Redes Metropolitanas IEEE 802.6 (DQDB)

DQDB (características) DQDB: Distributed Queue Dual Bus Estándar IEEE 802.6 Topología de bus con dos buses unidireccionales. Distancia >= 200 Km Velocidad variable, desde 34 Mbps a 600 Mbps. Medio compartido que puede ser cable coaxial o fibra óptica. Servicios ofrecidos para tráfico: asíncrono, síncrono e isócrono.

DQDB (características ... ) Soporte de LLC Direccionamiento.- Reconoce el esquema de direccionamiento de 16 y 48 bits usado por los estándares de LANs 802. El formato de 60 bits de CCITT es una opción soportada para compatibilidad con ISDN. Paquetes de tamaño fijo: 53 bytes llamados slots Mecanismo de acceso: Cola distribuida FIFO

Red Metropolitana (MAN) Subred DQDB Sistema de conectividad Subred DQDB Subred DQDB 802.3 Subred DQDB LAN FDDI 802.4 Las redes DQDB pueden componer completamente o ser parte de una red pública. Sin embargo, las redes DQDB pueden implementarse en un ambiente local o inclusive utilizarse como subred de acceso a redes públicas de otras tecnologías. DQDB al ofrecer una amplia gama de velocidades, permite interconectar redes de área local a altas velocidades. Subred DQDB Red conm. de paq. 802.4 Red pública

Topología (bus abierto) Cabeza de A Cabeza de B En cada bus, una estación puede transmitir solo aquellas estaciones abajo de ella. Usando 2 buses cada estación puede recibir y transmitir de todas las estaciones. Cada nodo debe de saber que bus utilizar para transmitir a un determinado nodo. La transmisión en cada bus es independiente, por lo que la velocidad efectiva es el doble que la velocidad de un bus. La topología puede ser de bus abierto o de bus cerrado. Bus B

Topología (bus cerrado) Cabeza de A y B La topología de bus cerrado se utiliza para aspectos de confiabilidad, ya que en caso de falla, se sigue conservando la conectividad completa en el bus doble.

Reconfiguración (bus abierto) Bus B En caso de falla, una red DQDB de bus abierto puede reconfigurarse automáticamente, creándose subredes separadas operando independientemente.

Reconfiguración (bus cerrado) Una red DQDB de topología de bus cerrado se puede reconfigurar automáticamente convirtiéndose a una topología de bus abierto.

Funciones de convergencia Arquitectura Servicios MAC Orientada a conexión Otras Isócronas Funciones de convergencia MCF COCF CAPA DQDB Funciones QA (Queued Arbitrated) Funciones PA (Pre-Arbitrated) Funciones comunes Servicios: Servicios sin conexión.- vía el protocolo LLC tipo 1, tramas de hasta 9188 bytes, el servicio debe de incluir funciones de segmentación y reensamble. Orientado a conexión.- Permite el transporte de segmentos de 52 bytes entre nodos a través de un canal virtual, la función de segmentación y reensamble es necesario. Servicio isócrono.- El servicio se proporciona sobre una conexión lógica isócrona. Funciones de convergencia Capa física CAPA FISICA

Capa DQDB Funciones comunes Funciones de arbitraje Transmisión y recepción de slots Cabeza de Bus Control de configuración Funciones de arbitraje Responsables del control de acceso al medio 2 tipos de slots: QA (QueuedArbitrated) y PA (Pre Arbitrated) Funciones de convergencia Mapeo del flujo de datos a bloques de 53 bytes Funciones asíncronos, orientados a conexión e isócronos. Slots PA: Slots para soportar datos isócronos sobre canales de ancho de banda garantizada. La función PA asume el establecimiento de conexión previo. Será informado del VCI asignado. El VCI es parte del campo de control y es generado por la función de cabeza de bus. Una conexión isócrona puede incluir todos los bytes del slot. Alternativamente, un segmento puede ser compartido por varias conexiones isócronas, en cuyo caso el PA será informado del VCI y offset de los bytes correspondientes. Slots QA: Permite la transmisión de datos asíncronos. Emplea 48 bytes del slot. Un esquema distribuido se utiliza para el control de acceso.

Capa Física Diferentes velocidades pueden emplearse: 1.- ANSI DS3: 44.736 Mbps sobre coaxial o F.O. 2.- ANSI SONET: 155.52 Mbps y arriba sobre fibra monomodo. 3.- CCITT G.703: 34.368 Mbps y 139.264 Mbps Para cada sistema de transmisión, un protocolo de convergencia es utilizado. La única función de convergencia definido en el estándar actual es para DS3.

Protocolo de acceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bus A Bus B Nodo 0 head A . . . . . . Nodo N-2 Nodo N-1 head B Nodo X Si el nodo X quiere transmitir al nodo Y, debe de escoger el bus en el cual Y esté abajo de X. Si Y está en el bus A, entonces X hace la reservación de slot a los nodos de arriba a través del bus B. El protocolo requiere que cada estación difiera su necesidad de transmitir hacia los nodos de abajo. Tan pronto los nodos de abajo reserven para tx, la estación permitirá que los slots continuen su camino hacia abajo. Cada estación deberá llevar un registro de las peticiones de tx de los nodos de abajo. El comportamiento de los nodos dependerá de su posición en el bus (se explicará con respecto al bus A, sin embargo lo mismo se aplica al bus B). . . . . . . Bus B

Posiciones significantes 1.- Nodo N-1 (cabeza de B) Nunca transmite sobre el bus A, no hace reservaciones sobre B. 2.- Nodo N-2 (cercano a la cabeza de B) Transmite en el primer slot vacío ya que no recibe peticiones de los nodos vecinos de abajo. 3.- Nodo 0 (cabeza de A) Genera slosts sobre A y no recibe datos sobre A. Es responsable de que todas la peticiones sean satisfechas. 4.- Nodo X Cuando quiere tx sobre A, emite petición sobre B Para forzar una disciplina Round-Robin, el nodo X registra las peticiones antes y despues de su propia.

1) El nodo no tiene datos que enviar Mecanismo de conteo bit de ocupación Bus A _ Decrementa RQ por cada slot vacío RQ: Request Count RQ + Incrementa RQ por cada petición 1 Bus B El contador RQ representa el número de peticiones no satisfecha emitidas por los vecinos de abajo. El nodo debe de dejar pasar un número igual de slots antes de poder transmitir. Es un protocolo efectivo: a) Para tráfico ligero, el valor de CD será pequeño o 0 y habrá muchos slots QA libres. B) Para tráfico pesado, cada slot QA será utilizado, por lo que la eficiencia es del 100%. bit de petición 1) El nodo no tiene datos que enviar

Mecanismo de conteo (cont...) bit de ocupación Bus A CD: Countdown CD <- RQ RQ <- 0 Decrementa CD por cada slot vacío Listo para Tx RQ CD CD = 0 + Incrementa RQ por cada petición 1 Bus B bit de petición 2) El nodo tiene datos que enviar

Protocolo básico (ejemplo) Bus A RQ 1 RQ 1 RQ 1 RQ 1 RQ CD A B C D E A) + + + + + Bus B 1 Bus A RQ 2 RQ CD 1 RQ 1 RQ 1 RQ CD A B C D E El ejemplo muestra el funcionamiento del protocolo básico con transmisión sobre el bus A y nodos intermedios. A) El nodo E emite una petición. Cada vecino de abajo sobre B incrementa su RQ. CD toma el valor de RQ, como CD=0 E transmite tan pronto ve un slot QA vacío. B) El nodo B emite una petición. CD = RQ = 1 y RQ = 0. El nodo tiene que esperar un slot libre QA antes de transmitir. El nodo A incrementa RQ. B) + + + + + Bus B 1

Protocolo básico (ejemplo...) Bus A RQ 3 RQ 1 CD 1 RQ CD 1 RQ 1 RQ CD A B C D E C) + + + + Bus B 1 1 _ _ _ Bus A _ C) El nodo C emite una petición. CD = RQ = 1 y RQ = 0. El nodo B incrementa RQ y su valor de CD no cambia. El nodo A incrementa RQ. D) Un slot libre pasaen el bus A. El nodo A y D decrementan RQ. El nodo B y C decrementan su CD. El nodo E tiene CD = 0 por lo que pone el bit de ocupado e inserta un segmento. RQ 2 RQ 1 CD RQ CD RQ RQ A B C D E D) Bus B

Protocolo básico (ejemplo) 1 _ Bus A _ RQ 1 RQ 1 RQ CD RQ RQ A B C D E E) Bus B 1 _ _ E) Pasa otro slot libre. A decrementa RQ. El nodo B usa el slot. F) El nodo C usa el siguiente slot libre y el sistema regresa a estado original. El efecto total es el de una cola FIFO. Bus A RQ RQ RQ RQ RQ A B C D E F) Bus B

DQDB con prioridad R4 R3 R2 R1 B Bus A - - - - RQ 4 RQ 3 RQ 2 RQ 1 + + Bus A - - - - RQ 4 RQ 3 RQ 2 RQ 1 + + + Bus B Soporta 4 niveles de prioridad, cada prioridad soportada por una cola distribuida separada. Cada slot incluye 4 bits de petición, un bit por cada prioridad. Cada nodo tiene 4 contadores RQ y 4 CD por cada bus. El esquema de prioridad es utilizado para asegurar que los datos síncronos sean transmitidos a una mayor prioridad. Un slot vacío decrementa todos los contadores RQ. Un slot con petición de prioridad , incrementa solamente contadores 2, 3 y 4 dejando el contador de mayor prioridad (RQ1) sin cambio. Las peticiones de menor prioridad no retardan las transmisiones de mayor prioridad. B R1 R2 R3 R4 1

DQDB con prioridad (cont...) Bus A - - - - RQ 4 RQ 3 RQ 2 CD 2 RQ 1 + + + + Bus B Un nodo está listo para transmitir con prioridad 2. CD2 = RQ2, RQ2 =0. Cuando un slot vacío pasa, se decrementa RQ1, RQ3, RQ4 y CD2. Si una petición con prioridad 1 pasa, entonces RQ1, RQ3, RQ4 y CD2 se incrementan. El segmento se transmite cuando CD2 es cero. Hasta ahora el uso de prioridades no está especificado en el estandar. El estandar dice que los segmentos sin conexión (asíncronos) deben de operar con el menor nivel de prioridad. B R1 R2 R3 R4 1

Balance de ancho de banda Segmento generado 0 o mas segmentos QA 0 o un segmento QA CD=0 Cola de segmentos Cola de transmisión 0 o una petición Cada bloque que llega a la capa DQDB se particiona y se pone en una cola de segmentos FIFO esperando transmisión. Hay una cola por cada bus y por cada prioridad. Una cola de transmisión se emplea para almacenar un segmento que espera un slot vacío en el bus. Cuando un segmento es transferido de la cola de segmentos a la cola de tx, una petición debe emitirse en el otro bus. Como debe de esperar un slot con el bit de petición vacío, dicha petición debe almacenarse en una cola de peticiones. El protocolo DQDB establece que una vez que un nodo ha emitido una petición, no puede emitir otra petición hasta que la primera ha sido satisfecha. Para forzar lo anterior, la cola de tx solo puede contener un segmento. Bus B Cola de petición

Balance de ancho de banda (cont...) El balance de ancho de banda establece que por cada  segmentos transmitidos se incremente artificialmente RQ. Se emplea otro contador llamado de disparo, que para cada segmento transmitido se incrementa, cuando iguala , se pone en 0 y se incrementa RQ. El parámetro  se llama BWD_MOD (Bandwidth-Balancing Modulus). Valor de default 8.  Donde  es el tiempo proporcional de transmisión  =  Despues de transmitir b QA segmentos, el nodo deja pasar un slot vacío. El valor de b puede ser entre 0 y 64 (default 8), el valor de 0 deshabilita la función de balance de ancho de banda.

Balance de ancho de banda (cont...) El estándar recomienda habilitar el balance de ancho de banda para un bus que se extiende una distancia que es mayor que la longitud efectiva de un slot de 53 bytes, el cual es apróximadamente como sigue: 2 Km a 44.736 Mpbs (DS3) 546 m a 155.520 Mpbs (STM-1) 137 m a 622.080 Mpbs (STM-4) Considerando que: distancia = Vp x #bits/Vx Vp = Velocidad de propagación Vx = Velocidad de transmisión Suponiendo Vp = 3 x 108 m/seg distancia = 3 x 108 m/seg x (53 x 8) bits / 44.376 x 106 bits/seg distancia = 2866 m

DQDB PDU Función Segmento QA arbitrada QA Funciones Slot DQDB comunes MAC SDU MAC PDU Inicial Función de convergencia MAC IH IT 44 MAC PDU Derivado DH IT DH IT DH IT DH IT 48 BOM COM COM EOM Función arbitrada QA Segmento QA El encabezado del DMPDU (DH) contiene: 1) Tipo de segmento: SSM (Single-segment message), BOM (Beginning of message), EOM (End of message), COM (Continuation of message) 2) Número de secuencia e Identificador de mensaje El encabezado del segmento (SH) tiene un identificador de canal virtual (VCI) utilizado para servicios orientados a conexión e isócronos. El encabezado del slot (SLH) tiene los bits de ocupado (Busy) y los de reservación (uno por cada prioridad) SH 52 Funciones comunes Slot DQDB SLH 53

Función de convergencia para DS3 Construcción de una trama DQDB para DS3 DS3 595 bytes 106.4 seg. 44.736 Mbps 56 bits/trama 588 bytes 44.210 Mbps DQDB 690-691 bytes 125 seg. 44.210 Mbps 54.5-55 bytes 636 bytes 44.704 Mbps Tamaño de trama Tiempo de trama Razón de señalización Overhead Tamaño de datos Razón de datos

Formato de trama sobre DS3 Delineación ID Overhead Slot DQDB 53 bytes A1 A2 P11 Z6 Primer slot DQDB A1 A2 P10 Z5 slot DQDB A1 A2 P9 Z4 slot DQDB A1 A2 P8 Z3 slot DQDB A1 A2 P7 Z2 slot DQDB A1 A2 P6 Z1 slot DQDB A1 A2 P5 F1 slot DQDB A1 A2 P4 B1 slot DQDB A1 El byte A1 (11110110) y A2 (00101000) se repiten cad arenglón para cuestiones de sincronía. Los bytes Pn simplemente cuentan de 11 a 0 para enumerar los renglones, cualquier otro valor es inválido. F1 es un canal de 64kbps y sirve para mantenimiento, se puede conectar un teléfono. G1 reporta la condición del enlace entre estaciones adyacentes. B1 es un byte de paridad intermedio. M1 y M2 son canales de administración para la capa DQDB. C1 indica si el final de la trama tiene 13 o 14 nibbles. Zn están reservados para crecimiento futuro del estándar. A2 P3 G1 slot DQDB A1 A2 P2 M2 slot DQDB 13 - 14 nibbles A1 A2 P1 M1 slot DQDB A1 A2 P0 C1 Ultimo slot DQDB