Redes LAN y WAN UNIDAD. Redes WAN. Routing. Clase 3 Clase 4 Clase 5 Clase 6

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1 Redes LAN y WAN UNIDAD 2 Redes WAN. Routing Clase 3 Clase 4 Clase 5 Clase 6

2 Exposición 2.1. Presentación Una red de área amplia o WAN (Wide Area Network) se extiende sobre un área geográfica extensa, a veces un país o un continente, y su función fundamental está orientada a la interconexión de redes o equipos terminales que se encuentran ubicados a grandes distancias entre sí. Para ello, cuentan con una infraestructura basada en poderosos nodos de conmutación que llevan a cabo la interconexión de dichos elementos, por los que además fluyen un volumen apreciable de información de manera continua. Por esta razón, también se dice que las redes WAN tienen carácter público, ya que el tráfico de información que por ellas circula proviene de diferentes lugares y es usada por numerosos usuarios de diferentes países del mundo para transmitir información de un lugar a otro. A diferencia de las redes LAN (red de área local), la velocidad a la que circulan los datos por las redes WAN suele ser menor que la que se puede alcanzar en las redes LAN. Además, las redes LAN tienen carácter privado, pues su uso está restringido normalmente a los usuarios miembros de una empresa, o institución, para los cuales se diseñó la red Arquitectura de las redes ATM. Nivel físico, nivel ATM y nivel de adaptación. Servicios de voz sobre ATM. Las nuevas necesidades de comunicaciones aparecidas en la década de los 80 orientaron las comunicaciones hacia la conmutación de paquetes en alta velocidad para contar simultáneamente con las ventajas de las redes de circuitos y las redes de paquetes. La nueva tecnología debería ser capaz de proporcionar anchos de banda variables, ser transparente a los protocolos utilizados y soportar una gama amplia de servicios con soluciones específicas de velocidad, sincronización y latencia.

3 Arquitectura de las redes ATM (Asynchronous Transfer Mode) El ATM puede ser considerado como una tecnología de conmutación de paquetes en alta velocidad. Posee unas características particulares: Los paquetes son de pequeño y constante tamaño (53 bytes). Características de ATM Es una tecnología de naturaleza conmutada y orientada a la conexión. Los nodos que componen la red no tienen mecanismos para el control de errores o control de flujo El header de las células tiene una funcionalidad limitada. Simplificando al máximo, podemos ver que una red ATM está compuesta por nodos de conmutación, elementos de transmisión y equipos terminales de usuarios. Los nodos son capaces de encaminar la información empaquetada en células a través de unos caminos conocidos como Conexiones de Canal Virtual. El routing, en los nodos conmutadores de células, es un proceso hardware mientras que el

4 establecimiento de conexiones y el empaquetamiento/ desempaquetamiento de las células son procesos software. Nivel físico, nivel ATM y nivel de adaptación Desde una perspectiva arquitectónica, el ATM se divide en tres niveles que ocupan las capas 1 y parte de la 2 del modelo de referencia OSI: Nivel de adaptación ATM (AAL). Nivel Modo de Transferencia Asíncrona (ATM). Nivel físico (PL). Nivel de adaptación ATM (AAL): se encarga de las relaciones con el mundo externo. Acepta todo tipo de información heterogénea y la segmenta en paquetes de 48 bytes a la velocidad que fue generada por los usuarios. Sólo se encuentra en los puntos terminales de la red. Según el modelo OSI maneja, en el nivel 2, las conexiones entre la red ATM y los recursos no ATM pertenecientes a los usuarios finales. Nivel Modo de Transferencia Asíncrona (ATM): encargado de construir las cabeceras de las células ATM, responsable del routing y el multiplexado de las células a través de los canales y rutas virtuales. También es misión suya el control del flujo de datos y la detección de errores ocurridos en la cabecera aunque no en los datos. Nivel físico (PL): es el nivel inferior encargado de controlar las señales físicas, ya sean ópticas o eléctricas, e independizarlas de los niveles superiores de protocolo adaptándolas al medio de transmisión y codificación utilizado. Puede soportar diversas configuraciones punto-a-punto y punto-a-multipunto. En una red ATM se distinguen dos tipos de nodos: Los terminales que proporcionan los puntos de acceso a los usuarios finales. Los nodos de conmutación responsables dentro de la red del routing de las células.

5 La Capa de Adaptación a ATM adapta y segmenta el flujo de tráfico en celdas de 48 bytes. La capa ATM añade los 5 bytes de overhead, y los pasa a la Capa Física, que convierte las celdas en señales eléctricas u ópticas. Servicios de voz sobre ATM ATM ofrece una nueva manera de transportar el tráfico de voz sobre la red de transporte (a parte de la emulación de circuito). La aproximación consiste en conseguir que la red de transporte ATM sea emulada como una gran centralita de tránsito (PBX). Esta técnica recibe el nombre de conmutación de voz sobre ATM.

6 Lo que se busca es que el propio conmutador ATM pueda interpretar el canal de señalización de la centralita y crear canales conmutados para la transmisión de cada circuito de voz independientemente. El circuito va desde la centralita origen hasta la de destino sin la necesidad de pasar por ninguna centralita de tránsito externa. La red ATM puede conocer el número de llamadas de voz que hay en cada momento del tiempo y, por lo tanto, usar únicamente el ancho de banda necesario para su transmisión asignando el resto para otros servicios. Una ventaja añadida de esta técnica es la capacidad de la red ATM de informar a las centralitas por el canal de señalización de cómo prosperan sus llamadas individualmente. Frente a estas notificaciones, una centralita puede decidir conmutar una llamada determinada por la red pública en caso de congestión en la red de transporte corporativa. En el caso que las centralitas usen compresión de voz, el uso de la técnica de conmutación de voz sobre ATM les asegura que un determinado circuito se comprime/descomprime en un único punto y, por lo tanto, la señal no sufre la pérdida de calidad asociada a las redes basadas en muchos saltos entre centralitas. La conmutación de voz sobre ATM elimina la necesidad de grandes centralitas de tránsito existentes en las grandes redes de voz y hace más sencillas las tablas de encaminamiento con lo que la escalabilidad es mucho mayor y el coste mucho menor Señalización. Encaminamiento. Control de tráfico y calidad de servicio Señalización Formato de las Células ATM: son estructuras de datos de 53 bytes compuestas por dos campos principales: Header: Sus 5 bytes tienen tres funciones principales: identificación del canal, información para la detección de errores y si la célula es o no utilizada.

7 Eventualmente puede contener también corrección de errores, número de secuencia, etc. Payload: Tiene 48 bytes fundamentalmente con datos del usuario y protocolos AAL que también son considerados como datos del usuario. Dos de los conceptos más significativos del ATM, Canales Virtuales y Rutas Virtuales, están materializados en dos identificadores en el header de cada célula (VCI y VPI) ambos determinan el routing entre nodos. Existen dos formatos de células: la UNI (User Network Interface) utilizado en la interfaz red/usuario y la NNI (Network Interface) cuando circulan por la red. Desde un punto de vista basado exclusivamente en la transmisión, el ATM se puede dividir en tres niveles que se combinan de forma jerárquica de modo que cada capa superior puede tener uno o varios de los elementos inferiores. Canal Virtual (VC): así llamada a la conexión unidireccional entre usuarios. Importante resaltar la unidireccionalidad. Si dos usuarios quisieran estar conectados en Full Duplex deberán utilizar dos canales. Los VC, además de transportar datos entre usuarios, también son utilizados para transportar la señalización y la gestión de la red. Trayecto Virtual (VP): se entiende al conjunto de canales virtuales que atraviesan multiplexadamente un tramo de la red ATM. Los VP facilitan la conmutación de los canales virtuales, pues conectan tramos enteros de la red ATM. De no existir por cada conexión entre usuarios obligaría a reelaborar todas las

8 tablas de routing de los nodos atravesados, lo cual supondría un incremento del tiempo necesario para establecer una conexión. Sección Física (PS): conecta y proporciona continuidad digital entre los diferentes elementos que componen la red controlando el flujo de bits. Debe mantener en óptimas condiciones las señales físicas, eléctricas u ópticas regenerándolas cuando resultan afectadas por atenuaciones, ruido o distorsiones. Encaminamiento Los conmutadores de VP modifican los identificadores VPI para redirigir las rutas de entrada hacia una salida específica. Un conmutador de VP no analiza ni modifica el campo VCI, ya que al operar en un nivel inferior conmuta todos los canales asociados a dicha ruta. Los conmutadores de VC aplican un mayor nivel de complejidad ya que manejan atributos como nivel de errores, calidad servicio, ancho de banda o servicios relacionados con la tarificación. Las tablas de routing de cada nodo pueden estar ya predefinidas, o bien deben construirse dinámicamente en el tiempo del establecimiento de las conexiones realizadas mediante el protocolo Q.2931 similar al Q.931 utilizado en el ISDN para banda estrecha. Una ruta virtual puede ser permanente (PVP) o conmutada (SVP). Si es conmutada, es decir, si se ha establecido explícitamente para una comunicación, todos sus canales virtuales (VC) asociados son dirigidos a través de ese camino y no será necesario conmutarlos. Si el VP es permanente es probable que sólo conecte troncales de la red, por lo que los VC deberán ser conmutados en algún nodo de la red. El routing de canales y rutas virtuales es realizado mediante etiquetas, nunca con direcciones explícitas. Por ejemplo, un nodo de conmutación debe leer el identificador VCI = i de cada célula que entra por el puerto K y de acuerdo con su tabla de routing, la envía por el puerto Q modificando el header al escribir VCI = j.

9 La capa ATM es el núcleo real de la tecnología. Se ocupa de añadir y extraer las cabeceras, mantener los identificadores de conexión para realizar el encaminamiento entre nodos y de multiplexar y demultiplexar las celdas a través del medio físico, manteniendo un secuenciamiento correcto de las celdas. Control de tráfico Comparte capa física, ATM y AAL con Plano de Usuario. Su principal función es el manejo de todos los aspectos relativos al establecimiento/liberación de circuitos virtuales (en especial SVCs). Introduce el concepto de direccionamiento ATM y enrutamiento ATM (PNNI). Hay muchas implementaciones propietarias. Circuitos Virtuales: Permanent Virtual Circuit (PVC): En general no tiene funciones de control asociadas. Se establecen y liberan por herramientas de Gestión. Switched Virtual Circuit (SVC): El usuario realiza un pedido de conexión que la red debe procesar. Necesita funciones del plano de Control. Soft PVC (SPVC): Es un punto intermedio. Es el nodo de ingreso quien solicita el establecimiento del circuito virtual. En todos los casos los circuitos pueden ser punto a punto o punto a multipunto. También pueden ser VPCs o VCCs. Los circuitos siempre son unidireccionales. Calidad de servicio (QoS) La información que llega a un nodo terminal ATM es captada, segmentada y dispuesta en células con las cabeceras adecuadas para cada tipo de tráfico.

10 Este servicio proporcionado por el nivel AAL se denomina QoS que queda definido por tres parámetros: Caudal: define el volumen de información que puede ser enviada en un período de tiempo. Si el tráfico es constante, el parámetro es único: velocidad pico. Pero si el tráfico es a ráfagas, está expresado por tres parámetros de conexión: velocidad pico, velocidad media y duración de la ráfaga. Retardo: definido por su media y su varianza que relaciona el retardo global medio de toda la transmisión y la variación entre los retardos individuales que afectan a cada célula. Nivel de seguridad: se refiere a la tolerancia de un determinado tipo de tráfico a la pérdida de células que puede ocurrir durante períodos de congestión Integración de IP con ATM. Ha sido necesario especificar cómo colocar paquetes IP en unidades de datos de protocolo y convertirlos en celdas ATM para poder obtener esta aplicación, debido a que IP no reconoce los protocolos de MAC. Ésta es la técnica que se conoce como encapsulamiento. La arquitectura ATM difiere significativamente de la arquitectura IP. La primera es una arquitectura orientada a conexión mientras que la segunda no lo es, es decir, es no orientada a conexión. Además, el esquema de direcciones es totalmente diferente, al igual que lo es el modelo de comunicación multicast o multienvío. Dada la necesidad existente de transportar paquetes IP sobre redes ATM, han surgido grupos de trabajo del IETF. Cabe destacar dos RFCs: RFC 1483: IP sobre ATM RFC 1577: IP clásico sobre ATM y ATMARP (servidor ATM ARP)

11 RFC 1483: IP sobre ATM Trata sobre cómo encapsular datagramas IP en enlaces ATM. En el modelo clásico los nodos IP pueden comunicarse entre sí, si pertenecen a la misma subred IP lógica (LIS, Logical IP Subnet). Una LIS es simplemente un conjunto de hosts y encaminadores conectados a través de una red ATM. Dichos hosts y encaminadores están en una red IP, por lo que comparten la misma dirección de subred. Si un dispositivo en una LIS se quiere comunicar con otro que esté en otra LIS distinta, debe hacerlo a través de un encaminador que comunique ambas LISs (no podrán establecer un único circuito virtual para comunicarse). Para que dos dispositivos que están en la misma LIS se puedan comunicar, es necesario que conozcan sus direcciones ATM. Para ello, es necesario disponer de un servidor ARP (Address Resolution Protocol). En redes convencionales como las redes ethernet, los dispositivos IP aprenden sus respectivas direcciones gracias al protocolo ARP que se apoya en la difusión del nivel de enlace. Como las redes ATM carecen de esto, se necesita el mencionado servidor para hacer la conversión de direcciones IP a direcciones ATM.

12 Los dispositivos registran en dicho servidor su dirección ATM y su dirección IP de tal forma que cuando un dispositivo se quiere comunicar con otro que está en la misma LIS le solicita al servidor que haga la traducción de la dirección IP a la dirección ATM. Con la dirección ATM ya podrá comunicarse estableciendo un circuito virtual. RFC 1577: IP clásico sobre ATM y ATMARP (servidor ATM ARP) No aborda el tema de que dos dispositivos que se encuentren en distinta LIS puedan establecer un circuito virtual para comunicarse. Para esto surgió el grupo del IETF ROLC (Routing Over Large Clouds) que más o menos quiere decir "Encaminamiento a través de grandes nubes". Se definió el protocolo NHRP (Next Hop Resolution Protocol, Protocolo de resolución del siguiente salto) para resolver el problema del salto a través del encaminador que conecta ambas LISs. Esto se consigue teniendo servidores NHS (Next Hop Servers), de tal forma que un dispositivo en una LIS puede aprender la dirección ATM de otro dispositivo de otra LIS a través del mencionado servidor. Con la dirección ATM ya pueden establecer un circuito virtual.

13 2.5. MPLS y aplicación a ingeniería de tráfico MPLS (Multiprotocol Label Switching) es un mecanismo de transporte de datos estándar creado por la IETF y definido en el RFC Opera entre la capa de enlace de datos y la capa de red del modelo OSI. Fue diseñado para unificar el servicio de transporte de datos para las redes basadas en circuitos y las basadas en paquetes. Puede ser utilizado para transportar diferentes tipos de tráfico, incluyendo tráfico de voz y de paquetes IP. Funciones de ingeniería de tráfico (a los flujos de cada usuario se les asocia una etiqueta diferente). Funciones de MPLS Policy Routing. Servicios de VPN. Servicios que requieren QoS. MPLS se basa en el etiquetado de los paquetes en base a criterios de prioridad y/o calidad (QoS). La idea de MPLS es realizar la conmutación de los paquetes o datagramas en función de las etiquetas añadidas en capa 2 y etiquetar dichos paquetes según la clasificación establecida por la QoS en la SLA. Por tanto, MPLS es una tecnología que permite ofrecer QoS, independientemente de la red sobre la que se implemente. El etiquetado en capa 2 permite ofrecer servicio multiprotocolo y ser portable sobre multitud de tecnologías de capa de enlace: ATM, Frame Relay, líneas dedicadas, LANs. Para poder crear los circuitos virtuales como en ATM, se pensó en la utilización de etiquetas añadidas a los paquetes. Estas etiquetas definen el circuito virtual por toda la red. Estos circuitos virtuales están asociados con una QoS determinada, según el SLA. Inicialmente se plantearon dos métodos diferentes de etiquetamiento, o en capa 3 o en capa 2.

14 La opción de capa 2 es más interesante, porque es independiente de la capa de red o capa 3 y además permite una conmutación más rápida, dado que la cabecera de capa 2 está antes de capa 3. Ejemplo de la arquitectura MPLS Las etiquetas sólo tienen significado local y pueden cambiar a lo largo del trayecto (como los VPI/VCI de ATM) Usuario A Tarifa Usuario B Tarifa Los routers X y Z se encargan de etiquetar los flujos según origen-destino Usuario C Ha de distinguir de algún modo los paquetes que envía hacia A o B (puede usar subinterfaces diferentes) El objetivo básico de la ingeniería de tráfico es adaptar los flujos de tráfico a los recursos físicos de la red. La idea es equilibrar de forma óptima la utilización de esos recursos, de manera que no haya algunos que estén sobreutilizados, con posibles puntos calientes y cuellos de botella, mientras otros puedan estar infrautilizados. A comienzos de los 90 los esquemas para adaptar de forma efectiva los flujos de tráfico a la topología física de las redes IP eran bastante rudimentarios. Los flujos de tráfico siguen el camino más corto calculado por el algoritmo IGP correspondiente. En casos de congestión de algunos enlaces, el problema se resolvía a base de añadir más capacidad a los enlaces. La ingeniería de tráfico consiste en trasladar determinados flujos seleccionados por el algoritmo IGP sobre enlaces más congestionados, a otros enlaces más descargados, aunque estén fuera de la ruta más corta (con menos saltos). En el esquema de la figura se comparan estos dos tipos de rutas para el mismo par de nodos origen-destino.

15 Camino más corto con ingienería de tráfico (MPLS) Camino más corto según métrica IGP tradicional El camino más corto entre A y B según la métrica normal IGP es el que tiene sólo dos saltos, pero puede que el exceso de tráfico sobre esos enlaces o el esfuerzo de los routers correspondientes haga aconsejable la utilización del camino alternativo indicado con un salto más. MPLS es una herramienta efectiva para esta aplicación en grandes backbones, ya que: Permite al administrador de la red el establecimiento de rutas explícitas, especificando el camino físico exacto de un LSP. Permite obtener estadísticas de uso LSP, que se pueden utilizar en la planificación de la red y como herramientas de análisis de cuellos de botella y carga de los enlaces, lo que resulta bastante útil para planes de expansión futura. Permite hacer "encaminamiento restringido" (Constraint-based Routing, CBR), de modo que el administrador de la red pueda seleccionar determinadas rutas para servicios especiales (distintos niveles de calidad). Por ejemplo, con garantías explícitas de retardo, ancho de banda, fluctuación, pérdida de paquetes, etc. La ventaja de la ingeniería de tráfico MPLS es que se puede hacer directamente sobre una red IP, al margen de que haya o no una infraestructura ATM por debajo, todo ello de manera más flexible y con menores costes de planificación y gestión para el administrador y con mayor calidad de servicio para los clientes.

16 + Información Webgrafía Protocolos para Redes de Tecnología ATM Rediris ofrece una revisión y clasificación de los protocolos para Redes de Tecnología ATM. ATM - Modo de Transferencia Asíncrona Más sobre la tecnología ATM en momografias.com. CLASE 3 + Información

17 Bibliografía Parnell. Guía de redes de área extensa. Editorial Mc Graw Hill, CLASE 3 + Información

18 Ejercicios MPLS Qué es MPLS? Explica brevemente su funcionamiento. Integración de IP con ATM Enumera los tipos de integración de IP con ATM y explica cómo funcionan. CLASE 3 Ejercicios

19 Recordar ATM es una tecnología de conmutación de paquetes, orientada a conexión, de alta velocidad que se caracteriza por usar paquetes de tamaño fijo con poca información de control, ya que los nodos de la red no hacen control de errores ni control de flujo. La arquitectura ATM ofrece un servicio de portador, por lo que únicamente tiene tres niveles: nivel de adaptación ATM (AAL), nvel Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) y nivel físico (PL). La conmutación de voz sobre ATM elimina la necesidad de grandes centralitas de tránsito existentes en las grandes redes de voz y hace más sencillas las tablas de encaminamiento con lo que la escalabilidad es mucho mayor y el coste mucho menor. El circuito va desde la centralita origen hasta la de destino sin la necesidad de pasar por ninguna centralita de tránsito externa. Dos de los conceptos más importantes de ATM son los canales virtuales y rutas virtuales. La arquitectura ATM difiere de la arquitectura IP, ya que ATM es orientada a conexión, mientras que IP no lo es. A pesar de ello, existen técnicas para portar datagramas IP usando celdas ATM. Los grupos de trabajo RFC 1483 (IP sobre ATM) y RFC 1577 (IP clásico sobre ATM y ATM-ARP) dan soluciones a este problema. MPLS opera entre la capa de enlace de datos y la capa de red del modelo OSI. Fue diseñado para unificar el servicio de transporte de datos para las redes basadas en circuitos y las basadas en paquetes. CLASE 3 Recordar

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