben de
estar instalados en la misma red con los dispositivos a los cuales se le
realizaran las mediciones, estos almacenaran los datos de QoS que su vez
podrán ser accedidos mediante la aplicación IPM (Internetwork Performance
Monitor) la cual se encuentra en el software de cisco IOS o por medio de la
herramienta de SNMP.
16
Figura 3. Gráfico de Reporte SAA
SAA es un software que ofrece una solución para el análisis de la calidad de
servicio ofrecido en IP y elimina el uso de otros software o hardware dedicados
a este mismo análisis, puede configurarse para que se tomen acciones
correctivas cuando hayan problemas en la red, pero su limitante es el uso de
aplicaciones propietarias que solo funcionan en dispositivos cisco.
4.3. D-ITG (DISTRIBUTED INTERNET TRAFFIC GENERATOR)
Es una herramienta libre desarrollada en la Universidad degli Studi di Napoli
Federico II que tiene como función generar tráfico a nivel de paquetes e
inyectarlo en la red de manera confiable. Posteriormente genera un informe con
los parámetros como IPTD, IPDV e IPLR obtenidos del flujo inyectado. La
herramienta puede ser utilizada de dos maneras: la primer manera es
ejecutando un archivo llamado (ITGSend.exe) del lado emisor de los paquetes,
el cual utiliza un script para configurar el tipo de flujo y a quien se dirige los
paquetes, luego son enviados estos datos a otra aplicación la cual se ejecuta
del lado del receptor (ITGRecv.exe) para recibir los paquetes sin problemas,
una vez finalizado él envió de los paquetes se genera un archivo log, el cual
debe ejecutarse con la aplicación (ITGDec.exe), generándose un archivo que
contiene los parámetros de interés. La segunda manera es haciendo uso de
una interfaz gráfica realizada por Volker Semken que se puede ver en la
figura 4.
17
Figura 3. Interfaz Gráfica D-ITG
D-ITG es un software muy completo que ofrece una solución para el análisis de
la calidad del servicio sobre un tráfico que se genera por el mismo software y
en donde se utilizan tiempos ya sea Round Trip Time o One Way Delay según
sea el caso. El tráfico que se inyecta en red por parte del software es muy
preciso, ya que se configuran parámetros como el número de paquetes, puerto
origen, puerto destino, protocolo y tipo de tráfico. Pero este software se limita a
que solo genera los parámetros de calidad y servicio para tráfico generado por
la misma herramienta, lo cual puede tener consecuencias negativas sobre la
red.
18
5. MARCO TEÓRICO
5.1. CALIDAD DE SERVICIO
La calidad de servicio fue definido en 1984 en el documento E-800 de la ITU
como “el efecto colectivo del rendimiento de un servicio, que determina el grado
de satisfacción del usuario de dicho servicio”, dicho esto, para determinar la
calidad servicio se necesita satisfacer las necesidades del usuario en un
servicio determinado.
5.2. HERRAMIENTAS DE DESARROLLO
5.2.1. Java Para el desarrollo de la herramienta se utilizara java como lenguaje
de programación, el cual fue creado por Sun Microsystems en 1995. Siendo un
lenguaje de alto nivel orientado a objetos el cual toma mucha de la sintaxis de
C y C++ como referencia.
Java está compuesto generalmente por un compilador y un intérprete: el
compilador produce un código de bytes que se almacenan en un archivo para
ser ejecutado por el intérprete llamado máquina virtual de java.
5.2.2. Jpcap. Para el de desarrollo del trabajo de grado se utilizó la librería de
Jpcap de código abierto, con el cual se podrá realizar un análisis de las redes
en general en la plataforma de win32. Se tendrá la opción capturar todo el flujo
que circula en la red o se tendrá la posibilidad de filtrar paquetes de acuerdo a
configuraciones realizadas, aceptando los paquetes necesarios y descartando
los paquetes filtrados. También se tienen la posibilidad de crear paquetes y
ponerlos a circular en la red para realizar posibles análisis.
Las librerías de Jpcap son utilizadas por aplicaciones para realizar análisis en
la red. A continuación se nombran algunas aplicaciones que se basan en
Jpcap.
 Monitoreo de redes.
 Generadores de tráfico.
 Herramientas de seguridad.
19
 Analizadores de red y protocolos.
 Detección de intrusos.
5.3 CONCEPTOS BÁSICOS REDES PRÓXIMA GENERACIÓN
Las redes de próxima generación (Next Generation Network) son la evolución
de las redes tradicionales, que ofrecen sus servicios en plataformas
independientes en un modelo vertical (ver figura 5), generando costos de
operación muy elevados debido a sus distintos tipos acceso. Esto llevo a una
convergencia para utilizar una plataforma unificada conocida como modelo
horizontal (ver figura 6) para prestar servicios a los usuarios, los cuales se
pueden enlazar por distintas tecnologías de acceso como también diferentes
dispositivos de usuario final.
Figura 4. Modelo vertical
Servicios
Internet
Telefonía
Red
Conmutada
Acceso
Radio
Radio
TV
Cable
Satélite
Radiodifusión
Figura 5. Modelo Horizontal
Servicios
Telefonía
TV
Radio
NGN
20
Web
Correo
5.4 ARQUITECTURA NGN
La arquitectura de las redes NGN está conformada por tres capas: transporte,
servicios y gestión (ver figura 7), se explican en detalle las funciones de cada
capa en las siguientes secciones.
Figura 6: Capas en una red NGN
GESTION
(Facturación, Gestión usuarios, etc.)
SERVICIOS/APLICACIONES
(VoIP, video, datos, multimedia)
TRANSPORTE
RED DE CORE
QoS
(IP/MPLS)
RED DE ACCESO
(Xdsl, WIMAXHFC, Ethernet)
USUARIOS
(Residenciales, Corporativos, Móviles, Banda Ancha)
5.4.1. Estrato de transporte. La función básica del estrato del transporte es
proporcionar una interconexión e interoperabilidad entre las redes de acceso,
este estrato de transportes está conformado por dos componentes que
describen en detalle a continuación.
La red de acceso provee una conectividad a los usuarios hacia la red NGN, se
podrá acceder por medio de tecnologías como Ethernet, cable coaxial, fibra
óptica, xDSL, PLC, WIMax entre otros. Una vez que se haya establecido una
conexión a la red NGN, se podrá acceder sin restricción alguna a todos los
servicios que estén en la capa de aplicación, proporcionando mecanismos de
calidad de servicio para el tráfico del usuario.
La red de core asume el rol de transportar el tráfico a través de todo el núcleo
de la red NGN, siendo la encargada de contactar el punto de acceso entre el
21
usuario y los servicios. Permitiendo la interconectividad entre la red PSTN
(Public switched telephone network) a la red NGN.
5.4.2. Estrato de servicio. Este estrato es el encargado de entregar los
servicios y aplicaciones al usuario final, los cuales pudieron haber sido
desarrollados internamente o por terceras personas, se le permitirá a los
usuarios acceder sin importar el tipo de conexión a la red o el lugar donde se
encuentren. Otra función del estrato de servicio es almacenar los perfiles de
usuario y los servicios que ha utilizado previamente.
5.4.3. Estrato de gestión. En el estrato de gestión el operador podrá
monitorizar la red con el fin de administrar los servicios y la calidad que se está
ofreciendo. Adicionalmente se maneja todo lo referente a la facturación por los
servicios que se prestan.
5.5. TECNOLOGÍAS DE ACCESO EN REDES NGN
En esta sección se describen las tecnologías de acceso como lo son Wimax y
xDSL para conexión a la plataforma de las redes de próxima generación, cabe
referenciar que estas dos tecnologías no son las únicas existentes.
5.5.1. Acceso Wimax. Wimax (Interoperabilidad mundial para acceso por
microondas) es una tecnología de banda ancha que utiliza ondas de radio en
las frecuencias de 2.3 a 3.5 Ghz, utiliza el estándar IEEE 802.16 que ha estado
en constante evolución desde la primer versión que fue publicada en el 2001
hasta la versión más reciente 802.16m conocida como Wimax 2 será publicada
hasta noviembre del 2012. A continuación se explica en la tabla 1 la evolución
de wimax.
22
Cuadro 1. Evolución de Tecnología Wimax
Estándar
Descripción
IEEE 802.16
Publicada en el año 2001, utiliza un rango de frecuencia de 10 a
66 Ghz con un ancho de banda de 120 Mbps en rango de
distancia de 50Km, se necesitó que este tipo de conexiones
tuvieran línea de visión directa, de lo contrario no se establece
conexión.
Publicada en el año 2003, utiliza un rango de frecuencia de 2 a
11 Ghz, soportaba transmisiones sin necesitan de tener línea de
visión directa y adopto OFDM (Multiplexación por División de
Frecuencias Ortogonales) en la capa de nivel físico.
IEEE
802.16a
IEEE
802.16c
IEEE
802.16d
IEEE
802.16e
IEEE
802.16m
Publicada en el 2003, utiliza un rango de frecuencia de 10 a 66
Ghz, se corrigen algunos errores de la versión inicial
aumentando la interoperabilidad y consistencia entre equipos de
diferentes fabricantes.
Publicada en el 2004, es utilizado para acceso fijo entre la
estación base y un equipo de usuario situado en el domicilio,
establece velocidades teóricas de Mbps con un ancho de banda
20MHz
Publicada en el 2005 , es utilizado para acceso móvil,
permitiendo el desplazamiento del usuario y se conoce como
Mobile Wimax.
Extensión del 802.16 que entrega datos a velocidad de 1 Gbit/s
en reposo y 100 Mbit/s en movimiento.
5.5.2. Acceso XDSL. La tecnología xDSL (Digital Subscribe Line) de acceso a
internet banda ancha se basa en la digitalización del bucle de abonado de par
de cobre telefónico. Se pueden encontrar diferentes versiones como lo son:
 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): es una tecnología de acceso a
internet de banda ancha muy superior en velocidad que la utilizada mediante la
marcación telefónica a internet, que ofrece la posibilidad de hablar por teléfono
al mismo tiempo que se navega por internet utilizando la red telefónica
conmutada.
 ADSL2: Provee una mayor velocidad de transferencia en el enlace de
bajada 12 Mbps y de subida 1 Mbps, debido a que utiliza mecanismos factibles
frente a las atenuaciones y fenómenos de diafonía presentes en los pares de
cables del tendido telefónico.
23
 ADSL2: Esta es un técnica que mejora las velocidades de subida y de
bajada de ADSL2 a 24 Mbps y 1.2 Mbps respectivamente.
5.6. QoS
Dentro de la arquitectura de una red próxima generación se define una capa
virtual de QoS (calidad de servicio) la cual se compone de tres estratos como lo
son estrato de infraestructura, verificación y contratación que se relacionan
mutuamente con la capa de servicio y con la red de transporte.
Figura 7. Arquitectura QoS
Contratación:
Niveles de Acuerdos de Servicio
Verificación:
Y.1541
Infraestructura:
Dispositivos de Red-Configuración en el
Núcleo de Red
5.6.1 Infraestructura. El estrato de infraestructura es donde se ejecutan los
métodos para garantizar calidad de servicio a las aplicaciones, ya sea en la
configuración previa que tenga el núcleo del operador que es basado en
tecnología MPLS (Multiprotocol Label Switching) y en los dispositivos de
interconectividad que utilizan métodos que brinden calidad de servicio.
Existen distintos tipos de estrategias de encolamiento, que se utilizan en
situaciones en donde la demanda de ancho de banda requerida por las
aplicaciones excede el ancho total de la red, tal como se puede apreciar en las
figuras 9 y 10 en donde se tiene una red con mecanismos de QoS, en la que se
satura el enlace debido a que el tráfico ha aumentado, resultando perdida del
tráfico de la cola 𝑄1 la cual tiene menos prioridad.
24
Figura 8. Red con mecanismos QoS
Figura 9. Red con mecanismos QoS
5.6.2. Verificación. En el estrato de verificación se realizan procesos que
comprueban si se está garantizando la calidad del servicio en las aplicaciones,
esto se demuestra mediante los parámetros que se exponen en la
recomendación ITU-T Y.1540 y verificando que estos parámetros se
encuentren en unos valores establecidos en la recomendación ITU-T Y.1541
para así certificar que la aplicación cuenta con una calidad de servicio
adecuada para la aplicación.
5.6.2.1. Recomendación Y.1540. La definición adoptada por la ITU-T
(International Telecommunication Union –Telecommunication Standarization
Sector) sobre la recomendación Y.1540 define los “parámetros de calidad de
funcionamiento relativo a la disponibilidad y la transferencia de paquetes del
protocolo Internet”. Estos parámetros se aplican al servicio IP de extremo a
extremo o punto a punto para los distintos servicios.
25
La presente recomendación va dirigida a los proveedores de servicio de
Internet para estar al tanto de la calidad de servicio que se le entrega al cliente,
para así poder tomar acciones correctivas cuando no se está cumpliendo con
los valores establecidos por la recomendación Y.1541; para el ente regulador
(en el caso colombiano, la Comisión de Regulación de las Telecomunicaciones)
esta recomendación sirve para evitar abusos por parte de los proveedores de
servicio de telecomunicaciones que utilizan NGN; para el usuario esta
recomendación es de suma importancia, ya que define los parámetros que se
deben de tener en cuenta para el análisis de la calidad de servicio en una red
IP, ya que es importante saber si el nivel servicio que están recibiendo por
parte del proveedor de internet, o corresponde al que pagan por tenerlo.
Esta recomendación define cinco parámetros que se deben de tener en cuenta
para el análisis de la calidad de servicio en una red IP, pero para el diseño de
la herramienta se tuvieron en cuenta solo tres parámetros que se explicaran a
continuación.
 IPTD (IP PACKET TRANSFER DELAY)
Indica el retraso desde la salida de un paquete hasta que este llega a su
destino, siendo este parámetro muy frecuente en las aplicaciones de voz sobre
IP. Existen distintos tipos de retardo IPTD que se explican a continuación.
 Retardo de propagación
Este se presenta en el medio en que se propagan los paquetes, ejemplo cable
coaxial fibra óptica o el aire.
 Retardo de almacenamiento y envió
Se presenta en dispositivos como routers, y switches donde se tiene un
procesamiento de los paquetes.
 Retardo de transmisión.
Es el tiempo que ocupa el emisor en poner la información en la línea de
transmisión.
 Retardo del jitter buffer
Este es causado por la retención de paquetes antes de enviarlos al destino.
Considerando lo dicho anteriormente y haciendo uso de la siguiente expresión
se podrá calcular IPTD.
26
n
 xi
Retardo =
i=1
n
xi = Retardo de cada paquete
n = numero de paquetes
 IPDV (IP PACKET DELAY VARIATION)
La variación del retardo también llamada jitter se define como la diferencia del
tiempo de llegada de los paquetes, medido por el receptor en comparación con
su valor esperado.
Es un efecto que se produce en las redes no orientadas a la conexión, donde la
discretización de la información en paquetes produce que al llegar estos
paquetes al receptor no lleguen en el mismo orden.
Considerando lo dicho anteriormente y haciendo uso de la siguiente expresión
se podrá calcular IPDV.
n
 xi
Variaciondelretardo=
2
 n  retardo2
.
i=1
n 1
xi = Retardo de cada paquete
n = numero de paquetes enviados
 IPLR (IP PACKET LOSS RATIO)
Hace referencia a la rata de pérdida de paquetes, la cual se obtiene entre el
total de paquetes perdidos sobre el total de paquetes transmitidos en un flujo
de datos determinado, existen dos formas por las cuales se descartan los
paquetes: descartados por el jitter buffer y por la red.
La causa más importante por la que se pierden los paquetes en la red, es
porque en los routers se congestionan debido a que se está generando mucho
tráfico, este fenómeno se llama cuello de botella el cual genera que la entrada
de los buffer se llene, generando que los paquetes se desechen.
𝑹𝒂𝒕𝒂 𝒅𝒆 𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒒𝒖𝒆𝒕𝒆𝒔 =
PL = paquetes perdidos
n = numero de paquetes
𝑷𝑳
𝒏
27
5.6.2.2. Recomendación Y.1541. La recomendación Y.1541 define los
“Objetivos de calidad de funcionamiento de red para servicios basados en el
protocolo Internet”. Esto quiere decir que la recomendación Y.1541 detalla los
valores de calidad de servicio que se deben alcanzar por parte de los
parámetros de la recomendación Y.1540.
Esta recomendación está conformada por unas clases en donde se ubican los
servicios que se ofrecen por parte del proveedor de internet, a su vez estas
clases se confrontan con los parámetros de la recomendación Y.1540 para así
establecer los valores que debe de tener cada servicio (ver tabla 2).
Cuadro 2. Parámetros de calidad de servicios para los distintos servicios
en redes NGN
Parámetro
de calidad
de
funcionamie
nto de red
Clases de QoS
Clase 0
Clase
1
Clase
2
Clase
3
Clase
4
Clase
5*
IPTD
100ms
400ms
100ms
400ms
1s
U
IPDV
50ms
50ms
U
U
U
U
IPLR
1𝑥10−3
1𝑥10−3
1𝑥10−3
1𝑥10−4
IPER
1𝑥10−3
1𝑥10−3
U
U
*Clase no especificada.
“U” significa no especificado o sin límites.
 CLASE 0
Servicios muy interactivos, en donde los parámetros de delay y jitter juegan un
papel muy importante
para que las aplicaciones tengan un buen
funcionamiento. Los servicios que se incluyen en clase 0 son: VoIP,
videoconferencia, y difusión de audio.
 CLASE 1
Servicios muy interactivos, son muy parecidos a los de clase 0 pero la
diferencia radica que la tolerancia del delay es mayor. Los servicios que se
incluyen en clase 1 son: VoIP y videoconferencia a grandes distancias.
28
 CLASE 2
Las aplicaciones que se ubican en estrato 2 son de datos transaccionales
interactivos en donde el retardo juega un papel muy importante, pero estas
aplicaciones son poco sensibles al jitter. Los servicios que se incluyen en clase
2 son: navegación y señalización.
 CLASE 3
Se ubican aplicaciones como en la clase 2 pero se admiten valores de retardo
mayores.
 CLASE 4
Se ubican aplicaciones donde se soportan pérdidas de datos y no se tienen
problemas con el retardo como por ejemplo: videostreaming, transferencia de
archivos etc.
5.6.3. Contratación. En el estrato de contratación se generan acuerdos entre
el proveedor de servicios y el usuario, en donde se definen las aplicaciones
utilizadas por parte del usuario, estas son clasificadas en las cuatro clases
vistas anteriormente, las cuales tienen unos valores límites establecidos de
parámetros de QoS que el proveedor debe de garantizar.
5.7. COMPONENTES ARQUITECTURA NGN
Los componentes que se encuentra comúnmente en la arquitectura NGN (ver
figura 11) son los MG (Media getway), MGC (Media Gateway controller),
dispositivos de acceso, entre otros.
29
Figura 10. Arquitectura NGN
Services
Voice
Services
Multimedia
Services
Data
Services
Management
Internet
MG
End-to-end
ISP
Network
Management
MG
MG
MG
MG
Other
Carriers
Access
TDM
Equipment
New Access
Customerpremise portfolio
Premise
5.7.1. MG (MEDIA GETWAY). El Media getway se utiliza en los teléfonos
analógicos para transformar la señal análoga en digital, el componente más
común que tiene el media gateway es el DSP (Digital signal processor) como
se aprecia en la figura 12, el cual tiene la función de transformar la señal
analógica en digital, eliminar el eco, detección de silencio, compresión de audio
y video y convertir la voz en paquetes debido a que la red NGN trabaja solo con
IP. Tiene una interfaz Ethernet y utiliza RTP (Real-time transport protocol) para
transmitir los datos.
30
Figura 11. Media Gateway
Configuration
Data
Control
Circuit
Packet
DSP
Processor
Codec
And tone
Algorithms
Memory
5.7.2. MGC (MEDIA GATEWAY CONTROLLER). Es el dispositivo más
importante dentro de la arquitectura NGN ya que se encarga del control y
procesamiento de la llamada sobre una red IP, su objetivo principal es brindar
un servicio confiable y con calidad tal como se presenta en una red conmutada.
Las características más importantes son:
 Capacidad de proveer sobre la red IP un sistema telefónico confiable en
todo momento.

Enrutamiento de las llamadas.

Compatibilidad con la red conmutada.

Bajo costo debido a que se tiene una plataforma unificada.

Sistemas de facturación.
5.8. CONCEPTOS BÁSICOSPARA LA CAPTURA DE PAQUETES
En esta sección se describe el proceso de captura y flujo de los paquetes
desde las capas más bajas del sistema operativo, hasta que estos paquetes
llegan al usuario final pasando por una serie de procesos de filtrado realizados
mediante el uso de NPF Netgroup Packet Filter, el cual pertenece a la
estructura Winpcap en donde se seleccionan solo los datos requeridos para el
correcto funcionamiento de la aplicación.
31
5.9. ESTRUCTURA PARA CAPTURA DE PAQUETES
En primera instancia para realizar mediciones de los parámetros se debe de
tener conocimiento de cómo es capturado un paquete y a su vez procesado
para realizar una aplicación. En el nivel más bajo se encuentra el adaptador de
red o NIC que es utilizado para capturar los paquetes que circulan por la red,
durante este proceso el NIC debe de estar en modo promiscuo para capturar
incluso los paquetes que no son directamente para el PC.
En la figura 13 se puede observar la estructura para la captura de un paquete,
la cual consta del packet capture drive, el cual es un módulo que trabaja a nivel
del kernel e interactúa con el adaptador de red para capturar los paquetes.
Seguido del packet capture drive se encuentra el packet.dll que trabaja a nivel
de usuario, son una librerías de enlace dinámico que proveen funciones como
la obtención de información de la tarjeta de red y la lectura de los paquetes
que circulan en la red. Este es el funcionamiento básico de la arquitectura para
la captura de paquetes.
Figura 12. Estructura de la captura de un paquete
5.10. ESTRUCTURA DEL FLUJO DE PAQUETES
32
Los paquetes que fluyen en la red son utilizados por la herramienta, ya sea
porque van dirigidos a la tarjeta de red del ordenador o porque la tarjeta de red
se encuentra en modo promiscuo. Luego de ser capturados los paquetes pasan
por un proceso de filtrado, existen dos tipos de filtros BPF Berkeley Packet
Filter y NPF Netgroup packet filter, una vez filtrados los paquetes estos son
utilizados por la aplicación. A continuación se profundiza las partes que
conforman el nivel de kernel y usuario.
Figura 13. Flujo de los paquetes
5.10.1. Nivel de kernel. La captura de los paquetes se realiza en las capas
más bajas del sistema operativo llamada área del kernel, es realizado por la
tarjeta de red la cual lee los paquetes que se encuentran circulando en la red
dejando pasar solo los paquetes necesarios, esto es evitado mediante filtros
que son configurados por el programador los cuales bloquean los paquetes
indeseables dejando pasar solo los paquetes necesarios para almacenados en
33
un buffer, evitando pérdidas de paquetes, debido a que la aplicación a nivel de
usuario puede no estar lista para procesarlos. La interacción entre el nivel del
kernel y el de usuario se realiza con una función la cual toma los paquetes que
están el buffer y los pasa a la interfaz de usuario en un tiempo establecido.
5.10.2. Nivel de usuario. A nivel de usuario se encuentra el PACKET.DLL es
una librería de enlace dinámico la cual se encuentra entre la captura de
paquetes y la aplicación a nivel de usuario, ofrece funciones para el manejo de
los adaptadores de red como leer, enviar paquetes y filtrar paquetes.
También se encuentra libpcap library siendo una librería originaria de UNIX,
esta tiene una versión para win32 la cual proporciona una interfaz de alto nivel
para la captura de los paquetes mediante el dispositivo de red. Por último en el
nivel más alto se tiene la aplicación la cual con los datos obtenidos en los
niveles inferiores se calculan los parámetros que afectan la calidad de servicio
como son jitter, delay y pérdida de paquetes, con estos valores se comprobara
si el servicio prestado cuenta con calidad necesaria.
5.11. FILTROS
El proceso de filtrado se realiza mediante el uso de NPF Netgroup Packet Filter
el cual pertenece a la estructura Winpcap, siendo NPF la evolución de BPF
Berkeley Packet Filter el cual fue creado para trabajar en sistemas UNIX. A
continuación se describirá la estructura de BPF Y NPF.
5.11.1. BPF. BPF Berkeley Packet Filteres un filtro que trabaja a nivel de
kernel, el cual funciona como tapón dejando solo pasar los paquetes escogidos
por el usuario, fue creado para trabajar en sistemas UNIX , cuenta con dos
grandes componentes como lo son network tap y el packet filter, los cuales se
describen con más detalles en la siguiente sección.
 NETWORK TAP
El network tap hace parte del código BPF pero este no lo ejecuta. Es el
encargado de agrupar los paquetes desde el dispositivo de red, si estos
paquetes son aceptados por los filtros se colocaran en un buffer y serán
devueltos a aquellas aplicaciones a las cuales vaya destinado.
34
 PACKET FILTER
Es el encargado de filtrar los paquetes generados en la red, si los paquetes son
aceptados pasaran hacia la aplicación, en caso contrario serán descartados.
BPF no solo se encarga de filtrar el tráfico también se encarga de enviar hacia
la aplicación solo el número de bytes necesarios esto quiere decir que si se
aplica un filtro solo para obtener los datos del paquete BPF se descartaría las
cabeceras, esta acción favorece el rendimiento debido a que los buffer no
almacenaran el tamaño total del paquete.
5.11.2. Esquema General Del Proceso De Captura BPF. En la figura 15 se
puede observar el esquema general de captura de los paquetes por medio de
la tarjeta de red, en el proceso de captura BPF se encarga de comparar cada
uno de los paquetes con los filtros establecidos, si estos paquetes son
aceptados pasaran hacia sus respectivos buffers que tienen un tamaño por
general de 4KB. Un buffer está compuesto por store buffer, el cual recibe los
paquetes que llegan desde la tarjeta de red, y otro llamado hold buffer el cual
envía los paquetes hacia la aplicación.
Figura 14. Proceso de captura BPF
Application
LibpcapCalls
UserLevel
Libpcap
Library
User-Buffer
Hold Buffer
KernelLevel
Store Buffer
Device Driver
(Berkeley Packet
Filter)
Filter
Network
Tap
Network
Link-Layer
Driver
Packets
35
Protocol
Stack
5.11.3. NPF. NPF puede considerarse como la evolución de BPF debido a que
conserva módulos iguales, como lo son los buffers, etapas de filtrado y las
bibliotecas tal y como se puede apreciar en la figura 17. La diferencia radica en
que los buffers circulares a nivel del kernel procesan los datos, pero estos
datos ya no son de tamaño fijo debido a que la cantidad de bytes copiados se
actualizan mientras pasan desde el espacio del kernel hacia el espacio del
usuario. NPF realiza tareas como la captura de los paquetes, monitoreo,
almacenamiento de la información e inyección de tráfico.
 MONITOREO DE RED
Localizándose a nivel del kernel, se encarga de proporcionar estadísticas sobre
el tráfico de la red, estas estadísticas se pueden obtener sin necesidad de
descargar los paquetes hacia el computador, permitiendo que no se gaste
memoria del disco duro ni tampoco en procesamientos innecesarios.
 ALMACENAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
El almacenamiento de la información que contienen los paquetes se puede
realizar de dos maneras: la primera forma de almacenar los paquetes que se
guardan en el disco duro, es siguiendo las flechas de color negro como se
puede visualizar en la figura 16, este tipo de almacenamiento tiene un
problema ya que se realiza desde el espacio de usuario y requiere de un
procesamiento mayor. La segunda manera de almacenar los datos es
directamente desde el espacio del kernel, el recorrido que hacen los paquetes
se puede ver siguiendo las flechas rojas de la figura 16, este tipo de
almacenamiento tiene la ventaja de ser más corto en el recorrido de los
paquetes, además el procesamiento disminuye drásticamente.
Figura 15. Almacenamiento de los paquetes
User-Mode
Application
Buffer
Kernel-Mode
Buffer
Packet Capture
TrafficLogging
capture
Buffer
Drive
r
Packets
Buffer File System
Disk
36
Figura 16. Estructura Winpcap
37
6. DISEÑO DE LA HERRAMIENTA PARA EL MONITOREO DE
PARÁMETROS QOS
En esta sección se presenta el proceso de diseño seguido para que la
herramienta calcule los parámetros de calidad de servicio en una red NGN. A la
herramienta diseñada se le dio el nombre de Eagle Network Sniffer, la cual
funciona capturando el tráfico que se genera en la red en modo pasivo. Esta
herramienta está compuesta por dos componentes, un componente servidor y
otro componente cliente.
6.1. DISEÑO DEL SERVIDOR
El servidor es una parte fundamental de la herramienta ya que cumple con la
función de capturar los paquetes en un extremo de la red, estos paquetes son
filtrados mediante configuraciones definidas en la interfaz de usuario, estos
datos serán guardados con el propósito de ser procesados con los datos
capturados en el cliente y generar las medidas de los parámetros de QoS en
pantalla. En la figura 18 se describe el diagrama de flujo que compone el
servidor.
Figura 17. Diagrama de flujo principal servidor
Inicio
Captura de
paquetes
Almacenamiento
de paquetes
Calculo de
parámetros
Almacenamiento
de parámetros QoS
Resultados en
pantalla
38
6.1.1. Captura De Paquetes. El bloque definido como captura de paquetes
(ver figura 19) tiene la función de capturar los paquetes que circulan en la red,
sin embargo antes se deben de configurar algunos parámetros como son:
dispositivo de red, tiempo de captura y filtros que se utilizaran para realizar la
captura, una vez definidos se procede a capturar las marcas de tiempo, id y
largo de cada paquete en un tiempo establecido por parte de la interfaz de red
definida anteriormente.
Figura 18. Diagrama de flujo captura de paquetes
Captura de paquetes
Búsqueda dispositivos de
red
Elección del dispositivo de
red
Configuración dispositivo de
red
Ingreso tipos de filtro
Ingreso de tiempo de captura
Iniciar=1
Capturando paquetes
Paquete=1
Almacenar
Tiempo=1
Fin
39
6.1.2. Almacenamiento De Paquetes. Una vez capturadas las marcas de
tiempo, id y largo de cada paquete se procede guardar estos datos en un
archivo de texto de nombre servidor, todo con el fin de procesar este archivo
cuando se realizan los cálculos de QoS.
6.1.3. Cálculo De Parámetros. Una vez conocido como se calculan cada uno
de los parámetros de QoS y teniendo los archivos de texto generados por el
cliente y el servidor con las marcas de tiempo, id y largo de cada paquete, se
procede a la leer estos archivos con el propósito de comparar las
identificaciones de cada paquete, si coinciden se contará como un paquete
enviado satisfactoriamente y se analizaran las marcas de tiempo para calcular
IPTD (IP Packet Transfer Delay) y IPDV (IP Packet Delay Variation), si por el
contrario las identificaciones no coinciden, se cuenta como un paquete perdido
calculando IPLR (IP Packet Loss Ratio), al finalizar se cuenta el número de
paquetes enviados satisfactoriamente y los paquetes perdidos obteniendo el
total de los paquetes.
40
Figura 19. Diagrama de flujo cálculo de parámetros
Calculo de parámetros
Lectura de los Archivos
Servidor y cliente
Extracción de id y tiempo
Cliente y servidor
No
Paquetes perdidos +1
ids=idc
SI
Paquetes aceptados +1
n

IPTD
=
n
n
 xi
IPDV =
xi
i= 1
2
 n  retardo 2
i=1
n 1
Variables:
𝐱𝐢 = delay por paquete.
𝐱𝐢 = Marca de tiempo mayor − marca de tiempo menor.
𝐧 = numero de paquetes.
𝐧 = paquetes perdidos + paquetes aceptados.
𝐏𝐋 = paquetes perdidos.
𝐢𝐝𝐬 = identificador de paquetes servidor.
𝐢𝐝𝐜 = identificador de paquetes cliente.
6.1.4. Almacenamiento De Parámetros De QoS. Una vez calculado cada uno
de los parámetros requeridos se procede a almacenar estos datos en archivo
con extensión .txt, lo cual brinda la libertad de visualizar este archivo en
cualquier momento.
41
6.1.5. Resultados En Pantalla. Se realiza la lectura del archivo de texto
“Resultado”, con el fin de mostrar estos archivos en una ventana generada en
la interfaz de usuario.
6.2. DISEÑO DEL CLIENTE
El cliente complementa la herramienta en general ya que cumple con la función
de capturar los paquetes en el extremo contrario del servidor, iniciando con la
sincronización con el servidor debido a que es imprescindible que manejen una
hora muy exacta para que no haya problemas en los cálculos de QoS, una vez
sincronizados cliente y servidor se procede a definir en la interfaz de usuario
los paquetes que se deseen filtrar, los archivos que se generaron con el
nombre de cliente serán guardados con el propósito de ser procesados en el
servidor. A continuación se analiza en detalle los bloques que componen el
cliente.
Figura 20. Diagrama de flujo principal cliente
Inicio
Sincronización
Captura de
paquetes
Almacenamiento de
los resultados en el
servidor
6.2.1. Sincronización. El bloque definido como sincronización hace referencia
a que tanto cliente como servidor deben tener relojes en común, esto con el fin
de que el cálculo de los parámetros de calidad de servicio no sea afectado por
medidas erróneas. Existen dos maneras de sincronizar los relojes de los
computadores (ver figura 22) sincrónicas y plesiocronas, se describen en
detalle a continuación:
42
Figura 21. Flujo de los paquetes
Sincronización
Plesiocronas
Sincrónicas
Mutuamente
Sincrónicas
Master/slave
PLESIOCRONAS
Este tipo de sincronización no utiliza señal de control que coordinen las
operaciones de los relojes, utiliza un reloj por cada nodo en la red.
Este tipo de sincronización tienen el problema que al ser independientes sus
relojes corren con distintas frecuencias, esto lleva a que hayan pequeñas
diferencias unos de otros. Esta diferencia produce un crecimiento en el error.
SINCRÓNICAS
Las redes sincrónicas tienen una señal de control, están enganchadas por fase
y frecuencia a un reloj en común.
La aplicación necesitará una sincronización sincrónica debido a que las
medidas deben de tomarse con un reloj en común entre las máquinas, existen
dos tipos de sincronización sincrónica máster/salve y mutuamente
sincronizadas. A continuación se definirán los dos tipos de sincronización
sincrónica, con base a esto se escogerá el tipo de sincronización que utilizara
la aplicación.
REDES MASTER/SLAVE
Las redes master/slave tienen una distribución jerárquica en donde el reloj que
se encuentra en estrato 0 (ver figura 23) hace de maestro para los que están
en el estrato 1, este tipo de método es uno de los más utilizados debido a que
el reloj esclavo genera una señal de error, esta señal de error es producida al
43
comparar la señal del reloj esclavo con la del maestro en un comparador de
fase, esta señal se utiliza para ajustar el reloj esclavo.
Figura 22. Redes centralizadas
MUTUAMENTE SINCRONIZADAS
Consiste en que cada reloj de la red ajusta su escala, esta es comparada con
un promedio ponderado de las fases de los otros relojes que se vayan
vinculando, se realiza con el propósito de disminuir el error de fase. Existen dos
tipos de compensación.
COMPENSACIÓN EXPLÍCITA
El método que se utiliza se llama avance de reloj, la señal de cada reloj es
adelantada una cantidad de tiempo igual al retardo del canal medido y luego
transmitido al otro nodo.
COMPENSACIÓN IMPLÍCITA
Utiliza el sistema de temporización ecualizado, en este sistema la diferencia de
fase entre la señal de temporización, señal entrante y la señal local es medida
y este valor es transmitido al otro nodo.
44
En cada nodo la señal de control se conforma por la suma de los valores de la
diferencia de fase y la medición local de la diferencia de fases de los relojes.
MÉTODO DE SINCRONIZACIÓN UTILIZADO POR EL CLIENTE
Una vez definidos los tipos de sincronización existentes, se seleccionó la
sincronización máster/Slave debido a que se debe de tener un reloj mutuo
entre los computadores que realizaran la captura de los paquetes. Este tipo de
sincronización se realiza utilizando el protocolo NTP (Network Time Protocol) el
cual es un protocolo que sirve para sincronizar sistemas informáticos a través
del ruteo de paquetes en una red con latencia variable.
6.2.2. Captura De Paquetes Y Almacenamiento De Los Resultados. El
bloque definido como captura de paquetes en el cliente se encarga de capturar
los paquetes que circulan en la red de manera similar que en el servidor, la
diferencia radica en que una vez terminada la captura, automáticamente se
envía el archivo generado con el nombre de Cliente.ans hacia donde se
encuentra el servidor para ser procesado.
45
7. DISEÑO DE LA INTERFAZ DE USUARIO EAGLE NETWORK SNIFFER
Y CONFIGURACIONES DE FILTROS
En este sección se muestra el proceso de diseño seguido para realizar la
interfaz gráfica de usuario tanto del cliente como del servidor, se tuvieron en
cuenta aspectos como la sincronización que se realiza por parte del cliente
ingresando solo la dirección IP del servidor y la transferencia de los archivos
generados por el cliente de manera automática hacia el servidor.
7.1. INTERFAZ GRÁFICA SERVIDOR
En la figura 23 se puede apreciar el esquema organizacional que se utilizó para
realizar la interfaz gráfica del servidor.
Figura 22. Esquema interfaz de usuário servidor
Menú
Archivo
Iniciar captura
Ver reporte
Bienvenido
Menú
Ayuda
Acerca de
7.1.1. Ventana Principal. La ventana principal del servidor (ver figura 24) está
compuesta por dos menús desplegables como archivo y ayuda, los cuales
contiene lo necesario para el manejo de las funciones de la herramienta. Se
describen en detalle a continuación.
46
Figura 23. Ventana principal Eagle Network Sniffer
7.1.2. Menú Archivo. La opción archivo del menú despliega las siguientes
opciones:

Archivo
o Iniciar
o Ver Reporte
7.1.2.1. Iniciar. Activar la opción del menú “Archivo > Iniciar” La opción iniciar
despliega la ventana (ver figura 25) que se divide en dos segmentos, el primer
segmento despliega los nombres, direcciones IP y Mac asociada a cada
interfaz de red, en el segundo segmento se permite configurar los parámetros
sobre los cuales se realizará la captura de los paquetes, tales como tiempo de
captura, tarjeta de red y tipo de filtro.
47
Figura 24. Ventana de configuración servidor y cliente
Descripción
Tarjetas de red
Al seleccionar
esta pestaña se
define un filtro
unidireccional
Al seleccionar
esta pestaña se
define un filtro
Bidireccional
Número de
Tarjeta de red a
analizar
Dirección IP
fuente y destino
para filtro
unidireccional
Tiempo en
Segundos de
captura
7.1.2.2. Reporte. Activar la opción del menú “Archivo > Reporte”
La opción Reporte despliega una ventana, con los datos obtenidos la última vez
que se ejecutó el programa.
Figura 25. Ventana de reporte parámetros de QoS
7.1.3. Ayuda. Activar la opción del menú “Ayuda > Acerca de”. La opción de
opción “Acerca de” despliega una ventana con un pequeño tutorial de manejo
del software, el cual contiene la siguiente información:
48

Ingreso de datos para tráfico unidireccional.

Ingreso de datos para tráfico bidireccional.

Tipos de tráficos que soporta la herramienta.

Como realizar la sincronización de relojes.
Esta opción de ayuda es muy general por lo cual el software contiene un
tutorial en formato .pdf más completo de la forma en que se debe manejar la
herramienta, además de algunos ejemplos de capturas con distintos tipos de
tráficos.
7.2. INTERFAZ GRÁFICA CLIENTE
El diagrama de la figura 27 muestra la organización de la interfaz de usuario del
cliente.
Figura 26. Esquema interfaz de usuário cliente
Menú
Captura
Iniciar
Sincronizació
n
Configuración
Bienvenido
Menú
Ayuda
Acerca de
Manual
Usuario
7.2.1. Ventana Principal. La ventana principal (ver figura 28) está compuesta
por menús desplegables que contienen las funciones que la herramienta puede
realizar, se explicarán en detalle a continuación.
49
Figura 27. Ventana principal cliente
7.2.2. Menú Archivo. La opción archivo del menú despliega las siguientes
opciones:
 Archivo
o Iniciar
o Ver Reporte
7.2.3. Menú Captura. Activar la opción del menú “Archivo > Iniciar captura”
La opción iniciar captura despliega la ventana de sincronización de hora (ver
figura 29), pidiendo ingresar la dirección IP de host al cual se sincronizara, se
deberán de tener los computadores en modo de administrador para que la
sincronización se realice con éxito debido a que de esto depende la certeza de
los datos, una vez ingresada, se selecciona continuar para generar una
ventana (ver figura 25) que permite configurar al igual que en el servidor los
parámetros sobre los cuales se realizará la captura.
50
Figura 28. Ventana de sincronización del cliente
Una vez configurado todos los parámetros del programa, se inicia el proceso de
captura de los paquetes por parte del cliente, terminado el tiempo programado
de la captura se genera un archivo con el nombre de Cliente.ans en el
computador donde se está ejecutando el para que este procese esta
información.
7.3. FILTROS
La configuración de los filtros es un tema de mucha importancia, debido a que
los paquetes que pasan por el filtro son utilizados para realizar los cálculos de
los parámetros de calidad de servicio, se pueden realizar dos tipos de
configuraciones como son: filtros unidireccionales y bidireccionales se explican
a continuación.
7.3.1. Configuración De Filtros Unidireccionales.
Los
filtros
unidireccionales capturan el tráfico solo en un sentido, los host relacionados a
este tipo de filtros se ingresan de dos formas:

La primera opción es ingresar los datos de las direcciones ip de los host
relacionados en la opción de fuente (IP) y destinatario (IP), siendo la
fuente la dirección de IP del host que envía los paquetes y el destinatario
la dirección IP del host que recibe los paquetes. Una vez ingresados
estos datos en la opción filtro se ingresa el protocolo o el puerto que se
desee filtrar TCP, UDP, IPv4, ARP, ICMP y se inicia la captura.
51
Ejemplo 1
Se desea capturar el tráfico icmp generado desde host 192.168.1.2 hacia el
host 192.168.0.2 en tiempo de 30 segundos.
Datos ingresados por parte
del servidor:
Figura 29. Ventana de configuración ENS
Fuente (IP)
192.168.1.2
Destinatario (IP)
192.168.0.2
Tiempo de captura
30 segundos
Filtro
Icmp
Datos ingresados por el cliente:
Figura 30. Ventana de configuración ENS
Fuente (IP)
192.168.1.2
Destinatario (IP)
192.168.0.2
Tiempo de captura
30 segundos
Filtro
Icmp
52
Ejemplo 2
Se desea capturar el tráfico originado por una descarga de una imagen jpg, del
computador con dirección IP 192.168.1.2 por el puerto 21, hacia el computador
con dirección IP 192.168.1.3 por el puerto 22.
Datos ingresados por parte del
Servidor:
Figura 31. Ventana de configuración ENS
Fuente (IP)
192.168.1.2
Destinatario (IP)
192.168.1.3
Tiempo de captura
30 segundos
Filtro
Port 21
Datos ingresados por parte del
cliente:
Figura 32. Ventana de configuración ENS
Fuente (IP)
192.168.1.2
Destinatario (IP)
192.168.1.3
Tiempo de captura
30 segundos
Filtro
Port 22
53
 La segunda opción es ingresar el filtro, seleccionando la pestaña de solo
filtro e ingresando los datos de manera escrita.
Ejemplo 3
Se desea capturar el tráfico TCP generado desde host 192.168.1.2 hacia el
host 192.168.1.3 en tiempo de 30 segundos.
Datos ingresados por parte del
servidor:
Figura 33. Ventana de configuración ENS
Filtro
Tcp and (src 192.168.1.2 and
dst 192.168.1.3)
Tiempo de captura
30 segundos
Datos ingresados por parte del
cliente:
Figura 34. Ventana de configuración ENS
Filtro
Tcp and (src 192.168.1.2 and
dst 192.168.1.3)
Tiempo de captura
30 segundos
54
7.3.2. Configuración De Filtros Bidireccionales. Los filtros bidireccionales
son los que capturan el tráfico que se genera en ambos sentidos, por ejemplo
en una llamada IP. Los host relacionados a este tipo de filtros se ingresan
directamente en la opción de filtrado cuando se selecciona la pestaña de solo
el filtro y bidireccional, las expresiones que se utilizan para realizar este tipo de
filtros son: operadores lógicos, paréntesis, puerto, protocolos y demás.
Ejemplo 4
Se desea capturar el tráfico generado en llamada IP del teléfono1 con dirección
IP 192.168.0.2 al teléfono 2 con dirección IP 192.168.1.2 en un tiempo de 30
segundos donde se utiliza el puerto 40010 para generar trafico desde el
teléfono 1 al teléfono 2 y el puerto 40030 para el tráfico generado desde el
teléfono 2 al teléfono 1.
Figura 35. Esquema de prueba para captura y análisis de parámetros QoS
para una llamada de VoIP
Filtro
port 40010 and (src 192.168.0.2 and dst 192.168.) or port 40030 and (src
192.168.0.1 and dst 192.168.0.2)
Tiempo de captura
30 segundos
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8. SIMULACIONES Y RESULTADOS
Con el fin de analizar los resultados que genera la herramienta Eagle Network
Sniffer, se implementó el esquema que se aprecia en la figura 32, El cual está
conformado por dos routers CISCO en una conexión back-to-back, además de
dos Switches CISCO.
8.1. ANALISIS DE PARÁMETROS QoS PARA TRAFICO FTP
Se descargara un archivo de 100KB, el cual se encuentra en el cliente y se
producirá una transferencia hacia el servidor como se muestra en la figura 32,
se tomaran las medidas utilizando el D-ITG de manera alternada con la
herramienta diseñada, con una velocidad del enlace 64Kbps.
En la Tabla III se pueden apreciar los resultados obtenidos para un ancho de
banda en el enlace WAN de 64Kbps. Las diferencias que se pueden apreciar
radican en la manera como el D-ITG empieza a colocar los datos en el enlace,
es decir, no se tiene certeza del momento que empieza y termina la medición
de los parámetros, ya que cuando se trabaja con el D-ITG, después de que
termina el tiempo de envío de datos configurado, pasan alrededor de 5 a 9
segundos para que cierre el flujo y cese el envío de información.
Figura 36. Esquema de prueba y análisis de parámetros QoS para FTP
56
Cuadro 3. Resultados obtenidos para la aplicación de FTP utilizando
Eagle Network Sniffer y D-itg
Parámetro
Total Time (s)
Total packets
Minimum delay
(s)
Maximum delay
(s)
Average delay
(s)
Average jitter (s)
Delay standar
deviation (s)
Bytes received
Average bitrate
Resultados
D-ITG
19.719328
132
0.302434
Resultados
Eagle
Network
Sniffer
19.68555307
132.0
0.242093086
10.133899
10.03705000
7.485182
7.402843213
0.080542
3.233416
---3.230482505
132000
53.551521
Kbit/s
Average packet 6.693940
rate
pkt/s
Packets
858 (86.67
dropped
%)
------6.7054250
868
Haciendo un análisis más a fondo de los resultados obtenidos, se puede
apreciar que el D-ITG presenta un error en el número total de paquetes
transferidos, porque son 1000 paquetes que se envían y el D-ITG reporta solo
990 paquetes en total, en cambio el ENS realiza el análisis a los 1000
paquetes, debido a esto hay variaciones en los resultados.
Debido a que es un servicio de transferencia de archivos se ubica en la clase 4,
donde los datos obtenidos por las herramientas se encuentran por encima de
los valores establecidos por ITU Y.1541, por ende debe haber problemas en la
velocidad del enlace y se deben de rechazar estos servicios con estos valores.
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Cuadro 4. Comparación de datos obtenidos del servicio de FTP con
parámetros de Recomendación Y.1541
Parámetros de
calidad de
funcionamiento
de red
IPTD
IPDV
IPLR
IPER
Clase 4
Resultados
D-ITG
1 Seg
U
1 ∗ 10𝑒 − 3
1 ∗ 10𝑒 − 4
7.485 Seg
3.233 Seg
858
---
Resultados
Eagle Network
Sniffer
7.402
3.230 seg
868
---
8.2. ANALISIS DE PARÁMETROS QoS PARA TRAFICO VoIP
Se realiza una prueba para trafico VoIP, el cual será simulado por el D-ITG en
un tiempo de duración de treinta segundos con un ancho de banda 60Kbps, el
tráfico se genera en una sola dirección. Una vez establecida la comunicación
se captura el tráfico con el ENS.
Figura 37. Esquema de prueba y análisis de parámetros QoS para VoIP
58
Cuadro 5. Resultados obtenidos para la aplicación de VoIP utilizando
Eagle Network Sniffer y D-itg
Parámetro
Total Time (s)
Total packets
Minimum delay
(s)
Maximum delay
(s)
Average delay
(s)
Average jitter (s)
Delay estándar
deviation (s)
Bytes received
Average bitrate
Resultados
D-ITG
31.142867
894
-0.324632
Resultados
Eagle
Network
Sniffer
31.184264
1010
0.3126857
3.2568546
3.4925467
4.1895634
4.3678524
1.2487963
2.582364
---2.894612
894000
---30.5246
---Kbit/s
Average packet 28.70641pkt/s 32.3881 pkt/s
rate
Packets
606(60.6 %)
490
dropped
Haciendo un análisis de los resultados obtenidos, se puede apreciar que se
presenta una diferencia en el número total de paquetes recibidos por parte de
los dos simuladores de 116 paquetes, produciendo diferencias en los valores
obtenidos. Por otra parte se puede apreciar que el número de paquetes
perdidos es relativamente alto debido a que el ancho de banda es pequeño.
Debido a que es un servicio de VoIP se ubica en la clase 1, donde los datos
obtenidos por las herramientas sobrepasan los valores establecidos ITU
Y.1541, se debe de revisar el ancho de banda del enlace por que la velcidad no
es correcta.
59
Cuadro 6. Comparación de datos obtenidos del servicio de VoIP con
parámetros de Recomendación Y.1541
Parámetros de
calidad de
funcionamiento
de red
IPTD
IPDV
IPLR
IPER
Clase 1
Resultados
D-ITG
400 ms
50ms
1 ∗ 10𝑒 − 3
1 ∗ 10𝑒 − 4
4.189 Seg
2.582 Seg
606
---
60
Resultados
Eagle Network
Sniffer
4.36 Seg
2.894 Seg
490
---
9. CONCLUSIONES
 Este tipo de herramientas son de gran utilidad para los proveedores de
servicio de telecomunicaciones, debido a que con esta herramienta se podrá
monitorear el funcionamiento y desempeño de las aplicaciones, y así tener un
punto de comparación entre las herramientas comerciales que ofrecen los
fabricantes de dispositivos de interconectividad.
 Las pruebas comparativas realizadas entre el Eagle Network Sniffer y el Ditg, generaron resultados positivos, debido a que los valores calculados en esas
pruebas fueron semejantes.
 Al realizar la configuración extremo a extremo tanto del servidor como del
cliente se debe ser muy cuidadoso al definir de manera correcta el filtro a
utilizar, debido a que el software funciona con las identificaciones de cada
paquete, y al cometer un error digitando el filtro los parámetros calculados
podrían ser erróneos.
 El tiempo de captura definido por el usuario se recomienda no colocarlo por
más de 10 minutos, debido a que el proceso de cálculo de los parámetros se
podría demorar un tiempo similar o superior, esto por el Proceso de análisis de
los archivos que contienen los datos para los cálculos. Se espera que para la
próxima versión de la herramienta esta dificultad se pueda corregir.
 El manual de usuario realizado para la aplicación género posibilidades de
entendimiento para los usuarios nuevos, lo que reduce tiempo de capacitación
y costos empleados en estas.
 Eagle Network Sniffer es una herramienta que analiza la calidad de servicio
para cualquier traza de trafico IP en modo pasivo, mientras que otras
herramientas existentes en el mercado no lo realizan.
 El diseño de las interfaces gráficas realizadas para el Eagle Network
Sniffer, facilita el ingreso de los datos para realizar el análisis de QoS por parte
del usuario.
 La sincronización de relojes disminuye la posibilidad de errores cuando se
realizan los cálculo de los parámetros de QoS, debido a que el tiempo debe de
ser común entre la aplicación cliente y servidor.
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