Dispositivos X Arquitectura de Protocolos Nivel de Paquete Nivel de Enlace Nivel Físico... 12

Transcripción

1 Tabla de Contenidos Tecnologías de transporte para redes...5 Redes de conmutación de paquetes...5 X Historia...8 Estructura de X.25 conforme al modelo OSI...8 Características de operación...9 Dispositivos X Arquitectura de Protocolos...10 Nivel de Paquete Nivel de Enlace Nivel Físico Señalización y Transferencia de Datos...12 Establecimiento de llamada (Call Setup) Diagramas de estado X Control de Errores y de Flujo de Información...14 LAPB-Link Access Protocol, Balanced Formato de los Paquetes El Paquete de Control...15 El Paquete CALL REQUEST...16 El paquete de datos...17 Direccionamiento...18 ISDN...19 Historia...19 Características de operación...21 Tipo de Servicios Configuración de Referencia Servicio ISDN BRI Servicio ISDN PRI Arquitectura de Protocolos...24 Capa Capa Capa Señalización y transferencia de datos...27 Direccionamiento...28 Octavio Herrera 1/85

2 Frame Relay...30 Historia...30 Frame Relay conforme al modelo OSI...33 Nivel Nivel Características de operación...34 SVCs PVCs Estructura de la Trama Interfaz de Administración Local, LMI Parámetros de Configuración de Frame Relay CIR...39 Control de errores y de flujo de información...40 Control de tráfico y congestión...40 Direccionamiento...41 Comparación con X ATM...44 Historia...44 Estructura de ATM conforme al modelo OSI...45 Características de operación...46 Categorías de Servicios ATM y Aplicaciones Tasa de Bits Constante, CBR...48 Tasa de Bits Variable de Tiempo Real, rt-vbr...48 Tasa de Bits Variable de Tiempo no Real, nrt-vbr...48 Tasa de Bits Disponible, ABR...49 Tasa de Bits no Especificada, UBR...50 Arquitectura de protocolos...50 Modelo ATM Capa física Capa ATM Capa de adaptación ATM Capa de Adaptación ATM, AAL Capa de Adaptación ATM, AAL Capa de Adaptación ATM 3/4, AAL3/ Capa de Adaptación ATM 5, AAL Canales y rutas virtuales...57 Definición y estructura de una celda ATM...58 Direccionamiento...59 Control de tráfico y congestión...62 Señalización ATM Octavio Herrera 2/85

3 Ethernet...65 Historia...65 Ethernet conforme al modelo OSI...67 Capa física...68 Características de operación...69 CSMA/CD, Ethernet Half-Duplex Transmisión Full-duplex SONET/SDH...74 Historia...74 Jerarquía de señales SONET/SDH...75 Estructura de la trama...75 Multiplexaje Otras tecnologías...80 DWDM...80 Historia Estructura de un sistema DWDM DSL...82 ADSL Wireless...84 Referencias...85 Índice de Figuras Figura 1. X.25 y el Modelo OSI 9 Figura 2. Establecimiento de una llamada X Figura 3. Diagrama de estados X.25 para CALL SETUP. 14 Figura 4. Trama LAPB de X Figura 5. Paquete de Control X Figura 6. Paquete CALL REQUEST de X Figura 7. Paquete de Datos X Figura 8. Dirección X Figura 9. Configuración de Referencia ISDN 22 Figura 10. ISDN y el modelo OSI 25 Figura 11. Trama física ISDN 25 Figura 12. Estructura de la trama LAPD 27 Figura 13. Establecimiento de una llamada ISDN. 29 Figura 14. Estructura del servicio de Frame Relay en Norteamérica. 32 Figura 15. Frame Relay y el Modelo OSI. 33 Figura 16. Trama Frame Relay. 36 Octavio Herrera 3/85

4 Figura 17. Trama LMI de Frame Relay. 38 Figura 18. Procesamiento de Frame Relay vs X Figura 19. ATM y el Modelo OSI. 45 Figura 20. Modelo de Referencia ATM. 50 Figura 21. Capa de Adaptación ATM 1 (AAL1). 54 Figura 22. Capa de Adaptación ATM 3/4 (AAL 3/4) 55 Figura 23. Capa de Adaptación ATM 5 (AAL 5) 56 Figura 24. Canales y Rutas Virtuales en ATM. 57 Figura 25. Estructura de las celdas ATM. 58 Figura 26. Formato(s) de Direcciones ATM. 61 Figura 27. Ethernet y el Modelo OSI. 67 Figura 28. Modelo de referencia genérico para la capa física de Ethernet. 68 Figura 29. Estructura de la(s) trama(s) Ethernet. 72 Figura 30: Estructure de la trama STS-1 de SONET 75 Figura 31: Posición del STS-1 SPE en la trama STS-1 de SONET 76 Figura 32: Estructura de la trama STS-N de SONET 77 Figura 33. Multiplexaje de VTs en una trama STS Figura 34. Estructura de un sistema DWDM. 80 Índice de Tablas Tabla 1: Comparación de los servicios de conmutación de circuitos virtuales y datagramas. 6 Tabla 2. Campos de la Trama LAPB de X Tabla 3. Campos de la trama física ISDN. 25 Tabla 4: Comparación entre Frame Relay, TDM y X Tabla 5. Capas de Adaptación ATM (AALs). 53 Tabla 6. Campos de una celda ATM. 59 Tabla 7: Formato(s) de Direcciones ATM. 61 Tabla 8: Campos de la(s) trama(s) Ethernet. 72 Tabla 9: Jerarquía de señales SONET/SDH 75 Tabla 10: Equivalencia de términos SONET-SDH 77 Tabla 11: SDH VCs 79 Tabla 12: SONET VTs 79 Tabla 13: Tecnologías inalámbricas para redes locales/personales. 84 Octavio Herrera 4/85

5 Tecnologías de transporte para redes El campo de las telecomunicaciones ha evolucionado enormemente durante las últimas décadas. Actualmente, resulta difícil identificar hasta donde el desarrollo en el campo de las comunicaciones y en el cómputo ha influenciado en mayor o menor medida el desarrollo de las telecomunicaciones. De la integración de estas dos ramas tecnológicas surgen las tecnologías de transporte de redes, de las cuales retomaremos varias implementaciones para su discusión. En módulos anteriores se discutió sobre la necesidad de clasificar las redes de acuerdo a diferentes criterios con el fin de facilitar su análisis y/o diseño. En este módulo trataremos varias tecnologías de transmisión para redes de computadoras que pueden ser clasificadas de acuerdo a varias categorías: ancho de banda, cobertura geográfica, etc. De entre todas estas categorías, una de las más básicas, y que describiremos a continuación, es el tipo de conmutación utilizada para manejar eficientemente los recursos de la red. Redes de conmutación de paquetes Las computadoras intercambian información de la misma forma en que los seres humanos intercambian palabras. Así como entre individuos sólo una estructuración adecuada de palabras permite una comunicación eficiente, entre computadoras sólo una estructuración adecuada de la información a ser intercambiada resulta en una comunicación eficiente. Así pues, las redes de computadoras establecen mecanismos precisos para comunicar equipos de cómputo. Estos mecanismos bien podrían entenderse como el equivalente a los lenguajes en el caso de los seres humanos y al igual que con la comunicación entre personas, ésta puede seguir diferentes formatos y estructuras (los idiomas pueden ser expresados en forma escrita o hablada y puede estar estructurado de diferente forma: gramática y fonética.) Creemos importante la elaboración de esta analogía debido a que en nuestra comparación de tecnologías de transporte en más de una ocasión llegaremos a situación similares a si deseáramos comparar dos idiomas (no hay un lenguaje perfecto, pero siempre hay circunstancias en las cuales un idioma resulta más efectivo para comunicar un mensaje.) Para operar eficientemente todas las redes de telecomunicaciones siguen un principio básico: multiplexar sus recursos. Existen tres técnicas básicas de multiplexaje en redes de telecomunicaciones: circuitos, mensajes y paquetes. La primera técnica es propia de las Octavio Herrera 5/85

6 redes telefónicas y la última de las de computadoras. Con el fin de economizar espacio describiremos en detalle solamente esta última. En las redes de conmutación de paquetes el proceso básico de operación consiste en el consecutivo encolado y transmisión de paquetes a través de los nodos de la red hasta alcanzar el equipo terminal destino. Existen dos modalidades de la conmutación de paquetes: datagramas y circuitos virtuales, cada una de estas tiene ventajas y desventajas que la hacen conveniente para diferentes aplicaciones. Establecimiento de la comunicación Manejo de errores Dirección destino Control de flujo Secuenciación de paquetes Tecnologías que la usan Circuitos Virtuales Requerido Es transparente a los equipos terminales Requerida solo en fase inicial Efectuado por la red Siempre en orden X.25, Frame Relay, ATM Datagramas No es necesario Efectuado por equipos terminales Necesario en cada uno de los paquetes Efectuado por los equipos terminales Los paquetes pueden arribar en desorden Ethernet Tabla 1: Comparación de los servicios de conmutación de circuitos virtuales y datagramas. El proceso de encaminamiento en cada nodo es más rápido cuando se usan circuitos virtuales debido a que antes de iniciar la transmisión se estableció una ruta predeterminada para todos los paquetes, de ahí el nombre de circuito virtual, ya que recuerda al uso de circuitos dedicados empleado en las comunicaciones telefónicas. Debido al preestablecimiento de esta ruta, el procesamiento del encabezado de los paquetes es más sencillo que el utilizado en la conmutación de datagramas y se garantiza además que los paquetes arribarán en orden al equipo terminal destino. Sin embargo, esta simplificación implica una perdida de flexibilidad. Si un nodo en la ruta preestablecida falla, la comunicación se interrumpe y los paquetes son desechados mientras un procedimiento de reconstrucción de la ruta toma lugar. En contraste, la conmutación de datagramas es más flexible; el enrutamiento de los paquetes es ajustado dinámicamente de acuerdo a las condiciones de la red, incluyendo fallas, lo que puede repercutir en que los paquetes arriben a su destino en desorden. El servicio de circuitos virtuales valida los datos en cada nodo y en caso de encontrar errores los paquetes son descartados, en contraste, el servicio de Octavio Herrera 6/85

7 conmutación de datagramas la corrección de errores es responsabilidad de los nodos terminales. La tabla #1 resume las características de estos dos métodos de conmutación de paquetes: La mayor parte de las tecnologías que vamos a describir en este trabajo operan con datagramas, pero al menos SONET e ISDN están basados en la conmutación de circuitos. Octavio Herrera 7/85

8 X.25 Historia A principios de la década de los 70s existían varias redes públicas de datos, cada una de las cuales tenían características internas diferentes y eran operadas por diferentes entidades: corporaciones, gobierno y otras organizaciones. En la medida que la necesidad de comunicarse entre estas redes crecía la necesidad de tener una interfaz común para su interconexión se volvió imperiosa. En 1976 la CCITT adoptó la recomendación X.25 como el protocolo para la interconexión de estas redes. Posteriores revisiones del protocolo han sido publicadas en 1980, 1984, 1988 y Estructura de X.25 conforme al modelo OSI La arquitectura de X.25 abarca las tres primeras capas del modelo OSI y esta dividida a su vez en tres niveles (Red, Enlace y Físico) cuya especificación es muy similar a sus capas correspondientes en el modelo OSI. Los siguientes protocolos son comúnmente usados en las implementaciones de X.25: Packet-Layer Protocol (PLP), Link Access Procedure, Balanced (LAPB), y algún estándar de capa física para interfaces seriales (tales como X.21 1, X.21-bis, V.24, EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, EIA-530 y G.703). La siguiente figura muestra la correspondencia entre los niveles de la arquitectura X.25 y las capas correspondientes del modelo OSI. 1 El estándar X.21 es equivalente al EIA-232 trabajando a una velocidad máxima de 19,200 baud. Octavio Herrera 8/85

9 Figura 1. X.25 y el Modelo OSI Características de operación X.25 es un protocolo para redes WAN que define los procedimientos a seguir para la comunicación entre un dispositivo terminal del usuario (host), denominado Data Terminal Equipment (DTE) y un nodo en la red, denominado Data Circuit Terminating Equipment (DCE). Los servicios que provee X.25 garantizan la entrega ordenada de datos mediante el uso de canales virtuales. X.25 esta diseñado para trabajar efectivamente sin importar las características de los sistemas conectados a la red. Es utilizado comúnmente en las redes de los proveedores de servicios de telecomunicaciones (compañías telefónicas). A los usuarios se les cobra de acuerdo a su utilización de la red. Con el fin de garantizar la entrega y secuencia de cada uno de los paquete X.25 require que los nodos finales (DTEs) y los nodos intermedios efectúen funciones de confirmación (acknowledge), almacenamiento (buffer) ruteo, encaminamiento (forwarding) y posiblemente retransmisión de cada trama enviada. Esto reduce las tasas de transmisión y genera retardo. Si la red es grande y contiene muchos saltos confiables el retardo y deterioro en el desempeño que se debe pagar por mantener las garantías de entrega y secuencia es considerable. Las redes X.25 han mejorado su desempeño en el transcurso de más de 20 años de historia; las conexiones modernas manejan velocidades de 56 kbps, 64 kbps e incluso 2 Mbps. En Octavio Herrera 9/85

10 resumen, X.25 todavía puede proveer servicios de conexión competitivos a velocidades entre bajas a medianas. El servicio es ubicuo en muchos países y existen equipos disponibles. Es mas barato emplear X.25 para transferir pequeñas cantidad de información y permite el establecimiento de circuitos sobre demanda. Dispositivos X.25 Existen básicamente tres tipos de dispositivos en una red X.25: DTEs, DCEs y PSEs (Packet-switching Exchange). Los DTEs son dispositivos terminales que se comunican a través de la red X.25, son usualmente computadoras personales o nodos de red que se encuentran ubicados en las instalaciones del usuario final. Los DCEs son dispositivos de comunicación, tales como modems, y proveen una interfaz entre los DTEs y los PSEs, usualmente se encuentran ubicados en las instalaciones del proveedor de telecomunicaciones. Los PSEs son conmutadores (switches) y componen el grueso de la red del proveedor. El PAD (Packet Assembler/Disassembler) es un dispositivo que se encuentra comúnmente en las redes X.25. Los PADs son empleados cuando el dispositivo DTE es demasiado sencillo para llevar a cabo todas las funcionalidades del protocolo X.25. Los PADs se colocan entre el DTE y el DCE y cumplen con las siguientes tareas básicas: ensamble y desensamble de paquetes y almacenamiento temporal (buffering). Arquitectura de Protocolos Nivel de Paquete El nivel de paquete (también llamado nivel 3 o nivel de red) utiliza unidades de datos llamadas paquetes que contienen información de control y datos del usuario. Este nivel provee procedimientos para el manejo de los siguientes servicios: Circuito Virtual (Virtual Circuit, VC) es una asociación temporal entre dos DTEs, es iniciada por un DTE que envía un CALL REQUEST a la red. Este servicio garantiza la secuencia de entrega de paquetes entre los DTEs en ambas direcciones. Los circuitos virtuales son establecidos en cualquier momento cuando dos DTEs necesiten comunicarse. Este es el servicio mas comúnmente empleado en el protocolo X.25. Octavio Herrera 10/85

11 Circuito Virtual Permanente (Permanent Virtual Circuit, PVC) es una asociación permanente entre dos DTEs existentes que no requiere de procedimientos de inicialización (conectarse) o terminación (desconectarse) por parte de los DTEs. Datagramas (Datagrams, DG) es una unidad de datos autocontenida. Incluye información suficiente para ser enrutada al DTE destino en forma independiente a todas las demás unidades de datos y sin necesidad del establecimiento de una llamada. Las unidades de datos son transmitidas sin garantías de entrega y secuencia. Cada datagrama debe contener información completa de direccionamiento y control para permitir su entrega al DTE destino. Selección Rápida (Fast Select) es un servicio que habilita al paquete de control para también transmitir datos. Otros Servicios: El nivel de paquetes también provee los procedimientos de establecimiento y terminación de llamadas requeridos para el servicio de VC. El nivel de paquete se encarga del control de flujo para evitar que un transmisor sature al otro con paquetes y que la entrega de paquetes sea ordenada y eficiente. El nivel de paquete también maneja errores para abortar o reinicializar un VC en caso de ser necesario. Nivel de Enlace El nivel de enlace (también llamado nivel 2, o nivel de trama) asegura la transferencia confiable de datos entre el DTE y el DCE mediante la transferencia de una secuencia de tramas. Las funciones llevadas a cabo por la capa de enlace incluyen: Transferencia sincronizada y eficiente de los datos. Sincronización del enlace para garantizar que el receptor esta en concordancia con el transmisor. Detección y recuperación de transmisiones erróneas. Identificación y reporte de fallas en procedimientos hacia las capas superiores para su recuperación. El nivel de enlace emplea un procedimiento de control del enlace que es compatible con HDLC (High Level Data Link) estandarizado por ISO. Existen varios protocolos que pueden emplearse en este nivel: Octavio Herrera 11/85

12 LAPB (Link Access Protocol, Balanced) es derivado de HDLC y es el que se utiliza más comúnmente. Permite el establecimiento de un enlace lógico además de las características propias de HDLC. LAP (Link Access Protocol) Es una versión anterior de LAPB y raramente se le utiliza en la actualidad. LAPD (Link Access Protocol, D Channel) es derivado del LAPB y es utilizado en ISDN. LLC (Logical Link Control) es un protocolo LAN de la serie IEEE 802 que permite en envio de paquetes X.25 a través de un canal en una red local (LAN). Nivel Físico La capa física (nivel 1) maneja las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimientos y la interfase funcional entre un DTE y un DCE. El nivel físico puede estar especificado por cualquiera de las recomendaciones para modems y circuitos de interconexión: X.21, X.21-bis o V.24 X.21 es una recomendación de la CCITT para la operación de circuitos digitales. Emplea ocho circuitos de interconexión (tierra, regreso común del DTE, transmisión, recepción, control, indicador, señalización de elemento y sincronía). La función de cada uno esta definida en la recomendación X.24 y sus características eléctricas en la recomendación X.27. X.21-bis es una recomendación de la CCITT que define la interfase analógica para acceder al circuito digital de la red de conmutación de paquetes por medio de un circuito analógico. X.21-bis incluye procedimientos para enviar y recibir información de direccionamiento, lo cual le permite a un dispositivo DTE establecer comunicación con otro dispositivo DTE con acceso a la red digital. V.24 es también una recomendación de la CCITT y provee procedimientos que permiten la operación de un DTE sobre una línea privada que lo conecta con un dispositivo de conmutación de paquetes o un concentrador. Señalización y Transferencia de Datos Establecimiento de llamada (Call Setup) Cuando un DTE A quiere comunicarse con un DTE B este debe crear un paquete de establecimiento de llamada (CALL REQUEST) y pasárselo a su DCE. El DTE B recibe el paquete por medio de la red y su DCE. Si el DTE B desea aceptar la llamada enviará de Octavio Herrera 12/85

13 regreso un paquete de aceptación de la llamada (CALL ACCEPTED). En el momento en que el DTE A recibe el paquete de aceptación de la llamada (CALL ACCEPTED) el circuito virtual (VC) esta establecido. A partir de este momento los dos DTEs pueden emplear la conexión full-duplex para intercambiar datos. Cuando alguna de las partes desea terminar la conexión, basta con enviar una solicitud de liberación (CLEAR REQUEST) y esperar la confirmación del mismo por parte de su interlocutor (CLEAR CONFIRMATION). Figura 2. Establecimiento de una llamada X.25 El DTE determina el número del circuito para las llamadas de salida, en tanto que el DCE determina el número de circuito para las llamadas de entrada. Si ambos eligen el mismo número de manera simultanea, se presenta una colisión (Call Collision). X.25 específica que en este caso, la llamada de salida será procesada y la de entrada será cancelada. Diagramas de estado X.25 El estándar X.25 contiene varios diagramas de estado que describen la secuencia de eventos tales como el establecimiento de llamada y la terminación de ésta. El siguiente diagrama marca las fases del procedimiento de establecimiento de llamada. Octavio Herrera 13/85

14 Figura 3. Diagrama de estados X.25 para CALL SETUP. Inicialmente, la referencia es el estado P1. Un paquete CALL REQUEST o INCOMING CALL cambia el estado a P2 o P3 respectivamente. Desde estos estados, el estado de transferencia de datos puede ser alcanzado directamente o pasando a través del estado P5. Existen diagramas similares para la terminación de llamadas o reinicialización de estas. Control de Errores y de Flujo de Información LAPB-Link Access Protocol, Balanced. A continuación describiremos en detalle LAPB debido a que es el protocolo que se utiliza normalmente en X.25. Este protocolo utiliza la siguiente estructura de trama: Variable 16 8 Bandera Dirección Control Datos Checksum Bandera Longitud de los campos en bits Figura 4. Trama LAPB de X.25. Campo Flag Address Control Cheksum Descripción Los campos de banderas indican el inicio y fin de la trama. Contienen la secuencia El campo de dirección contiene las direcciones del DTE/DCE. El campo de control contiene una secuencia de números, comandos y respuestas que controlan el flujo de datos entre el DTE y el DCE. El campo de secuencia de suma indica si se ha presentado un error en la transmisión. Es una variante del CRC (Cyclic Redundancy Code). Tabla 2. Campos de la Trama LAPB de X.25 Octavio Herrera 14/85

15 Existen tres tipos de tramas: Información: Contiene los datos que están siendo transferidos El campo de control contiene los números de secuencia de las tramas transmitidas. Supervisión: Existen varios tipos. RECEIVE READY-Es una trama indicando el número de secuencia esperado en la siguiente trama. REJECT-Indicador negativo empleado para indicar la identificación de un error en la transmisión. RECEIVE NOT READY (RNR)-Misma información que en RECEIVE READY pero le indica al transmisor que interrumpa el envío de tramas. No-numeradas: Empleado exclusivamente con fines de control. Sus funciones incluyen el establecimiento del enlace y su desconexión, así como el reporte de errores. Los siguientes comandos también son empleados en LAPB: DISC (DISConnect)- Le permite al equipo indicar que esta a punto de desconectarse. SNRT (Set Normal Response Time)- Le permite anunciar su presencia a un equipo que acaba de reconectarse. FRMR (FRaMe Reject)- Es empleado para indicar que una trama con secuencia de suma adecuada pero sin significado semántica ha sido recibida. Formato de los Paquetes Ahora examinaremos el formato de los paquetes en el protocolo X.25 El Paquete de Control El formato de los paquetes de control es como sigue: Figura 5. Paquete de Control X25. Octavio Herrera 15/85

16 Al igual que los demás paquetes X.25, los paquetes de control comienzan con una cabecera de 3 bytes. Los bytes 1 y 2 contienen los campos de grupo y de canal que juntos conforman el número de identificación del canal virtual. El número cero esta reservado para usos futuros, de tal forma que un DTE puede usar 4095 identificadores de canales virtuales a un mismo tiempo. El Paquete CALL REQUEST La información adicional del paquete CALL REQUEST es como sigue: Figura 6. Paquete CALL REQUEST de X.25. La longitud de las direcciones origen y destino esta determinada por los dos primeros campos del paquete. La pareja de campos subsecuentes contienen las direcciones propiamente dichas, codificadas como dígitos decimales, cuatro bits por cada digito. Las funcionalidades pueden variar de red a red. Estas pueden ser llamadas por cobrar, canales unidireccionales (en lugar de full-duplex), tamaño máximo del paquete y tamaño de la ventana, en lugar de usar los valores por omisión de 128 bytes y 2 paquetes. El siguiente campo, Facilities Length, determina cuantos bytes de facilidades siguen. El campo de facilidades es empleado para solicitar funcionalidades especiales para la conexión. El último campo, User Data, permite al DTE enviar hasta 16 bytes de información junto con el paquete CALL REQUEST. Otros paquetes de control son: CALL ACCEPTED es enviado si el DTE marcado acepta la llamada. CLEAR REQUEST es empleado bajo diversas circunstancias, el cuarto byte del paquete informa porque la conexión esta siendo inicializada. Es confirmado por el paquete CLEAR REQUEST CONFIRMATION. Octavio Herrera 16/85

17 INTERRUPT permite el envió fuera de secuencia de una pequeña señal (32 bytes). Es confirmada por el paquete INTERRUPT CONFIRMATION. RECEIVE READY (RR) es utilizado cuando no existe tráfico en la dirección contraria. El campo ppp (los tres primeros bits del campo type) indican que paquete se espera a continuación. RECEIVE NOT READY (RNR) permite a un DTE indicar al otro extremo que debe suspender el envío de paquetes. REJECT permite al DTE solicitar la retransmisión de una serie de paquetes. El campo ppp indica el numero de secuencia del primer paquete en cuestión. RESET y RESTART son utilizados para recuperarse de diferentes situaciones de error. Son confirmados por un paquete RESET CONFIRMATION y RESTART CONFIRMATION respectivamente. DIAGNOSTIC permite notificar problemas al usuario. El paquete de datos El formato del paquete de datos es como sigue: Figura 7. Paquete de Datos X.25. El bit Q permite a los protocolos de las capas superiores calificar los datos. El bit puede ser empleado para diferenciar entre los paquetes de control y los de datos de las capas superiores. El bit de control es siempre cero para los paquetes de datos. Los campos de secuencia (Sequence) y Piggyback son utilizados para el control de flujo usando un mecanismo de ventana deslizante (sliding window). Los números de secuencia son modulo 8, si el campo Módulo es 01 o módulo 128 si el Módulo es 10 (00 y 11 no están Octavio Herrera 17/85

18 permitidos). Si los números de secuencia son modulo 128, la cabecera es extendida un byte más para acomodar campos de secuencia y Piggyback más largos. El bit D determina el significado del campo Piggyback. D=0, significa que el DCE local ha recibido el paquete, pero no el DTE remoto. D=1, significa que el paquete ha sido entregado al DTE remoto. El campo More permite a un DTE indicar que un conjunto de paquetes debe estar agrupado. El estándar especifica que los proveedores deben de soportar un paquete con una longitud de de hasta 128 bytes. Sin embargo, también permite ofrecer longitudes máximas entre los 16 hasta 4096 bytes (en potencias de 2). Direccionamiento Una dirección completa X.25 puede tener hasta 14 dígitos, de los cuales los tres primeros identifican el país, el siguiente el número de red y los 10 dígitos restantes pueden ser asignados por el operador local de la forma que considere conveniente. El esquema de direccionamiento empleado en X.25 esta definido por la recomendación X.121 de la CCITT. El sistema es similar al sistema telefónico. Una dirección X.121 esta formada por un IDN (Internacional Data Number) que consiste de dos campos: el DNIC (Data Network Identification Code) y el NTN (National Terminal Number). El DNIC es un campo opcional que identifica el PSN (Public Switched Network) exacto en el cual el nodo terminal DTE esta localizado. Este número es omitido algunas veces cuando la llamada es dentro del mismo PSN. El DNIC tiene dos subcampos: País y PSN Figura 8. Dirección X.25. Octavio Herrera 18/85

19 ISDN Historia El desarrollo de la Red Digital de Servicios Integrados (Integrated Services Digital Network, ISDN) es una continuación de la digitalización de las redes telefónicas. Desde el punto de vista de estas compañías, ISDN es una tecnología que permitiría integrar diferentes aproximaciones para la interconexión de redes (circuitos y paquetes, voz y datos.) Siendo ISDN una continuación en la evolución de las redes telefónicas, el bloque básico para la transmisión de información es un canal de 64 kbps. Por otro lado, la señalación empleada en ISDN también es herencia de la evolución en los sistemas telefónicos. La señalización fuera de banda utilizada en las redes telefónicas (SS7) es una característica fundamental de ISDN junto con el procesamiento distribuido. La historia de ISDN (una recomendación del CCITT, ahora llamado ITU) es prácticamente la historia de su proceso de estandarización. El término ISDN fue usado por primera vez en 1971 durante una reunión de trabajo del grupo de estudio XI del CCITT (conmutación y señalización) por H. Shimada, el entonces delegado de NTT al CCITT. El concepto de Red Digital de Servicios Integrados (ISDN) hacia énfasis en la integración de voz y datos; en tanto que el concepto precursor, Red Digital Integrada (IDN), se enfocaba en la estructura interna de la red que integraría los equipos de conmutación y transmisión. Pasarían de 15 a 20 años antes de que ISDN recibiera una completa atención internacional en la ITU. Durante el periodo de se condujeron los primeros estudios, que concluyeron con el Libro Rojo de Recomendaciones para ISDN en 1984 (Red Book ISDN Recommendations.) El libro presentaba la arquitectura de red, los protocolos de usuario para acceso a red y los protocolos de señalización de canal común. El subsiguiente periodo de estudios fue más amplio y culminó con la publicación del Libro Azul de Recomendaciones de Los contenidos de esta recomendación pueden ser resumidos de la siguiente forma: Son suficientes para ofrecer servicios de transporte y teleservicios de 64 kbps. Octavio Herrera 19/85

20 Solamente la etapa 1 de un número reducido de servicios suplementarios fue definida (por ejemplo: identificación de llamadas, identificación de servicios, etc.) 2 Pese a la atención recibida, la implementación de ISDN ha sido lenta. Una de las razones es que dos de los principales fabricantes de equipo de conmutación: Northern Telecom (ahora conocido como Nortel Networks), y AT&T (cuyo negocio de fabricación de equipo de conmutación se conformó en una compañía independiente y es llamada ahora Lucent Technologies) decidieron diferentes formas de implementar el estándar de la CCITT 3. A principios de los 90s, una iniciativa de la industria comenzó a desarrollar el estándar para la implementación de ISDN en EUA (National ISDN 1, NI-1) aunque no todas las compañías operadoras de telecomunicaciones accedieron inicialmente a implementar los servicios de ISDN en sus centrales telefónicas (tal fue el caso de SouthWestern Bell y US West.) La subsiguiente iniciativa (NI-2) fue más amplia e incluyó el esfuerzo de varios fabricantes de equipo para la definición de configuraciones estándares y finalmente todos los operadores implementaron ISDN. Actualmente muchos de los servicios de ISDN han sido desplazados por otros servicios de banda ancha para acceso a Internet, como xdsl y cable modems. Estos servicios son más accesibles, rápidos y fáciles de instalar y mantener que los de ISDN. Sin embargo, ISDN todavía tiene su lugar en localidades donde no existen otros medios de acceso y como respaldo para servicios dedicados. 2 Dado que las etapas 2 y 3 no fueron presentadas, es imposible la implementación de servicios suplementarios de acuerdo al Libro Azul de Recomendaciones de ISDN. 3 La situación era comparada con la problemática de los ferrocarriles en Norteamérica a principios del siglo XIX "People had different gauges, different tracks... nothing worked well." Octavio Herrera 20/85

21 Características de operación ISDN es un diseño para una red pública completamente digital para servicios de telefonía y telecomunicaciones. ISDN comprende, casi exclusivamente, los componentes de la red del lado del usuario y esta diseñada para transportar todo tipo de información: voz, datos imágenes y video. El desarrollo de ISDN representa un esfuerzo por estandarizar los servicios del subscriptor, la interfaz red/usuario y la interoperabilidad entre redes. Su diseño incluye el uso de una interfaz única, en términos de equipamiento y protocolos de comunicación. ISDN permite la operación simultánea de varios canales digitales sobre la misma línea telefónica empleada para los servicios analógicos, aunque también soporta otros tipos de medios. Tipo de Servicios ISDN provee tres tipos de servicios: Servicios de Carga Teleservicios Servicios Suplementarios Los servicios de carga proveen los mecanismos de transporte requeridos para transferir infamación a través de una UNI (User Network Interface). La información es transparente para los servicios de carga y puede ser voz, datos o video. La información intercambiada por medio de este servicio no es modificada por la red. Los servicios de carga están definidos dentro de las tres primeras capas del modelo OSI. Los teleservicios emplean los servicios de carga para pasar información a través de la UNI. Pueden ser vistos como aplicaciones de telecomunicaciones que permiten a los usuarios comunicarse utilizando protocolos estándares. Operan en las capas 4 a 7 del modelo OSI. Los servicios suplementarios pueden ser utilizados para extender los servicios de carga o los de teleservicios. Proveen funcionalidades que normalmente no están disponibles en los servicios de carga básicos o los de teleservicios. Los servicios suplementarios no pueden ser utilizados directamente, sino que deben de ser empleados en conjunto con otro servicio o conjunto de servicios. Octavio Herrera 21/85

22 Configuración de Referencia El siguiente esquema muestra una configuración de referencia para dispositivos ISDN y a continuación presentamos un breve glosario de los términos manejados en éste. Figura 9. Configuración de Referencia ISDN TE1, Terminal Equipment type 1: Equipo Terminal tipo 1. Cualquier equipo que puede ser conectado directamente a la red ISDN: teléfonos, computadoras, etc. con interfaces ISDN. TE2, Terminal Equipment type 2: Equipo Terminal tipo 2. Equipos tradicionales (analógicos en su mayoría) conectador al Adaptador de Terminales, tales como teléfonos o equipos de fax. TA, Terminal Adaptor: Adaptador de Terminales. Permite a los dispositivos tradicionales conectarse a la red ISDN. No solo trabaja para dispositivos analógicos, sino también para digitales como puede ser una interfaz Ethernet. NT1, Network Terminador type 1: Terminador de Red tipo 1. Es el fin de la línea desde el punto de vista del operador de telecomunicaciones y por tanto el inicio de la red interna del usuario. En Norteamérica este es el caso, pero en otras partes del mundo este equipo se encuentra en las instalaciones del proveedor de telecomunicaciones. Este equipo adapta el cableado de cuatro hilos usado en la red interna del usuario al cableado tradicional de dos hilos empleado por las compañías telefónicas. NT2, Network Terminador type 2: Terminador de Red tipo 2. Para enlaces sencillos este dispositivo no existe, pero en localidades donde se tiene una red privada interna este dispositivo corresponde al equipamiento interno de dicha red (PBXs, etc). LT, Line Terminator: Terminador de Línea. Es la conexión física a la red del proveedor de telecomunicaciones. Octavio Herrera 22/85

23 ET, Exchange Termination: Terminador de Intercambio. Es el punto de conexión entre los teléfonos del usuario y la red telefónica desde el punto de vista lógico. Las letras R, S, T, U y V en el diagrama son puntos de referencia que se usan para definir interfaces lógicas entre elementos. Así por ejemplo, el punto de referencia R es la interfaz entre los teléfonos tradicionales y un adaptador de terminal. Como en la mayor parte de las acometidas ISDN no se dispone de equipamiento NT2, los puntos de referencia S y T son normalmente referidos en conjunto como S/T Servicio ISDN BRI El servicio de la Interfaz de Tasa Básica (Basic Rate Interface, BRI) ofrece dos canales B y uno D (2B+D). Los canales B operan a 64 kbps 4 y transportan información del usuario; el canal D trabaja a 16 kbps y maneja información de control y señalización, aunque también puede llevar datos. La señalización del canal D comprende de la capa uno a la tres del modelo OSI. La interfaz BRI también define la estructura de la trama y otras sobrecargas, alcanzando una tasa de transmisión de 192 kbps. La especificaciones físicas del la interfaz BRI son un estándar de la ITU-T (I.430). Servicio ISDN PRI El servicio de la Interfaz de Tasa Primaria (Primary Rate Interface, PRI) ofrece 23 canales B y uno D en Estados Unidos y Japón, agregando una tasa de transmisión de hasta Mbps (con el canal D operando a 64 kbps). En México, Europa, Australia y otras partes del mundo la interfaz provee 30 canales B y un canal D de 64 kbps para una tasa de transmisión de Mbps. La especificación física de la interfaz es la ITU-T I.431. Cuando un usuario requiere anchos de banda superiores a los 64 kbps ISDN provee canales de banda ancha denominados canales H. Los canales H son una agrupación de canales B. La primera denominación de un canal como de banda ancha es la agrupación de seis canales B para formar un canal H0 de 384 kbps. 4 En Norteamérica algunos canales operan a sólo 56 kbps debido a la existencia de equipo antiguo que tomaba un bit para señalización. Octavio Herrera 23/85

24 Un canal H1 se forma mediante la agrupación de todos los canales disponibles en una interfaz PRI (24 para T1s o 30 en E1s). Otros canales H han sido definidos para manejar diferentes requerimientos: H10 maneja 10 canales H0, H11, 11 y H12 12 para ofrecer anchos de banda de Mbps, Mbps y Mbps respectivamente. El último tipo de canales disponible en ISDN se denomina Nx64 y opera en forma similar a los canales H, pero permite agrupar cualquier cantidad de canales B (de 1 a 24) y no es necesario tener un equipo de multiplexaje inverso en las instalaciones del usuario ya que la red mantiene la secuencia de los segmentos de 64 kbps en la trama. Los nombres de los canales se dice que se deriva de que los canales analógicos eran referidos como canales A (A de Analog), el siguiente tipo de canal empleado fue entonces B, que coincidentemente puede también verse como derivado de Binario (aunque algunos dicen que se deriva del termino en inglés, Bearer channel). Los canales D eran llamados en algún tiempo canales delta, por su relación con los canales B, pero dada la dificultad de escribir la letra griega se volvió simplemente D. Arquitectura de Protocolos Los protocolos que permiten a un usuario acceder a los servicios de ISDN operan en las tres primeras capas del modelo OSI. Las aplicaciones y teleservicios trabajan en los niveles 4 a 7. Los protocolos de la capa física están definidos en los estándares I.430 e I.431 para los accesos BRI y PRI respectivamente. En la capa 2 y 3 existen diferentes protocolos definidos de acuerdo a si se esta examinando el canal D o el canal B. Octavio Herrera 24/85

25 Figura 10. ISDN y el modelo OSI Capa 1 En ISDN la estructura de las tramas en la capa física son diferentes dependiendo de la dirección en la que se esta enviando la información. Ambas tramas tienen 48 bits de longitud con 36 bits representando datos. Los bits de una trama de capa física ISDN tienen el siguiente significado: F L B1 L D L F L B2 L D L B1 L D L B2 Trama TE (terminal a red) F L B1 E D A F F B2 E D S B1 E D S B2 Trama NT (red a terminal) Longitud de los campos en bits Figura 11. Trama física ISDN Campo Descripción F Provee sincronía. L Ajusta el valor promedio de los bits (componente de CD). Asegura la resolución de disputas cuando varias terminales en un E bus compiten por un canal. A Activa dispositivos. S No esta asignado. B1, B2 y D Manejan datos del usuario, canal B1, B2 y D respectivamente. Tabla 3. Campos de la trama física ISDN. Octavio Herrera 25/85

26 Varios dispositivos pueden estar conectados a un mismo circuito físico. Bajo esta configuración pueden presentarse colisiones cuando dos terminales tratan de transmitir en forma simultánea. Debido a esto ISDN provee un mecanismo para determinar disputas por el medio físico. Cuando un NT recibe un bit D del TE, éste repite el bit en la siguiente posición del bit E. El TE espera recibir un bit E igual al su último bit D enviado para determinar que su trama fue recibida. El inicio de la trama NT esta retrasada de la trama TE por dos bits y dada esta situación, en la figura anterior se muestra uno de estos mapeos. Las terminales no pueden transmitir en el canal D a menos de que detecten un determinado número de unos (indicando la ausencia de señal) que corresponden a una prioridad preestablecida. Si un TE detecta un eco diferente de sus bits D (en el canal E) debe dejar de transmitir inmediatamente. Esta simple técnica asegura que solo un equipo transmitirá en el canal D en cualquier momento. Después de que una terminal ha transmitido en el canal D su prioridad es reducida y tendrá que detectar un mayor numero de unos en la línea antes de transmitir; esto permitirá que todos los equipos conectados a una misma línea tendrán una oportunidad de transmitir en el canal D. Las conexiones telefónicas tienen una prioridad superior a todos los demás servicios y la información de señalización tiene prioridad sobre cualquier información que no sea de señalización. Capa 2 La capa 2 del protocolo de señalización de ISDN es LAPD (Link Access Procedure, Channel D). LAPD es similar a HDLC y LAPB. Como el nombre del protocolo lo indica, esta capa es utilizada a través del canal D para asegurar que la información de señalización y control fluye y es recibida correctamente. La estructura de la trama LAPD es muy similar a la de HDLC y como HDLC, LAPD emplea tramas de supervisión, información y no numeradas. El protocolo LAPD es especificado formalmente en ITU-T Q.920 y ITU-T Q.921. Octavio Herrera 26/85

27 1 2 1 Variable 1 1 Banderas Dirección Control Información FCS Banderas SAPI C/R EA TEI EA Figura 12. Estructura de la trama LAPD Los campos de banderas y control son idénticos a los de HDLC. El campo de dirección puede ser de uno o dos bytes de extensión. Si el bit de dirección extendida (EA) esta presente en el primer byte la dirección es entonces de un byte, en tanto que si esta ausente la dirección es de dos bytes. El primer byte del campo de dirección contiene el Identificador del Punto de Acceso (Service Access Point Identificator, SAPI) el cual especifica el portal de acceso a los servicios de capa 3. El bit C/R indica cuando la trama contiene un comando o una respuesta. El Identificador de Nodo Terminal (Terminal Endpoint Identifier, TEI) identifica una o múltiples terminales. Un TEI con solo unos corresponde a un broadcast. Capa 3 En ISDN se emplean dos especificaciones para la señalización de capa 3: ITU-T I.450 (también conocida como ITU-T Q.930) y ITU-T I.451 (también conocida como ITU-T Q.931). En conjunto, estos dos protocolos soportan conexiones de usuario a usuario, con circuitos conmutados y de conmutación de paquetes. Mensajes para el establecimiento y terminación de llamadas, información y varios otros son especificados, incluyendo SETUP, CONNECT, RELEASE, USER INFORMATION, CANCEL, STATUS y DISCONNECT. Estos mensajes son funcionalmente similares a aquellos del protocolo X.25. Señalización y transferencia de datos Toda la señalización y mensajes de control en ISDN son manejados por el canal D en forma similar a como la red telefónica digital maneja su propio tráfico de señalamiento y de control en canales independientes a los de tráfico (out-of-band). Como se mencionó anteriormente, los mensajes de control en ISDN son similares a los empleados en X.25 y Octavio Herrera 27/85

28 existen diferentes procedimientos definidos para el establecimiento de llamadas, su mantenimiento y terminación. La figura en la siguiente página muestra la secuencia de señales necesarias para el establecimiento de una llamada en ISDN para un ruteador. Direccionamiento El esquema de direccionamiento de ISDN esta definido en el estándar E.164 (también numerado como I.331). El esquema permite el uso de números telefónicos como dirección. Una dirección E.164 puede contener hasta 15 dígitos. La longitud de este campo es de ocho octetos y los dígitos de la dirección son codificados en BCD (Binary Coded Decimal, que usa 4 bits). A una dirección I.164 se le agregan tantos 0s antes del primer dígito para completar la longitud máxima de 15 dígitos. Al final, un semiocteto compuesto exclusivamente por unos (1111) es agregado para conformar un número entero de octetos. Octavio Herrera 28/85

29 Figura 13. Establecimiento de una llamada ISDN. Octavio Herrera 29/85

30 Frame Relay Historia Frame Relay fue concebido originalmente como un protocolo para ser usado en interfaces ISDN. Las propuestas iniciales a este respecto fueron entregadas a ITU-T en En Norteamérica también se iniciaron trabajos de estandarización de esta tecnología a través de un comité de la ANSI denominado T1S1. La estandarización de Frame Relay cubre tres operaciones básicas: descripción del servicio, aspectos esenciales y señalamiento de acceso. La primera de estas especificaciones fue aprobada por ANSI (Norteamérica) en 1990 y las dos restantes fueron aprobadas para Las recomendaciones equivalentes de la ITU-T fueron aprobadas poco después. Un avance significativo en el desarrollo de Frame Relay tuvo lugar en 1991 cuando Cisco, StrataCom, Nortel y DEC conformaron un consorcio para favorecer el desarrollo de esta tecnología y favorecer la introducción de equipamientos compatibles. El consorcio desarrollo una especificación conforme a los estándares en desarrollo por parte de T1S1 e ITU-T, pero extendieron sus funcionalidades para proveer servicios en complejos ambientes de interconexión de redes. Estas extensiones son referidas en su conjunto como la Interfaz de Administración Local (Local Management Interface, LMI). Las primeras redes públicas de Frame Relay se desarrollaron en Norteamérica. El mercado de las redes estaba dominado en ese entonces por circuitos dedicados de banda ancha (T1s en esa época). Como resultado muchas compañías habían instalado sus redes privadas haciendo uso de servicios TDM (Time Division Multiplexing). Los servicios de conmutación de paquetes no eran muy populares ya que eran vistos como lentos y de pobre desempeño. Las redes TDM se ajustaban a al perfección para implementar servicios de telefonía y video. De hecho, muchas compañías justificaban la creación de sus redes privadas con los ahorros alcanzados al manejar sus comunicaciones telefónicas en su red privada en lugar de hacerlo a través de la red pública. Las operadoras de telecomunicaciones lucharon contra esta tendencia y comenzaron a ofrecer servicios de redes privadas virtuales, que son competitivas en costo con las implementaciones mediante Octavio Herrera 30/85

31 redes privadas. Esto dejo el campo de las redes privadas casi para uso exclusivo de aplicaciones de datos, pero las características de operación de las redes de datos no se ajustan perfectamente a las redes TDM. En las redes TDM el ancho de banda es asignado estáticamente, sin tomar en cuenta la naturaleza aleatoria y en ráfagas del tráfico de datos. Debido a esto los proveedores de servicios de telecomunicaciones vislumbraron una oportunidad para recuperar el mercado de redes de datos con circuitos dedicados. Esto le permitiría al proveedor de telecomunicaciones hacerse cargo nuevamente de todas las necesidades de comunicación de las empresas (y por tanto mejorar su tasa de ganancia). Debido a esta situación Frame Relay fue comercializado agresivamente para competir con las tarifas de los circuitos dedicados. En Europa la situación era diferente. Los operadores de redes europeas no habían provisto circuitos dedicados de alta velocidad a bajos costos y consecuentemente la demanda para equipamiento TDM se había mantenido escasa. Adicionalmente, los operadores de redes públicas no habían provisto servicios de calidad en redes de conmutación de paquetes de alta velocidad (excepto por Francia). La consecuencia fue que los servicios de conmutación de paquetes de velocidad reducida basados en X.25 desplazaron cualquier otra tecnología de transporte de datos. El primer servicio público de Frame Relay fue ofrecido en Norteamérica durante 1992 por compañías tales como AT&T, US Sprint, BT Norteamérica, Dintel y Compuserve. Estas compañías instalaron nodos de Frame Relay en las principales ciudades y permitieron el acceso a estos nodos mediante líneas compradas al operador local de telecomunicaciones. Octavio Herrera 31/85

32 Figura 14. Estructura del servicio de Frame Relay en Norteamérica. El usuario tenia que pagar una suscripción al servicio y por la línea de acceso. Para las velocidades de acceso que se manejaban, entre 56 kbps a Mbps esto los costos de la línea de acceso no eran considerables. En Europa, el único proveedor que ofreció servicios de Frame Relay durante 1992 fue BT con extensiones a su servicio de redes de conmutación de paquetes administradas, GNS (Global Network Services), y Finish PTO, que instalo una reducida red de Frame Relay en Finlandia El Foro Frame Relay ha publicado diversos Acuerdos de Implementación (IAs), con extensiones funcionales y operacionales a los estándares Frame Relay de ANSI e ITU-T. Una de los IAs que vale la pena mencionar es el IA FRF.11, publicado en mayo de Este Acuerdo de Implementación del Foro Frame Relay corresponde a la operación de aplicaciones de voz en redes Frame Relay. El acuerdo incluye aspectos tales como el soporte de diferentes codificadores para el manejo de voz digital comprimida (de 64 kbps a 32, 16 u 8 kbps), supresión de silencio y soporte para el manejo de tráfico de fax clase 3. Octavio Herrera 32/85

33 Frame Relay conforme al modelo OSI Frame Relay opera dentro de las dos primeras capas del modelo OSI y es común presentarlo como una versión simplificada de X.25. El objetivo de esta simplificación es el de lograr un desempeño superior, pudiendo manejar hasta 45 Mbps, en tanto que X.25 sólo soporta hasta Mbps. Figura 15. Frame Relay y el Modelo OSI. Frame Relay combina las funciones de red y enlace de datos en un sencillo protocolo al nivel de la capa de enlace de datos. Con el fin de soportar funcionalidades que normalmente requerirían de los servicios de un protocolo de la capa de red se han desarrollado e implementado estándares adicionales. Nivel 1 La capa física de Frame Relay es esencialmente la misma que la de X.25. Especifica las características físicas y eléctricas para comunicar un DTE y un DCE (CSU/DSU). Nivel 2 Al nivel del enlace de datos Frame Relay emplea un subconjunto de las especificaciones de ISDN, conocido como LAPD. LAPD es un estándar de la capa de enlace que maneja información de señalamiento en el canal D de ISDN. Las tramas utilizadas por LAPD cumplen con la recomendación ITU-T Q.922, misma que será presentada más adelante. Octavio Herrera 33/85