Frame Relay Y Atm 3s5f1n

Redes y servicios Frame Relay y ATM. José Ramón Gállego – Profesor ayudante de Ingeniería Telemática Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones

2 de Noviembre de 2006

Redes y servicios Frame Relay y ATM.

Índice -Introducción -Frame Relay -ATM

Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Índice -Introducción -Frame Relay •Topología •Encaminamiento •Arquitectura de protocolos •Trama FR •Evolución •Transferencia de datos FR •Gestión de tráfico y control de congestión •Ventajas de FR •Aplicaciones y ejemplos •Enlaces interesantes

-ATM Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Índice -Introducción -Frame Relay -ATM •Conceptos generales •Topología •Encaminamiento •Celda ATM •Evolución •Transferencia de datos ATM •Gestión de tráfico y control de congestión •Ventajas de ATM •Ejemplos •Enlaces interesantes Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Índice -Introducción -Frame Relay -ATM



Introducción Red Móvil

Pasarela de a Red Fija

Internet

a Internet

Red de Transporte

Proveedor de a Red

Red de

PYME

Residencia Particular

Red Corporativa Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Introducción Red Móvil

Pasarela de a Red Fija

Internet

a Internet

Red de Transporte

Proveedor de a Red

Red de

PYME

Residencia Particular

Red Corporativa Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Introducción Internet

Red de Transporte

Red FR

QoS

Red ATM

Red FR



Introducción

•Si tenemos un número N de nodos: •Necesitamos N-1 conexiones por nodo. •Necesitamos N*(N-1)/2 conexiones totales (conexiones bidireccionales) •La velocidad de cada línea es difícil de modificar Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Introducción Switch o conmutador

Red de Transporte



Índice -Introducción -Frame Relay •Topología •Encaminamiento •Trama FR •Evolución •Transferencia de datos FR •Gestión de tráfico y control de congestión •Ventajas de FR •Ejemplos •Enlaces interesantes

-ATM Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Topología de una red Frame Relay

Circuito Virtual

Switch FR Red de Transporte

Líneas punto a punto

•Se pueden añadir circuitos sin establecer nuevas líneas ni modificar el número de interfaces en los router •Los caudales se pueden modificar por configuración de los conmutadores Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones



Circuito Virtual



Topología de una red Frame Relay - Dos tipos de circuitos virtuales: • Permanentes (PVC) • Conmutados (SVC)

Circuito Virtual Red de Transporte

Líneas punto a punto - Se pueden añadir circuitos sin establecer nuevas líneas ni modificar el número de interfaces en los router - Los caudales se pueden modificar por configuración de los conmutadores Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones



Circuito Virtual



Encaminamiento en una red Frame Relay Y

DLCI = 4 B

DLCI = 7



DLCI = 1



A



Z

DLCI = 0 Red de Transporte

El DLCI 0 se utiliza para señalización (establecimiento, mantenimiento y liberación de SVC)

X

DLCI = 4 DLCI = 7 C

Tabla de encaminamiento de VCs en A: DLCI: Data Link Connection Identifier Puerto

DLCI

Puerto

DLCI



1



7

Rojo



4



7

Azul

DLCI = 5

Circuito

W



Encaminamiento en una red Frame Relay

Circuito Virtual



Encaminamiento en una red Frame Relay Tabla de direccionamiento IP: Máquina

IP

Máscara

W

192.168.1.1

255.255.255.0

X

192.168.1.2

255.255.255.0

X

192.168.2.1

255.255.255.0

Y

192.168.2.2

255.255.255.0

Y

DLCI = 4 B

DLCI = 7



DLCI = 1



A



Z

Red de Transporte

X

DLCI = 4 DLCI = 7 C

Tabla de correspondencia IP/DLCI: Máquina

IP Destino

DLCI

W

192.168.1.2

5

X

192.168.1.1

4

X

192.168.2.2

1

Y

192.168.2.1

4

DLCI = 5

W



Arquitectura de protocolos El modelo de referencia de protocolos Frame Relay se compone de tres planos: •Plano de Control (Plano C): Se encarga de la señalización y del establecimiento y liberación de las conexiones. •Plano de (Plano U): Se encarga de la transferencia de información entre s. •Plano de Gestión (Plano G): Se encarga del control y gestión de las operaciones de red. Se divide en gestión de planos y gestión de capas.

S/T Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Arquitectura de protocolos Plano de control • La señalización de control se da sobre el canal D para controlar el establecimiento y terminación de conexiones virtuales en modo conmutación de tramas, sobre los canales D,B,o H. • A nivel de enlace el protocolo LAPD (Q.921) se utiliza para proporcionar un servicio de control de enlace de datos fiable, con control de errores y de flujo, entre el y la red sobre el canal D.

• Dicho servicio se utiliza para intercambiar mensajes de señalización de control Q931/Q933.



Arquitectura de protocolos Plano de La transmisión de información entre s finales se efectúa con el protocolo LAPF definido en Q.922 (versión adaptada de LAPD) y sólo las funciones esenciales de este protocolo son utilizadas por Frame Relay (LAPF core): •Delimitación, alineación y transparencia de tramas. •Multiplexación y demultiplexación de tramas utilizando el campo de dirección.

•Inspección de la trama para comprobar que no es demasiado corta o demasiado larga y que está formada por un número entero de octetos. •Detección de la transmisión de errores. •Funciones de control de congestión. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Arquitectura de protocolos Las funciones anteriores proporcionan los servicios mínimos para la transmisión de las tramas de enlace desde una a otro, sin tener en cuenta el control de flujo o control de errores. Constituyen un subnivel del nivel de enlace. Por encima, el puede elegir funciones adicionales extremo a extremo a nivel de enlace o de red, que no forman parte del servicio RDSI frame relay ofrecido. Basado en las funciones centrales (core), RDSI ofrece retransmisión de tramas como un servicio de nivel dos, orientado a conexión , con las siguientes propiedades: • Preservación del orden de las tramas transmitidos desde un extremo de la red al otro. • Tramas no duplicadas



Estructura de la trama Frame Relay (LAPF core) octetos 

1

2-4

0-8188

2

1

01111110

Dirección

Datos

CRC

01111110

•Protocolo orientado a conexión. PVC o SVC •Las tramas pasan de nodo a nodo comprobándose el CRC en cada salto (store&forward acumulativo). Si la trama es errónea se descarta. La red no recupera errores •El campo dirección sólo contiene información del VC (DLCI) y control de congestión del tráfico Frame Relay. Normalmente ocupa 2 octetos, aunque puede tener hasta 4. •No se ejecuta control de flujo ya que no hay número de secuencia. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Estructura de la trama Frame Relay (LAPF core) 8

7

6 5 4 DLCI Superior

DLCI Inferior

3

2 C/R

1 0

FECNBECN DE

1

•DLCI sup/inf: especifica el DLCI. Su tamaño limita el número de DLCI posibles. Existe otro límite impuesto por el router. •C/R: Comando/Respuesta, no indicado en FR.

•FECN: Forward Explicit Congestion Notification. •BECN: Backward Explicit Congestion Notification. •DE: Discard Elegibility. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Evolución X.25/Frame Relay Características básicas de X.25

•Señalización dentro de banda. •Multiplexación de circuitos virtuales a nivel de red. •Control de flujo y control de errores tanto a nivel 2 como a nivel 3. Estas características suponen una gran carga para el sistema. Toda esta carga puede estar justificada cuando tenemos un medio de transmisión con muchos errores. Sin embargo esto no es apropiado para muchas redes actuales, como RDSI, donde la tecnología de transmisión es muy eficiente. Frame relay se diseña para eliminar en lo posible el overhead de X.25.

Características de Frame Relay

•Control de llamadas fuera de banda. La señalización del control de llamada se realiza en

una conexión lógica separada de la conexión para la transmisión de los datos de . •La multiplexación y conmutación de conexiones lógicas tiene lugar a nivel 2 en vez de a nivel 3, eliminando de esta manera un nivel entero de procesamiento. •La red deja de preocuparse del control de errores y del control flujo, que se hacen a nivel superior y extremo a extremo. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Evolución X.25/Frame Relay Inconvenientes de Frame Relay con respecto a X.25

•Se pierde la capacidad de realizar el control de flujo y control de errores en cada uno de los

enlaces de la red, pero esta funcionalidad puede ser proporcionada, extremo a extremo, por el nivel superior. •Es necesaria la disponibilidad de líneas de alta calidad. •No existe un estándar para la interconexión de servicios Frame Relay, como el X.75 para redes X.25. Características de Frame Relay

•Se hace más eficiente el proceso de comunicación. La funcionalidad del protocolo requerida

en la interfaz -red se reduce, así como el procesamiento interno de la red. Esto conlleva un menor retardo y un mayor rendimiento. (Tiempo de proceso del orden de la décima parte que en X.25) •La velocidad de puede alcanzar típicamente los 2Mbps frente a los 64Kbps de X.25 (se pueden superar los 2Mbps). •Interfaz de sencilla.



Evolución X.25/Frame Relay Tipos de servicios portadores de Frame Relay

Frame Relaying (Servicio no fiable, pero asegura secuencia de los paquetes)

•Servicio básico de red para transferir tramas de nivel de enlace sobre D,B o H. El servicio

incluye: -Establecimiento de múltiples llamadas virtuales a múltiples destinos. -La señalización de las llamadas se hace por canal común vía un protocolo de señalización sobre el canal D. -Se transmiten las tramas utilizando el protocolo de nivel de enlace LAPF. -La red preserva el orden de las tramas transmitidas en el punto de referencia S/T -La red detecta errores y descarta tramas.

Frame switching (Servicio fiable análogo a X.25 en funcionalidad)

•Servicio avanzado de red para la transmisión de tramas de nivel de enlace sobre D,B o H. -Las tramas se transmiten con reconocimientos. -Se soporta control de flujo en los interfaces -red en ambas direcciones. -La red detecta y recupera errores. -La red detecta y corrige duplicidad de paquetes



Evolución X.25/Frame Relay



Transferencia de datos Frame Relay Transferencia de datos Frame Relay

Red

Red

Red

Red

LAPF(control)

LAPF(control)

LAPF(core)

LAPF(core)

LAPF(core)

LAPF(core)

I.430/I.431

I.430/I.431

I.430/I.431

I.430/I.431

Interfaz -red

Interfaz -red

Señalización sobre el canal D

Red

Red

Q.933

Q.933

Q.933

Q.933

LAPD

LAPD

LAPD

LAPD

I.430/I.431

I.430/I.431

I.430/I.431

I.430/I.431

Interfaz -red

Interfaz -red



Gestión de tráfico Frame Relay Velocidad media

Tasa (kbps) Capacidad del enlace de

No transmitir, descartar todo

CIR + EIR (Caudal máximo posible)

Transmitir si es posible

CIR (Committed Information Rate)

Transmisión garantizada

t

2t

3t

Tiempo (s)



Gestión de tráfico Frame Relay

CIR (Committed Information Rate)

Velocidad actual

CIR + EIR (Caudal máximo posible)

Transmitir si es posible

Transmisión garantizada

0

No transmitir, descartar todo

Capacidad del enlace de



Gestión de tráfico Frame Relay PVC CIR 512 Kb/s EIR 384 Kb/s

Y

DLCI = 4 B

DLCI = 7 DLCI = 1 A

Z

Red de Transporte

X

DLCI = 4 DLCI = 7 C

Línea de 2048 Kb/s

PVC CIR 512 Kb/s EIR 384 Kb/s

DLCI = 5

W



Gestión de tráfico Frame Relay - Se utilizan dos Leaky Bucket (cubos agujereados). Parámetros: • CIR y Bc • EIR y Be

- Se cumple que: • Bc= CIR * t • Be= EIR * t

- Cuando se supera la capacidad del primer cubo, las tramas se marcan con DE =1. Cuando se supera la del segundo, se descartan.



Gestión de tráfico Frame Relay Tramas enviadas por el router con DE=0

Tramas que desbordan la capacidad del cubo Bc Tramas enviadas por el router con DE=1

Bc = CIR * t

Be = EIR * t

CIR

Tramas que desbordan la capacidad del cubo Be

DE=0 Descartar

EIR DE=1



Gestión de tráfico Frame Relay. Ejemplos Capacidad de la línea: 128 kbps. CIR: 64 kbps. EIR: 0 kbps Tamaño tramas: 1500 octetos, 12000 bit. T=1 s. Bc=64000 bit. Número de tramas=|64000/12000|=5 tramas Tasa obtenida=5*12000=60kbps T=0.5 s. Bc=64000 bit.

Número de tramas=|32000/12000|=2 tramas Tasa obtenida=2*12000/0.5=48kbps Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Gestión de tráfico Frame Relay. Ejemplos Capacidad de la línea: 64 kbps. Tamaño tramas: 1500 octetos, 12000 bit. Tiempo de transmisión de 1 trama: 12000/64000=187.5ms Capacidad de la línea: 128 kbps. Tamaño tramas: 1500 octetos, 12000 bit. Tiempo de transmisión de 1 trama: 12000/128000=93.75ms Capacidad de la línea: 2048 kbps. Tamaño tramas: 1500 octetos, 12000 bit. Tiempo de transmisión de 1 trama: 12000/2048000=5.86ms Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Control de congestión en Frame Relay 1: Monitorizar colas

3: Descarto tramas con DE=1

4: Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido

Tráfico incontrolado

6: Poner a 1 bit BECN en tramas de vuelta

BECN

2: Situación de congestión

FECN

5: Poner a 1 bit FECN en tramas de ida



Ventajas de Frame Relay - Ventajas

de FR respecto a soluciones Punto a Punto:

• Contratación de recursos en función de valores de tráfico promedio vs. Tráfico de pico (esporádico) • Flexibilidad vs. Rigidez • Tolerancia a fallos en la red (encaminamiento por vías alternativas)

- Ventajas de FR respecto a X.25: • Reduce complejidad (no existen cabeceras de control de nivel 3) • Menor procesado en la red • Adecuado para altas velocidades de transmisión • Elevado rendimiento (alto porcentaje de información útil transmitida con relación a las cabeceras



Aplicaciones

FRAD

FRAD

Subred de

FRAME RELAY

Subred de Transporte



Aplicaciones

• • • • •

Interconexión de redes LAN. remoto a bases de datos. Aplicaciones cliente-servidor. Aplicaciones host-terminal. Creación de grupos cerrados de s para voz. • Transmisión de voz sobre Frame-Relay



Aplicaciones: Transmisión de voz sobre Frame Relay

• Se puede integrar tráfico de voz y tráfico de datos mediante FRAD (Frame Relay Access Device). La información de voz posee unas necesidades específicas: Retardo máximo extremo a extremo. Fijado por la ITU G.114. 0-150ms BUENA 150-400ms ACEPTABLE (si los s son conscientes) +400 ms INACEPTABLE. Retardo diferencial entre paquetes (jitter)

• Para transmitir voz sobre redes de datos se emplean estrategias adicionales de: Compresión de voz Supresión de silencios

• De cara a la red de transporte, es posible adoptar dos estrategias para transmitir voz: Utilizar CVP diferentes para voz y datos, configurando los primeros como prioritarios en la red. Utilizar un mismo CVP para voz y datos pero hacer que los dispositivos de Departamento de tengan en cuenta el tráfico de voz priorizándolo sobre el de datos Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Operadores y Ejemplos









Enlaces interesantes - Frame Relay white papers: www.alliancedatacom.com/frame-relay-whitepapers.asp - The MFA Forum (MPLS, Frame Relay, ATM) www.mfaforum.org - Documentación CISCO: www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/fr ame.htm - Estándares: -

Frame Relay Forum: www.frforum.com ITU-T: www.itu.int/home RFC 1973 – PPP in Frame Relay: tools.ietf.org/html/rfc1973 RFC 2427 – Multiprotocol Interconnect over Frame Relay: tools.ietf.org/html/rfc2427 Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Índice -Introducción -Frame Relay -ATM •Conceptos generales •Topología •Encaminamiento •Celda ATM •Evolución •Transferencia de datos ATM •Gestión de tráfico y control de congestión •Ventajas de ATM •Aplicaciones y ejemplos •Enlaces interesantes Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) •Operación por conmutación de paquetes de longitud fija. El tamaño fijo y pequeño de las celdas permite el uso de nodos de conmutación a velocidades muy altas. •Las celdas se componen de cabecera (5 octetos) y campo de información (48 octetos). Cab

Información

•La asignación del ancho de banda (celdas) se realiza bajo demanda en función de la actividad de la fuente y de los recursos disponibles en la red. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) •Posee dos niveles jerárquicos para las conexiones: –VP, trayectos virtuales (Virtual Paths) –VC, canales virtuales (Virtual Channels) Enlace físico E1 (2 Mb/s) E3 (34 Mb/s) STM-1 u OC-3c (155 Mb/s) STM-4 u OC-12c (622 Mb/s)

Por un enlace físico pueden pasar múltiples VPs

Virtual Path (VP)

Virtual Path (VP)

Cada VP Contiene Múltiples VCs

El VC es el camino lógico entre hosts en la red ATM Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) •Las cabeceras tienen una funcionalidad reducida: Identificar el par VP/VC garantizando su correcto enrutamiento y detectar y corregir errores en las mismas (un error de un solo bit en la cabecera puede provocar la pérdida de la celda) •Las celdas se transmiten a intervalos regulares. Si no hay información, se transmiten celdas vacías (celdas idle).

•Orientado a conexión. Las conexiones pueden establecerse mediante procedimientos de señalización en el plano de control o pueden ser permanentes o semipermanentes. •La señalización y la información de viajan por canales virtuales distintos. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) •El término asíncrono se refiere al hecho de que las celdas asociadas a una misma conexión se presentan temporalmente sin ninguna periodicidad, dependiendo del tráfico generado por la fuente. Canal 1

Canal 5

Canal 3

Canal 1

Canal 3

Voz Datos Vídeo

Celdas



Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) •No se realiza control de errores en el campo de datos y el control de flujo lo realiza fundamentalmente el DTE. Se maximiza la eficiencia.

•Proporciona transparencia temporal. transferencia de señales isócronas.

Por

ello

permite

la

•Se garantiza que las celdas llegan a su destino en el mismo orden en que fueron transmitidas.



Topología de una red ATM

Canal Virtual (par VPI/VCI)

Red de Transporte

Líneas punto a punto (SDH a 155 o 622 Mbps)



Encaminamiento en una red ATM Entrada

Salida

Port VPI/VCI Port VPI/VCI 1 29 3 45

29

2

30

4

15

3

45

1

29

4

15

2

30

1

Entrada

Port VPI/VCI Port VPI/VCI 14 2 15 3 3

15

4

3

45

3

1

3

Z

Salida


1

15

14 43

16

2

2

Y

30

Entrada

14

2

X 2

Salida

45

2

2

W

1 4

10

Entrada

Salida


43

1

16

3

14

4

10

4

10

3

14



Estructura de la celda ATM GFC

VPI

VPI

VCI

VPI

VCI VCI

VCI VCI

UNI: Interfaz que conecta los dispositivos de con la red ATM.

VPI

PT

CLP

VCI

PT

CLP

HEC

HEC

Campo datos (48 octetos)

Campo datos (48 octetos)

UNI

NNI

NNI: Define el interfaz entre nodos ATM

GFC (4 bits). Control de flujo genérico. VPI (8 o12 bits). Identificador de camino virtual. VCI (16 bits). Identificador de canal virtual. PT. (Payload Type). Indica el contenido de la carga útil(datos de , información de gestión, información de operación y mantenimiento). CLP (Cell Loss Priority) (1 bit). Campo de prioridad. Las celdas con este bit a 1 son las primeras en ser descartadas en caso de congestión. HEC (8 bits). Campo de control de errores en la cabecera. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Evolución Frame Relay/ATM Frame Relay:

Red de Transporte

ATM: Mejora de la planificación Mejora de la gestión de tráfico y control de congestión Constant Bit Rate

Conmutación de circuitos

Conmutación de circuitos multivelocidades

Variable Bit Rate

ATM

Frame Relay

Conmutación de paquetes



Transferencia de datos ATM

Plano de . Está estructurado en capas que suministran la transferencia de información de . La componente esencial es la capa ATM. Común a todos los servicios y medios físicos empleados, su misión es ofrecer la funcionalidad básica para el transporte de celdas. Esta capa se complementa con la capa de adaptación ATM, cuyo objetivo es proporcionar las funcionalidades necesarias para los diversos tipos de servicios soportados, y con la capa física para la adecuación a los distintos medios físicos y estructuras de transporte. Plano de Control. También está estructurado en capas. Controla la llamada y gestiona las conexiones. Activa circuitos virtuales conmutados estableciendo, controlando y liberando la comunicación. No es necesario en las conexiones virtuales permanentes.

Plano de Gestión. Realiza funciones de gestión relacionadas con todo el sistema y suministra coordinación entre todos los planos. Se ocupa de la gestión global tanto a nivel de plano como de capa. No está estructurado en capas. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Calidad de servicio QoS Conjunto de parámetros objetivos que caracterizan la calidad de servicio ofrecida por la red al : Transparencia semántica •Tasa de error en la celda (Cell Error Rate, CER). Celdas erróneas/Celdas transmitidas. •Tasa de celdas perdidas (Cell Loss Rate, CLR). Celdas perdidas/Celdas transmitidas. •Tasa de celdas mal insertadas ( Cell Misinsertion Rate, CMR). Celdas mal insertadas/intervalo temporal.

•Tasa de bloques de celdas severamente erróneas (Severely Errored Cell Block Ratio, SECBR). Bloque de celdas severamente erróneas/Número de bloques de celdas transmitidos.

Transparencia temporal •Retardo máximo de transferencia de la celda ( Maximum Cell Transfer Delay, maxCTD). •Variación pico-pico del retardo de la celda (CDV Peak-to-Peak, CDVpp). El CDV es la varianza del retardo de celda. El CDVT es la tolerancia CDV



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Parámetros de tráfico Definen de que modo una fuente puede introducir tráfico a la red a través de una conexión virtual. Los parámetros de tráfico junto con la calidad de servicio se utilizan para capturar las características de una conexión ATM. Los parámetros son: •Tamaño máximo de la ráfaga ( Maximum Burst Size, MBS). Especifica el tamaño máximo de la ráfaga de celdas que puede ser introducida a la red. El parámetro BT (Burst Tolerance) está relacionado con el anterior. •Tasa de pico de celda ( Peak Cell Rate, PCR). Especifica la tasa máxima de introducción de celdas en la red. PCR= 1/T siendo T la distancia mínima entre celdas. •Tasa sostenida de celda (Sustainable Cell Rate, SCR). Especifica la tasa promedio de introducción de celdas en la red. •Tasa mínima de celda (Minimun Cell Rate, MCR). Especifica la tasa mínima de introducción de celdas en la red.



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Clases de servicios Los organismos de estandarización han definido un conjunto de clases de servicios que pueden ser utilizadas en los contratos de conexión.

Servicios en tiempo real •CBR (Constant Bit Rate). –Se utiliza para conexiones que requieren un ancho de banda constante, relación temporal origen destino (CTD, CDV) y transparencia semántica (CLR)

–La fuente emite celdas a tasa de pico PCR (que coincide con la tasa media) durante toda la conexión. –Es adecuado para fuentes de audio y vídeo a tasa constante. •VBR-rt (Variable Bit Rate-real time). –Utilizado por aplicaciones que requieren unos retardos acotados en la red (CTD, CDV) con un ancho de banda que varía a lo largo de la conexión. –Los descriptores de tráfico son el PCR, SCR y el MBS.



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Servicios en tiempo no real •VBR-nrt.(Variable Bit Rate-non real time). –Utilizado por aplicaciones que definen conexiones insensibles al retardo, de tasa variable.

–Los descriptores son PCR,SCR y MBS. (FR maneja VBR-nrt) •UBR (Unspecified Bit Rate). •Velocidad binaria no especificada.

•Se utiliza en aplicaciones que no requieren garantía de servicio, son tolerantes a pérdidas e insensibles a retardos. Conceptualmente, se puede asemejar a la idea de datagrama. •No exige QoS. La tasa de servicio depende en todo momento de la disponibilidad de la red. •El correo electrónico y la transferencia de ficheros utilizan servicios UBR. •ABR(Available Bit Rate). •Se garantiza un bajo valor para las pérdidas de celdas a costa de no proporcionar ninguna garantía respecto a la variación de retardo. •Los descriptores son MCR y PCR.



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Capacidad del enlace 100% UBR MCR

ABR

Porcentaje de Capacidad

PCR

VBR

CBR Tiempo

Servicio Garantizado

CBR

Calidad de Servicio VBR-rt

VBR-nrt

ABR

Complejidad de implementación

Mínima UBR

‘Best Effort’

CBR

VBR-nrt

UBR

Máxima VBR-rt

ABR Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Comparativa VBR con Frame Relay Tramas que desbordan la capacidad del cubo Bc /BT

Tramas enviadas por el host con DE=0/CLP=0

Tramas enviadas por el host con DE=1/CLP=1

Bc = CIR * t BT

CIR/ SCR

Be = EIR * t CDVT

Tramas que desbordan la capacidad del cubo Be/CDVT

Descartar EIR/PCR-SCR Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Gestión de tráfico y control de congestión en ATM La gestión de tráfico tiene por objeto optimizar los recursos de la red, suministrar la calidad de servicio para las conexiones ya establecidas y limitar o evitar la congestión.

La calidad de servicio y la integración de diversas aplicaciones se obtiene en base al: •Contrato de tráfico suscrito entre el y la red al inicio de la conexión. •La disponibilidad de recursos para incorporar una nueva conexión. •Un control de “policía” que garantiza el cumplimiento del contrato. •Comportamiento justo y equitativo de la red.

Los organismos de estandarización proponen los siguientes mecanismos de gestión de tráfico: •Gestión de recursos (quién y en qué instante puede transmitir una celda). •Control de isión de conexiones (CAC). •Control de uso de los parámetros (UPC) (control de policía) •Descarte selectivo de celdas •Suavizado de tráfico. •Indicación de congestión explícita hacia delante. •Control de flujo ABR. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Control de isión (CAC) Se define como el conjunto de acciones tomadas por la red en la fase de establecimiento de la conexión (o de renegociación) para determinar si una conexión (VPI/VCI) puede ser itida.

• La conexión será itida si existen recursos suficiente en la red para establecer la conexión con la calidad requerida por el servicio. • Al itir una nueva conexión debe mantenerse la calidad del servicio de las conexiones que ya estaban activas. Una vez realizada la conexión, la red realiza una monitorización mediante la función de policía (UPC).

Control de uso de los parámetros (UPC) Permite controlar que el tráfico real del se corresponde con el negociado en el contrato de tráfico. El propósito principal es proteger los recursos de la red de los comportamientos maliciosos así como no intencionados, que pueden afectar la calidad de los servicios de otras conexiones, mediante la detección de violaciones de los parámetros negociados. Los parámetros de control son los mismos que los empleados en el CAC. La función de policía no debe interferir con el tráfico cursado por la red. No debe provocar retardos apreciables y debe ser simple. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Se pueden definir distintos mecanismos de control de policía. Uno de los más conocidos es el denominado Generic Cell Rate Algorithm (GCRA) basado en el leaky bucket. Las funciones de policía no realizan ningún tipo de acción si no se viola el contrato de tráfico. En caso de incumplimiento de pueden realizar diversas acciones: descartar o marcar con menor prioridad celdas que violan el contrato, liberar la comunicación, etc. El control de policía se puede dar tanto a nivel de circuito virtual como a nivel de camino virtual. El más importarte es el control a nivel de camino virtual, ya que la red en general asigna los recursos en base a caminos virtuales, y dentro de cada camino virtual reparte los recursos entre los circuitos virtuales.

Localización del control de policía



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Descarte selectivo de celdas El objetivo es descartar, en caso de que el sistema no disponga de recursos suficientes, las celdas con menor prioridad para proteger el servicio proporcionado a las celdas de mayor prioridad.

Alisamiento de tráfico Se utiliza como complemento a los mecanismos de control de policía (GCRA) para alisar el flujo de tráfico y reducir la aparición de ráfagas. En contraste con el GCRA leaky bucket, que simplemente monitoriza el tráfico, rechaza o descarta las celdas no conformes, el alisamiento de tráfico controla el flujo de las celdas conformes.

Tocken Bucket para alisamiento de tráfico



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Indicación de congestión explícita hacia delante. Trabaja esencialmente de la misma forma que en las redes FR.

Control de flujo ABR Las conexiones ABR se reparten la capacidad instantánea no utilizada por las conexiones CBR/VBR. Por tanto ABR incrementa la utilización de los recursos de la red sin afectar la QoS de CBR/VBR. Los recursos disponibles para ser utilizados por una conexión ABR varían dinámicamente. La red habilita un mecanismo de realimentación hacia las fuentes ABR para que estas limiten su flujo a la capacidad disponible y evitar así la pérdida de celdas por congestión. FECN Control de congestión binario

Red

BECN

Control de tasa. Control de congestión explícito

Red

Celdas RM



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Capa de adaptación AAL. Funcionalidades • Proporciona la conversión de la información a un formato adecuado para ser transportado por la red de transporte ATM. Los PDU’s de los niveles superiores se mapean sobre las celdas ATM • Generalmente la capa de adaptación se aplica en los extremos de la red de transporte. • Realiza la segmentación y reensamblado de los mensajes. • Realiza tareas de recuperación de errores y de relojes. • Se divide en dos subcapas: A) Segmentación y reensamblado (SAR) En emisión la subcapa SAR segmenta los mensajes en celdas y en recepción reensambla las celdas en mensajes. B) Convergencia (CS) Es dependiente del servicio. Realiza tareas de multiplexación de servicios, recuperación de relojes, identificación de los mensajes y gestión de errores. Se divide en dos subcapas: - Subcapa de convergencia de la parte común (CS) - Subcapa de convergencia específica del servicio (SSCS) Se distinguen cuatro tipos distintos de AAL (AAL1, AAL2, AAL3/4, AAL5) formadas por las respectivas SAR y CS



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM

Clase de servicio

CLASE A

CLASE B

CLASE C

CLASE D

Tipo AAL

AAL1

AAL2

AAL3/4 AAL5

AAL3/4 AAL5

Modo de Conexión

Orientado a conexión

Orientado a conexión

Tasa

Constante

Variable

Variable

Variable

Relación temporal origen destino

Necesaria

Necesaria

No requerida

No requerida

Servicios

Emulación de circuitos. Telefonía. Vídeo de tasa constante.

Orientado a No Orientado conexión a conexión

Voz y vídeo Servicio de datos. Internet. paquetizados de X.25. calidad constante. Frame Relay



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM AAL1: Suministra un conexión virtual a tasa constante y relación temporal entre origen y destino. Subcapa SAR añade cabecera de 1 byte: número de secuencia (SN) y campo de protección del número de secuencia (SNP), que suministra facilidades de detección y corrección de errores. La numeración de las celdas permite la detección de pérdidas o celdas mal insertadas. Subcapa de convergencia CS: recibe información a tasa constante y la segmenta en bloques de 47octetos. Controla las celdas perdidas o mal insertadas. Monitoriza errores en el campo de información de aplicando medidas correctoras. Recupera la estructura de datos y el reloj en recepción y controla las variaciones de retardo.



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM AAL2: Suministra servicios de tasa variable que requieren sincronización entre la fuente y el receptor Subcapa SAR: El campo de datos del SAR-PDU es de longitud variable, motivado por el tamaño variable del CS-PDU (SAR-SDU). La SAR-PDU tiene una cabecera donde se indica el número de secuencia del segmento y su posición en el mensaje y una cola donde se indica la longitud útil del campo de datos y se incluye un campo detector y corrector de errores Subcapa de convergencia CS recupera el reloj para los servicios VBR y corrige errores.



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM AAL3/4:

Suministra servicios de datos fiables, de tasa variable, orientados o no a conexión, que no requieren sincronización entre la fuente y el receptor (no sensibles a retardos). •Puede manejar paquetes o tramas de longitud variable y distribuirlos en una conexión bidireccional punto-punto , punto-multipunto. •Permite multiplexar varias conexiones AAL sobre ATM a través de un identificador de multiplexado (MID) Todas las SAR-PDU con el mismo identificador corresponden a la misma CS-PDU. Subcapa SAR: La SAR-PDU segmenta CS-PDU añadiendo una cabecera donde se indica el número de segmento, la posición de éste dentro del mensaje (inicio, continuación o final) y el identificador de multiplexado. Así mismo incluye una cola que contiene el tamaño real de la información de (octetos) y un código detector de errores que se aplica sobre la SAR-PDU. Subcapa de convergencia CS: convierte los flujos de tasa y longitud variable en formatos aptos para ser segmentados y reensamblados por la SAR AAL3/4. Añade una cabecera y cola que incluyen información adicional acerca de la CS-PDU, campos que permiten el reensamblado correcto, campos de relleno y un campo que indica la longitud del campo de información.



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM



Gestión de tráfico y control de congestión en ATM AAL5 (SEAL):

Las funcionalidades de AAL5 son similares a AAL3/4 pero con unas facilidades de

multiplexado inferiores y menor información lateral. Se elimina la cabecera y la cola de la SAR-PDU siendo la SAR-PDU = SAR-SDU. El control de errores es gestionado íntegramente en la subcapa de convergencia mediante un campo detector y corrector de errores.



Ventajas de ATM - Ventajas de ATM respecto a FR: • Alta velocidad de conmutación • Maximiza la eficiencia • Gran ancho de banda

• Mayor control sobre la QoS • Gran flexibilidad



Ejemplo Eficiencia de la encapsulación de datagramas IP sobre AAL3/4: Datagrama IP

PDU capas superiores

Cabecera CS

Cab SAR

SAR-SDU

CS-PDU Campo de datos

SAR-SDU

44 octetos

Cola CS

48 octetos

Cola SAR

Cab SAR

L octetos

Cola SAR

48 octetos Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Ejemplo Cociente de los datos útiles (datagrama IP) con respecto a los datos totales: Se calcula el número de celdas ATM necesarias: C = (L+8)/44  La ecuación es:

L/(C*53)



Ejemplo Valores numéricos de este cociente cuando pasamos de una a dos celdas ATM, de dos a tres celdas y de tres a cuatro celdas: 1 celda: 36/53=0.68 2 celdas: 37/106=0.35 2 celdas: 80/106=0.75 3 celdas: 81/159=0.51 3 celdas: 124/159=0.78 4 celdas: 125/212=0.59 Límite: 48/53=0.91 Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Ejemplo Gráfica aproximada de la eficiencia: 48/53 168/212 124/159 80/106 36/53 125/212 81/159 37/106

1/53 1

36

37

80

81

124

125

168 Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones


Aplicaciones -

ATM ha sido diseñada para transportar tráfico de datos a alta velocidad. También realiza tareas de: Interconexión de redes de área local en entonos locales. Transporte de área extensa para las redes existentes. Emulación de sistemas o elementos de interconexión.

-

El transporte de datos sobre la red ATM se puede realizar a través de dos mecanismos: Extremo a extremo, utilizando la red ATM como un subred de los protocolos de alto nivel. De igual a igual, interactuando el nivel de red del servicio a transportar con la arquitectura ATM SERVICIO CINCO (TELEFÓNICA): Servicio integrado de transmisión de voz, datos e imágenes. X.25 FR Interfaces estandarizados

RED CINCO

DATOS VOZ PBX

IMAGEN

ATM

ATM DISPOSITIVO INTEGRADOR

ATM

SERVICIO CINCO

RED DE TRANSPORTE ATM

Multiplexado Conmutación Transmisión SDH o PDH



Operadores y ejemplos















Enlaces interesantes - Documentación CISCO: www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/at m.htm - Estándares: - ATM Forum: www.atmforum.com/ - ITU-T: www.itu.int/home

- Varios: -

forums.techarena.in/showthread.php?t=5186 www.telecomspace.com/vop-atm.html www.ptg.es/liru www.rediris.es/rediris/boletin/46-47/ponencia10.html



Otras tecnologías: VPN (redes privadas virtuales) -

-

Red de comunicaciones privada de una o varias empresas para comunicarse confidencialmente sobre una red pública accesible (Internet, proveedor de servicios VPN). Ventajas: reducción de costes, mayor conectividad Inconvenientes: seguridad, limitado a la red Enlaces interesantes: - Virtual Private Network Consortium (VPNC): http://www.vpnc.org/ - RFC 2764: A Framework for IP Based Virtual Private Networks: http://tools.ietf.org/html/rfc2764 - Virtual Private Network Guide: http://www.vpn-info.com/



Otras tecnologías: MPLS (Multiprotocol Label Switching) -

-

Mecanismo de transporte de datos que opera entre el nivel de enlace y el de red (nivel 2.5) Diseñado para unificar el servicio de transporte de datos para las redes basadas en circuitos y las basadas en paquetes. Objetivos similares a FR y ATM. Mejor alineado con las necesidades tecnológicas actuales y futuras Tecnología de conmutación creada para proporcionar circuitos virtuales en las redes IP (mismo principio que FR y ATM: identificadores) Los identificadores se añaden al entrar en la red MPLS, sobre el paquete IP y se eliminan al salir de la misma. Los identificadores con el mismo destino y tratamiento se agrupan en un mismo identificador: los nodos mantienen mucha menos información de estado que en ATM.



Otras tecnologías: MPLS (Multiprotocol Label Switching) Comparativa con ATM: - Ambos proporcionan servicios orientados a conexión para transporte de datos. - MPLS permite trabajar con paquetes de tamaño variable. Con las tasas de transmisión de las redes ópticas actuales, ya no es necesario el tamaño pequeño de las celdas ATM. - MPLS es unidireccional. Los datos en los dos sentidos pueden ir por distintos caminos. Los circuitos virtuales de ATM son bidireccionales. - MPLS se ha diseñado desde el principio para ser compatible con IP. Elimina las incompatibilidades ATM-IP.



Otras tecnologías: MPLS (Multiprotocol Label Switching) Aplicaciones: - Proveedor de servicios para VPNs, más escalables y menos costosas que otras alternativas como IPSec, ATM o FR. - Enrutamiento con QoS en IP. - Integración de redes diversas: ATM, Frame relay, IP, Ethernet y ópticas Enlaces interesantes: - RFC - http://www.ietf.org/rfc/rfc3031.txt - Tutorial http://www.nortel.com/solutions/providers/enabling_tech/mpl s/tooldemo.html - Varios artículos acerca de MPLS http://www.convergedigest.com/tutorials/#MPLS - http://brsi.blogspot.com/2006/04/algo-acerca-de-mpls-y-susposibles.html Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones

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