Modo de Transferencia Asíncrono ATM

Transcripción

1 Modo de Transferencia Asíncrono ATM Rubén Martínez Sobrino Ramón Hervás Lucas Escuela Superior de Informática Universidad de Castilla la Mancha Ciudad Real Abril

2 Indice. Indice Introducción Arquitectura del protocolo Conexiones lógicas ATM Características de un camino/canal virtual Señalización de control Celdas ATM Formato de cabecera Transmisión de celdas Capa de adaptación ATM (AAL) Servicios Protocolos AAL Control de tráfico y de la congestión Requisitos para el control de tráfico y de congestión Variación del retardo de celdas Contribución de la red a la variación del retardo de celdas Control de tráfico y de congestión Control de tráfico Control de Congestión Dispositivos de red ATM Elementos de conmutación Conmutadores de tipo matriz Conmutadores de Memoria Central Conmutadores de tipo Bus Conmutadores de tipo anillo Clasificación de los conmutadores basada en su estructura Conmutadores de división asíncrona del tiempo Conmutadores por división del espacio Conmutadores Banyan Conmutadores Batcher-Banyan Conmutadores Crossbar Conmutadores con buffer no bloqueantes Ejemplos de redes de interconexión de un conmutador

3 1. Introducción. El modo de transferencia asíncrono, también conocido como retransmisión de celdas, es conceptualmente similar a la técnica de retransmisión de tramas (frame relay). Ambas presentan fiabilidad y fidelidad para ofrecer una conmutación de paquetes más rápida que X.25, siendo ATM incluso más funcional que el frame relay, pudiendo admitir velocidades de varios órdenes de magnitud superior. ATM se desarrolló como parte del trabajo en RDSI de banda ancha, pero inicialmente se destinó otros entornos, en los que eran necesarios velocidades de transmisión muy elevadas. 2. Arquitectura del protocolo. ATM lleva a cabo la transferencia de datos en trozos discretos, permitiendo la multiplexación de varias conexiones lógicas sobre una única interfaz física. Estas unidades discretas que componen una interfaz lógica son paquetes de tamaño fijo, denominados celdas. Dos de los factores que hacen de ATM una tecnología de alta velocidad son: - ATM es un protocolo con mínima capacidad de control de errores y de flujo, lo que reduce el tamaño y el coste de procesamiento de las celdas. - El empleo de celdas de tamaño fijo simplifica el procesamiento necesario en cada nodo. La figura 1 muestra el modelo de referencia del protocolo ATM: La capa física especifica: - El medio de transmisión. - El esquema de codificación de la señal. - Las velocidades de transmisión: 155,52 Mbps y 622,08 Mbps, siendo posibles velocidades superiores e inferiores. -3-

4 Dos capas de ATM se relacionan con las funciones propias de ATM:!La capa ATM, común a todos los servicios de conmutación de paquetes.!la capa de adaptación ATM (AAL) dependiente del servicio. AAL agrupa información de capas superiores en celdas ATM, para enviarlas a través de la red ATM, al tiempo que extrae información de las celdas ATM y la transmite a las capas superiores. El modelo de referencia del protocolo ATM hace referencia a tres planos separados, que son enfoques distintos del SW o HW que existe en cada una de las capas del modelo de referencia:!plano de usuario: permite transferencia de información de usuario, haciendo uso de los controles de flujo y errores.!plano de control: realiza el control de las llamadas y las funciones de control de conexión.!plano de gestión: realiza funciones de gestión del sistema como un todo; proporcionando coordinación entre todos los planos, y gestión de capa. 3. Conexiones lógicas ATM. Las conexiones lógicas en ATM están relacionadas con las conexiones de canales virtuales (VCC). Una VCC es como un circuito virtual en X.25 o como una conexión de enlace de datos en retransmisión de tramas, siendo la unidad básica de conmutación en la red ATM. Una VCC se establece entre dos usuarios finales a través de la red, proporcionando un flujo full-duplex de celdas del mismo tamaño a una velocidad determinada. Una conexión de camino virtual (VPC) es una haz de VCC con los mismos extremos, tal que las celdas que fluyen en las VCC de una misma VPC se conmutan conjuntamente. Los caminos virtuales sirven para simplificar y facilitar el control de la red agrupando en una sola unidad a conexiones que comparten el mismo camino a través de la red. -4-

5 En una VCC se garantiza la integridad de la secuencia de celdas: las celdas se entregan al destinatario en el mismo orden en que se enviaron Características de un camino/canal virtual. - Calidad de servicio: un usuario es provisto con una calidad de servicio especificada con parámetros tales como la tasa de pérdida de celdas ó variación del retardo de las celdas. - VCC conmutados y semipermanentes: pueden existir conexiones conmutadas (con señalización de control de llamada), y conexiones con canal dedicado. - Integridad de la secuencia de celdas: Se preserva que en una VCC se mantiene el orden en que las celdas fueron enviadas. - Negociación de parámetros de tráfico y supervisión de uso: Entre usuario y red se pueden negociar parámetros de tráfico (velocidad media, de pico...) para cada VCC. Además, la entrada de celdas de usuario se supervisa por la red para asegurar que se cumplen los parámetros negociados. - Restricción de identificador de canal virtual en una VPC: Las cuatro anteriores características con comunes a VCC y VPC, siendo esta última propiedad exclusiva de las VPC. Puede que no sea posible proporcionar uno o más identificadores o número de canal virtual al usuario de una VPC, aunque estos puedan ser reservados para uso interno de la red Señalización de control. En ATM es necesario un mecanismo para establecer y liberar las VPC y VCC, de modo que llamamos señalización de control a la información involucrada en ese proceso, la cual se transmite a través de conexiones distintas de las gestionadas. Los distintos modos de establecer/liberar VCC son: 1. Las VCC semipermanentes pueden usarse en el tráfico usuario-usuario, para lo cual no es necesaria la señalización de control. 2. Si no existe un canal de señalización de control, será necesario -5-

6 establecer uno. Para ello, se intercambiará una serie de señales de control entre usuario y red a través de un canal especifico. Por ello, es necesario un canal permanente que pueda ser usado para establecer las VCC para el control de llamadas. Este canal permanente se llama canal de meta-señalización, dado que se emplea para establecer canales de señalización. 3. El canal de meta-señalización sirve para establecer canales virtuales de señalización usuario-red, el cual se utilizará para establecer las VCC de transmisión de datos. 4. El canal de meta-señalización también permite establecer un canal virtual de señalización usuario-usuario, el cual se utilizará para que dos usuarios finales establezcan y liberen VCC para el transporte de datos, sin intervención de la red. Nota: En todas las redes se usa una o más combinaciones de estos métodos. Métodos para establecer/liberar VPC: 1.-Una VPC semipermanente se puede establecer mediante negociación previa, para lo cual no son necesarias señales de control. 2.-El usuario puede establecer/liberar una VPC haciendo uso de la VCC de señalización. 3.-La propia red puede establecer y liberar VPC, en cuyo caso las VPC podrán estar destinadas al tráfico red-red, usuario-red ó usuario-usuario. -6-

7 4. Celdas ATM. Las celdas en ATM son de tamaño fijo, con 5 bytes de cabecera y 48 bytes de información (53 bytes por celda). El empleo de este tipo de celdas, pequeñas y de tamaño fijo se debe a: "El uso de celdas pequeñas puede reducir el retardo de cola para celdas de alta prioridad. "Las celdas de tamaño pequeño pueden ser conmutadas más eficientemente. "La implementación física de los sistemas de conmutación es más sencilla para celdas de tamaño fijo Formato de cabecera. La figura 3a muestra el formato de cabecera en el interfaz usuario-red. La figura 3b muestra el formato de cabecera en el interfaz red-red, en el cual no se especifica el campo "Control de flujo genérico", ampliando en su lugar el campo "identificador de camino virtual" de 8 a 12 caracteres, lo que permite un gran número de VPC internos de la red, para dar cabida a los de los usuarios y a los internos de la red. -7-

8 El campo de control de flujo genérico solo tiene sentido en el interfaz local usuario-red, y podría utilizarse para ayudar al usuario en el control de flujo del tráfico para las distintas calidades de servicio. El campo identificador de camino virtual (VPI), es un campo de encaminamiento para la red. El identificador de canal virtual se emplea para encaminar a y desde el usuario final, funcionando como un SAP (punto de acceso al servicio). El campo tipo de carga útil indica el tipo de información contenida en el campo de información. La prioridad de pérdida de celdas (CLP) se emplea para orientar a la red en caso de congestión: -Un bit 0 indica que la celda es de prioridad superior y que no debe descartarse a no ser que haya otro remedio. -Un bit 1 indica que la celda es de prioridad baja y que puede descartarse en caso de ser necesario. El Control de errores de cabecera se calcula en base a los otros 32 bits de la cabecera. Este control de errores corresponde a un 'código de redundancia cíclica' (CRC) cuyo polinomio es x 8 +x 2 +x+1. El hecho de utilizar 8 bits de control de errores para tan solo 32 bits de cabecera permite (debido a la suficiente redundancia del código) no solo detectar errores, sino también corregir parte de ellos. 5. Transmisión de celdas ATM. BISDN especifica que las celdas deben transmitirse a 155,52 ó 622,08 Mbps, y será necesario especificar la estructura de transmisión usada para transportar esta carga. En el caso de la interfaz a 155,52 Mbps se han definido dos aproximaciones: capa física basada en celdas y capa física basada en SDH. Capa física basada en celdas. La estructura de la interfaz se basa en una secuencia continua de celdas de 53 bytes, sin fragmentación. Dado que no se imponen tramas externas, para sincronizar se utiliza el campo "control de errores de cabecera" de la cabecera. Capa física basada en SDH. Alternativamente, las celdas ATM pueden transmitirse a través de una línea haciendo uso de SDH (jerarquía digital síncrona) o SONET. En este caso, en la capa física se impone la fragmentación utilizando tramas STM

9 La capacidad de carga útil de las tramas STM-1 es de 2430 bytes. La carga útil consta de 9 bytes suplementarios de cabecera del camino y de las propias celdas ATM. 6.Capa de adaptación ATM(AAL). El uso de ATM hace necesaria de una capa de adaptación para admitir protocolos de transferencia de información no basado en ATM. En un entorno heterogéneo en el que existen redes ATM interconectadas con redes de transmisión de tramas, una forma adecuada de integrar los dos tipos de redes es realizar una transformación entre tramas y celdas, lo que implica la segmentación de una trama en celdas de transmisión y la agrupación de las celdas en tramas en el receptor Servicios de la capa de adaptación ATM El documento 1362 de ITU-T especifica los siguientes ejemplos generales de servicios para AAL: Gestión de errores de transmisión Segmentación y ensamblado para permitir la transmisión de bloques mayores de datos en el campo de información de celdas ATM Gestión de condiciones de pérdida de celdas y de celdas mal insertadas Control de flujo y temporalización Con el fin de minimizar el número de protocolos AAL diferentes que pueden ser especificados, se han definido cuatro clases de servicios que cumplen un amplio rango de requisitos: CLASE A CLASE B CLASE C CLASE D Sincronización Requerido No Requerido origen-destino Tasa de bits Constante Variable Modo de conexión Orientado a conexión Sin conexión Protocolo AAL Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3,4,5 Tipo 3,4 Tipo 1: Emulación de circuitos Tipo 2: Videoconferencias, con tasa de transmisión variable Tipo 3,4 y 5: Transmisión de datos 6.2. Protocolos AAL Esta capa se organiza en dos subcapas lógicas: la subcapa de convergencia (CS) y la subcapa de segmentación y agrupación o ensamblado (SAR). La subcapa de convergencia proporciona las funciones necesarias para dar soporte a aplicaciones específicas usando AAL. Cada usuario AAL se conecta con un servicio AAL en el punto de acceso al servicio, que indica simplemente la dirección de la aplicación. La subcapa de segmentación y ensamblado es responsable de empaquetar la información recibida desde CS en celdas de transmisión y desempaquetar en el otro -9-

10 extremo. 7. Control de tráfico y de congestión. Las técnicas de control de tráfico y de congestión son vitales para el adecuado funcionamiento de las redes ATM. Sin tales técnicas el tráfico desde nodos usuario puede exceder la capacidad de la red, causando el desbordamiento de la memoria temporal en los conmutadores ATM y produciéndose pérdida de datos. Las redes ATM presentan dificultades en el control efectivo de la congestión. La complejidad del problema se debe al limitado número de bits suplementarios disponibles para el control de celdas de usuario. El objetivo de los mecanismos adoptados se centra en esquemas de control para tráfico sensible al retardo tales como voz y vídeo Requisitos para el control de tráfico y de congestión en ATM El tráfico en circuitos virtuales individuales es de naturaleza a ráfagas, esperando el sistema receptor recibir el tráfico a ráfagas en cada conexión. El resultado de esto es: 1.La red no necesita replicar exactamente el patrón de temporalización del tráfico entrante en el nodo de salida 2.Podemos usa multiplexación estadística para acomodar varias conexiones lógicas sobre la interfaz física entre el usuario y la red. La velocidad media de datos necesaria para cada conexión es menor que la velocidad de pico para cada conexión y la interfaz usuario-red solo necesita ser diseñada para una capacidad superior a la suma de las velocidades promedio para todas las conexiones. Los esquemas de control de congestión de redes de conmutación de paquetes no resultan adecuados para redes ATM: 1.La mayor parte del tráfico no es adaptable al control de tráfico. Por ejemplo fuentes de tráfico de voz y de vídeo no pueden parar de generar celdas aun cuando la red esta congestionada. 2.Generalmente, las redes ATM admiten un amplio rango de aplicaciones que necesiten capacidades de entre unos pocos Kbps a varios Mbps. Los esquemas de control de congestión relativamente sencillos terminan generalmente castigando un extremo u otro del espectro. 3.Las aplicaciones en redes ATM pueden generar patrones de tráfico muy diversos (por ejemplo, fuentes de datos de velocidad constante frente a variable). Resulta difícil gestionar esta amplia variedad de velocidades mediante el uso de técnicas tradicionales en control de congestión. 4.Diferentes aplicaciones en redes ATM requieren diferentes servicios (por ejemplo servicio sensible al retardo para voz y vídeo y servicio sensible a pérdidas de datos. -10-

11 7.2. Variación del retardo de celdas Para una red ATM, las señales de voz y vídeo pueden ser digitalizadas y transmitidas como una secuencia de celdas, lo que requiere, especialmente para voz, que los retardos en la red sean pequeños. Existe otro importante requisito que entra a veces en conflicto con el anterior la velocidad de envío de celdas al usuario destino debe ser constante. Entonces cómo podría el usuario destino hacer frente a las variaciones del retardo de celdas en tránsito desde el usuario frente al destino. Cuando la primera celda se recibe en el instante de tiempo r(0), el usuario retarda la celda una cantidad adicional V(0) antes de enviarla a la aplicación. V(0) es una estimación de la variación del retardo de celda que la aplicación pueda tolerar y que puede ser producida por la red. Las siguientes celdas se retrasan de manera que se transmiten al usuario a una velocidad constante de R celdas por segundo. Para conseguir esto puede ser necesario rechazar celdas. (ejemplo vídeo) 7.3. Contribución de la red a la variación del retardo de celdas Una componente de la variación del retardo de celdas se debe a sucesos internos a la red. La variación del retardo de paquete en redes de comunicación de paquetes puede ser considerable debido a los efectos de puesta en cola en cada uno de los nodos de comunicación intermedios. En el caso de ATM las variaciones de retardo de celda debidos a los efectos de la red son mínimas. Las razones principales para ello son las siguientes: 1.El protocolo ATM se diseña para minimizar el procesamiento suplementario en los nodos intermedios. Las celdas son de tamaño fijo con formatos de cabecera también fijos, no siendo necesarios procedimientos de control de errores ni de flujo. 2.Para dar cabida a las altas velocidades de las redes ATM, los conmutadores ATM se han diseñado para ofrecer un rendimiento extremadamente alto. Así, el tiempo de procesamiento en un nodo para una celda individual es irrelevante. La congestión es el único factor que podrían provocar variaciones importantes en el retardo de celda. Si la red comienza as congestionarse, las celdas pueden descartarse o puestas en la cola en los conmutadores afectados. Es importante por tanto, que la carga aceptada por la red en cualquier instante de tiempo, no cause congestión. Por tanto nos centraremos en el control de Congestión Control de tráfico y de congestión. Los objetivos del control de tráfico y de congestión de ATM se pueden resumir en: #Permitir un número suficiente de clases de calidad de servicio de la capa ATM para -11-

12 todos los servicios de red posibles. #Ser independiente de los protocolos de la Capa de adaptación ATM específicos del servicio de red y de protocolos de capa superior que sean específicos de la Aplicación. #El diseño de un conjunto óptimo de controles de tráfico y de congestión en la capa ATM debe minimizar la complejidad de la red y del sistema final al tiempo que maximiza la utilización de la red. Para conseguir estos objetivos se han definido un conjunto de funciones de control de tráfico y de congestión que operan en un rango de intervalos de tiempo Tiempo de respuesta Funciones de control de tráfico Término de larga duración Congestión de recursos de red Duración de conexión Control de admisión de conexión Tiempo de propagación de Gestión de recursos rápidos ida y vuelta Tiempo de inserción de celda - Control de parámetros de uso - Control de prioridad Funciones de control de congestión Notificación explícita Rechazo selectivo de celdas #Tiempo de inserción de celdas: las funciones de este nivel reaccionan inmediatamente ante celdas transmitidas #Tiempo de propagación de ida y vuelta: En este nivel la red responde en el tiempo de vida de una celda en la red y puede ofrecer indicaciones de realimentación al origen #Duración de conexión: en este nivel la red determina si puede establecerse una nueva conexión con una calidad de servicio dada y se fijará el nivel de prestaciones. #Término de larga duración: son controles que afectan a más de una conexión ATM y son establecidos para uso de larga duración. La esencia de la estrategia de control de tráfico se basa en la determinación de si puede establecerse una nueva conexión específica, acordando con el subcriptor los parámetros de prestaciones tolerados. En efecto, el subcriptor y la red contratan el tráfico: la red acepta tolerar un cierto nivel de tráfico en esta conexión y el subcriptor acepta no exceder los límites de las prestaciones. Las funciones de control de tráfico están relacionadas con el establecimiento de prestaciones y el cumplimiento de las mismas, por lo que están relacionadas con la prevención de congestión. Si el control de tráfico falla puede producirse congestión. -12-

13 Control de tráfico Funciones del control de tráfico: A)Gestión de recursos de red El concepto fundamental en la gestión de recursos de red es la reserva de dichos recursos. La única función de control de tráfico específica basada en la gestión de los recursos de red hace uso de caminos virtuales. La red ofrece características conjuntas de prestaciones y capacidad de en el camino virtual, compartidas por las conexiones virtuales. Debemos considerar tres casos: 1.Aplicación usuario-usuario: es responsabilidad del usuario asegurar que la demanda de las VCC (canal) puede ser aceptada por la VPC (camino). 2.Aplicación usuario-red: en este caso la red es consciente de la calidad de servicio (QOS) de la VCC (canal) en las VPC (camino) y debe darles cabida. 3.Aplicación red-red: la VPC (camino) se extiende entre dos nodos de red. De nuevo, la red conoce la calidad de servicio de las VCC (canal) en la VPC (camino) y debe darle cabida. Los parámetros de calidad de servicio más importantes relacionados con la gestión de los recursos de red son la tasa de perdida de celdas, el retardo de transferencia de celdas y la variación en el retardo de celdas. -13-

14 Existen varias alternativas en la manera de agrupar VCC (canal) y en el tipo de prestaciones que presentan. Si todas las VCC (canal) en una VPC (camino) se manejan de forma similar, deberían experimentar prestaciones de red similares en términos de tasa de pérdida de celdas, retardo de transferencia de celdas y variación del retardo de celdas. B)Control de admisión de conexión El control de admisión de conexión es la primera línea de defensa de autoprotección de la red ante una carga excesiva. Cuando un usuario solicita una nueva VCC (canal) o VPC (camino), debe especificar implícita o explícitamente las características de tráfico para la conexión en ambas direcciones. La red acepta la conexión sólo si puede conseguir los recursos necesarios. Existen cuatro parámetros que afectan a la admisión de conexión: Parámetro Descripción Tipo de tráfico Velocidad de pico de celdas Límite superior de tráfico que puede CBR, VBR (PCR) presentarse en una conexión ATM Variación del retardo de celdas (CDV) Límite superior de la variabilidad de celdas observado en un único punto de medida en referencia a la velocidad de CBR, VBR Velocidad sostenible de celdas (SCR) Tolerancia a la aparición de ráfagas VBR: Velocidad de bits variable CBR: Velocidad de bits constante pico de celdas. Límite superior de la velocidad promedio de una conexión ATM, calculado sobre la duración de una conexión Límite superior de la variabilidad de celdas observado en un único punto de medida en referencia a la velocidad sostenible de celdas. Los parámetros PCR y CDV deben especificarse en cada conexión C)control de parámetros de uso VBR VBR Una vez que la conexión ha sido aceptada la función de control de parámetros de uso (UPC) de la red supervisa la conexión para determinar si el tráfico está en concordancia con el contrato de tráfico. El objetivo principal del control de parámetros de uso es proteger los recursos de la red ante la producción de una sobrecarga en una conexión detectando violaciones en los parámetros asignados y tomando las medidas oportunas. -14-

15 Existen dos funciones separadas asociadas al UPC: Control de la velocidad de pico de celdas Control de la velocidad sostenible de celdas: el tráfico será adecuado si la velocidad de pico de transmisión de celdas no excede la velocidad de pico de celdas acordados, sujeta a la posibilidad de que la variación del retardo de celdas se encuentre en el rango acordado. Existen algoritmos para calcular la velocidad de pico de celdas, así como para la velocidad sostenible de celdas. D)Control de prioridad. El objetivo es rechazar celdas de baja prioridad para proteger las prestaciones para celdas de alta prioridad. E)Gestión de recursos rápidos Actualmente se define la gestión de recursos rápidos como una herramienta potencial de control de tráfico que se estudiará más adelante. Un ejemplo de esta función es la capacidad de la red para responder a la solicitud de un usuario de envío de una ráfaga, es decir el usuario desea exceder temporalmente el contrato de tráfico para enviar una cantidad de datos relativamente grande. Si la red determina que los recursos son alcanzables para dicha ráfaga, reserva los recursos y concede permiso. Tras la ráfaga se fuerza el flujo de tráfico normal Control de Congestión Se refiere al conjunto de acciones realizadas por la red para minimizar la intensidad, la extensión y la duración de la congestión. Se define las siguientes funciones: A)Rechazo selectivo de celdas El rechazo selectivo de celdas es similar al control de prioridad. En la función de control de prioridad, las celdas son rechazadas para evitar la congestión. Sin embargo, sólo se descartan las celdas que exceden el contrato de tráfico, es decir se limita el número de celdas para que se cumplan las prestaciones deseadas. Una vez que se produce congestión, la red no puede conseguir todos los objetivos de prestaciones. Para recuperarse de la situación de congestión la red puede descartar cualquier celda. B)Indicación de congestión explícita hacia delante La notificación de congestión explícita hacia delante en redes ATM es esencialmente lo mismo que en redes de transmisión de tramas. Cualquier nodo en redes ATM que experimente conexión puede especificar una indicación de congestión explícita en el campo de tipo de carga útil de la cabecera de la celda a través de conexiones que atraviesen el nodo. La indicación notifica al usuario que -15-

16 los procedimientos de prevención de congestión deberían ser puestos en marcha para el tráfico en la misma dirección que la celda recibida. El usuario puede solicitar acciones de los protocolos de capas superiores para adaptar la velocidad de celdas de la conexión. 8.- Dispositivos de red ATM. En ATM, la información viaja en celdas de longitud fija. Esto es una ventaja a la hora de conseguir una alta velocidad, pues permite que la red esté conmutada mediante elementos hardware de conmutación, en vez de la típica red conmutada mediante largas ejecuciones software. De este modo, la productividad de un nodo de conmutación ATM ronda el Gbit/s, manteniendo el retardo de cruce de un nodo y la pérdida de celdas en valores muy bajos. Las dos tareas principales que un conmutador ATM debe cumplir son : -Traducción entre identificador de canal virtual (VCI) e identificador de camino virtual (VPI). -Transporte de las celdas desde la entrada al conmutador hasta la salida dedicada. El elemento de conmutación es la unidad básica de una estructura conmutada ATM. Cuando una celda llega por un puerto de entrada, la información de enrutamiento se analiza y la celda se transmite por el puerto de salida correspondiente. Dependiendo de como estén distribuidos los elementos de conmutación dentro de un conmutador, éste podrá ser de diferentes tipos: De camino único, de varios caminos o multietapa. A continuación se muestra una clasificación de los conmutadores con varios ejemplos. 8.1.Elementos de conmutación. Generalmente un elemento de conmutación se compone de una red de interconexión (interconnection network), un controlador de entrada (IC: Input Controller) para cada línea de entrada, y un controlador de salida (OC: Output Controller) para cada línea de salida Conmutadores de tipo matriz. Una forma de construir elementos de conmutación internos no bloqueantes es utilizar una matriz rectangular para la red de interconexión. -16-

17 Para evitar la pérdida de celdas cuando se produce una alta demanda de salida por un mismo puerto, se pueden utilizar los buffers. De este modo, un buffer se puede ubicar en un puerto de salida, y puerto de entrada o en un punto de cruce de la matriz. Conmutador de tipo Butterfly. -17-

18 Conmutadores con Memoria Central. La base de este tipo de conmutadores es una memoria central, a la que están vinculados todos los controladores de entrada y salida (IC y OC), de modo que todos los controladores de entrada pueden escribir en la memoria común, y todos los controladores de salida pueden leer de ella. Un ejemplo de este tipo de conmutador es el conmutador Sigma utilizado por RACE (Research and Development of Advanced Communication in Europe) Conmutadores de tipo Bus. La red de interconexión de un conmutador se puede construir mediante un bus de alta velocidad multiplexado en el tiempo (TDM). Al bus se conectan todos los controladores de entrada y salida (IC y OC). De este modo, una transmisión libre de errores solo se puede garantizar si el ancho de banda del bus es al menos la suma de las tasas de transmisión de todas las entradas Conmutadores de tipo Anillo. Todos los controladores de entrada y salida están conectados mediante una red en anillo. En principio, se podría asignar una ranura de tiempo fija a cada controlador (utilizando un arbitraje estático en el acceso al anillo). Esto, sin embargo, provoca el que el anillo deba tener un ancho de banda mayor o igual a la suma del ancho de banda de las entradas. Para evitar esto se puede utilizar un arbitraje dinámico, en el que se asigna el -18-

19 acceso al anillo por demanda. El problema, no obstante, de este esquema, es que se puede producir sobrecarga del conmutador si todas las entradas transmiten al mismo tiempo. Una posibilidad de implementar un conmutador de tipo anillo es utilizar el anillo ORWELL. Para conseguir una ejecución de alta velocidad en un conmutador de este tipo es muy común utilizar varios anillo en paralelo, lo cual recibe el nombre de "toro" (torus) de anillos Clasificación de los conmutadores ATM basada en su estructura: Conmutadores de división asíncrona del tiempo:atd (Camino único). El conmutador ATD (Asynchronous Time Division Switches) proporcionan un único camino multiplexado para todas las celdas. Normalmente se utiliza un bus o un anillo. En la figura se muestran cuatro puertos de entrada multiplexados a cuatro puertos de salida mediante multiplexión por división en el tiempo (TDM). A cada puerto de entrada se le asigna una ranura fija del TDM, siendo la tasa de transferencia del multiplexor igual a la suma de las entradas. El tiempo dedicado a cada ranura en el TDM será igual al de transmisión de una celda. Dos ejemplos de este tipo de conmutador son el conmutador "Fore Systems ASX" y el "VNswitch" de Digital. -19-

20 Conmutadores por división del espacio (Varios caminos y varias etapas). Para evitar las limitaciones de un único camino y aumentar la productividad global, los conmutadores ATM por división del espacio implementan múltiples caminos a través de las estructuras de conmutación. La mayoría de los conmutadores de este tipo poseen una red de interconexión multi-etapa. Tres tipos típicos de conmutadores por división del espacio: -Conmutador Banyan: se construye distribuyendo una serie de elementos de conmutación binarios en varias etapas (log 2 N etapas). En la figura se muestra un conmutador Banyan 8x8, que está compuesto por doce elementos de conmutación 2x2 dispuestos en tres etapas. Desde cualquiera de las entradas se puede alcanzar cualquiera de las salidas. Además, una ventaja de los conmutadores Banyan es que son autoenrutados. Otra ventaja es que el usar elementos de conmutación binarios, solo es necesario examinar un bit de la dirección de destino para decidir la salida (solo hay dos posiblidades). Esto es muy rápido. Una desventaja, sin embargo, de este tipo de conmutador, es que si hay varias celdas intentando acceder a un mismo enlace, todas quedarán bloqueadas menos una. Es por ello que se dice que estos conmutadores son bloqueantes. -Conmutador Batcher-Banyan: Este tipo de conmutador está compuesto por dos redes de interconexión multietapa: un conmutador Banyan autoenrutado, y una red de ordenación Batcher. En este conmutador, las celdas de entrada primero pasan por la red de ordenación. Ésta se encarga de ordena las celdas en orden ascendente dependiendo de su línea de salida. Entonces las celdas pasan a la red Banyan, que enruta las diferentes celdas a sus salidas correspondientes. Con este sistema se evita el bloqueo interno de la red de interconexión Banyan. -20-

21 -Conmutadores Crossbar. Los conmutadores Crossbar conectan N salidas y N entradas en una red completamente enlazada, lo cual supone que existen N 2 puntos conexión. En la figura se muestra un ejemplo de un conmutador Knockout de los laboratorios ATT Bell que está estructurado de este modo. Este tipo de conmutador es no bloqueante Conmutadores no bloqueantes con buffers. Aunque existen conmutadores no bloqueantes tales como el Batcher-Banyan y el Crossbar, es posible la pérdida de celdas cuando dos o más celdas luchan por la misma salida. Para evitar esto se utilizan los buffers, los cuales se pueden ubicar en las entradas(8285 Nways de IBM, LightStream 2020 de Cisco), las salidas (Knock out de AT&T Bell, MainStreetXpress de Siemes y NewBridge, VIRATA de ATML, y el Lattis de Bay Networks) y estar compartidos (LightStream 1010 de Cisco, Prizma de IBM, 5001 de Hitachi y el ATM cell de Lucent). -21-

22 8.3.Ejemplo de redes de interconexión de un conmutador. -Matriz conmutada extendida. -Red en embudo. -22-

23 -Red de intercambio shuffle. -Red Delta-2 con cuatro etapas. -23-

24 -Red conmutada plegada con tres etapas. -Red Banyan paralela. -24-

25 Bibliografía. "ATM Networks Concepts, Protocols, Aplications", ADDISON WESLEY, R.Händel, Manfred N. Huber, Stefan Schröder. "LightStream 2020 System Overview. ATM Technology". "Asynchronous Transfer Mode (ATM) Networks", Tatsuya Suda, Dept. of Information and Computer Science, University of California. " Redes de Computadores", Andrew S. Tanembaum,, Prentice Hall, "Comunicación y Redes de Computadores", William Stallings, Prentice Hall, -25-