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Tema 4

Redes Frame Relay y ATM

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

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

Topología de una red Frame Relay

Sw FR

Líneas punto a punto

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

Funcionamiento de una red Frame Relay

Sw FR

Sw FR

Sw FR

Sw FR

DLCI = 1

DLCI = 1

DLCI = 1

DLCI = 1 DLCI = 2

DLCI = 2

α γ

β

A

B

D

CDLCI = 0

El DLCI 0 se utiliza para señalización (establecer SVCs)

DLCI: Data Link Connection Identifier

X

Y

Z

W

DLCI = 1

Tabla de circuitos virtuales en A

Circuito Puerto DLCI Puerto DLCI

Rojo α 1 β 1

Verde γ 1 β 2

Comparación de las redes de conmutación de paquetes orientadas a conexión (CONS)

Red Apogeo Velocidadtípica

Paquetemáximo

Protecc. erroresnivel de enlace

128 bytes CRC del paquete con confirmación

del receptorCRC del paquete

CRC de cabecerasolamente

8192 bytes

53 bytes

Orientadoa

X.25 1985-1996 9,6 - 64 Kb/s Datos

FrameRelay

1992 - 64 - 2 Mb/s Datos

ATM 1996 - 34 - 155 Mb/s Datos, vozy vídeo

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_entradaetiqueta-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

Estructura de trama Frame Relay

Bytes → 1 2-4 0-8188 2 1

01111110 Dirección Datos CRC 01111110

•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.

Estructura del campo Dirección

DLCI Superior 0C/R8 7 6 5 4 3 2 1

DLCI Inferior 1DEFECN BECN

•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’)

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.

Traffic Shaping y Traffic Policing en Frame Relay

SwitchFR

SwitchFR

Línea de acceso2048 Kb/s

PVCCIR 1024 Kb/sEIR 384 Kb/s

Traffic Shaping

Traffic Policing

SwitchFR

PVCCIR 1024 Kb/sEIR 384 Kb/s

A

B

CX

Y

Z

Funcionamiento del CIR y el EIR

CIR (Committed Information Rate)

CIR + EIR (Caudal máximo posible)

Velocidad actual

Transmisióngarantizada

Transmitir si es

posible

No transmitir, descartar todo

Capacidad del enlace de acceso del host a la red

0

SwitchFR

Control de tráfico en Frame Relay

• Se utilizan dos pozales agujereados. Parámetros:– CIR y Bc– EIR y Be

• Se cumple que:– Bc= CIR * t– Be= EIR * t

• Cuando se supera el primer pozal las tramas se marcan con DE =1. Cuando se supera el segundo se descartan.

Bc / CIR = Be / EIR

Control de tráfico en Frame Relay

DE=1

Bc = CIR * t

Be = EIR * tDE=0

Tramas enviadas por el host con DE=1

CIR

EIR

Tramas que desbordan la capacidad del pozal Be

Tramas enviadas por el host con DE=0

Tramas que desbordan lacapacidad del pozal Bc

Descartar

Parámetros: ρ = 20 Mb/s, C = 10 MbitsRáfaga de 10 Mbits recibida en 50 ms (equivalente a 200 Mb/s)

Instante Tr. Entrado Tr. Salido En pozal

0 ms 0 0 0

10 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

. . .

450 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

0 0 0

2 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

2ªRáfaga

Máximo

Control de tráfico en Frame Relay. Ejemplo

• Línea de acceso 2.048 Kb/s• CIR 1.024 Kb/s, EIR 384 Kb/s, t = 1s • Bc = 1.024.000 bits, Be = 384.000 bits• Tramas de 50.000 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.

Control de tráfico Frame Relay. Ejemplo

Caso Tramas/s enviadas

Tramas/s con DE=0

Tramas/s con DE=1

Tramas/s descartadas

1 40

28

20

20,48 7,68 11,84

2 20,48 7,52 0

3 20 0 0

Control de tráfico Frame Relay: Caso 4

• Ráfaga de 40 tramas precedida y seguida de un segundo sin tráfico

• Tramas recibidas = t * 2.000.000 / 50.000 = t * 40Al cabo de un segundo: 40 tramas recibidas

• Tramas enviadas = (t-0,0244)*1.024.000/50.000 = (t-0,0244)*20,48

Al cabo de un segundo: 19,98 tramas = 19 tramas• Capacidad pozal: 1.024.000/50.000 = 20,48 = 20 tramas• Descartadas = recibidas - enviadas – pozal = 40 – 19 –

20 = 1• Al final de la ráfaga hay una trama que desborda el Bc.

Dicha trama será marcada con DE=1 y enviada por el EIR.

Tiempo(ms)

Tramas entradas

Tramas salidas CIR

Tramas en pozal Bc

Tramas desbordadas Bc

0 0000000

124,4 5 2 3 0

…… …… …… …… …...1927,6 40 39 0 1

......0000111

121

74,4 3 1 299,4 4 1 3

949,4 38 18 20

999,4 40 19 20

2

......19

1920

1918

0 0 024,4 1 049,4 2 073,2 2 1

...... ...... ......924,4 37 18

951,6 38 19974,4 39 19

1000,4 40 201049,2 40 21

122 4 2

Caso 4: Ráfaga de 40 tramas en 1 seg.

Fin de la ráfaga

Fin de envío CIR

Funcionamiento del pozal agujereado

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

150

300

450

600

750

900

1049

1196

1342

1488

1635

1781

1928

Milisegundos

Trama

s Serie1Serie3EntradaSalida

21 tramas

Ráfaga de 40 tramas

Control de Congestión en Frame Relay

SwitchFR

Tráfico incontrolado

BECN FECN

SwitchFR

SwitchFR

3: Descarto tramascon DE=1

2: Situación de congestión

4: Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido

6: Poner a 1 bit BECNen tramas de vuelta

1: Monitorizar colas

5: Poner a 1 bit FECNen tramas de ida

SwitchFR

SwitchFR

Sumario




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.

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

El VC es el caminológico entre hosts

en la red ATM

Cada VP ContieneMúltiples VCs

Identificador de la Conexión : VPI/VCIVPI/VCI

Tipos de interfaces ATM

TokenRing

UNI

NNI

NNIRed ATM

• UNI = User-to-Network Interface• NNI = Network-to-Network Interface

Conmutador ATM con 16 puertos de 155 Mb/sPuertos OC-3c en fibraPuertos OC-3c en cobre (UTP-5)

Cabecera de celda ATM

VCI PTIHeader Error Check (HEC)

VCIVPI VCIGFC VPI

CLP

Carga útil(48 bytes)

Celda UNI Celda NNI

VCI PTIHeader Error Check (HEC)

VCIVPI VCIVPI VPI

CLP

Carga útil(48 bytes)

• GFC: Generic FlowControl. No usado

• VPI: Virtual PathIdentifier. Hasta 256 (UNI) o 4096 (NNI).

• VCI: Virtual Channel Identifier. Hasta 65536.

• PTI: Payload TypeIdentifier. 3 bits.

• CLP: Cell LossPriority. 1 bit.

• HEC: Es un CRC de toda la cabecera. 8 bits.

8 bits 8 bits

Campo PTI (Payload Type Identifier)

Valor Significado

000 Celda tipo 0 (normal). No hay congestión

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

Usuario

Gestión

Funcionamiento de un conmutador ATM

22

33

29 6464

Salida

2929

45EntradaPort

1

2

11

33

VPI/VCI

29

45

6464

2929

Port

2

1

33

11

VPI/VCI

45

29

2929

6464

11

• 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

Viaje de dos celdas por una red ATM

AA

BB

DD

CC

EntradaEntrada SalidaSalidaPortPort VPI/VCIVPI/VCI PortPort VPI/VCIVPI/VCI

2 15 3 1433 1414 22 1515


11 2929 33 454522 3030 44 15153 45 1 294 15 2 30


11 4545 22 16162 16 1 45

2929

3030

1010

1616

1515

45451414

4343


11 1616 22 434322 4343 11 16163 14 4 104 10 3 14

1

2

4 2

3

32

4

12

3

1

X Y

Z W

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

Conmutación de VPs y VCs

VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4

VPI 2VPI 2VPI 3VPI 3VPI 1VPI 1

VPI 2VPI 2

VPI 3VPI 3

VPI 5

VPI 1VPI 1

VPI 4

PortPort 11

PortPort 22

PortPort 33

VCI 1VCI 2

VCI 1VCI 2

VP Switch

VC Switch

VCI 1

VCI 2

VCI 4

VCI 3

Algunos VPI/VCI Reservados

VPI VCI Función0 0-14 ITU0 15-31 ATM Forum0 0 Celda de relleno (Idle Cell)0 3 Celda OAM entre conmutadores vecinos (gestión)0 4 Celda OAM entre extremos (gestión)0 5 Señalización0 16 ILMI (autoconfiguración)0 17 LANE (LAN Emulation)0 18 PNNI (Protocolo de Routing)

ITU

ATMForum

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

Circuito virtual conmutado (SVC)Circuito virtual permanente (PVC)

Circuito punto a multipunto (SVC)Circuitos de sistema

ciatm#show atm vcInterface VPI VCI Type X-Interface X-VPI X-VCI Encap StatusATM0/0/0 0 5 PVC ATM2/0/0 0 32 QSAAL UPATM0/0/0 0 16 PVC ATM2/0/0 0 33 ILMI UPATM0/0/0 0 18 PVC ATM2/0/0 0 34 PNNI UPATM0/0/0 0 32 SVC ATM0/0/1 0 51 UPATM0/0/0 0 39 SVC ATM0/1/1 0 46 UPATM0/0/0 0 99 PVC ATM3/1/0 0 99 UPATM0/0/0 3 40 PVC ATM0/0/1 4 50 UPATM0/0/0 0 296 SVC ATM1/0/1 0 227 UP

ATM3/1/0 0 482 UPATM0/0/1 0 5 PVC ATM2/0/0 0 59 QSAAL UPATM0/0/1 0 16 PVC ATM2/0/0 0 36 ILMI UPATM0/0/1 0 51 SVC ATM0/0/0 0 32 UPATM0/0/1 4 50 PVC ATM0/0/0 3 40 UPATM0/1/1 0 5 PVC ATM2/0/0 0 63 QSAAL UPATM0/1/1 0 16 PVC ATM2/0/0 0 42 ILMI UPATM0/1/1 0 46 SVC ATM0/0/0 0 39 UPATM1/0/1 0 227 SVC ATM0/0/0 0 296 UPATM3/1/0 0 99 PVC ATM0/0/0 0 99 UPATM3/1/0 0 482 SVC ATM0/0/0 0 296 UP

Arquitectura de una red ADSL

Bucle de abonado (conexión ADSL)

Redtelefónica

Router ADSL

Ethernet 10BASE-T

VPI 8, VCI 32, PCR 2000/300 Kb/s

VPI 8, VCI 32, PCR 512/128 Kb/s

VPI 8, VCI 32, PCR 256/128 Kb/s

Circuito permanente ATM

Red ATM

80.24.166.129/26

80.24.166.172/26

80.24.166.173/26

80.24.166.174/26

Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s)

Internet

Configuración de un router ADSL/ATMRouter#show running-config!! router C827-4V! IOS version 12.1(5)!interface Ethernet0ip address 147.156.159.1 255.255.255.192

!interface ATM0no ip addressno atm ilmi-keepalivepvc 0/16 ilmi!bundle-enabledsl operating-mode auto

!interface ATM0.1 point-to-pointdescription ADSL telefono 963692769bandwidth 300ip address 80.24.166.172 255.255.255.192pvc 8/32 ubr 300encapsulation aal5snap

!ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 80.24.166.129

Interfaz física ADSL/ATM

IP en la subred ADSL (asignado por operador)VPI/VCI Circuito ATM (asignado por operador)

Caudal ascendente (para métrica de routing)

Subinterfaz ATM

Caudal ascendente (para gestión de tráfico)

Circuito para autoconfiguración

Ruta por defecto: enviar todo por ATM0.1

Sumario




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.

AFIAFIDCCDCCEESISI

HOHO--DSPDSPICDICDSELSEL

AuthorityAuthority and and FormatFormat IdentifierIdentifierData Country Data Country CodeCodeEndEnd System System IdentifierIdentifier (IEEE)(IEEE)

HighHigh OrderOrder DomainDomain SpecificSpecific PartPartInternational International CodeCode DesignatorDesignatorNSAP SelectorNSAP Selector

Formato E.16445

AFI DCC ESI SEL

Formato DCC39

HO-DSP

AFI ICD ESI SEL

Formato ICD47

HO-DSP

AFI ESI SELHO-DSPE.164

Dir. MAC IEEE

Dir. MAC IEEE

Dir. MAC IEEE

Ejemplo de Plan de Direcciones ATM

Cataluña39.724F.1001.26

Com. Valenciana39.724F.1001.30

La Rioja39.724F.1001.34

U. Polit. Valencia39.724F.1001.3010.0002

U. Valencia39.724F.1001.3010.0001

Campus Burjassot39.724F.1001.3010.0001.0012

Campus Tarongers39.724F.1001.3010.0001.0017

Nivel red nacional(40 bits)

Nivel organización(72 bits)

Nivel Com. Autónoma(48 bits)

Nivel Campus(88 bits)

Red ATM de RedIRIS39.724F.1001

DCC España

Autoconfiguración ATMILMI (Integrated Local Management Interface)

Primera parte

port n

Cual es el prefijo ATM?Mi MAC = aabb

UNI

VPI = 0, VCI = 16

Direc. MAC = aabbPref. ATM = ???

Prefijo ATM = 39.724FDirec. Port n = ???

Red ESIaabb?

Red ESI39.724F ?

19 Bytes19 Bytes

Host ATM Conmutador ATM

Autoconfiguración ATMILMI (Integrated Local Management Interface)

Segunda parte

Prefijo ATM = 39.724FDirec. Port n = 39.724Faabb

Host ATM Conmutador ATM

Red = 39.724F

Direc. MAC = aabbPref. ATM = 39.724F

Red ESIaabb39.724F

Red ESI39.724F aabb

UNI

19 Bytes

VPI = 0, VCI = 16

port n

19 Bytes

Sumario




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).

Categorías de Servicio ATM

• Parámetros de tráficoPCR/CDVTSCR/BTMCR

• Calidad de ServicioMax. CTDPeak to Peak CDVCLR

Contratooro

Contratoplata

ContratContratooRed ATM

Servicio CBR (Constant Bit Rate)

CBR1

CBR2CBR2

CBR1

•••

•••

Capacidaddel enlace

Capacidadreservada

no aprovechable

• 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.

Servicio VBR (Variable Bit Rate)

CBR

VBRVBR

CBR

•••

•••

Capacidad noaprovechada

Capacidaddel enlace

• 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 VBR-

rt) por lo que la capacidad se reserva. Pero si no la emplea queda libre para que la utilicen otros servicios menos exigentes.

Servicio UBR (Unspecified Bit Rate)

CBRVBR

VBR

CBRUBR

UBR

Celdas descartadas en caso de congestión

Capacidad excedenteutilizada por UBR

Capacidaddel enlace

• 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

Servicio ABR (Available Bit Rate)

CBRVBR

VBR

CBRABR

ABR

La realimentación de la red evita la congestión y la pérdida de celdas

Tráfico ABR elástico Tráfico ABR elástico con garantíascon garantías

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

(PCR, MCR, CLR)

Capacidaddel enlace

Categorías de Servicio ATM. Comparación

Categoría CaracterísticasCBR Simula línea punto a punto. Reserva estricta de capacidad.

Caudal constante con mínima tolerancia a ráfagas.VBR-rt Asegura un caudal medio y un retardo. Permite ráfagas.

Utiliza dos pozales agujereados.VBR-nrt Asegura un caudal medio pero no retardo. Permite ráfagas.

Utiliza pozal agujereado.ABR Asegura un caudal mínimo, permite usar capacidad sobrante

de la red. Incorpora control de congestiónUBR No asegura nada. Usa caudal sobrante.

Parámetros de Tráfico

• PCR (Peak Cell Rate) y CDVT (Cell DelayVariation 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

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 DelayVariation): 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

Función densidad de probabilidad de llegada de celdas

α < CLR

Peak-to-Peak CDVMax CTD (Cell Transfer Delay) Celdas perdidas o

entregadas demasiado tarde

Mínimo

El tiempo mínimo de transferencia depende de las características físicas de la red

α

1 - α

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

Categorías de Servicio ATM

Servicio Garantizado

‘BestEffort’

CBR VBR-nrt ABR UBRVBR-rt UBR+

Calidad de Servicio

Mínima MáximaComplejidad de implementación

ABRUBR UBR+ CBR VBR-nrt VBR-rt

Control de Admisión de Conexión o CAC(CBR, VBR y ABR)

Red ATM

Quiero un VC VBR-rt con:PCR/CDVT = A/BSCR/BT = C/DMax. CTD = EPk-t-Pk CDV = FCLR = G

CACCACPuedo soportar estode forma fiable sin

perjudicar otros contratos?

Petición de QoS garantizada

No o Sí, Acordar un

Contrato de TráficoContraContratoto

Conformado de Tráfico o Traffic Shaping(CBR y VBR)

• 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

Red ATM

Datos conformadosDatos reales

Quiero cumplir con mi contrato,

por tanto suavizaré mi tráfico

Adelante,Dame el día

Shap

er

Traffic Policing o UPC (Usage ParameterControl, Control de Parámetros de Uso)

Red ATM

Este usuario no está cumpliendo el contrato.

¿Cual deberá ser la multa?

•• DEJAR PASARDEJAR PASAR•• MARCAR BIT CLPMARCAR BIT CLP•• DDESCARTARESCARTAR

OPCIONES:OPCIONES:

Contrato

APLICACIÓNAPLICACIÓNREBELDEREBELDE

Vigilancia de tráfico (traffic policing)

00 00 00 1 00

CeldaCeldaMarMarcadacada

UPC

•• DEJAR PDEJAR PASASARAR•• MARMARCAR BIT CLPCAR BIT CLP•• DESCARTARDESCARTAR

Celda Descartada

ABC AB

C

Bit CLPBit CLP

En caso de congestión la red puede descartar las celdas marcadas más tarde

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

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

Algoritmo por defecto para VBR

Vaciar al caudal de SCR en el VC

CLP = 0

PrimerPrimerPozalPozal(BT)(BT)

SegundoPozal

(CDVT)

CLP = 1

Primer pozal llenoCLP = 1

Vaciar al caudal de PCR-SCR en el VC

Segundo pozallleno

descartar

Tráfico entrante

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

Descendente 32 celdas32 celdas32 celdas32 celdas64 celdas32 celdas

Ascendente 128 Kb/s 10 ms 12,8 Kb/s

Ascendente 128 Kb/s 10 ms 12,8 Kb/s

Ascendente 300 Kb/s 4 ms 30 Kb/s

Descendente

Descendente

256 Kb/s 5 ms 25,6 Kb/s

512 Kb/s 3 ms 51,2 Kb/s

2 Mb/s 3 ó 0,7 ms(*) 200 Kb/sPremium

Class

Básico

(*)3 ms con interfaz de 34 Mb/s, 0,7 ms con interfaz de 155 Mb/s

Traffic Policing ABR

• El tráfico por debajo de MCR (MinimumCell 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.

Características de las Categorías de Servicio ATM

Traffic Policing

Control de Admisión

Tiemporeal

Aplicación

Sí

Sí

No

No

No

CBR Sí Sí Emulación de circuitos. Aplicaciones de caudal constante

VBR-rt Sí Sí Flujos con ráfagas (videoconferencia, VoD)

VBR-nrt Sí Sí Datos. Caudal relativamente constante con algunas ráfagas.

ABR Posible Sí Datos. Caudal a ráfagas muy irregular. Mínimo garantizado.

Control de congestiónUBR No No Datos. Caudal a ráfagas muy

irregular. Sin garantías

Reparto de la capacidad de un enlace por categorías de tráfico ATM

CBR PCR

VBR SCR

VBR PCR

ABR MCR

ABR PCR

Capacidad del enlace

VBR

ABRUBR

CBRCBR

Sumario




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)

Control de Congestión Reactivo

Realimentación

B

C

A

Z

Conmutador

Conmutador

Importante Importante minimizar tiempo de minimizar tiempo de

reacciónreacción

Los mecanismos de Los mecanismos de realimentación deben realimentación deben

implementarse en hardwareimplementarse en hardware

Control de Congestión ABR: Modo EFCI (Explicit Forward Congestion Indication)

ReceptorEmisor

Celdas RM marcadas por

Receptor

x x

Bit intermedio en campo PTI

Celda de datos

Celda RM (Resource Management)

Cuando el conmutador detecta congestión:1. Pone el flag EFCI en las celdas de ida en ese VC2. 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 ritmoTiempo de reacción depende del tiempo de ida y vuelta del VC

Control de Congestión ABR: Modo Tasa relativa (RR, Relative Rate)

Emisorx 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 ritmoEl tiempo de reacción es más corto que en modo EFCI

Control de Congestión ABR: Modo Tasa explícita (ER, Explicit Rate)

Emisor50

155 100

Receptor100

1. El emisor anota en las celdas RM el caudal posible2. Los conmutadores pueden modificar el valor anotado, pero solo

para disminuir su valor3. El emisor ajusta su flujo al caudal indicado en las celdas RM

que recibeSe utiliza en enlaces de área extensa

Flujo de celdas ATM con control de congestiónCuando CI=1 en la celda RM recibida la fuente debe reducir su ACR en RDFxACR hasta un mínimo igual a MCR

Actual cell rateExplicit rateInitial cell rateMinimum cell ratePeak cell rateRate Decrease FactorRate Increase factor

ACR

PCR

ICR

MCR

ACR:ER:

ICR:MCR:PCR:RDF:RIF:

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)

Control de congestión ABR

Modo Tasa ExplícitaModo Tasa ExplícitaEl más sofisticadoEl más sofisticado

Ideal Ideal para redes WANpara redes WAN

Modo Tasa RelativaModo Tasa RelativaSSencilloencillo y eficientey eficiente

Ideal Ideal para redes LANpara redes LAN/MAN/MAN

Modo Modo EFCIEFCIEl más sencilloEl más sencillo

Alta latenciaAlta latencia

Conmutador de campus

Conmutador de Operador

Efic

ienc

ia

Costo/Complejidad

Sumario




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.

A

B

A: ¡Quiero establecer un circuito con B!

Petición de conexión recibida de A

¿Qué ruta emplearé? Humm..Iré por ZWB

Ya voy

Llamar a B1 45 2 38

Llamar a B

1 29 2 45

Llamar a B2 52 3 29

Llamar a B

1 52VPI 0, VCI 5

Ya voy

Ya voy

Ya voyX

YZ

W

Señalización ATM, primera parte

A

B

Señalización ATM, segunda parte

Conectar con A

Conectar con A

Conectar con A

Conectar con A

MarchandoMarchando

Marchando

Marchando

Empezar a transmitir ¡Conexión establecida!

Conexión de A Aceptada

1 381 45 2 38

1 29 2 45

2 52 3 29

1 52

X

YZ

W

El SVC se denomina VCC (Virtual Channel Connection) y está formado por una secuencia de VC Links (cuatro en este caso)

A

B

Colgar

Colgar

Colgar

Colgar

Señalización ATM, desconexión

A: He terminado. Conexión terminada

1 522 52 3 29

1 29 2 45

1 45 2 38 1 52

Hecho

A

Hecho

Hecho

Hecho

B

X

YZ

W

El circuito lo puede terminar A, B, X, Z o W

Sumario




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)

Jerarquía PNNI

LGN = Logical Group NodePGL = Peer Group LeaderPTSP = PNNI Topology State Packet

Peer Group‘Abuelo’

Peer Group A(‘Padre’)

PGLA2

PGLA

LGNA1

LGNA2

Peer Group A2 (hijo)

PTSPsAgregados

Peer Group A1 (hijo)

Inundaciónde PTSPs

PGLA1

LGNA

Enlace físicoEnlace lógico

LGNB

LGNc

A1.1

A1.2

A1.3

A1.4 A2.1

A2.2A2.3

• 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

Protocolos de Señalización y de Routingen redes con y sin mallado

Red sin enlaces redundantes Red con enlaces redundantes

Rutas estáticas

Routingdinámico (PNNI)

PVCs (SinSeñalización)

Configuración manual de circuitos y rutas

Configuración manual de circuitos.PNNI inútil.

SVCs (con señalización)

Circuitos automáticos.Configuración manual de rutas.

Circuitos automáticos.PNNI innecesario.

Rutas estáticas Routingdinámico (PNNI)

PVCs (Sin señalización)

Configuración manual de circuitos y rutasEn caso de fallo restablecer PVC por ruta alternativa

Configuración manual de circuitos.PNNI inútil

SVCs (con señalización)

Circuitos automáticos.En caso de fallo redefinir rutas por camino alternativo y repetir llamada

Circuitos automáticosEn caso de fallo repetir llamada.Máxima funcionalidad.

“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

Sumario



vigilancia de tráfico– Control de Congestión– Establecimiento de SVCs, señalización– Protocolos de transporte AAL

Sumario




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)

Estructura de la capa de transporte en ATM

Aplicación

AAL

ATM

Física

Subcapa CS o de Convergencia (Convergence Sublayer)Prepara los datos recibidos de la aplicación para la subcapa SAR Subcapa SAR o de segmentación y reensamblado (Segmentation and Reassembly)Construye celdas de 48 bytes a partir de los datos recibidos de la subcapa CS

Parte específica de la aplicación

Parte común

Modelo OSI

Modelo ATM

Aplicación

Transporte

Red

Enlace

Física

Clases de tráfico ATM según la ITU-T

Tipo de servicio Caudal Tiempo Real Clase de tráfico Protocolo AALAAL 1

AAL 2AAL 3

AAL 4

Si ANo No considerado

BNo C

No consideradoNo considerado

No

No D

SiVariable

Si No considerado

SiVariable

ConstanteCLNS

ConstanteCONS

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

Transmisión de un mensaje en una red ATM

Mensaje generado por la aplicación

(ej.: datagrama IP)

Salida de la capa de convergencia (CS)

CS(ca)

SAR

CS(co)

CS(ca)

SAR

SAR

SAR

SAR

SAR

CS(co)

CabeceraCS

ColaCS

RellenoCabeceraSAR

ColaSAR

Salida de la capa de segmentación y

reensamblado (SAR)

ATM

SAR

SAR

SAR

SAR

CS(co)

ATM

SAR

CS(ca)

SAR

ATM

Salida de la capa ATM

44-484853

BytesCabecera

ATM

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

Formato de las celdas AAL1

Bits → 1 3 3 1

0 SN SNP Carga útil 47 bytesCelda no P

Bits → 1 3 3 1 8

Paridad par

0 SN SNP Puntero Carga útil 46 bytesCelda P

Comunicación AAL1 entre centralitas de la Universidad de Valencia

PBX

PBX

PBX

155 Mb/s

155 Mb/s

155 Mb/s

2 x E15 x E1

3 x E1Red ATM con PNNI

Burjassot

NaranjosVCs AAL1

Blasco Ibáñez

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

Formato de mensaje en la subcapa CS de AAL5

0-65535 0-47 1 1 2 4

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.

AAL 5

HH HH HH HH HH

Mensaje recibido de la aplicación

Paquete (subcapa CS)

Celdas ATM

Última celda marcada clase 1 (bit PTI)

Datos

DatosCola AAL 5

(longitud,CRC)Relleno

8 bytes

Celdas de 48 bytes

(subcapa SAR) Se respeta el orden de las celdas

El AAL5 de destino utiliza la celda clase 1 para reensamblar losdatos, los valida por el CRC y con la longitud quita el relleno

Descarte inteligente de celdas

Conmutador sindescarte inteligente

Conmutador condescarte inteligente

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

Al no poder enviar todas las celdas el conmutador decide sacrificar un mensaje AAL5. Así al menos los otros dos llegan correctamente.

Mensajes AAL5

Celdas descartadas por congestión

Celdas descartadas por congestión(mensaje AAL5 completo)

Ejercicios

Ejercicio 5

P: En IPv4 direcciones de 32 bits, luego máximo de nodos 232. En ATM VPI-VCI UNI son 24 bits, luego máximo de nodos 224. Es correcto?

R: No. 224 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 1015 y con direcciones NSAP (20 bytes) sería de 2160.

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 2.048 Kb/s, CIR 384 Kb/s, EIR 0 Kb/s– Acceso físico 2.048 Kb/s, CIR 512 Kb/s, EIR 0 Kb/s

• T = 180 ms (para deducir Bc)• Aplicación genera 10 tramas de 1500 bytes cada

0,5 seg.• Calcular si se produce descarte de tramas

Ej. 9 caso 1: acceso 512, CIR 384• Tamaño buffer: Bc= CIR * T = 384000*0,18=69120 bits• Capac. Pozal: 69120/12000 = 5,76 = 5 tramas• Tiempo emitir una trama: 12000/512000 = 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

234 – 23,4 = 210,6 (la primera empieza a salir solo cuando se ha recibido toda, para comprobar el CRC):0,2106 * 384000 = 80870 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

Ej. 9 caso 2: acceso 512, CIR 512En 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).

Ej. 9 caso 3: acceso 2048, CIR 384• Pozal: 5 tramas• Tiempo emitir una trama: 12000/2048000 = 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 * 384000 = 20252 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

Ej. 9 caso 4: acceso 2048, CIR 512• Bc = 512000 * 0,18 =92160 bits• 92160/12000 = 7,68 = 7 tramas (capacidad del pozal)• Tiempo emitir una trama: 12000/2048000 = 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 * 512000 = 27003 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

Ejercicio examen sept. 1999• Categoría de servicio VBR. Parámetros:

– SCR: 5.000 celdas/s– PCR: 10.000 celdas/s– MBS (Maximum Burst Size): 200 celdas

• Calcular:– Caudal máximo sostenido garantizado– Caudal máximo sostenido no garantizado– Máxima ráfaga garantizada (caudal y duración)

Ejercicio examen sept. 1999• Caudal máximo sostenido garantizado (SCR):

– 5000 celdas/s * 53 bytes/celda * 8 bits/byte = 2,12 Mb/s

• Caudal máximo sostenido no garantizado (PCR):– 10000 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 pozalo sea: PCR * t = SCR * t + MBS

Ejercicio examen sept. 1999• Despejando t:

t = MBS / (PCR – SCR) = 200 / (10000 – 5000) = 0,04 s

• La ráfaga máxima garantizada sería pues de 4,24 Mb/s durante 40 mseg

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