UNI (User to Network Interface). La interfaz UNI conecta sistemas finales ATM (tales como servidores y routers) a un conmutador ATM.

Transcripción

1 Lección 2: Redes ATM Para la transmisión, ATM emplea celdas de tamaño fijo de 53 bytes que resulta de un compromiso entre los requisitos de las aplicaciones de voz (paquetes de tamaño reducido son preferibles para evitar retardos prolongados) y las aplicaciones de datos (son preferibles paquetes de tamaño mayor para rentabilizar el overead). A diferencia de SDH, la transmisión de tramas no es de naturaleza continua, sino que las celdas se transmiten sólo cuando hay información que enviar. De los 53 bytes, 5 se reservan para la cabecera (destino del paquete, etc.) y 48 bytes se reservan para la carga que transporta la celda tal y como se muestra en la figura. La red ATM suele ser de tipo mallado, donde los elementos centrales son los conmutadores ATM que generalmente están interconectados entre sí a través de enlaces de tipo punto a punto e interfaces ATM. Esta conmutación se realiza a nivel de celda ATM. Por tanto, al ser éstas de tamaño fijo y reducido, puede garantizarse una transmisión extremo a extremo en la red con muy poco retardo, habilitando además la posibilidad de proporcionar calidad de servicio (QoS). En la mayoría de los casos, los conmutadores ATM se conectan a equipos SDH por medio de interfaces ópticos de características compatibles a las descritas en la capa física de SDH. Una red ATM está formada por conmutadores ATM y puntos finales ATM. El conmutador ATM es responsable del tránsito de celdas a través de la red ATM: acepta las celdas que le llegan de un punto final ATM o un conmutador ATM, lee y actualiza la información en la cabecera de la celda, y rápidamente conmuta la celda a una interfaz de salida hacia su destino. Un punto final ATM o sistema final, contiene un adaptador de interfaz a la red ATM, el cual sí lee los bytes de datos de la celda. Ejemplos de puntos finales son: las estaciones de trabajo, routers, unidades de servicio digitales, conmutadores LAN, y codificadores y decodificadores de vídeo. Los conmutadores ATM soportan dos tipos primarios de interfaces: UNI (User to Network Interface). La interfaz UNI conecta sistemas finales ATM (tales como servidores y routers) a un conmutador ATM. NNI (Network to Network Interface). Conecta dos conmutadores ATM.

2 Los dispositivos ATM utilizan un formato de direcciones NSAP (Network Service Access Point) del modelo OSI de 20 bytes, en el caso de redes ATM privadas; y un formato de direcciones E.164 del ITU-T, semejante a números telefónicos, para las redes públicas B- ISDN. Cada sistema ATM necesita de una dirección ATM, independiente de los protocolos de nivel superior como IP. Lección 3: Arquitectura y modelos de capas ATM La arquitectura de ATM utiliza un modelo de referencia para describir la funcionalidad que soporta y que está relacionada con la capa física y la capa de enlace de datos del modelo OSI. El modelo ATM comprende tres planos y cada plano abarca a todas las capas: Plano de control: genera y gestiona las peticiones de señalización. Plano de usuario: gestiona la transferencia de datos. Plano de gestión: incluye la gestión de capas, que incluye las funciones específicas de cada capa y la gestión de planos, que también coordina las funciones del sistema completo.

3 Modelo de referencia ATM. Específicamente hablando, y tal y como se ilustra en la figura, las capas de ATM son: 1) Capa física: análoga al nivel físico del modelo OSI. Las celdas ATM pueden ser transportadas por cualquier nivel físico. ATM no limita el nivel físico a SDH, también se pueden emplear otras tecnologías, incluso inalámbricas. 2) La capa ATM: es análoga al nivel de enlace de datos de OSI. Se responsabiliza del establecimiento de las conexiones y del envío y transporte de las celdas ATM a través de la red. Para ello, precisa de la información de la cabecera de las celdas. En cualquiera de las interfaces, la cabecera de 5 bytes es necesaria, aunque difiere ligeramente si la celda se transmite a través de un enlace con UNI o de un enlace con NNI. En la figura se muestran los campos de la cabecera para cada una de las dos opciones correspondientes. Estos campos son los siguientes. 1) GFC: Generic Flow control : 4 bytes en UNI, no está presente en NNI. 2) VPI: Virtual Path Identifier : 8 bits en UNI, 12 en NNI. 3) VCI: Virtual Circuit Identifier : 16 bits.

4 4) PT: Payload Type : 3 bits. 5) CLP: Cell Loss Priority : 1 bit 6) HEC: Header Error Control : 8 bits (CRC sobre los 5 bytes de cabecera). Cabecera ATM UNI. Cabecera ATM NNI. 3) La capa de adaptación a ATM (AAL): realiza funciones también análogas a la capa de enlace de datos de OSI y está fuertemente relacionada con la anterior. Su misión es aislar a los protocolos de orden superior de los detalles de los procesos de ATM. Es un nivel que adapta las tramas de formatos de protocolos superiores al formato de celda ATM. 4) Capas superiores: aceptan paquetes generados por los usuarios mediante otros formatos y los pasan a la capa AAL.

5 Los sistemas finales utilizan los tres niveles mientras que los conmutadores solo utilizan los dos niveles inferiores. Lección 4: Conexión y encaminamiento ATM Como hemos mencionado anteriormente, ATM funciona como un servicio orientado a conexión. Con antelación a la transferencia de datos se ha de establecer un canal y se han de reservar los recursos oportunos de la red. Las conexiones en ATM se denominan canales virtuales y a cada uno de ellos se les asigna un Identificador de Canal Virtual (VCI). El VCI de un canal virtual no tiene por qué mantenerse constante a lo largo de toda la trayectoria desde el nodo origen al destino. Más aún suele cambiarse en cada nodo intermedio, de forma que se modifica su valor en los diferentes enlaces intermedios. La tarea de un conmutador ( switch ) es inspeccionar el valor del VCI de la celda a su entrada, ir a una tabla de asignaciones que se encuentra disponible y actualizada en todo momento y obtener el puerto de salida de dicha celda y el valor de VCI que hay que poner como nuevo para el enlace siguiente. La tabla VCI es un elemento fundamental y muestra el establecimiento previo del circuito antes de la transmisión de datos propiamente dicha. Como se ha mencionado anteriormente dicha tabla ha de especificar para cada valor de VCI de entrada el enlace o puerto de salida y el valor de VCI nuevo que habrá de emplear la celda en dicho enlace.

6 En la red puede haber un gran número (millones) de canales virtuales compartiendo el mismo enlace. De acuerdo con el procedimiento anterior, cada uno tendría VCIs diferentes y, al llegar a un nodo intermedio habría que consultar tablas de una envergadura considerable. De hecho, el mirar más de una tabla de más de 2 16 =65536 entradas para encaminar cada cédula supondría un gran consumo de tiempo. Si existiera un mecanismo para agrupar o agregar todos aquellos canales virtuales que al menos comparten un elevado porcentaje de enlaces en el camino extremo a extremo, esta propiedad podría emplearse para aliviar significativamente el proceso de encaminamiento. Esta propiedad para agregar canales virtuales se implementa por medio del uso de los identificadores de camino virtual o VPI (Virtual Path Identifier). Para entender el funcionamiento del VPI nos referimos al ejemplo de la figura. En el ejemplo, los dos canales virtuales comparten los enlaces 0-1 y 1 2. Así el VPI=u se asigna a los dos canales en el enlace 0 1 y el VPI=v en el enlace 1-2. El conjunto de los dos enlaces es un camino virtual donde el nodo 0 es el origen del camino y el nodo 2 el final. Cualquier celda que pertenezca a un canal virtual agrupado a este camino virtual será enrutada a través de éste empleando el indicador VPI que es de menor tamaño que el VCI. Al llegar al final de su camino virtual, las celdas son enrutadas a partir de allí en virtud del valor de su VCI. Este esquema de dos niveles es más efectivo que emplear la suma de bits de ambos (24) para UNI y 28 para NNI) directamente para conmutar. El proceso de determinación de las rutas que seguirán las celdas en una conexión ATM extremo a extremo y el mantenimiento y cambio de las tablas de VCI, puertos y VPI en cada conmutador de ATM se realiza a través de un protocolo de encaminamiento. En el caso de ATM este protocolo se conoce por las siglas PNNI (Private Network to Network Interface) si la conexión es entre redes privadas y BCI (Broadband Carrier Interface) si la conexión es entre redes públicas. El funcionamiento del protocolo es el siguiente: cada enlace de la red viene caracterizado por una serie de parámetros que describen su estado (tasa de pérdida de celdas, retardo máximo, ancho de banda disponible, etc ) así como por otro parámetro de coste o factor de peso que indica el coste en que incurrirá la red por emplearlo. Cada conmutador ATM informa al resto de los demás del valor de estos parámetros para cada uno de los enlaces que parten de sus puertos de salida. Así, cada switch ATM obtiene una información global de la topología de la red y los estados de sus enlaces. El conmutador de entrada puede emplear esta información para calcular la ruta que mejor se ajusta a los requisitos de QoS establecidos y, al mismo tiempo minimizar el coste. Una vez que la ruta se ha calculado, cada switch incluido en ella es informado acerca de la nueva conexión y sus tablas de etiquetas VPI/VCI entrada/salida han de ser reconfiguradas. Una vez terminada esta tarea, finaliza el proceso de conexión y PNNI es invocado de nuevo. Lección 5: Capas de adaptación ATM (AAL)

7 ATM emplea celdas de tamaño fijo. Sin embargo, las aplicaciones que emplean ATM o emplean paquetes de tamaño variable como IP o son de tipo flujo contínuo como la transmisión de vídeo o voz. La capa de Adaptación de ATM, AAL es la responsable, como ya vimos de transformar este diverso conjunto de diferentes tipos de señales cliente en celdas de ATM. Para transportar diversos tipos de tráfico se han definido diferentes tipos de AAL, éstos transforman paquetes, largas cadenas de señales de vídeo, etc., en segmentos de 48 bytes susceptibles de incorporarse a la carga de celdas ATM. La capa AAL se divide en dos subcapas o subtareas: Capa de convergencia (adapta la información a múltiplos de octetos) Capa de segmentación y re ensamblaje o SAR, que segmenta la información en unidades de 48 octetos en la fuente y la re-ensambla en el destino. Características de los 5 tipos de AAL. ATM Adaptation Layer 1 (AAL1): AAL Tipo 1 o clase A soporta CBR (Constant Bit Rate), síncrono, orientado a conexión. Su servicio es de alta prioridad y garantizado. Se utiliza, por ejemplo, para audio y video sin comprimir (videoconferencias, audio interactivo) ATM Adaptation Layer 2 (AAL2): AAL Tipo 2 soporta rt-vbr (Variable Bit Rate in real time), de circuito orientado a la conexión de tráfico síncrono. Su servicio es de baja prioridad y garantizado. Se utiliza en compresión de video.

8 ATM Adaptation Layer 3 y 4 (AAL3 y AAL4): Soportan al VBR, tráfico de datos, circuitos orientados a la conexión, tráfico asíncrono (por ejemplo X.25 de datos) o a los paquetes de datos no orientados a la conexión (ej.: tráfico SMDS) con una cabecera (header) adicional de 4 bytes en el payload de la celda. Por ejemplo Frame Relay y X.25. Su servicio es de alta prioridad y no garantizado.

9 ATM Adaptation Layer 5 (AAL5): Este AAL ha sido diseñado para utilizarse bajo TCP/IP y está normalizado en la RFC AAL Tipo 5 es similar a AAL 3/4 con un programa de simplificación de cabecera (header) de información. Este AAL asume que los datos son secuenciales desde el usuario final y usa el bit Payload Type Indicator (PTI) para indicar la última celda en transmitirse. Ejemplos de este servicio son el clásico IP sobre ATM, Ethernet sobre ATM, SMDS, y emulación LAN (LANE). Su servicio es de baja prioridad y no garantizado. En el caso de AAL5 se definen 4 clases de servicio: CBR (Constant Bit Rate): Tasa de velocidad constante. Divide la capacidad total del ancho de banda y se encarga de la parte con un flujo constante de tráfico. Se emplea como simulación de redes LAN o enlaces punto a punto. Es adecuado para transmisiones de tiempo real como vídeo y voz. VBR (Variable Bit Rate): Tasa de velocidad variable. Se utiliza sobre la capacidad no aprovechada por CBR y está pensando para permitir el tráfico a ráfagas y asegurar un caudal mínimo (similar a Frame Relay). Se ofrecen 2 posibilidades. rt-vbr para aplicaciones de tiempo real y nrt-vbr para las de no tiempo real. Por ejemplo la transmisión de video MPEG utiliza rt-vbr. El servicio nrt-vbr es el ofrecido por los operadores de acceso a Internet para usuarios. UBR (Unespecified Bit Rate): Tasa de velocidad no especificada. Utilizado en el ancho de banda restante. El tráfico que utiliza este servicio es el susceptible de ser eliminado en caso de congestión en los conmutadores. Lo utilizan aplicaciones tolerantes a pérdidas de paquetes, como conexiones TCP. ABR (Available Bit Rate): Tasa de velocidad libre. Se hace una mejor gestión de la capacidad sobrante que con UBR. Se establece un caudal mínimo y existe una realimentación de paquetes para evitar la pérdida de celdas y la congestión.

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