redes de datos

Capa de Red
Arquitectura de circuitos
virtuales
1
Redes de circuitos virtuales
Antes de transferir datos, se debe establecer
un circuito virtual (CV)


Administrativamente o dinámicamente
En el caso dinámico, primer(os) paquete(s) se
deben enrutar usando dirección global y tablas
de ruteo
 llevan dirección de destino completa
 Se asignan identificadores de C.V. (por tramo)
Luego de establecido el CV, los paquetes de
datos llevan un identificador de CV
Cuando ya no se necesita, se puede dar de
baja el circuito para liberar recursos
2
Redes de circuitos virtuales
Routers (switches) hacen “label swapping”

Intercambian etiquetas de entrada y salida
Switches mantienen una tabla de los CV
establecidos y la correspondencia de
etiquetas
Existen PVC (circuitos virtuales permanentes)
y SVC (circuitos virtuales conmutados)


PVC – establecido por el proveedor
SVC – establecido mediante señalización
3
Ej: Encaminamiento cuando el
CV está establecido
Interface Label
Interface Label
i0
10
i3
26
i1
14
i2
17
i2
16
i3
14
Interface Label
Interface Label
i1
i4
26
14
...
Interface Label
Interface Label
i0
20
i1
10
i1
14
i2
17
i2
16
i0
14
Interface Label
Interface Label
i1
i3
14
10
4
Ejemplos de redes de CV
Frame Relay
ATM Asynchronous Transfer Mode
MPLS Multi Protocol Label Switching
5
Frame Relay
Surgió como sucesor de X.25 para redes de
datos de “alta velocidad” (198x)
Especifica la capa de red y la capa de enlace
Su éxito fue principalmente por su simplicidad
Brinda servicios orientados a conexión,
basados en una arquitectura de CV
Las conexiones pueden ser permanentes (PVC)
o temporales (SVC)
Elementos de la red original: FRADs y Switches
Interfases definidas: User-to-Network (UNI) y
Network-to-Network (NNI)
6
Frame Relay - Trama
Flag Encabezado FR Datos
DLCI
C/R EA DLCI
|
|1 |1|
6 bits
DLCI
C/R
FECN
BECN
DE
EA
–
–
–
–
–
–
4
CRC Flag
FECN BECN DE EA
| 1
|
1
|1 |1|
Data Link Control Identifier. Identificador de CV
Command/Response Field
Forward Explicit Congestion Notification
Backward Explicit Congestion Notification
Discard Eligibility
Extension Bit
7
Frame Relay - DLCI
Identificador de Circuito Virtual
Tiene sólo significado local
Por defecto 10 bits (hasta 1023 CVs). Puede
extenderse a 23 bits (~8 millones de valores)
utilizando un encabezado extendido de 4
bytes
8
Frame Relay – Manejo de
congestión en lazo cerrado
Utiliza 2 bits, FECN y BECN, para señalizar
que hay congestión
Además se descartan prioritariamente las
tramas con DE=1
9
Frame Relay –Parámetros
de los circuitos
Velocidad de acceso: velocidad física de la interfaz
utilizada
Committed Rate Measurement Interval (Tc):
Intervalo de tiempo utilizado para medidas
Commited Burst Size (Bc): Cantidad máxima de
bits que la red puede absorber en un intervalo Tc
garantizando su entrega en condiciones normales
Commited Information Rate (CIR): CIR=Bc/Tc
Excess Burst Size (Be): Cantidad máxima de bits
por sobre el Bc que la red acepta intentar entregar
en un intervalo Tc
Excess Information Rate (EIR): EIR=Be/Tc
Maximum Information Rate (MIR): MIR=CIR+EIR10
Frame Relay – Manejo de
Bc, Be y De
bits
Descartada
B
e
B
c
DE=1
DE=0
DE=0
Tiempo
Tc
11
ATM: Asynchronous Transfer
Mode
No corresponde exactamente con el modelo
OSI. Tiene funciones desde capa física a capa
3 (y más en algún caso)
Servicios orientados a conexión sin acuse de
recibo
Red de circuitos virtuales
Garantiza orden de celdas en un mismo C.V.
Circuitos virtuales (VCI) y trayectorias (paths)
virtuales (VPI)
12
Celdas ATM
Celdas de tamaño fijo



5 bytes cabecera
48 bytes de carga útil
Se pierden más bytes en capas de adaptación
Corrección de errores sólo de la cabecera
También tenemos PVCs y SVCs
13
Formato de la cabecera ATM
a) UNI
b) NNI
GFC: General Flow Control
VPI: Virtual Path Identifier
VCI: Virtual Channel Identifier
PTI: Payload Type
CLP: Cell Loss Priority
HEC: Header Error Check
14
Establecimiento y corte de
conexión (y de C.V.)
15
Categorías de servicio
CBR (Constant bit rate)

ej: emulación de circuitos telefónicos
RT-VBR (tasa de bits variable, tiempo real)

ej: telefonía, videoconferencia
NRT-VBR (tasa de bits variable, no RT)
ABR (tasa de bits disponible)

Red informa al usuario de disponibilidad
UBR (tasa de bits no especificada)

“best effort”
16
Calidad de servicio
Se define un “contrato de servicio”



descriptor de tráfico
calidad de servicio
“Como medir” el cumplimiento y qué hacer si
no cumple
17
Algunos parámetros de QoS
PCR (tasa pico de celdas)
SCR (tasa sostenida de celdas)
MCR (tasa mínima aceptable de celdas)
CDVT (tolerancia a la variación de retardo)
CLR (tasa de pérdida de celdas)
CTD (retardo de transferencia)
.... otros
18
Conformación y vigilancia
Basado en parte en una cubeta con goteo
(llamado GCRA, generic cell rate algorithm)
Las celdas que no cumplen pueden ser
descartadas o marcadas como “elegibles para
descarte”
19
Control de congestión
Control de admisión

No se acepta la conexión si no hay recursos
Reserva de recursos
Conformación del tráfico de entrada (control
del contrato de tráfico)
Control de congestionamiento basado en la
tasa de transmisión: ABR


Células de administración de recursos (RM)
Seteo de un bit en la cabecera
20
Capa de adaptación
AAL (ATM Adaptation Layer)

Define las reglas para partir las PDU de capas
superiores
AAL-1 : constant bit rate
AAL-2 : vbr
AAL3/4: tráfico asíncrono, “datos” (tanto
orientado a conexión como datagrama)
AAL5 : Tráfico de datos, encabezado
simplificado. Usado normalmente para IP

SEAL: Simple and Efficient Adaptation Layer
21
Aplicación típica actual:
Interconexión de enrutadores IP
Se utiliza un circuito ATM o FR para enviar
tráfico IP (túnel)
FR o ATM
IP
IP
IP
Red F.R. o ATM
22
MPLS
Multiprotocol Label Switching
Objetivo inicial:


Incrementar la velocidad de los enrutadores IP
Problemas de integración IP/ATM
Es un estándar del IETF
Define una arquitectura (RFC 3031)
Protocolos de señalización para definir
etiquetas
23
MPLS: Términos Básicos
LSR2
A
LSR1
LSR3
B
LSRX
Para un enlace entre A -> B ,
•LSR1 es el INGRESS router
•LSR3 es el EGRESS router
•LSR1 es el UPSTREAM router para LSR2
•LSR2 es el UPSTREAM router para LSR3
•LSR3 es el DOWNSTREAM router para LSR2
•LSR2 es el DOWNSTREAM router para LSR1
LSR: Label Switching Router
LER: Label Edge Router
24
Reenvío de paquetes
Se hace una partición del conjunto de todos
los posibles paquetes en clases de
equivalencia
"Forwarding Equivalence Classes” o FECs:


Un grupo de paquetes IP que serán reenviados
de la misma manera
En IP tradicional corresponde con una entrada
en la tabla de rutas
 Corresponde con el “longest prefix match”

Una vez asignados a una FEC los paquetes son
indistinguibles desde el punto de vista de su
reenvío
25
FEC
El concepto de FEC provee gran flexibilidad y
escalabilidad
En MPLS la FEC se determina en la entrada de
la red, no en cada router
Paquetes con distinto destino pueden
agruparse en la misma FEC
Posibles criterios de FEC
 IP Destino
 IP Origen – IP Destino
 IP Origen - IP Destino - puertos origen y destino
 Calidad de servicio requerida
 Etc.
26
Label Switching Router
Asociación Label - FEC
Con respecto a la
asociación (F,L) Ru
es el “Upstream
LSR”
Con respecto a la
asociación (F,L) Rd es
el “Downstream LSR”
Asociación entre la
etiqueta L y la FEC F
Ru
FEC F
FEC G
FEC H
Rd
L es un valor
arbitrario cuya
asociación con F es
local a Ru y Rd
Label L
Label M
Label P
27
Asignación de FEC y
reenvío de paquetes
La etiqueta es
enviada junto
con el paquete
La etiqueta
es removida
en el router
de egreso.
(Label Pop)
Los reenvíos
posteriores se
basan solo en
la etiqueta.
El paquete es asignado a
una FEC y la FEC es
codificada en la etiqueta en
router de ingreso. (Label
Push)
La asignación de FEC
puede considerar casos
complicados sin impactar el
reenvío posterior.
“Label
Swapping”
MPLS domain
28
LSP: Label switched path
En cada router se realiza la siguiente
asociación:
Interfaz_entrada etiqueta
*
interfaz_salida etiqueta
2000
o4
18
De esta forma se construye para cada FEC un
túnel, llamado Label Switched Path (LSP)
LSP4
NI1
FEC1
LSP1
NE1
NE2
LSP2
NI2
LSP3
NE3
FEC2
29
Alcance de las etiquetas
Las etiquetas son locales


Espacio de etiquetas por interfaz
Espacio de etiquetas por plataforma
30
Stack de etiquetas
Es útil tener un modelo más general en el
cual un paquete pueda llevar un conjunto de
etiquetas de modo LIFO: "label stack"
El procesamiento se basa siempre en la
etiqueta superior
Este mecanismo habilita:


MPLS jerárquico
Agregación
Paquete
Label
nivel1
Label
nivel2
...
Label
nivelN
31
Jerarquía MPLS
LSP de nivel m ->
LSR1, LSR2, LSR3.
El enlace entre
LSR1 y LSR2
podría ser una
red switcheada
LSR1
LSR2
LSR3
LSR1
LSRa
LSR2
LSRc
m+ 1 Egress Node
m+ 1 Ingress Node
LSRb
LSP de nivel m+1 ->
LSR1, LSRa, LSRb, LSRc,
LSR2
32
Agregación
A
C
Pop
Label
D
Push
Label
Para enviar un paquete al LSR A no se necesita
saber si su destino es C o D
La agregación simplifica las tablas en el corazón de
la red
33
Codificación de etiquetas
RFC 3032
Encapsulado genérico
Otras alternativas


ATM: VCI/VPI
Frame Relay:DLCI
34
Codificación de etiquetas
0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Label
| Exp |S| TTL
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Label: Valor de la etiqueta, 20 bits
Exp: Uso Experimental, 3 bits
S: Bottom of Stack, 1 bit
Label Stack Entry
TTL: Time to Live, 8 bits
35
Label Distribution
Protocols
Un protocolo de distribución de etiquetas es
un conjunto de procedimientos por los cuales
un LSR informa a otro de las asociaciones
FEC- Label que ha hecho
Dos LSRs que utilizan un protocolo de
distribución de etiquetas para intercambiar
información de la asociaciones Label/ Fec se
denominan "label distribution peers”
La arquitectura no asume que exista un único
protocolo funcionando
36
Protocolos de distribución
de etiquetas
Algunos Protocolos propuestos:




LDP Specification (RFC 3036)
Carrying Label Information in BGP-4 (RFC 3107)
RSVP-TE: Extensions to RSVP for LSP Tunnels
(RFC 3209)
Constraint-Based LSP Setup using LDP (RFC
3212)
37
Ejemplos de aplicaciones
VPNs capa 3 con MPLS
VPNs capa 2 con MPLS (transporte de otros
protocolos que no son IP sobre la misma red)
Ingeniería de tráfico (“cómo elegir la ruta que
sigue un paquete con otros criterios”)
38