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SOCIUM-CR/isp-200-residencial

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ISP-200 Residencial

Laboratorio de Simulación de ISP para 200 Usuarios Residenciales

Este laboratorio simula la infraestructura completa de un Proveedor de Servicios de Internet (ISP) pequeño diseñado para atender aproximadamente 200 usuarios residenciales con un único POP (Point of Presence).

Grafana Dashboard

Tabla de Contenidos

Características

  • Simulación realista de un ISP pequeño con arquitectura de 5 capas
  • BGP con upstream provider (AS 65000 ↔ AS 65100)
  • OSPF como IGP interno con múltiples áreas
  • CGNAT implementado con nftables (RFC 6598)
  • QoS/Traffic Shaping con tc + HTB + fq_codel (alternativa a LibreQoS)
  • 6 CPEs simulando la base de usuarios (~33 usuarios cada uno)
  • Monitoreo completo con Prometheus + Grafana + cAdvisor
  • Dashboard QoS con métricas de traffic shaping en tiempo real
  • Generador de tráfico para visualizar métricas en tiempo real
  • 21 contenedores corriendo simultáneamente
  • 100% compatible con macOS ARM64 (Apple Silicon)

Arquitectura de Red

                              ┌─────────────────────────────────────┐
                              │           INTERNET                  │
                              │         (Simulado)                  │
                              └─────────────────┬───────────────────┘
                                                │
                                                │ BGP eBGP
                                                │ AS 65000
                                                ▼
                              ┌─────────────────────────────────────┐
                              │         UPSTREAM-SIM                │
                              │        192.168.200.1                │
                              │     Simula Transit Provider         │
                              └─────────────────┬───────────────────┘
                                                │
                                                │ eBGP Peering
                                                ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                              ISP-200 (AS 65100)                                 │
│                                                                                 │
│  ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│  │                           CAPA DE BORDE                                   │ │
│  │                                                                           │ │
│  │                         ┌─────────────────┐                               │ │
│  │                         │   EDGE-ROUTER   │                               │ │
│  │                         │  192.168.200.2  │                               │ │
│  │                         │   BGP + OSPF    │                               │ │
│  │                         └────────┬────────┘                               │ │
│  └──────────────────────────────────┼────────────────────────────────────────┘ │
│                                     │ OSPF Area 0                              │
│  ┌──────────────────────────────────┼────────────────────────────────────────┐ │
│  │                           CAPA CORE                                       │ │
│  │                                  │                                        │ │
│  │           ┌──────────────────────┼──────────────────────┐                 │ │
│  │           │                      │                      │                 │ │
│  │    ┌──────┴──────┐        ┌──────┴──────┐               │                 │ │
│  │    │ CORE-ROUTER │        │ CGNAT-ROUTER│               │                 │ │
│  │    │ .200.3      │        │ .200.4      │               │                 │ │
│  │    │ OSPF Hub    │        │ NAT 444     │               │                 │ │
│  │    └──────┬──────┘        └─────────────┘               │                 │ │
│  └───────────┼─────────────────────────────────────────────┘                 │
│              │                                                                │
│  ┌───────────┼───────────────────────────────────────────────────────────────┐│
│  │           │              CAPA DE AGREGACIÓN                               ││
│  │    ┌──────┴──────────────────┐                                            ││
│  │    │                         │                                            ││
│  │  ┌─┴───────────┐      ┌──────┴──────┐                                     ││
│  │  │   AGG-1     │      │   AGG-2     │                                     ││
│  │  │  .200.10    │      │  .200.11    │                                     ││
│  │  │ Zona Norte  │      │ Zona Sur    │                                     ││
│  │  │ ~140 users  │      │ ~60 users   │                                     ││
│  │  └──────┬──────┘      └──────┬──────┘                                     ││
│  └─────────┼────────────────────┼────────────────────────────────────────────┘│
│            │                    │                                             │
│  ┌─────────┼────────────────────┼────────────────────────────────────────────┐│
│  │         │     CAPA DE ACCESO │                                            ││
│  │    ┌────┴────┐          ┌────┴────┐                                       ││
│  │    │         │          │         │                                       ││
│  │ ┌──┴───┐ ┌───┴──┐    ┌──┴───┐                                             ││
│  │ │ACC-1 │ │ACC-2 │    │ACC-3 │                                             ││
│  │ │.20   │ │.21   │    │.22   │                                             ││
│  │ └──┬───┘ └──┬───┘    └──┬───┘                                             ││
│  └────┼────────┼───────────┼─────────────────────────────────────────────────┘│
│       │        │           │                                                  │
│  ┌────┼────────┼───────────┼─────────────────────────────────────────────────┐│
│  │    │  CLIENTES (CPE)    │                                                 ││
│  │    │        │           │                                                 ││
│  │ ┌──┴──┐ ┌───┴──┐ ┌──────┴──────┐                                          ││
│  │ │CPE-1│ │CPE-2 │ │CPE-3  CPE-4 │  CPE-5  CPE-6                            ││
│  │ │.10  │ │.20   │ │.30    .40   │  .50    .60                              ││
│  │ └─────┘ └──────┘ └─────────────┘                                          ││
│  │  (Cada CPE representa ~33 usuarios residenciales)                         ││
│  └───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘│
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

                         SERVICIOS DE INFRAESTRUCTURA
        ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐
        │ Prometheus  │  │  Grafana    │  │  cAdvisor   │  │Traffic Gen  │
        │ .200.100    │  │  .200.101   │  │  .200.102   │  │  .200.200   │
        │ :9090       │  │  :3000      │  │  :9080      │  │             │
        └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────┘

Requisitos

Recurso Mínimo Recomendado
CPU 2 cores 4+ cores
RAM 4 GB 8+ GB
Disco 5 GB 10 GB
Docker 20.10+ Latest

Plataformas soportadas:

  • macOS ARM64 (Apple Silicon M1/M2/M3/M4)
  • macOS Intel
  • Linux AMD64/ARM64

Software requerido:

  • Docker Desktop o OrbStack (recomendado para macOS)
  • Docker Compose v2+

Inicio Rápido

1. Clonar/Navegar al directorio

cd /path/to/container-labs-project/labs/isp-200-residencial

2. Levantar el laboratorio

docker compose up -d

3. Verificar estado

docker compose ps

Deberías ver 21 contenedores en estado "running".

4. Acceder a servicios

Servicio URL Credenciales
Grafana http://localhost:3000 admin / admin
Grafana - Dashboard QoS http://localhost:3000/d/qos-traffic-shaping admin / admin
Prometheus http://localhost:9090 -
cAdvisor http://localhost:9080 -

5. Verificar BGP

docker exec isp200-edge vtysh -c "show bgp summary"

Salida esperada:

Neighbor        V         AS   MsgRcvd   MsgSent   TblVer  InQ OutQ  Up/Down State/PfxRcd
192.168.200.1   4      65000       XXX       XXX        0    0    0 XX:XX:XX            1

6. Verificar OSPF

docker exec isp200-core vtysh -c "show ip ospf neighbor"

7. Probar conectividad end-to-end

docker exec isp200-cpe1 ping -c 3 192.168.200.1

Componentes del Laboratorio

Routers (FRRouting 8.4.1)

Contenedor Hostname IP Función Protocolos
isp200-upstream upstream-sim 192.168.200.1 Transit Provider BGP AS 65000
isp200-edge edge-router 192.168.200.2 Router de Borde BGP AS 65100 + OSPF
isp200-core core-router 192.168.200.3 Core/Backbone OSPF
isp200-cgnat cgnat-router 192.168.200.4 CGNAT nftables
isp200-agg1 agg-1 192.168.200.10 Agregación Norte OSPF
isp200-agg2 agg-2 192.168.200.11 Agregación Sur OSPF
isp200-acc1 acc-1 192.168.200.20 Acceso Sector A OSPF
isp200-acc2 acc-2 192.168.200.21 Acceso Sector B OSPF
isp200-acc3 acc-3 192.168.200.22 Acceso Sector C OSPF

CPEs (Clientes Simulados)

Contenedor IP Usuarios Simulados
isp200-cpe1 192.168.201.10 ~33
isp200-cpe2 192.168.201.20 ~33
isp200-cpe3 192.168.201.30 ~33
isp200-cpe4 192.168.201.40 ~33
isp200-cpe5 192.168.201.50 ~33
isp200-cpe6 192.168.201.60 ~35

Servicios de Infraestructura

Contenedor IP Puerto Función
isp200-prometheus 192.168.200.100 9090 Métricas y alertas
isp200-grafana 192.168.200.101 3000 Visualización
isp200-cadvisor 192.168.200.102 9080 Métricas de contenedores
isp200-traffic-gen 192.168.200.200 - Generador de tráfico

QoS y Testing

Contenedor IP Puerto Función
isp200-qos-shaper 192.168.200.50 9100 Traffic shaping (tc + HTB + fq_codel)
isp200-iperf3 192.168.200.51 5201 Servidor iperf3 para tests de bandwidth

Protocolos de Routing

BGP (Border Gateway Protocol)

┌──────────────────┐                    ┌──────────────────┐
│   AS 65000       │                    │   AS 65100       │
│   (Upstream)     │◄──── eBGP ────────►│   (ISP-200)      │
│                  │                    │                  │
│ Anuncia:         │                    │ Anuncia:         │
│ - 0.0.0.0/0      │                    │ - 192.168.192/20 │
└──────────────────┘                    └──────────────────┘

Configuración clave:

  • no bgp ebgp-requires-policy (requerido en FRR 8.x+)
  • Soft-reconfiguration inbound habilitado
  • Router ID basado en loopback

OSPF (Open Shortest Path First)

Área Routers Función
0 (Backbone) edge, core, agg-1, agg-2 Interconexión principal
1 acc-1, acc-2 Zona Norte
2 acc-3 Zona Sur

QoS - Traffic Shaping

El laboratorio incluye un sistema de QoS completo usando tc (traffic control) con HTB y fq_codel, como alternativa ligera a LibreQoS compatible con Docker/macOS.

Arquitectura QoS

                      ┌─────────────────┐
                      │   UPSTREAM      │
                      │  192.168.200.1  │
                      └────────┬────────┘
                               │
                      ┌────────┴────────┐
                      │   QOS-SHAPER    │  ◄── HTB + fq_codel
                      │  192.168.200.50 │      Métricas → Prometheus
                      └────────┬────────┘
                               │
          ┌────────────────────┼────────────────────┐
          │                    │                    │
   ┌──────┴──────┐      ┌──────┴──────┐      ┌──────┴──────┐
   │   ACC-1     │      │   ACC-2     │      │   ACC-3     │
   └──────┬──────┘      └──────┬──────┘      └──────┬──────┘
          │                    │                    │
    ┌─────┴─────┐        ┌─────┴─────┐        ┌─────┴─────┐
    │CPE1  CPE2 │        │CPE3  CPE4 │        │CPE5  CPE6 │
    │ 10M   10M │        │ 25M   25M │        │ 50M  100M │
    └───────────┘        └───────────┘        └───────────┘

Planes de Servicio

Plan Classid Download Upload CPEs
Básico 1:50 10 Mbps 2 Mbps CPE1, CPE2
Estándar 1:40 25 Mbps 5 Mbps CPE3, CPE4
Premium 1:30 50 Mbps 10 Mbps CPE5
Ultra 1:20 100 Mbps 20 Mbps CPE6
VoIP (Prioritario) 1:10 100 Mbps - Reservado

Dashboard QoS en Grafana

URL: http://localhost:3000/d/qos-traffic-shaping

El dashboard muestra en tiempo real:

  • Tráfico por clase HTB (bytes/sec)
  • Paquetes dropeados por shaping
  • Eventos de overlimit (rate limiting activo)
  • Límites configurados por plan

Métricas Prometheus

# Tráfico por clase en Mbps
rate(tc_class_bytes_total[1m]) * 8 / 1000000

# Overlimits (shaping activo)
increase(tc_class_overlimits_total[1m])

# Drops por clase
rate(tc_class_drops_total[1m])

Test de Bandwidth

# Test desde CPE1 (debe limitarse a ~10 Mbps)
docker exec isp200-cpe1 sh -c "apk add --no-cache iperf3 && iperf3 -c 192.168.200.51 -t 10"

# Test desde CPE6 (hasta ~100 Mbps)
docker exec isp200-cpe6 sh -c "apk add --no-cache iperf3 && iperf3 -c 192.168.200.51 -t 10"

Nota: CAKE no está disponible en Docker (requiere módulo kernel). Se usa fq_codel como AQM alternativo con resultados similares para bufferbloat.

Stack de Monitoreo

Prometheus

Prometheus Query

Queries útiles:

# Tráfico de red transmitido
rate(container_network_transmit_bytes_total[1m])

# Uso de CPU por contenedor
rate(container_cpu_usage_seconds_total{name=~"isp200.*"}[5m])

# Memoria usada
container_memory_usage_bytes{name=~"isp200.*"}

cAdvisor

cAdvisor Overview

Proporciona métricas detalladas de cada contenedor:

  • Uso de CPU (total y por core)
  • Memoria utilizada
  • Tráfico de red por interfaz
  • I/O de disco

Grafana

Dashboards disponibles:

Dashboard URL Contenido
ISP-200 Network Monitor /d/isp200-network-monitor Tráfico de red, CPU, memoria
QoS Traffic Shaping /d/qos-traffic-shaping Métricas de tc/HTB en tiempo real

ISP-200 Network Monitor incluye:

  • Network Traffic - Transmit/Receive Rate
  • Total Bytes Transmitted/Received
  • CPU Usage por contenedor
  • Bridge Network Traffic

QoS Traffic Shaping incluye:

  • Tráfico por clase HTB (bytes/sec)
  • Dropped Packets por clase
  • Overlimits (eventos de rate limiting)
  • Configuración de límites (rate/ceil)

Comandos Útiles

Gestión del Laboratorio

# Ver estado de todos los contenedores
docker compose ps

# Ver logs de un servicio
docker logs -f isp200-edge

# Reiniciar un servicio específico
docker compose restart edge-router

# Detener el laboratorio (preserva datos)
docker compose stop

# Detener y eliminar todo
docker compose down --volumes --remove-orphans

Acceso a Routers FRRouting

# Edge Router (BGP + OSPF)
docker exec -it isp200-edge vtysh

# Core Router (OSPF)
docker exec -it isp200-core vtysh

# Aggregation Router
docker exec -it isp200-agg1 vtysh

# Access Router
docker exec -it isp200-acc1 vtysh

Comandos FRR Importantes

# Tabla de rutas
show ip route
show ip route bgp
show ip route ospf

# Estado BGP
show bgp summary
show bgp ipv4 unicast
show bgp neighbors 192.168.200.1

# Estado OSPF
show ip ospf neighbor
show ip ospf interface
show ip ospf database

# Configuración actual
show running-config

Pruebas de Conectividad

# Ping desde CPE hacia Internet simulado
docker exec isp200-cpe1 ping -c 3 192.168.200.1

# Traceroute completo
docker exec isp200-cpe1 traceroute -n 192.168.200.1

# Verificar ruta default en CPE
docker exec isp200-cpe1 ip route

CGNAT

# Ver reglas NAT activas
docker exec isp200-cgnat nft list ruleset

# Ver conexiones NAT
docker exec isp200-cgnat cat /proc/net/nf_conntrack | head

QoS - Traffic Shaping

# Ver estadísticas del qdisc HTB
docker exec isp200-qos-shaper tc -s qdisc show dev eth0

# Ver estadísticas por clase
docker exec isp200-qos-shaper tc -s class show dev eth0

# Ver filtros de clasificación
docker exec isp200-qos-shaper tc filter show dev eth0

# Monitor en tiempo real (CLI)
docker exec -it isp200-qos-shaper /qos-monitor.sh

# Test de bandwidth desde CPE
docker exec isp200-cpe1 sh -c "apk add --no-cache iperf3 && iperf3 -c 192.168.200.51 -t 10"

# Ver métricas en Prometheus
curl -s 'http://localhost:9090/api/v1/query?query=tc_class_bytes_total' | jq '.data.result'

Estructura del Proyecto

labs/isp-200-residencial/
├── README.md                    # Este archivo
├── docker-compose.yml           # Definición principal del lab (21 servicios)
├── docs/                        # Documentación detallada
│   ├── README.md               # Índice de documentación
│   ├── ARQUITECTURA.md         # Diseño de red detallado
│   ├── CONFIGURACION-TECNICA.md # Configs de FRR, BGP, OSPF
│   ├── OPERACIONES.md          # Guía de operaciones
│   ├── MONITOREO.md            # Stack de monitoreo
│   └── QOS.md                  # Traffic shaping tc + HTB + fq_codel
├── configs/
│   ├── frr/                    # Configuraciones FRRouting
│   │   ├── upstream-sim/       # BGP AS 65000
│   │   ├── edge-router/        # BGP AS 65100 + OSPF
│   │   ├── core-router/        # OSPF backbone
│   │   ├── agg-1/              # OSPF
│   │   ├── agg-2/              # OSPF
│   │   ├── acc-1/              # OSPF
│   │   ├── acc-2/              # OSPF
│   │   └── acc-3/              # OSPF
│   ├── cgnat/                  # nftables NAT config
│   ├── qos/                    # Configuración QoS
│   │   └── subscriber-plans.conf  # Planes por suscriptor
│   ├── monitoring/             # prometheus.yml (incluye qos-shaper)
│   └── grafana/
│       ├── provisioning/
│       │   ├── datasources/prometheus.yml  # UID fijo: prometheus
│       │   └── dashboards/dashboards.yml
│       └── dashboards/
│           ├── isp-200-network-monitor.json
│           └── qos-traffic-shaping.json    # Dashboard QoS
├── scripts/
│   ├── traffic-generator.sh    # Generador de tráfico
│   ├── setup-cgnat.sh          # Setup del router CGNAT
│   ├── setup-qos.sh            # Auto-configura HTB + fq_codel + exporter
│   ├── tc-exporter.sh          # Exporta métricas tc → Prometheus
│   ├── qos-monitor.sh          # Monitor CLI tiempo real
│   ├── apply-qos-access.sh     # Aplica QoS en routers de acceso
│   └── test-qos-bandwidth.sh   # Tests de bandwidth
└── pics/                       # Screenshots
    ├── grafana-dashboard.png
    ├── prometheus-query.png
    └── cadvisor-overview.png

reportes/isp-200-residencial/    # Reportes operativos (fuera del lab)
├── README.md
└── 2026-02-03-implementacion-qos.md

Documentación Adicional

Para información más detallada, consulta los documentos en /docs/:

Documento Contenido
ARQUITECTURA.md Diseño de red, topología, flujo de tráfico
CONFIGURACION-TECNICA.md Docker Compose, FRRouting, BGP, OSPF, CGNAT
OPERACIONES.md Comandos de gestión, troubleshooting, escenarios
MONITOREO.md Prometheus, Grafana, queries PromQL
QOS.md Traffic shaping con tc + HTB + fq_codel, planes de servicio

Direccionamiento IP

Segmento Red Uso
Docker Network 192.168.192.0/20 Red completa del lab
Infraestructura 192.168.200.0/24 Routers y servicios
Clientes 192.168.201.0/24 CPEs simulados
Loopbacks 10.255.255.0/24 Router IDs

Recursos del Sistema

El laboratorio completo consume aproximadamente:

Recurso Uso Típico
CPU 2-4 vCPU
RAM 3-4 GB
Disco ~2 GB (imágenes)
Contenedores 21

Troubleshooting

BGP no establece sesión

# Verificar conectividad
docker exec isp200-edge ping -c 3 192.168.200.1

# Ver estado detallado
docker exec isp200-edge vtysh -c "show bgp neighbors 192.168.200.1"

# Ver logs
docker logs isp200-edge 2>&1 | grep -i bgp

OSPF no forma adyacencias

# Verificar interfaces OSPF
docker exec isp200-core vtysh -c "show ip ospf interface"

# Ver base de datos OSPF
docker exec isp200-core vtysh -c "show ip ospf database"

Contenedor no inicia

# Ver logs
docker logs isp200-<nombre>

# Recrear contenedor
docker compose up -d --force-recreate <servicio>

Licencia y Créditos

  • Generado: Enero 2026
  • Última actualización: Febrero 2026 (QoS implementado)
  • Herramienta: Claude Code (Anthropic)
  • Stack: FRRouting, Docker, Prometheus, Grafana, tc/HTB
  • Proyecto: container-labs-project

About

Laboratorio de Simulación de ISP para 200 Usuarios Residenciales - Container Labs y Docker

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