Tecnologias de Transporte

Tecnologías de Transporte
Tabla de Contenidos
Tecnologías de transporte para redes............................................................5
Redes de conmutación de paquetes .........................................................5
X.25 ...................................................................................................................8
Historia ....................................................................................................8
Estructura de X.25 conforme al modelo OSI ..........................................8
Características de operación ....................................................................9
Dispositivos X.25......................................................................................... 10
Arquitectura de Protocolos ....................................................................10
Nivel de Paquete ......................................................................................... 10
Nivel de Enlace ........................................................................................... 11
Nivel Físico ................................................................................................. 12
Señalización y Transferencia de Datos..................................................12
Establecimiento de llamada (Call Setup).................................................... 12
Diagramas de estado X.25 .......................................................................... 13
Control de Errores y de Flujo de Información.......................................14
LAPB-Link Access Protocol, Balanced....................................................... 14
Formato de los Paquetes............................................................................. 15
El Paquete de Control .......................................................................15
El Paquete CALL REQUEST...........................................................16
El paquete de datos ...........................................................................17
Direccionamiento ..................................................................................18
ISDN................................................................................................................19
Historia ..................................................................................................19
Características de operación ..................................................................21
Tipo de Servicios......................................................................................... 21
Configuración de Referencia ...................................................................... 22
Servicio ISDN BRI....................................................................................... 23
Servicio ISDN PRI....................................................................................... 23
Arquitectura de Protocolos ....................................................................24
Capa 1 ......................................................................................................... 25
Capa 2 ......................................................................................................... 26
Capa 3 ......................................................................................................... 27
Señalización y transferencia de datos....................................................27
Direccionamiento ..................................................................................28
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Tecnologías de Transporte
Frame Relay ...................................................................................................30
Historia ..................................................................................................30
Frame Relay conforme al modelo OSI..................................................33
Nivel 1 ......................................................................................................... 33
Nivel 2 ......................................................................................................... 33
Características de operación ..................................................................34
SVCs ............................................................................................................ 35
PVCs............................................................................................................ 35
Estructura de la Trama ............................................................................... 36
Interfaz de Administración Local, LMI....................................................... 37
Parámetros de Configuración de Frame Relay .......................................... 39
CIR....................................................................................................39
Control de errores y de flujo de información ........................................40
Control de tráfico y congestión .............................................................40
Direccionamiento ..................................................................................41
Comparación con X.25 ..........................................................................41
ATM................................................................................................................44
Historia ..................................................................................................44
Estructura de ATM conforme al modelo OSI .......................................45
Características de operación ..................................................................46
Categorías de Servicios ATM y Aplicaciones ............................................. 47
Tasa de Bits Constante, CBR............................................................48
Tasa de Bits Variable de Tiempo Real, rt-VBR ...............................48
Tasa de Bits Variable de Tiempo no Real, nrt-VBR ........................48
Tasa de Bits Disponible, ABR..........................................................49
Tasa de Bits no Especificada, UBR ..................................................50
Arquitectura de protocolos ....................................................................50
Modelo ATM................................................................................................ 50
Capa física .................................................................................................. 51
Capa ATM ................................................................................................... 52
Capa de adaptación ATM ........................................................................... 53
Capa de Adaptación ATM, AAL1....................................................54
Capa de Adaptación ATM, AAL2....................................................54
Capa de Adaptación ATM 3/4, AAL3/4....................................................... 55
Capa de Adaptación ATM 5, AAL5............................................................. 56
Canales y rutas virtuales ........................................................................57
Definición y estructura de una celda ATM ...........................................58
Direccionamiento ..................................................................................59
Control de tráfico y congestión .............................................................62
Señalización ATM ....................................................................................... 62
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Tecnologías de Transporte
Ethernet ..........................................................................................................65
Historia ..................................................................................................65
Ethernet conforme al modelo OSI.........................................................67
Capa física .............................................................................................68
Características de operación ..................................................................69
CSMA/CD, Ethernet Half-Duplex............................................................... 70
Transmisión Full-duplex ............................................................................. 73
SONET/SDH ..................................................................................................74
Historia ..................................................................................................74
Jerarquía de señales SONET/SDH ........................................................75
Estructura de la trama............................................................................75
Multiplexaje................................................................................................. 78
Otras tecnologías............................................................................................80
DWDM ..................................................................................................80
Historia ....................................................................................................... 80
Estructura de un sistema DWDM................................................................ 80
DSL........................................................................................................82
ADSL ........................................................................................................... 82
Wireless .................................................................................................84
Referencias .....................................................................................................85
Índice de Figuras
Figura 1. X.25 y el Modelo OSI
Figura 2. Establecimiento de una llamada X.25
Figura 3. Diagrama de estados X.25 para CALL SETUP.
Figura 4. Trama LAPB de X.25.
Figura 5. Paquete de Control X25.
Figura 6. Paquete CALL REQUEST de X.25.
Figura 7. Paquete de Datos X.25.
Figura 8. Dirección X.25.
Figura 9. Configuración de Referencia ISDN
Figura 10. ISDN y el modelo OSI
Figura 11. Trama física ISDN
Figura 12. Estructura de la trama LAPD
Figura 13. Establecimiento de una llamada ISDN.
Figura 14. Estructura del servicio de Frame Relay en Norteamérica.
Figura 15. Frame Relay y el Modelo OSI.
Figura 16. Trama Frame Relay.
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Figura 17. Trama LMI de Frame Relay.
Figura 18. Procesamiento de Frame Relay vs X.25.
Figura 19. ATM y el Modelo OSI.
Figura 20. Modelo de Referencia ATM.
Figura 21. Capa de Adaptación ATM 1 (AAL1).
Figura 22. Capa de Adaptación ATM 3/4 (AAL 3/4)
Figura 23. Capa de Adaptación ATM 5 (AAL 5)
Figura 24. Canales y Rutas Virtuales en ATM.
Figura 25. Estructura de las celdas ATM.
Figura 26. Formato(s) de Direcciones ATM.
Figura 27. Ethernet y el Modelo OSI.
Figura 28. Modelo de referencia genérico para la capa física de Ethernet.
Figura 29. Estructura de la(s) trama(s) Ethernet.
Figura 30: Estructure de la trama STS-1 de SONET
Figura 31: Posición del STS-1 SPE en la trama STS-1 de SONET
Figura 32: Estructura de la trama STS-N de SONET
Figura 33. Multiplexaje de VTs en una trama STS-1.
Figura 34. Estructura de un sistema DWDM.
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Índice de Tablas
Tabla 1: Comparación de los servicios de conmutación de circuitos virtuales y datagramas.
6
Tabla 2. Campos de la Trama LAPB de X.25
14
Tabla 3. Campos de la trama física ISDN.
25
Tabla 4: Comparación entre Frame Relay, TDM y X.25.
42
Tabla 5. Capas de Adaptación ATM (AALs).
53
Tabla 6. Campos de una celda ATM.
59
Tabla 7: Formato(s) de Direcciones ATM.
61
Tabla 8: Campos de la(s) trama(s) Ethernet.
72
Tabla 9: Jerarquía de señales SONET/SDH
75
Tabla 10: Equivalencia de términos SONET-SDH
77
Tabla 11: SDH VCs
79
Tabla 12: SONET VTs
79
Tabla 13: Tecnologías inalámbricas para redes locales/personales.
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Tecnologías de Transporte
Tecnologías de transporte para redes
El campo de las telecomunicaciones ha evolucionado enormemente durante las últimas
décadas. Actualmente, resulta difícil identificar hasta donde el desarrollo en el campo de las
comunicaciones y en el cómputo ha influenciado en mayor o menor medida el desarrollo de
las telecomunicaciones. De la integración de estas dos ramas tecnológicas surgen las
tecnologías de transporte de redes, de las cuales retomaremos varias implementaciones para
su discusión.
En módulos anteriores se discutió sobre la necesidad de clasificar las redes de acuerdo a
diferentes criterios con el fin de facilitar su análisis y/o diseño. En este módulo trataremos
varias tecnologías de transmisión para redes de computadoras que pueden ser clasificadas
de acuerdo a varias categorías: ancho de banda, cobertura geográfica, etc. De entre todas
estas categorías, una de las más básicas, y que describiremos a continuación, es el tipo de
conmutación utilizada para manejar eficientemente los recursos de la red.
Redes de conmutación de paquetes
Las computadoras intercambian información de la misma forma en que los seres humanos
intercambian palabras. Así como entre individuos sólo una estructuración adecuada de
palabras permite una comunicación eficiente, entre computadoras sólo una estructuración
adecuada de la información a ser intercambiada resulta en una comunicación eficiente. Así
pues, las redes de computadoras establecen mecanismos precisos para comunicar equipos
de cómputo. Estos mecanismos bien podrían entenderse como el equivalente a los lenguajes
en el caso de los seres humanos y al igual que con la comunicación entre personas, ésta
puede seguir diferentes formatos y estructuras (los idiomas pueden ser expresados en forma
escrita o hablada y puede estar estructurado de diferente forma: gramática y fonética.)
Creemos importante la elaboración de esta analogía debido a que en nuestra comparación
de tecnologías de transporte en más de una ocasión llegaremos a situación similares a si
deseáramos comparar dos idiomas (no hay un lenguaje perfecto, pero siempre hay
circunstancias en las cuales un idioma resulta más efectivo para comunicar un mensaje.)
Para operar eficientemente todas las redes de telecomunicaciones siguen un principio
básico: multiplexar sus recursos. Existen tres técnicas básicas de multiplexaje en redes de
telecomunicaciones: circuitos, mensajes y paquetes. La primera técnica es propia de las
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Tecnologías de Transporte
redes telefónicas y la última de las de computadoras. Con el fin de economizar espacio
describiremos en detalle solamente esta última.
En las redes de conmutación de paquetes el proceso básico de operación consiste en el
consecutivo encolado y transmisión de paquetes a través de los nodos de la red hasta
alcanzar el equipo terminal destino. Existen dos modalidades de la conmutación de
paquetes: datagramas y circuitos virtuales, cada una de estas tiene ventajas y desventajas
que la hacen conveniente para diferentes aplicaciones.
Circuitos Virtuales
Datagramas
Requerido
No es necesario
Es transparente a los
equipos terminales
Requerida solo en fase
inicial
Efectuado por equipos
terminales
Necesario en cada uno
de los paquetes
Efectuado por los
equipos terminales
Los paquetes pueden
arribar en desorden
Establecimiento de la
comunicación
Manejo de errores
Dirección destino
Control de flujo
Efectuado por la red
Secuenciación de
paquetes
Tecnologías que la
usan
Siempre en orden
X.25, Frame Relay,
ATM
Ethernet
Tabla 1: Comparación de los servicios de conmutación de circuitos virtuales y datagramas.
El proceso de encaminamiento en cada nodo es más rápido cuando se usan circuitos
virtuales debido a que antes de iniciar la transmisión se estableció una ruta predeterminada
para todos los paquetes, de ahí el nombre de circuito virtual, ya que recuerda al uso de
circuitos
dedicados
empleado
en
las
comunicaciones
telefónicas.
Debido
al
preestablecimiento de esta ruta, el procesamiento del encabezado de los paquetes es más
sencillo que el utilizado en la conmutación de datagramas y se garantiza además que los
paquetes arribarán en orden al equipo terminal destino. Sin embargo, esta simplificación
implica una perdida de flexibilidad. Si un nodo en la ruta preestablecida falla, la
comunicación se interrumpe y los paquetes son desechados mientras un procedimiento de
reconstrucción de la ruta toma lugar. En contraste, la conmutación de datagramas es más
flexible; el enrutamiento de los paquetes es ajustado dinámicamente de acuerdo a las
condiciones de la red, incluyendo fallas, lo que puede repercutir en que los paquetes arriben
a su destino en desorden. El servicio de circuitos virtuales valida los datos en cada nodo y
en caso de encontrar errores los paquetes son descartados, en contraste, el servicio de
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
conmutación de datagramas la corrección de errores es responsabilidad de los nodos
terminales. La tabla #1 resume las características de estos dos métodos de conmutación de
paquetes:
La mayor parte de las tecnologías que vamos a describir en este trabajo operan con
datagramas, pero al menos SONET e ISDN están basados en la conmutación de circuitos.
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X.25
Historia
A principios de la década de los 70s existían varias redes públicas de datos, cada una de las
cuales tenían características internas diferentes y eran operadas por diferentes entidades:
corporaciones, gobierno y otras organizaciones. En la medida que la necesidad de
comunicarse entre estas redes crecía la necesidad de tener una interfaz común para su
interconexión se volvió imperiosa.
En 1976 la CCITT adoptó la recomendación X.25 como el protocolo para la interconexión
de estas redes. Posteriores revisiones del protocolo han sido publicadas en 1980, 1984,
1988 y 1992.
Estructura de X.25 conforme al modelo OSI
La arquitectura de X.25 abarca las tres primeras capas del modelo OSI y esta dividida a su
vez en tres niveles (Red, Enlace y Físico) cuya especificación es muy similar a sus capas
correspondientes en el modelo OSI. Los siguientes protocolos son comúnmente usados en
las implementaciones de X.25: Packet-Layer Protocol (PLP), Link Access Procedure,
Balanced (LAPB), y algún estándar de capa física para interfaces seriales (tales como
X.211, X.21-bis, V.24, EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, EIA-530 y G.703). La siguiente figura
muestra la correspondencia entre los niveles de la arquitectura X.25 y las capas
correspondientes del modelo OSI.
1
El estándar X.21 es equivalente al EIA-232 trabajando a una velocidad máxima de 19,200 baud.
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Figura 1. X.25 y el Modelo OSI
Características de operación
X.25 es un protocolo para redes WAN que define los procedimientos a seguir para la
comunicación entre un dispositivo terminal del usuario (host), denominado Data Terminal
Equipment (DTE) y un nodo en la red, denominado Data Circuit Terminating Equipment
(DCE). Los servicios que provee X.25 garantizan la entrega ordenada de datos mediante el
uso de canales virtuales.
X.25 esta diseñado para trabajar efectivamente sin importar las características de los
sistemas conectados a la red. Es utilizado comúnmente en las redes de los proveedores de
servicios de telecomunicaciones (compañías telefónicas). A los usuarios se les cobra de
acuerdo a su utilización de la red.
Con el fin de garantizar la entrega y secuencia de cada uno de los paquete X.25 require que
los nodos finales (DTEs) y los nodos intermedios efectúen funciones de confirmación
(acknowledge),
almacenamiento
(buffer)
ruteo,
encaminamiento
(forwarding)
y
posiblemente retransmisión de cada trama enviada. Esto reduce las tasas de transmisión y
genera retardo. Si la red es grande –y contiene muchos saltos “confiables”– el retardo y
deterioro en el desempeño que se debe pagar por mantener las garantías de entrega y
secuencia es considerable.
Las redes X.25 han mejorado su desempeño en el transcurso de más de 20 años de historia;
las conexiones modernas manejan velocidades de 56 kbps, 64 kbps e incluso 2 Mbps. En
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Tecnologías de Transporte
resumen, X.25 todavía puede proveer servicios de conexión competitivos a velocidades
entre bajas a medianas. El servicio es ubicuo en muchos países y existen equipos
disponibles. Es mas barato emplear X.25 para transferir pequeñas cantidad de información
y permite el establecimiento de circuitos sobre demanda.
Dispositivos X.25
Existen básicamente tres tipos de dispositivos en una red X.25: DTEs, DCEs y PSEs
(Packet-switching Exchange). Los DTEs son dispositivos terminales que se comunican a
través de la red X.25, son usualmente computadoras personales o nodos de red que se
encuentran ubicados en las instalaciones del usuario final. Los DCEs son dispositivos de
comunicación, tales como modems, y proveen una interfaz entre los DTEs y los PSEs,
usualmente
se
encuentran
ubicados
en
las
instalaciones
del
proveedor
de
telecomunicaciones. Los PSEs son conmutadores (switches) y componen el grueso de la
red del proveedor.
El PAD (Packet Assembler/Disassembler) es un dispositivo que se encuentra comúnmente
en las redes X.25. Los PADs son empleados cuando el dispositivo DTE es demasiado
sencillo para llevar a cabo todas las funcionalidades del protocolo X.25. Los PADs se
colocan entre el DTE y el DCE y cumplen con las siguientes tareas básicas: ensamble y
desensamble de paquetes y almacenamiento temporal (buffering).
Arquitectura de Protocolos
Nivel de Paquete
El nivel de paquete (también llamado nivel 3 o nivel de red) utiliza unidades de datos
llamadas paquetes que contienen información de control y datos del usuario. Este nivel
provee procedimientos para el manejo de los siguientes servicios:
Circuito Virtual (Virtual Circuit, VC) es una asociación temporal entre dos DTEs, es
iniciada por un DTE que envía un CALL REQUEST a la red. Este servicio garantiza la
secuencia de entrega de paquetes entre los DTEs en ambas direcciones. Los circuitos
virtuales son establecidos en cualquier momento cuando dos DTEs necesiten comunicarse.
Este es el servicio mas comúnmente empleado en el protocolo X.25.
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Circuito Virtual Permanente (Permanent Virtual Circuit, PVC) es una asociación
permanente entre dos DTEs existentes que no requiere de procedimientos de inicialización
(conectarse) o terminación (desconectarse) por parte de los DTEs.
Datagramas (Datagrams, DG) es una unidad de datos autocontenida. Incluye información
suficiente para ser enrutada al DTE destino en forma independiente a todas las demás
unidades de datos y sin necesidad del establecimiento de una llamada. Las unidades de
datos son transmitidas sin garantías de entrega y secuencia. Cada datagrama debe contener
información completa de direccionamiento y control para permitir su entrega al DTE
destino.
Selección Rápida (Fast Select) es un servicio que habilita al paquete de control para
también transmitir datos.
Otros Servicios: El nivel de paquetes también provee los procedimientos de
establecimiento y terminación de llamadas requeridos para el servicio de VC. El nivel de
paquete se encarga del control de flujo para evitar que un transmisor sature al otro con
paquetes y que la entrega de paquetes sea ordenada y eficiente. El nivel de paquete también
maneja errores para abortar o reinicializar un VC en caso de ser necesario.
Nivel de Enlace
El nivel de enlace (también llamado nivel 2, o nivel de trama) asegura la transferencia
confiable de datos entre el DTE y el DCE mediante la transferencia de una secuencia de
tramas.
Las funciones llevadas a cabo por la capa de enlace incluyen:
•
•
•
•
Transferencia sincronizada y eficiente de los datos.
Sincronización del enlace para garantizar que el receptor esta en concordancia con el
transmisor.
Detección y recuperación de transmisiones erróneas.
Identificación y reporte de fallas en procedimientos hacia las capas superiores para su
recuperación.
El nivel de enlace emplea un procedimiento de control del enlace que es compatible con
HDLC (High Level Data Link) estandarizado por ISO. Existen varios protocolos que
pueden emplearse en este nivel:
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•
•
•
•
LAPB (Link Access Protocol, Balanced) es derivado de HDLC y es el que se utiliza
más comúnmente. Permite el establecimiento de un enlace lógico además de las
características propias de HDLC.
LAP (Link Access Protocol) Es una versión anterior de LAPB y raramente se le utiliza
en la actualidad.
LAPD (Link Access Protocol, D Channel) es derivado del LAPB y es utilizado en
ISDN.
LLC (Logical Link Control) es un protocolo LAN de la serie IEEE 802 que permite en
envio de paquetes X.25 a través de un canal en una red local (LAN).
Nivel Físico
La capa física (nivel 1) maneja las especificaciones eléctricas, mecánicas, de
procedimientos y la interfase funcional entre un DTE y un DCE. El nivel físico puede estar
especificado por cualquiera de las recomendaciones para modems y circuitos de
interconexión: X.21, X.21-bis o V.24
•
X.21 es una recomendación de la CCITT para la operación de circuitos digitales.
Emplea ocho circuitos de interconexión (tierra, regreso común del DTE, transmisión,
recepción, control, indicador, señalización de elemento y sincronía). La función de cada
uno esta definida en la recomendación X.24 y sus características eléctricas en la
recomendación X.27.
•
X.21-bis es una recomendación de la CCITT que define la interfase analógica para
acceder al circuito digital de la red de conmutación de paquetes por medio de un
circuito analógico. X.21-bis incluye procedimientos para enviar y recibir información
de direccionamiento, lo cual le permite a un dispositivo DTE establecer comunicación
con otro dispositivo DTE con acceso a la red digital.
•
V.24 es también una recomendación de la CCITT y provee procedimientos que
permiten la operación de un DTE sobre una línea privada que lo conecta con un
dispositivo de conmutación de paquetes o un concentrador.
Señalización y Transferencia de Datos
Establecimiento de llamada (Call Setup)
Cuando un DTE A quiere comunicarse con un DTE B este debe crear un paquete de
establecimiento de llamada (CALL REQUEST) y pasárselo a su DCE. El DTE B recibe el
paquete por medio de la red y su DCE. Si el DTE B desea aceptar la llamada enviará de
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Tecnologías de Transporte
regreso un paquete de aceptación de la llamada (CALL ACCEPTED). En el momento en
que el DTE A recibe el paquete de aceptación de la llamada (CALL ACCEPTED) el
circuito virtual (VC) esta establecido. A partir de este momento los dos DTEs pueden
emplear la conexión full-duplex para intercambiar datos. Cuando alguna de las partes desea
terminar la conexión, basta con enviar una solicitud de liberación (CLEAR REQUEST) y
esperar
la
confirmación
del
mismo
por
parte
de
su
interlocutor
(CLEAR
CONFIRMATION).
Figura 2. Establecimiento de una llamada X.25
El DTE determina el número del circuito para las llamadas de salida, en tanto que el DCE
determina el número de circuito para las llamadas de entrada. Si ambos eligen el mismo
número de manera simultanea, se presenta una colisión (Call Collision). X.25 específica
que en este caso, la llamada de salida será procesada y la de entrada será cancelada.
Diagramas de estado X.25
El estándar X.25 contiene varios diagramas de estado que describen la secuencia de eventos
tales como el establecimiento de llamada y la terminación de ésta. El siguiente diagrama
marca las fases del procedimiento de establecimiento de llamada.
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Tecnologías de Transporte
Figura 3. Diagrama de estados X.25 para CALL SETUP.
Inicialmente, la referencia es el estado P1. Un paquete CALL REQUEST o INCOMING
CALL cambia el estado a P2 o P3 respectivamente. Desde estos estados, el estado de
transferencia de datos puede ser alcanzado directamente o pasando a través del estado P5.
Existen diagramas similares para la terminación de llamadas o reinicialización de estas.
Control de Errores y de Flujo de Información
LAPB-Link Access Protocol, Balanced.
A continuación describiremos en detalle LAPB debido a que es el protocolo que se utiliza
normalmente en X.25. Este protocolo utiliza la siguiente estructura de trama:
8
8
Bandera
8
Dirección Control
Variable
16
8
Datos
Checksum
Bandera
Longitud de los campos en bits
Figura 4. Trama LAPB de X.25.
Campo
Flag
Address
Control
Cheksum
Descripción
Los campos de banderas indican el inicio y fin de la trama.
Contienen la secuencia 011111110.
El campo de dirección contiene las direcciones del DTE/DCE.
El campo de control contiene una secuencia de números, comandos
y respuestas que controlan el flujo de datos entre el DTE y el DCE.
El campo de secuencia de suma indica si se ha presentado un error
en la transmisión. Es una variante del CRC (Cyclic Redundancy
Code).
Tabla 2. Campos de la Trama LAPB de X.25
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Tecnologías de Transporte
Existen tres tipos de tramas:
Información: Contiene los datos que están siendo transferidos El campo de control
contiene los números de secuencia de las tramas transmitidas.
Supervisión: Existen varios tipos.
•
•
•
RECEIVE READY-Es una trama indicando el número de secuencia esperado en la
siguiente trama.
REJECT-Indicador negativo empleado para indicar la identificación de un error en
la transmisión.
RECEIVE NOT READY (RNR)-Misma información que en RECEIVE READY
pero le indica al transmisor que interrumpa el envío de tramas.
No-numeradas: Empleado exclusivamente con fines de control. Sus funciones incluyen el
establecimiento del enlace y su desconexión, así como el reporte de errores.
Los siguientes comandos también son empleados en LAPB:
DISC (DISConnect)- Le permite al equipo indicar que esta a punto de desconectarse.
SNRT (Set Normal Response Time)- Le permite anunciar su presencia a un equipo que
acaba de reconectarse.
FRMR (FRaMe Reject)- Es empleado para indicar que una trama con secuencia de suma
adecuada pero sin significado semántica ha sido recibida.
Formato de los Paquetes
Ahora examinaremos el formato de los paquetes en el protocolo X.25
El Paquete de Control
El formato de los paquetes de control es como sigue:
Figura 5. Paquete de Control X25.
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Tecnologías de Transporte
Al igual que los demás paquetes X.25, los paquetes de control comienzan con una cabecera
de 3 bytes. Los bytes 1 y 2 contienen los campos de grupo y de canal que juntos conforman
el número de identificación del canal virtual. El número cero esta reservado para usos
futuros, de tal forma que un DTE puede usar 4095 identificadores de canales virtuales a un
mismo tiempo.
El Paquete CALL REQUEST
La información adicional del paquete CALL REQUEST es como sigue:
Figura 6. Paquete CALL REQUEST de X.25.
La longitud de las direcciones origen y destino esta determinada por los dos primeros
campos del paquete. La pareja de campos subsecuentes contienen las direcciones
propiamente dichas, codificadas como dígitos decimales, cuatro bits por cada digito.
Las funcionalidades pueden variar de red a red. Estas pueden ser llamadas por cobrar,
canales unidireccionales (en lugar de full-duplex), tamaño máximo del paquete y tamaño de
la ventana, en lugar de usar los valores por omisión de 128 bytes y 2 paquetes.
El siguiente campo, Facilities Length, determina cuantos bytes de facilidades siguen. El
campo de facilidades es empleado para solicitar funcionalidades especiales para la
conexión.
El último campo, User Data, permite al DTE enviar hasta 16 bytes de información junto
con el paquete CALL REQUEST.
Otros paquetes de control son:
CALL ACCEPTED es enviado si el DTE marcado acepta la llamada.
CLEAR REQUEST es empleado bajo diversas circunstancias, el cuarto byte del paquete
informa porque la conexión esta siendo inicializada. Es confirmado por el paquete CLEAR
REQUEST CONFIRMATION.
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Tecnologías de Transporte
INTERRUPT permite el envió fuera de secuencia de una pequeña señal (32 bytes). Es
confirmada por el paquete INTERRUPT CONFIRMATION.
RECEIVE READY (RR) es utilizado cuando no existe tráfico en la dirección contraria. El
campo ppp (los tres primeros bits del campo type) indican que paquete se espera a
continuación.
RECEIVE NOT READY (RNR) permite a un DTE indicar al otro extremo que debe
suspender el envío de paquetes.
REJECT permite al DTE solicitar la retransmisión de una serie de paquetes. El campo ppp
indica el numero de secuencia del primer paquete en cuestión.
RESET y RESTART son utilizados para recuperarse de diferentes situaciones de error. Son
confirmados por un paquete RESET CONFIRMATION y RESTART CONFIRMATION
respectivamente.
DIAGNOSTIC permite notificar problemas al usuario.
El paquete de datos
El formato del paquete de datos es como sigue:
Figura 7. Paquete de Datos X.25.
El bit Q permite a los protocolos de las capas superiores calificar los datos. El bit puede ser
empleado para diferenciar entre los paquetes de control y los de datos de las capas
superiores. El bit de control es siempre cero para los paquetes de datos.
Los campos de secuencia (Sequence) y Piggyback son utilizados para el control de flujo
usando un mecanismo de ventana deslizante (sliding window). Los números de secuencia
son modulo 8, si el campo Módulo es 01 o módulo 128 si el Módulo es 10 (00 y 11 no están
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Tecnologías de Transporte
permitidos). Si los números de secuencia son modulo 128, la cabecera es extendida un byte
más para acomodar campos de secuencia y Piggyback más largos.
El bit D determina el significado del campo Piggyback. D=0, significa que el DCE local ha
recibido el paquete, pero no el DTE remoto. D=1, significa que el paquete ha sido
entregado al DTE remoto.
El campo More permite a un DTE indicar que un conjunto de paquetes debe estar agrupado.
El estándar especifica que los proveedores deben de soportar un paquete con una longitud
de de hasta 128 bytes. Sin embargo, también permite ofrecer longitudes máximas entre los
16 hasta 4096 bytes (en potencias de 2).
Direccionamiento
Una dirección completa X.25 puede tener hasta 14 dígitos, de los cuales los tres primeros
identifican el país, el siguiente el número de red y los 10 dígitos restantes pueden ser
asignados por el operador local de la forma que considere conveniente.
El esquema de direccionamiento empleado en X.25 esta definido por la recomendación
X.121 de la CCITT. El sistema es similar al sistema telefónico. Una dirección X.121 esta
formada por un IDN (Internacional Data Number) que consiste de dos campos: el DNIC
(Data Network Identification Code) y el NTN (National Terminal Number).
El DNIC es un campo opcional que identifica el PSN (Public Switched Network) exacto en
el cual el nodo terminal DTE esta localizado. Este número es omitido algunas veces cuando
la llamada es dentro del mismo PSN. El DNIC tiene dos subcampos: País y PSN
Figura 8. Dirección X.25.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
ISDN
Historia
El desarrollo de la Red Digital de Servicios Integrados (Integrated Services Digital
Network, ISDN) es una continuación de la digitalización de las redes telefónicas. Desde el
punto de vista de estas compañías, ISDN es una tecnología que permitiría integrar
diferentes aproximaciones para la interconexión de redes (circuitos y paquetes, voz y
datos.) Siendo ISDN una continuación en la evolución de las redes telefónicas, el bloque
básico para la transmisión de información es un canal de 64 kbps. Por otro lado, la
señalación empleada en ISDN también es herencia de la evolución en los sistemas
telefónicos. La señalización fuera de banda utilizada en las redes telefónicas (SS7) es una
característica fundamental de ISDN junto con el procesamiento distribuido.
La historia de ISDN (una recomendación del CCITT, ahora llamado ITU) es prácticamente
la historia de su proceso de estandarización.
El término ISDN fue usado por primera vez en 1971 durante una reunión de trabajo del
grupo de estudio XI del CCITT (conmutación y señalización) por H. Shimada, el entonces
delegado de NTT al CCITT. El concepto de Red Digital de Servicios Integrados (ISDN)
hacia énfasis en la integración de voz y datos; en tanto que el concepto precursor, Red
Digital Integrada (IDN), se enfocaba en la estructura interna de la red que integraría los
equipos de conmutación y transmisión.
Pasarían de 15 a 20 años antes de que ISDN recibiera una completa atención internacional
en la ITU. Durante el periodo de 1981-1984 se condujeron los primeros estudios, que
concluyeron con el Libro Rojo de Recomendaciones para ISDN en 1984 (Red Book ISDN
Recommendations.) El libro presentaba la arquitectura de red, los protocolos de usuario
para acceso a red y los protocolos de señalización de canal común. El subsiguiente periodo
de estudios fue más amplio y culminó con la publicación del Libro Azul de
Recomendaciones de 1988. Los contenidos de esta recomendación pueden ser resumidos de
la siguiente forma:
Son suficientes para ofrecer servicios de transporte y teleservicios de 64 kbps.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Solamente la etapa 1 de un número reducido de servicios suplementarios fue definida (por
ejemplo: identificación de llamadas, identificación de servicios, etc.)2
Pese a la atención recibida, la implementación de ISDN ha sido lenta. Una de las razones es
que dos de los principales fabricantes de equipo de conmutación: Northern Telecom (ahora
conocido como Nortel Networks), y AT&T (cuyo negocio de fabricación de equipo de
conmutación se conformó en una compañía independiente y es llamada ahora Lucent
Technologies) decidieron diferentes formas de implementar el estándar de la CCITT3.
A principios de los 90s, una iniciativa de la industria comenzó a desarrollar el estándar para
la implementación de ISDN en EUA (National ISDN 1, NI-1) aunque no todas las
compañías operadoras de telecomunicaciones accedieron inicialmente a implementar los
servicios de ISDN en sus centrales telefónicas (tal fue el caso de SouthWestern Bell y US
West.) La subsiguiente iniciativa (NI-2) fue más amplia e incluyó el esfuerzo de varios
fabricantes de equipo para la definición de configuraciones estándares y finalmente todos
los operadores implementaron ISDN.
Actualmente muchos de los servicios de ISDN han sido desplazados por otros servicios de
banda ancha para acceso a Internet, como xDSL y cable modems. Estos servicios son más
accesibles, rápidos y fáciles de instalar y mantener que los de ISDN. Sin embargo, ISDN
todavía tiene su lugar en localidades donde no existen otros medios de acceso y como
respaldo para servicios dedicados.
2
Dado que las etapas 2 y 3 no fueron presentadas, es imposible la implementación de servicios
suplementarios de acuerdo al Libro Azul de Recomendaciones de ISDN.
3
La situación era comparada con la problemática de los ferrocarriles en Norteamérica a principios del siglo
XIX "People had different gauges, different tracks... nothing worked well."
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Características de operación
ISDN es un diseño para una red pública completamente digital para servicios de telefonía y
telecomunicaciones. ISDN comprende, casi exclusivamente, los componentes de la red del
lado del usuario y esta diseñada para transportar todo tipo de información: voz, datos
imágenes y video. El desarrollo de ISDN representa un esfuerzo por estandarizar los
servicios del subscriptor, la interfaz red/usuario y la interoperabilidad entre redes. Su diseño
incluye el uso de una interfaz única, en términos de equipamiento y protocolos de
comunicación.
ISDN permite la operación simultánea de varios canales digitales sobre la misma línea
telefónica empleada para los servicios analógicos, aunque también soporta otros tipos de
medios.
Tipo de Servicios
ISDN provee tres tipos de servicios:
•
•
•
Servicios de Carga
Teleservicios
Servicios Suplementarios
Los servicios de carga proveen los mecanismos de transporte requeridos para transferir
infamación a través de una UNI (User Network Interface). La información es transparente
para los servicios de carga y puede ser voz, datos o video. La información intercambiada
por medio de este servicio no es modificada por la red. Los servicios de carga están
definidos dentro de las tres primeras capas del modelo OSI.
Los teleservicios emplean los servicios de carga para pasar información a través de la UNI.
Pueden ser vistos como aplicaciones de telecomunicaciones que permiten a los usuarios
comunicarse utilizando protocolos estándares. Operan en las capas 4 a 7 del modelo OSI.
Los servicios suplementarios pueden ser utilizados para extender los servicios de carga o
los de teleservicios. Proveen funcionalidades que normalmente no están disponibles en los
servicios de carga básicos o los de teleservicios. Los servicios suplementarios no pueden
ser utilizados directamente, sino que deben de ser empleados en conjunto con otro servicio
o conjunto de servicios.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Configuración de Referencia
El siguiente esquema muestra una configuración de referencia para dispositivos ISDN y a
continuación presentamos un breve glosario de los términos manejados en éste.
Figura 9. Configuración de Referencia ISDN
TE1, Terminal Equipment type 1: Equipo Terminal tipo 1. Cualquier equipo que puede ser
conectado directamente a la red ISDN: teléfonos, computadoras, etc. con interfaces ISDN.
TE2, Terminal Equipment type 2: Equipo Terminal tipo 2. Equipos tradicionales
(analógicos en su mayoría) conectador al Adaptador de Terminales, tales como teléfonos o
equipos de fax.
TA, Terminal Adaptor: Adaptador de Terminales. Permite a los dispositivos tradicionales
conectarse a la red ISDN. No solo trabaja para dispositivos analógicos, sino también para
digitales como puede ser una interfaz Ethernet.
NT1, Network Terminador type 1: Terminador de Red tipo 1. Es el fin de la línea desde el
punto de vista del operador de telecomunicaciones y por tanto el inicio de la red interna del
usuario. En Norteamérica este es el caso, pero en otras partes del mundo este equipo se
encuentra en las instalaciones del proveedor de telecomunicaciones. Este equipo adapta el
cableado de cuatro hilos usado en la red interna del usuario al cableado tradicional de dos
hilos empleado por las compañías telefónicas.
NT2, Network Terminador type 2: Terminador de Red tipo 2. Para enlaces sencillos este
dispositivo no existe, pero en localidades donde se tiene una red privada interna este
dispositivo corresponde al equipamiento interno de dicha red (PBXs, etc).
LT, Line Terminator: Terminador de Línea. Es la conexión física a la red del proveedor de
telecomunicaciones.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
ET, Exchange Termination: Terminador de Intercambio. Es el punto de conexión entre los
teléfonos del usuario y la red telefónica desde el punto de vista lógico.
Las letras R, S, T, U y V en el diagrama son puntos de referencia que se usan para definir
interfaces lógicas entre elementos. Así por ejemplo, el punto de referencia R es la interfaz
entre los teléfonos tradicionales y un adaptador de terminal. Como en la mayor parte de las
acometidas ISDN no se dispone de equipamiento NT2, los puntos de referencia S y T son
normalmente referidos en conjunto como S/T
Servicio ISDN BRI
El servicio de la Interfaz de Tasa Básica (Basic Rate Interface, BRI) ofrece dos canales B y
uno D (2B+D). Los canales B operan a 64 kbps4 y transportan información del usuario; el
canal D trabaja a 16 kbps y maneja información de control y señalización, aunque también
puede llevar datos. La señalización del canal D comprende de la capa uno a la tres del
modelo OSI. La interfaz BRI también define la estructura de la trama y otras sobrecargas,
alcanzando una tasa de transmisión de 192 kbps.
La especificaciones físicas del la interfaz BRI son un estándar de la ITU-T (I.430).
Servicio ISDN PRI
El servicio de la Interfaz de Tasa Primaria (Primary Rate Interface, PRI) ofrece 23 canales
B y uno D en Estados Unidos y Japón, agregando una tasa de transmisión de hasta 1.544
Mbps (con el canal D operando a 64 kbps). En México, Europa, Australia y otras partes del
mundo la interfaz provee 30 canales B y un canal D de 64 kbps para una tasa de
transmisión de 2.048 Mbps. La especificación física de la interfaz es la ITU-T I.431.
Cuando un usuario requiere anchos de banda superiores a los 64 kbps ISDN provee canales
de banda ancha denominados canales H. Los canales H son una agrupación de canales B.
La primera denominación de un canal como de banda ancha es la agrupación de seis
canales B para formar un canal H0 de 384 kbps.
4
En Norteamérica algunos canales operan a sólo 56 kbps debido a la existencia de equipo antiguo que tomaba
un bit para señalización.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Un canal H1 se forma mediante la agrupación de todos los canales disponibles en una
interfaz PRI (24 para T1s o 30 en E1s). Otros canales H han sido definidos para manejar
diferentes requerimientos: H10 maneja 10 canales H0, H11, 11 y H12 12 para ofrecer
anchos de banda de 1.472 Mbps, 1.536 Mbps y 1.920 Mbps respectivamente.
El último tipo de canales disponible en ISDN se denomina Nx64 y opera en forma similar a
los canales H, pero permite agrupar cualquier cantidad de canales B (de 1 a 24) y no es
necesario tener un equipo de multiplexaje inverso en las instalaciones del usuario ya que la
red mantiene la secuencia de los segmentos de 64 kbps en la trama.
Los nombres de los canales se dice que se deriva de que los canales analógicos eran
referidos como canales A (A de Analog), el siguiente tipo de canal empleado fue entonces
B, que coincidentemente puede también verse como derivado de Binario (aunque algunos
dicen que se deriva del termino en inglés, Bearer channel). Los canales D eran llamados en
algún tiempo canales delta, por su relación con los canales B, pero dada la dificultad de
escribir la letra griega se volvió simplemente D.
Arquitectura de Protocolos
Los protocolos que permiten a un usuario acceder a los servicios de ISDN operan en las tres
primeras capas del modelo OSI. Las aplicaciones y teleservicios trabajan en los niveles 4 a
7.
Los protocolos de la capa física están definidos en los estándares I.430 e I.431 para los
accesos BRI y PRI respectivamente. En la capa 2 y 3 existen diferentes protocolos
definidos de acuerdo a si se esta examinando el canal D o el canal B.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Figura 10. ISDN y el modelo OSI
Capa 1
En ISDN la estructura de las tramas en la capa física son diferentes dependiendo de la
dirección en la que se esta enviando la información. Ambas tramas tienen 48 bits de
longitud con 36 bits representando datos. Los bits de una trama de capa física ISDN tienen
el siguiente significado:
1 1
8
1 1 1 1
1
L D L F
L B2
L D L B1
L D L B2
…
Trama TE (terminal a red)
1 1 8 1 1 1 1
F L B1 E D A F
1 8
F B2
1 1 1 8
E D S B1
1 1 1 8
E D S B2
…
F L B1
8
1 1 1
8
1 1 1
8
Trama NT (red a terminal)
Longitud de los campos en bits
Figura 11. Trama física ISDN
Campo
F
L
E
A
S
B1, B2 y D
Descripción
Provee sincronía.
Ajusta el valor promedio de los bits (componente de CD).
Asegura la resolución de disputas cuando varias terminales en un
bus compiten por un canal.
Activa dispositivos.
No esta asignado.
Manejan datos del usuario, canal B1, B2 y D respectivamente.
Tabla 3. Campos de la trama física ISDN.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Varios dispositivos pueden estar conectados a un mismo circuito físico. Bajo esta
configuración pueden presentarse colisiones cuando dos terminales tratan de transmitir en
forma simultánea. Debido a esto ISDN provee un mecanismo para determinar disputas por
el medio físico. Cuando un NT recibe un bit D del TE, éste repite el bit en la siguiente
posición del bit E. El TE espera recibir un bit E igual al su último bit D enviado para
determinar que su trama fue recibida. El inicio de la trama NT esta retrasada de la trama TE
por dos bits y dada esta situación, en la figura anterior se muestra uno de estos mapeos.
Las terminales no pueden transmitir en el canal D a menos de que detecten un determinado
número de unos (indicando la ausencia de señal) que corresponden a una prioridad
preestablecida. Si un TE detecta un eco diferente de sus bits D (en el canal E) debe dejar de
transmitir inmediatamente. Esta simple técnica asegura que solo un equipo transmitirá en el
canal D en cualquier momento. Después de que una terminal ha transmitido en el canal D
su prioridad es reducida y tendrá que detectar un mayor numero de unos en la línea antes de
transmitir; esto permitirá que todos los equipos conectados a una misma línea tendrán una
oportunidad de transmitir en el canal D. Las conexiones telefónicas tienen una prioridad
superior a todos los demás servicios y la información de señalización tiene prioridad sobre
cualquier información que no sea de señalización.
Capa 2
La capa 2 del protocolo de señalización de ISDN es LAPD (Link Access Procedure,
Channel D). LAPD es similar a HDLC y LAPB. Como el nombre del protocolo lo indica,
esta capa es utilizada a través del canal D para asegurar que la información de señalización
y control fluye y es recibida correctamente. La estructura de la trama LAPD es muy similar
a la de HDLC y como HDLC, LAPD emplea tramas de supervisión, información y no
numeradas. El protocolo LAPD es especificado formalmente en ITU-T Q.920 y ITU-T
Q.921.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
1
2
1
Variable
1
1
Banderas
Dirección
Control
Información
FCS
Banderas
SAPI
6
C/R EA
1
1
TEI
EA
7
1
Figura 12. Estructura de la trama LAPD
Los campos de banderas y control son idénticos a los de HDLC. El campo de dirección
puede ser de uno o dos bytes de extensión. Si el bit de dirección extendida (EA) esta
presente en el primer byte la dirección es entonces de un byte, en tanto que si esta ausente
la dirección es de dos bytes. El primer byte del campo de dirección contiene el Identificador
del Punto de Acceso (Service Access Point Identificator, SAPI) el cual especifica el portal
de acceso a los servicios de capa 3. El bit C/R indica cuando la trama contiene un comando
o una respuesta. El Identificador de Nodo Terminal (Terminal Endpoint Identifier, TEI)
identifica una o múltiples terminales. Un TEI con solo unos corresponde a un broadcast.
Capa 3
En ISDN se emplean dos especificaciones para la señalización de capa 3: ITU-T I.450
(también conocida como ITU-T Q.930) y ITU-T I.451 (también conocida como ITU-T
Q.931). En conjunto, estos dos protocolos soportan conexiones de usuario a usuario, con
circuitos conmutados y de conmutación de paquetes. Mensajes para el establecimiento y
terminación de llamadas, información y varios otros son especificados, incluyendo SETUP,
CONNECT, RELEASE, USER INFORMATION, CANCEL, STATUS y DISCONNECT.
Estos mensajes son funcionalmente similares a aquellos del protocolo X.25.
Señalización y transferencia de datos
Toda la señalización y mensajes de control en ISDN son manejados por el canal D en forma
similar a como la red telefónica digital maneja su propio tráfico de señalamiento y de
control en canales independientes a los de tráfico (out-of-band). Como se mencionó
anteriormente, los mensajes de control en ISDN son similares a los empleados en X.25 y
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
existen diferentes procedimientos definidos para el establecimiento de llamadas, su
mantenimiento y terminación.
La figura en la siguiente página muestra la secuencia de señales necesarias para el
establecimiento de una llamada en ISDN para un ruteador.
Direccionamiento
El esquema de direccionamiento de ISDN esta definido en el estándar E.164 (también
numerado como I.331). El esquema permite el uso de números telefónicos como dirección.
Una dirección E.164 puede contener hasta 15 dígitos. La longitud de este campo es de
ocho octetos y los dígitos de la dirección son codificados en BCD (Binary Coded Decimal,
que usa 4 bits). A una dirección I.164 se le agregan tantos 0s antes del primer dígito para
completar la longitud máxima de 15 dígitos. Al final, un semiocteto compuesto
exclusivamente por unos (1111) es agregado para conformar un número entero de octetos.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Figura 13. Establecimiento de una llamada ISDN.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Frame Relay
Historia
Frame Relay fue concebido originalmente como un protocolo para ser usado en interfaces
ISDN. Las propuestas iniciales a este respecto fueron entregadas a ITU-T en 1984. En
Norteamérica también se iniciaron trabajos de estandarización de esta tecnología a través de
un comité de la ANSI denominado T1S1.
La estandarización de Frame Relay cubre tres operaciones básicas: descripción del servicio,
aspectos esenciales y señalamiento de acceso. La primera de estas especificaciones fue
aprobada por ANSI (Norteamérica) en 1990 y las dos restantes fueron aprobadas para 1991.
Las recomendaciones equivalentes de la ITU-T fueron aprobadas poco después.
Un avance significativo en el desarrollo de Frame Relay tuvo lugar en 1991 cuando Cisco,
StrataCom, Nortel y DEC conformaron un consorcio para favorecer el desarrollo de esta
tecnología y favorecer la introducción de equipamientos compatibles. El consorcio
desarrollo una especificación conforme a los estándares en desarrollo por parte de T1S1 e
ITU-T, pero extendieron sus funcionalidades para proveer servicios en complejos
ambientes de interconexión de redes. Estas extensiones son referidas en su conjunto como
la Interfaz de Administración Local (Local Management Interface, LMI).
Las primeras redes públicas de Frame Relay se desarrollaron en Norteamérica. El mercado
de las redes estaba dominado en ese entonces por circuitos dedicados de banda ancha (T1s
en esa época). Como resultado muchas compañías habían instalado sus redes privadas
haciendo uso de servicios TDM (Time Division Multiplexing). Los servicios de
conmutación de paquetes no eran muy populares ya que eran vistos como lentos y de pobre
desempeño. Las redes TDM se ajustaban a al perfección para implementar servicios de
telefonía y video. De hecho, muchas compañías justificaban la creación de sus redes
privadas con los ahorros alcanzados al manejar sus comunicaciones telefónicas en su red
privada en lugar de hacerlo a través de la red pública. Las operadoras de
telecomunicaciones lucharon contra esta tendencia y comenzaron a ofrecer servicios de
redes privadas virtuales, que son competitivas en costo con las implementaciones mediante
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
redes privadas. Esto dejo el campo de las redes privadas casi para uso exclusivo de
aplicaciones de datos, pero las características de operación de las redes de datos no se
ajustan perfectamente a las redes TDM. En las redes TDM el ancho de banda es asignado
estáticamente, sin tomar en cuenta la naturaleza aleatoria y en ráfagas del tráfico de datos.
Debido a esto los proveedores de servicios de telecomunicaciones vislumbraron una
oportunidad para recuperar el mercado de redes de datos con circuitos dedicados. Esto le
permitiría al proveedor de telecomunicaciones hacerse cargo nuevamente de todas las
necesidades de comunicación de las empresas (y por tanto mejorar su tasa de ganancia).
Debido a esta situación Frame Relay fue comercializado agresivamente para competir con
las tarifas de los circuitos dedicados.
En Europa la situación era diferente. Los operadores de redes europeas no habían provisto
circuitos dedicados de alta velocidad a bajos costos y consecuentemente la demanda para
equipamiento TDM se había mantenido escasa. Adicionalmente, los operadores de redes
públicas no habían provisto servicios de calidad en redes de conmutación de paquetes de
alta velocidad (excepto por Francia). La consecuencia fue que los servicios de conmutación
de paquetes de velocidad reducida basados en X.25 desplazaron cualquier otra tecnología
de transporte de datos.
El primer servicio público de Frame Relay fue ofrecido en Norteamérica durante 1992 por
compañías tales como AT&T, US Sprint, BT Norteamérica, Dintel y Compuserve. Estas
compañías instalaron nodos de Frame Relay en las principales ciudades y permitieron el
acceso a estos nodos mediante líneas compradas al operador local de telecomunicaciones.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Figura 14. Estructura del servicio de Frame Relay en Norteamérica.
El usuario tenia que pagar una suscripción al servicio y por la línea de acceso. Para las
velocidades de acceso que se manejaban, entre 56 kbps a 1.544 Mbps esto los costos de la
línea de acceso no eran considerables.
En Europa, el único proveedor que ofreció servicios de Frame Relay durante 1992 fue BT
con extensiones a su servicio de redes de conmutación de paquetes administradas, GNS
(Global Network Services), y Finish PTO, que instalo una reducida red de Frame Relay en
Finlandia
El Foro Frame Relay ha publicado diversos Acuerdos de Implementación (IAs), con
extensiones funcionales y operacionales a los estándares Frame Relay de ANSI e ITU-T.
Una de los IAs que vale la pena mencionar es el IA FRF.11, publicado en mayo de 1997.
Este Acuerdo de Implementación del Foro Frame Relay corresponde a la operación de
aplicaciones de voz en redes Frame Relay. El acuerdo incluye aspectos tales como el
soporte de diferentes codificadores para el manejo de voz digital comprimida (de 64 kbps a
32, 16 u 8 kbps), supresión de silencio y soporte para el manejo de tráfico de fax clase 3.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Frame Relay conforme al modelo OSI
Frame Relay opera dentro de las dos primeras capas del modelo OSI y es común
presentarlo como una versión simplificada de X.25. El objetivo de esta simplificación es el
de lograr un desempeño superior, pudiendo manejar hasta 45 Mbps, en tanto que X.25 sólo
soporta hasta 2.048 Mbps.
Figura 15. Frame Relay y el Modelo OSI.
Frame Relay combina las funciones de red y enlace de datos en un sencillo protocolo al
nivel de la capa de enlace de datos. Con el fin de soportar funcionalidades que normalmente
requerirían de los servicios de un protocolo de la capa de red se han desarrollado e
implementado estándares adicionales.
Nivel 1
La capa física de Frame Relay es esencialmente la misma que la de X.25. Especifica las
características físicas y eléctricas para comunicar un DTE y un DCE (CSU/DSU).
Nivel 2
Al nivel del enlace de datos Frame Relay emplea un subconjunto de las especificaciones de
ISDN, conocido como LAPD. LAPD es un estándar de la capa de enlace que maneja
información de señalamiento en el canal D de ISDN. Las tramas utilizadas por LAPD
cumplen con la recomendación ITU-T Q.922, misma que será presentada más adelante.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Características de operación
Frame Relay es un ejemplo de las redes de conmutación de paquetes. En estas redes, los
nodos terminales comparten los recursos de la red en forma dinámica. Las dos técnicas
básicas implementadas por estas tecnologías son el empleo de paquetes de longitud variable
y el multiplexaje estadístico de los recursos de la red.
El empleo de paquetes de longitud variable permite efectuar transferencias de información
más flexibles y eficientes. Cada uno de estos paquetes es conmutado a lo largo de los
diferentes segmentos de la red hasta que se alcanza su destino.
El multiplexaje estadístico controla el acceso a la red conmutada. La ventaja de esta
tecnología es que administra el ancho de banda disponible en forma flexible y eficiente ya
que la mayoría de las redes de datos actuales utilizan conmutación de paquetes (Ethernet,
Token Ring, etc).
Frame Relay no ofrece las funcionalidades de características de X.25 como el uso de una
ventana deslizante o la retransmisión de información para garantizar una transmisión
confiable. Es por esto que Frame Relay puede manejar velocidades de transmisión
superiores; sin embargo, el desempeño de esta tecnología no se ve afectado debido a que la
calidad de los medios de transmisión que utiliza son superiores a aquellos en los cuales el
protocolo X.25 fue diseñado para operar.
Existen dos categorías de dispositivos: DTE y DCE. Los DTEs son considerados
normalmente como equipos terminales y típicamente están ubicados en las instalaciones del
usuario. De hecho, pueden ser propiedad del usuario. Los DCEs son equipos de
interconexión propiedad del operador de telecomunicaciones. Son los equipos que
transmiten la información a través de la red WAN.
Frame Relay ofrece servicios orientados a conexión en la capa de enlace. Esto significa que
una transmisión entre cualquier par de dispositivos tiene asociado un identificador de
conexión. Este servicio es implementado mediante circuitos virtuales que pueden ser
multiplexados para su transmisión a través de la red en un mismo circuito físico. Esta
funcionalidad reduce los requerimientos de equipo y la complejidad de la red para
interconectar diversos DTEs.
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Tecnologías de Transporte
Un mismo circuito virtual puede atravesar un número indeterminado de DCEs
(conmutadores) en una red pública, y pueden ser de dos categorías: circuitos virtuales
conmutados (Switched Virtual Circuits, SVCs) y circuitos virtuales permanentes
(Permanent Vitual Circuits, PVCs).
SVCs
Los Circuitos Virtuales Conmutados son conexiones temporales empleadas en escenarios
que requieren de transmisiones esporádicas de información. Un enlace a través de un SVC
consiste de los siguientes cuatro estados operacionales:
Establecimiento de llamada, Call Setup. Establecimiento del circuito virtual entre dos
dispositivos DTE Frame Relay.
Transferencia de información, Data Transfer. La información es transferida entre los dos
DTEs a través del circuito virtual.
Inactivo, Idle. La conexión entre los dispositivos aun esta activa, pero ninguna información
esta siendo transmitida. Si el canal permanece ocioso por un determinado intervalo de
tiempo la llamada puede ser terminada.
Terminación de llamada, Call Termination. El circuito virtual entre los dispositivos es
cerrado.
Si después de que un SVC ha sido cerrado los DTEs necesitan transferir más información,
estos tendrán que establecer un nuevo SVC. Se espera que los SVCs serán establecidos,
mantenidos y terminados utilizando el mismo señalamiento empleado en ISDN.
PVCs
Los circuitos virtuales permanentes son conexiones establecidas de manera definitiva para
flujos consistentes y permanentes de datos entre DTEs a través de la red Frame Relay. La
comunicación empleando PVCs no requiere de los estados de establecimiento y
terminación de llamada empleados APRA SVCs y por tanto los PVCs solo pueden estar en
los estados operacionales de Inactivo o Transferencia de Información.
Los circuitos virtuales de Frame Relay son identificados mediante DLCIs (Data-link
Connection Identifiers). Los valores de los DLCIs son normalmente asignados por el
proveedor de telecomunicaciones. Estos identificadores solo tienen significado local, lo que
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
significa que los valores son únicos en cada interfaz LAN, pero no necesariamente en la red
WAN Frame Relay.
Estructura de la Trama
Las tramas estándar Frame Relay tienen la siguiente estructura.
Dirección
Datos
FCS
Banderas
DLCI
DLCI
6
1 1
4
Longitud de los campos en bits
EA
Banderas
DE
8
BECN
16
FECN
Variable
EA
16
C/R
8
1
1
1
1
Figura 16. Trama Frame Relay.
El significado de cada uno de los campos es el siguiente
Banderas, Flags. Delimitan el principio y el fin de la trama. El valor de este campo es
siempre el mismo y es representado ya sea por el numero hexadecimal 7E o por el número
binario 011111110.
Dirección, Address — Contiene la siguiente información:
DLCI. El DLCI de 10 bit es la esencia de la cabecera Frame Relay. Este valor representa la
conexión virtual entre el DTE y el switch. Cada conexión virtual que es multiplexada en la
medio físico será representada por un DLCI único. El valor del DLCI solo tienen
significado local, lo cual quiere decir que los equipos en los extremos de un circuito virtual
pueden usar diferentes DLCIs y aun referirse al mismo circuito virtual.
Dirección Extendida, Extended Address (EA). Este bit determina el último octeto de la
dirección. Cuando el bit es uno se trata del último octeto. A pesar de que todas las
implementaciones de Frame Relay actualmente utilizan dos octetos esta funcionalidad
permite el uso de direcciones de mayor longitud. El último bit de cada byte es utilizado
para este campo.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
C/R. Este campo corresponde al bit que sigue al último byte del campo del DLCI. El uso
de este campo no esta definido todavía.
Manejo de Congestion, Congestion Control. Este campo consiste de tres bits que controlan
el mecanismo de notificación de congestión de Frame Relay. Son denominados FECN,
BECN y DE, y corresponden a los tres últimos bits del campo de dirección.
Datos, Data — Encapsula datos de las capas superiores. Cada trama en este campo de
longitud variable contiene datos del usuario de una longitud de hasta 16,000 octetos. Este
campo permite el transporte de los PDUs (Protocol Data Unit) de las capas superiores en la
red Frame Relay. Teóricamente la capacidad máxima de este campo es 4,096 bytes, el
máximo real depende del fabricante, aunque el estándar define que se debe soportar un
“máximo-mínimo” de 1,600 bytes.
Secuencia de Verificación de la Trama, Frame Check Sequence (FCS) — Asegura la
integridad de los datos recibidos. El campo es calculado por el transmisor y verificado por
el receptor para garantizar la integridad de la transmisión.
Interfaz de Administración Local, LMI
La Interfaz de Administración Local (LMI) es un conjunto de adiciones a la especificación
básica de Frame Relay. El conjunto incluye funcionalidades para direccionamiento global,
multicast y mensajes de estatus de los circuitos virtuales. La extensión de direccionamiento
asigna DLCIs con significado global en vez de local. Los valores del DLCI son empleados
como la dirección del DTE, misma que es única en toda la red Frame Relay. Esta extensión
facilita la interconexión y administración de redes Frame Relay. Los mensajes de estatus
del circuito virtual proveen comunicación y sincronía entre los dispositivos DTE y DCE.
Estos mensajes son empleados para reportar el estatus de PVCs periódicamente, lo cual
evita el envío de información a hoyos negros, es decir, PVC que ya no existen. Las
extensiones de multicast permiten el envío de información de ruteo y de resolución de
direcciones a solo a un grupo de dispositivos.
Las extensiones a Frame Relay usan una variante de la trama de Frame Relay que tiene la
siguiente estructura:
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1
Variable 2
1
Bandera
1
FCS
1
Elementos de
información
LMI DLCI
1
Tipo de mensaje
2
Indicador de
información no
numerado
Discriminador
de protocolo
Referencia de
llamada
1
Bandera
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Longitud de los campos en bytes.
Figura 17. Trama LMI de Frame Relay.
Bandera, Flag. Determina el inicio y el final de la trama.
LMI DLCI. Identifica la trama como una trama LMI en logar de una trama Frame Relay
estándar. El DLCI especifico utilizado por la especificación del consorcio es DLCI = 1023.
Indicador de Información no numerado, Unnumbered Information Indicador. Establece
el bit poll/final a cero.
Discriminador de Protocolo, Protocol Discriminator. Siempre contiene un valor indicando
que la trama es LMI.
Referencia de llamada, Call Referente. Siempre contiene ceros. Este campo no es usado
actualmente para nada.
Tipo de Mensaje, Message Type. Etiqueta la trama con alguno de los siguientes tipos de
mensajes:
•
•
Status-inquiry message. Le permite preguntar al equipamiento del usuario por el
estatus de la red.
Status message. Responde los mensajes de solicitud de estatus (Status-inquiry).
Estos mensajes incluyen mensajes de keepalives y estatus de PVCs.
Elementos de Información, Information Elements. Contiene un numero variable de
elementos individuales de información (information elements, IEs). Los IEs consisten en
los siguientes campos:
•
IE Identifier. Identifica de forma única el IE.
•
IE Length. Indica la longitud del IE.
•
Data. Consiste de 1 o mas bytes conteniendo información del capas superiores
encapsulada.
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Tecnologías de Transporte
Secuencia de verificación de la trama, Frame Check Sequence (FCS). Asegura la
integridad de la información recibida.
Parámetros de Configuración de Frame Relay
La forma en que una red Frame Relay manejará el tráfico generado depende de si éste
concuerda con las especificaciones contratadas para el circuito o no. Un enlace Frame
Relay se caracteriza por tres parámetros: CIR, Bc y Be
CIR
La tasa de transmisión comprometida (Commited Information Rate, CIR) es la velocidad
que la red soporta bajo condiciones de operación normales. Su nombre se explica a si
mismo; dado un contrato con el proveedor de servicio este se compromete a garantizar al
menos esa tasa de transmisión. Este valor se mide en bits por segundo y debe estar
especificado para cada circuito virtual. Se puede establecer un contrato con un CIR de 0, en
cuyo caso se brindara un servicio best-effort y la red no garantizara el flujo de los datos.
El CIR máximo de un enlace Frame Relay no puede exceder la velocidad del medio de
acceso o la velocidad máxima del otro extremo del circuito virtual.
Cuando la información inyectad en la red excede el valor del CIR, el bit de descarte (DE) es
encendido para todos aquellos paquetes por arriba de la tasa especificada. En la práctica,
para controlar la cantidad de tráfico que puede ser inyectada en la red es necesario
proporcionar un intervalo durante el cual se contabilizará el tráfico inyectado para
compararlo con respecto a las especificaciones contratadas. Para obtener este valor, se debe
especificar cual es el máximo número de bits que la red deberá aceptar (Bc) y al dividirlo
por el CIR contratado se obtiene el valor de Tc, que será el intervalo de medición. Por
último, ya se mencionó que Frame Relay permite a las conexiones excederse en sus tasas de
transmisión con respecto al CIR contratado, pero encenderá el bit de descarte de todas las
tramas correspondientes. Adicionalmente, Frame Relay impone un límite en la cantidad de
tráfico que puede ser manejada por una conexión (en adición a las limitaciones impuestas
por la conexión física) y es especificada mediante el parámetro Be.
Los conmutadores de acceso a una red Frame Relay implementan un mecanismo de
formateo del tráfico recibido llamado cubeta goteante (leaky bucket). El mecanismo
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
consiste en una ventana deslizante Tc, durante la cual no se aceptará más de Be bits y todas
aquellas tramas excediendo el CIR contratado serán marcadas como elegibles para ser
descartadas.
Control de errores y de flujo de información
Frame Relay emplea un mecanismo de verificación de errores común, CRC (Cyclic
Redundancy Check). El CRC compara dos valores para determinar si la información
recibida llego sin errores a su destino. Mediante la implementación de un mecanismo de
verificación de errores en lugar de uno de corrección de errores Frame Relay reduce la
sobrecarga en la red. Cuando el mecanismo detecta un error, la trama es simplemente
descartada.
Control de tráfico y congestión
Frame Relay minimiza la sobrecarga de la red mediante el empleo de simples mecanismos
de notificación, en lugar de efectuar control de flujo por cada circuito virtual. Debido a que
Frame Relay es implementado sobre medios de transmisión confiables, esto no significa un
deterioro en el desempeño ya que el control de flujo puede ser dejado a los protocolos de
capas superiores. Frame Relay ofrece dos mecanismos de notificación de congestión:
FECN
(Forward-Explicit
Congestion
Notification)
y
BECN
(Backward-Explicit
Congestion Notification).
Ambos mecanismos son controlados mediante un bit contenido en la cabecera de la trama
Frame Relay. La cabecera también contiene un bit de descarte (Discard Eligibility, DE) que
es utilizado para identificar el trafico de menor importancia y que puede ser eliminado
durante periodos de congestión.
El bit FECN es parte del campo de dirección en la cabecera de la trama Frame Relay. El
mecanismo es iniciado cuando un dispositivo DTE inyecta tramas a la red. Si la red esta
congestionada, los DCEs (switches) establecerán el estado del bit FECN a uno. Cuando las
tramas alcanzan el nodo DTE destino, el FECN destino indica que las tramas
experimentaron congestión con dirección al destino. El DTE podrá entonces pasar la
indicación a las capas superiores para su procesamiento. Dependiendo de la
implementación, podría iniciarse control de flujo o simplemente ignorar la señal.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Actualmente solo DECnet y OSI son los únicos protocolos de capas superiores que
implementan esta funcionalidad.
El bit BECN también es parte de la información del campo de dirección en la cabecera de
la trama Frame Relay. Los dispositivos DCE encenderán este indicador para las tramas
viajando en la dirección contraria a aquellas que tienen su bit FECN prendido. Esto indicara
al DTE receptor que existe congestión en algún segmento de la red. Dependiendo de la
implementación el DTE podrá pasar este indicador a las capas superiores para su
procesamiento e iniciar control de flujo, o bien se le ignorará.
El bit DE (Discard Elegibility) es utilizado para indicar aquellas tramas que tienen menor
importancia que otras. El bit es parte del campo de dirección en la cabecera de la trama
Frame Relay.
Los dispositivos DTE pueden asignar el valor del bit DE para indicar que porción de su
trafico es de menor importancia. Así pues, en momentos de congestión, la red descarta
aquellas tramas de menor importancia antes de eliminar cualquier otro tráfico con mayor
prioridad.
Direccionamiento
El direccionamiento en Frame Relay esta basado en al asignación de DLCIs. Cuando se
esta manejando la especificación estándar, los DLCIs solo tienen significado local, en tanto
que cuando se esta empleando las extensiones LMI, los DLCIs se convierten en direcciones
de red.
Comparación con X.25
Frame Relay combina el multiplexaje estadístico y el manejo de puertos compartidos de
X.25 con las altas velocidades y el pequeño retardo de la conmutación de circuitos TDM.
En contraste con X.25, Frame Relay elimina por completo el procesamiento de capa 3.
Sólo algunas funciones de la capa 2, denominadas fundamentales, son utilizadas, tales
como verificar que la trama ha sido recibida sin errores, pero sin implementar
retransmisión. Dado que muchos protocolos de capas superiores implementan funciones
tales como numeración de paquetes, rotación de ventanas de transmisión, confirmación de
recepción y otras, la red Frame Relay no duplica estas funcionalidades.
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Tecnologías de Transporte
La siguiente tabla resume las características de Frame Relay y las compara con aquellas de
TDM y X.25. Slot
Conmutación Conmutación
de Paquetes
de Circuitos
X.25
TDM
Multiplexaje en
intervalos de tiempo
Multiplexaje estadístico
(Circuitos Virtuales)
Puertos compartidos
Altas velocidades por
Circuito
Retardo
Frame Relay
ü
û
û
û
ü
ü
û
ü
ü
ü
û
ü
mínimo
alto
reducido
Tabla 4: Comparación entre Frame Relay, TDM y X.25.
En la siguiente página se puede apreciar la cantidad de procesamiento adicional que X.25
efectúa en comparación con Frame Relay.
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Tecnologías de Transporte
Figura 18. Procesamiento de Frame Relay vs X.25.
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Tecnologías de Transporte
ATM
Historia
La ITU-T y otros grupos de estandarización comenzaron a trabajar en 1984 en el
establecimiento de una serie de recomendaciones y técnicas para la transmisión,
conmutación, señalización y control de una red inteligente basada en fibras ópticas capas de
resolver las limitaciones existentes de la época y capas de manejar los servicios del futuro.
Esta red fue referida como Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha, B-ISDN.
Para 1990 la decisión había sido tomada para basar B-ISDN en SONET/SDH y ATM.
SONET describe los estándares de transmisión óptica. Los estándares SONET/SDH
especifican como la información
puede
ser
empaquetada,
multiplexada y transmitida en
una red óptica. Una característica
esencial de SONEt/SDH es que
garantiza que el equipamiento y
los
servicios
de
diferentes
fabricantes y proveedores son
interoperables y administrables.
ITU-T necesitaba entonces de un
estándar de conmutación para
complementar SONET/SDH en
el modelo B-ISDN.
Dado que SONET solo describe
la transmisión y multiplexaje de
la información, sin saber que tipo de información esta siendo conmutada, puede operar con
casi cualquier tecnología de conmutación emergente. Dos tipos de conmutación fueron
considerador originalmente: sincronía y asíncrona. Se requería de una matriz de conmutado
inteligente con la capacidad de manejar todo tipo de tráfico a velocidades extremadamente
altas y la habilidad de maximizar los recursos de la red. Idealmente, el totalidad del ancho
de banda debería de estar disponible para todas las aplicaciones y debería de ser asignado
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Tecnologías de Transporte
sobre demanda. Se eligió ATM como la tecnología que podría satisfacer estos
requerimientos. Aunque ATM fue concebido originalmente para las redes WAN, los
diseñadores de redes de área local y los operadores de televisión por cable vieron ATM
como una posible solución a sus necesidades particulares.
El Foro ATM fue establecido en Octubre de 1991 y publicó su primera especificación ocho
meses más tarde. El Foro ATM fue conformado para acelerar el proceso de adaptación de la
tecnología, acelerando la generación de especificaciones de interoperabilidad. En adición a
esto, el Foro promueve la cooperación entre industrias y crea una presencia en el mercado.
Para 1996 el Foro ATM presentó el Acuerdo de Anchorage. El acuerdo especificaba el
conjunto de especificaciones necesarias para la implementación de infraestructuras ATM de
misión crítica y un conjunto adicional para la migración a una red multiservicios. El
acuerdo comprometía a los participantes a mantener el desarrollo de la tecnología
conservando compatibilidad con las especificaciones presentadas en esta revisión.
Estructura de ATM conforme al modelo OSI
El núcleo de las especificaciones de ATM cubre hasta la capa dos del modelo OSI, pero
como se describirá más adelante, muchas de sus funcionalidades comprenden funciones de
la capa 3 o superiores y su uso dependerá de la aplicación en cuestión.
Figura 19. ATM y el Modelo OSI.
El nivel físico define las interfaces eléctricas y físicas, las velocidades de las líneas y otras
características físicas.
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El nivel ATM define el formato de la celda ATM.
El nivel de Adaptación ATM (ATM Adaptation Layer, AAL) define los procesos de
conversión del tráfico de los niveles superiores en celdas ATM.
En las capas superiores se recibe directamente el tráfico de otros protocolos (IP, IPX, etc) y
se implementan funcionalidades como LANE (LAN Emulation).
Características de operación
ATM (Asynchronous Transfer Mode) es una tecnología de conmutación de paquetes a alta
velocidad que utiliza pequeños paquetes de longitud fija llamados celdas. El uso de celdas
simplifica el diseño del equipamiento de conmutación y permite su operación eficiente a
altas velocidades. El término asíncrono se refiere al hecho de que las celdas no están
preasignadas, de tal forma que aquellas asignadas a una conexión pueden aparecer a
intervalos irregulares.
La arquitectura en capas de ATM permite manejar dicersos servicios, tales como voz, datos
y video en una misma red. Las tres capas inferiores del modelo han sido definidas para
implementar las funcionalidades de ATM. La capa de adaptación convierte el tráfico de las
capas superiores en una secuencia de celdas con 48 bytes de información. En el proceso de
adaptación integra información adicional para garantizar que las propiedades del tráfico en
cuestion son conservadas (sincronia, sensibilidad a retardos, pérdidas, etc). La capa ATM
toma estos 48 bytes y les antepone una cabecera de 5 bytes que garantiza que la
información sera transmitida a la conexión correcta.
En ATM, las conexiones entre dispositivos terminales a nivel lógico se les denomina
Canales Virtual (Virtual Channels, VC) y varios VCs son agrupados en Rutas Virtuales
(Virtual Path, VP) para facilitar la administración de las conexiones. Con establecer una
ruta de respaldo para un VP se brinda protección a todos los VCs que este contiene además
de mantener la flexibilidad de que un VC puede ser intercambiado de VP en caso de ser
necesario. Al igual que en Fram Relay, los canales (y las rutas) en ATM pueden ser de dos
tipos: permanentes (PVCs) y conmutadas (SVCs). Tal y como el nombre lo indica, las
conexione permanentes estan siempre presentes, en tanto que las conmutadas requiren de
un procedimiento de establecimiento.
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Categorías de Servicios ATM y Aplicaciones
La introducción de nuevas categorías de servicios ATM ha incrementado los beneficios de
la tecnología, haciendo ATM adecuado para un sinnúmero de aplicaciones. Una red ATM
puede proveer conexiones VPs o VCs con diferentes niveles de servicios. El concepto de
negociar el comportamiento esperado de la capa ATM en términos del tráfico y el
desempeño de cada conexión permite a los usuarios optimizar las capacidades de la red
para satisfacer los requerimientos de las aplicaciones.
Las primeras implementaciones de ATM ofrecían limitadas opciones. El comportamiento
típico, común de la mayor parte de la primera generación de redes ATM, era reservar una
cantidad fija de ancho de banda para cada conexión durante la duración de la llamada en
función de la máxima tasa de transmisión de la fuente con una calidad de servicio única.
Las categorías de servicios ATM representan las bases para la creación de nuevos servicios
en los que los usuarios pueden seleccionar combinaciones específicas de parámetros de
tráfico y desempeño.
ATM es una tecnología multiservicio. De hecho, la mayor parte de los requerimientos que
son específicos para cierta aplicación pueden ser resueltos en los extremos de la red ATM
mediante la selección de la Capa de Adaptación ATM (AAL) adecuada. Sin embargo, de
acuerdo a la definición estándar del comportamiento de la capa ATM no debe ser
dependiente de las AALs dado que estas son para servicios específicos (y en muchos casos,
son soportadas por los nodos terminales del usuario, es decir, fuera del núcleo de la red
ATM) ni tampoco depender de los protocolos de las capas superiores, que son dependientes
de la aplicación.
Dada la existencia de una mezcla heterogénea de tráfico y la necesidad de un control
adecuado de la asignación de recursos de la red para cada componente de tráfico, un mayor
grado de flexibilidad, equidad y utilización de la red puede ser alcanzado mediante el
ofrecimiento de un conjunto de capacidades dentro de la propia capa ATM. Las categorías
de servicios han sido definidas con este objetivo en mente.
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Tasa de Bits Constante, CBR
La categoría de servicio CBR es utilizada por conexiones que requieren un cantidad estática
de ancho de banda, caracterizadas por un valor Pico de Tasa de Celdas (Peak Cell Rate,
PCR) que esta disponible continuamente durante la duración de la conexión. La fuente
puede transmitir celdas a, o por debajo, del PCR en cualquier momento y por lapsos
indeterminados (o puede estar en silencio). Esta categoría esta pensada para aplicaciones de
tiempo real, por ejemplo, aquellas que tienen un aceptan un reducido retardo en la
transmisión (Cell Transfer delay, CTD) y en la variabilidad de éste (Cell Delay Variation,
CDV), pero no esta restringido a estas aplicaciones. Es apropiado para aplicaciones de voz
y video así como para servicios de emulación de circuitos (Circuit Emulation Services,
CES). Las garantías que ofrece la red una vez que se establece la conexión es que la calidad
de servicio (QoS) negociada será aplicable a todas las celdas dentro de las especificaciones.
Se asume que aquellas celdas que sean entregadas después del CTD especificado son de un
poco valor para la aplicación.
Tasa de Bits Variable de Tiempo Real, rt-VBR
El servicio de tasa de bits variable de tiempo real es para aplicaciones de tiempo real
(aquellas que requieren un estricto control de retardo y variación de retardo), como puede
ser el caso de aplicaciones de voz y video. Se espera que las fuentes transmitan a una tasa
que varía con el tiempo. Alternativamente, la fuente puede ser descrita como aleatoria. Los
parámetros de tráfico son Tasa de Celdas Pico (Peak Cell Rate, PCR), Tasa de Celdas
Soportada (Sustainable Cell Rate (Sustainable Cell Rate, SCR) y Tamaño Máximo de
Ráfaga (Maximum Burst Size, MBS). Se asume que las celdas con retardos mayores a CDT
son de menor utilidad para la aplicación. El servicio VBR de tiempo real puede soportar
multiplexaje estadístico de fuentes de tiempo real.
Tasa de Bits Variable de Tiempo no Real, nrt-VBR
La categoría de tasas de bits variable de tiempo no real es para aplicaciones que no son de
tiempo real y tienen tráfico con características aleatorias y pueden ser caracterizados en
términos de PCR, SCR y MBS. Para aquellas celdas que son transmitidas dentro de las
especificaciones contratadas se espera una pequeña tasa de pérdidas (Cell Loss Rate, CLR).
Para todas las celdas se espera tener un límite en el retardo de transmisión de las celdas
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Tecnologías de Transporte
(CTD). El servicio VBR de tiempo no real puede implementar multiplexaje estadístico de
conexiones.
VBR es adecuado para cualquier aplicación en la que los sistemas terminales pueden
beneficiarse del multiplexaje estadístico mediante el envío de información a tasas variables
y pueden tolerar o recuperarse de una pequeña tasa de perdidas potencial. Este es el caso de
cualquier fuente CBR para la cual una tasa de transmisión variable permite el uso más
eficiente de los recursos de la red sin afectar el desempeño de la aplicación. En particular,
voz paquetizada con compresión y supresión de silencio seria una aplicación adecuada
Tasa de Bits Disponible, ABR
ABR (Available Bit Rate) es una categoría de servicio de la capa ATM en la cual las
características de la capacidad de transmisión proveídas por la red pueden cambiar después
del establecimiento de la conexión. Un control de flujo es establecido para permitir
diferentes tipos de retroalimentación para controlar la tasa de transmisión en respuesta a las
cambiantes características de transmisión de la capa ATM. Muchas aplicaciones pueden
tener la capacidad de reducir o aumentar su tasa de transmisión si la red se los requiere. Se
espera que un sistema terminal que ajusta su tasa de transmisión de acuerdo a la
retroalimentación de la red observara una reducida tasa de pérdidas y recibirá una justa
porción del ancho de banda de acuerdo a una cierta política de asignación. La variación del
retardo de las celdas (CDV) no es controlado en este servicio, aunque las celdas admitidas
no son encoladas innecesariamente. ABR no es para aplicaciones de tiempo real. En el
momento del establecimiento de la conexión, el sistema terminal deberá especificar a la red
una tasa de transmisión máxima y una tasa útil mínima. Estas serán designadas como PCR
y la tasa mínima de celdas (Minimum Cell Rate, MCR) respectivamente. El MCR puede ser
especificado como 0. El ancho de banda de la red puede variar, peor no debe ser menor a
MCR.
Cualquier aplicación critica que no sea de tiempo real siendo ejecutada en un sistema
terminal capaz de variar su tasa de transmisión puede emplear el servicio ABR. Esta
categoría soporta, en forma económica, aplicaciones con vagos requerimientos de ancho de
banda y con reducidas tasas de perdida de celdas. Ejemplos de estas son la interconexión de
redes de área local.
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Tecnologías de Transporte
Tasa de Bits no Especificada, UBR
La categoría de tasa de bits no especificada (Unspecified Bit Rate, UBR) esta dirigido a
aquellas aplicaciones que no son de tiempo real que no requieren limitaciones en el retardo
de las celdas o en la variación de éste. Ejemplo de estas aplicaciones son las tradicionales
aplicaciones de comunicación de computadoras, tales como FTP y correo electrónico. Se
espera que por naturaleza las fuentes UBR transmitirán en forma no continua ráfagas de
celdas, de otra manera un mecanismo de formateo sería necesario (shapping algorithm).
UBR soporta un alto grado de multiplexaje estadístico de tráfico. UBR no especifica
garantías de servicio. Específicamente, UBR no incluye el concepto de negociación de
ancho de banda por conexión. Puede no haber ningún compromiso numérico de la tasa de
pérdidas experimentada por una conexión UBR o su retardo.
UBR puede ser una solución adecuada para aplicaciones menos demandantes como puede
ser una transferencia de archivos trabajando en segundo plano.
Arquitectura de protocolos
Anteriormente presentamos cual es la relación entre el modelo OSI y la arquitectura de
protocolos ATM, pero el diagrama presentado anteriormente era una simplificación del
modelo ATM ya que este es realmente un poco más elaborado.
Modelo ATM
Figura 20. Modelo de Referencia ATM.
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Tecnologías de Transporte
El modelo de referencia ATM es un arreglo multidimensional que conforma un cubo.
Algunos de los bloques del cubo son denominados capas (como en el modelo OSI) y otros
son denominados planos. De acuerdo con esto, el modelo de referencia ATM esta
compuesto por tres planos:
Plano del usuario. Define como es transportar la información del usuario en la red ATM.
Su estructura en capas permite el flujo de los datos del usuario junto con su control
asociado, que puede consistir en control de flujo hasta recuperación de errores, etc.
Plano de control. Con una estructura en capas efectúa las funciones de administración de
las conexiones, tales como establecimiento, supervisión y terminación de llamadas.
Plano de administración. Gestiona la red y lleva acabo funciones operacionales. Este
plano es subdividido en dos secciones: administración de planos y administración de capas.
La administración de planos efectúa funciones que no están subdivididas en capas y
relacionan al sistema como un todo proveyendo coordinación entre los planos y la capa de
administración de capas, que cumple con funciones relacionadas con los recursos y
parámetros que residen en sus protocolos. La administración de capas maneja también la
administración y operación (OAM) de la información de la capa en cuestión.
Los protocolos del plano de control y del plano de usuario incluyen funciones de las capas
inferiores (física, ATM y Adaptación ATM) y de las capas superiores. Las tres capas
inferiores son requeridas y deben de ser implementadas en cualquier equipamiento ATM,
en tanto que los protocolos de las capas superiores son empleados en la traducción y
encapsulamiento de otros protocolos y pueden ser implementados selectivamente por los
usuarios o bien estar implementados en sólo algunos productos.
Capa física
La capa física de ATM cumple con cuatro funciones:
•
•
•
•
Conversión de las celdas en un flujo de bits,
Controlar la recepción y envío de bits en el medio físico
Supervisar los límites de las celdas
Empaquetar las celdas en la trama adecuada para su transmisión en el medio físico.
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Tecnologías de Transporte
La capa física de ATM se divide en dos subcapas: una la capa dependiente del medio físico
(Physical Medium-Dependent, PMD) y la de convergencia de la transmisión (Transmisión
Convergente, TC).
La subcapa PMD provee dos funciones básicas: Primero, sincroniza la transmisión y
recepción mediante la recepción y envío de un flujo continuo de bits con información de
sincronía requerida. Segundo, especifica los elementos físicos para conectarse al medio en
uso, incluyendo tipo de conectores y de cable.
La subcapa TC tiene cuatro funciones: delineamiento de celdas, generación y verificación
de la secuencia de control de errores del encabezado (Header Error Control, HEC),
desacoplamiento de la tasa de celdas y adaptación de la trama de transmisión. La función de
delineación de celdas conserva los límites de las celdas ATM, y permite así que los
dispositivos puedan ubicar celdas dentro de una ráfaga de bits. La generación y verificación
de la HEC es usado para asegurar la valides de la información y el encabezado de la celda.
El desacoplamiento de la tasa de celdas se encarga de mantener la sincronía mediante la
inserción o supresión de celdas libres (no asignadas) para ajustar la tasa de transmisión a la
capacidad de carga útil del medio de transmisión. La adaptación de la trama de transmisión
se encarga de empaquetas las celdas en tramas aceptables en el medio físico.
Capa ATM
La capa ATM describe como deben ser transportadas las celdas a través de la red y como se
debe de manejar la calidad de servicio para que las conexiones operen dentro de las
especificaciones requeridas. En esta capa se emplea información en al cabecera de 5 bytes
para determinar un número de posibles acciones que pueden llevarse a cabo.
Esta capa provee:
•
•
•
•
•
Creación de celdas
Multiplexaje y demultiplexaje de celdas
Manejo del flujo y secuencia de las celdas
Manejo de celdas eliminadas
Ruteo de circuitos y canales virtuales
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Tecnologías de Transporte
Capa de adaptación ATM
En esta capa la información del usuario es convertida y recibida en paquetes de carga de 48
bytes.
La capa de adaptación ATM resuelve las disparidades entre la tecnología de conmutación
de celdas y las de conmutación de circuitos (voz, video) y de conmutación de datagramas
(LANs, Frame Relay).
AAL es lo que le da a ATM la flexibilidad de manejar diferente tipos de servicios bajo un
mismo formato. Es importante hacer notar que AAL no es un proceso de la red, sino que es
efectuado por el equipo terminal de la red; de tal forma que la función de la red se reduce a
enrutar las celdas de un punto a otro de acuerdo a la información contenida en la cabecera.
Hasta cuatro bytes por celda pueden ser empleados en el proceso de adaptación, dejando 44
bytes para el manejo de datos del usuario.
La ITU-T determino la necesidad de crear varios mecanismos de adaptación estándar
(AALs) para satisfacer los requerimientos de encapsulamiento de diferentes tipos de
información en celdas ATM.
La siguiente tabla presenta cada una de las AALs especificadas por la ITU-T y su supuesta
aplicación
Capa
AAL1
AAL2
AAL3/4
AAL5
Descripción
Soporta emulación de circuitos empleando ATM. AAL1 emplea dos
métodos: SDT (Structured Data Transfer) y SRTS (Synchronous
Residual Time Stamp). Esta diseñado para soportar aplicaciones con
tasas de bits constantes (CBR) orientadas a conexión (voz, video,
emulación T1s, etc) y con requerimientos precisos de temporización
(sensibles a retardos y la variabilidad del retardo).
Soporta aplicaciones isócronas de tasas de bit variables, tales como voz
y video paquetizados. AAL2 aun no esta definido en el estándar ATM.
Soporta flujos de datos orientados y no orientados a conexión. AAL3/4
fue ampliamente utilizada en las primeras implementaciones de ATM
pero actualmente no goza de mucha popularidad debido a la sobrecarga
adicional provocada por el empleo de la subcapa de segmentación y
reensamblaje (SAR).
Es empleada para el manejo eficiente de tráfico de redes locales
(LANs). Actualmente, esta ampliamente implementada en productos
ATM
Tabla 5. Capas de Adaptación ATM (AALs).
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Tecnologías de Transporte
Capa de Adaptación ATM, AAL1
AAL1 es un servicio orientado a conexión y es apropiado para el manejo de tráfico CBR
como la emulación de circuitos para voz y videoconferencia. El servicio de emulación de
circuitos también permite la conexión de equipos que actualmente emplean líneas privadas
a una red con tecnología troncal ATM.
El proceso AAL1 prepara una celda para su transmisión en tres pasos:
•
•
•
Las muestras síncronas son insertadas en el campo de carga útil
El campo de número de secuencia (SN) y el de protección de secuencia (SNP) son
agregados a la carga útil para el proceso AAL1 en el otro extremo pueda verificar
que ha recibido la información en el orden correcto.
El carga útil restante es rellenada con bytes “en blanco” hasta completar 48 bytes.
Figura 21. Capa de Adaptación ATM 1 (AAL1).
Capa de Adaptación ATM, AAL2
Cuando una aplicación tiene requerimientos de sincronía y control de retardo, pero el
patrón de generación de tráfico es aleatorio, se le llama tráfico de tasa variable (VBR). Voz
y video paquetizado son aplicaciones típicas con este tipo de tráfico. AAL2 es apropiado
para manejar este tipo de tráfico. El proceso AAL2 emplea 44 bytes de la celda para datos
del usuario y reserva 4 bytes de la carga útil para soportar el proceso AAL2.
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Tecnologías de Transporte
Capa de Adaptación ATM 3/4, AAL3/4
AAL3/4 soporta datos orientados y no orientados a conexión. Fue diseñado para
proveedores de servicios y se parece a SMDS (Switched Multimegabit Data Service) y es
empleado para transmitir este tipo de tráfico en redes ATM.
AAL3/4 prepara una celda para su transmisión en cuatro pasos:
La subcapa de convergencia (CS) crea una unidad de datos de protocolo (PDU), colocando
al inicio un encabezado con una etiqueta de inicio/final a la trama y agregando al final un
campo con la longitud como terminador.
La subcapa de segmentación y reensamblaje (SAR) fragmenta la PDU y le antepone un
encabezado.
La subcapa SAR agrega una cola con un código CRC-10 para control de errores y
conforma una unidad de datos de protocolo SAR (PDU SAR).
La PDU SAR se convierte en la carga útil de la celda ATM a la cual la capa ATM le
antepondrá la cabecera ATM estándar de 5 bytes.
La cabecera de la PDU SAR consiste en los campos: tipo, número de secuencia e
identificador de multiplexaje. El campo tipo identifica si la celda corresponde al inicio,
continuación o fin de un mensaje. El campo de número de secuencia determina el orden en
el que las celdas deben de ser reensambladas. El identificador de multiplexaje identifica que
celdas, provenientes de diferentes fuentes de tráfico, se entrelazan en el mismo VCC para
que sólo las celdas correctas sean reagrupadas en el destino.
Figura 22. Capa de Adaptación ATM 3/4 (AAL 3/4)
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Tecnologías de Transporte
Capa de Adaptación ATM 5, AAL5
AAL5 es el principal mecanismo para el manejo de datos y soporta tanto flujos de datos
orientados a conexión como flujos de datos no orientados a conexión. También se le conoce
como la capa de adaptación simple y eficiente (Simple and Efficiente Adatation Layer,
SEAL) ya que la subcapa SAR simplemente retoma los PDUs de la subcapa CS y los
segmenta en PDUs de SAR de 48 octetos sin agregar información adicional.
AAL5 prepara un trama para su transmisión en tres pasos:
La subcapa de convergencia (CS), en caso necesario, agrega al final de la trama una
secuencia de octetos de longitud variable junto con un terminador de 8 bytes. Esto es con el
fin de garantizar que el PDU resultante sea un múltiplo exacto de la capacidad de carga útil
(48 bytes) de las celdas ATM. El terminador incluye la longitud de la trama y un CRC de
32 bits. Esto le permite al proceso AAL5 receptor identificar errores de bit, celdas perdidas
o fuera de secuencia.
La subcapa SAR fragmenta la trama resultante en bloques de 48 bytes.
La capa ATM coloca cada trama en la sección de carga útil de una celda ATM y para todas
las celdas, excepto la últimaapaga un bit en el campo de tipo de carga (Payload Type, PT).
Para la última celda, el PT es puesto en 1 para indicar que es la última celda de una trama.
Figura 23. Capa de Adaptación ATM 5 (AAL 5)
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Canales y rutas virtuales
ATM es una tecnología orientada a conexión y el intercambio de datos se lleva a cabo
mediante el establecimiento de circuitos virtuales entre dos o más puntos terminales de la
red. En ATM el concepto de circuito virtual es conocido como Conexión de Canal Virtual
(VCC) y puede ser descrita de la siguiente forma:
Un VCC se establecido entre un origen y cualquier destino de la red ATM sin importar la
forma en que éste es ruteado en la red. Siendo una tecnología orientada a conexión, ATM
establece una conexión mediante señalización, es decir, enviando un mensaje de
establecimiento a través de la red hasta el destino. Si el destino acepta el establecimiento de
la conexión, el VCC es establecido entre los dos sistemas terminales. Un mapeo es
efectuado entre los VCIs/VPIs de ambas UNIs y entre los apropiados enlaces de entrada y
salida en todos los conmutadores intermedios.
Un VCC es una conexión entre dos nodos terminales ATM. Puede consistir de la
concatenación de varios enlaces VC. Toda la comunicación fluye a través del mismo VCC,
lo cual preserva la secuencia de las celdas y provee cierta calidad deservicio. Debe notarse
que el Identificador del Canal Virtual (Virtual Channel Identifier, VCI) en la cabecera de la
celda ATM es asignado en la interfaz de cada enlace, es decir, puede cambiar a lo largo de
la red para un mismo VCC.
Figura 24. Canales y Rutas Virtuales en ATM.
Un Ruta Virtual (Virtual Path, VP) agrupa VCs manejados entre dos equipos ATM y
también puede involucrar muchos enlaces VP. Los VCs asociados con un VP son
conmutados de manera conjunta sin desagruparlos o procesando los VCs individualmente o
cambiando sus VCIs. De esta forma se mantiene la secuencia de las celdas en cada VC y la
calidad del servicio del VP depende de los requerimientos de su VC más demandante.
Como el mecanismo de direccionamiento emplea tanto el VCI como el VPI diferentes VPs
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Tecnologías de Transporte
pueden emplear el mismo VCI sin conflictos. Una celda puede no estar asociada con
ningún VP, en cuyo caso usara un VPI nulo y un VCI único.
Por medio de VCs y VPsse pueden establecer circuitos virtuales en forma permanente
(mediante el uso de Canales Virtuales Permanentes, Permanent Virtual Channels, PVCs) o
sobre demanda (Canales Virtuales Conmutados, Switched Virtual Channels, SVCs). Es más
probable que los VPs serán empleados entre conmutadores (por ejemplo en interfaces NNI)
para manejar un gran número de canales virtuales. De cualquier forma, todo lo que el
conmutador ATM tiene que hacer es identificar, basado en el VPI o el VCI de la celda (o
ambos) cual es el puerto al cual una celda debe ser enrutada y cual es el nuevo valor
VPI/VCI en esa interfaz. La operación de una red ATM es entonces realmente simple y
fácil de implementar en hardware por lo que es inherentemente escalable a altas
velocidades.
Definición y estructura de una celda ATM
Cada celda ATM consiste de 53 bytes. 48 de estos son para carga útil del usuario y 5
conforman la cabecera. La cabecera de la celda ATM puede tener dos formatos: UNI (User
to Network Interface) y NNI (Network to Network Interface). El formato UNI es empleado
para comunicación entre nodos terminales y conmutadores ATM y el formato NNI es
empleado al interior de la red ATM.
GFC
VPI
1
VPI
VPI
2
VCI
3
PT
HEC
Carga útil
(48 bites)
CLP
VCI
4
5
6
…
…
PT
CLP
HEC
Carga útil
(48 bites)
53
UNI
Número de Bytes
NNI
Figura 25. Estructura de las celdas ATM.
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Tecnologías de Transporte
A diferencia de la UNI, la cabecera NNI no contiene el campo de control de flujo (Generic
Flor Control, GFC). Adicionalmente, la NNI usa un VPI de mayor longitud para dar cabida
a un mayor número de rutas virtuales entre conmutadores.
La siguiente tabla describe los diferentes campos de la celda ATM
Campo Descripción
Generic Flow Control. Provee funciones locales, tales como identificar
GFC multiples estaciones que comparten una misma interfaz ATM. Típicamente
este campo no es utilizado y es puesto en su valor por omisión (0)
Virtual Path Identifier. En conjunto con el siguiente campo, determina el
VPI
siguiente destino de una celda conforme avanza por al red ATM hacia su
destino.
Virtual Channel Identifier. En conjunto con el VPI, determina el siguiente
VCI
destino de una celda conforme avanza por al red ATM hacia su destino.
Payload Type. El primer bit indica cuando una celda contiene información
de control o del usuario. Un valor de 1 en el primer bit corresponde a
información de control. El segundo bit es un indicador de congestión
PT
(cuando esta encendido) y el tercer bit indica (con un uno) cuando la
información contenida en la carga útil corresponde a la última celda de un
trama AAL5.
Cell Loss Priority. Indica si la celda puede ser descartada si encuentra
CLP congestión en algún punto de la red. Las celdas con el bit encendido deben
de ser descartadas preferentemente con respecto a aquellas que no lo tienen.
Header Error Check. Calcula una secuencia de verificación de errores para
los primeros cuatro bytes de la celda. El código empleado es capaz de
HEC
corregir errores de un solo bit, en cuyo caso al celda se conserva en lugar
de ser descartada.
Tabla 6. Campos de una celda ATM.
Direccionamiento
El estándar ITU-T emplea direcciones E.164 (similares al sistema telefónico) para redes
ATM públicas. El foro ATM extendió el direccionamiento para incluir redes privadas. Se
decidió en el modelo de direccionamiento de subredes o de redes sobrepuestas, en el cual la
capa ATM es responsable de la correspondencia entre las direcciones de red y las de ATM.
Este modelo de direccionamiento de subred es alternativo al empleo de redes de capa 3
(como IP e IPX) y protocolos de enrutamiento tradicionales (como OSPF y BGP). El foro
ATM definió el formato de la dirección basado en la estructura de las direcciones del Punto
de Acceso al Servicio de Red de OSI (Network Service Access Point, NSAP).
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Tecnologías de Transporte
El modelo de direccionamiento de subredes independiza la capa ATM de cualquier otro
protocolo de capas superiores, tal como IP o IPX. Por tanto, requiere de un sistema de
enrutamiento y direccionamiento completamente nuevo. A cada sistema ATM se le debe
asignar una dirección ATM en añadidura a cualquier otra dirección de capas superiores.
Esto requiere de un protocolo de resolución de direcciones (ATM ARP) para hacer
corresponder las direcciones ATM con las direcciones de las capas superiores.
Las direcciones ATM de 20 bytes con formato NSAP son para ser usadas en redes privadas,
en tanto que las redes públicas típicamente usan direcciones E.164, mismas que son
formadas de acuerdo a las especificaciones de la ITU-T. el foro ATM ha especificado una
codificación NSAP para direcciones E.164 el cual es empleado para codificar direcciones
E.164 dentro de redes privadas.
E.164 puede ser empleado para definir el prefijo de una red privada de acuerdo al
direccionamiento asignado en su punto de enlace a una red pública (UNI). Los bits de
menor orden en al dirección pueden ser empleados para identificar nodos locales.
Todas las direcciones ATM con formato NSAP constan de tres campos: La autoridad e
identificador de formato (Authority and Format Identifier, AFI) el identificador original de
dominio (Inicial Domain Identifier, IDI) y la sección de Dominio Específico (DomainSpecific Part, DSP). EL AFI identifica el tipo y formato del IDI, el cual a su vez identifica
la asignación de la dirección y la autoridad administrativa. El DSP contiene información de
ruteo.
El direccionamiento ATM difiere en tres formatos de acuerdo a la naturaleza del AFI y el
IDI. En el formato NSAP con E.164, el IDI es un número E.164. En el formato DCC, el IDI
es un código de datos de país (Data Country Code ,DCC) que identifica países particulares
de según especificado en ISO 3166. Estas direcciones son administradas por el organismo
ISO de cada país. En el formato ICD, el IDI es un código de designación internacional
(Internacional Code Designator, ICD) que es asignado por la autoridad de registro ISO
6523 (El instituto de estándares británico). Los códigos ICD.
El Foro ATM recomienda el empleo del formato DCC o el ICD en los esquemas de
numeración para redes privadas.
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1
10
6
1
AFI
DCC
? IDP ?
? IDI?
2
HO-DSP
? DSP ?
ESI
SEL
AFI
ICD
? IDP ?
? IDI?
HO-DSP
? DSP ?
Formato ATM DCC
1
8
AFI
E.164
? IDP ?
? IDI?
ESI
SEL
Formato ATM ICD
4
6
HO-DSP
EDI
? DSP ?
1
SEL
Formato NSAP E.164
Longitud de los campos en bytes
Figura 26. Formato(s) de Direcciones ATM.
Campo
AFI
DCC
HO-DSP
ESI
SEL
ICD
E.164
Descripción
Identifica el tipo y formato de la dirección (E.164, ICD, DCC)
Identifica un país en particular
High-Order Domain Specific Part, Sección Específica de Dominio
de Orden Superior. Combina el dominio de ruteo (RD) y el
identificador de área (AREA) de la dirección NSAP. El Foro ATM
combina este campo para el manejo flexible de sistemas jerárquicos
de numeración para sistemas de ruteo basados en prefijos.
End System Identifier, Identificador de Sistema Terminal.
Especifica la dirección MAC de 48 bits de acuerdo a lo establecido
por la IEEE.
Selector, es empleado para el multiplexaje local de una estación
terminal y no tiene significado en la red.
Identifica una organización internacional en específico.
Identifica la dirección B-ISDN E.164.
Tabla 7: Formato(s) de Direcciones ATM.
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Control de tráfico y congestión
La calidad de servicio (QoS) en ATM comprende el establecimiento de garantías, su
formateo y la aplicación de políticas de tráfico (traffic contract, traffic shaping y traffic
policing).
El establecimiento de garantías consiste en la caracterización del flujo en cuestión. Esta
caracterización consiste en una serie de valores de ancho de banda pico, ancho de banda
promedio y tamaño de ráfagas, entre otros. Cuando un dispositivo ATM se conecta a la red
ATM, este establece un contrato con la red basado en los parámetros de QoS.
El manejo del tráfico (traffic shapping) consiste en el empleo de colas para contener las
ráfagas de información y regular la variación del retardo de tal forma que el tráfico se
adhiere a las especificaciones contratadas. Los dispositivos ATM son responsables de
respetar las especificaciones mediante el formateo de su tráfico (traffic shapping). Los
conmutadores ATM pueden emplear políticas de tráfico para garantizar el cumplimiento de
las especificaciones. Los conmutadores miden el tráfico y lo comparan con respecto a las
especificaciones contratadas. Si el conmutador encuentra que el flujo de datos no esta
dentro de las especificaciones, éste puede encender el indicador de prioridad de pérdida de
celda (Cell Loss Priority, CLP). Al encender el CLP en la cabecera de la celda esta se
vuelve elegible para ser descartada por cualquier conmutador en caso de presentarse
congestión.
Señalización ATM
Cuando un dispositivo ATM desea establecer una conexión con otro dispositivo ATM, éste
envía una solicitud mediante un paquete de señalización directamente al conmutador ATM
al cual esta conectado. Esta solicitud contiene la dirección ATM del nodo ATM en el otro
extremo junto con los valores de QoS para la conexión.
Los protocolos de señalización ATM varían de acuerdo al tipo de interfaz empleada, la
cuales pueden ser UNI o NNI. La interfaz UNI (User to Network Interface) es empleada
entre dispositivos terminales y conmutadores ATM, en tanto que la interfaz NNI (Network
to Network Interface) es empleada entre conmutadores.
La especificación UNI 3.1 del Foro ATM es el estándar actual para señalamiento UNI y
esta basado en el protocolo Q.2931 de la ITU-T para señalización de redes públicas. La
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señalización UNI es manejada a través de una conexión reconocida (well-know): VPI=0,
VCI=5.
La señalización ATM emplea el mismo método para el establecimiento de conexiones que
la mayoría de los sistemas modernos de telecomunicaciones, como el telefónico. El
establecimiento de una conexión comienza con el nodo fuente inyectando una solicitud de
conexión en la red. La solicitud es propagada a través de la red y como resultado una serie
de conexiones son establecidas a lo largo de la red hasta alcanzar su destino final, el cual
puede aceptar o rechazar la llamada.
El ruteo de la solicitud de conexión es manejado por un protocolo de ruteo ATM llamado
PNNI (Private Network-Network Interface), mismo que toma en cuenta las direcciones
origen, destino y las especificaciones de QoS.
Los mensajes de administración de la conexión se utilizan para establecer una conexión
ATM de la siguiente manera; Un nodo terminal envía un mensaje de establecimiento, el
primer conmutador que recibe este mensaje responde con un mensaje de llamada en
progreso e invoca al protocolo de ruteo ATM para propagar la solicitud a traes de la red. En
el conmutador de salida al cual esta conectado el nodo destino recibe la solicitud y la dirige
al nodo terminal a través de una interfaz UNI y espera a que el nodo terminal acepte o
rechace la conexión. Si la conexión es aceptada, un mensaje de conexión es enviado de
regreso a través de la red y el nodo fuente enviará un último mensaje de confirmación antes
de que la transferencia de datos pueda comenzar para el circuito recién establecido.
El protocolo PNNI brinda dos servicios importantes: el descubrimiento de topología y el
establecimiento de llamadas. Para que los conmutadores puedan atender solicitudes de
conexión estos deben saber cual es la topología de la red ATM. PNNI es un protocolo de
ruteo que le permite a ATM descubrir automáticamente la topología de la red. PNNI se
mantiene al tanto del comportamiento de la red y mantiene información sobre el estado de
los enlaces y el ancho de banda disponible. Cuando se detectan cambios significativos en la
topología de al red PNNI notifica a los conmutadores vecinos. El VCI=18 esta reservado
para PNNI.
Adicionalmente, con el fin de permitir a los dispositivos ATM verificar cual es el estado de
los componentes al otro lado de una conexión física; así como negociar parámetros
operacionales entre dispositivos, ATM provee una Interface Local Integrada de
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Administración (Integrated Local Management Interface, ILMI). ILMI opera sobre un VCC
reservado, VPI=X, VCI=16.
Los administradores pueden habilitar o inhibir ILMI, pero es altamente recomendado que lo
mantengan operando. Al hacerlo, se le permite a los dispositivos negociar el más nivel de
operación en la interfaz UNI (3.0, 3.1 o 4.0), UNI vs NNI así como otros importantes
parámetros de operación. Además, ILMI le permite a los dispositivos intercambiar in
formación tal como las direcciones NSAP, los nombres de las interfaces de sus contrapartes
y sus direcciones IP. Sin ILMI, todos estos parámetros tendrían que ser configurados
manualmente.
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Ethernet
Historia
La historia de Ethernet es probablemente la más interesante de todas las tecnologías de
transportes presentadas en este trabajo. Su historia es peculiaridad en la industria dada la
forma en que la investigación, tecnología, mercado y regulación han convergido e
interactuado para conformar la tecnología de redes de datos por excelencia.
El concepto fundamental de Ethernet es el empleo de un canal de comunicación
compartido. El origen de la tecnología esta en el sistema de radiocomunicación ALOHA
(1970) desarrollado en la universidad de Hawai para interconectar su computadora central
con los lectores de tarjetas dispersos en diferentes islas y barcos. La velocidad inicial era de
4800 bp/s y empleaba diferentes bandas para la comunicación en cada dirección. El canal
de la computadora central hacia las islas era difundido a todas las localidades (broadcast) y
por medio de la dirección destino incluida en la cabecera del mensaje el nodo remoto
recuperaba los mensajes que le corresponden. El canal de “entrada” (inbound), de las islas
hacia la computadora central empleaba un método aleatorio de retransmisión para
minimizarlas en caso de que transmisiones simultaneas ocurrieran. La eficiencia de este
sistema era de 17% y para 1972 el sistema fue rediseñado y mejoro su eficiencia en poco
más del doble (slotted ALOHA.)
La siguiente etapa en la historia de Ethernet fue dada en el laboratorio de investigación de
Xerox en Palo Alto, California. En Mayo de 1973 la primera LAN ethernet transmitió su
primer paquete. Sus inventores, Bob Metcalf y David Bogas, trabajaron arduamente para
mejorar su invento. Para 1976 su red experimental integraba 100 nodos.
El momento determinante fue 1979 cuando Gordon Bell, de DEC (Digital Equipment
Corporation) sugirió a los inventores la construcción de un sistema comercial. Intel se
incorporó al equipo de trabajo y las tres compañías, Xerox, DEC e Intel, planearon
inicialmente reservarse la exclusividad del mercado, pero por temores a las implicaciones
legales de convertirse en un monopolio y debido a que no existían incentivos suficientes
para asegurar el desarrollo de un mercado para sus adaptadores los creadores del sistema
decidieron trabajar con la IEEE para definir un estándar público de la tecnología. Al
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Tecnologías de Transporte
acceder estas tres compañías a la creación de este estándar público para la creación de redes
locales sentaron un importante pilar que favorecería el desarrollo de esta industria.
En 1979 Metcalf abandono Xerox para fundar 3Com y para marzo de 1981 el primer envió
de dispositivos Ethernet fue distribuido al público. En 1982 el primer adaptador Ethernet
para computadoras personales fue presentado al público y 18 meses mas tarde el primer
adaptador interno, Ethernet ISA, fue introducido en el mercado de las computadoras IBM
PC.
En 1983 la IEEE publicó el estándar 802.3 y Xerox cedió todos los derechos de sus
patentes a esta organización para que a cambio de un pago de $1,000 USD cualquier
compañía pudiera fabricar equipo Ethernet. En 1989 el estándar alcanzó reconocimiento
internacional cuando la ISO adoptó el estándar número 88023.
Para 1990 Ethernet era ya la tecnología de red de área local dominante y para junio de 1995
se publica la especificación para Fast Ethernet sobre par trenzado (100Base-T) con lo cual
se inicia una continua tendencia a mejorar el desempeño y velocidad de transmisión de esta
tecnología. Ejemplo de ello es el surgimiento de las opciones de operación full-duplex,
redes virtuales y por supuesto los incrementos posteriores en la velocidad de transmisión de
Ethernet a 1Gigabit y recientemente a 10 Gigabits.
Con el desarrollo paralelo de la tecnología de conmutación para redes locales (surgida a
finales de los 90s) Ethernet paso de ser una tecnología de contención a una de enlaces punto
a punto con utilizaciones de casi el 100 por ciento. Adicionalmente, la amplia penetración
del mercado de Ethernet, posible debido a ser un estándar abierto, le a permitido enfrentar y
superar otras tecnologías con mayores funcionalidades debido al bajo costo de sus
elementos. Actualmente por ejemplo, un dispositivo Ethernet cuesta aproximadamente una
décima parte de lo que cuesta un dispositivo ATM con características similares.
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Ethernet conforme al modelo OSI
Como todos los estándares de la serie IEEE 802, Ethernet esta conformado por tres capas
que corresponden en términos generales a las dos primeras capas del modelo OSI. En la
serie de protocolos para LANs IEEE 802, las funciones correspondientes a la capa de
enlace de datos del modelo OSI están implementadas en dos subcapas: la de acceso al
medio y la de cliente del medio de acceso al medio.
Figura 27. Ethernet y el Modelo OSI.
La capa de cliente de acceso al medio (MAC-Client) puede ser una de las siguientes:
Control de Enlace Lógico (Logical Link Control, LLC) si la unidad es un DTE. Esta
subcapa provee una interfaz entre el protocolo de acceso al medio de Ethernet y las capas
superiores.
Entidad de puenteo, si la unidad es un DCE. Las entidades de puenteo ofrecen interfaces
LAN a LAN entre redes que emplean el mismo protocolo (Ethernet) o diferentes Ethernet a
Toke Ring por ejemplo). Las entidades de puenteo están definidas en el estándar de la IEEE
802.1.
Dado que las especificaciones de LLC y de la entidad de puenteo son comunes para todos
los protocolos de red IEEE, la compatibilidad entre diferentes implementaciones radica en
el protocolo de acceso. La siguiente figura muestra los diferentes requerimientos impuestos
a los niveles físico y MAC para la comunicación básica empleando un enlace Ethernet.
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La capa MAC controla el acceso al medio de transmisión de la red y es específico para cada
protocolo de la serie Ethernet. Todas las MACs IEEE 802.3 deben de satisfacer el mismo
conjunto de requerimientos lógicos sin importar si implementan o no cualquiera de las
extensiones del protocolo. El único requerimiento para una comunicación básica (que no
requiere ninguna de las extensiones adicionales del protocolo) entre dos nodos es que
ambas MAC empleen la misma tasa de transmisión.
La capa física 802.3 es específica de la tasa de transmisión, el método de codificación de la
seña y del tipo de medio de transmisión utilizado. Gigabit Ethernet por ejemplo, esta
diseñado para operar sobre par trenzado o fibra óptica, pero cada tipo de cable o
procedimiento de codificación requiere de una implementación física diferente.
Capa física
Pese a que el modelo lógico de la capa física puede ser diferente en cada versión, todos los
adaptadores de red (NICs) generalmente presentan el siguiente modelo:
Figura 28. Modelo de referencia genérico para la capa física de Ethernet.
La capa física para cada tasa de transmisión es dividida en subcapas que son independientes
del medio utilizado y otras que son específicas del medio a ser empleado o el tipo de
codificación que se utilizará.
La capa de reconciliación y la interfaz independiente del medio (que es opcional y se llama
MII para Ethernet y Fast Ethernet y GMII para Gigabit Ethernet) provee las conexiones
lógicas entre la MAC y las diferentes capas dependientes del medio. La MII y la MGII
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están definidas con canales de transmisión y recepción independientes que son bit-seriales
para 10 Mbps, nible-serial (4 bits) para las implementaciones de 100 Mbps y byte-serial
para las implementaciones de 1,000 Mbps. Las interfaces independientes del medio y las
capas de reconciliación son comunes para sus respectivas tasas de transmisión y están
configuradas para operación full-duplex.
La subcapa PCS (Physical coding Sublayer) dependiente del medio provee la lógica para
codificar, multiplexar y sincronizar la secuencia de salida, así como la alineación de
códigos, demultiplexaje y decodificación de los datos recibidos.
La capa de conexión al medio (Physical Medium Attachement, PMA) contiene los
transmisores y receptores (transceivers) así como la lógica de recuperación de reloj para las
secuencias de bits recibidas.
La interfaz dependiente del medio (Médium-Dependent Interface, MDI) es el cable de
conexión entre el transceiver y el medio de transmisión.
La capa de auto-negociación permite a la NICs intercambiar información sobre sus
funcionalidades para luego negociar y seleccionar el modo de operación más favorable
comúnmente soportado. La auto-negociación es opcional para las implementaciones
iniciales de Ethernet y obligatoria en las versiones subsecuentes.
Dependiento del tipo de codificación utilizada y como este configurado el medio de
transmisión, las capas PCS y PMA pueden o no ser capaces de brindar servicios fullduplex.
Características de operación
El término Ethernet se refiere a la familia de productos para redes locales cubiertos bajo la
especificación IEEE 802.3, comúnmente conocida como CSMA/CD. Cuatro tasas de
transmisión están definidas actualmente para operación en cables de par trenzado o fibras
ópticas:
•
•
•
•
10 Mbps
100 Mbps
1,000 Mbps
10,000 Mbps
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Cerca del 85 % de las redes locales a nivel mundial emplean alguna variedad de Ethernet
debido a las siguientes razones:
•
•
•
•
Es fácil de entender, implementar, administrar y mantener.
Permite implementaciones de bajo costo
Provee una gran flexibilidad topológica en la instalación de redes.
Permite la integración de diferentes fabricantes sin problemas de interoperabilidad
El Ethernet original fue implementado con un bus de cable coaxial. Las longitudes de los
segmentos estaban limitadas a 500 metros con hasta 100 estaciones por segmento.
Segmentos individuales podían ser interconectados mediante repetidores en tanto que no se
crearan trayectorias paralelas entre los nodos que podían llegar a sumar hasta 1024. La
longitud máxima del cableado también estaba limitada a un valor preestablecido.
Aunque las redes actuales ya no son conectadas empleando una topología de bus, aún
existen redes de este tipo en operación. Desde principios de los 90s, la configuración por
excelencia es la estrella. En esta el centro de la red es un repetiros o conmutador
multipuesto. En esta topología todas las conexiones son punto a punto ya sea con fibra
óptica o con cable de par trenzado.
CSMA/CD, Ethernet Half-Duplex
El protocolo CSMA/CD fue diseñado originalmente como un mecanismo para que varias
estaciones pudieran compartir un medio de transmisión común sin ningún elemento de
coordinación centralizado.
Las reglas del método CSMA/CD pueden ser resumidas como sigue:
Verificación del medio, Carrier Sense. Cada estación escucha el medio de transmisión en
forma continua para determinar cuando éste esta siendo utilizado o no
Acceso Múltiple, Multiple Access. Las estaciones pueden comenzar a transmitir en
cualquier instante en tanto el medio no este siendo utilizado.
Detección de Colisión, Collision Detection. Si dos o más estaciones en la misma red
CSMA/CD (dominio de colisión) comienzan a transmitir aproximadamente al mismo
tiempo, las tramas de bits de cada una interferirán entre si (colisión) y ambas transmisiones
serán inservibles. Si eso sucede cada estación debe de ser capaz de determinar que ocurrió
una colisión antes de que termine de transmitir su trama.
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Cada una de las estaciones contendientes detienen su transmisión y deben esperar por un
tiempo aleatorio antes de intentar transmitir nuevamente.
El peor caso ocurre cuando las dos estaciones más distantes entre sí en la red desean
transmitir y una de ellas comienza a hacerlo un instante antes de recibir la transmisión de la
otra estación. La colisión será detectada de forma inmediata por la segunda estación, pero
no será detectada por la primera sino hasta que la señal dañada alcance el otro extremo de
la red. El tiempo máximo requerido para detectar una colisión (llamado ventana de
colisión) es aproximadamente igual a dos veces el retardo de propagación de la señal de un
extremo al otro de la red.
Esto significa que tanto la longitud mínima de una trama como el diámetro del dominio de
colisión están íntimamente ligados. Mayores longitudes mínimas de la trama se traducirían
en ventanas de colisión más grandes y mayores diámetros para los dominios de colisión;
una menor longitud de la trama correspondería a una menor ventana de colisión y un menor
diámetro del dominio de colisión de la red.
Se tiene que establecer entonces un balance entre el impacto del mecanismo de
recuperación de colisiones y la necesidad de soportar un diámetro de la red conveniente
para la implementación de redes de tamaños razonables. El diseño original definió un
diámetro máximo de la red de 2,500 metros con una longitud mínima suficiente de la trama
para detectar colisiones aún en el peor caso (extremo a extremo).
El diseño trabajó bien para 10 Mbps, pero resulta problemático para redes con tasas de
transmisión superiores. FastEthernet estaba obligado a brindar compatibilidad con Ethernet,
incluyendo el formato de la trama y los procedimientos de detección de errores, además de
las aplicaciones de red siendo utilizadas en las redes de 10 Mbps.
A pesar de que la velocidad de propagación es prácticamente constante para todas las tasas
de transmisión, el tiempo necesario para transmitir una trama es inversamente proporcional
a la tasa de transmisión. A 100 Mbps, una trama de longitud mínima puede ser transmitida
en prácticamente una décima parte del tiempo de una ventana de colisión a 10 Mbps y una
colisión que se pudiera generar no sería detectada por las estaciones que la generaron. Esto
conlleva a que el diámetro de la red empleado en 10 Mbps debe de ser reducido cuando se
utilizan tasas de transmisión superiores. La solución para Fast Ethernet fue reducir el
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diámetro máximo de la red en aproximadamente un factor de 10 (a tan sólo un poco mas de
200 metros).
El mismo problema surgió para la especificación de Gigabit Ethernet, pero reducir el
diámetro de la red nuevamente en un factor de 10 resultaria simplemente impráctico.
Debido a esto, en esta ocasión los diseñadores eligieron mantener el mismo diámetro del
dominio de colisión que en las redes Fast Ethernet e incrementar aparentemente la longitud
mínima de una trama mediante la anexión de un campo, variable sin datos. Durante la
recepción, este campo sería removido para obtener una trama estándar.
La estructura de las tramas utilizadas por la serie de estándares Ethernet se muestra en la
siguiente figura:
Gigabit Ethernet:
Trama Ethernet estándar
Extensión
Ethernet &
Fast Ethernet:
Preámbulo
SFD
DA SA
7
1
6
Longitud de los campos en bytes
6
Long/tipo
Datos
4
Pad FCS
46-1500
4
Figura 29. Estructura de la(s) trama(s) Ethernet.
Campo
SFD
DA
SA
Long/tipo
Datos
FCS
Extensión
Descripción
Start of Frame Delimiter. Indica el inicio de la trama. Tiene la
secuencia 10101011.
Destination Address. Dirección del nodo destino. El contenido de
una trama será pasado a las capas superiores sólo si la trama recibida
contiene la dirección del nodo receptor (en el campo DA).
Source Address. Dirección del nodo fuente.
Longitud de los datos o tipo de trama utilizada. Si el valor de este
campo es mayor a 1536, la información contenida es tipo.
Sección de carga útil del usuario. Si la longitud de esta sección es
menor a 46 bytes se le agregara la sección de Pad para alcanzar la
longitud mínima de la trama de 64 bytes.
Secuencia de Verificación de Trama, Frame Check Secuence.
Contiene un CRC-32 para identificar errores en al transmisión. La
secuencia no cubre los campos del preámbulo y SFD.
En Gigabit Ethernet la longitud aparente mínima de una trama es de
416 bytes para 1000 Base-X o 520 bytes para 1000Base-T.
Tabla 8: Campos de la(s) trama(s) Ethernet.
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Tecnologías de Transporte
Otro cambio adicional a la especificación CSMA/CD para la transmisión en Gigabit
Ethernet es la adición de ráfagas de tramas. Una ráfaga de tramas es la transmisión de una
pequeña secuencia de tramas con una longitud combinada de aproximadamente 5.4 tramas
de longitud máxima sin necesidad de tener que contender por acceso al medio por cada
trama (sólo se contiende por la primera).
Transmisión Full-duplex
La operación simultánea de transmisión y recepción de tramas (full-duplex) es una
funcionalidad opcional de Ethernet en topologías punto a punto. La transmisión full-duplex
es más simple que la transmisión half-duplex ya que no involucra la contención por el
medio de transmisión, no existen colisiones, no hay necesidad de programar
retransmisiones o colocar bits de extensión al final de tramas cortas. El resultado no es tan
sólo más tiempo para transmitir, sino la duplicación del ancho de banda disponible ya que
cada enlace puede manejar el ancho de banda total en forma simultanea.
La transmisión puede comenzar tan pronto como se tengas tramas para se enviadas. La
única restricción es que se debe de conservar una pausa entre tramas sucesivas, y cada
trama debe de cumplir las especificaciones de una trama Ethernet tradicional.
Control de Flujo
La operación full-duplex requiere de la implementación de un mecanismo de control de
flujo para evitar que los buffers de los equipos se congestionen. El control es efectuado
directamente a nivel MAC y se hace mediante la generación de una trama de pausa que es
generada automáticamente por la MAC recibiendo información. Si la congestión ha
desaparecido antes de que el tiempo de pausa expire, se puede enviar otra trama de pausa
con un tiempo de espera de cero, lo cual permite reiniciar la operación normal full-duplex.
La operación full-duplex es opcional para todas las velocidades de transmisión Ethernet y
debe de ser habilitada puerto por puerto, asumiendo que el medio físico es capaz de
soportar la operación full-duplex.
Las tramas pausa son identificadas como de control mediante un valor específico en el
campo longitud/tipo de la trama y debe de incluir la dirección destino específica en el otro
extremo para evitar sea enviada a las capas superiores o a otros segmentos de la red.
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Tecnologías de Transporte
SONET/SDH
Historia
SONET y SDH son estándares para la transmisión óptica de datos. El primero es el estándar
norteamericano en tanto que el segundo es el internacional. SONET fue desarrollado
originalmente por ECSA (Exchange Carriers Standards Association, conformada en ese
entonces por carriers de EU, Canada, Korea, Taiwan y Hong Kong) y propuesto
originalmente por BellCore (ahora Lucent Technologies) ante ANSI en 1984. La CCITT se
involucro en el proceso e inicio uno propio para definir un estándar internacional que
resolviera los problemas de interoperabilidad entre las jerarquías de transmisión de 1,554
kbit/s y 2,048 kbit/s. Este esfuerzo culmino en 1989 con la publicación del estándar SDH
por parte de ITU-T. SDH fue introducido por primera vez en las redes de
telecomunicaciones en 1992.
Ambos estándares permiten el manejo de tasas de transmisión regionales por medio de
interfaces de alta velocidad bien definidas. SONET/SDH proveen varias ventajas a los
operadores de redes de telecomunicaciones. Estas incluyen la unificación de las tareas de
operación y administración, interoperabilidad entre fabricantes, integración de funciones de
multiplexaje y transmisión, conectividad internacional sin necesidad de conversiones y la
flexibilidad para ofrecer futuros servicios y tasas de transmisión. SONET/SDH ofreció
servicios de aprovisionamiento, confiabilidad, enrutamiento e ingeniería superiores a los
disponibles usando canales asíncronos (DS3 o E4) o sistemas de transmisión propietarios
(FOTS) de aquella época. Esto es debido a que la estructura de la trama de SONET/SDH
permite el envío de señales de alarma, mantenimiento, monitoreo y administración entre
equipos, mejorando enormemente las capacidades del proveedor de servicios de retomar las
actividades de administración de la red. SONET/SDH ofrece un ancho de banda en el orden
de los megabits por segundo para estas tareas, por lo cual sofisticadas actividades de
administración, vigilancia, control y desempeño de la red pueden ser llevadas a cabo.
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Jerarquía de señales SONET/SDH
Bit Rate
[Mb/s]
SONET
SDH
51.840
155.520
622.080
2,488.320
9,953.280
3,9813.12
STS-1, OC-1
STS-3, OC-3
STS-12, OC-12
STS-48, OC-48
STS-192, OC-192
STS-768, OC-768
STM-0
STM-1
STM-4
STM-16
STM-64
STM-256
Capacidad
SONET
DS1s
DS3s
28
1
84
3
336
12
1,344
48
5,376
192
2,1504
768
Capacidad
SDH
E1s
E4s
63
252
1,008
4,023
16,128
1
4
16
64
256
Tabla 9: Jerarquía de señales SONET/SDH
Estructura de la trama
SONET/SDH usan una trama de 125 microsegundos de duración. La trama esta
conformada por dos secciones: La cabecera y la de datos. Visualizando la trama en forma
matricial, las primeras tres columnas corresponden a la cabecera y las restantes a la sección
síncrona de carga (87 columnas). En SONET la tasa de transmisión básica es 51.840 Mbit/s
(STS-1), en tanto que en SDH la transmisión básica es 155.520 Mbit/s (STM-1), que
corresponde a la segunda tasa de transmisión en SONET. La siguiente figura muestra la
estructura de la trama STS-1 de SONET:
Figura 30: Estructure de la trama STS-1 de SONET
El orden de transmisión de los bytes de la trama (con los bits mas significativos primero) es
renglón por renglón de arriba hacia abajo y columna por columna de izquierda a derecha.
La cabecera (Transport Overhead) incluye información que es empleada en la
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administración y monitoreo del sistema y que describiremos brevemente más adelante. La
sección de datos, llamada paquete síncrono de carga en SONET (Synchronous Payload
Envelope, SPE) no contiene exclusivamente datos; el uso de tres columnas esta reservado:
una es empleada para la cabecera STS de ruta (STS Path Overhead, POH) y dos más tienen
contenidos fijos (fixed stuff). Las columnas restantes (84) son denominadas como la
capacidad de carga de STS-1 (STS-1 Payload Capacity.) La ubicación de estas columnas es
1, 30 y 59 respectivamente, pero esta numeración es flotante dentro de la sección de datos.
Así por ejemplo, si la cabecera de ruta esta ubicada en la columna 4 de la trama STS-1, las
dos columnas reservadas estarán en las columnas 33 y 62 respectivamente. El punto exacto
dentro de cada trama STS-1 en el cual inicia el paquete síncrono de datos es indicado por
los tres bytes de apuntadores en la cabecera de la trama (mostrados en la figura 1.) El
primer byte del paquete síncrono de datos puede estar ubicado en cualquier renglón de una
trama STS-1, por lo que la estructura del paquete síncrono de datos puede extenderse hasta
la siguiente trama, tal y como lo ilustra la siguiente figura:
Figura 31: Posición del STS-1 SPE en la trama STS-1 de SONET
Para las demás tasas de transmisión de la jerarquía SONET (STS-3 y superiores) N tramas
STS-1 son intercaladas byte por byte para conformar una trama STS-N. Antes de ser
transmitidas las cabeceras de cada módulo STS-1 son alineadas, pero su correspondiente
sección de paquete síncrono de datos (STS SPE) no debe estarlo necesariamente. La
siguiente figura muestra esta estructura:
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Figura 32: Estructura de la trama STS-N de SONET
La jerarquía SDH y SONET convergen a partir de la tasa STS-3 de SONET que
corresponde a la tasa STM-1 de SDH. La estructura de la trama STM-1 es básicamente la
mostrada anteriormente en la Figura 30, salvo que la terminología empleada para referirse a
las diferentes secciones de la trama es diferente. SDH también define la cabecera de ruta
(Path Overhead, POH) dentro de la sección de datos (Virtual Container Capacity) y al igual
que en SONET, es una columna flotante cuya ubicación dentro de la trama es determinada
por los apuntadores en la cabecera, pero a diferencia de SONET, las columnas 30 y 59 no
están reservadas. La construcción de tramas STM-N se hace de manera análoga a como se
describió la construcción de la trama STS-N. La siguiente tabla enlista las equivalencias
entre los términos empleados en las tramas SONET y SDH:
Sección
Cabecera
Datos
SDH
Overhead
Regeneration Section
Overhead
Multiplex section
overhead
Virtual Container
Capacity (VC)
VC-N
Path Overhead
SONET
Transport Overhead
Section Overhead
Line Overhead
Synchronous Payload
Envelope (SPE)
Virtual Tributary
(VT)5
Path Overhead (POH)
Tabla 10: Equivalencia de términos SONET-SDH
5
Aunque el concepto es el mismo, las tasas de transmisión correspondientes a un mismo índice no coinciden
en ambos estándares. Es decir, la tasa de transmisión de VC-2 es diferente a la de VT2.
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El único término en la tabla que no hemos definido hasta el momento es el de los
Contenedores Virtuales (VC en SDH) o Tributarias Virtuales (VT en SONET.). Los
Contenedores o Tributarias Virtuales son utilizados para transmitir tributarias de
velocidades inferiores en la trama SONET/SDH.
Multiplexaje
Para poder transmitir tributarias virtuales de diferentes velocidades dentro de un mismo
STS-1 SPE las tributarias son organizadas en grupos. Un STS-1 SPE es subdividido en
siete Grupos De Tributarias Virtuales (VT Groups) con cada grupo siendo asignado 12
columnas. Cada grupo solo puede contener un tipo de VTs, pero dentro de un STS-1 SPE se
pueden tener diferentes Grupos De Tributarias Virtuales.
Las 12 columnas en un Grupo de Tributarias Virtuales no son consecutivas y son
intercaladas columna por columna con respecto a los otros Grupos de Tributarias Virtuales
antes de ser transmitidas. De igual forma, las columnas 1, 30 y 59 siguen siendo empleadas
para la cabecera de ruta y contenidos fijos (POH y fixed stuff.)
Dado que cada Grupo de Tributarias Virtuales es asignado 12 columnas, estos pueden
contener cualquiera de las siguientes combinaciones:
•
•
•
•
Cuatro VT1.5 (con tres columnas cada VT1.5)
Tres VT2 (con cuatro columnas cada VT2)
Dos VT3 (con seis columnas cada VT3)
Un VT6
Las siguientes dos tablas presentan las tasas de transmisión de los contenedores virtuales y
las tributarias virtuales de SDH y SONET respectivamente..
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VC
VC-11
VC-12
VC-2
VC-3
VC-4
Bit Rate
[Mbit/s]
1.728
2.304
6.912
48.960
150.336
Tabla 11: SDH VCs
Size
[columnas]
3
4
12
85
261
VT
VT1.5
VT2
VT3
VT6
Bit Rate
[Mbit/s]
1.728
2.304
3.456
6.912
Size
[columnas]
3
4
6
12
Tabla 12: SONET VTs
La siguiente figura ilustra el multiplexaje en una trama STS-1 con Grupos de
Tributarias Virtuales con VTs de diferente capacidad.
Figura 33. Multiplexaje de VTs en una trama STS-1.
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Otras tecnologías
DWDM
Historia
El Multiplexaje de Ondas (Wave Division Multiplexing, WDM) no es más que una
forma de multiplexaje en frecuencia dentro del espectro correspondiente al infrarrojo.
Las señales en esta región del espectro son denominadas ondas, en referencia su
longitud de onda (en el orden de los nanometros) pero también se les llega a referir por
sus frecuencias correspondientes.
El desarrollo de DWDM se inicio a finales de los 80s con el empleo de dos longitudes
de onda ampliamente separadas en las regiones de los 1310 nm y los 1550 nm (o en las
de 850 nm y 130 nm) en lo que se denominaba como WDM de banda ancha.
A principios de los 90s surgió una segunda generación de WDM, denominada de banda
angosta, en al cual se manejaban de dos a ocho canales. Estos canales estaban
espaciados en intervalos de aproximadamente 400 GHz en la región de los 1550 nm.
Para mediados de los 90s, surgieron los primeros sistemas densos de WDM (DWDM)
manejando entre 16 y 40 canales espaciados entre 100 a 200 GHz. Para finales de los
90s los sistemas DWDM han evolucionado hasta el punto de manejar entre 64 a 160
canales simultáneos en una fibra óptica espaciados a intervalos de 50 GHz o incluso a
25 GHz.
Estructura de un sistema DWDM
Un sistema DWDM involucra un reducido número de funciones a nivel físico, mismas
que se encuentran esquematizadas en la siguiente figura:
Figura 34. Estructura de un sistema DWDM.
El sistema efectúa las siguientes funciones básicas
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Tecnologías de Transporte
Generación de la Señal. La fuente, un láser de estado sólido, debe proveer una estable
fuente de luz dentro de una reducida ventana del espectro, misma que será modulada
para transportar la información digital.
Combinación de señales. Los sistemas modernos de DWDM utilizan multiplexores para
combinar las señales. Existen algunas pérdidas inherentes al proceso de combinar y
dividir las señales y es dependiente del número de canales pero puede ser manejada
mediante amplificadores ópticos, los cuales amplifican todas las señales en un solo paso
sin necesidad de una conversión eléctrica.
Transmisión de las señales. Los efectos de interferencia (crosstalk) y degradación de la
señal o pérdidas deben ser considerados en las transmisiones por fibra óptica. Los
efectos pueden ser minimizados controlando variables tales como la separación entre los
canales, la tolerancia en la precisión de las longitudes de onda y la potencia de los
lásers. En algunas líneas de transmisión, la señal puede necesitar ser amplificada
ópticamente.
Recepción y separación de señales. Al extremo receptor, las señales multiplexadas
deben ser separadas y aunque aparentemente es tan sólo el proceso inverso de
combinarlas, técnicamente es una tarea más complicada.
Recepción de las señales. La señal demultiplexada es recibida en un fotodetector.
En adición a estas funciones, un sistema DWDM debe contar con interfaces para
interconectarse con los sistemas clientes. Estas interfaces son generalmente consisten en
puertos SONET/SDH operando a OC-48/STM16c con una longitudes de onda de 1310
nm. Adicionalmente, otros tipos de intrefaces también están siendo soportados, tales
como Ethernet, (a 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps e incluso 10 Gbps usando una interfaz
OC-192 de corto alcance).
La ITU-T esta en proceso de aprobar una recomendación para la especificación de las
frecuencias a ser manejadas en sistemas DWDM con una separación de 100 GHz entre
canales (ITU-T G.692).
Actualmente el nicho de mercado para DWDM son las redes de área amplia (sobre todo
las de larga distancia), pero el desarrollo de la tecnología promete brindar opciones para
incrementar el ancho de banda de cualquier tipo de red basada en fibras ópticas.
Adicionalmente, el gran incremento en el ancho de banda ofrecido por WDM en cada
fibra permitirá el desarrollo de redes virtuales y del multiplexaje basado en calidades de
servicio.
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DSL
La línea del subscriptor digital (Digital Subscriber Line) es una tecnología de acceso
que emplea modems en las líneas de par trenzado telefónico para transmitir datos en
banda ancha. El término xDSL se refiere a un conjunto de tecnologías DSL similares
que compiten entre si, tales como ADSL, SDSL, HDSL, HDSL-2, G.SHDL, IDSL y
VSDL.
Los servicios xDSL son conexiones dedicadas punto a punto para acceder redes
públicas vía líneas de par trenzado. Actualmente la mayor parte de la planta instalada
DSL es ADSL, empleada en su mayoría para servicios de acceso residenciales.
ADSL
ADSL (Asymmetric DSL) es una tecnología que permite manejar mayor ancho de
banda en una dirección del enlace que en la otra. Generalmente el mayor ancho de
banda es en la dirección de la red hacia el usuario (downstream). Esta asimetría,
combinado con el estar siempre conectado, hace ADSL adecuado para servicio de
acceso a Internet, en donde los usuarios normalmente reciben más información de la red
de la que mandan.
ADSL jugará un importante papel en el desarrollo de servicios de banda ancha mientras
otras tecnologías de acceso evolucionan y alcanzan un nivel de penetración comparable
con el que las tecnologías tienen actualmente.
ADSL emplea avanzadas técnicas de procesamiento de señales y creativos algoritmos
para lograr manejar transferencias de datos en el orden de 1.5 a 6.1 Mbps a distancias
que van de los 5 a 2 kilómetros respectivamente (la tasa de transmisión depende de la
distancia del enlace y el calibre del cableado utilizado).
Para crear múltiples canales, los modems ADSL dividen el ancho de banda disponible
en el canal telefónico en una o dos formas: por división de frecuencia (FDM) o por
cancelación de eco. En FDM una frecuencia es asignada para bajada y otra para subida
de información, después, el canal de bajada es multiplexado en tiempo en dos o más
canales de alta velocidad y uno o más canales de baja velocidad. El canal de bajada
también es multiplexado en canales de baja velocidad. La cancelación de eco sobrepone
los canales de bajada y de subida y las separa por medio de cancelación de eco local,
una técnica bien conocida en los modems V.32 y V.34. Con cualquiera de estas
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tecnologías ADSL reserva una región de 4 kHz para el servicio telefónico tradicional al
inicio del espectro.
Copper Access Transmission Technologies
Nombre Significado
Tasas de Tx
Modo
Aplicaciones
V. 221
V. 32
V.34
Modems en
la banda de
voz
1200 bps to
28,800 bps
Duplex3
Comunicaciones de datos
DSL
Digital
Subscriber
Line
160 kbps2
Duplex
Servicios ISDN.
Comunicaciones de datos y voz
HDSL
High data
rate DSL
1.544 Mbps4
2.048 Mbps5
Duplex
Duplex
Alimentadores de servicios
T1/E1, WAN, Acceso a LAN,
acceso a servidores
SDSL
Single Line
DSL
1.544 Mpbs
2.048 Mbps
Duplex
Duplex
Mismos que HDSL más acceso
a instalaciones con tráfico
simétrico
6
ADSL
VDSL7
Asymmetric 1.5 to 9 Mbps
DSL
16 to 640 kbps
Very high
data rate
DSL
13 to 52 Mbps
1.5 to 2.3 Mbps
Down
Up
Internet, video sobre demanda,
video, acceso remoto a LAN,
servicios interactivos
multimedia
Down
Up9
Mismos que ADSL más HDTV
8
1. Las designaciones no son acrOnimos sino números de recomendaciones de la CCITT.
2. 192 Kbps divididos en dos canales B (64 kbps), uno D (16 kbps) y administración del
enlace.
3. "Duplex" significa que los datos pueden ser enviados y recibidos en forma
simultánea.
4. Necesita dos líneas de par trenzado
5. Necesita tres líneas de par trenzado
6. Un Nuevo sistema llamado SDSL, de Single Line DSL, trabaja a 1.5 or 2.0 Mbps
duplex sobre una línea.
7. También llamado BDSL, VADSL, o algunas veces, ADSL. VDSL es una
designación ANSI y ETSI.
8. "Down" (bajada) significa downstream, de la red network hacia el subscriptor. "Up"
(subida) significa upstream, del subscriptor a la red.
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Tecnologías de Transporte
9. Los sistemas VDSL en el futuro pueden tener iguales tasas de transmisión en las
direcciones de subida y bajada, pero las líneas deberán ser mucho más cortas.
Wireless
Existe un gran número de tecnologías inalámbricas hoy en día. Algunas tecnologías son
de alta velocidad; otras son de velocidad reducida; otras más se emplean para enlaces
WAN en tanto que otras son para redes LAN. Las opciones son multiples y resulta
difícil retomar todas estas tecnologías en un espacio reducido como este trabajo así es
que nos concretaremos a presenter una tabla con las principales características de
algunos de estos sistemas, en particular, para redes locales o personales.
HomeRF
FHSS
Bluetooth
FHSS
802.11
FHSS, DSSS, IR
50 por segundo
1,600 por segundo
2.5 por segundo
100 mW
1 a 2 Mbps
100 mW
1 Mbps
1W
11 Mbps
Hasta 127
Hasta 26
Hasta 26
Formato blowfish
0, 40 y 64 bits
Rango
50 metros
1 a 100 metros
40 a 128 bits RC4
130 m interiores y
330 m exteriores
Versión
actual
V 1.0
V 1.0
Medio físico
Saltos en
frecuencia
Potencia
Velocidad
Número de
dispositivos
Seguridad
V 1.0
Tabla 13: Tecnologías inalámbricas para redes locales/personales.
FHSS. Frequency Hopping Spread Spectrum.
DSSS. Direct Sequence Spread Spectrum.
IR. Infrared.
Dentro de la categoría de tecnologías inalámbricas para redes públicas tenemos las
microondas y los enlaces satelitales así como los servicios de paquetes para celulares
(de los cuales existen diferentes versiones y generaciones) pero la explicación de estas
tecnologías cae fuera del alcance de este curso.
Octavio Herrera
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Tecnologías de Transporte
Referencias
Getting Connected: the internet at 56 K and up, Kevin Dowd, O’Reilly & Associates,
Inc., 1996
Internetworking Technologies Handbook, Ford, Lew, Spanier & Stevenson (CISCO)
Disponible en línea: http://www.cisco.com/univercd
En español: Tecnologías de Interconectividad de Redes, Prentice Hall, 1998
Cisco CCIE: Study Guide, Roosevelt Giles, McGraw-Hill, 1998.
Telecommunications: protocols and design, Spragings, Hammond, Pawlikoski,
Addison Wesley, 1991
SDH Telecommunications Standard Primer, Tektronix, 2001
SONET Telecommunications Standard Primer, Tektronix, 2001
Disponibles en línea: http://www.tektronic.com/optical
ISDN Standarization, Sadahiko Kano, Proceedings IEEE, Vol. 79, No. 2, Feb. 1991.
ISDN Overview. http://hea-www.hardvard.edu/~fine/ISDN/overview.html
The Basic Guide to Frame Relay Networking, Frame Relay Forum, 1998.
Disponible en linea: http://www.frforum.com
Voice
Over
Frame
Relay
–
Technology
update
(December
1997),
http://www.telsyte.com.au/feature/vofr_tech_a.htm
Basic ATM technical characteristics, the ATM forum, http://www.atmforum.com/
Computer Networks / Andrew S.Tanenbaum
Data and Computer Communication / William Stallings
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