“Tecnologías de Transporte” Parte I Prof. Dr. Ing. Gustavo Hirchoren

Material basado en “Data and Computer Communications”, Sixth Edition, William Stallings

Bibliografía “Data and Computer Communications”, Sixth Edition, William Stallings. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000. “Voice over Frame Relay Implementation Agreement”, FRF. 11.1, Frame Relay Forum Technical Committee, December 1998.

Bibliografía “Frame Relay Fragmentation Implementation Agreement”, FRF.12, Frame Relay Forum Technical Committee, December 1997. “Voice Over IP”, Uyless Black. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall PTR, 2000.

Ejemplo de una RED CIUDAD 1 RED CIUDAD 2 CIUDAD 3 Modem (Radio, satelital, fibra, etc) CIUDAD 1 Multiplexor/FRAD RED 128 Kbps.- NODO CIUDAD 1 Terminal Router Multiplexor/FRAD CIUDAD 2 128 Kbps.- NODO CIUDAD 2 NODO CIUDAD 4 Terminal Modem (Radio, satelital, fibra, etc) Swithces Router Multiplexor/FRAD Central Telefónica Placa E1 Digital Router NODO CIUDAD 3 Modem (Radio, satelital, fibra, etc) CIUDAD 3

Detalle de un punto remoto Central Telefónica Placa E1 PSK, FSK, 2B1Q G.703 V.35, RS232, X21, G.703 FXO-FXS E&M Conversor de interfaz Multiplexor/FRAD V.35, RS232, X21, etc Modem (Radio, satelital, fibra, etc) INTERFACES SERIALES Router

Descripción de equipamiento MULTIPLEXOR: si hablamos de una red de paquetes, realiza multiplexación estadística, si fuese una red de conmutación de circuitos realiza multiplexación determinística en el tiempo. FRAD (Frame Relay Assembler - Disassembler): dispositivo que recibe la información de niveles superiores de la capa OSI le agrega el header de nivel 2, la transmite y viceversa (se los suele llamar así a los equipos de Frame Relay que también realizan multiplexación estadística)

Descripción de equipamiento PAD (Packet Assembler - Disassembler): dispositivo que recibe la información de niveles superiores de la capa OSI le agrega el header de niveles 3 y 2, la transmite y viceversa (se los suele llamar así a los equipos de X.25 que se encuentran en el cliente) CONVERSOR DE INTERFAZ: se utiliza en el caso de que por ejemplo el modem no posea el mismo interfaz serial que el FRAD. MODEM: recibe la información y la modula para hacerla compatible con el canal y viceversa

Principios de las redes de “packet switching” “Circuit switching” diseñado para voz Recursos dedicados a cada llamada particular Mayoría del tiempo una conexión de datos está inactiva Tasa de datos es fija Ambos extremos deben operar a la misma tasa

Operación básica Datos transmitidos en pequeños paquetes Tipicamente 1000 octetos Mensajes más largos fragmentados en una serie de paquetes Cada paquete contiene info de datos más control Información de control Información de ruteo Paquetes son recibidos, almacenados brevemente (“buffered”) y pasados al próximo nodo “Store and forward”

Uso de Paquetes

Ventajas de “packet switching” Mayor eficiencia Conversión de tasa de datos Cada estación se conecta al nodo local a su propia velocidad Nodos almacenan datos si se requiere adaptar tasas Paquetes se aceptan cuando la red está cargada Aumenta retardo de entrega de paquetes Se pueden usar prioridades

Redes con Datagramas Cada paquete tratado en forma independiente Paquetes pueden tomar cualquier ruta Paquetes pueden llegar fuera de orden Se pueden perder paquetes Receptor debe reordenar los paquetes y recuperar los paquetes perdidos

Redes con Circuitos Virtuales Hay una ruta establecida para cada comunicación por la cual circulan todos los paquetes “Call request” y “Call accept” packets establecen el circuito virtual Cada paquete contiene un identificador del circuito virtual en lugar de la dirección de destino No se requieren decisiones de ruteo para cada paquete El camino no es dedicado

Circuitos Virtuales vs Datagramas Red puede proveer secuenciamiento y control de error Paquetes son enrutados más rapidamente Menos confiable Pérdida de un nodo produce caída de todos los circuitos a través de ese nodo Datagramas No requiere fase de “call setup” Más flexible

Virtual Circuit and Datagram Operation

X.25 1976 Interface entre “host” y red de “packet switching” Soporta PVC y SVC “Switched virtual circuit”: dinamicamente establecido “Permanent virtual circuit”: fijo, configurado cuando se contrata Usa tres layers del modelo OSI: Physical Data Link Network

X.25 Uso de “Virtual Circuits”

X.25 - Physical X.25 - Data Link X.25 - Network Define las características de la interface entre el “Data terminal equipment” (DTE) y el “Data circuit terminating equipment” (DCE) X.25 - Data Link Usa “Link Access Protocol Balanced (LAPB)” Subconjunto de HDLC X.25 - Network Permite establecer conexiones lógicas (circuitos virtuales) entre terminales

Control de flujo “Sliding Window” Permite que múltiples tramas estén en tránsito Receptor tiene buffer de tamaño W Transmisor puede enviar hasta W tramas sin esperar ACK Cada trama se numera ACK incluye el número de la próxima trama esperada Tramas se numeran módulo 2k (k es la cantidad de bits del campo número de secuencia)

Ejemplo de “Sliding Window”

X.25 nivel 2: trama LAP-B

Banderas (“Flags”) Delimitan los extremos de la trama 01111110 Puede cerrar una trama y abrir otra “Bit stuffing” se usa para evitar confusión con el patrón de datos 01111110 0 se inserta después de cada secuencia de cinco 1’s Si el receptor detecta cinco 1’s chequea el próximo bit Si es 0, es eliminado Si es 1 y el sétimo bit es 0, se acepta como bandera Si el sexto y séptimo bits son 1’s, se aborta la trama

“Bit Stuffing” Patrón original: 11111111111011111101111110 …….. Después de “bit stuffing”: 1111101111101101111101011111010 ……. 111110 ………. 1111100 ……..

Ejemplos de operación (1)

Ejemplos de operación (2)

SVC

Formato de paquete

Multiplexación de circuitos virtuales Paquetes contienen un identificador de circuito virtual (VCN) de 12 bits DTE puede establecer hasta 4095 circuitos virtuales simultáneos con otros DTEs sobre un simple enlace DTC-DCE

Numeración de circuitos virtuales

“Reset” y “Restart” Reset Restart Reinicializa un circuito virtual. Números de secuencia son seteados a cero Se pierden los paquetes en tránsito. Protocolo de nivel superior debe recuperar los paquetes perdidos Originado por pérdida de paquete, error de número de secuencia, congestión, pérdida del circuito virtual interno en la red Restart Equivale a “Clear request” sobre todos los SVC ‘s y “Reset request” sobre todos los PVC’s Originado, por ej., debido a la pérdida temporaria de acceso a la red

Frame Relay 1988 Diseñado para ser más eficiente que X.25 Para ser utilizado en redes modernas de “fast packet switching” con transmisión digital Enlaces con menores tasas de error y mayor confiabilidad Frame Relay soporta: PVC: generalmente usado actualmente SVC: señalización Frame Relay ITU-T Q.933

Características de X.25 1) Paquetes de control de llamadas transportados en el mismo circuito virtual que paquetes de datos 2) Multiplexado de circuitos virtuales en capa 3 (VCN) 3) Realiza control de error en capa 2, y control de flujo en capas 2 y 3 Considerable overhead No apropiado para redes digitales modernas con alta confiabilidad

Frame Relay - Diferencias 1) Señalización de control de llamadas transportada en una conexión lógica separada de los datos 2) Multiplexado y conmutación de conexiones lógicas en capa 2 (DLCI) Elimina una capa de procesamiento 3) No realiza control de flujo ni control de error “hop by hop”. Control de error y de flujo “end to end” (si se usa) es realizado por capas más altas

Ventajas de Frame Relay Reducido overhead Apropiado para redes digitales modernas con alta confiabilidad Menor retardo  Voz sobre Frame Relay (VoFR) Más alto throughput (Rb  N x 64 kbps, hasta 2 Mbps). - Usa LAPF-Core (Link Access Procedure for Frame Mode Bearer Services - Core functions Q.922)

LAPF Core Formato

Transferencia de datos de usuario Sólo un tipo de trama Datos de usuario No tramas de control No números de secuencia No es posible realizar control de flujo o control de error

Colas de un Nodo

Efectos de la Congestión Paquetes recibidos son colocados en los buffers de entrada Se hace una decisión de ruteo Paquete se mueve a buffer de salida Paquetes de buffers de salida son transmitidos tan rápido como sea posible Multiplexado por división de tiempo estadístico Si llegan paquetes más rápido de lo que pueden ser enrutados o transmitidos los buffers se llenarán Buffer overflow  descarte de paquetes

Interacción de colas La congestión se propaga en la red

Mecanismos de Control de Congestión

Notificación de congestión explícita Red alerta a los sistemas terminales de aumento de congestión Sistemas terminales toman medidas para reducir la carga ofrecida BECN (“Backward”) Evitar congestión para el tráfico en la dirección opuesta a la notificación recibida FECN (“Forward”) Evitar congestión para el tráfico en la misma dirección a la notificación recibida

Manejo de Tasa de tráfico “Committed information rate”: CIR = Bc/T Tasa de información en [bps] asignada a cada conexión lógica frame relay “Committed burst size”(Bc): [bits] Intervalo de medición (T): [seg] “Maximum Rate”: (Bc + Be) / T “Excess burst size” (Be): [bits]

Operación del CIR

Access Rate, CIR, Maxim. Rate

Voz sobre Frame Relay (VoFR)

VoFR - FRF.11.1 El servicio de VoFR soporta múltiples canales de voz y datos sobre una simple conexión frame relay El servicio de VoFR entrega tramas sobre cada subcanal en el orden en que enviadas Cada payload se empaqueta como una subtrama dentro del campo de información de una trama Cada subtrama contiene un header y payload El header identifica el subcanal de voz/datos y, cuando se requiere, tipo de payload y longitud

Relación entre tramas y subtramas Ej.: un simple DLCI soporta 3 canales de voz y 1 canal de datos. En la primera trama se empaquetan 3 payloads de voz y en la segunda 1 payload de datos

Payloads Cada subcanal transporta un payload primario que contiene tráfico que es fundamental para la operación del subcanal Otros payloads se pueden enviar para soportar el payload primario (ej. dígitos marcados). Se diferencian del payload primario por la codificación del campo tipo de payload de la subtrama. Un tipo de payload de todos ceros siempre indica un payload primario Hay 3 tipos de payloads primarios: de voz, de fax y de datos

Formato de subtrama Cada subtrama consiste de un header de longitud variable y un payload

Formato de subtrama Extension indication (EI)(octeto 1): es seteado para indicar la presencia del octeto 1a, cuando un valor de identificación de subcanal es > 63 o cuando se indica un payload type. Si EI = 0 el payload type implícito es cero Length indication (LI) (octeto 1): es seteado para indicar la presencia del octeto 1b. El bit LI de la última subtrama dentro de una trama es siempre 0. Para cada una de las subtramas anteriores LI = 1 Sub-channel identification (octetos 1 and 1a): si EI=0 se supone un valor de cero en los dos bits más significativos. Identificadores de subcanales desde 0000 0000 a 0000 0011 están reservados

Formato de subtrama Payload type (octeto 1a): Bits: 4 3 2 1 0 0 0 0 Primary payload transfer syntax 0 0 0 1 Dialed digit transfer syntax (Annex A) 0 0 1 0 Signalling bit transfer syntax (Annex B) 0 0 1 1 Fax relay transfer syntax (Annex D) 0 1 0 0 Silence Information Descriptor Payload length (octeto 1b): indica el número de octetos de payload siguiendo al header Payload (octeto p)

Ejemplos de subtramas Trama que contiene un simple payload de voz para un subcanal de número bajo Trama que contiene un simple payload de voz para un subcanal de número alto (> 63)

Ejemplos de subtramas Trama que contiene múltiples subtramas para subcanales 5 y 6. En este caso se requiere el octeto 1a para codificar el payload type y el octeto 1b indicando la longitud del payload para la primera subtrama Trama que contiene múltiples subtramas para subcanales 5 y 6. En este caso el payload type es cero

Requerimientos mínimos Dispositivos de VoFR se clasifican de acuerdo al soporte provisto para las definiciones de sintaxis de transferencia común Dispositivos “Class 1 compliant” soportan capacidades adecuadas para interfaces de alta tasa de bits. Para el payload primario soporte de G.727 es obligatorio Dispositivos “Class 2 compliant” soportan capacidades adecuadas para interfaces de baja tasa de bits. Para el payload primario soporte de G.729 o G.729A es obligatorio

Fragmentación Frame Relay -FRF.12 Para soportar adecuadamente tráfico de tiempo real (sensible al retardo) tal como voz sobre enlaces UNI o NNI de baja velocidad, es necesario fragmentar tramas largas de datos que comparten el mismo enlace tal que las tramas cortas no sufran un retardo excesivo Fragmentación permite entrelazar tráfico sensible al retardo sobre una VC con fragmentos de una trama larga sobre otra VC utilizando la misma interface

Fragmentación Frame Relay -FRF.12 Fragmentación de tramas es necesaria entonces para controlar retardo y variación de retardo del tráfico de tiempo real FRF.12 soporta tres aplicaciones de fragmentación: Localmente sobre una interface UNI Frame Relay entre DTE y DCE Localmente sobre una interface NNI Frame Relay entre DCEs End to end entre dos DTEs Frame Relay interconectados por una o más redes Frame Relay

Fragmentación UNI Es realizada sobre una base de interface Cuando se usa sobre una interface, todas las tramas sobre todos los DLCIs (incluyendo DLCI 0, PVCs y SVCs) son precedidas por el header de fragmentación

Fragmentación NNI Sobre enlaces NNI lentos Es realizada sobre una base de interface Cuando se usa sobre una interface, todas las tramas sobre todos los DLCIs (incluyendo DLCI 0, PVCs y SVCs) son precedidas por el header de fragmentación

Fragmentación end to end A diferencia de fragmentación UNI o NNI, está limitada a fragmentar tramas sobre PVCs seleccionados Es útil cuando se requiere fragmentación debido a interface(s) lenta(s) UNI o NNI y no es soportada sobre la(s) UNI o NNI

Formato de fragmentación para interface UNI o NNI Un header de fragmentación de dos octetos precede al header Frame Relay El bit “(B)eginning fragment” se coloca en ‘1’ en el primer fragmento de datos y en ‘0’ en todos los demás fragmentos de la misma trama original El bit “(E)nding fragment” se coloca en ‘1’ en el último fragmento de datos y en ‘0’ en todos los demás El bit “(C)ontrol” se coloca en ‘0’ y está reservado

Formato de fragmentación para interface UNI o NNI El número de secuencia se incrementa módulo 212 con cada fragmento de datos transmitido sobre una VC. Se mantiene un número de secuencia separado para cada DLCI El bit de bajo orden del primer octeto del header de fragmentación es ‘1’. Permite distinguir el header de fragmentación del header Frame Relay Esto permite a una entidad de fragmentación (UNI o NNI) detectar la incorrecta configuración de su par, dado que ambas se deben configurar identicamente para usar o no fragmentación sobre una interface

Formato de fragmentación end to end Un header de fragmentación de dos octetos sigue al header de encapsulación multiprotocolo FRF.3.1 Se ha asignado el Network Layer Protocol ID (NLPID) 0xB1 para identificar a este header de fragmentación El número de secuencia se incrementa módulo 212 con cada fragmento de datos transmitido sobre una PVC. Se mantiene un número de secuencia separado para cada PVC fragmentado entre DTEs pares

Ejemplo de fragmentación para interface UNI o NNI

Ejemplo de fragmentación end to end

Ejemplo de fragmentaciónFRF.11