LAYER 2 - WAN. Redes Frame Relay y ATM. Frame Relay

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1 LAYER 2 - WAN Redes Frame Relay y ATM Frame Relay 1

2 Red completamente mallada con enlaces punto a punto Y X Z W Conexión con líneas punto a punto entre cuatro routers, conectividad total. Por cada nuevo router hay que añadir un puerto más en todos los nodos La velocidad de cada línea es difícil de modificar Topología de una red Frame Relay Y Circuitos Virtuales Sw FR X Sw FR Sw FR Z Se pueden añadir circuitos sin establecer nuevas líneas ni modificar el número de interfaces en los routers Los caudales se pueden modificar por configuración de los conmutadores Sw FR W Líneas punto a punto 2

3 Funcionamiento de una red Frame Relay Y DLCI = 16 α DLCI = 17 DLCI = 18 X DLCI = 16 DLCI = 16 Sw FR A β Sw FR DLCI = 17 B γ DLCI = 16 Sw FR C Z Tabla de circuitos virtuales en A DLCI = 16 Sw FR D El DLCI 0 se utiliza para señalización (establecer SVCs) Circuito Puerto DLCI Puerto DLCI Rojo b 16 a 16 DLCI = 16 DLCI: Data Link Connection Identifier Verde b 17 a 17 W Azul g 16 a 18 Comparación de las redes de conmutación de paquetes Red Apogeo Velocidad típica Paquete máximo Protecc. errores nivel de enlace Orientado a X ,6-64 Kb/s 128 bytes CRC del paquete con confirmación del receptor Datos Frame Relay Mb/s 8192 bytes CRC del paquete Datos ATM Mb/s 53 bytes CRC de cabecera solamente Datos, voz y vídeo 3

4 Características comunes a todas las redes virtuales Cada paquete va marcado con una etiqueta identificativa propia La etiqueta es modificada por cada conmutador por el que pasa el paquete. El conmutador asigna la nueva etiqueta y la interfaz de salida en función de la etiqueta vieja y de la interfaz de entrada mediante una tabla que relaciona etiqueta-puerto_entrada y etiqueta-puerto_salida El conjunto de etiquetas y puertos por los que discurre un paquete forman un camino extremo a extremo que denominamos un 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 trama Frame Relay Bytes Dirección Datos CRC Protocolo no orientado a conexión. Normalmente PVC Las tramas pasan de nodo a nodo comprobándose normalmente el CRC en cada salto (store&forward, mayor retardo que líneas punto a punto). Si es erróneo se descarta. El campo dirección contiene información del VC (DLCI) y parámetros de control de tráfico Frame Relay. Normalmente ocupa 2 bytes, aunque puede tener 3 ó 4. 4

5 Estructura del campo Dirección DLCI Superior C/R 0 DLCI Inferior FECN BECN DE 1 DLCI sup/inf: especifica el DLCI. Puede cambiar en cada salto. Normalmente 10 bits, puede llegar a 23 (dirección de 4 bytes). C/R: significado específico de la aplicación, no indicado en FR FECN: Forward Explicit Congestion Notification BECN: Backward Explicit Congestion Notification DE: Discard Elegibility (tramas de 2ª clase ) 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) incluyen el keepalive del PVC y permiten que el conmutador Frame Relay anuncie al host (o router) los DLCI de los PVC que están definidos. De esta forma el router se puede autoconfigurar. 5

6 Traffic Shaping y Traffic Policing en Frame Relay PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s Y Traffic Policing Switch FR B X Switch FR A Switch FR C Z Traffic Shaping Línea de acceso 2048 Kb/s PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s Funcionamiento del CIR y el EIR CIR (Committed Information Rate) Velocidad actual CIR + EIR (Caudal máximo posible) Transmitir si es posible Transmisión garantizada No transmitir, descartar todo 0 Switch FR Capacidad del enlace de acceso del host a la red 6

7 Control de tráfico en Frame Relay Parámetros: CIR y B c EIR y B e Se cumple que: B c = CIR * t B e = EIR * t Cuando se supera el primer umbral las tramas se marcan con DE =1. Cuando se supera el segundo se descartan. Control de tráfico en Frame Relay Tramas enviadas por el host con DE=0 Tramas que desbordan la capacidad del umbral B c Tramas enviadas por el host con DE=1 B c = CIR * t CIR DE=0 B e = EIR * t EIR Descartar Tramas que desbordan la capacidad del umbral B e DE=1 7

8 Control de Congestión en Frame Relay 1: Monitorizar colas 4: Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido Switch FR 3: Descarto tramas con DE=1 Tráfico incontrolado Switch FR BECN Switch FR FECN Switch FR Switch FR 6: Poner a 1 bit BECN en tramas de vuelta 2: Situación de congestión 5: Poner a 1 bit FECN en tramas de ida ATM 8

9 ATM Servicio no orientado a conexión, como Frame Relay En vez de tramas de longitud variable utiliza celdas de 53 bytes Dos niveles jerárquicos para las conexiones: VP, trayectos virtuales (Virtual Paths) VC, canales virtuales (Virtual Channels) Similar a Frame Relay, pensado para mayores velocidades y muchas más posibilidades de control de tráfico. Trayectos Virtuales y Canales Virtuales Enlace físico 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) Virtual Path (VP) Por un enlace físico pueden pasar múltiples VPs Cada VP Contiene Múltiples VCs El VC es el camino lógico entre hosts en la red ATM Identificador de la Conexión : VPI/VCI 9

10 Tipos de interfaces ATM UNI NNI Token Ring Red ATM NNI UNI = User-to-Network Interface NNI = Network-to-Network Interface Cabecera de celda ATM 8 bits 8 bits GFC VPI VCI VCI PTI VPI VCI CLP Header Error Check (HEC) Carga útil (48 bytes) Celda UNI GFC: Generic Flow Control. No usado VPI: Virtual Path Identifier. Hasta 256 (UNI) o 4096 (NNI). VCI: Virtual Channel Identifier. Hasta PTI: Payload Type Identifier. 3 bits. CLP: Cell Loss Priority. 1 bit. HEC: Es un CRC de toda la cabecera. 8 bits. VPI VPI VCI VCI PTI Header Error Check (HEC) Carga útil (48 bytes) Celda NNI VPI VCI CLP 10

11 Campo PTI (Payload Type Identifier) Usuario Gestión Valor Significado Celda tipo 0 (normal). No hay congestión Celda tipo 1 (fin de mensaje AAL5). No hay congestión. Celda tipo 0 (normal). Hay congestión Celda tipo 1 (fin de mensaje AAL5). Hay congestión Celda OAM (Operation, Administration and Management) de segmento (entre vecinos) Celda OAM (Operation, Administration and Management) extremo a extremo Celda RM (Resource Management) Reservado Funcionamiento de un conmutador ATM Port Entrada VPI/VCI Salida Port VPI/VCI El conmutador dirige las celdas según el VPI/VCI y el puerto de entrada. Los VPI/VCI se fijan al crear el VC, el operador en los PVCs y el conmutador en los SVCs (estrategia FIFO) 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

12 Viaje de dos celdas por una red ATM A 29 Entrada Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI Entrada Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI B Entrada 30 Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI X Z Y W D Entrada C Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI Cada entrada en las tablas de los conmutadores es un VC; si la crea el operador es un PVC, si las crea un protocolo de señalización es un SVC Conmutación de VPs y VCs VC Switch VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 VP Switch Port 1 VPI 1 VPI 3 VPI 2 VPI 2 Port 2 VCI 4 VCI 1 VCI 2 VPI 1 VPI 3 VCI 3 VCI 1 VCI 2 VPI 4 VPI 5 Port 3 VCI 1 VCI 2 12

13 Algunos VPI/VCI Reservados ITU ATM Forum VPI VCI Función ITU ATM Forum Celda de relleno (Idle Cell) Celda OAM entre conmutadores vecinos (gestión) Celda OAM entre extremos (gestión) Señalización ILMI (autoconfiguración) LANE (LAN Emulation) PNNI (Protocolo de Routing) /26 Arquitectura de una red ADSL VPI 8, VCI 32, PCR 2000/300 Kb/s VPI 8, VCI 32, PCR 512/128 Kb/s / / /26 Red telefónica Red ATM Internet VPI 8, VCI 32, PCR 256/128 Kb/s Router ADSL Ethernet 10BASE-T Bucle de abonado (conexión ADSL) Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s) Circuito permanente ATM 13

14 Servicio CBR (Constant Bit Rate) Capacidad reservada no aprovechable Capacidad del enlace CBR2 CBR1 CBR2 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) VBR CBR Capacidad no aprovechada Capacidad del enlace VBR 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. 14

15 Servicio UBR (Unspecified Bit Rate) Capacidad excedente utilizada por UBR Capacidad del enlace VBR CBR UBR UBR VBR 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 Servicio ABR (Available Bit Rate) VBR CBR ABR (PCR, MCR, CLR) Tráfico ABR elástico con garantías Capacidad del enlace ABR VBR CBR 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 15

16 Categorías de Servicio ATM. Comparación Categoría CBR VBR-rt VBR-nrt ABR UBR Características Simula línea punto a punto. Reserva estricta de capacidad. Caudal constante con mínima tolerancia a ráfagas. Asegura un caudal medio y un retardo. Permite ráfagas. Utiliza dos pozales agujereados. Asegura un caudal medio pero no retardo. Permite ráfagas. Utiliza pozal agujereado. Asegura un caudal mínimo, permite usar capacidad sobrante de la red. Incorpora control de congestión No asegura nada. Usa caudal sobrante. 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 16

17 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 Parámetros para las categorías de Servicio ATM CBR VBR-rt VBR-nrt ABR UBR PCR/CDVT No SCR/BT No No No MCR No No No No Max. CTD No No Pk-t-Pk CDV No No No CLR No 17

18 Vigilancia de tráfico (traffic policing) Bit CLP UPC Celda Marcada C 0 B 0 A 0 B 1 A 0 Celda Descartada C DEJAR PASP ASARAR MARCAR BIT CLP DESCARTAR En caso de congestión la red puede descartar las celdas marcadas más tarde Ejemplo de servicio VBR-nrt: ADSL Se establecen 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. Tipo de servicio Sentido PCR CDVT SCR MBS Básico Descendente 256 Kb/s 5 ms 25,6 Kb/s Ascendente 128 Kb/s 10 ms 12,8 Kb/s Class Descendente 512 Kb/s 3 ms 51,2 Kb/s Ascendente 128 Kb/s 10 ms 12,8 Kb/s Premium Descendente 2 Mb/s 3 ó 0,7 ms (*) 200 Kb/s Ascendente 300 Kb/s 4 ms 30 Kb/s (*) 3 ms con interfaz de 34 Mb/s, 0,7 ms con interfaz de 155 Mb/s 32 celdas 32 celdas 32 celdas 32 celdas 64 celdas 32 celdas 18

19 Reparto de la capacidad de un enlace por categorías de tráfico ATM ABR MCR ABR PCR ABR UBR VBR PCR VBR SCR VBR Capacidad del enlace CBR PCR CBR Capa de Adaptación - I.362 e I.363 AAL Es la primera capa que va de extremo a extremo en el stack de protocolos. Su finalidad es adaptar el servicio de la capa ATM a las necesidades de las capas superiores (por ejemplo IP). Recupera las transparencias semánticas y temporales necesarias. Los distintos servicios finales tienen distintos requerimientos, p. ej. Bajo retardo, o baja tasa de errores. Se presentan alternativas: dar tratamientos distintos en la red, lo que conllevaría complejidad y lentitud. tratar mínimamente en la red, haciendo sólo lo que es común a todos los servicios, e implementar distintas AALs. Es deseable que el número de AALs quede limitado. 19

20 Sub Capas AAL Ensamblado y Segmentación (SAR): Su función es segmentar los bloques del tamaño del payload y reensamblarlos en la recepción. Trabaja básicamente a nivel de celdas. Convergencia (CS): Sub capa que depende del servicio. A su vez está estructurada en dos sub capas: la parte específica del servicio (SSCS) y la común a los servicios (CPCS). La CS trabaja básicamente a nivel de mensaje. 20

21 AAL 1 No hay mensajes; opera en modo stream. No hay retransmisión pero se detecta y notifica las celdas perdidas o insertadas por error. Da un servicio de Emulación de circuitos en dos modos: SRTS (Synchronous residual time stamps) para E1, E3, T1 o T3 SDT (Structured data transfer) para n x DS0. La velocidad CBR se acuerda mediante señalización en el establecimiento de la conexión o por configuración. Funciones Capa AAL1 Segmentación y reensamblado en bloques de 47 bytes. La AAL1 debe saber si los requerimientos temporales del servicio hacen necesario rellenar la celda. El reensamblado también debe hacerse para cumplir con los requerimientos temporales. Absorción de la variación del retardo. Recuperación del reloj de emisión. Gestión de células perdidas o insertadas por error y de errores de bit. Al comienzo de la transmisión se conviene si se van a usar células parcialmente llenas, y de qué payload útil. 21

22 AAL 2 Diseñado para servicios orientados a conexión, tiempo real, bit rate variable. Tampoco hay protocolo de CS y también opera en modo flujo. El indicador de largo (LI) no es necesario en AAL1 porque se conviene si las celdas son parcialmente llenas y hasta qué nivel. AAL 3/4 Puede operar en modo flujo o modo mensaje. En modo mensaje, cada llamada de las capas superiores ingresa un mensaje, que es luego transportado como tal, es decir manteniendo las fronteras entre mensajes. En modo flujo las fronteras no son preservadas. Puede multiplexar varias sesiones (ej. logins remotos). Tiene protocolos de SAR y de CS. 22

23 AAL5 Esta orientada a la transmisión de datos, tratando de mantener la AAL especialmente simple y eficiente. No tiene header de CS Especialmente diseñado para paquetes IP o Frame Relay 23

24 Internetworking Frame Relay / ATM Cuando ATM sale al Mercado Frame Relay era la tecnología dominante. ATM no especifica interfaces de baja velocidad hasta años recientes (xdsl). Se debe hacer no sólo un mapeo de encabezados, sino también de direccionamiento y de parámetros de QoS. Normas: FRF 5, FRF 8, I.555, ATMF BICI. Escenario 1: Frame Relay Sobre ATM: Network Interworking Permite al proveedor crecer su backbone a ATM, aprovechando infraestructura FR instalada. Proveedor puede continuar dando servicios FR de punta a punta. 24

25 FR - ATM Interworking. Se define una sub-capa FR-SSCS sobre AAL5 que permite la multiplexación de varios DLCIs en un único VCC. Control: DE = CLP, BECN y FECN en el encabezado del FRSSCS, DLCI en VPI/VCI. Escenario 2: Frame Relay con ATM. Service Interworking. Posibilita la agregación de conexiones FR en una única interfaz ATM de alta velocidad. Puedo tener conectadas algunas sucursales con equipos ATM y otras con equipos FR. 25

26 FR - ATM Interworking. Traslación entre RFC 1490 y 1483 es necesaria pues en FR se soporta NLPID- SNAP y en ATM, LLC-SNAP. Se deben realizar traslaciones de las señales de señalización y gestión: OAM, ILMI, LMI. Señalización en ATM Para establecer SVCs se necesita un protocolo de señalización. El host llamante envía un mensaje a su conmutador pidiendo la conexión; el conmutador reenvía la petición; cada mensaje es confirmado. Las peticiones indican los parámetros de tráfico y QoS requeridos para cada sentido. Pueden verse sujetas a CAC (Control de Admisión de la Conexión). La ruta se elige por tablas estáticas o por protocolo de routing. 26

27 Qué ruta emplearé? Humm..Iré por ZWB A A: Quiero establecer un circuito con B! Llamar a B 1 52 VPI 0, VCI 5 Ya voy X Ya voy Llamar a B Y Ya voy Z Llamar a B Llamar a B B W Ya voy Petición de conexión recibida de A Señalización ATM, primera parte Señalización ATM, segunda parte A 1 52 Empezar a transmitir Conectar con A Marchando Conectar con A X Marchando Conexión establecida! Y Marchando W Z Conectar con A Conectar con A Marchando B 1 38 Conexión de A Aceptada El SVC se denomina VCC (Virtual Channel Connection) y está formado por una secuencia de VC Links (cuatro en este caso) 27

28 Señalización ATM, desconexión A Colgar 1 52 A: He terminado. Hecho X Hecho Colgar Conexión terminada Y Z Hecho Colgar B Colgar Hecho W El circuito lo puede terminar A, B, X, Z o W 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 AFI DCC HO-DSP ESI SEL Formato DCC AFI ICD HO-DSP ESI SEL 47 Formato ICD Formato E.164 Dir. MAC IEEE Dir. MAC IEEE AFI E.164 HO-DSP ESI SEL Dir. MAC IEEE 28

29 Ejemplo de Plan de Direcciones ATM DCC España Red ATM de RedIRIS F.1001 Nivel red nacional (40 bits) Cataluña F U. Valencia F Com. Valenciana F U. Polit. Valencia F La Rioja F Nivel Com. Autónoma (48 bits) Nivel organización (72 bits) Campus Burjassot F Campus Tarongers F Nivel Campus (88 bits) 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 = F Direc. Port n =??? Red? ESI aabb Red ESI F? 19 Bytes Host ATM 19 Bytes Conmutador ATM 29

30 Autoconfiguración ATM ILMI (Integrated Local Management Interface) Segunda parte Red = F VPI = 0, VCI = 16 Direc. MAC = aabb Pref. ATM = F Red F ESI aabb UNI port n Prefijo ATM = F Direc. Port n = Faabb Red ESI F aabb 19 Bytes Host ATM 19 Bytes Conmutador ATM Protocolo de routing PNNI (Private Network-Network Interface) Protocolo de routing utilizado en redes ATM (Network-to- Network). Algoritmo del estado del enlace Permite mayor fiabilidad, pero no reparto de tráfico (orientado a conexión) Normalmente empleado en conmutadores, pero puede utilizarse también en hosts dual-homed (redundancia) Direcciones formato NSAP (20 bytes). Hasta 105 niveles jerárquicos. Abarca el routing intra e inter-sistemas Autónomos. Solo tiene sentido si: Hay más de un camino posible (red mallada), y Se pueden crear SVCs (señalización) 30

31 Jerarquía PNNI LGNA LGNB Peer Group Abuelo Peer Group A ( Padre ) A1.2 A1.1 PTSPs Agregados PGLA1 LGNA1 PGLA LGNA2 A1.4 A2.1 PGLA2 LGNc LGN = Logical Group Node PGL = Peer Group Leader PTSP = PNNI Topology State Packet Enlace físico Enlace lógico A1.3 Inundación de PTSPs A2.3 A2.2 Peer Group A1 (hijo) Peer Group A2 (hijo) Dentro de un Peer Group los LSPs se envían por inundación La información de accesibilidad se agrega y propaga Es posible ocultar información a otros Peer Groups si se desea Protocolos de Señalización y de Routing en redes con y sin mallado Red sin enlaces redundantes Red con enlaces redundantes Rutas estáticas Routing dinámico (PNNI) Rutas estáticas Routing dinámico (PNNI) PVCs (Sin Señalización) SVCs (con señalización) Configuración manual de circuitos y rutas Circuitos automáticos. Configuración manual de rutas. Configuración manual de circuitos. PNNI inútil. Circuitos automáticos. PNNI innecesario. PVCs (Sin señalización) SVCs (con señalización) Configuración manual de circuitos y rutas En caso de fallo restablecer PVC por ruta alternativa Circuitos automáticos. En caso de fallo redefinir rutas por camino alternativo y repetir llamada Configuración manual de circuitos. PNNI inútil Circuitos automáticos En caso de fallo repetir llamada. Máxima funcionalidad. 31

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