Switches ATM Conceptos

Conmutación de celdas (ATM) Red de conmutación de paquetes orientada a conexión Utilizada tanto en redes WAN como LAN Protocolo de señalización (establecimiento de conexiones): Q.2931 Especificado por el ATM forum Los paquetes son llamados celdas 5-byte de header + 48-byte de datos (carga útil) Comunmente transmitidos sobre SONET pero existen otros medios físicos posibles Puede transportar voz, datos y video La conmutación se hace en hardware

Evolución de ATM ATM, en su forma original, fue diseñada para trabajar con SONET (Synchronous Optical Network) ó con SDH (Synchronous Digital Hierarchy) para ofrecer transporte y conmutación a alta velocidad en redes WAN, MAN, Campus y LAN, Sin embargo, debido a QoS en IP, Fast Ethernet y Gigabit Ethernet, no tiene sentido utilizar ATM cerca de la estación de trabajo: sólo en el backbone o en la red WAN. La convergencia de servicios está haciendo que la “inteligencia” de la red y el ancho de banda se desplacen hacia el usuario. En un sistema telefónico normal, los conmutadores tiene toda la “inteligencia” y la terminal de red (es decir, el teléfono) es “poco inteligente”. En una red de datos la terminal de red (por ejemplo, un PC) tiene más “inteligencia” y los switches y routers hacen tareas que requieren menos capacidad. En un sistema telefónico normal, el gran ancho de banda está entre los conmutadores y al usuario le llega un ancho de banda muy pequeño. En las redes de datos existía la regla de diseño que la distribución del tráfico era 80/20: 80% en la LAN, 20% en la WAN... Eso ya no es cierto. Algunos esperan que la convergencia de servicios sobre IP reemplace ATM, pero aún no ha sucedido.

Historia de ATM 1980: Inicia las investigaciones en empresas y universidades 1986: la ITU adopta el enfoque para B-ISDN 1989: La ITU adopta la celda de 53 bytes 1991: se crea el ATM forum (www.atmforum.org) 1992: ATM forum emite la primera especificación 1996: ATM forum establece el Anchorage Accord

Paquetes de longitud variable versus longitud fija No existe una longitud óptima si es demasiado pequeño: overhead alto si es demasiado grande: baja utilización del ancho de banda para bloques de datos pequeños Paquetes de longitud fija son más fáciles de conmutar en hardware es más simple permite paralelismo de los componentes del switch

Paquetes grandes versus paquetes pequeños Pequeños mejoran el comportamiento de la cola Control más fino sobre el enlace paquete máximo = 4KB rápidez del enlace = 100Mbps tiempo de transmisión = 4096 x 8/100 = 327.68ms un paquete con alta prioridad puede permanecer en cola 327.68ms en contraste, 53 x 8/100 = 4.24ms para ATM Casi es un comportamiento cut-through dos paquetes de 4KB llegan al mismo tiempo enlace ocioso durante 327.68ms mientras ambos llegan al final de los 327.68ms, aún tienen 8KB por transmitir en contraste, puede transmitir la primera celda a los 4.24ms al final de los 327.68ms, sólo quedan 4KB en la cola

Paquetes grandes versus paquetes pequeños Pequeños mejoran la latencia (para voz) voz en formato digital se codifica a 64Kbps (muestras de 8-bit a 8KHz) necesita la cantidad de muestras para llenar una celda antes de enviarla ejemplo: celdas de 1000-bytes implican 125ms por celda (demasiado grandes) latencias pequeñas implica no tener que colocar canceladores de eco Compromiso de ATM: 48 bytes = (32+64)/2

Formato de la celda Celda tipo User-Network Interface (UNI) formato utilizado entre el nodo y el switch GFC: Generic Flow Control (aun está siendo definido) VCI: Virtual Circuit Identifier VPI: Virtual Path Identifier Type: administración, control de congestión, AAL5 (bit para indicar última celda de un PDU) CLPL Cell Loss Priority HEC: Header Error Check (CRC-8) Celda tipo Network-Network Interface (NNI) formato utilizado entre switches en este tipo de celdas el campo GFC no existe, esos cuatro bits también son parte del campo VPI GFC HEC (CRC-8) 4 16 3 1 8 VPI VCI CLP Type Payload 384 (48 bytes)

Subcapa de convergencia Arquitectura de ATM Tiene Cuatro capas: Capa superior de servicios Capa de adaptación ATM (AAL) Capa ATM Capa Física La capa AAL tiene dos subcapas: La subcapa de convergencia La subcapa SAR (Segmentation and Reassembly) La capa física tiene a su vez dos subcapas: La subcapa de convergencia de transmisión La subcapa de medio físico Servicios AAL ATM Física Subcapa de convergencia Subcapa SAR Subcapa TC Subcapa PMD

Capa de servicios Define la naturaleza del servicio actual. Hay dos tipos básicos: VBR (variable bit rate): por ejemplo datos en IP o en Ethernet. CBR (constant bit rate): por ejemplo voz o video. La ITU clasificó los servicios en cuatro clases A (voz y video CBR), B (voz y video VBR) , C (datos orientado a conexión, Frame relay) y D (datos no orientado a conexión, Ethernet ó IP) El ATM Forum los clasifican en servicios que requieren tiempo real y los que no (CBR, VBR-RT, VBR-NRT, UBR y ABR)

ATM Adaptation Layer (AAL) AAL tiene 4 responsabilidades Sincronización y recuperción de errores Detección y corrección de errores Segmentación y reensamble de la secuencia de datos Multimplexamiento La subcapa de convergencia provee funciones específicas a la capa de servicios (es decir, si el servicio es video o voz presta ciertas funciones, si son datos presta otras) La subcapa SAR convierte los datos originales en trozos de 48 bytes para colocar en las celdas ATM y viceversa.

Segmentación y Reemsamblaje ATM Adaptation Layer (AAL): AAL 1 y 2 están diseñados para aplicaciones que deben garantizar la tasa de transferencia (e.g., voz, video) AAL 3/4 diseñada para paquetes de datos AAL 5 es un estándar alternativo para paquetes de datos AAL AAL … … A TM A TM

AAL 3/4 Convergence Sublayer Protocol Data Unit (CS-PDU) CPI: commerce part indicator (versión) Btag/Etag: beginning tag y ending tag BAsize: indicación de la cantidad de espacio en buffer que debe asignarse Length: tamaño del PDU completo

Formato de la Celda Type SEQ: número de secuencia BOM: beginning of message COM: continuation of message EOM end of message SEQ: número de secuencia MID: identificación del mensaje Length: número de bytes del PDU en esta celda

AAL5 Formato CS-PDU Formato de la celda pad (relleno) al final para asegurar que el PDU sea múltiplo (esté dentro de los limites) de las celdas ATM Longitud: tamaño del PDU (sólo datos) CRC-32 (detecta celdas perdidas o en desorden) Formato de la celda bit “end-of-PDU” en el campo Type del header ATM

Capa ATM Tiene cinco funciones generales multiplexación y demultiplexación de celdas conmutación a los diferentes canales virtuales creación del header de la celda ATM control de flujo genérico delineación de las celdas Por ser la capa encargada de crear el encabezado de la celda, es la responsable de todas las funciones que adiministra dicho encabezado

Capa física Tiene dos subcapas: de convergencia de transmisión y de medio físico Subcapa de convergencia de transmisión: Genera el “frame de transmisión” (por ejemplo el frame SONET). Subcapa de medio Sabe cual es el medio específico: eléctrico, óptico, inalámbrico

Frame SONET (Synchronous Optical NETwork) Basado en reloj cada frame tiene 125us de longitud STS-n (STS-1 = 51.84 Mbps)

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) SONET fue desarrollado para Estados Unidos, Canada, Corea, Taiwan y Hong Kong. SDH es la versión europea de transmisión óptica sincrónica. Utiliza velocidades STM (Synchronous Transfer Mode) OC-1 (STM-0) OC-3 (STM-1) OC-12 (STM-4) OC-48 (STM-16)