UNIDAD IV. CONMUTACIÓN DE PAQUETES

UNIDAD IV. CONMUTACIÓN DE PAQUETES
Nivel de red. Tecnologías X.25, FR y ATM (8hT + 3hP)
El primer bloque de la unidad estudia el nivel de red y sus funciones. Inicialmente, se introducen los modelos
ya conocidos de organización de la capa red en conmutación de paquetes (circuito virtual y datagrama) para,
a continuación, abordar las funciones principales de este nivel. La capa de red necesita conocer la topología
de la red para fijar la trayectoria más apropiada en una comunicación extremo a extremo (encaminamiento),
(encaminamiento)
debe evitar la sobrecarga de las líneas (situaciones de congestión) y resolver los problemas derivados de
que la fuente y el destino estén en redes diferentes (interconexión de redes).
El segundo bloque analiza los aspectos básicos y diferenciadores de las distintas tecnologías basadas en
conmutación de paquetes: X.25, FR (Frame Relay), ATM (Asynchronous Transfer Mode). En cada una se
estudian los principios básicos que las caracterizan, la motivación de su aparición, su arquitectura funcional y
de protocolos, tipos de servicios y procedimientos de gestión del tráfico y control de congestión.
Para completar el material de clase y los conceptos básicos de esta unidad,
unidad conviene consultar los libros
W.Stallings “High-Speed Networks: TCP/IP and ATM Design Principles”, 1ª ed., Prentice-Hall, 1998. y
W.Stallings “ISDN and Broadband ISDN with Frame Relay and ATM” Prentice Hall 4th Ed., 2000.
Tema 1.
T
1 NIVEL DE RED.
RED FUNCIONES.
FUNCIONES
- Modelos de organización de la capa de red.
- Encaminamiento.
- Control de congestión.
- Interconexión
Intercone ión de redes
Tema 2. TECNOLOGÍAS DE RED.
- X.25. Definición y arquitectura funcional. Control de congestión y limitaciones. Evolución X.25 a FR.
FR Definición.
Definición Arquitectura de protocolos
protocolos. Gestión de tráfico.
tráfico Control de congestión
congestión. Evolución FR a ATM
- FR.
- ATM. Definición y estructura funcional. Arquitectura de protocolos. Conmutación. Gestión de tráfico.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.1
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
Contenidos del capítulo
 Modelos de organización de la capa de red.
 Encaminamiento.
 Control de congestión.
 Interconexión de redes
Conmutación de paquetes
Su característica
S
t í ti básica
bá i es la
l compartición
ti ió de
d recursos de
d transmisión
t
i ió y
conmutación.
Red de comunicaciones
• Interconecta máquina origen y destino
• Constituida por nodos de conmutación y
líneas de transmisión que interconecta
l nodos
los
d entre
t sí.
í
• La función de los nodos es encaminar
los paquetes
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.2
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
MODELOS DE ORGANIZACIÓN DE LA CAPA DE RED
• Dos filosofías o modelos de organización de la capa de red:
Trabajar en modo orientado a conexión.
conexión A una conexión entre origen y destino
se le denomina circuito virtual en analogía con el circuito telefónico.
Trabajar sin conexión. A los paquetes independientes utilizados en este modo de
t b j se les
trabajo
l denomina
d
i datagramas
d t
en analogía
l í con los
l telegramas.
t l
• Modelo de circuitos virtuales
Tres fases en la comunicación:
• Establecimiento de la conexión o circuito virtual (C.V.)
(negociación de la ruta
r ta que
q e seguirán
seg irán todos los paquetes).
paq etes)
• Transferencia de datos.
• Liberación de la conexión o circuito virtual
• Modelo de datagramas
La ruta que seguirá cada paquete se decide independientemente del resto.
resto
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.3
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
MODELOS DE ORGANIZACIÓN DE LA CAPA DE RED
Modelo de circuitos virtuales
• Utilizado como ya se ha comentado en redes cuyo servicio es orientado a
conexión.
• Encaminamiento
Cuando se establece la conexión se selecciona una ruta entre origen y destino que se
mantiene durante toda la conexión.
Todos los paquetes siguen esa ruta.
• Direccionamiento
Durante el establecimiento de la conexión
se asigna un identificador al C.V.
Los paquetes tienen un campo con el
identificador del C.V.
C V al que pertenecen.
pertenecen
• Tablas de conmutación
Los nodos mantienen una tabla con los identificadores de los C.V. que los atraviesan.
C d vez que se establece
Cada
t bl
un C.V.
C V se añade
ñ d una entrada
t d a la
l tabla.
t bl
Cuando se libera el C.V. se elimina la entrada de la tabla.
Cuando un nodo recibe un paquete en una línea de entrada, lo reenvía por una línea de
salida teniendo en cuenta la línea de entrada por la que llegó y el identificador de C.V. que
contiene.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.4
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
MODELOS DE ORGANIZACIÓN DE LA CAPA DE RED
Modelo de datagramas
• No se determina por adelantado la ruta de los paquetes.
• Encaminamiento
Cada paquete se encamina independientemente.
Paquetes sucesivos podrán viajar por rutas diferentes (llegarán desordenados).
• Direccionamiento
Cada paquete contiene las direcciones completas (del nivel de red) del origen y del
destino.
• Tablas de encaminamiento
Los nodos sólo tiene una tabla indicando que línea de salida debe utilizarse para alcanzar
el destino.
Cuando un nodo recibe un datagrama en una de sus líneas de entrada,
entrada consulta la tabla
para buscar la línea de salida apropiada y lo reexpide a través de ella.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.5
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
MODELOS DE ORGANIZACIÓN DE LA CAPA DE RED
Comparación de modelos de organización
Red no orientada a
conexión
ió (datagrama)
(d t
)
RED orientada a conexión
( i
(circuitos
it virtuales)
it l )
Establecimiento
de la conexión
Innecesario
Requerido (permanente o temporal)
Direccionamiento
Cada paquete lleva la
dirección completa de
origen y destino
Los paquetes solo llevan el número
del CV (generalmente pequeño)
Información
de estado
Ni los routers ni la subred
conservan ninguna
Cada
C
d CV requiere
i
una entrada
t d en llas
tablas de cada conmutador por
donde pasa
Encaminamiento
Independiente para cada
datagrama
La ruta se elige al establecer el CV;
todos los paquetes siguen esa ruta
Efecto de fallo
en un router
Se p
pierden p
paquetes
q
en
tránsito solamente
Todos los VC q
que p
pasan p
por ese
conmutador se terminan
Ancho de banda
Dinámico
Fijo
Control de congestión
En cada paquete
En establecimiento
Ejemplos
Red IP
X.25, Frame Relay, ATM
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.6
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
MODELOS DE ORGANIZACIÓN DE LA CAPA DE RED
La capa de red es la encargada de encaminar los paquetes por la red,
posiblemente a través de nodos intermedios, hasta alcanzar su destino. Para ello
d b á seleccionar
deberá
l
i
l trayectoria
la
t
t i más
á apropiada,
i d evitar
it la
l sobrecarga
b
d la
de
l líneas
lí
y resolver los problemas derivados de que la fuente y el destino pertenezcan a
redes diferentes.
Funciones de la capa red
• Encaminamiento (routing) de paquetes desde la máquina origen al destino
Necesita conocer la topología de la red de comunicación y seleccionar dentro de ella el
camino más apropiado para alcanzar el destino.
El nivel de red establece un sistema de direccionamiento propio.
• Control de congestión en la red
Para realizar eficientemente sus funciones, se debe evitar la sobrecarga de las líneas.
• Interconexión de redes
Para que los paquetes alcancen su destino puede que tengan que realizar varios “saltos”
a través de una serie de nodos intermedios situados en redes distintas a la origen.
g
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.7
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. ENCAMINAMIENTO
• Objetivo
Encontrar un camino óptimo para transportar los paquetes desde la máquina origen hasta
la destino.
• Factores que influyen en el encaminamiento
Cambios en el tráfico (carga de los enlaces).
enlaces)
Cambios en la topología (enlaces que se caen o se añaden).
Limitación de los recursos (colas en los nodos).
Etc.
• Cada nodo dispone de una tabla de encaminamiento o tabla de rutas
Determina la línea de salida por la cual debe reexpedir cada paquete recibido.
• Algoritmo de encaminamiento
Parte del software de la capa de red responsable de decidir que línea de salida debe
tomar un paquete en un nodo.
Si se utilizan datagramas la decisión se toma cada vez que llega un paquete.
S se utilizan C.V.
Si
C la decisión se toma cada vez que se establece un C.V.
C
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.8
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. ENCAMINAMIENTO
Factores de diseño de las técnicas de encaminamiento
• Instante de tiempo.
p ¿
¿Cuándo se toma la decisión de encaminamiento?
Modelo datagramas: para cada paquete individualmente.
Modelo circuitos virtuales: durante el establecimiento del circuito (sesión).
• Lugar.
Lugar ¿Quién toma la decisión de encaminamiento?
Encaminamiento distribuido: cada nodo
Encaminamiento centralizado: nodo central
Encaminamiento fuente: nodo origen
• Fuente de información de red. ¿De donde procede la información sobre la red?
Encaminamiento aislado.
aislado
Encaminamiento distribuido.
Encaminamiento centralizado.
• Tiempo
Ti
d actualización.
de
t li
ió ¿Cuándo
C á d se actualiza
t li la
l información
i f
ió de
d encaminamiento?
i
i t ?
Encaminamiento no adaptativo: nunca.
Encaminamiento adaptativo: de forma regular o cuando se producen cambios.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.9
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. ENCAMINAMIENTO
Clasificación de las técnicas de encaminamiento (I)
En función del grado de adaptación a los cambios en el tráfico y/o la topología:
• No
N adaptativo
d t ti (encaminamiento
(
i
i
estático)
ái )
La ruta para ir desde un nodo dado a otro es siempre la misma. No tiene en cuenta los cambios en el
tráfico y/o topología de la red.
• Adaptativo (encaminamiento dinámico).
La ruta para ir desde el nodo dado a otro cambia dinámicamente en función de las variaciones que se
produzcan en la topología y/o el tráfico actuales.
Comparativa:
• Ventajas del encaminamiento adaptativo
Adaptable a fallos en los nodos y/o congestión en la red.
A d a controlar
Ayuda
t l la
l congestión.
tió
• Desventajas del encaminamiento adaptativo
Aumenta el coste de p
procesamiento en los nodos p
para la decisión de encaminamiento
Suele utilizar información sobre la red que intercambian los nodos entre si
- Debe alcanzar un compromiso entre calidad de la información y cantidad de datos a intercambiar
Reacción ante cambios
- Demasiado rápida
p
(puede p
(p
provocar oscilaciones en la carga
g dando lugar
g a congestión)
g
)
- Demasiado lenta (decisiones sin validez)
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.10
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. ENCAMINAMIENTO
Encaminamiento estático
• Para cada par de nodos origen-destino existe una única ruta permanente
• Aplica un algoritmo del mínimo coste para seleccionar el camino entre dos nodos, cuando
existe más de una alternativa.
• Las rutas son estáticas (no cambian).
• No existe diferencia entre C.V y datagramas
Todos los paquetes procedentes de un determinado origen con un determinado destino
siguen siempre la misma ruta.
• Ventaja
V t j
Simplicidad
Funciona bien en redes con carga estacionaria y que no presentan cambios en la
topología.
topología
• Desventaja
Falta de flexibilidad ante fallos en los nodos y/o congestion en la red
Encaminamiento dinámico
• La ruta para ir desde el nodo dado a otro cambia dinámicamente en función de las
variaciones que se produzcan en la topología y/o el tráfico actuales.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.11
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. ENCAMINAMIENTO
Clasificación de las técnicas de encaminamiento (II)
En función de la procedencia de la información sobre la red:
A. Encaminamiento aislado
Los nodos no utilizan información sobre la red, solo información local como,
p.e, la longitud de sus colas de espera.
B. Encaminamiento distribuido
Los nodos utilizan información local e información global, generalmente
procedente de los nodos adyacentes.
C. Encaminamiento centralizado
Los nodos utilizan información global, recogida en todos nodos de la subred.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.12
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. ENCAMINAMIENTO
Clasificación de las técnicas de encaminamiento (II)
A. Encaminamiento aislado
•
•
•
•
Cada nodo construye la tabla de encaminamiento exclusivamente con información local.
No hay intercambio de información entre nodos.
Poco utilizados (no explotan con facilidad la información disponible).
Hay varios algoritmos de este tipo, algunos son:
“Patata caliente” (hot potatoe).
Aprendizaje hacia atrás.
Inundación
Etc.
B. Encaminamiento distribuido
• Los nodos intercambian información sobre la red.
red
• La tabla de encaminamiento se construye utilizando la información recibida y un algoritmo
del mínimo coste (Dijkstra, Bellman-Ford,...).
• Ventaja
j
Bastante eficaz
• Inconvenientes:
Aumento artificial del tráfico en la red para que los nodos intercambien información.
Requiere determinar cada cuanto tiempo se producen los intercambios de información
entre nodos.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.13
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. ENCAMINAMIENTO
C. Encaminamiento centralizado
• Existe un nodo central (CCE,
(CCE Centro de Control de Encaminamiento) que
calcula las rutas.
• Los nodos envían información periódicamente acerca de su estado al nodo
central.
central
Lista de nodos adyacentes activos, longitud de las colas de espera, cantidad de tráfico
procesado desde el último informe de estado, etc.
• El CCE calcula las rutas óptimas desde cada nodo hacia el resto utilizando un
algoritmo de mínimo coste y después, distribuye las tablas de encaminamiento a
cada uno de los nodos.
• Ventaja:
V t j
Los nodos no tienen que calcular las tablas de encaminamiento.
• Inconvenientes
El calculo de las tablas de encaminamiento puede consumir mucho tiempo si la topología
o el tráfico cambian frecuentemente.
Dependencia del CCE por lo que un fallo de éste provocaría un problema grave.
Las tablas de encaminamiento se distribuirán primero a los nodos más cercanos al CCE
Fuerte concentración de tráfico entorno al CCE.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.14
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
• Cuando hay muchos paquetes transitando por la red, el rendimiento se degrada. El
número de paquetes presentes está cercano al límite de su capacidad de gestión. A esta
situación se le denomina congestión.
congestión
• La degradación en las prestaciones y el rendimiento de la red lleva a:
Incapacidad de transportar los paquetes.
Pérdida de paquetes
• La congestión puede estar producida por varios factores:
Nodos lentos
En los nodos la capacidad de las líneas de entrada es superior a la de las líneas de salida
• La congestión suele tener un efecto de realimentación. Los paquetes que no pueden ser
admitidos en las colas se descartan. Esto hace que venzan los temporizadores con los
que los paquetes se vuelven a enviar.
Objetivo del control de congestión:
p q
Mantener el número de paquetes
presentes en la red por debajo del
nivel en el cual se produce la caída
del rendimiento
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.15
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
Diferencia entre control de congestión y control de flujo
• Control
C t l de
d congestión
tió
Como la red consigue transportar el tráfico extremo a extremo.
• Control
C t l de
d flujo
fl j
Control del tráfico entre dos puntos. Lo controla la capa de
enlace.
enlace
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.16
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
Efecto de la congestión sobre las colas de los nodos
paquetes
q
que llegan
q
g p
por una línea de entrada
• Los nodos almacenan los p
en buffers.
• Una vez tomada la decisión de encaminamiento.
encaminamiento
El paquete se mueve a un buffer de la línea de salida en espera de ser
retransmitido.
Se intentan retransmitir tan rápido como sea posible.
 Multiplexación por división de tiempo estadística.
• Si los paquetes llegan
g tan rápido que no da tiempo a encaminarlos, los
buffers se llenarán.
Un nivel de utilización de las colas de un 80% representa un punto critico.
Los paquetes que llegan pueden ser descartados.
• Los buffers se puede controlar con técnicas de control del flujo.
Si no pueden propagar la congestión a toda la red.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.17
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
Efecto de la congestión sobre el rendimiento y el retardo
• A baja
b j carga, ell rendimiento
di i t d
de lla red
d
aumenta conforme a la carga.
• Síntomas de congestión moderada
El rendimiento crece más lentamente
que la carga (punto A).
• Síntomas de congestión severa
El rendimiento cae en picado al
aumentar la carga (punto B).
El retardo aumenta considerablemente.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.18
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
Mecanismos para el control de la congestión
C
A
B
D
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.19
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
A. Contrapresión
• Si un nodo sufre congestión puede frenar o detener el flujo de paquetes
entrantes.
La restricción sobre el flujo
j se p
propaga
p g hacia atrás ((origen).
g )
Indicar a los nodos emisores que deben controlar la velocidad de los
paquetes entrantes
• Se puede aplicar a los enlaces o a las conexiones lógicas (circuitos
virtuales)
Se puede aplicar de forma selectiva para las conexiones lógicas que
generan más tráfico
•S
Se utiliza
tili en redes
d orientadas
i t d a la
l conexión
ió que permiten
it control
t l de
d flujo
fl j
a nivel de enlace (p.e., X.25).
No es válido para ATM ni para Frame Relay.
Relay
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.20
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
B. Paquetes de obstrucción (choke packets)
Paquete de control
• Generado por el nodo congestionado.
• Enviado hacia el origen.
origen
• Ejemplo es el mensaje source quench en TCP/IP del protocolo ICMP.
Enviado
E
i d por un router
t o la
l máquina
á i
d ti
destino
h i la
hacia
l máquina
á i
origen
i
cuando están a punto de llenarse o están llenos sus buffers de
entrada.
Si descarta datagramas envía un mensaje por cada datagrama
descartado.
El origen reduce la velocidad de emisión de tráfico hasta que deja de
recibir mensajes source quench.
• Método poco sofisticado.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.21
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
C. Señalización implícita de congestión
• El origen es capaz de detectar las evidencias implícitas de congestión y
actuar en consecuencia.
Reduciendo el flujo de tráfico que emite hacia la red.
• Son evidencias implícitas de congestión:
Aumento considerable del retardo de transmisión de los paquetes.
Existencia de paquetes descartados (rechazados).
• No intervienen los nodos de conmutación, solo las máquinas.
• Implementado en:
Redes basadas en datagramas (p.e., redes TCP/IP)
Protocolo
P
t
l de
d transporte
t
t TCP establece
t bl
una conexión
ió lógica
ló i
entre
t dos
d
máquinas
á i
e
incluye mecanismos para controlar la congestión y regular el flujo de datos.
Redes basadas en circuitos virtuales (p.e, Frame Relay)
El protocolo LAPF establece una conexión extremo a extremo entre ambas máquinas.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.22
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
D. Señalización explícita de congestión
• Los nodos de conmutación notifican explícitamente a las máquinas o
sistemas fínales de la existencia de congestión en la red
Añadiendo información de congestión a los paquetes o enviando paquetes de
control.
• Se utiliza en redes orientadas a la conexión (C.V.) para el control del
flujo de conexiones individuales.
individuales
• Dos posibilidades:
Notificación hacia atrás
- Añadir información a los paquetes que viajan en sentido contrario al de la congestión
- Avisa al emisor para que reduzca el flujo de paquetes que emite.
N ifi
Notificación
ió hacia
h i adelante
d l
- Añadir información a los paquetes que viajan en el mismo sentido que la congestión.
- El destino solicitará al origen que ajuste la carga o puede devolverle señal en los
paquetes (confirmaciones) en dirección opuesta
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.23
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. CONTROL DE CONGESTIÓN
D. Señalización explícita de congestión
Técnicas
Té
i
d señalización
de
ñ li
ió explícita
lí it de
d congestión
tió
• Binaria
Activa un bit en un paquete transmitido por un nodo congestionado
• Basadas en crédito
El receptor concede un crédito al emisor
Indica cuantos paquetes puede enviar
Si se agota debe esperar la concesión de un crédito adicional para enviar más
paquetes.
Se suelen utilizar para el control del flujo extremo a extremo
• Basadas en velocidad
Se establece explícitamente un limite para la velocidad a la que el emisor
puede enviar paquetes
Utilizado por ATM.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.24
Arquitectura de Redes
IV.1 NIVEL DE RED. FUNCIONES
FUNCIONES DE LA CAPA DE RED. INTERCONEXIÓN DE REDES
• Cuando las máquinas origen y destino están localizadas en redes
diferentes los problemas de encaminamiento aún son peores, sobre
todo cuando las redes no están interconectadas directamente
• Estas redes pueden utilizar diferentes protocolos o tecnologías lo
que implica:
Diferentes tipos de paquetes
Diferentes formas de controlar el flujo
Diferentes reglas de asentimiento
• La interconexión de redes se realiza en la capa
p de red de los routers.
• Deben preverse mecanismos para:
Soportar los diferentes protocolos de las capas de red que específicamente se
estén utilizando
Armonizar las redes que ofrecen diferentes servicios
H
Hacer
posible
ibl ell encaminamiento
i
i t de
d extremo
t
a extremo
t
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.25
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
X.25. Definición y arquitectura funcional
X.25: estándar ITU-T (1976)
que especifica una interfaz
entre
e
t e un
u sistema
s ste a final
a yu
una
a
red de conmutación de
paquetes
Define
D
fi una arquitectura
it t
d
de
3 niveles:
- Físico (X.21)
- Enlace ((LAPB))
- Red o paquete (X.25).
TPDU
Cabecera
paquete
Cabecera
trama
Datos
Información
Cola
trama
DTE
R d de
Red
d Paquetes
P
t
PSE
PSE
DTE
X.25
DTE
(Puntos de acceso al
servicio de red)
DTE
Transporte
DCE/PSE
Transporte
DCE/PSE
Paquete
Paquete
Paquete
Paquete
Enlace
Enlace
Enlace
Enlace
Física
Física
Física
Física
Flujo de bits
TPDU: Unidad de datos de p
protocolo de transporte.
p
PSE: Nodo de conmutación de paquetes
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.26
Protocolos
internos de la
red de
conmutación de
paquetes
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
X.25. Definición y arquitectura funcional
Nivel de enlace
• Proporciona al nivel de paquete un transporte fiable libre de errores y duplicados a través
d l enlace
del
l
fí i entre
físico
t DTE y PSE (DCE).
(DCE)
• Utiliza el protocolo LAPB (Link Access Protocol Balanced), subconjunto de HDLC.
• La capa de enlace no sabe a que canal lógico puede pertenecer un paquete, eso solo lo
sabe
b la
l capa de
d paquete.
t Por
P tanto,
t t los
l procedimientos
di i t de
d control
t l de
d errores y control
t l de
d
flujo se aplican a todos los paquetes por igual.
Nivel de paquete
p q
• Servicio orientado a conexión
Fiable: los paquetes no se pierden, ni se duplican y llegan en orden.
• Circuitos virtuales externos
Conexión lógica entre un par de abonados
• Conexiones punto a punto
• Multiplexación de varios circuitos virtuales sobre una conexión física.
física
• Incluye mecanismos para:
Control del errores
Control del flujo
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.27
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
X.25. Definición y arquitectura funcional
Circuitos virtuales
• Circuito virtual externo:
Conexión lógica entre 2
estaciones
Bidireccional
2 canales lógicos
• Circuito virtual interno:
Ruta preestablecida a través de
la red
• X.25 se puede emplear sobre
redes orientadas a datagramas
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.28
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
X.25. Definición y arquitectura funcional
Tipos de circuitos virtuales
• Circuito virtual conmutado (SVC, Switched Virtual Circuit)
También denominado llamada virtual porque es similar a una llamada telefónica.
Tres fases: establecimiento de la conexión, envío de datos y liberación de la conexión.
Conexiones temporales para transferencias de datos esporádicas.
Establecimiento y liberación de los circuitos virtuales
- Mediante paquetes de control de llamada
- Se transmiten por el mismo canal y circuito virtual que los paquetes de datos (señalizacion en banda)
• Circuito virtual permanente (PVC,
(PVC Permanent Virtual Circuit)
Similar a una línea alquilada.
Conexiones permanentes (los extremos están siempre conectados).
No es necesario el establecimiento de llamada.
Identificación de los C.V.
• Se identifican en cada DTE mediante el número de canal lógico
Se negocian en la fase de establecimiento
Sólo tienen significado local
• Pueden existir varios CVs establecidos con el mismo abonado (cada uno con
distinto canal lógico).
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.29
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
X.25. Control de congestión y limitaciones
Control de congestión
• Mediante control del flujo
• Paraliza
P li
all origen
i
cuando
d detecta
d t t tráfico
t áfi
excesivo
i
en algún
l ú punto
t del
d l circuito
i it
virtual.
Limitaciones
• Las redes actuales se caracterizan por:
Tecnologías de transmisión fiables.
Enlaces de alta calidad (fibra óptica).
Velocidad de transmisión de datos elevada.
• X.25 representa un gran sobrecarga para la red:
Los paquetes de control de llamada se transmiten por el mismo canal lógico que los de
datos (señalización en banda).
La multiplexación de circuitos virtuales se realiza en la capa 3.
Las capas 2 y 3 incluyen mecanismos para el control del flujo y de errores.
errores
Se realiza en cada salto (enlace)
Los nodos deben mantener tablas de estado para cada circuito virtual para gestionar las
llamadas y el control del flujo/errores.
j
• Puede degradar la utilización efectiva de las altas velocidades de transmisión
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.30
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
Evolución X.25/FR
X.25:
Señalización dentro de banda.
Más errores en la conexión.
Líneas mas lentas (64Kbps).
Control nodo a nodo.
Red de
Transporte
Frame Relay:
Señalización fuera de banda
banda.
Menos errores en la conexión.
Líneas mas rápidas (2048 Kbps).
Control extremo a extremo
extremo.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.31
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Definición y características
• Retransmisión de tramas.
• Arquitectura de 2 capas (física y enlace).
• Versión “light” de X.25
Enlaces de alta calidad y técnicas de transmisión altamente fiables
Probabilidad de error muy baja
Innecesario control del flujo y de errores en cada salto o enlace
entre nodos
• Interfaz entre el equipo del usuario (DTE) y el equipo del operador
(DCE)
• El funcionamiento interno de la red no está normalizado (igual que en
X 25)
X.25)
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.32
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Definición y características
Características
• Los paquetes de control de llamada se transmiten por conexiones
lógicas distintas de las de datos (señalización fuera de banda).
Los nodos no necesitan mantener tablas de estado ni p
procesar mensajes
j
relacionados con el control de llamadas individuales
• La multiplexación y conmutación de conexiones lógicas se realiza en la
capa 2
Elimina una capa de procesamiento
• No existe control de flujo ni de errores en los enlaces entre nodos
El control de flujo y de errores se realiza extremo a extremo por las capas
superiores
i
Solo se envía un trama desde el origen al destino y las capas superiores
devuelven una confirmación
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.33
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Definición y características
Ventajas y desventajas
• Desventaja.
Desventaja
Se pierde la posibilidad de realizar un control del flujo y de errores en cada
enlace.
No supone un problema debido a la creciente fiabilidad de las transmisión y en
los servicios de conmutación
• Ventajas
Potencia de p
proceso de comunicaciones
Reduce la funcionalidad del protocolo usuario-red y en el procesado interno de red.
Menor retardo
Mayor rendimiento
Frame Relay consigue velocidades de acceso superiores a 2Mbps
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.34
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Definición y características
X.25 vs. Frame Relay: intercambio de datos
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.35
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Definición y características
Circuitos virtuales
• Circuito virtual
Conexión a través de la red F.R. entre dos abonados (DTE)
• Dos tipos de conexiones.
T
Temporales
l (SVC – Switched
S it h d Virtual
Vi t l Circuit)
Ci
it)
Se establecen mediante un sistema de control de llamada que provoca la
actualización de las tablas de conexión de los nodos de la red.
Permanentes (PVC – Permanent Virtual Circuit)
Se establecen cuando se acepta la conexión del usuario a la red
Fijadas mediante la configuración de los nodos de la red por tiempo indeterminado por
la compañía de servicios. Conexiones más frecuentes
• El C.V. se identifica mediante el DLCI (Data Link Channel Identifier)
Se almacena
S
l
en ell campo de
d dirección
di
ió de
d cada
d trama
t
t
transmitida.
itid
Significado local
Puede ser diferente en cada extremo de un CV.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.36
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Arquitectura de protocolos
El modelo de referencia de protocolos Frame Relay se compone de tres planos:
A. Plano de Control (Plano C).
Se encarga de la señalización y del establecimiento y liberación de las conexiones.
conexiones
B. Plano de Usuario (Plano U).
Se encarga de la transferencia de información entre usuarios.
C. Plano de Gestión ( Plano G).
)
Se encarga del control y gestión de las operaciones de red. Se divide en gestión de
planos y gestión de capas.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.37
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Arquitectura de protocolos
A. Plano de control
• Transmisión de información de señalización entre el abonado y la red
Comunicación del terminal de usuario con el gestor de tramas (nodo de conmutación) más próximo de la
red Frame Relay para establecimiento y liberación de la conexión
• Para trabajar con Frame Relay, el usuario se conecta a un gestor de paquetes. Utiliza RDSI
como acceso a la
l red
d de
d conmutación
t ió de
d paquetes
t (integración
(i t
ió de
d servicios).
i i ) Dos
D casos:
Acceso conmutado
La central local no tiene capacidad de gestión de tramas y, por tanto, proporciona un acceso conmutado (o
semipermanente) sobre el canal B entre DTE y gestor de tramas.
Comunicación modo paquete
Comunicación RDSI
Comunicación RDSI
DTE
modo
paquete
TA
NT
ET
ET
Canal B bajo
demanda
Canal B bajo
demanda
Central
Local
DTE
modo
paquete
TA
NT
Comunicación modo paquete
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.38
DCE
modo
paquete
RED CONMUTACIÓN
PAQUETES
ET
Canal B
semipermanente
AU
AU
Canal B
semipermanente
DCE
modo
paquete
AU= Unidad de acceso RDSI.
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Arquitectura de protocolos
A. Plano de control (cont.)
Acceso integrado
La central local tiene capacidad de gestión de tramas sobre los canales B y D.
Comunicación modo paquete
Comunicación RDSI
DTE
modo
d
paquete
TA
NT
ET
AU
Canal B bajo
demanda
Canal B bajo
demanda
Central
L l
Local
DTE
modo
paquete
TA
ET
NT
Canal B
semipermanente
RED CONMUTACIÓN
PAQUETES
AU
Canal B
semipermanente
DCE
modo
paquete
DCE
modo
paquete
Comunicación modo paquete
AU = Unidad de acceso RDSI.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.39
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Arquitectura de protocolos
A. Plano de control: llamadas
Conexión de acceso / Conexión Frame Relay
Demanda/
Demanda
Acceso
conmutado
all gestor
t de
d
tramas
Acceso
integrado al
gestor de
tramas
Establecimiento
conexión de acceso
Establecimiento
conexión Frame Relay
Establecimiento
conexión de acceso
Establecimiento
conexión Frame Relay
Q.931
Q
931 por
canal D para
establecer
conexión por
canal B
Semipermanente
/ Demanda
Semipermanente
Mensajes de control Frame Relay
Q.933 por canal B (DLCI=0)
Q.931 por
canal D para
establecer
conexión por
canal B
Semipermanente
Semipermanente
Mensajes de control Frame Relay
Q.933 por canal D (SAPI=0)
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.40
Semipermanente
/semipermanente
Semipermanente
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Arquitectura de protocolos
A. Plano de control: llamadas (cont.)
• Establecimiento y liberación de la conexión
• Canal lógico separado para la información de control.
Similar a la señalización por canal común para servicios de conmutación de
circuitos
• Capa de enlace (LAPD – ITU Q.921 sobre canal D)
Control de enlace fiable con control del flujo y de errores entre usuario (TE) y red (NT)
Usuario
Red
Red
Q.933
Q.933
Q.933
Q.933
LAPD
LAPD
LAPD
LAPD
I.430/I.431
I.430/I.431
I.430/I.431
I.430/I.431
Interfaz
usuariored
Usuario
Interfaz
usuariored
Ambos transportan mensajes de control Q.933, subconjunto de Q.931,
para establecer y gestionar las conexiones lógicas Frame Relay.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.41
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Arquitectura de protocolos
B. Plano de usuario
• Transferencia de información entre extremos (abonados).
• LAPF (Link Access Procedure for Frame Mode Bearer Services, Q.922)
Versión avanzada de LAPD (ITU Q.921)
• El servicio básico de Frame Relay (LAPF core) utiliza las funciones más básicas de LAPF
- Delimitación
D li it ió de
d tramas,
t
alineamiento
li
i t y transparencia
t
i
- Multiplexación/demultiplexación de tramas utilizando el campo de dirección (canales lógicos)
- Inspección de tramas para asegurar que constan de un número enteros de octetos
(zero bit insertion/extraction)
- Inspección de tramas para asegurar que no es demasiado larga ni demasiado corta
- Detección de errores en la transmisión
- Control de la congestión
• LAPF Core constituye una subcapa del nivel de enlace que proporciona un servicio simple
de transferencia de tramas entre usuarios sin control de flujo ni control de errores.
• RDSI ofrece con LAPF Core un servicio orientado a conexión con:
- Preserva el orden de transferencia de tramas entre origen y destino
- No duplica tramas
- Baja probabilidad de pérdida de tramas.
• El usuario puede seleccionar funcionalidades adicionales extremo a extremo (control de
llamada control de flujo y control de errores) tanto en nivel de enlace (LAPF Control) como
llamada,
en el de red (Q.933).
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.42
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Arquitectura de protocolos
B. Plano de usuario. LAPF Core
• LAPF Core solo tiene un formato
de trama
No existen tramas de control
No existe señalización en banda
Sin números de secuencia
Sin control de flujo ni de errores.
Si un nodo detecta un error una
trama, será descartada sin
notificación)
notificación).
• DLCI (Data Link Connection Identifier)
Número de conexión
• FECN/BECN (Forward/Backward Explicit Congestion
Notification)
Notification).
Bits de notificación de congestión explicita hacia
adelante/atrás
• DE (Discard Elegibility bit).
Bit que indica si la trama se puede descartar
• EA (Extended Address bit).
Bit de ampliación del campo de dirección.
(C
d/R
bit)
bit).
• C/R (Command/Response
Indica si la trama es comando/respuesta.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.43
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Arquitectura de protocolos
B. Plano de usuario. LAPF Control
• En el servicio Frame Relay
y se utiliza en sistemas finales
Introduce un campo de control tipo HDLC
Permite dar un servicio con control de flujo y de errores extremo a extremo.
Dada la trama LAPF “completa”
8
16 o 24
8 o 16
variable
16 o 32
8
Flag
Dirección
Control
Datos
FCS
Flag
Las opciones de utilización del campo de control
Usuario - Red
Flag
Dirección
LAPF Core
Usuario - Usuario
Control
Datos
LAPF
Control
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.44
Usuario - Red
FCS
Flag
LAPF Core
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Arquitectura de protocolos
Arquitectura de protocolos X.25 vs. Frame Relay
Funcionalidad adicional para
soportar control de flujo y control
de errores
Usuario
Red
Red
Usuario
Red
Red
LAPF(control)
(
)
LAPF(control)
(
)
LAPF(core)
LAPF(core)
LAPF(core)
LAPF(core)
I.430/I.431
I.430/I.431
I.430/I.431
I.430/I.431
Interfaz
usuario-red
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.45
Interfaz
usuario-red
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Conmutación
Operación de Frame Relay
PVC = Permanente Virtual Circuit
DLCI = Data Link Circuit Identifier
Tabla de conexiones
Múltiples PVC’s comparten
el mismo Enlace Físico
PVC a 5 12
PVC b 7 13
PVC a
USUARIO
B
PVC a
DLCI=12
DLCI=5
USUARIO
C
DLCI=7
DLCI
7
DLCI=13
PVC b
NODO FR
PVC b
En X.25 cada circuito virtual transporta información de control y datos, mientras que en Frame
R l
Relay
cada
d conexión
ió virtual
i t l transporta
t
t solo
l datos
d t
a excepción
ió de
d una que transporta
t
t
señalización.
Una sola conexión LAPB transporta todos los circuitos virtuales de A a B mientras que en
Frame Relay hay múltiples e independiente conexiones LAPF
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.46
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Gestión de tráfico
Tasa (kbps)
Velocidad
media
CIR = Committed Information Rate
EIR = Extended Information Rate
Capacidad del
enlace de acceso
No transmitir,
descartar todo
CIR + EIR (Caudal
máximo posible)
Transmitir si es
posible
CIR (Committed
Information Rate)
Transmisión
garantizada
t
2t
3t
Tiempo
p (s)
( )
CIR es la tasa media garantizada
que la red se compromete a dar
en un intervalo de tiempo dado t
EIR es la
l ttasa de
d exceso
permitida (sobre el valor de CIR)
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.47
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Gestión de tráfico
CIR = Committed Information Rate
EIR = Extended Information Rate
CIR (Committed
Information Rate)
Velocidad
V
l id d
actual
CIR + EIR (Caudal
máximo posible)
Transmitir
si es
posible
p
Transmisión
garantizada
0
CIR es la tasa media garantizada
que la red se compromete a dar
en un intervalo de tiempo dado t
EIR es la
l ttasa de
d exceso
permitida (sobre el valor de CIR)
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.48
No transmitir
transmitir,
descartar todo
Capacidad del
enlace de acceso
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Gestión de tráfico
PVC
CIR 512 Kb/
Kb/s
EIR 384 Kb/s
Y
DLCI = 4
B
DLCI = 7
DLCI = 1
Z
Red de
Transporte
A
X
DLCI = 4
DLCI = 7
C
Línea de
acceso
2048 Kb/s
PVC
CIR 512 Kb/s
EIR 384 Kb/s
DLCI = 5
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.49
W
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Gestión de tráfico
- Se utilizan dos Leaky Bucket (cubos agujereados). Parámetros: CIR y Bc, EIR y Be
- Se cumple que: Bc= CIR * t y Be= EIR * t
- Cuando se supera la capacidad del primer cubo
cubo, las tramas se marcan con DE =1
=1.
- Cuando se supera la del segundo, se descartan.
Tramas enviadas p
por
el router con DE=0
Tramas que desbordan la
capacidad del cubo Bc
Tramas enviadas por
el router con DE=1
Bc = CIR * t
Tramas que desbordan
la capacidad del cubo Be
Be = EIR * t
CIR
DE=0
Descartar
EIR
DE=1
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.50
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Gestión de tráfico
EJEMPLOS
CIR: 64 kbps. EIR: 0 kbps
Tamaño tramas: 1500 octetos, 12000 bit.
Capacidad de la línea: 128 kbps.
T=1 ss. Bc=64000 bit
bit.
Número de tramas= 64000/12000 = 5 tramas
Tasa obtenida=5*12000=60kbps
T=0.5
T=0
5 ss. Bc=32000 bit
bit.
Número de tramas= 32000/12000 =2 tramas
Tasa obtenida=2*12000/0.5=48kbps
C
Capacidad
id d de
d la
l línea:
lí
128 kbps.
kb
Tiempo de transmisión de 1 trama: 12000/128000=93.75ms
Capacidad de la línea: 64 kbps.
Tiempo de transmisión de 1 trama: 12000/64000=187.5ms
Capacidad de la línea: 2048 kbps.
Tiempo de transmisión de 1 trama: 12000/2048000=5.86ms
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.51
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Control de congestión
1: Monitorizar colas
3: Descarto tramas
con DE=1
4: Identificar VCs afectados
(DLCI) y sentido
Tráfico
incontrolado
6: Poner a 1 bit BECN
6
en tramas de vuelta
BECN
2: Situación de
congestión
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.52
FECN
5: Poner a 1 bit FECN
en tramas de ida
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Control de congestión
Procedimientos con señalización explícita
En el campo de direccionamiento hay dos bits de señalización explícita:
• BECN (Backward
(B k
d Explicit
E li it Congestion
C
ti
N tifi ti ) Indica
Notification).
I di
all usuario
i que deberían
d b í
i i i
iniciarse
procedimientos para evitar la congestión en la dirección opuesta a la trama recibida.
• FECN (Fordward Explicit Congestion Notification). Indica al usuario que deberían iniciarse
procedimientos para evitar la congestión del tráfico en la misma dirección de la trama recibida.
La respuesta del usuario viene determinada por la llegada de señales BECN o FECN.
El procedimiento más simple es el de respuesta a una señal BECN, en este caso el usuario
simplemente
p
reduce la velocidad de transmisión de tramas hasta q
que la señal cesa.
La respuesta a un FECN es más complicada , ya que requiere que el usuario pida al usuario del
otro extremo de la conexión que reduzca su flujo de tramas. Estas notificaciones no las puede
realizar el core FR por lo que deben realizarse a nivel superior.
El control de flujo puede efectuarse también mediante Q.922 o cualquier otro protocolo de enlace
implementado sobre el subnivel de Frame Relay.
Procedimientos de señalización implícita
Ocurre cuando la red descarta una trama y el usuario final a un nivel superior detecta este hecho.
La respuesta a la señalización implícita es un mecanismo que varia la ventana de control de flujo.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.53
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
FRAME RELAY. Control de congestión
Descarte de tramas.
Lo lleva a cabo la red. Se utiliza el bit DE. Cuando sea necesario descartar tramas se descartan
aquellas marcadas con DE=1
Cualquier dato que excede el CIR es susceptible de ser descartado en caso de congestión. Si un
usuario transmite tramas a una velocidad superior al CIR (o mejor dicho si se supera el Bc en un
determinado intervalo de tiempo T) el conmutador FR marca sus tramas con DE=1 (Bc y CIR están
relacionados según T
T=Bc/CIR)
Bc/CIR)
Adicionalmente se define una tasa máxima sobre la cual cualquier trama es descartada a la entrada del
conmutador. Es decir si todas las tramas que superen el Bc+Be en un intervalo T serán descartadas.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.54
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
Evolución FR/ATM
FECN
Control de
congestión
binario
Frame Relay:
Red
BECN
Red de
Transporte
ATM:
Mejora de la planificación
Mejora de la gestión de tráfico
y control
t ld
de congestión
tió
Control de tasa.
Control de
congestión
explícito
p
Conmutación
de circuitos
multivelocidades
Celdas RM
RM = Resource Management
Constant Bit Rate
Conmutación
de circuitos
Red
Variable Bit Rate
ATM
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.55
Frame
Relay
Conmutación
de paquetes
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Definición y estructura funcional
• Operación por conmutación de paquetes de longitud fija. El tamaño fijo y
pequeño de las celdas permite el uso de nodos de conmutación a velocidades
muy altas.
altas
• La asignación del ancho de banda (celdas) se realiza bajo demanda en función
de la actividad de la fuente y de los recursos disponibles en la red.
• Posee dos niveles jerárquicos para las conexiones: VP, trayectos virtuales
(Virtual Paths) y VC, canales virtuales (Virtual Channels)
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)
Por un enlace físico
pueden pasar
múltiples VPs
Virtual Path (VP)
Virtual Path (VP)
Cada VP Contiene
Múltiples VCs
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.56
El VC es el camino
lógico entre hosts
en la red ATM
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Definición y estructura funcional
VPI / VCI (Virtual Path / Virtual Circuit Identifiers)
• VPI identifica una ruta física entre el origen y el destino
• VCI identifica una conexión lógica (sesión) dentro de dicha ruta:
Este enfoque permite tablas de enrutamiento más pequeñas y simplifica el cálculo de las
rutas
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.57
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Definición y estructura funcional
• Las celdas se componen de
cabecera (5 octetos) y campo
d información
de
i f
ió (48 octetos).
t t )
• Las cabeceras tienen una
funcionalidad
reducida:
Identificar
el
par
VP/VC
garantizando
su correcto
enrutamiento y detectar y
corregir
g errores en las mismas.
• Las celdas se transmiten a
intervalos regulares. Si no hay
información,
se
transmiten
celdas vacías (celdas idle).
• El término asíncrono se refiere
al hecho de que las celdas
asociadas
a
una
misma
conexión
se
presentan
temporalmente sin ninguna
periodicidad,, dependiendo
p
p
del
tráfico generado por la fuente.
Formato de celda (UNI/NNI)
o1
GFC
o1
o2
NNI (Network/Network Interface):
Define el interfaz entre nodos ATM
VPI
VPI
o3
o4
UNI (User/Network Interface): Interfaz que
conecta los dispositivos de usuario con la red ATM.
VPI
VCI
VCI
VCI
o5
PT
CLP
HEC
Campo datos (48 octetos)
Canal 1
Canal 5
GFC (4 bits). Control de flujo genérico.
VPI (8 o 12 bits). ID de camino virtual.
VCI (16 bits). ID de canal virtual.
PT. (Payload Type). Indica el contenido de la
carga útil (datos).
CLP (Cell Loss Priority) (1 bit). Campo de
pprioridad. Las celdas con CLP= 1 son las pprimeras
en ser descartadas en caso de congestión.
HEC (8 bits). Campo de control de errores en la
cabecera.
Canal 3
Canal 1
Canal 3
Voz
Datos
Víd
Vídeo
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.58
Celdas
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Arquitectura de protocolos
Plano de Usuario. Está estructurado en capas que suministran la transferencia de información de
usuario. La componente esencial es la capa ATM. Común a todos los servicios y medios físicos
empleados su misión es ofrecer la funcionalidad básica para el transporte de celdas y control de
empleados,
congestión. Esta capa se complementa con la capa de adaptación ATM, cuyo objetivo es
proporcionar las funcionalidades necesarias para los diversos tipos de servicios soportados
(interfaz entre ATM y capas superiores), y con la capa física para la adecuación a los distintos
medios físicos y estructuras de transporte (ej. SDH).
Plano de Control. También está estructurado en capas. Controla la llamada y gestiona las
conexiones. Activa circuitos virtuales conmutados estableciendo, controlando y liberando la
comunicación. No es necesario en las conexiones virtuales permanentes.
Plano de Gestión.
Gestión Realiza funciones de gestión relacionadas con todo el sistema y suministra
coordinación entre todos los planos. Se ocupa de la gestión global tanto a nivel de plano como de
capa. No está estructurado en capas.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.59
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Conmutación
Entrada
Salida
Port VPI/VCI Port VPI/VCI
1
29
3
45
29
2
30
4
15
3
45
1
29
4
15
2
30
1
Entrada
Port VPI/VCI Port VPI/VCI
14
2
15
3
3
15
4
3
45
3
1
3
Z
Salida
2
Port VPI/VCI Port VPI/VCI
1
45
2
16
16
1
15
14
43
16
2
2
Y
30
Entrada
14
2
X
2
Salida
45
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.60
2
W
1
4
10
Entrada
Salida
Port VPI/VCI Port VPI/VCI
1
16
2
43
2
43
1
16
3
14
4
10
4
10
3
14
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Gestión de tráfico
Clases de servicios
Conjunto de servicios que pueden ser utilizadas en los contratos de conexión.
Servicios en tiempo real
• CBR (Constant Bit Rate).
Emulación de circuito. Adecuado para fuentes de audio y vídeo a tasa constante.
• VBR-rt
VBR rt (Variable Bit Rate-real
Rate real time).
time)
Para aplicaciones que requieren unos retardos acotados en la red con un ancho de banda
que varía a lo largo de la conexión.
Servicios en tiempo no real
• VBR-nrt.(Variable Bit Rate-non real time).
Utilizado por aplicaciones que definen conexiones insensibles al retardo, de tasa variable.
• UBR (Unspecified
(
f
Bit Rate).
)
Se utiliza en aplicaciones (ej. correo electrónico, transferencia de ficheros) que no requieren
garantía de servicio, son tolerantes a pérdidas e insensibles a retardos (no exige QoS). La
tasa de servicio depende en todo momento de la disponibilidad de la red.
red Conceptualmente,
Conceptualmente
se puede asemejar a la idea de datagrama.
• ABR (Available Bit Rate).
Se garantiza un bajo valor para las pérdidas de celdas a costa de no proporcionar ninguna
garantía
tí respecto
t a la
l variación
i ió de
d retardo.
t d
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.61
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Gestión de tráfico
Clases de servicios (cont.)
capacidad del enlace
100
caudal d
de datos (%)
UBR
MDR
ABR
PDR
VBR
CBR
0
tiempo
servicio g
garantizado
CBR
máxima
ABR
“best effort”
Calidad de Servicio
VBR-rt
VBR-nrt
ABR
Complejidad de implementación
VBR-rt
VBR-nrt
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.62
CBR
UBR
mínima
UBR
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Gestión de tráfico
Parámetros del servicio
• Definen de que modo una fuente puede introducir tráfico a la red a través de una
conexión
ió virtual:
it l
- Tasa pico de celda (PCR – Peak Cell Rate)
- Tasa sostenida de celda (SCR – Sustained Cell rate)
- Tamaño máximo de ráfaga (MBS – Maximum Burst Size)
y su tolerancia (BT – Burst Tolerance)
- Tasa mínima de celda (MCR – Minimum Cell Rate)
- Tasa de celdas perdidas (CLR – Cell Loss Rate)
- Retardo
R t d de
d transmisión
t
i ió de
d celda
ld (CTD – Cell
C ll Transfer
T
f Delay)
D l )
- Variación de retardo de celda (CDV – Cell Delay Variation)
y su tolerancia (CDVT – CDV Tolerance)
• No todos los parámetros se aplican a todas las categorías del servicio:
Por ejemplo, CBR especifica PCR y CDV; VBR especifica MBR y SCR
• La red garantiza QoS siempre que el usuario se ajuste a su contrato como
especifican los parámetros anteriores:
Cuando los usuarios exceden su tasa, la red puede eliminar sus paquetes
La tasa de celda se puede controlar con el esquema de control de tasa (leaky bucket)
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.63
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Gestión de tráfico
Comparativa VBR con Frame Relay
Tramas que desbordan
T
d b d lla
capacidad del cubo Bc / BT
Tramas enviadas por
el host con DE=0 / CLP=0
Tramas enviadas por
el host con DE=1 / CLP=1
Bc = CIR * t
BT
CIR / SCR
Be = EIR * t
CDVT
Tramas que desbordan la
capacidad del cubo Be / CDVT
Descartar
EIR / PCR-SCR
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.64
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Gestión de tráfico
Clase de servicio
CLASE A
CLASE B
CLASE C
CLASE D
Tipo AAL
AAL1
AAL2
AAL3/4 AAL5
AAL3/4 AAL5
Orientado a
conexión
Orientado a
conexión
Orientado a
conexión
Tasa
Constante
Variable
Variable
Variable
Relación temporal
origen destino
Necesaria
Necesaria
No requerida
No requerida
Servicio de datos.
X.25.
Frame Relay
Internet.
Modo de Conexión
Servicios
Emulación de
Voz y vídeo
circuitos. Telefonía.
paquetizados de
Vídeo de tasa
calidad constante.
constante.
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.65
No Orientado a
conexión
Arquitectura de Redes
IV.2 TECNOLOGÍAS DE RED
ATM. Ejemplo capa de adaptación AAL
Eficiencia de la encapsulación de datagramas IP sobre AAL3/4:
D
Datagrama
IP (L octetos))
• AAL 3/4 permite multiplexado, fiabilidad y detección de errores, pero es bastante difícil de
procesar y añade mucho encabezado
• AAL 5 se introdujo para dar soporte al tráfico IP:
Unas cuantas funciones menos, pero mucho menos encabezado y complejidad
Unidad IV. Conmutación de paquetes: X.25, FR, ATM - pág.66
Arquitectura de Redes