Redes y Servicios Frame Relay y ATM Redes Frame Relay y ATM Redes y Servicios Frame Relay y ATM José Fernando Sánchez S. Universidad Tecnológica del Centro

Introducción Red Móvil Pasarela de Acceso a Red Fija Acceso PYME Internet Red de Transporte Acceso a Internet PYME Red de Acceso Proveedor de Acceso a Red Residencia Particular Red Corporativa 2

Introducción Red Móvil Pasarela de Acceso a Red Fija Acceso PYME Internet Red de Transporte Acceso a Internet PYME Red de Acceso Proveedor de Acceso a Red Residencia Particular Red Corporativa 3

Introducción Internet Red de Transporte QoS Red FR Red ATM Red FR 4

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 5

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) 6

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. 7

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 8

Introducción Switch o conmutador Red de Transporte 9

El problema de la Red completamente mallada Redes Frame Relay y ATM El problema de la Red completamente mallada Maracaibo Y Z X Barcelona Caracas W Valencia Supongamos que queremos conectar entre sí un conjunto de routers de forma que exista un mallado total de la red, es decir conectividad directa de todos con todos. Si tenemos n routers es necesario establecer desde cada router n-1 conexiones. Además cuando añadimos un nuevo router es preciso activar 2*n nuevas interfaces (una en cada uno de los routers existentes mas n en el nuevo router). Como consecuencia de esto el mallado total es excesivamente complejo y caro, por lo que resulta inviable salvo cuando se trata de redes muy pequeñas. Además cada nueva línea punto a punto que se establece se ha de contratar con el operador correspondiente, para lo cual se debe elegir una velocidad dentro de la gama de velocidades posibles. La velocidad de una línea punto a punto no puede cambiarse, para ello es preciso darla de baja y contratar una nueva, con los consiguientes problemas de costos, plazos de instalación, etc. Conexión con líneas punto a punto entre routers, conectividad total. La velocidad de cada línea es difícil de modificar Al añadir un nuevo router hay que instalar líneas e interfaces en todos los nodos

Sumario Frame Relay ATM: Formato de celdas y conmutación Redes Frame Relay y ATM Sumario Frame Relay ATM: Formato de celdas y conmutación Categorías de servicio, parámetros, conformación y vigilancia de tráfico Direcciones y autoconfiguración

Topología de una red Frame Relay Red de Transporte Circuito Virtual Switch FR 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 12

Topología de una red Frame Relay Circuito Virtual 13

Topología de una red Frame Relay - Dos tipos de circuitos virtuales: Permanentes (PVC) Conmutados (SVC) Red de Transporte Circuito Virtual 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 14

Topología de una red Frame Relay Circuito Virtual 15

Topología de una red Frame Relay Redes Frame Relay y ATM Topología de una red Frame Relay Y Circuito Virtual Maracaibo Línea punto a punto Switch Frame Relay Switch Frame Relay Z Switch Frame Relay X Barcelona Caracas Switch Frame Relay El caudal de cada circuito se puede modificar por configuración en los conmutadores Se pueden añadir circuitos sin establecer nuevas líneas ni modificar el número de interfaces en los routers Valencia Si en vez de enlaces punto a punto utilizamos una red de conmutación de paquetes, como Frame Relay, es posible establecer un gran número de circuitos virtuales utilizando una sola interfaz física. Cada router de la red se une únicamente con una línea punto a punto al conmutador Frame Relay de su ciudad, a través de la cual discurre el tráfico de todos los circuitos virtuales. Cuando se añaden routers es sencillo definir nuevos circuitos virtuales para conectarlos con los routers que se quiera, e incluso con todos ellos. Los circuitos virtuales son simples definiciones en la configuración de los conmutadores Frame Relay. Cada circuito virtual tiene asociado un caudal en la configuración del conmutador. Si se desea modificar el caudal de un circuito virtual sólo hay que hacer un cambio en la configuración del circuito en el conmutador Frame Relay por el que accede a la red. Normalmente la línea de acceso a la red Frame Relay debe tener una capacidad suficiente para soportar el caudal agregado de todos los circuitos virtuales que tiene configurado el equipo. De lo contrario se podrían dar problemas de congestión en el acceso. W

Encaminamiento en una red Frame Relay DLCI = 4 Red de Transporte DLCI = 7 B Z DLCI = 0  DLCI = 1 El DLCI 0 se utiliza para señalización (establecimiento, mantenimiento y liberación de SVC)   A X DLCI = 4 DLCI = 7 C Tabla de encaminamiento de VCs en A: DLCI = 5 DLCI: Data Link Connection Identifier Puerto DLCI Circuito  1  7 Rojo W  4  7 Azul 17

Encaminamiento en una red Frame Relay Circuito Virtual 18

Encaminamiento en una red Frame Relay Tabla de direccionamiento IP: Y Máquina IP Máscara DLCI = 4 W 192.168.1.1 255.255.255.0 Red de Transporte X 192.168.1.2 255.255.255.0 DLCI = 7 X 192.168.2.1 255.255.255.0 B Z Y 192.168.2.2 255.255.255.0  DLCI = 1   A X DLCI = 4 DLCI = 7 Tabla de correspondencia IP/DLCI: C DLCI = 5 Máquina IP Destino DLCI W 192.168.1.2 5 X 192.168.1.1 4 X 192.168.2.2 1 W Y 192.168.2.1 4 19

Funcionamiento de una red Frame Relay Redes Frame Relay y ATM Funcionamiento de una red Frame Relay Maracaibo Y DLCI = 17 DLCI = 16  DLCI = 18 Sw FR DLCI = 16 DLCI = 16  B  DLCI = 16 Sw FR Sw FR DLCI = 17 Z C X A Barcelona Caracas DLCI = 16 Sw FR Tabla de circuitos virtuales en B D Circuito Puerto DLCI DLCI = 16 Valencia Rojo  16  Esta figura muestra como se realiza la conmutación de tramas en una red Frame Relay. Supongamos que tenemos cuatro conmutadores, A, B, C y D; estos desempeñan aquí un papel equivalente a los routers en una red IP. Además disponemos de cuatro routers, X, Y, Z y W, que en la red Frame Relay desempeñan el papel de hosts. Esta es una situación bastante habitual ya que permite aprovechar una única conexión Frame Relay para conectar toda una red local. En primer lugar el host X desea establecer un circuito virtual con el host Y. Para ello establece una conexión con el conmutador A empleando el DLCI 16, pues es el primero que está libre (los DLCI inferiores están reservados para funciones de servicio de la red, tales como señalización). Para constituir el circuito el conmutador A establece una conexión con B usando también el DLCI 16 y lo mismo hace B con Y. El conjunto de las tres conexiones establece un circuito virtual, que llamaremos el circuito ‘rojo’, entre X e Y. Ahora supongamos que queremos establecer un segundo circuito, pero esta vez entre W e Y, y que dicho circuito lo establecemos usando la ruta D-A-B. Procedemos como antes, usando el DLCI 16 en el tramo W-D y D-A, pero al establecer la conexión A-B no podemos utilizar este DLCI pues ya está ocupado por el otro circuito, por lo que empleamos el DLCI 17. Lo mismo ocurre en el tramo B-Y. Así pues el segundo circuito (verde) utiliza el número de DLCI 16 en algunos tramos y el 17 en otros. Esto no supone ningún problema pues cada conmutador sabrá por sus tablas la correspondencia de los DLCIs, como se muestra en la figura para el caso del conmutador B. Por último Z establece un circuito con Y, para lo cual emplea la ruta Z-C-B-Y. Como puede verse en la figura este circuito coincide con los otros únicamente en el enlace B-Y, por que en este tramo deberá utilizar un número de DLCI diferente a los otros dos. En cambio en los tramos z-C y C-B, donde está solo, puede utilizar el DLCI 16 sin problemas. Verde  17  W Azul  16  18 DLCI: Data Link Connection Identifier

CRC del paquete con confirmación del receptor Redes Frame Relay y ATM Comparación de las redes de conmutación de paquetes orientadas a conexión (CONS) Red Apogeo Velocidad típica Paquete máximo Protecc. errores nivel de enlace Orientado a X.25 1985-1996 9,6 - 64 Kb/s 128 bytes CRC del paquete con confirmación del receptor Solo Datos Frame Relay 1992 - 64 - 2 Mb/s 8192 bytes CRC del paquete Datos ATM 1996 - 34 - 155 Mb/s 53 bytes CRC de cabecera solamente Datos, voz y vídeo Frame Relay es realmente solo un miembro más de la familia de tecnologías utilizadas en redes de conmutación de paquetes orientadas a conexión, entre las que también se encuentran X.25 y ATM. El presente cuadro compara de forma muy resumida las principales características de cada una de ellas. X.25 es una tecnología hoy anticuada pero que desarrolló un papel importante en su momento por ser la primera red de conmutación de paquetes orientada a conexión que se estandarizó. ATM es la última evolución de este tipo de redes y será objeto de un estudio más detallado en la segunda parte de este tema.

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 22

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. 23

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. 24

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 25

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. 26

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. 27

Frame switching (Servicio fiable análogo a X.25 en funcionalidad) 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 28

Evolución X.25/Frame Relay 29

Transferencia de datos Frame Relay LAPF(core) LAPF(control) I.430/I.431 Red Interfaz usuario-red Usuario Señalización sobre el canal D Q.933 I.430/I.431 LAPD Interfaz usuario-red Usuario Red Q.933 30

Características de las redes CONS Redes Frame Relay y ATM Características de las redes CONS Cada paquete va marcado con una etiqueta identificativa propia La etiqueta es (puede ser) modificada por cada conmutador por el que pasa el paquete. El conmutador tiene una tabla que asigna la nueva etiqueta y la interfaz de salida en función de la etiqueta vieja y de la interfaz de entrada El conjunto de enlaces por los que discurre un paquete forman un camino extremo a extremo que denominamos ‘circuito virtual’ Los circuitos virtuales permiten que diferentes usuarios, equipos, aplicaciones, etc., compartan enlaces sin que sus paquetes se mezclen (viajan ‘juntos pero no revueltos’). La infraestructura se aprovecha mejor y los costos se reducen

Estructura de la trama Frame Relay (LAPF core) octetos  1 2-4 0-8188 2 1 01111110 Dirección Datos CRC 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. 32

Estructura de la trama Frame Relay (LAPF core) DLCI Superior C/R 8 7 6 5 4 3 2 1 DLCI Inferior DE FECN BECN 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. 33

Redes Frame Relay y ATM DLCIs de Frame Relay Con 10 bits el DLCI puede valer normalmente entre 0 y 1023 Los valores del 0 al 15 y del 992 en adelante están reservados para funciones especiales. Las funciones LMI (Local Management Interface) permiten que el conmutador Frame Relay indique al host (o router) que DLCI tienen los PVC que están definidos. De esta forma el router se puede autoconfigurar.

Control de tráfico en Frame Relay Redes Frame Relay y ATM Control de tráfico en Frame Relay Uno de los aspectos principales de Frame Relay es su posibilidad de definir parámetros para control de tráfico (traffic shaping y traffic policing) Se hace mediante el algoritmo del pozal agujereado, utilizando dos pozales Cada PVC tiene asociados dos parámetros: CIR (Commited Information Rate) EIR (Excess Information Rate)

Traffic Shaping y Traffic Policing en Frame Relay Redes Frame Relay y ATM Traffic Shaping y Traffic Policing en Frame Relay PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s Y Línea de acceso 2048 Kb/s El switch ejerce Traffic Policing Switch FR B Switch FR Switch FR X A C Z Línea de acceso 2048 Kb/s Las funciones de Traffic Shaping y Traffic Policing se desarrollan en base a los parámetros CIR y EIR. En la figura el host X tiene una conexión física al conmutador A de la red Frame Relay mediante un enlace punto a punto de 2048 Kb/s sobre el que se definen dos circuitos virtuales permanentes (PVC) con Y y con Z. Cada PVC tiene un CIR de 1024 Kb/s y un EIR de 384 Kb/s. El Traffic Shaping (desempeñado por X) consiste en vigilar que el tráfico inyectado no sobrepase los valores especificados de CIR (o de CIR + EIR si se está dispuesto a asumir el riesgo de perder alguna trama). En ningún caso estaría justificado superar el CIR+EIR pues ese tráfico se perdería. El Traffic Policing (desempeñado por A) consiste en adoptar medidas cuando se sobrepasen dichos caudales. Las tramas que superen el CIR serán marcadas con el bit DE, mientras que las que superen el CIR+EIR serán directamente descartadas. Por otro lado el caudal agregado que discurre por todos los circuitos que comparten un mismo enlace no puede nunca ser superior a la capacidad de la línea física. Dado que en este ejemplo la capacidad de la línea física coincide con la suma de los dos CIR podemos decir que en este caso el caudal que un PVC utiliza de su EIR se lo tiene que ‘robar’ o ‘pedir prestado’ al CIR del otro PVC. Por ejemplo si X transmite hacia Y en un momento dado con un caudal de 1408 Kb/s (CIR+EIR) el caudal máximo con que X podrá transmitir hacia Z en ese mismo momento será de 2048 – 1408 = 640 Kb/s Aunque aquí hemos analizado únicamente el sentido X  Y y X  Z los PVC son normalmente bidireccionales. Tanto el Traffic Shaping como el Traffic Policing se realizan en los puntos de entrada a la red, no en los de salida. En el ejemplo de la figura la función de Traffic Shaping para el tráfico Y  X y Z  X corresponde a Y y Z, y la de Traffic Policing a B y C, respectivamente. Los valores de CIR y de EIR también son independientes para cada sentido y para cada PVC y pueden no ser simétricos. El router hace Traffic Shaping PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s

Gestión de tráfico Frame Relay Velocidad media Tasa (kbps) Capacidad del enlace de acceso No transmitir, descartar todo CIR + EIR (Caudal máximo posible) Transmitir si es posible CIR (Committed Information Rate) Transmisión garantizada t 2t 3t Tiempo (s) Switch FR 37

Gestión de tráfico Frame Relay Redes Frame Relay y ATM Gestión de tráfico Frame Relay Velocidad actual CIR (Committed Information Rate) CIR + EIR (Caudal máximo posible) Transmitir si es posible Transmisión garantizada No transmitir, descartar todo Capacidad del enlace de acceso del host a la red En Frame Relay el parámetro conocido como CIR (Committed Information Rate) establece el caudal garantizado. Se supone que mientras el usuario no exceda dicho valor la entrega de las tramas estará garantizada (siempre y cuando la red se haya dimensionado correctamente). El parámetro EIR (Excess Information Rate) fija en que medida el usuario puede exceder el CIR. Es una especie de tolerancia que se le da a fin de que el usuario pueda aprovechar momentos de baja carga en la red. Cuando la red se encuentra saturada (por ejemplo en horas punta) el usuario se verá limitado al CIR y no podrá aprovechar el EIR, mientras que en momentos en que la red tenga muy poco tráfico podrá disfrutar de todo el EIR (y por supuesto de todo el CIR). Bajo ninguna circunstancia podrá el usuario inyectar en la red un caudal superior a la suma del CIR y el EIR. Switch FR

Gestión de tráfico Frame Relay PVC CIR 512 Kb/s EIR 384 Kb/s Y DLCI = 4 Red de Transporte DLCI = 7 B Z DLCI = 1 A Línea de acceso 2048 Kb/s X PVC CIR 512 Kb/s EIR 384 Kb/s DLCI = 4 DLCI = 7 C DLCI = 5 W 39

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. 40

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 Tramas que desbordan la capacidad del cubo Be Be = EIR * t CIR DE=0 Descartar EIR DE=1 41

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=32000 bit. Número de tramas=|32000/12000|=2 tramas Tasa obtenida=2*12000/0.5=48kbps 42

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 43

Control de congestión en Frame Relay 1: Monitorizar colas 3: Descarto tramas con DE=1 4: Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido Tráfico incontrolado BECN FECN 6: Poner a 1 bit BECN en tramas de vuelta 2: Situación de congestión 5: Poner a 1 bit FECN en tramas de ida 44

Control de tráfico en Frame Relay Redes Frame Relay y ATM Control de tráfico en Frame Relay Se utilizan dos pozales agujereados. Parámetros: Primer pozal: CIR y Bc Segundo pozal: EIR y Be Se cumple que: Bc= CIR * t Be= EIR * t Cuando se supera el primer pozal las tramas se marcan con DE =1. Cuando se supera el segundo se descartan. Bc / CIR = Be / EIR

Control de tráfico en Frame Relay Redes Frame Relay y ATM Control de tráfico en Frame Relay Tramas que desbordan la capacidad del pozal Bc Tramas enviadas por el host con DE=0 Tramas enviadas por el host con DE=1 Bc = CIR * t Tramas que desbordan la capacidad del pozal Be Be = EIR * t CIR DE=0 Cuando un host inyecta tráfico a través de un circuito virtual en una red Frame Relay el conmutador que le da acceso reserva para esa conexión dos buffers de capacidades Bc y Be. En principio el conmutador va colocando en el buffer Bc las tramas recibidas y las transmite a la red con un caudal igual al CIR. Si el buffer Bc se llena (porque las tramas llegan con un caudal superior al CIR) las tramas excedentes se colocan en el buffer Be, del cual se envían a la red con un caudal igual al EIR. Estas tramas salen a la red con el bit DE puesto a 1. Si el buffer Be también se llena las tramas excedentes son descartadas. Además el host puede enviar determinadas tramas directamente con el bit DE puesto, con lo que serán enviadas directamente al buffer Be. Esto permite al usuario decidir que tramas salen a la red con el bit DE puesto cuando la aplicación permite discernir entre tráfico más y menos importante. Descartar EIR DE=1

Control de Congestión en Frame Relay Redes Frame Relay y ATM Control de Congestión en Frame Relay 1: Monitorizar colas 3: Descarto tramas con DE=1 4: Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido Switch FR Switch FR Switch FR Switch FR Tráfico incontrolado BECN FECN Switch FR 6: Poner a 1 bit BECN en tramas de vuelta En Frame Relay los conmutadores disponen de varios mecanismos para intentar controlar las situaciones de congestión, según se muestra en esta figura. En primer lugar los conmutadores están continuamente monitorizando el tamaño de sus colas de salida en las interfaces, para detectar la congestión lo antes posible. Cuando se produce una situación considerada peligrosa la primera medida que aplicará el conmutador es descartar las tramas que pasen por el con el bit DE puesto. Si esto no resuelve el problema el conmutador intentará identificar el circuito virtual causante de la congestión y el sentido en que esta se produce. Una vez localizado el causante el conmutador le enviará mensajes explícitos de congestión marcando el bit FECN en las tramas que vienen del host causante de la congestión y el bit BECN en las tramas que van hacia el host causante de la congestión. 2: Situación de congestión 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 48

Aplicaciones FRAD FRAME RELAY Subred de Transporte Subred de Acceso 49

Interconexión de redes LAN. Acceso remoto a bases de datos. Aplicaciones 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 50

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 usuarios son conscientes) +400 ms INACEPTABLE. Retardo diferencial entre paquetes (jitter) 51

Aplicaciones: Transmisión de voz sobre Frame Relay 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 52

Ejemplo de un operador: Telefónica 53

- Frame Relay white papers: Enlaces interesantes - Frame Relay white papers: www.alliancedatacom.com/frame-relay-white-papers.asp The MFA Forum (MPLS, Frame Relay, ATM) www.mfaforum.org Documentación CISCO: www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/frame.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 54

Sumario Frame Relay ATM: ATM en General Conceptos de ATM Redes Frame Relay y ATM Sumario Frame Relay ATM: ATM en General Conceptos de ATM Topología de una red ATM Encaminamiento en una red ATM Estructura / Cabeceras de celdas Funcionamiento de un Conmutador ATM

ATM en General Servicio orientado a conexión, como F.R. Redes Frame Relay y ATM ATM en General Servicio orientado a conexión, como F.R. En vez de tramas celdas de 53 bytes. Motivo: permitir el rápido envío de tráfico urgente Dos niveles jerárquicos para las conexiones: VP, trayectos virtuales (Virtual Paths) VC, canales virtuales (Virtual Channels) Parecido a F.R. con más velocidad y muchas más posibilidades de control de tráfico. Pensado para ofrecer calidad de servicio.

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). 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. Cab Información 57

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 Virtual Path (VP) 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) Por un enlace físico pueden pasar múltiples VPs El VC es el camino lógico entre hosts en la red ATM Cada VP Contiene Múltiples VCs 58

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 usuario viajan por canales virtuales distintos. 59

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. Cabecera Canal 1 Canal 5 Canal 3 Celdas Voz Datos Vídeo 60

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. 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. 61

Topología de una red ATM Red de Transporte Canal Virtual (par VPI/VCI) Líneas punto a punto (SDH a 155 o 622 Mbps) 62

Encaminamiento en una red ATM Entrada Salida Port VPI/VCI 2 15 3 14 1 29 45 30 4 16 10 43 X Y Z W 63

Estructura de la celda ATM GFC VPI VPI VCI PT CLP HEC Campo datos (48 octetos) NNI UNI: Interfaz que conecta los dispositivos de usuario con la red ATM. NNI: Define el interfaz entre nodos ATM VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Campo datos (48 octetos) UNI 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. 64

Cabecera de celda ATM Celda NNI Celda UNI 8 bits 8 bits GFC VPI VPI Redes Frame Relay y ATM Cabecera de celda ATM 8 bits 8 bits GFC VPI GFC: Generic Flow Control. No usado VPI: Virtual Path Identifier. Hasta 256 (UNI) o 4096 (NNI). VCI: Virtual Channel Identifier. Hasta 65536. PTI: Payload Type Identifier. 3 bits. CLP: Cell Loss Priority. 1 bit. HEC: Es un CRC de toda la cabecera. 8 bits. VPI VPI VPI VCI VPI VCI VCI VCI VCI PTI CLP VCI PTI CLP Header Error Check (HEC) Header Error Check (HEC) Carga útil (48 bytes) Carga útil (48 bytes) El formato de una celda ATM varía ligeramente según se trate de una interfaz UNI o NNI. En el caso de la interfaz UNI aparece un campo de 4 bits al principio de la celda denominado GFC (Generic Flow Control). Aunque este campo se pensó inicialmente para ejercer control de flujo sobre el host, en la práctica no se ha utilizado. En el caso de la celda NNI este campo no está presente, con lo que el campo VPI tiene una longitud de 12 bits en vez de los 8 que tiene en la celda UNI. El número máximo de VPIs en una interfaz UNI es pues de 256 mientras que en una NNI es de 4096. El campo VCI tiene una longitud de 16 bits y contiene el número del VCI al que pertenece esta celda. Se dispone por tanto de hasta 65536 VCIs diferentes por cada VPI en cada interfaz. El campo PTI tiene tres bits y se utiliza para diversas tareas como se describe en la siguiente transparencia. El campo CLP tiene un bit y desempeña una función similar al campo DE de Frame Relay. Celda NNI Celda UNI

Campo PTI (Payload Type Identifier) Redes Frame Relay y ATM Campo PTI (Payload Type Identifier) Valor Significado 000 Celda tipo 0 (normal). No hay congestión 001 Celda tipo 1 (fin de mensaje AAL5). No hay congestión. 010 Celda tipo 0 (normal). Hay congestión 011 Celda tipo 1 (fin de mensaje AAL5). Hay congestión 100 Celda OAM (Operation, Administration and Management) de segmento (entre vecinos) 101 Celda OAM (Operation, Administration and Management) extremo a extremo 110 Celda RM (Resource Management) 111 Reservado Usuario Gestión El campo PTI tiene tres bits que se utilizan para diversas funciones. El primer bit (el más significativo) indica si se trata de una celda de usuario (valor cero) o si es una celda de gestión de la red (valor uno). En las celdas de usuario el segundo bit sirve para indicar situaciones de congestión, actuando de forma similar al bit FECN de Frame Relay. La congestión se identifica por el valor uno en este bit. El tercer bit sirve en las celdas de usuario para distinguir dos tipos, las llamadas de tipo 0 (que son las normales) y las de tipo 1. La utilización de dos tipos diferentes sirve por ejemplo en el protocolo de transporte AAL5 para indicar la celda que termina un mensaje.

Algunos VPI/VCI Reservados Redes Frame Relay y ATM Algunos VPI/VCI Reservados VPI VCI Función 0-14 ITU 15-31 ATM Forum Celda de relleno (Idle Cell) 3 Celda OAM entre conmutadores vecinos (gestión) 4 Celda OAM entre extremos (gestión) 5 Señalización 16 ILMI (autoconfiguración) 17 LANE (LAN Emulation) 18 PNNI (Protocolo de Routing) ITU ATM Forum En esta tabla se muestran algunos ejemplos de los usos más comunes de los VPI/VCI reservados. Algunas de las funciones que aparecen aquí las describiremos con algún detalle en las diapositivas siguientes.

de circuitos multivelocidades Evolución Frame Relay/ATM Frame Relay: Red de Transporte ATM: Mejora de la planificación Mejora de la gestión de tráfico y control de congestión Conmutación de circuitos de paquetes ATM Frame Relay Variable Bit Rate Constant Bit Rate de circuitos multivelocidades 68

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. 69

Conmutador ATM con puertos de 155 y 622 Mb/s Redes Frame Relay y ATM Conmutador ATM con puertos de 155 y 622 Mb/s Puertos 155 Mb/s en cobre (UTP-5) Puertos 155 Mb/s en fibra Puerto 622 Mb/s en fibra En esta figura se muestra un conmutador ATM típico. En este ejemplo en concreto el conmutador dispone de 12 puertos de 155 Mb/s (OC-3c) de los que cuatro utilizan interfaz en cable de cobre UTP categoría 5 (conector RJ-45) mientras que los 8 restantes utilizan puertos OC-3c en fibra óptica (conector SC/SC). Además hay un puerto OC-12c de 622 Mb/s. La capacidad total agregada del conmutador es pues de 2488,32 Mb/s. Además de los puertos de conmutación ATM el conmutador dispone de dos puertos especiales. Uno de ellos es la consola, que en este caso está identificada como ‘TERMINAL’ . Se trata de una interfaz RS-232 que se utiliza para la configuración inicial del equipo. Puede tener conectores de varios tipos, en este caso utiliza un conector (igual que los puertos OC-3c en cobre). El otro puerto es un Ethernet 10BASE-T (también con conector RJ-45) que se utiliza para permitir la configuración remota del conmutador cuando aún no está configurada la parte ATM. Para poder acceder al conmutador por el puerto Ethernet es necesario una configuración mínima, por ejemplo asignarle una dirección IP a este puerto. Para esto se utiliza el puerto de consola.

Funcionamiento de un conmutador ATM Redes Frame Relay y ATM Funcionamiento de un conmutador ATM Entrada Salida 45 Port VPI/VCI Port VPI/VCI 2 1 29 2 45 29 64 2 45 1 29 1 1 64 3 29 3 3 29 1 64 29 El conmutador dirige las celdas según el VPI/VCI y el puerto de entrada. Los VPI/VCI se fijan al crear el VC. Si son PVCs los fija el operador al configurarlos. Si son SVCs los elije el conmutador (normalmente usando números en orden creciente) En general los VPI/VCI de un circuito cambian en cada salto de la celda en la red Los VPI/VCI han de ser únicos para cada puerto (pueden reutilizarse en puertos diferentes). Se pueden conmutar grupos de VCI en bloque conmutando por VPI En esencia el funcionamiento de un conmutador ATM es muy similar al de un conmutador Frame Relay. La principal diferencia estriba en que en vez de utilizar el valor del DLCI se emplean los valores de VPI/VCI. El significado de los VPI/VCI es puramente local y puede cambiar en cada salto que da la celda por la red. Por tanto una conexión ATM no tiene asociado un valor constante de VPI/VCI. En esta figura empleamos colores para identificar las conexiones. La conexión verde entra por el puerto 1 con el VPI/VCI 29 y sale por el puerto 2 con el VPI/VCI 45. La conexión azul entra también por el puerto 1 con el VPI/VCI 64 y sale por el puerto 3 con el VPI/VCI 29. Ambas conexiones son bidireccionales, como puede verse por la tabla de correspondencias que aparece en la figura. El hecho de que el VPI/VCI 29 se utilice en dos conexiones completamente diferentes no plantea ninguna confusión para el funcionamiento del conmutador, ya que el valor ocurre en puertos diferentes para cada conexión. Tampoco supone problema el hecho de que ambas conexiones compartan un mismo puerto ya que las celdas de una y otra quedan perfectamente identificadas por sus respectivos valores de VPI/VCI.

Bucle de abonado (conexión ADSL) Circuito permanente ATM Redes Frame Relay y ATM Arquitectura de una red ADSL 192.76.100.7/25 VPI 8, VCI 32, PCR 2000/300 Kb/s VPI 8, VCI 32, PCR 512/128 Kb/s 192.76.100.1/25 192.76.100.12/25 Red ATM Red telefónica 192.76.100.15/25 Internet VPI 8, VCI 32, PCR 256/128 Kb/s Router ADSL En esta figura se muestra un ejemplo de cómo se establecen los circuitos ATM en una red ADSL. En primer lugar los usuarios conectarían sus ordenadores al router ADSL, normalmente mediante una conexión Ethernet 10BASE-T. El router ADSL se conecta mediante el par telefónico con la central telefónica, donde se encuentra un conmutador ATM. El circuito virtual DSLAM se conecta mediante la red ATM del operador con un router, que es el que le dará salida a Internet. Cuando el usuario contrata el servicio ADSL con un operador éste constituye un circuito virtual permanente (PVC) entre su router y el router de salida a Internet. Obsérvese que el operador con el que se contrata el servicio ADSL que da la salida a Internet puede no ser el mismo que gestiona el bucle de abonado, puesto que la red ATM permite establecer el PVC a través de distancias arbitrariamente grandes. Una vez constituidos los PVC ya es posible asociar direcciones IP a cada dispositivo. Normalmente se constituye una subred formada por cada interfaz del router y el conjunto de usuarios que dependen de él (en el ejemplo de la figura la subred es la 192.76.100.0/25). Esta es una organización habitual en redes NBMA (Non-Broadcast Multiple Access) como ATM, Frame Relay o RDSI. Normalmente la interfaz ADSL del router del usuario recibe la dirección pública que se le asigna a éste, siendo necesario establecer un NAT (Network Address Translation) en el router si se quiere que varios ordenadores puedan conectar al exterior con esta única dirección. Ethernet 10BASE-T Bucle de abonado (conexión ADSL) Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s) Circuito permanente ATM

Sumario Frame Relay ATM: Redes Frame Relay y ATM Sumario Frame Relay ATM: Categorías de servicio, parámetros, conformación y vigilancia de tráfico Gestión de tráfico y control de congestión en ATM

Categorías de Servicio ATM Redes Frame Relay y ATM Categorías de Servicio ATM Cómoda clasificación de los ‘contratos’ más habituales entre el usuario y el operador Cada categoría define un conjunto de parámetros sobre el tráfico a enviar por la red, que pueden ser: Parámetros de tráfico: el usuario se compromete a no superarlos, la red a satisfacerlos Parámetros de Calidad de Servicio: la red se compromete a cumplirlos. Los parámetros se especifican para cada conexión y para cada sentido (una conexión puede ser unidireccional).

Categorías de Servicio ATM Redes Frame Relay y ATM Categorías de Servicio ATM Contrato oro Contrato plata Red ATM Contrato Parámetros de tráfico PCR/CDVT SCR/BT MCR Calidad de Servicio Max. CTD Peak to Peak CDV CLR

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 76

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. 77

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. 78

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. 79

Servicio CBR (Constant Bit Rate) Redes Frame Relay y ATM Servicio CBR (Constant Bit Rate) Capacidad reservada no aprovechable Capacidad del enlace CBR2 • CBR2 CBR1 • CBR1 CBR utiliza caudal fijo. Para cada VC se reserva un caudal determinado de forma estática, se use o no se use La mayoría de las aplicaciones no generan un caudal completamente constante; con CBR hay que reservar el máximo que se quiera utilizar, por lo que se desperdicia mucha capacidad del enlace.

Servicio VBR (Variable Bit Rate) Redes Frame Relay y ATM Servicio VBR (Variable Bit Rate) Capacidad del enlace Capacidad no aprovechada VBR • VBR CBR • CBR VBR permite un caudal variable (a ráfagas) con lo que mejora el aprovechamiento del enlace respecto a CBR. Dos variantes: VBR-rt (real time) y VBR-nrt (no real time) El usuario recibe garantías de QoS (especialmente en VBR-rt) por lo que la capacidad se reserva. Pero si no la emplea queda libre para que la utilicen otros servicios menos exigentes.

Servicio UBR (Unspecified Bit Rate) Redes Frame Relay y ATM Servicio UBR (Unspecified Bit Rate) Capacidad excedente utilizada por UBR Capacidad del enlace VBR UBR CBR VBR UBR CBR Celdas descartadas en caso de congestión UBR intenta ‘aprovechar las migajas’ que deja VBR (CBR no deja migajas pues la reserva es total) No garantiza caudal mínimo ni tasa máxima de celdas perdidas No devuelve información sobre la congestión de la red Algunas aplicaciones soportan mal la pérdida de celdas

La realimentación de la red evita la congestión y la pérdida de celdas Redes Frame Relay y ATM Servicio ABR (Available Bit Rate) Capacidad del enlace Tráfico ABR elástico con garantías VBR ABR CBR VBR ABR CBR (PCR, MCR, CLR) La realimentación de la red evita la congestión y la pérdida de celdas ABR rellena los huecos de VBR de forma flexible como UBR, pero: Ofrece un caudal mínimo garantizado MCR (Minimum Cell Rate) La tasa de pérdidas se mantiene baja gracias a la realimentación sobre el grado de congestión en la red Las aplicaciones funcionan mejor al reducirse la pérdida de celdas

Categorías de Servicio ATM. Comparación Redes Frame Relay y ATM Categorías de Servicio ATM. Comparación Categoría Características CBR Simula línea punto a punto. Reserva estricta de capacidad. Caudal constante con mínima tolerancia a ráfagas. VBR-rt Asegura un caudal medio y un retardo. Permite ráfagas. Utiliza dos pozales agujereados. VBR-nrt Asegura un caudal medio pero no retardo. Permite ráfagas. Utiliza pozal agujereado. ABR Asegura un caudal mínimo, permite usar capacidad sobrante de la red. Incorpora control de congestión UBR No asegura nada. Usa caudal sobrante.

Redes Frame Relay y ATM Parámetros de Tráfico PCR (Peak Cell Rate) y CDVT (Cell Delay Variation Tolerance): Máximo caudal que permite el VC y tolerancia (pequeña) respecto a este caudal SCR (Sustainable cell rate) y BT (Burst Tolerance): Caudal medio máximo permitido y tolerancia a ráfagas (grande) respecto a este caudal MCR (Minimum Cell Rate): Caudal mínimo que la red considera que puede asegurar en ese VC

Parámetros de Calidad de Servicio Redes Frame Relay y ATM Parámetros de Calidad de Servicio Max. CTD (Maximum Cell Transfer Delay): máximo retardo que puede sufrir una celda (si llega más tarde se considera perdida). Peak-to-Peak CDV (Peak to Peak Cell Delay Variation): máxima fluctuación que puede sufrir el retardo en el envío de una celda. Equivalente al jitter CLR (Cell Loss Ratio): tasa máxima aceptable de celdas perdidas

Vigilancia de tráfico (traffic policing) Redes Frame Relay y ATM Vigilancia de tráfico (traffic policing) Bit CLP Celda Marcada UPC C B A B 1 A Celda Descartada DEJAR PASAR MARCAR BIT CLP DESCARTAR C En caso de congestión la red puede descartar las celdas marcadas más tarde

Porcentaje de Capacidad 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 ‘Best Effort’ CBR VBR-nrt ABR UBR VBR-rt Calidad de Servicio Mínima Máxima Complejidad de implementación ABR UBR CBR VBR-nrt VBR-rt 88

Gestión de tráfico y control de congestión en ATM Comparativa VBR con Frame Relay Tramas enviadas por el host con DE=0/CLP=0 Tramas que desbordan la capacidad del cubo Bc /BT Tramas enviadas por el host con DE=1/CLP=1 Bc = CIR * t BT Tramas que desbordan la capacidad del cubo Be/CDVT Be = EIR * t CDVT CIR/ SCR Descartar EIR/PCR-SCR 89

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. 90

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. 91

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 92

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 93

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. 94

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 (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 En principio habría tantas capas de adaptación como servicios. Se intenta sin embargo construir un conjunto limitado de capas de adaptación en función de una serie de características comunes. 95

Relación temporal origen destino 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 Modo de Conexión Orientado a conexión Tasa No Orientado a conexión Constante Variable 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. 96

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. 97

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. 98

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. 99

Gestión de tráfico y control de congestión en ATM 100

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. 101

Ejemplo de servicio VBR-nrt: ADSL Redes Frame Relay y ATM Ejemplo de servicio VBR-nrt: ADSL La normativa legal establece tres opciones de servicio ADSL, todas ellas basadas en la categoría de servicio VBR-nrt de ATM. Las celdas que superan el SCR se marcan con CLP=1. Servicio PCR antes (desc./asc., Kb/s) PCR después SCR* (%) CDVT (ms) MBS (celdas) Reducido 512 / 128 (UBR) 1000 / 300 (UBR) - Básico 512 / 128 1000 / 300 10 ? / 4 ? / 32 Class 2000 / 300 0,7 / 32 64 / 32 Avanzada 4000 / 512 ? / ? Premium 8000 / 640 ACG Class 1000 / 512 2000 / 640 50 ACG Avanzada 2000 / 512 4000 / 640 ACG Premium

Reparto de la capacidad de un enlace por categorías de tráfico ATM Redes Frame Relay y ATM Reparto de la capacidad de un enlace por categorías de tráfico ATM ABR MCR UBR ABR ABR PCR VBR PCR Capacidad del enlace VBR SCR VBR CBR PCR CBR

Sumario Frame Relay ATM: Direcciones y autoconfiguración Redes Frame Relay y ATM Sumario Frame Relay ATM: Direcciones y autoconfiguración Ventaja de ATM Ejemplo Aplicaciones

Formatos de direcciones ATM Redes Frame Relay y ATM Formatos de direcciones ATM Redes públicas: E.164 como RDSI (15 dígitos decimales) Redes privadas: direcciones NSAP (OSI) del ATM Forum. 20 bytes. Tres formatos posibles. AFI DCC ESI HO-DSP ICD SEL Authority and Format Identifier Data Country Code End System Identifier (IEEE) High Order Domain Specific Part International Code Designator NSAP Selector Formato E.164 45 Formato DCC 39 Formato ICD 47 E.164 Dir. MAC IEEE Existen dos formatos posibles para las direcciones en una red ATM. El primero se basa en el uso de direcciones E.164, formadas por hasta 15 dígitos decimales. Estas son las direcciones utilizadas en RDSI (después de todo ATM es la RDSI de banda ancha). Las direcciones E. 164 se suelen utilizar en redes ATM públicas, es decir cuando se trata de servicios ofrecidos por operadoras. Pero como el uso de direcciones solo es necesario cuando se soportan SVCs y la mayoría de las redes ATM públicas solo soportan PVCs en la práctica este tipo de direcciones está muy poco extendido. El segundo formato se basa en las direcciones OSI (llamadas direcciones NSAP, Network Service Access Point). Son direcciones de 20 bytes que pueden tener tres posibles formatos. Cada uno de ellos está identificado por un valor determinado del primer byte. El formato DCC (Data Country Code) se identifica por el valor X’39’ en el primer byte. Los bytes segundo y tercero contienen el código ISO correspondiente al país, y los 10 byets siguientes se organizan según decide el ente normalizador de cada país. Los seis bytes siguientes (del 14 al 19) contienen el ESI (End System Identifier) que suele ser una dirección MAC única del equipo. El último byte denominado Selector se utiliza para distinguir diferentes entidades dentro de un mismo host. El formato ICD (International Code Designator) se utiliza para organizaciones y empresas multinacionales que no tienen un fácil acomodo en el formato DCC. Se identifica por el valor X’47’ del primer byte. Los bytes segundo y tercero identifican la organización o empresa, y los 10 siguientes se organizan según decide la empresa u organización. Los últimos siete bytes contienen el ESI yel Selector, como en el formato DCC. El formato NSAP E.164 (X’45’) se utiliza para ‘encapsular una dirección E.164 en una dirección NSAP. Respetando los siete últimos bytes para el ESI y el Selector restan cuatro para establecer algún tipo de estructura jerárquica intermedia.

Autoconfiguración ATM Redes Frame Relay y ATM Autoconfiguración ATM ILMI (Integrated Local Management Interface) Primera parte Cual es el prefijo ATM? Mi MAC = aabb VPI = 0, VCI = 16 UNI port n Direc. MAC = aabb Pref. ATM = ??? Prefijo ATM = 39.724F Direc. Port n = ??? Red ESI Red ESI El protocolo ILMI permite la autoconfiguración de los hosts en una red ATM. Para generar la dirección de red de forma automática y garantizar su unicidad se asigna a cada interfaz una dirección MAC IEEE 802 de 48 bits. Cuando arranca el host ATM establece con su conmutador un VC a través del VPI/VCI 0/16. A través de este VC el host envía un mensaje al conmutador en el que le notifica su dirección MAC. El conmutador recibe este mensaje por el puerto n. aabb ? 39.724F ? 19 Bytes 19 Bytes Host ATM Conmutador ATM

Autoconfiguración ATM Redes Frame Relay y ATM Autoconfiguración ATM ILMI (Integrated Local Management Interface) Segunda parte Red = 39.724F VPI = 0, VCI = 16 UNI port n Prefijo ATM = 39.724F Direc. Port n = 39.724Faabb Direc. MAC = aabb Pref. ATM = 39.724F Red ESI Red ESI A su vez el conmutador ATM le envía al host el prefijo de red, compuesto por los 13 primeros bytes de su propia dirección. De esta forma el host puede construir los 19 primeros bytes de su dirección ATM, formados por 13 bytes del prefijo de red y 6 de la dirección MAC. El vigésimo byte corresponde selector y sirve para identificar diversas entidades dentro del mismo host, por lo que es fijado por este de forma autónoma. Por su parte el conmutador también ha averiguado gracias a ILMI los 19 primeros bytes de la dirección ATM del host que tiene conectado por el puerto n. 39.724F aabb 39.724F aabb 19 Bytes 19 Bytes Host ATM Conmutador 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 108

CPCS-PDU Campo de datos 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 Datagrama IP 48 octetos L octetos 44 octetos 109

Se calcula el número de celdas ATM necesarias: C = (L+8)/44  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) 110

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=0.91 111

Gráfica aproximada de la eficiencia: Ejemplo Gráfica aproximada de la eficiencia: 1 36 37 80 81 124 125 168 1/53 37/106 81/159 125/212 36/53 80/106 168/212 124/159 48/53 112

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. 113

Ejemplo de un operador: Telefónica 114

Ejemplo de un operador: Telefónica 115

Ejemplo de un operador: Telefónica 116

Ejemplo de un operador: Telefónica 117

Ejemplo de un operador: Telefónica 118

Ejemplo de un operador: Telefónica - GigADSL 119

Ejemplo de un operador: Telefónica - GigADSL 120

- Documentación CISCO: Enlaces interesantes - Documentación CISCO: www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/atm.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 121