Algoritmos de Colas: SFQ (Stochastic Fairness Queueing)

Mauro Escalante
mayo 9, 2023
9:43 pm
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El SFQ es un algoritmo de planificación de colas utilizado en sistemas de redes para gestionar el tráfico y garantizar una distribución justa de los recursos de ancho de banda entre diferentes flujos de datos. En RouterOS MikroTik, SFQ se utiliza como parte de su sistema de calidad de servicio (QoS) para gestionar y priorizar el tráfico de red.

Funcionamiento de SFQ en RouterOS MikroTik

Clasificación: El tráfico entrante se clasifica en flujos separados según sus direcciones IP de origen y destino, y números de puerto, así como el protocolo utilizado (TCP, UDP, etc.). Estos flujos se asignan a colas individuales.
Hashing: Para evitar la sobrecarga de la memoria y mejorar el rendimiento, SFQ emplea una función de hashing para asignar flujos a un número limitado de colas. Esto garantiza que los flujos similares compitan entre sí por el ancho de banda, mientras se distribuye equitativamente el ancho de banda entre las colas.
Round-robin ponderado: SFQ utiliza un algoritmo de round-robin ponderado para decidir qué cola se servirá a continuación. Este proceso se basa en la cantidad de bytes que cada flujo ha transmitido y los pesos asignados a cada cola. El flujo con menos bytes transmitidos y menor peso tiene prioridad para ser atendido.
Envejecimiento de colas: Para evitar que las colas inactivas consuman recursos, SFQ aplica un mecanismo de envejecimiento, que elimina las colas inactivas después de un cierto período de tiempo.

Escenarios donde se puede aplicar SFQ

Entornos con múltiples usuarios y conexiones: En redes con múltiples usuarios y conexiones simultáneas, SFQ ayuda a garantizar una distribución justa del ancho de banda, evitando que un usuario o aplicación monopolice los recursos.
Redes con aplicaciones sensibles al retardo: SFQ ayuda a mejorar la latencia en aplicaciones en tiempo real como VoIP, videoconferencias y juegos en línea, al asignar prioridad a paquetes pequeños y evitar la congestión.
Control de tráfico no crítico: SFQ es útil para limitar el tráfico no crítico, como actualizaciones de software, descargas de archivos grandes y servicios de streaming, garantizando que no afecten el rendimiento de las aplicaciones críticas.

Escenarios donde NO se debe aplicar SFQ

Redes con tráfico homogéneo: En redes donde el tráfico es homogéneo y no hay una necesidad de priorizar aplicaciones o usuarios específicos, SFQ puede no ser necesario y otras soluciones de QoS más simples podrían ser más apropiadas.
Entornos con alta capacidad de enlace: En redes con enlaces de alta capacidad y baja utilización, la aplicación de SFQ puede ser innecesaria y consumir recursos del sistema sin proporcionar beneficios significativos.
Redes con requisitos de QoS más avanzados: SFQ es un enfoque de QoS relativamente simple y puede no ser adecuado para redes con requisitos más avanzados, como priorización basada en aplicaciones específicas, garantía de ancho de banda mínimo o gestión de tráfico diferenciado.

Parámetros de SFQ

SFQ está asegurada por algoritmos de hashing y round-robin. Un flujo de tráfico puede ser identificado por 4 opciones (src-address, dst-address, src-port y dst-port), por lo que estos paquetes son usados por el algoritmo de hashing SFQ para clasificar los paquetes en uno de los 1024 posibles sub-streams.

El algoritmo de round-robin empezará a distribuir el ancho de banda disponible a todos los sub-streams, en cada ronda se entrega sfq-allot bytes de tráfico. La cola completa SFQ puede contener 128 paquetes y hay 1024 sub-streams disponibles.

Qué significa Estocástico (stochastic)

SFQ es conocido como Estocástico (Stochastic) porque en realidad no se asigna una cola para cada flujo, tiene un algoritmo que divide el tráfico sobre un número limitado de colas (1024) utilizando un algoritmo de hashing.

El término “estocástico” en SFQ (Stochastic Fairness Queueing) hace referencia al uso de aleatoriedad y probabilidad en el algoritmo para garantizar una distribución justa de los recursos de ancho de banda entre diferentes flujos de datos. La aleatoriedad en SFQ proviene de la función de hashing que se utiliza para asignar flujos a colas.

Funcionamiento estocástico en SFQ

Hashing: La función de hashing toma información de los flujos de tráfico, como direcciones IP de origen y destino, números de puerto y protocolo, y genera un número hash único. Este número se utiliza para asignar el flujo a una cola específica dentro de un conjunto limitado de colas. Dado que la función de hashing es determinista, los paquetes pertenecientes al mismo flujo siempre serán asignados a la misma cola. Sin embargo, debido a las colisiones de hash, flujos diferentes pueden terminar en la misma cola.
Aleatoriedad: La aleatoriedad en la función de hashing ayuda a distribuir los flujos de manera más o menos uniforme entre las colas disponibles. Esto asegura que los flujos similares compitan entre sí por el ancho de banda y evita que un flujo monopolice los recursos de la red.
Probabilidad: El algoritmo de SFQ utiliza la probabilidad para decidir qué cola se servirá a continuación. En lugar de servir a las colas en un orden fijo, el algoritmo selecciona una cola en función de su peso y la cantidad de bytes que ha transmitido. El flujo con menos bytes transmitidos y menor peso tiene prioridad para ser atendido, lo que garantiza una distribución justa del ancho de banda.

La combinación de hashing, aleatoriedad y probabilidad en el algoritmo SFQ permite una gestión eficiente y justa del tráfico en entornos de red con múltiples usuarios y conexiones, mejorando la calidad del servicio y la experiencia del usuario.