Conmutación de circuitos Redes WAN Grupo de Sistemas y Comunicaciones (GSyC) Bibliografía: Data and Computer Communications, de William Stallings

Transcripción

1 Conmutación de circuitos Redes WAN Grupo de Sistemas y Comunicaciones (GSyC) Bibliografía: Data and Computer Communications, de William Stallings

2 Esquema Circuitos: por qué? para qué? Conmutación de circuitos Jerarquías digitales: PDH, SDH Ejemplos: La RDSI, red de señalización SS7 Redes WAN: X.25, FrameRelay, ATM IP sobre X.25, F/R, ATM, HDLC, MPLS: circuitos virtuales sobre IP Aplicaciones de MPLS: Gestión de redes ópticas con GMPLS Infraestructura de Redes de Ordenadores

3 Circuitos? Comunicación basada en circuitos: Existencia de un circuito o conexión previa a la transmisión de información El medio de comunicación se identifica con un circuito o conexión Frente a comunicación basada en paquetes Atención: en qué nivel OSI nos situamos? TCP o SCTP/IP/cualquier medio UDP/IP/ATM UDP/IP/HDLC UDP/IP/Ethernet/SDH Infraestructura de Redes de Ordenadores

4 Por qué circuitos? Eficiencia El establecimiento lleva un tiempo, pero una vez conectado, la comunicación es transparente Seguridad Pregunta: por qué o por qué no? Detección y reacción frente a fallos: Ejemplo: DIAMETER sobre SCTP/sobre TCP Características estables: retardo, capacidad, tembleque ( jitter ), pérdida de datos, Percepción y confianza: disponibilidad, tecnologías que se comprenden muy bien, precio Infraestructura de Redes de Ordenadores

5 Pero Ineficiencia: capacidad reservada incluso si no hay tráfico Hacer cambios al circuito es muy complicado (puede requerir incluso mover hierros ) Tecnologías en vías de obsolescencia No todas: MPLS, redes ópticas, Infraestructura de Redes de Ordenadores

6 Y se usan? Estadísticas CMT 2011 (cmt.es) Infraestructura de Redes de Ordenadores

7 Era pre-digital Las telefonistas poner una conferencia Telefonía automática Centrales con relés y barras cruzadas Un selector (vídeo en YouTube) Infraestructura de Redes de Ordenadores

8 Conmutación de circuitos Cap. 10 de Data and Computer Communications, de William Stallings. Infraestructura de Redes de Ordenadores

9 Jerarquías digitales Estandarización de interfaces TDM para transporte digital. Multiplexación en tiempo: Relojes precisos, codificación adecuada Estandarizadas por ITU-T Jerarquía plesiócrona (PDH) Jerarquía síncrona (SDH) Infraestructura de Redes de Ordenadores

10 PDH Plesiócrona = casi en sincronía Desvíos de sincronización corregidos con rellenos Construida sobre intervalos a 64kbps (E0 G.703) Transporte de una señal vocal codificada MIC, 8bits por muestra, muestreada a 8Khz Nivel superior: E1 (G.704) = 2048 kbps mseg, 32 intervalos por trama 30 (o 31) intervalos utilizables En EEUU y Japón T1/J1 = 24*DS1 1544kbps Intervalo 0: Sincronización de trama, gestión, recuperación de reloj Intervalo 0 en T1/J1 para el bit F Infraestructura de Redes de Ordenadores

11 PDH Por encima de E1 se definieron E2, E3, E4, En la práctica para caudales mayores a un E4 (~140Mbps) se utiliza SDH. Problemas PDH: Ineficiente (y peor al subir el caudal) Extracción de tributarios Interconexión internacional No se estandarizaron interfaces ópticas Infraestructura de Redes de Ordenadores

12 SDH Solventar los problemas de la PDH Eficiencia independiente del caudal Capacidades avanzadas de gestión Interoperable Interfaces ópticas Acceso directo a los tributarios desde niveles superiores Estandarizado por la ITU-T a partir de los últimos años 80 SONET y ANSI en EEUU Pero esta vez se asegura la compatibilidad Síncrona, no plesiócrona Infraestructura de Redes de Ordenadores

13 SDH - detalles Construida sobre 3 niveles: Regenerator/Multiplex/Path Ladrillo SDH: STM-1 = Mbps SONET: STS-1/OC-1 = 51.84Mbps STM-1 es una matriz 9 x 270 bytes que se repite cada 125 μs Las 3 primeras columnas contienen punteros a los VC ( virtual container ) Los tributarios flotan en los flujos SDH Infraestructura de Redes de Ordenadores

14 Infraestructura de Redes de Ordenadores

16 270 columns RSOH MSOH Section Overhead SOH RS overhead = 3 x 9 Pointer overhead = 1 x 9 MS overhead = 5 x 9 SPE = 9 x 261 columns Infraestructura de Redes de Ordenadores Y(J)S SONET Slide 16

18 Los tributarios flotan en el SPE Infraestructura de Redes de Ordenadores

19 SDH en la práctica Anillos Detección y reacción frente a fallos < 50 mseg Para llevar tráfico IP: STM-4 (~620 Mbps) comunes en centros de datos, redes WAN STM-16 (~2.5 Gbps) y STM-64 (~10 Gbps) para operadores y proveedores de acceso a internet. Infraestructura de Redes de Ordenadores

20 Conmutación de circuitos Redes WAN Parte II Grupo de Sistemas y Comunicaciones (GSyC) Bibliografía: Data and Computer Communications, de William Stallings

21 RDSI (Red digital de servicios integrados) Dos tipos de canales: Portador (B): 64kbps Señalización (D): 16kbps Acceso básico (BRI): 2B + D Acceso primario: 30B + D Sobre medio físico = E1 Canal D normalmente en el timeslot 16 EEUU y Japón utilizan T1: 23B+D Infraestructura de Redes de Ordenadores

22 Interfaces RDSI Infraestructura de Redes de Ordenadores

23 RDSI Q.921 = LAPD (muy similar a HDLC) Necesario que esté OK para recibir o enviar llamadas Identificación TEI del usuario negociada cada vez que se levanta el canal D Q.931: gestión de las conexiones Infraestructura de Redes de Ordenadores

24 Modelo de llamada Q.931 Infraestructura de Redes de Ordenadores

25 Circuitos virtuales Por qué? X.25 FrameRelay ATM Redes WAN IP sobre redes WAN PPP NBMA Infraestructura de Redes de Ordenadores

26 Circuito / Circuito virtual /Datagramas Infraestructura de Redes de Ordenadores

27 Circuitos virtuales Infraestructura de Redes de Ordenadores

28 VC/Datagramas El primer paquete tiene que esperar el tiempo de establecimiento del circuito virtual El circuito virtual se identifica con un pequeño identificador: no desperdicia capacidad Si un paso del circuito virtual falla, hay que restablecerlo La decisión de enrutado en cada nodo intermedio es muy rápida Según como se configure (y la tecnología), el circuito virtual puede garantizar reserva de recursos No hay tiempo de espera para enviar el primer paquete No hay garantía de entrega Cada paquete lleva la información necesaria para el enrutado Cada paquete se trata independientemente: pueden seguir rutas diferentes (llegar desordenados), desaparecer Cada paquete se trata independientemente: es posible enrutar evitando problemas en nodos intermedios Infraestructura de Redes de Ordenadores

29 X.25 Ofrece transmisión de paquetes con detección y corrección de errores extremo a extremo Pensado para enlaces con tasas de error considerables y poco ancho de banda Estándar, interoperable Obsoleto, pero no difunto Interfaz DTE-DCE y DTE-DTE DTE? DCE? Infraestructura de Redes de Ordenadores

30 X.25 Físico: habitualmente X.21, V.x (V.35, V.24 ) Enlace: LAPB, conexión DTE-DCE Derivado de HDLC (HDLC -> LAP -> LAPB) Control de errores (detección + retransmisión) Control de flujo (ventana deslizante y RR/RNR) Establecimiento (SABM) -> transferencia -> desconexión Red: X.25 propiamente dicho Circuitos virtuales permanentes (PVC) o dinámicos ( switched SVC). Multiplexación de varios circuitos Secuenciamiento de paquetes Control de errores (detección + retransmisión) Control de flujo (ventana deslizante y RR/RNR), control de errores Direcciones X.121 Infraestructura de Redes de Ordenadores

31 Frame Relay Más ligero que X.25, adaptado a medios de transmisión más fiables Estandarizado por ITU-T y el FRF Nivel de enlace Circuitos virtuales permanentes PVC o dinámicos SVC Deja trabajo para las capas superiores: No hay control de flujo No hay control de errores Los nodos intermedios descartan paquetes con error Posibilidad de negociar con la red la tasa de transferencia y otro parámetros Señalización de congestión a los extremos Infraestructura de Redes de Ordenadores

32 Frame Relay Nivel enlace: Q.922 = LAPF (basado en Q.921 = LAPD de RDSI) DLCI (Data link connection identifier), identifican los circuitos virtuales en cada extremo DLCI 0 reservado para señalización de llamadas y gestión del enlace con la red Establecimiento de SVC utiliza Q.933 (basado en Q.931 de RDSI) sobre DLCI 0 DLCI 16-x para SVC o PVC, asignados por el operador de la red WAN DLCI no coinciden en los dos extremos Infraestructura de Redes de Ordenadores

33 DLCI: ámbito local Infraestructura de Redes de Ordenadores

34 Parámetros tráfico F/R AR ( access rate ): Tasa binaria en la interfaz de acceso. Marca el tope máximo de tráfico que podemos admitir o transmitir. Bc ( committed burst ) : Cantidad máxima de datos que la red transmite, en condiciones normales, en un tiempo Tc. Be ( excess burst ) : Cantidad máxima de datos sobre el Bc que la red intentará transmitir durante un tiempo Tc. CIR ( commited information rate ) = Bc/Tc: tasa binaria que la red intentará mantener (sin ser una garantía). Tráfico por encima del CIR y por debajo del Be se marca como DE y puede descartarse. Tráfico con DE no marcado es el último en ser descartado EIR ( excess information rate ) = Be/Tc Lo que pasa de EIR se descarta inmediatamente peak rate = CIR + EIR, tiene que ser menos que el AR. Infraestructura de Redes de Ordenadores

35 Congestión en F/R DE: discard eligibility Se pasa Bc -> marca DE Backward Explicit Congestion Notification (BECN): Se activa en sentido opuesto al tráfico congestionado (hacia el origen). Forward explicit congestion notification (FECN): Se activa en el tráfico que viaja en el sentido del tráfico congestionado. Notifica al receptor de que esta trama ha pasado por zona de congestión. En el lado del usuario: Se recibe BECN: usuario reduce la tasa de envío hasta que desaparezca. Se recibe FECN: notificar al otro extremo de que reduzca la tasa de envío. En la red: BECN/FECN disparan los procedimientos de control de congestión (p.e. descartar tráfico con DE, cambios en las rutas, etc.) Infraestructura de Redes de Ordenadores

36 ATM Conmutación de celdas de tamaño fijo (53 octetos) Celdas pequeñas: se procesan rápido, permiten que las prioritarias se cuelen entre las demás Tamaño fijo: conmutación en hardware Control de errores y de flujo muy ligero Tasas binarias altas Nivel de enlace Nivel 1: SDH o directamente el flujo de celdas Interacciona con capas superiores mediante AAL ( ATM Adaptation Layer ) AAL1: transporte de circuitos AAL2: voz/vídeo paquetizados AAL5: IP Infraestructura de Redes de Ordenadores

37 Servicios ATM Tiempo real: latencia y jitter restringidos Constant bit rate (CBR): emula circuitos Real time variable bit rate (rt-vbr): voz o vídeo paquetizados No tiempo real: para tráfico en ráfagas Non-real time variable bit rate (nrt-vbr): tráfico en ráfagas que puede caracterizarse Available bit rate (ABR): similar a F/R (se fija una tasa mínima y máxima) Unspecified bit rate (UBR): best effort, tráfico IP genérico Guaranteed frame rate (GFR): tráfico IP genérico que garantiza una tasa mínima, parecido a ABR pero sin su control de flujo Infraestructura de Redes de Ordenadores

38 Servicios ATM Infraestructura de Redes de Ordenadores

39 VCC/VPC Circuitos virtuales (VCC), agrupados en caminos virtuales (VPC) VPC agrupa a varios VCC que fluyen entre dos puntos (ojo, no tienen porque ser los extremos de los VCC) Dinámicos o semi-permanentes VPC?: Menor tiempo de establecimiento, flexibilidad en servicios (usuario puede crear servicios sobre VPC) El sistema también usa los VCC internamente entre los nodos o para señalización UNI VCC: QoS (pérdida de celdas, jitter), mantenimiento de la secuencia de celdas, monitorización del uso Infraestructura de Redes de Ordenadores

40 La celda ATM Infraestructura de Redes de Ordenadores

41 ATM sobre STM-1 Infraestructura de Redes de Ordenadores

42 IP sobre punto a punto - PPP PPP ( point to point protocol ): transmisión de protocolos sobre enlaces punto a punto Encapsulación similar a HDLC Puede multiplexar tráfico entre varios enlaces ( multilink PPP ) LCP ( link control protocol ): negociación entre los dos extremos: autenticación (PAP/CHAP), formatos, NCP ( network control protocol ): específicos para cada protocolo. IPCP para IP Por ejemplo: ADSL, conexión por modem OSI layer 3 2 Upper-layer protocols (such as IP, IPX, AppleTalk) Network Control Protocol (NCP) (specific to each network-layer protocol) Link Control Protocol (LCP) 1 High-Level Data Link Control (HDLC) Physical Layer (such as EIA/TIA-232, V.24, V.35, ISDN) Infraestructura de Redes de Ordenadores

43 Ejemplo de sesión PPP Infraestructura de Redes de Ordenadores

44 IP sobre SDH RFC2615: IP sobre SONET IP sobre PPP, PPP sobre SONET/SDH GFP ITU-T: transporte eficiente sobre SONET de Ethernet y otros (PPP ) No utiliza HDLC para separar tramas Dos alternativas de funcionamiento: Transparente: Cada trama de capa superior se encapsula en una trama GFP Entramado: Una trama GFP agrupa múltiples tramas de la capa superior GFP es más eficiente, más flexible que RFC 2615 Infraestructura de Redes de Ordenadores

45 IP sobre redes WAN El nivel de enlace no permite difusión ( broadcasts ): NBMA ARP? Técnicas para acelerar la convergencia y evitar bucles en protocolos de enrutamiento basado en distancia (RIP, etc) split horizon, poison reverse Infraestructura de Redes de Ordenadores

46 ARP sobre F/R InverseARP (RFC 2390) Frame Relay Destination DLCI (500) Inverse ARP IP ( ) PVC DLCI=500 ETH Destination MAC Source MAC IP ARP Infraestructura de Redes de Ordenadores

47 Convergencia de rutas en redes WAN Cuando se usan protocolos de enrutamiento basados en distancia (p.e. RIP) Actualización de rutas Infraestructura de Redes de Ordenadores

48 MPLS IP: en cada nodo se calcula el próximo salto para cada paquete Coste en tiempo, procesamiento, retardos variables Muy difícil hacer ingeniería de tráfico MPLS: Separación de los planos de control y de encaminamiento Entre nivel 2 y nivel 3 RFC 3031: MPLS Architecture Etiquetas ( label ): cabecera de 32 bits que se antepone a los paquetes IP Se pueden colocar etiquetas sobre etiquetas (equivalente a encapsular circuitos dentro de circuitos) En la periferia: LER ( Label Edge Router ): asigna el flujo (decisión de enrutamiento) Etiquetas se asignan no sólo en función de los factores clásicos IP: QoS, dirección de origen En el núcleo: (LSR: Label Switch Router ) conmutan el flujo basado únicamente en la etiqueta: Label Switch Path Infraestructura de Redes de Ordenadores

49 Encaminamiento MPLS Plano de control: Protocolos de encaminamiento IP (OSPF, IS-IS, BGP) para intercambiar de etiquetas y dedicados (LDP,RSVP) Plano de datos: Encaminamiento en base a etiquetas, simple y rápido Infraestructura de Redes de Ordenadores

50 Uso de MPLS: VPN Red de acceso VPN PE CE 20.x.x.x PE VPN VPN2 VPN3 MPLS VPN PE CE VPN2 30.x.x.x CE VPN3 40.x.x.x Infraestructura de Redes de Ordenadores

51 GMPLS Reuso de la tecnología MPLS como plano de control en redes ópticas Los LSP se corresponden con λ Infraestructura de Redes de Ordenadores