Tema 4. Redes Frame Relay y ATM

Transcripción

1 Tema 4 Redes Frame Relay y ATM

2 Sumario Frame Relay ATM: Formato de celdas y conmutación Direcciones y autoconfiguración Categorías de servicio, parámetros, conformación y vigilancia de tráfico Control de Congestión Establecimiento de SVCs, señalización Protocolo de Routing Protocolos de transporte AAL

3 Red completamente mallada con enlaces punto a punto Conexión con líneas punto a punto entre cuatro routers, conectividad total. Por cada nuevo router hay que añadir un puerto más en todos los nodos La velocidad de cada línea es difícil de modificar

4 Topología de una red Frame Relay Circuito Virtual Sw FR Sw FR Sw FR Se pueden añadir circuitos sin establecer nuevas líneas ni modificar el número de interfaces en los routers Los caudales se pueden modificar por configuración de los conmutadores Sw FR Líneas punto a punto

5 Funcionamiento de una red Frame Relay Y DLCI = 1 DLCI = 2 X DLCI = 1 α DLCI = 1 Sw FR A β γ Sw FR DLCI = 2 B Sw FR C DLCI = 0 Z DLCI = 1 Sw FR D El DLCI 0 se utiliza para señalización (establecer SVCs) Tabla de circuitos virtuales en A Circuito Puerto DLCI Puerto DLCI DLCI = 1 DLCI: Data Link Connection Identifier Rojo α 1 β 1 W Verde γ 1 β 2

6 Comparación de las redes de conmutación de paquetes orientadas a conexión (CONS) Red Apogeo Velocidad típica Paquete máximo Protecc. errores nivel de enlace X ,6-64 Kb/s 128 bytes CRC del paquete Datos con confirmación del receptor Frame Relay Mb/s 8192 bytes CRC del paquete Datos ATM Mb/s 53 bytes CRC de cabecera Datos, voz solamente Orientado a y vídeo

7 Características comunes a todas las redes CONS Los paquetes de cada usuario se marcan con una etiqueta identificativa propia Cada conmutador asigna a cada paquete una nueva etiqueta y una interfaz de salida, que dependen de la etiqueta vieja y de la interfaz de entrada. El conmutador tiene una tabla que indica la correspondencia etiqueta-puerto_entrada etiqueta-puerto_salida El conjunto de etiquetas que forman un camino completo define un circuito virtual Esto permite que diferentes usuarios compartan los mismos enlaces sin que sus paquetes se mezclen. La infraestructura se aprovecha mejor y los costos se reducen

8 Estructura de trama Frame Relay Bytes Dirección Datos CRC Protocolo orientado a conexión. Normalmente PVC Las tramas pasan de nodo a nodo comprobándose normalmente el CRC en cada salto (store&forward, mayor retardo que líneas p. a p.). Si es erróneo se descarta. El campo dirección contiene info. del VC (DLCI) y parámetros de control de tráfico Frame Relay. Normalmente ocupa 2 bytes, aunque puede tener 3 ó 4.

9 Estructura del campo Dirección DLCI Superior C/R 0 DLCI Inferior FECN BECN DE 1 DLCI sup/inf: especifica el DLCI. Puede cambiar en cada salto. Normalmente 10 bits, puede llegar a 23. C/R: significado específico de la aplicación, no indicado en FR FECN: Forward Explicit Congestion Notification BECN: Backward Explicit Congestion Notification DE: Discard Elegibility (tramas de 2ª clase )

10 DLCIs de Frame Relay El DLCI puede valer normalmente entre 0 y 1023 (10 bits). Los valores del 0 al 15 y del 992 en adelante están reservados para funciones especiales. Las funciones LMI (Local Management Interface) permiten que el conmutador Frame Relay anuncie al host (o router) los DLCI de los PVC que están activos. De esta forma el router se puede autoconfigurar.

11 Traffic Shaping y Traffic Policing en Frame Relay PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s Y Traffic Policing Switch FR B X Switch FR A Switch FR C Z Traffic Shaping Línea de acceso 2048 Kb/s PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s

12 Funcionamiento del CIR y el EIR CIR (Committed Information Rate) Velocidad actual CIR + EIR (Caudal máximo posible) Transmitir si es posible Transmisión garantizada No transmitir, descartar todo 0 Switch FR Capacidad del enlace de acceso del host a la red

13 Control de tráfico en Frame Relay Se utilizan dos pozales agujereados. Parámetros: CIR y B c EIR y B e Se cumple que: B c = CIR * t B e = EIR * t B c / CIR = B e / EIR Cuando se supera el primer pozal las tramas se marcan con DE =1. Cuando se supera el segundo se descartan.

14 Control de tráfico en Frame Relay Tramas enviadas por el host con DE=0 Tramas que desbordan la capacidad del pozal B c Tramas enviadas por el host con DE=1 B c = CIR * t CIR DE=0 B e = EIR * t EIR Descartar Tramas que desbordan la capacidad del pozal B e DE=1

15 Parámetros: ρ = 20 Mb/s, C = 10 Mbits Ráfaga de 10 Mbits recibida en 50 ms (equivalente a 200 Mb/s) Instante Tr. Entrado Tr. Salido En pozal 0 ms ms 2 Mb 0,2 Mb 1,8 Mb 20 ms 4 Mb 0,4 Mb 3,6 Mb 30 ms 6 Mb 0,6 Mb 5,4 Mb 40 ms 8 Mb 0,8 Mb 7,2 Mb 50 ms 10 Mb 1,0 Mb 9 Mb 60 ms 10 Mb 1,2 Mb 8,8 Mb 70 ms 10 Mb 1,4 Mb 8,6 Mb 80 ms 10 Mb 1,6 Mb 8,4 Mb ms 10 Mb 9 Mb 1 Mb 460 ms 10 Mb 9,2 Mb 0,8 Mb 470 ms 10 Mb 9,4 Mb 0,6 Mb 480 ms 10 Mb 9,6 Mb 0,4 Mb 490 ms 10 Mb 9,8 Mb 0,2 Mb 500 ms 10 Mb 10 Mb 0 Mb Tr. Entrado Tr. Salido En pozal Mb 0,2 Mb 1,8 Mb 4 Mb 0,4 Mb 3,6 Mb 6 Mb 0,6 Mb 5,4 Mb 8 Mb 0,8 Mb 7,2 Mb 10 Mb 1,0 Mb 9 Mb 10 Mb 1,2 Mb 8,8 Mb 10 Mb 1,4 Mb 8,6 Mb 10 Mb 1,6 Mb 8,4 Mb 10 Mb 9 Mb 1 Mb 12 Mb 9,2 Mb 2,8 Mb 14 Mb 9,4 Mb 4,6 Mb 16 Mb 9,6 Mb 6,4 Mb 18 Mb 9,8 Mb 8,2 Mb 20 Mb 10 Mb 10 Mb 2ª Ráfaga Máximo

16 Control de tráfico en Frame Relay. Ejemplo Línea de acceso Kb/s CIR Kb/s, EIR 384 Kb/s, t = 1s B c = bits, B e = bits Tramas de bits (flujo de vídeo) Caso 1: 40 tramas/s (2.000 Kb/s), flujo constante Caso 2: 28 tramas/s (1.400 Kb/s), flujo constante Caso 3: 20 tramas/s (1.000 Kb/s), flujo constante Caso 4: ráfaga de 40 tramas precedida y seguida de un segundo sin tráfico.

17 Control de tráfico Frame Relay. Ejemplo Caso Tramas/s enviadas 1 40 Tramas/s con DE=0 Tramas/s con DE=1 Tramas/s descartadas 20,48 7,68 11, ,48 7,

18 Control de tráfico Frame Relay: Caso 4 Ráfaga de 40 tramas precedida y seguida de un segundo sin tráfico Tramas recibidas = t * / = t * 40 Al cabo de un segundo: 40 tramas recibidas Tramas enviadas = (t-0,0244)* / = (t-0,0244)*20,48 Al cabo de un segundo: 19,98 tramas = 19 tramas Capacidad pozal: / = 20,48 = 20 tramas Descartadas = recibidas - enviadas pozal = = 1 Al final de la ráfaga hay una trama que desborda el B c. Dicha trama será marcada con DE=1 y enviada por el EIR.

19 Caso 4: Ráfaga de 40 tramas en 1 seg. Tiempo (ms) Tramas entradas Tramas salidas CIR Tramas en pozal B c Tramas desbordadas B c , , , , , , , , , Fin de la ráfaga 974, , , , Fin de envío CIR ,

20 45 Funcionamiento del pozal agujereado Ráfaga de 40 tramas tramas Tramas Entrada Salida Serie1 Serie3 Milisegundos

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

23 ATM Servicio orientado a conexión, como F.R. En vez de tramas celdas de 53 bytes Dos niveles jerárquicos para las conexiones: VP, trayectos virtuales (Virtual Paths) VC, canales virtuales (Virtual Channels) Parecido a F.R. con más velocidad y muchas más posibilidades de control de tráfico.

24 Trayectos Virtuales y Canales Virtuales Enlace físico E1 (2 Mb/s) E3 (34 Mb/s) STM-1 u OC-3c (155 Mb/s) STM-4 u OC-12c (622 Mb/s) Virtual Path (VP) Virtual Path (VP) Por un enlace físico pueden pasar múltiples VPs Cada VP Contiene Múltiples VCs El VC es el camino lógico entre hosts en la red ATM Identificador de la Conexión : VPI/VCI

25 Tipos de interfaces ATM UNI NNI Token Ring Red ATM NNI UNI = User-to-Network Interface NNI = Network-to-Network Interface

26 Conmutador ATM con 16 puertos de 155 Mb/s Puertos OC-3c en cobre (UTP-5) Puertos OC-3c en fibra

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

28 Campo PTI (Payload Type Identifier) Valor Significado 000 Celda tipo 0 (normal). No hay congestión Usuario Gestión 001 Celda tipo 1 (fin de mensaje AAL5). No hay congestión. 010 Celda tipo 0 (normal). Hay congestión 011 Celda tipo 1 (fin de mensaje AAL5). Hay congestión 100 Celda OAM (Operation, Administration and Management) de segmento (entre vecinos) 101 Celda OAM (Operation, Administration and Management) extremo a extremo 110 Celda RM (Resource Management) 111 Reservado

29 Funcionamiento de un conmutador ATM Entrada Salida 45 Port 1 VPI/VCI 29 Port 2 VPI/VCI El conmutador dirige las celdas según el VPI/VCI y el puerto de entrada. Los VPI/VCI se fijan al crear el VC, el operador en los PVCs y el conmutador en los SVCs (estrategia FIFO) En general los VPI/VCI de un circuito cambian en cada salto de la celda en la red Los VPI/VCI han de ser únicos para cada puerto (pueden reutilizarse en puertos diferentes). Se pueden conmutar grupos de VCI en bloque conmutando por VPI 3 29

30 Viaje de dos celdas por una red ATM A 29 Entrada Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI Entrada Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI B Entrada 30 Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI X Z Y W D Entrada C Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI Cada entrada en las tablas de los conmutadores es un VC; si la crea el operador es un PVC, si las crea un protocolo de señalización es un SVC

31 Conmutación de VPs y VCs VC Switch VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 VP Switch Port 1 VPI 1 VPI 3 VPI 2 VPI 2 Port 2 VCI 4 VCI 1 VCI 2 VPI 1 VPI 3 VCI 3 VCI 1 VCI 2 VPI 4 VPI 5 Port 3 VCI 1 VCI 2

32 Algunos VPI/VCI Reservados ITU ATM Forum VPI VCI Función ITU ATM Forum 0 0 Celda de relleno (Idle Cell) 0 3 Celda OAM entre conmutadores vecinos (gestión) 0 4 Celda OAM entre extremos (gestión) 0 5 Señalización 0 16 ILMI (autoconfiguración) 0 17 LANE (LAN Emulation) 0 18 PNNI (Protocolo de Routing)

33 VCs Punto a Punto y Multipunto Raíz Ramas Punto a Punto Tráfico unidireccional o bidireccional Punto a Multipunto Unidireccional (de la raíz a las ramas) Multipunto a Punto Fusión de VCs y uniones embudo Interesante para multicast

34 ciatm#show atm vc Interface VPI VCI Type X-Interface X-VPI X-VCI Encap Status ATM0/0/0 0 5 PVC ATM2/0/ QSAAL UP ATM0/0/ PVC ATM2/0/ ILMI UP ATM0/0/ PVC ATM2/0/ PNNI UP ATM0/0/ SVC ATM0/0/ UP ATM0/0/ SVC ATM0/1/ UP ATM0/0/ PVC ATM3/1/ UP ATM0/0/ PVC ATM0/0/ UP ATM0/0/ SVC ATM1/0/ UP ATM3/1/ UP ATM0/0/1 0 5 PVC ATM2/0/ QSAAL UP ATM0/0/ PVC ATM2/0/ ILMI UP ATM0/0/ SVC ATM0/0/ UP ATM0/0/ PVC ATM0/0/ UP ATM0/1/1 0 5 PVC ATM2/0/ QSAAL UP ATM0/1/ PVC ATM2/0/ ILMI UP ATM0/1/ SVC ATM0/0/ UP ATM1/0/ SVC ATM0/0/ UP ATM3/1/ PVC ATM0/0/ UP ATM3/1/ SVC ATM0/0/ UP Circuito punto a multipunto (SVC) Circuito virtual permanente (PVC) Circuito virtual conmutado (SVC) Circuitos de sistema

35 Arquitectura de una red ADSL /26 VPI 8, VCI 32, PCR 2000/300 Kb/s VPI 8, VCI 32, PCR 512/128 Kb/s / / /26 Red telefónica Red ATM VPI 8, VCI 32, PCR 256/128 Kb/s Internet Router ADSL Ethernet 10BASE-T Bucle de abonado (conexión ADSL) Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s) Circuito permanente ATM

36 Configuración de un router ADSL/ATM Router#show running-config!! router C827-4V! IOS version 12.1(5)! interface Ethernet0 ip address ! interface ATM0 no ip address no atm ilmi-keepalive pvc 0/16 ilmi! bundle-enable dsl operating-mode auto! interface ATM0.1 point-to-point description ADSL telefono bandwidth 300 ip address pvc 8/32 ubr 300 encapsulation aal5snap! ip route Interfaz física ADSL/ATM Circuito para autoconfiguración Subinterfaz ATM Caudal ascendente (para métrica de routing) IP en la subred ADSL (asignado por operador) VPI/VCI Circuito ATM (asignado por operador) Caudal ascendente (para gestión de tráfico) Ruta por defecto: enviar todo por ATM0.1

38 Formatos de direcciones ATM Redes públicas: E.164 como RDSI (15 dígitos decimales) Redes privadas: direcciones NSAP (OSI) del ATM Forum. 20 bytes. Tres formatos posibles. AFI DCC ESI HO-DSP ICD SEL Authority and Format Identifier Data Country Code End System Identifier (IEEE) High Order Domain Specific Part International Code Designator NSAP Selector AFI DCC HO-DSP ESI SEL Formato DCC AFI ICD HO-DSP ESI SEL 47 Formato ICD AFI E.164 HO-DSP ESI SEL Formato E.164 Dir. MAC IEEE Dir. MAC IEEE Dir. MAC IEEE

39 Ejemplo de Plan de Direcciones ATM DCC España Red ATM de RedIRIS F.1001 Nivel red nacional (40 bits) Cataluña F U. Valencia F Com. Valenciana F U. Polit. Valencia F La Rioja F Nivel Com. Autónoma (48 bits) Nivel organización (72 bits) Campus Burjassot F Campus Tarongers F Nivel Campus (88 bits)

40 Autoconfiguración ATM ILMI (Integrated Local Management Interface) Primera parte Cual es el prefijo ATM? Mi MAC = aabb VPI = 0, VCI = 16 UNI port n Direc. MAC = aabb Pref. ATM =??? Prefijo ATM = F Direc. Port n =??? Red? ESI aabb Red ESI F? 19 Bytes Host ATM 19 Bytes Conmutador ATM

41 Autoconfiguración ATM ILMI (Integrated Local Management Interface) Segunda parte Red = F VPI = 0, VCI = 16 Direc. MAC = aabb Pref. ATM = F UNI port n Prefijo ATM = F Direc. Port n = Faabb Red F ESI aabb Red ESI F aabb 19 Bytes Host ATM 19 Bytes Conmutador ATM

43 Categorías de Servicio ATM Cómoda clasificación de los contratos más habituales entre el usuario y el operador Cada categoría define un conjunto de parámetros sobre el tráfico a enviar por la red, que pueden ser: Parámetros de tráfico: el usuario se compromete a no superarlos, la red a satisfacerlos Parámetros de Calidad de Servicio: la red se compromete a cumplirlos. Los parámetros se especifican para cada conexión y para cada sentido (una conexión puede ser unidireccional).

44 Categorías de Servicio ATM Contrato oro Contrato plata Contrato Parámetros de tráfico PCR/CDVT SCR/BT MCR Calidad de Servicio Max. CTD Peak to Peak CDV CLR Red ATM

45 Servicio CBR (Constant Bit Rate) Capacidad reservada no aprovechable Capacidad del enlace CBR2 CBR1 CBR2 CBR1 CBR utiliza caudal fijo. Para cada VC se reserva un caudal determinado de forma estática, se use o no se use La mayoría de las aplicaciones no generan un caudal completamente constante; con CBR hay que reservar el máximo que se quiera utilizar, por lo que se desperdicia mucha capacidad del enlace.

46 Servicio VBR (Variable Bit Rate) Capacidad no aprovechada Capacidad del enlace VBR CBR VBR CBR VBR permite un caudal variable (a ráfagas) con lo que mejora el aprovechamiento del enlace respecto a CBR. Dos variantes: VBR-rt (real time) y VBR-nrt (no real time) El usuario recibe garantías de QoS (especialmente en VBRrt) por lo que la capacidad se reserva. Pero si no la emplea queda libre para que la utilicen otros servicios menos exigentes.

47 Servicio UBR (Unspecified Bit Rate) Capacidad excedente utilizada por UBR Capacidad del enlace VBR CBR UBR UBR VBR CBR Celdas descartadas en caso de congestión UBR intenta aprovechar las migajas que deja VBR (CBR no deja migajas pues la reserva es total) No garantiza caudal mínimo ni tasa máxima de celdas perdidas No devuelve información sobre la congestión de la red Algunas aplicaciones soportan mal la pérdida de celdas

48 Servicio ABR (Available Bit Rate) VBR CBR ABR (PCR, MCR, CLR) Tráfico ABR elástico con garantías Capacidad del enlace ABR VBR CBR La realimentación de la red evita la congestión y la pérdida de celdas ABR rellena los huecos de VBR de forma flexible como UBR, pero: Ofrece un caudal mínimo garantizado MCR (Minimum Cell Rate) La tasa de pérdidas se mantiene baja gracias a la realimentación sobre el grado de congestión en la red Las aplicaciones funcionan mejor al reducirse la pérdida de celdas

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

50 Parámetros de Tráfico PCR (Peak Cell Rate) y CDVT (Cell Delay Variation Tolerance): Máximo caudal que permite el VC y tolerancia (pequeña) respecto a este caudal SCR (Sustainable cell rate) y BT (Burst Tolerance): Caudal medio máximo permitido y tolerancia a ráfagas (grande) respecto a este caudal MCR (Minimum Cell Rate): Caudal mínimo que la red considera que puede asegurar en ese VC

51 Parámetros de Calidad de Servicio Max. CTD (Maximum Cell Transfer Delay): máximo retardo que puede sufrir una celda (si llega más tarde se considera perdida). Peak-to-Peak CDV (Peak to Peak Cell Delay Variation): máxima fluctuación que puede sufrir el retardo en el envío de una celda. Equivalente al jitter CLR (Cell Loss Ratio): tasa máxima aceptable de celdas perdidas

52 Función densidad de probabilidad de llegada de celdas 1 - α α<clr Mínimo Peak-to-Peak CDV Max CTD (Cell Transfer Delay) α Celdas perdidas o entregadas demasiado tarde El tiempo mínimo de transferencia depende de las características físicas de la red

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

54 Categorías de Servicio ATM Servicio Garantizado Calidad de Servicio Best Effort CBR VBR-rt VBR-nrt ABR UBR+ UBR Mínima Complejidad de implementación Máxima UBR UBR+ CBR VBR-nrt VBR-rt ABR

55 Control de Admisión de Conexión o CAC (CBR, VBR y ABR) Quiero un VC VBR-rt con: PCR/CDVT = A/B SCR/BT = C/D Max. CTD = E Pk-t-Pk CDV = F CLR = G CAC Puedo soportar esto de forma fiable sin perjudicar otros contratos? Petición de QoS garantizada NooSí, Acordar un Contrato de Tráfico Contrato to Red ATM

56 Conformado de Tráfico o Traffic Shaping (CBR y VBR) Quiero cumplir con mi contrato, por tanto suavizaré mi tráfico Adelante, Dame el día Datos reales Shaper Datos conformados Red ATM El conformado de tráfico lo realiza el host (interfaz UNI) Altera las características del tráfico introducido en la red Se aplica el algoritmo del pozal agujereado

57 Traffic Policing o UPC (Usage Parameter Control, Control de Parámetros de Uso) Contrato Este usuario no está cumpliendo el contrato. Cual deberá ser la multa? OPCIONES: DEJAR PASAR MARCAR BIT CLP DESCARTAR APLICACIÓN REBELDE Red ATM

58 Vigilancia de tráfico (traffic policing) Bit CLP UPC Celda Marcada C 0 B 0 A 0 B 1 A 0 Celda Descartada C DEJAR PASP ASARAR MARCAR BIT CLP DESCARTAR En caso de congestión la red puede descartar las celdas marcadas más tarde

59 Traffic Policing CBR Un pozal agujereado con: Caudal de entrada: la velocidad de la interfaz física Caudal de salida: PCR Capacidad del pozal: se deduce a partir del CDVT Las celdas no conformes (que desbordan el pozal) son descartadas

60 Traffic Policing VBR Dos pozales (parecido a Frame Relay) con: Caudal de entrada: velocidad de la interfaz física Primer pozal: SCR/BT Segundo pozal: PCR/CDVT (como en CBR) Tres posibles algoritmos según la forma como se combinan los pozales y las acciones a tomar

61 Algoritmo por defecto para VBR CLP = 1 Tráfico entrante CLP = 0 Primer pozal lleno CLP = 1 Segundo pozal lleno descartar Primer Pozal (BT) Segundo Pozal (CDVT) Vaciar al caudal de SCR en el VC Vaciar al caudal de PCR-SCR en el VC

62 Ejemplo de servicio VBR-nrt: ADSL La normativa legal establece tres opciones de servicio ADSL, todas ellas basadas en la categoría de servicio VBR-nrt de ATM. Las celdas que superan el SCR se marcan con CLP=1. Tipo de servicio Sentido PCR CDVT SCR MBS Básico Descendente 256 Kb/s 5 ms 25,6 Kb/s Ascendente 128 Kb/s 10 ms 12,8 Kb/s Class Descendente 512 Kb/s 3 ms 51,2 Kb/s Ascendente 128 Kb/s 10 ms 12,8 Kb/s Premium Descendente 2 Mb/s 3 ó 0,7 ms (*) 200 Kb/s Ascendente 300 Kb/s 4 ms 30 Kb/s (*) 3 ms con interfaz de 34 Mb/s, 0,7 ms con interfaz de 155 Mb/s 32 celdas 32 celdas 32 celdas 32 celdas 64 celdas 32 celdas

63 Traffic Policing ABR El tráfico por debajo de MCR (Minimum Cell Rate) se envía con CLP=0; el excedente se envía (si se puede) con CLP=1. Opcionalmente se puede obligar un límite máximo al caudal según el parámetro PCR.

64 Características de las Categorías de Servicio ATM Traffic Policing Control de Admisión Tiempo real Aplicación CBR Sí Sí Sí Emulación de circuitos. Aplicaciones de caudal constante VBR-rt Sí Sí Sí Flujos con ráfagas (videoconferencia, VoD) VBR-nrt Sí Sí No Datos. Caudal relativamente constante con algunas ráfagas. ABR Posible Sí No Datos. Caudal a ráfagas muy irregular. Mínimo garantizado. Control de congestión UBR No No No Datos. Caudal a ráfagas muy irregular. Sin garantías

65 Reparto de la capacidad de un enlace por categorías de tráfico ATM ABR MCR ABR PCR ABR UBR VBR PCR VBR SCR VBR Capacidad del enlace CBR PCR CBR

67 Control de Congestión en ATM CBR y VBR aplican control preventivo aplicando control de admisión en el momento de la conexión y traffic policing (p. Ej. pozal agujereado) durante ésta. En UBR el único control consiste en descartar celdas cuando haya congestión. En ABR se prevé un mecanismo reactivo, con tres modos posibles: EFCI (Explicit Forward Congestion Indication). Parecido al bit FECN de Frame Relay. RR (Relative Rate) ER (Explicit Rate)

68 Control de Congestión Reactivo Importante minimizar tiempo de reacción A Conmutador Realimentación Z B Los mecanismos de realimentación deben implementarse en hardware C Conmutador

69 Control de Congestión ABR: Modo EFCI (Explicit Forward Congestion Indication) Bit intermedio en campo PTI Emisor x x Receptor Celdas RM marcadas por Receptor Celda de datos Celda RM (Resource Management) Cuando el conmutador detecta congestión: 1. Pone el flag EFCI en las celdas de ida en ese VC 2. El receptor debe responder con celdas RM marcadas (se envía una celda RM cada n celdas de datos) 3. Como consecuencia el emisor debe bajar el ritmo Tiempo de reacción depende del tiempo de ida y vuelta del VC

70 Control de Congestión ABR: Modo Tasa relativa (RR, Relative Rate) Emisor x Receptor Celdas RM marcadas por conmutador Cuando el conmutador detecta congestión: 1. Marca celdas RM (Resource Management) de retorno 2. Como consecuencia el emisor debe bajar el ritmo El tiempo de reacción es más corto que en modo EFCI

71 Control de Congestión ABR: Modo Tasa explícita (ER, Explicit Rate) Emisor Receptor 1. El emisor anota en las celdas RM el caudal posible 2. Los conmutadores pueden modificar el valor anotado, pero solo para disminuir su valor 3. El emisor ajusta su flujo al caudal indicado en las celdas RM que recibe Se utiliza en enlaces de área extensa

72 Flujo de celdas ATM con control de congestión ACR Cuando CI=1 en la celda RM recibida la fuente debe reducir su ACR en RDFxACR hasta un mínimo igual a MCR PCR ICR ACR: ER: ICR: MCR: PCR: RDF: RIF: Actual cell rate Explicit rate Initial cell rate Minimum cell rate Peak cell rate Rate Decrease Factor Rate Increase factor MCR tiempo Cuando se recibe una celda RM con CI=NI=0 la fuente puede incrementar el ACR en RIFxPCR, hasta llegar a PCR En el modo ER, si el ACR en la celda RM recibida es mayor que ER la fuente debe reducir el ACR hasta MAX(MCR, ER)

73 Control de congestión ABR Eficiencia Modo EFCI El más sencillo Alta latencia Modo Tasa Relativa Sencillo y eficiente Ideal para redes LAN/MAN Modo Tasa Explícita El más sofisticado Ideal para redes WAN Conmutador de campus Conmutador de Operador Costo/Complejidad

75 Señalización en ATM Para establecer SVCs se necesita un protocolo de señalización. El host llamante envía un mensaje a su conmutador pidiendo la conexión; el conmutador reenvía la petición; cada mensaje es confirmado. Las peticiones indican los parámetros de tráfico y QoS requeridos para cada sentido. Pueden verse sujetas a CAC (Control de Admisión de la Conexión). La ruta se elige por tablas estáticas o por protocolo de routing.

76 Qué ruta emplearé? Humm..Iré por ZWB A A: Quiero establecer un circuito con B! Llamar a B 1 52 VPI 0, VCI 5 Ya voy X Ya voy Llamar a B Y Ya voy Z Llamar a B Llamar a B B W Ya voy Petición de conexión recibida de A Señalización ATM, primera parte

77 Señalización ATM, segunda parte A Conectar con A 1 52 Empezar a transmitir Marchando X Marchando Conectar con A Conexión establecida! Y Marchando Z Conectar con A Conectar con A B W Marchando 1 38 Conexión de A Aceptada El SVC se denomina VCC (Virtual Channel Connection) y está formado por una secuencia de VC Links (cuatro en este caso)

78 Señalización ATM, desconexión A Colgar 1 52 A: He terminado. Hecho X Hecho Colgar Conexión terminada Y Hecho Z Colgar Colgar B W Hecho El circuito lo puede terminar A, B, X, Z o W

80 Protocolo de routing PNNI (Private Network-Network Interface) Protocolo de routing utilizado en redes ATM (Network-to- Network). Algoritmo del estado del enlace Permite mayor fiabilidad, pero no reparto de tráfico (orientado a conexión) Normalmente empleado en conmutadores, pero puede utilizarse también en hosts dual-homed (redundancia) Direcciones formato NSAP (20 bytes). Hasta 105 niveles jerárquicos. Abarca el routing intra e inter-sistemas Autónomos. Solo tiene sentido si: Hay más de un camino posible (red mallada), y Se pueden crear SVCs (señalización)

81 Jerarquía PNNI LGNA LGNB Peer Group Abuelo Peer Group A ( Padre ) PGLA LGNc PTSPs Agregados LGNA1 LGNA2 LGN = Logical Group Node PGL = Peer Group Leader A1.2 A1.1 PGLA1 A1.4 A2.1 PGLA2 PTSP = PNNI Topology State Packet Enlace físico Enlace lógico A1.3 Inundación de PTSPs A2.3 A2.2 Peer Group A1 (hijo) Peer Group A2 (hijo) Dentro de un Peer Group los LSPs se envían por inundación La información de accesibilidad se agrega y propaga Es posible ocultar información a otros Peer Groups si se desea

82 Protocolos de Señalización y de Routing en redes con y sin mallado Red sin enlaces redundantes Red con enlaces redundantes Rutas estáticas Routing dinámico (PNNI) Rutas estáticas Routing dinámico (PNNI) PVCs (Sin Señalización) SVCs (con señalización) Configuración manual de circuitos y rutas Circuitos automáticos. Configuración manual de rutas. Configuración manual de circuitos. PNNI inútil. Circuitos automáticos. PNNI innecesario. PVCs (Sin señalización) SVCs (con señalización) Configuración manual de circuitos y rutas En caso de fallo restablecer PVC por ruta alternativa Circuitos automáticos. En caso de fallo redefinir rutas por camino alternativo y repetir llamada Configuración manual de circuitos. PNNI inútil Circuitos automáticos En caso de fallo repetir llamada. Máxima funcionalidad.

83 Hay dos maneras de realizar un diseño de software: una es hacerlo tan sencillo que evidentemente no tenga errores; la otra es hacerlo tan complicado que no tenga errores evidentes C. A. R. Hoare

84 Sumario Frame Relay ATM: Formato de celdas y conmutación Direcciones y autoconfiguración Categorías de servicio, parámetros, conformación y vigilancia de tráfico Control de Congestión Establecimiento de SVCs, señalización Protocolos de transporte AAL

86 Protocolos de transporte en ATM En ATM la capa de transporte se encarga de adaptar los datos recibidos de la aplicación al formato de 48 bytes de las celdas ATM. Por eso se llama Capa de Adaptación ATM o ATM Adaptation Layer (AAL) La capa AAL tiene dos subcapas: SAR (Segmentation And Reassembly) CS (Convergence Sublayer)

87 Estructura de la capa de transporte en ATM Modelo OSI Aplicación Modelo ATM Aplicación Subcapa CS o de Convergencia (Convergence Sublayer) Parte específica de la aplicación Transporte Red Enlace Física AAL ATM Física Prepara los datos recibidos de la aplicación para la subcapa SAR Subcapa SAR o de segmentación y reensamblado (Segmentation and Reassembly) Parte común Construye celdas de 48 bytes a partir de los datos recibidos de la subcapa CS

88 Clases de tráfico ATM según la ITU-T Tipo de servicio Caudal Tiempo Real Clase de tráfico Protocolo AAL Constante Si A AAL 1 CONS No No considerado Variable Si B AAL 2 No C AAL 3 Constante Si No considerado CLNS No No considerado Variable Si No considerado No D AAL 4

89 Protocolos AAL Las clases C y D (AAL 3 y AAL 4) son tan similares que se decidió crear un solo AAL para ambas, el AAL 3/4. Este debía ser el AAL utilizado para transmitir datos. Mas tarde la industria informática consideró que AAL 3/4 no era óptimo para datos, y a propuesta de IBM creó AAL5 con una función similar. El AAL: Se pacta para cada circuito o VCC (Virtual Channel Connection) No se define en los conmutadores, solo en los hosts. Ha de ser el mismo en ambos extremos del VCC, pero entre dos hosts puede haber dos VCCs con diferente AAL. Actualmente los más utilizados son AAL1 y AAL5

90 Transmisión de un mensaje en una red ATM Mensaje generado por la aplicación (ej.: datagrama IP) Salida de la capa de convergencia (CS) Cabecera CS CS (ca) Cola CS CS (co) Cabecera SAR Relleno Cola SAR Salida de la capa de segmentación y reensamblado (SAR) S A R CS (ca) S A R S A R S A R S A R CS (co) S A R Salida de la capa ATM A T M S A R Cabecera ATM CS (ca) S A R A T M S A R Bytes S A R A T M S A R CS (co) S A R

91 AAL1 Normalmente utilizado sobre servicio CBR. Solo tiene información de control en la subcapa SAR. Overhead de 1 byte por celda (en algunas 2 bytes) Aplicaciones: Transmisión de video digital de caudal constante (normalmente compresión M-JPEG). VoATM (Voice over ATM): conexión de centralitas telefónicas con emulación de circuitos E1 (CES, Circuit Emulation Services) sin compresión. También puede utilizar sistemas de compresión de voz siempre y cuando generen un caudal constante

92 Formato de las celdas AAL1 Bits Celda no P 0 SN SNP Carga útil 47 bytes Bits Paridad par Celda P 0 SN SNP Puntero Carga útil 46 bytes

93 Comunicación AAL1 entre centralitas de la Universidad de Valencia VCs AAL1 Naranjos PBX PBX 155 Mb/s Red ATM con PNNI 3 x E1 155 Mb/s 2 x E1 Burjassot 155 Mb/s 5 x E1 PBX Blasco Ibáñez

94 AAL5 Especialmente apto para servicio UBR y ABR, pero también puede utilizarse sobre CBR y VBR cuando hace falta calidad de servicio. Funcionamiento: Subcapa CS: Añade una cola al mensaje recibido de la aplicación y rellena a múltiplo de 48. Subcapa SAR: Corta el mensaje en trocitos de 48 bytes y lo acomoda en celdas. Coloca a 1 el último bit (clase) del campo PTI en la cabecera de la última celda

95 Formato de mensaje en la subcapa CS de AAL Carga útil Relleno UU CPI Long. CRC Carga útil: Relleno: UU: CPI: Long.: CRC: El mensaje recibido de la aplicación. Asegura que la longitud total es múltiplo de 48. User to User. A disposición de la aplicación. Actualmente no se utiliza. Common Part Indicator. Indica el significado del resto de los campos. De momento sólo se ha definido uno. Indica la longitud de la carga útil (para que el receptor sepa donde empieza el relleno). El mismo que se utiliza habitualmente en LANs.

96 AAL 5 Mensaje recibido de la aplicación Datos Paquete (subcapa CS) Datos Relleno 8 bytes Cola AAL 5 (longitud,crc) Celdas de 48 bytes (subcapa SAR) Celdas ATM H H H H H Se respeta el orden de las celdas Última celda marcada clase 1 (bit PTI) El AAL5 de destino utiliza la celda clase 1 para reensamblar los datos, los valida por el CRC y con la longitud quita el relleno

97 Descarte inteligente de celdas Conmutador sin descarte inteligente Celdas descartadas por congestión Al no poder enviar todas las celdas el conmutador descarta unas pocas al azar. El receptor no podrá reconstruir ningún mensajes AAL5, todo el tráfico es inútil Mensajes AAL5 Conmutador con descarte inteligente Al no poder enviar todas las celdas el conmutador decide sacrificar un mensaje AAL5. Así al menos los otros dos llegan correctamente. Celdas descartadas por congestión (mensaje AAL5 completo)

98 Ejercicios

99 Ejercicio 5 P: En IPv4 direcciones de 32 bits, luego máximo de nodos En ATM VPI-VCI UNI son 24 bits, luego máximo de nodos Es correcto? R: No es el máximo de VCs que puede establecer cada host en una red ATM. El máximo de nodos con direcciones E.164 (15 dígitos decimales) es de y con direcciones NSAP (20 bytes) sería de

100 Ejercicio 9 Accesos Frame Relay posibles: Acceso físico 512 Kb/s, CIR 384 Kb/s, EIR 0 Kb/s Acceso físico 512 Kb/s, CIR 512 Kb/s, EIR 0 Kb/s Acceso físico Kb/s, CIR 384 Kb/s, EIR 0 Kb/s Acceso físico Kb/s, CIR 512 Kb/s, EIR 0 Kb/s T = 180 ms (para deducir B c ) Aplicación genera 10 tramas de 1500 bytes cada 0,5 seg. Calcular si se produce descarte de tramas

101 Ej. 9 caso 1: acceso 512, CIR 384 Tamaño buffer: B c = CIR * T = *0,18=69120 bits Capac. Pozal: 69120/12000 = 5,76 = 5 tramas Tiempo emitir una trama: 12000/ = 0,0234 s = 23,4 ms. El host emite diez tramas en 234 ms y esta en silencio 266 ms A los 234 ms han entrado 10 tramas y han salido durante ,4 = 210,6 (la primera empieza a salir solo cuando se ha recibido toda, para comprobar el CRC): 0,2106 * = bits = 6,74 tramas = 6 tramas Con 6 tramas emitidas y 5 que caben en el pozal la ráfaga se ha podido absorber sin perder nada La máxima ráfaga que se podría aceptar sin perder datos sería de 16 tramas

102 Ej. 9 caso 2: acceso 512, CIR 512 En este caso la regulación del tráfico la realiza el acceso físico, por lo que serán los buffers en el host emisor los que retengan el tráfico. El conmutador de acceso a la red solo introduce un retardo de 23,4 mseg debido a la comprobación del CRC de las tramas (un retardo similar es introducido por cada conmutador por el que pasa la trama).

103 Ej. 9 caso 3: acceso 2048, CIR 384 Pozal: 5 tramas Tiempo emitir una trama: 12000/ = 0,00586 s = 5,86 ms El host emite 10 tramas en 58,6 ms y esta callado 441,4 ms A los 58,6 ms han entrado 10 tramas y han salido durante 58,6 5,86 = 52,74: 0,05274 * = bits = 1,69 tramas = 1 trama Con 1 trama emitida y 5 que caben en el pozal se han perdido cuatro tramas La máxima ráfaga sin perder datos sería de 5 tramas

104 Ej. 9 caso 4: acceso 2048, CIR 512 B c = * 0,18 =92160 bits 92160/12000 = 7,68 = 7 tramas (capacidad del pozal) Tiempo emitir una trama: 12000/ = 0,00586 s = 5,86 ms El host emite 10 tramas en 58,6 ms y esta callado 441,4 ms A los 58,6 ms han entrado 10 tramas y han salido durante 58,6 5,86 = 52,74: 0,05274 * = bits = 2,25 tramas = 2 tramas Con 2 trama emitidas y 7 que caben en el pozal se ha perdido una trama La máxima ráfaga sin perder datos sería de 9 tramas

105 Ejercicio examen sept Categoría de servicio VBR. Parámetros: SCR: celdas/s PCR: celdas/s MBS (Maximum Burst Size): 200 celdas Calcular: Caudal máximo sostenido garantizado Caudal máximo sostenido no garantizado Máxima ráfaga garantizada (caudal y duración)

106 Ejercicio examen sept Caudal máximo sostenido garantizado (SCR): 5000 celdas/s * 53 bytes/celda * 8 bits/byte = 2,12 Mb/s Caudal máximo sostenido no garantizado (PCR): celdas/s * 53 bytes/celda * 8 bits/byte = 4,24 Mb/s Máxima ráfaga garantizada: Entrada: PCR, Salida: SCR, Capacidad del pozal: MBS Partiendo de un pozal vacío la ráfaga máxima será la que dure un tiempo tal que: Flujo entrado = flujo salido + capacidad del pozal o sea: PCR * t = SCR * t + MBS

107 Ejercicio examen sept Despejando t: t = MBS / (PCR SCR) = 200 / ( ) = 0,04 s La ráfaga máxima garantizada sería pues de 4,24 Mb/s durante 40 mseg