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Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Noviembre 2007 Redes y servicios Frame Relay y ATM. José Ramón Gállego – Profesor colaborador de.

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1 Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Noviembre 2007 Redes y servicios Frame Relay y ATM. José Ramón Gállego – Profesor colaborador de Ingeniería Telemática

2 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Índice -Introducción -Frame Relay -ATM -MPLS

3 Redes y servicios Frame Relay y 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 Ejemplo de un operador: Telefónica Enlaces interesantes -ATM -MPLS

4 Redes y servicios Frame Relay y 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 Ejemplo de un operador: Telefónica Enlaces interesantes -MPLS

5 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Índice -Introducción -Frame Relay -ATM -MPLS Conceptos generales Arquitectura Protocolos de distribución de etiquetas Aplicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica Enlaces interesantes

6 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Índice -Introducción -Frame Relay -ATM -MPLS

7 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Introducción Acceso a Internet Red Corporativa Internet Red Móvil Proveedor de Acceso a Red PYME Red de Acceso Residencia Particular Red de Transporte Pasarela de Acceso a Red Fija

8 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Introducción Acceso a Internet Red Corporativa Internet Red Móvil Proveedor de Acceso a Red PYME Red de Acceso Residencia Particular Red de Transporte Pasarela de Acceso a Red Fija

9 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Introducción Red de Transporte Internet Red FR Red ATM QoS

10 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Introducción Frame Relay Objetivo Inicial: transmisión de datos cost-efficient para tráfico de datos entre LANs sobre una WAN No es ideal para voz y vídeo, pero puede usarse en ciertas circunstancias. Servicios tales como MPLS, VPN o DSL/Cable-módem pueden acabar con FR. Su utilidad se puede encontrar en zonas rurales sin DSL/Cable- módem para interconexión de LANs en ese entorno

11 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Introducción ATM Objetivo Inicial: Unificar redes de conmutación de circuitos y redes de conmutación de paquetes en un mismo mecanismo de transporte basado en celdas de pequeño tamaño marcadas con identificadores de CV. Diseñada por la comunidad de telecomunicaciones más que por la de informáticos: trataba de reunir los últimos avances para crear una tecnología que pretendía abarcar desde LAN hasta WAN ÉXITO PARCIAL: ampliamente extendido en WANs, pero se emplea como transporte de tráfico IP. No es una tecnología única que integre LANs y redes públicas (en parte por su complejidad )

12 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Introducción ATM Argumento en contra de su uso integrador Las tecnologías LAN pueden cambiar y no todas se van a adaptar al modelo de red óptica síncrona de ATM. Es necesario un protocolo de nivel de red que unifique sobre niveles de enlace ATM y no-ATM y para eso ya tenemos IP No tiene sentido implementar ATM en el nivel de red Aspectos positivos-útiles : Muchos de los conceptos técnicos de ATM se han adaptado a MPLS. Muy útil en las redes DSL para multiplexar tráfico. Se sigue empleando como red de transporte que integra las jerarquías PDH/SDH y la conmutación de paquetes en una misma infraestructura.

13 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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 Introducción

14 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Red de Transporte Switch o conmutador Introducción

15 Redes y servicios Frame Relay y 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 Ejemplo de un operador: Telefónica Enlaces interesantes -ATM -MPLS

16 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Red de Transporte Líneas punto a punto Circuito Virtual 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 Switch FR Topología de una red Frame Relay

17 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Circuito Virtual Topología de una red Frame Relay

18 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Red de Transporte Líneas punto a punto Circuito Virtual - 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 Topología de una red Frame Relay - Dos tipos de circuitos virtuales: Permanentes (PVC) Conmutados (SVC)

19 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Circuito Virtual Topología de una red Frame Relay

20 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Red de Transporte DLCI = 1 DLCI = 7 DLCI = 4 A B C DLCI = 0 El DLCI 0 se utiliza para señalización (establecimiento, mantenimiento y liberación de SVC) DLCI: Data Link Connection Identifier X Y Z W Tabla de encaminamiento de VCs en A: PuertoDLCIPuertoDLCICircuito 1 7Rojo 4 7Azul DLCI = 4 DLCI = 5 Encaminamiento en una red Frame Relay

21 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Circuito Virtual Encaminamiento en una red Frame Relay

22 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Red de Transporte DLCI = 1 DLCI = 7 DLCI = 4 A B C X Y Z W Tabla de direccionamiento IP: DLCI = 4 DLCI = 5 MáquinaIPMáscara W X X Y Tabla de correspondencia IP/DLCI: MáquinaIP DestinoDLCI W X X Y Encaminamiento en una red Frame Relay

23 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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 Usuario (Plano U) : Se encarga de la transferencia de información entre usuarios. 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

24 Redes y servicios Frame Relay y ATM. 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 usuario y la red sobre el canal D. Dicho servicio se utiliza para intercambiar mensajes de señalización de control Q931/Q933.

25 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Arquitectura de protocolos Plano de usuario La transmisión de información entre usuarios 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.

26 Redes y servicios Frame Relay y ATM. 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 usuario a otro, sin tener en cuenta el control de flujo o control de errores. Constituyen un subnivel del nivel de enlace. Por encima, el usuario 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

27 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones DirecciónDatosCRC octetos 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. Estructura de la trama Frame Relay (LAPF core)

28 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones DLCI Superior0C/R DLCI Inferior1DEFECNBECN 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. Estructura de la trama Frame Relay (LAPF core)

29 Redes y servicios Frame Relay y ATM. 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 usuario. 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.

30 Redes y servicios Frame Relay y ATM. 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 usuario-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 acceso puede alcanzar típicamente los 2Mbps frente a los 64Kbps de X.25 (se pueden superar los 2Mbps). Interfaz de usuario sencilla.

31 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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 usuario-red en ambas direcciones. -La red detecta y recupera errores. -La red detecta y corrige duplicidad de paquetes

32 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Evolución X.25/Frame Relay

33 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Q.933 Transferencia de datos Frame Relay Señalización sobre el canal D Q.933 I.430/I.431 LAPD Q.933 LAPD Q.933 LAPD Interfaz usuario-red Usuario Red LAPF(core) LAPF(control) I.430/I.431 Red I.430/I.431 LAPF(core) LAPF(control) I.430/I.431 Red Interfaz usuario-red Usuario Red LAPF(core) Transferencia de datos Frame Relay

34 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Gestión de tráfico Frame Relay CIR (Committed Information Rate) Transmisión garantizada CIR + EIR (Caudal máximo posible) Transmitir si es posible Capacidad del enlace de acceso No transmitir, descartar todo Velocidad media Tiempo (s) Tasa (kbps) t2t3t

35 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Gestión de tráfico Frame Relay 0 CIR (Committed Information Rate) CIR + EIR (Caudal máximo posible) Velocidad actual Capacidad del enlace de acceso Transmisión garantizada Transmitir si es posible No transmitir, descartar todo

36 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Red de Transporte DLCI = 1 DLCI = 7 DLCI = 4 A B C X Y Z W DLCI = 5 Línea de acceso 2048 Kb/s PVC CIR 512 Kb/s EIR 384 Kb/s PVC CIR 512 Kb/s EIR 384 Kb/s Gestión de tráfico Frame Relay

37 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Gestión de tráfico Frame Relay - Se utilizan dos Leaky Bucket (cubos agujereados). Parámetros: CIR y B c EIR y B e - Se cumple que: B c = CIR * t B e = 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.

38 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones DE=1 B c = CIR * t B e = EIR * t DE=0 Tramas enviadas por el router con DE=1 CIR EIR Tramas que desbordan la capacidad del cubo B e Tramas enviadas por el router con DE=0 Tramas que desbordan la capacidad del cubo B c Descartar Gestión de tráfico Frame Relay

39 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Gestión de tráfico Frame Relay. Ejemplos Capacidad de la línea: 128 kbps. CIR: 64 kbps. EIR: 0 kbps Tamaño tramas: 1500 octetos, bit. T=1 s. Bc=64000 bit. Número de tramas=|64000/12000|=5 tramas Tasa obtenida=5*12000=60kbps T=0.5 s. Bc=32000 bit. Número de tramas=|32000/12000|=2 tramas Tasa obtenida=2*12000/0.5=48kbps

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

41 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Tráfico incontrolado BECN FECN 3: Descarto tramas con DE=1 2: Situación de congestión 4: Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido 5: Poner a 1 bit FECN en tramas de ida 6: Poner a 1 bit BECN en tramas de vuelta 1: Monitorizar colas Control de congestión en Frame Relay

42 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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

43 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones FRAD FRAME RELAY Subred de Transporte Subred de Acceso Aplicaciones

44 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Interconexión de redes LAN. Acceso remoto a bases de datos. Aplicaciones cliente-servidor. Aplicaciones host-terminal. Creación de grupos cerrados de usuarios para voz. Transmisión de voz sobre Frame-Relay Aplicaciones

45 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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 ms BUENA ms ACEPTABLE (si los usuarios son conscientes) +400 msINACEPTABLE. 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 acceso tengan en cuenta el tráfico de voz priorizándolo sobre el de datos Aplicaciones: Transmisión de voz sobre Frame Relay

46 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

47 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

48 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

49 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

50 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

51 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

52 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Enlaces interesantes - Frame Relay white papers: papers.asp -The MFA Forum (MPLS, Frame Relay, ATM) -Documentación CISCO: ame.htm -Estándares: -Frame Relay Forum: -ITU-T: -RFC 1973 – PPP in Frame Relay: tools.ietf.org/html/rfc1973 -RFC 2427 – Multiprotocol Interconnect over Frame Relay: tools.ietf.org/html/rfc2427

53 Redes y servicios Frame Relay y 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 Ejemplo de un operador: Telefónica Enlaces interesantes -MPLS

54 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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). 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. Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) Cab Información

55 Redes y servicios Frame Relay y ATM. 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 Cada VP Contiene Múltiples VCs Por un enlace físico pueden pasar múltiples VPs El VC es el camino lógico entre hosts en la red ATM E1 (2 Mb/s) E3 (34 Mb/s) STM-1 u OC-3c (155 Mb/s) STM-4 u OC-12c (622 Mb/s) Virtual Path (VP)

56 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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 usuario viajan por canales virtuales distintos. Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode)

57 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) Celdas Voz Datos Vídeo 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. Cabecera Canal 1 Cabecera Canal 5 Cabecera Canal 3 Cabecera Canal 1 Cabecera Canal 3

58 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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. Por ello permite la transferencia de señales isócronas. Se garantiza que las celdas llegan a su destino en el mismo orden en que fueron transmitidas. Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode)

59 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Red de Transporte Líneas punto a punto (SDH a 155 o 622 Mbps) Canal Virtual (par VPI/VCI) Topología de una red ATM

60 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Encaminamiento en una red ATM

61 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones GFCVPI VCI PT CLP HEC Campo datos (48 octetos) UNI VPIVCI PT CLP HEC Campo datos (48 octetos) NNI VPI 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 usuario, 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. Estructura de la celda ATM UNI: Interfaz que conecta los dispositivos de usuario con la red ATM. NNI: Define el interfaz entre nodos ATM

62 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Evolución Frame Relay/ATM Red de Transporte Frame Relay: ATM: Mejora de la planificación Mejora de la gestión de tráfico y control de congestión Conmutación de circuitos Conmutación de paquetes ATM Frame Relay Variable Bit RateConstant Bit Rate Conmutación de circuitos multivelocidades

63 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Transferencia de datos ATM Plano de Usuario. Está estructurado en capas que suministran la transferencia de información de usuario. 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.

64 Redes y servicios Frame Relay y ATM. 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 usuario: 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

65 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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.

66 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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.

67 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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

68 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones UBR MCR ABR PCR VBR CBR Capacidad del enlace Tiempo Porcentaje de Capacidad 100% Mínima Máxima Complejidad de implementación ABR UBR CBRVBR-nrtVBR-rt Servicio Garantizado Best Effort CBRVBR-nrtABR UBR VBR-rt Calidad de Servicio Gestión de tráfico y control de congestión en ATM

69 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Comparativa VBR con Frame Relay B c = CIR * t BT B e = EIR * t CDVT Tramas enviadas por el host con DE=1/CLP=1 CIR/ SCR EIR/PCR-SCR Tramas que desbordan la capacidad del cubo B e /CDVT Tramas enviadas por el host con DE=0/CLP=0 Tramas que desbordan la capacidad del cubo B c /BT Descartar Gestión de tráfico y control de congestión en ATM

70 Redes y servicios Frame Relay y ATM. 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 usuario 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 admisión 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.

71 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Control de admisión (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 admitida. La conexión será admitida si existen recursos suficiente en la red para establecer la conexión con la calidad requerida por el servicio. Al admitir 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 usuario 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.

72 Redes y servicios Frame Relay y ATM. 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

73 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Tocken Bucket para alisamiento de tráfico 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.

74 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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.

75 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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 PDUs 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 (CPCS) - 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 CPCS Gestión de tráfico y control de congestión en ATM

76 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Clase de servicio CLASE ACLASE BCLASE CCLASE D Tipo AAL AAL1AAL2 AAL3/4 AAL5 Modo de Conexión Orientado a conexión Tasa Orientado a conexión No Orientado a conexión ConstanteVariable Relación temporal origen destino Necesaria No requerida Servicios Emulación de circuitos. Telefonía. Vídeo de tasa constante. Voz y vídeo paquetizados de calidad constante. Servicio de datos. X.25. Frame Relay Internet. Gestión de tráfico y control de congestión en ATM

77 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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 CPCS : 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 usuario aplicando medidas correctoras. Recupera la estructura de datos y el reloj en recepción y controla las variaciones de retardo.

78 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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.

79 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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 CPCS-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 usuario (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 CPCS-PDU, campos que permiten el reensamblado correcto, campos de relleno y un campo que indica la longitud del campo de información.

80 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Gestión de tráfico y control de congestión en ATM

81 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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.

82 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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

83 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo Eficiencia de la encapsulación de datagramas IP sobre AAL3/4: CPCS-PDU Campo de datos Cabecera CPCS Cola CPCS PDU capas superiores Cab SAR Cola SAR SAR-SDU Cab SAR Cola SAR SAR-SDU Datagrama IP 48 octetos L octetos 44 octetos

84 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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

85 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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= celdas: 37/106= celdas: 80/106= celdas: 81/159= celdas: 124/159= celdas: 125/212=0.59 Límite: 48/53=0.91 Ejemplo

86 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones /53 37/106 81/ /212 36/53 80/ / /159 48/53 Gráfica aproximada de la eficiencia: Ejemplo

87 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones - 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 Aplicaciones SERVICIO CINCO (TELEFÓNICA): Servicio integrado de transmisión de voz, datos e imágenes.

88 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

89 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

90 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

91 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

92 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

93 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica - GigADSL

94 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica - GigADSL

95 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Enlaces interesantes - Documentación CISCO: m.htm -Estándares: -ATM Forum: -ITU-T: -Varios: -forums.techarena.in/showthread.php?t=5186 -www.telecomspace.com/vop-atm.htmlwww.telecomspace.com/vop-atm.html -www.ptg.es/liruwww.ptg.es/liru -www.rediris.es/rediris/boletin/46-47/ponencia10.htmlwww.rediris.es/rediris/boletin/46-47/ponencia10.html

96 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Índice -Introducción -Frame Relay -ATM -MPLS Conceptos generales Arquitectura Protocolos de distribución de etiquetas Aplicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica Enlaces interesantes

97 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -Mecanismo de transporte de datos que opera entre el nivel de enlace y el de red (nivel 2.5) utilizado por los operadores en el backbone de la red. -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. Conceptos de MPLS (Multiprotocol Label Switching)

98 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Motivación: -Crecimiento y evolución de Internet -Crecimiento del número de usuarios -Incremento del ancho de banda -Diversas necesidades de QoS -Intserv demasiado complejo para su introducción en el núcleo de la red Mecanismo simple para la gestión de la red -Limitaciones de diferentes tecnologías en el núcleo de la red Movimiento a una red unificada -Ingeniería de Tráfico -Se conoce con este nombre la planificación de rutas en una red en base a previsiones y estimaciones a largo plazo con el fin de optimizar los recursos y reducir congestión. Conceptos de MPLS (Multiprotocol Label Switching)

99 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 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. Conceptos de MPLS (Multiprotocol Label Switching)

100 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Evolución: -Los presursores comenzaron a mediados de los 90. -Toshiba (Cell Switching Router) -Ipsilon (IP Switching) -Cisco (Tag Switching) -IBM (Aggregate Route-based IP Switching) -IETF MPLS working group se formó en MPLS fue seleccionado como el nombre genérico para esta tecnología -MPLS es RFC desde A día de hoy la mayoría de los proveedores en más o menor medida utilizan esta tecnología en sus backbones Conceptos de MPLS (Multiprotocol Label Switching)

101 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -Etiqueta MPLS -Forwarding Equivalence Class (FEC): nombre que se le da al tráfico que se encamina bajo una etiqueta. Subconjunto de paquetes tratados del mismo modo por el conmutador. -Label Switching Router (LSR): elemento que conmuta etiquetas. -Label Edge Router (LER): elemento de entrada/salida a la red MPLS (pone y quita cabeceras). -router de entrada: Ingress Router -router de salida: Egress Router (Ambos se suelen denominar Edge Label Switch Router). -Label Switched Path (LSP): nombre genérico de un camino MPLS (para cierto tráfico o FEC), es decir, del túnel MPLS establecido entre los extremos. Tener en cuenta que un LSP es unidireccional. -Protocolos de distribución de Etiquetas Arquitectura MPLS

102 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -Un paquete IP entra en el domino MPLS. -Ingress LSR (LSR1) asigna una etiqueta y transmite el paquete a el próximo salto de del camino. -LSR intermedio (LSR2, LSR3) hace una simple búsqueda de la etiqueta, cambia la etiqueta y transmite el paquete. -Egress LSR (LSR4) elimina la etiqueta y transmite el paquete basado en un protocolo estándar de enrutamiento. Conmutación de etiquetas

103 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -La etiqueta de MPLS (32 bits) es introducida como una cabecera shim entre la de nivel 2 y la cabecera de nivel 3 nivel Mapea el modelo de encaminamiento de nivel de red a un modelo conmutación de caminos en la red de transporte. Etiqueta MPLS

104 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -Etiqueta asociada a MPLS -Clases de servicio/Experimental (CoS):Campo que sirve para clasificar el tráfico en clases separadas para entregar servicio diferenciado a cada una de las clases de la red. -S: Indicador de etiqueta de pila, MPLS permite más de una etiqueta (label stacking). -1 indica que es la última etiqueta, 0 caso contrario -Time to Live (TTL): Campo que indica cuanto tiempo dura un paquete, equivalente al TTL de IP (evita loops) Etiqueta MPLS

105 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones FEC: Forwarding Equivalence Class -Conjunto de paquetes que entran en la red MPLS por la misma interfaz, que reciben la misma etiqueta y por tanto circulan por un mismo trayecto. -Los paquetes son clasificados en FEC una vez cuando ingresan en el dominio MPLS. -Una FEC puede agrupar varios flujos, pero un mismo flujo no puede pertenecer a más de una FEC al mismo tiempo. -Paquetes de una misma FEC: -Reciben la misma etiqueta. -Son mapeados en el mismo LSP, es decir, son transmitidos sobre el mismo camino (o conjunto de caminos en el caso de multi-path routing)

106 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones LSR: Label Switching Router -Router que puede encaminar paquetes en función del valor de la etiqueta MPLS -Routers Frontera (ingress y egress) LSRs ponen y quitan (Push & Pop) etiquetas. -LSRs interiores conmutan etiquetas.

107 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones LSR: Label Switching Router -Routers Frontera (ingress y egress) LSR o LER ponen y quitan etiquetas. -LSR Frontera de ingreso Ingress LSR -A la entrada del flujo a la red MPLS (al principio del LSP). -Examina los paquetes IP y los introduce en el dominio MPLS -Se encargan de clasificar los paquetes en FECs -Genera la etiqueta MPLS. Asigna la etiqueta inicial en el paquete.

108 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones LSR: Label Switching Router -Routers Frontera (ingress y egress) LSR o LER ponen y quitan etiquetas. -LSR Frontera de egreso Egress LSR -A la salida del flujo de la red MPLS (al final del LSP). -Elimina o quita la cabecera MPLS -Examina el paquete para su tramitación (encaminamiento IP normal, label swap, etc.)

109 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones LSP: Label Switching Path -¿Qué es?: Camino que siguen por la red MPLS los paquetes que pertenecen a la misma FEC. Es equivalente a un circuito virtual en ATM o Frame Relay. -Se trata de un túnel unidireccional a través de un dominio MPLS -Para una ruta bidireccional hacen falta dos LSP -Puede ser desviado del camino más corto definido -Debido a problemas de recursos en ese camino -Debido a un encaminamiento explícito hecho por un diseñador -LIB (Label Information Base) -También LST (label switching table) o ILM (incoming Label Map). -Tabla de etiquetas que manejan los LSR. Relaciona la pareja (interfaz de entrada - etiqueta de entrada) con (interfaz de salida - etiqueta de salida).

110 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Protocolos de distribución de etiquetas -El proceso que permite la construcción de las LIBs, necesario para la creación de los LSP se denomina distribución de etiquetas. -MPLS permite la utilización de varios mecanismos de señalización para este procedimiento: -LDP (Label Distribution Protocol): protocolo especificado para la distribución de etiquetas basado en la información de enrutamiento de IP. -CR-LDP (Constraint-Based Routed Label Distributed Protocol): protocolo derivación del anterior que permite enrutamiento explícito con QoS. -RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering): protocolo derivado de RSVP estándar que permite enrutamiento explícito con QoS.

111 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones LDP: Label Distribution Protocol -Primer protocolo de distribución de etiquetas estandarizado por MPLS Working Group. -Las principales características de LDP son: -Asignación de etiquetas Hop-by-Hop. -Sesiones TCP entre LER/LSR (relación peer-to-peer para intercambiar información de etiquetado). -No permite señalizar QoS extremo a extremo. -Mensajes de LDP: -Discovery: Mensajes de descubrimiento: permite a los LSR indicar su presencia mediante mensajes UDP de Hello. Cuando el descubrimiento es realizado, la señalización se realiza por TCP -Adjacency: Mensajes de establecimiento, mantenimiento y terminación de sesión -Advertisement: Mensajes de advertencia para la creación, cambio y eliminación de vínculos de etiquetas. -Mensajes de Notificación

112 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones LDP: Label Distribution Protocol

113 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones LDP: Label Distribution Protocol La distribución de etiquetas asegura que los routers adyacentes conocen la combinación de etiqueta y su FEC asociado Routing Table: Addr-prefix Next Hop /8 LSR2 Routing Table: Addr-prefix Next Hop /8 LSR2 LSR1 LSR2 LSR3 IP Packet Routing Table: Addr-prefix Next Hop /8 LSR3 Routing Table: Addr-prefix Next Hop /8 LSR3 For /8 use label 17 Label Information Base: Label-In FEC Label-Out /8 XX Label Information Base: Label-In FEC Label-Out /8 XX Label Information Base: Label-In FEC Label-Out XX /8 17 Label Information Base: Label-In FEC Label-Out XX /8 17 Paso 1: LSR crea el vínculo entre el FEC y su etiqueta Paso 2: El LSR comunica el vínculo a su router adyacente Paso 3: LSR inserta el valor en la tabla de transmisión

114 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones LDP soporta dos métodos de distribución de etiquetas: LDP: Label Distribution Protocol LSR1 LSR2 Downstream Unsolicited Label Distribution Label-FEC Binding LSR1 LSR2 Downstream-on-Demand Label Distribution Label-FEC Binding Request for Binding

115 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo: modo bajo demanda LDP: Label Distribution Protocol #963 #14 #99 #311 #462 D #311 D #963 D #14 D #99 D #216 D #612 D #5 D D?

116 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones CR-LDP: Constraint-Based Routed LDP -Reserva de recursos: Parámetros de tráfico

117 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones CR-LDP: Constraint-Based Routed LDP -Encaminamiento explícito: LSR BLSR CLER DLER A ER Label Switched Path IngressEgress 4. El mapeo de etiquetas es originado a través de un mensaje. 3. Mensaje de petición terminado. 2 Mensaje de petición procesado y el próximo nodo determinado. Lista del camino modificada a 1. Mensaje de petición de etiqueta. Contiene la ruta explícita 5. LSR C recive la etiqueta para usar para mandarlos datos a LER D. Tala de etiquetas actualizada 6. Cuando el LER A recive la etiqueta mapead el ER es establecido

118 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Apilamiento de etiquetas en MPLS Red MPLS ISP A Red MPLS ISP B Red MPLS ISP C 4 (16) 8 (12) 2 (15) 2 (13) 2 (15) 7 (14) LSR de Ingreso 1 er nivel LSR Interior 1 er nivel LSR Interior 1 er nivel LSR de Egreso 1 er nivel LSR de Egreso 2º nivel LSR de Ingreso 2º nivel V W X Y Z U Los routers U y Z han constituido un LSP con dos LSR interiores, V e Y Los routers V e Y están enlazados por un LSP que ha creado el ISP B. V e Y no ven las etiquetas rojas que manejan W y X Para el ISP B parece como si V e Y fueran routers IP ordinarios (no MPLS enabled) 2 (15) 7 (14) Etiqueta (TTL) de 2º nivel Etiqueta (TTL) de 1 er nivel En cierto modo es como si entre V e Y se hubiera hecho un túnel que atravesara W y X IP (17) IP (11) IP (17) Paquete IP (TTL)

119 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -Redes de alto rendimiento: -Las decisiones de encaminamiento que han de tomar los routers MPLS en base a la LIB son mucho más sencillas y rápidas que las que toma un router IP ordinario (la LIB es mucho más pequeña que una tabla de rutas normal). -La anidación de etiquetas permite agregar flujos con mucha facilidad, por lo que el mecanismo es escalable. -Encaminamiento con QoS en IP: es posible asignar a un cliente o a un tipo de tráfico una FEC a la que se asocie un LSP que discurra por enlaces con bajo nivel de carga. -Proveedor de servicios para VPNs, más escalables y menos costosas que otras alternativas como IPSec, ATM o FR. -Soporte multiprotocolo: ya que el encaminamiento de los paquetes se realiza en base a la etiqueta MPLS estándar, no a la cabecera de nivel de red. -Permite integración de redes diversas: ATM, Frame relay, Ethernet, etc. -Ingeniería de Tráfico: se conoce con este nombre la planificación de rutas en una red en base a previsiones y estimaciones a largo plazo con el fin de optimizar los recursos y reducir congestión. Conclusiones y aplicaciones

120 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Ejemplo de un operador: Telefónica

121 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -MPLS overview and architecture -RFC MPLS Architecture (Jan-01) -RFC MPLS Label Stack Encoding (Jan-01) -RFC Carrying label information in BGP4 (May-01) -Label Distribution Protocols (RSVP-TE / CR-LDP) -RFC Applicability Statement for CR-LDP (Jan-02) -Applicability Statement for Extensions to RSVP for LSP- Tunnels (Apr-01) -RFC Extensions to RSVP for LSP Tunnels (Dec-01) -RFC 3215 LDP State Machine (Jan-02) -RFC LDP Applicability (Jan-01) -RFC LDP Specification (Jan-01) -RFC LSP Modification Using CR-LDP (Jan-02) -MPLS LDP Query Message Description (April-02) -MTU Signalling Extensions for LDP (July-02) -Resource Class considerations for CRLDP (May-02) -Signaling Unnumbered Links in CR-LDP (July-02) -Signaling Unnumbered Links in RSVP-TE (July-02) Enlaces interesantes - Estándares

122 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -Multicast -Extended RSVP-TE for Multicast LSP Tunnels (June-02) -Framework for IP Multicast in MPLS (April-02) -Quality of Service (QoS) -RFC MPLS Support of Differentiated Services (April-01) -Proposed MPLS/DiffServ TE Class Types (June-02) -ATM & Frame Relay Internetworking -ATM-MPLS network Interworking 1.0 (ATM Forum - August-01) -RFC MPLS using LDP and ATM VC Switching (Jan-01) -RFC Use of Label Switching on Frame Relay Networks Specification (Jan-01) Enlaces interesantes - Estándares

123 Redes y servicios Frame Relay y ATM. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -MPLS Forum: -MPLS Resource Center: -MPLS Working Group: charter.htmlhttp://www.ietf.org/html.charters/mpls- charter.html -Proyecto MPLS for Linux: -MPLS. William Stallings, Internet Protocol Journal Vo. 4 Nº 3 -MPLS: Una arquitectura de backbone para la Internet del siglo XXI. José Barberá, Boletín RedIRIS Nº 53, septiembre Tutorial -Varios artículos acerca de MPLS - -http://brsi.blogspot.com/2006/04/algo-acerca-de-mpls-y-sus- posibles.html Enlaces interesantes


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