La calidad de servicio (en inglés quality of service o QoS) es el rendimiento promedio de una red de telefonía o de computadoras, particularmente el rendimiento visto por los usuarios de la red. Cuantitativamente mide la calidad de los servicios que son considerados en varios aspectos del servicio de red, tales como tasas de errores, ancho de banda, rendimiento, retraso en la transmisión, disponibilidad, fluctuación del retardo o jitter, etc.

Calidad de servicio es particularmente importante para el transporte de tráfico con requerimientos especiales. En particular, muchas tecnologías han sido desarrolladas para permitir a las redes de computadoras ser tan útiles como las redes de teléfono para conversaciones de audio, así como el soporte de nuevas aplicaciones con demanda de servicios más estrictos.

Ejemplos de mecanismos de calidad de servicio son la priorización de tráfico y la garantía de un ancho de banda mínimo.

La aplicación de calidad de servicio es un requisito básico para poder implantar servicios interactivos (por ejemplo voz sobre IP).

Definiciones

La calidad de servicios comprende requerimientos en todos los aspectos de una conexión, tales como tiempo de respuesta de los servicios, pérdidas, ratio señal a ruido, diafonías, ecos, interrupciones, frecuencia de respuesta, niveles de sonido, entre otros. Una subcategoría de calidad de servicios de telefonía son los requerimientos de nivel de servicio, los cuales comprenden aspectos de una conexión relacionados con la capacidad y cobertura de una red, por ejemplo garantizar la probabilidad máxima de bloqueo y la probabilidad de interrupción.Teletraffic Engineering Handbook ITU-T Study Group 2 (350 pages, 4·48MiB)(It uses abbreviation GoS instead of QoS)

En el campo de las redes de computadoras y otras redes de telecomunicación en paquetes, los términos de ingeniería del tráfico se refieren a mecanismos de control para la reserva de recursos en vez de la calidad de servicio lograda.

Calidad de servicio es la habilidad de proveer diferentes prioridades a diferentes aplicaciones, usuarios, o flujos de datos, o de garantizar un cierto nivel de rendimiento para un flujo de datos. Por ejemplo, una requerida tasa de bits, retraso, jitter, probabilidad de eliminación de paquetes o tasa de bit de errores pueden ser garantizados. Las garantías de la calidad de servicio son importantes si la capacidad de la red es insuficiente, especialmente para aplicaciones de transmisión multimedia en tiempo real tales como voz sobre IP, juegos en línea y IP-TV, ya que a menudo estos requieren tasa de bit establecidas y son sensitivas al retraso, y en redes donde la capacidad es un recurso limitado, por ejemplo en comunicación de datos celular.

Una red o protocolo que soporta Calidad de servicios puede coincidir en un contrato de tráfico con la aplicación y reservar capacidad en los nodos de la red, por ejemplo durante una fase de establecimiento de sesión. Durante la sesión puede monitorear el nivel de rendimiento alcanzado, por ejemplo la tasa de datos y el retraso, y dinámicamente controlar las prioridades entre los nodos de la red. Esta puede liberar la capacidad reservada durante una fase posterior.

Una red o servicio de mejor esfuerzo no soporta calidad de servicio. Una alternativa a complejos mecanismos de control de calidad de servicios es proveer comunicación de alta calidad sobre una red de mejor esfuerzo sobre provisionando la capacidad de tal manera que sea suficiente para la carga de tráfico esperada. La resultante ausencia de congestión en la red elimina la necesidad de mecanismos de calidad de servicios.

Calidad de servicios es algunas veces usada como medidor de calidad, con muchas definiciones alternativas, en lugar de refiriéndose a la habilidad de reservar recursos. Calidad de servicios algunas veces se refiere al nivel de calidad de servicios, i.e. La garantizada calidad de servicio. Alta calidad de servicio a menudo es confundida con alto nivel de rendimiento o la calidad de servicio alcanzada, por ejemplo altas tasas de bit, baja latencia y baja probabilidad de error..

Problemas en redes de datos conmutados Muchas cosas le ocurren a los paquetes desde su origen al destino, resultando los siguientes problemas vistos desde el punto de vista del transmisor y receptor:

Bajo rendimiento

Debido a la carga variante de otros usuarios compartiendo los mismos recursos de red, la tasa de bits (el máximo rendimiento) que puede ser provista para una cierta transmisión de datos puede ser muy lenta para servicios en tiempo real si toda la transmisión de datos obtiene el mismo nivel de prioridad. Paquetes de datos Los enrutadores pueden fallar en liberar algunos paquetes si ellos llegan cuando los búferes ya están llenos. Algunos, ninguno o todos los paquetes pueden quedar sueltos dependiendo del estado de la red, y es imposible determinar que pasará de antemano. La aplicación del receptor puede preguntar por la información que será retransmitida posiblemente causando largos retardos a lo largo de la transmisión.

Retardos

Puede ocurrir que los paquetes tomen un largo período en alcanzar su destino, debido a que pueden permanecer en largas colas o tomen una ruta menos directa para prevenir la congestión de la red. En algunos casos, los retardos excesivos pueden inutilizar aplicaciones tales como VoIP o juegos en línea.

Latencia

Toman instante para que cada paquete llegue a su destino, porque pueden quedar atascado en largas colas, o tomar una ruta menos directa para evitar la congestión. Esto es diferente de rendimiento, ya que el retraso puede mejorar con el tiempo, incluso si el rendimiento es casi normal. En algunos casos, latencia 0 puede convertir a una aplicación como juegos en línea Estable.

Fluctuación del retardo o jitter

Los paquetes del transmisor pueden llegar a su destino con diferentes retardos. Un retardo de un paquete varía con su posición en las colas de las rutas a lo largo del camino entre el transmisor y el destino. Esta variación en retardo se conoce como jitter y puede afectar seriamente la calidad del flujo de audio o vídeo.

Entrega de paquetes fuera de orden

Cuando un conjunto de paquetes relacionados entre sí son encaminados a Internet, los paquetes pueden tomar diferentes rutas, resultando en diferentes retardos. Esto ocasiona que los paquetes lleguen en el mismo orden de como fueron enviados. Este problema requiere un protocolo que pueda arreglar los paquetes fuera de orden a paquetes inexistentes una vez que ellos lleguen a su destino. Esto es especialmente importante para flujos de VoIP donde la calidad es nada afectada tanto por latencia y pérdida de sincronía.

Errores

A veces, los paquetes son mal dirigidos, combinados entre sí o corrompidos cuando se encaminan. El receptor tiene que detectarlos y justo cuando el paquete es liberado, pregunta al transmisor para repetirlo así mismo.

Aplicaciones Transmisión de medios Televisión de protocolo de Internet (IPTV) Audio sobre Ethernet Audio sobre IP Telefonía IP también conocida como Voz sobre IP (VoIP) Videoconferencia Telepresencia Aplicaciones de almacenamiento como iSCSI y FCoE Servicio de emulación de circuito Aplicaciones críticas de seguridad como cirugía remota donde los problemas de disponibilidad pueden ser peligrosos Sistemas de soporte a las operaciones de redes ya sea para la misma red o para las necesidades críticas del negocio de los clientes Juegos en línea donde el retraso en tiempo real puede ser un factor Protocolos de sistemas de control industrial como Ethernet/IP los cuales son utilizados para el control en tiempo real de la maquinaria

Estos tipos de servicios son denominados no elásticos, que significa que requieren un determinado nivel mínimo de ancho de banda y una determinada latencia máxima para funcionar. En contraste, las aplicaciones elásticas pueden tomar ventaja de por mucho o poco ancho de banda haya disponible. Las aplicaciones de transferencia de archivo mayor que dependen de TCP son generalmente elásticas.

Mecanismos Las redes de comunicación por circuitos, especialmente las que están destinadas para transmisión de voz, tales como ATM o GSM, Tiene calidad de servicio en el núcleo del protocolo y no necesitan procedimientos adicionales para alcanzarla. Unidades de datos más cortas es uno de los puntos de venta únicos de ATM para aplicaciones como video en demanda.

La cantidad de sobreaprovisionamiento en enlaces interiores requerida para reemplazar la QoS depende del número de usuarios y sus demandas de tráfico. Esto limita la usabilidad del sobreaprovisionamiento. Aplicaciones más nuevas con ancho de banda intensivo y la adición de más usuarios resulta en la pérdida de redes de sobreaprovisionamiento. Esto requiere entonces una actualización física de los enlaces de red relevantes lo cual es un proceso costoso. Por lo tanto el sobre-aprovisionamiento no puede ser asumido a ciegas en internet.

Esfuerzos de IP y Ethernet A diferencia de las redes de un solo dueño, Internet es una serie de puntos de intercambio interconectando redes privadas.An Evening With Robert Kahn, from Computer History Museum, 9 Jan 2007 Por consiguiente el núcleo de Internet pertenece y es administrado por un número de diferentes proveedores de servicio de red y no una entidad única. Su comportamiento es mucho más estocástico o impredecible. Por lo tanto, continua la investigación sobre procedimientos de calidad de servicio que sean desplegables en redes grandes y diversas.

Hay dos enfoques principales a calidad de servicio en las redes IP modernas de paquete cambiado, un sistema parametrizado basado en un intercambio de requerimientos de la aplicación con la red, y un sistema priorizado donde cada paquete identifica un nivel de servicio deseado a la red.

• Servicios integrados (“IntServ”) implementa el enfoque parametrizado. En este modelo, las aplicaciones usan el protocolo de reserva de recurso para solicitar y reservar recursos a lo largo de la red.

• Servicios diferenciados (“DiffServ”) implementa el modelo priorizado. DiffServ marca paquetes de acuerdo al tipo de servicio que desean. En respuesta a estas marcas, los enrutadores y conmutadores usan varias estrategias de encolamiento para adaptar el rendimiento a las expectativas. Marcas de punto código de servicios diferenciados (DSCP) usan los primeros seis bits en el campo de tipo de servicio de la cabecera del paquete IPv4.

Primeramente se usaban la filosofía de servicios integrados (IntServ) de reservar los recursos de la red. En este modelo, las aplicaciones usaban el protocolo de reserva de recurso para solicitar y reservar recursos a lo largo de una red. Aunque los mecanismos de IntServ funcionan, se observó que una red de ancho de banda típica de un proveedor mayor de servicio, se requería que los enrutadores núcleo aceptaran, mantuvieran y quitaran miles o posiblemente decenas de miles de reservas. Se creía que este enfoque no se acomodaría al crecimiento de Internet, y en cualquier evento era antitética a la noción de diseñar redes de manera que los enrutadores núcleo hagan más que solo cambiar paquetes a las tasas más altas posibles.

En respuesta a estas marcas, los enrutadores y switches usan varias estrategias de queueing para adaptar el rendimiento a los requerimientos. En la capa IP, marcas de punto código de servicios diferenciados (DSCP) usan los 6 bits en la cabecera del paquete IP. En la capa MAC, VLAN IEEE 802.1Q y IEEE 802.1p pueden ser usados para llevar esencialmente la misma información.

Los enrutadores que implementan DiffServ configuran su programador de red para utilizar múltiples colas para paquetes que esperan transmisión desde interfaces de ancho de banda limitado. Los vendedores de enrutadores proveen diferentes capacidades para configurar este comportamiento, para incluir el número de colas soportadas, las prioridades relativas de las colas, y el ancho de banda reservado para cada cola.