Modo de Transferencia Asíncrono

Admón. Redes - ATM
Ramón Hervás Lucas / Rubén Martínez Sobrino
Modo de Transferencia Asíncrono
ATM
Rubén Martínez Sobrino
Ramón Hervás Lucas
Escuela Superior de Informática
Universidad de Castilla la Mancha
Ciudad Real
Abril-2001
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Admón. Redes - ATM
Ramón Hervás Lucas / Rubén Martínez Sobrino
Indice.
Indice.......................................................................................................
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1. Introducción.........................................................................................
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2. Arquitectura del protocolo...................................................................
3
3. Conexiones lógicas ATM.....................................................................
3.1. Características de un camino/canal virtual.............................
3.2. Señalización de control..........................................................
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4. Celdas ATM.........................................................................................
4.1. Formato de cabecera..............................................................
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5. Transmisión de celdas..........................................................................
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6. Capa de adaptación ATM (AAL).........................................................
6.1 Servicios................................................................................
6.2. Protocolos AAL....................................................................
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7. Control de tráfico y de la congestión...................................................
7.1. Requisitos para el control de tráfico y de congestión.............
7.2. Variación del retardo de celdas.............................................
7.3. Contribución de la red a la variación del retardo de celdas....
7.4. Control de tráfico y de congestión.........................................
7.4.1. Control de tráfico...................................................
7.4.2. Control de Congestión............................................
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8. Dispositivos de red ATM.....................................................................
8.1.Elementos de conmutación.....................................................
8.1.1.-Conmutadores de tipo matriz.................................
8.1.2.-Conmutadores de Memoria Central........................
8.1.3.-Conmutadores de tipo Bus.....................................
8.1.4.-Conmutadores de tipo anillo..................................
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8.2.Clasificación de los conmutadores basada en su estructura.....
8.2.1.-Conmutadores de división asíncrona del tiempo....
8.2.2.-Conmutadores por división del espacio..................
-Conmutadores Banyan........................................
-Conmutadores Batcher-Banyan..........................
-Conmutadores Crossbar......................................
8.2.3.-Conmutadores con buffer no bloqueantes..............
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8.3.Ejemplos de redes de interconexión de un conmutador..........
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1. Introducción.
El modo de transferencia asíncrono, también conocido como retransmisión de
celdas, es conceptualmente similar a la técnica de retransmisión de tramas (frame relay).
Ambas presentan fiabilidad y fidelidad para ofrecer una conmutación de paquetes más
rápida que X.25, siendo ATM incluso más funcional que el frame relay, pudiendo admitir
velocidades de varios órdenes de magnitud superior.
ATM se desarrolló como parte del trabajo en RDSI de banda ancha, pero
inicialmente se destinó otros entornos, en los que eran necesarios velocidades de
transmisión muy elevadas.
2. Arquitectura del protocolo.
ATM lleva a cabo la transferencia de datos en trozos discretos, permitiendo la
multiplexación de varias conexiones lógicas sobre una única interfaz física. Estas
unidades discretas que componen una interfaz lógica son paquetes de tamaño fijo,
denominados celdas.
Dos de los factores que hacen de ATM una tecnología de alta velocidad son:
- ATM es un protocolo con mínima capacidad de control de errores y de
flujo, lo que reduce el tamaño y el coste de procesamiento de las celdas.
- El empleo de celdas de tamaño fijo simplifica el procesamiento necesario
en cada nodo.
La figura 1 muestra el modelo de referencia del protocolo ATM:
La capa física especifica:
- El medio de transmisión.
- El esquema de codificación de la señal.
- Las velocidades de transmisión: 155,52 Mbps y 622,08 Mbps, siendo
posibles velocidades superiores e inferiores.
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Dos capas de ATM se relacionan con las funciones propias de ATM:
!La capa ATM, común a todos los servicios de conmutación de
paquetes.
!La capa de adaptación ATM (AAL) dependiente del servicio. AAL
agrupa información de capas superiores en celdas ATM, para enviarlas
a través de la red ATM, al tiempo que extrae información de las celdas
ATM y la transmite a las capas superiores.
El modelo de referencia del protocolo ATM hace referencia a tres planos
separados, que son enfoques distintos del SW o HW que existe en cada una de las capas
del modelo de referencia:
!Plano de usuario: permite transferencia de información de usuario,
haciendo uso de los controles de flujo y errores.
!Plano de control: realiza el control de las llamadas y las funciones de
control de conexión.
!Plano de gestión: realiza funciones de gestión del sistema como un
todo; proporcionando coordinación entre todos los planos, y gestión de
capa.
3. Conexiones lógicas ATM.
Las conexiones lógicas en ATM están relacionadas con las conexiones de canales
virtuales (VCC). Una VCC es como un circuito virtual en X.25 o como una conexión de
enlace de datos en retransmisión de tramas, siendo la unidad básica de conmutación en la
red ATM. Una VCC se establece entre dos usuarios finales a través de la red,
proporcionando un flujo full-duplex de celdas del mismo tamaño a una velocidad
determinada.
Una conexión de camino virtual (VPC) es una haz de VCC con los mismos
extremos, tal que las celdas que fluyen en las VCC de una misma VPC se conmutan
conjuntamente. Los caminos virtuales sirven para simplificar y facilitar el control de la
red agrupando en una sola unidad a conexiones que comparten el mismo camino a través
de la red.
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En una VCC se garantiza la integridad de la secuencia de celdas: las celdas se
entregan al destinatario en el mismo orden en que se enviaron.
3.1. Características de un camino/canal virtual.
- Calidad de servicio: un usuario es provisto con una calidad de servicio
especificada con parámetros tales como la tasa de pérdida de celdas ó variación del
retardo de las celdas.
- VCC conmutados y semipermanentes: pueden existir conexiones conmutadas
(con señalización de control de llamada), y conexiones con canal dedicado.
- Integridad de la secuencia de celdas: Se preserva que en una VCC se mantiene
el orden en que las celdas fueron enviadas.
- Negociación de parámetros de tráfico y supervisión de uso: Entre usuario y red
se pueden negociar parámetros de tráfico (velocidad media, de pico...) para cada VCC.
Además, la entrada de celdas de usuario se supervisa por la red para asegurar que se
cumplen los parámetros negociados.
- Restricción de identificador de canal virtual en una VPC: Las cuatro anteriores
características con comunes a VCC y VPC, siendo esta última propiedad exclusiva de las
VPC. Puede que no sea posible proporcionar uno o más identificadores o número de
canal virtual al usuario de una VPC, aunque estos puedan ser reservados para uso interno
de la red.
3.2. Señalización de control.
En ATM es necesario un mecanismo para establecer y liberar las VPC y VCC, de
modo que llamamos señalización de control a la información involucrada en ese proceso,
la cual se transmite a través de conexiones distintas de las gestionadas.
Los distintos modos de establecer/liberar VCC son:
1. Las VCC semipermanentes pueden usarse en el tráfico usuario-usuario,
para lo cual no es necesaria la señalización de control.
2. Si no existe un canal de señalización de control, será necesario
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establecer uno. Para ello, se intercambiará una serie de señales de control entre usuario y
red a través de un canal especifico. Por ello, es necesario un canal permanente que pueda
ser usado para establecer las VCC para el control de llamadas. Este canal permanente se
llama canal de meta-señalización, dado que se emplea para establecer canales de
señalización.
3. El canal de meta-señalización sirve para establecer canales virtuales de
señalización usuario-red, el cual se utilizará para establecer las VCC de transmisión de
datos.
4. El canal de meta-señalización también permite establecer un canal
virtual de señalización usuario-usuario, el cual se utilizará para que dos usuarios finales
establezcan y liberen VCC para el transporte de datos, sin intervención de la red.
Nota: En todas las redes se usa una o más combinaciones de estos métodos.
Métodos para establecer/liberar VPC:
1.-Una VPC semipermanente se puede establecer mediante negociación
previa, para lo cual no son necesarias señales de control.
2.-El usuario puede establecer/liberar una VPC haciendo uso de la VCC de
señalización.
3.-La propia red puede establecer y liberar VPC, en cuyo caso las VPC
podrán estar destinadas al tráfico red-red, usuario-red ó usuario-usuario.
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4. Celdas ATM.
Las celdas en ATM son de tamaño fijo, con 5 bytes de cabecera y 48 bytes de
información (53 bytes por celda). El empleo de este tipo de celdas, pequeñas y de tamaño
fijo se debe a:
"El uso de celdas pequeñas puede reducir el retardo de cola para celdas de alta
prioridad.
"Las celdas de tamaño pequeño pueden ser conmutadas más eficientemente.
"La implementación física de los sistemas de conmutación es más sencilla para
celdas de tamaño fijo.
4.1. Formato de cabecera.
La figura 3a muestra el formato de cabecera en el interfaz usuario-red. La figura
3b muestra el formato de cabecera en el interfaz red-red, en el cual no se especifica el
campo "Control de flujo genérico", ampliando en su lugar el campo "identificador de
camino virtual" de 8 a 12 caracteres, lo que permite un gran número de VPC internos de
la red, para dar cabida a los de los usuarios y a los internos de la red.
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El campo de control de flujo genérico solo tiene sentido en el interfaz local
usuario-red, y podría utilizarse para ayudar al usuario en el control de flujo del tráfico
para las distintas calidades de servicio.
El campo identificador de camino virtual (VPI), es un campo de encaminamiento
para la red. El identificador de canal virtual se emplea para encaminar a y desde el
usuario final, funcionando como un SAP (punto de acceso al servicio).
El campo tipo de carga útil indica el tipo de información contenida en el campo
de información.
La prioridad de pérdida de celdas (CLP) se emplea para orientar a la red en caso
de congestión:
-Un bit 0 indica que la celda es de prioridad superior y que no debe
descartarse a no ser que haya otro remedio.
-Un bit 1 indica que la celda es de prioridad baja y que puede
descartarse en caso de ser necesario.
El Control de errores de cabecera se calcula en base a los otros 32 bits de la
cabecera. Este control de errores corresponde a un 'código de redundancia cíclica' (CRC)
cuyo polinomio es x8+x2+x+1. El hecho de utilizar 8 bits de control de errores para tan
solo 32 bits de cabecera permite (debido a la suficiente redundancia del código) no solo
detectar errores, sino también corregir parte de ellos.
5. Transmisión de celdas ATM.
BISDN especifica que las celdas deben transmitirse a 155,52 ó 622,08 Mbps, y
será necesario especificar la estructura de transmisión usada para transportar esta carga.
En el caso de la interfaz a 155,52 Mbps se han definido dos aproximaciones: capa física
basada en celdas y capa física basada en SDH.
Capa física basada en celdas.
La estructura de la interfaz se basa en una secuencia continua de celdas de 53
bytes, sin fragmentación. Dado que no se imponen tramas externas, para sincronizar se
utiliza el campo "control de errores de cabecera" de la cabecera.
Capa física basada en SDH.
Alternativamente, las celdas ATM pueden transmitirse a través de una línea
haciendo uso de SDH (jerarquía digital síncrona) o SONET. En este caso, en la capa
física se impone la fragmentación utilizando tramas STM-1.
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La capacidad de carga útil de las tramas STM-1 es de 2430 bytes. La carga útil consta de
9 bytes suplementarios de cabecera del camino y de las propias celdas ATM.
6.Capa de adaptación ATM(AAL).
El uso de ATM hace necesaria de una capa de adaptación para admitir protocolos
de transferencia de información no basado en ATM. En un entorno heterogéneo en el que
existen redes ATM interconectadas con redes de transmisión de tramas, una forma
adecuada de integrar los dos tipos de redes es realizar una transformación entre tramas y
celdas, lo que implica la segmentación de una trama en celdas de transmisión y la
agrupación de las celdas en tramas en el receptor.
6.1. Servicios de la capa de adaptación ATM
El documento 1362 de ITU-T especifica los siguientes ejemplos generales de
servicios para AAL:
•Gestión de errores de transmisión
•Segmentación y ensamblado para permitir la transmisión de bloques mayores de
datos en el campo de información de celdas ATM
•Gestión de condiciones de pérdida de celdas y de celdas mal insertadas
•Control de flujo y temporalización
Con el fin de minimizar el número de protocolos AAL diferentes que pueden ser
especificados, se han definido cuatro clases de servicios que cumplen un amplio rango de
requisitos:
Sincronización
origen-destino
Tasa de bits
Modo de conexión
Protocolo AAL
CLASE A
CLASE B
Requerido
Constante
Tipo 1
CLASE C
CLASE D
No Requerido
Variable
Orientado a conexión
Tipo 2
Tipo 3,4,5
Sin conexión
Tipo 3,4
Tipo 1: Emulación de circuitos
Tipo 2: Videoconferencias, con tasa de transmisión variable
Tipo 3,4 y 5: Transmisión de datos
6.2. Protocolos AAL
Esta capa se organiza en dos subcapas lógicas: la subcapa de convergencia (CS) y
la subcapa de segmentación y agrupación o ensamblado (SAR). La subcapa de
convergencia proporciona las funciones necesarias para dar soporte a aplicaciones
específicas usando AAL. Cada usuario AAL se conecta con un servicio AAL en el punto
de acceso al servicio, que indica simplemente la dirección de la aplicación.
La subcapa de segmentación y ensamblado es responsable de empaquetar la
información recibida desde CS en celdas de transmisión y desempaquetar en el otro
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extremo.
7. Control de tráfico y de congestión.
Las técnicas de control de tráfico y de congestión son vitales para el adecuado
funcionamiento de las redes ATM. Sin tales técnicas el tráfico desde nodos usuario puede
exceder la capacidad de la red, causando el desbordamiento de la memoria temporal en
los conmutadores ATM y produciéndose pérdida de datos.
Las redes ATM presentan dificultades en el control efectivo de la congestión. La
complejidad del problema se debe al limitado número de bits suplementarios disponibles
para el control de celdas de usuario.
El objetivo de los mecanismos adoptados se centra en esquemas de control para
tráfico sensible al retardo tales como voz y vídeo.
7.1. Requisitos para el control de tráfico y de congestión en ATM
El tráfico en circuitos virtuales individuales es de naturaleza a ráfagas, esperando el
sistema receptor recibir el tráfico a ráfagas en cada conexión. El resultado de esto es:
1.La red no necesita replicar exactamente el patrón de temporalización del tráfico
entrante en el nodo de salida
2.Podemos usa multiplexación estadística para acomodar varias conexiones lógicas sobre
la interfaz física entre el usuario y la red. La velocidad media de datos necesaria para
cada conexión es menor que la velocidad de pico para cada conexión y la interfaz
usuario-red solo necesita ser diseñada para una capacidad superior a la suma de las
velocidades promedio para todas las conexiones.
Los esquemas de control de congestión de redes de conmutación de paquetes no resultan
adecuados para redes ATM:
1.La mayor parte del tráfico no es adaptable al control de tráfico. Por ejemplo fuentes de
tráfico de voz y de vídeo no pueden parar de generar celdas aun cuando la red esta
congestionada.
2.Generalmente, las redes ATM admiten un amplio rango de aplicaciones que necesiten
capacidades de entre unos pocos Kbps a varios Mbps. Los esquemas de control de
congestión relativamente sencillos terminan generalmente castigando un extremo u
otro del espectro.
3.Las aplicaciones en redes ATM pueden generar patrones de tráfico muy diversos (por
ejemplo, fuentes de datos de velocidad constante frente a variable). Resulta difícil
gestionar esta amplia variedad de velocidades mediante el uso de técnicas
tradicionales en control de congestión.
4.Diferentes aplicaciones en redes ATM requieren diferentes servicios (por ejemplo
servicio sensible al retardo para voz y vídeo y servicio sensible a pérdidas de datos.
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7.2. Variación del retardo de celdas
Para una red ATM, las señales de voz y vídeo pueden ser digitalizadas y
transmitidas como una secuencia de celdas, lo que requiere, especialmente para voz, que
los retardos en la red sean pequeños.
Existe otro importante requisito que entra a veces en conflicto con el anterior la
velocidad de envío de celdas al usuario destino debe ser constante. Entonces cómo podría
el usuario destino hacer frente a las variaciones del retardo de celdas en tránsito desde el
usuario frente al destino.
Cuando la primera celda se recibe en el instante de tiempo r(0), el usuario retarda
la celda una cantidad adicional V(0) antes de enviarla a la aplicación. V(0) es una
estimación de la variación del retardo de celda que la aplicación pueda tolerar y que
puede ser producida por la red. Las siguientes celdas se retrasan de manera que se
transmiten al usuario a una velocidad constante de R celdas por segundo. Para conseguir
esto puede ser necesario rechazar celdas. (ejemplo vídeo)
7.3. Contribución de la red a la variación del retardo de celdas
Una componente de la variación del retardo de celdas se debe a sucesos internos a
la red. La variación del retardo de paquete en redes de comunicación de paquetes puede
ser considerable debido a los efectos de puesta en cola en cada uno de los nodos de
comunicación intermedios. En el caso de ATM las variaciones de retardo de celda
debidos a los efectos de la red son mínimas. Las razones principales para ello son las
siguientes:
1.El protocolo ATM se diseña para minimizar el procesamiento suplementario en
los nodos intermedios. Las celdas son de tamaño fijo con formatos de
cabecera también fijos, no siendo necesarios procedimientos de control de
errores ni de flujo.
2.Para dar cabida a las altas velocidades de las redes ATM, los conmutadores
ATM se han diseñado para ofrecer un rendimiento extremadamente alto. Así,
el tiempo de procesamiento en un nodo para una celda individual es
irrelevante.
La congestión es el único factor que podrían provocar variaciones importantes en el
retardo de celda. Si la red comienza as congestionarse, las celdas pueden descartarse o
puestas en la cola en los conmutadores afectados. Es importante por tanto, que la carga
aceptada por la red en cualquier instante de tiempo, no cause congestión. Por tanto nos
centraremos en el control de Congestión.
7.4. Control de tráfico y de congestión.
Los objetivos del control de tráfico y de congestión de ATM se pueden resumir en:
#Permitir un número suficiente de clases de calidad de servicio de la capa ATM para
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todos los servicios de red posibles.
#Ser independiente de los protocolos de la Capa de adaptación ATM específicos del
servicio de red y de protocolos de capa superior que sean específicos de la
Aplicación.
#El diseño de un conjunto óptimo de controles de tráfico y de congestión en la capa
ATM debe minimizar la complejidad de la red y del sistema final al tiempo que
maximiza la utilización de la red.
Para conseguir estos objetivos se han definido un conjunto de funciones de control de
tráfico y de congestión que operan en un rango de intervalos de tiempo
Tiempo de respuesta
Término de larga duración
Duración de conexión
Funciones de control de
tráfico
Congestión de recursos de
red
Control de admisión de
conexión
Gestión de recursos rápidos
Tiempo de propagación de
ida y vuelta
Tiempo de inserción de celda - Control de parámetros de
uso
- Control de prioridad
Funciones de control de
congestión
Notificación explícita
Rechazo selectivo de celdas
#Tiempo de inserción de celdas: las funciones de este nivel reaccionan inmediatamente
ante celdas transmitidas
#Tiempo de propagación de ida y vuelta: En este nivel la red responde en el tiempo de
vida de una celda en la red y puede ofrecer indicaciones de realimentación al origen
#Duración de conexión: en este nivel la red determina si puede establecerse una nueva
conexión con una calidad de servicio dada y se fijará el nivel de prestaciones.
#Término de larga duración: son controles que afectan a más de una conexión ATM y
son establecidos para uso de larga duración.
La esencia de la estrategia de control de tráfico se basa en la determinación de si puede
establecerse una nueva conexión específica, acordando con el subcriptor los parámetros
de prestaciones tolerados. En efecto, el subcriptor y la red contratan el tráfico: la red
acepta tolerar un cierto nivel de tráfico en esta conexión y el subcriptor acepta no exceder
los límites de las prestaciones. Las funciones de control de tráfico están relacionadas con
el establecimiento de prestaciones y el cumplimiento de las mismas, por lo que están
relacionadas con la prevención de congestión. Si el control de tráfico falla puede
producirse congestión.
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7.4.1. Control de tráfico
Funciones del control de tráfico:
A)Gestión de recursos de red
El concepto fundamental en la gestión de recursos de red es la reserva de dichos
recursos. La única función de control de tráfico específica basada en la gestión de los
recursos de red hace uso de caminos virtuales.
La red ofrece características conjuntas de prestaciones y capacidad de en el camino
virtual, compartidas por las conexiones virtuales. Debemos considerar tres casos:
1.Aplicación usuario-usuario: es responsabilidad del usuario asegurar que la
demanda de las VCC (canal) puede ser aceptada por la VPC (camino).
2.Aplicación usuario-red: en este caso la red es consciente de la calidad de
servicio (QOS) de la VCC (canal) en las VPC (camino) y debe darles cabida.
3.Aplicación red-red: la VPC (camino) se extiende entre dos nodos de red. De
nuevo, la red conoce la calidad de servicio de las VCC (canal) en la VPC
(camino) y debe darle cabida.
Los parámetros de calidad de servicio más importantes relacionados con la gestión de los
recursos de red son la tasa de perdida de celdas, el retardo de transferencia de celdas y la
variación en el retardo de celdas.
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Existen varias alternativas en la manera de agrupar VCC (canal) y en el tipo de
prestaciones que presentan. Si todas las VCC (canal) en una VPC (camino) se manejan de
forma similar, deberían experimentar prestaciones de red similares en términos de tasa de
pérdida de celdas, retardo de transferencia de celdas y variación del retardo de celdas.
B)Control de admisión de conexión
El control de admisión de conexión es la primera línea de defensa de
autoprotección de la red ante una carga excesiva. Cuando un usuario solicita una nueva
VCC (canal) o VPC (camino), debe especificar implícita o explícitamente las
características de tráfico para la conexión en ambas direcciones. La red acepta la
conexión sólo si puede conseguir los recursos necesarios.
Existen cuatro parámetros que afectan a la admisión de conexión:
Parámetro
Velocidad de pico de celdas
(PCR)
Variación del retardo de
celdas (CDV)
Descripción
Límite superior de tráfico que puede
presentarse en una conexión ATM
Límite superior de la variabilidad de
celdas observado en un único punto de
medida en referencia a la velocidad de
pico de celdas.
Velocidad sostenible de
Límite superior de la velocidad promedio
celdas (SCR)
de una conexión ATM, calculado sobre la
duración de una conexión
Tolerancia a la aparición de Límite superior de la variabilidad de
ráfagas
celdas observado en un único punto de
medida en referencia a la velocidad
sostenible de celdas.
Tipo de tráfico
CBR, VBR
CBR, VBR
VBR
VBR
VBR: Velocidad de bits variable
CBR: Velocidad de bits constante
•Los parámetros PCR y CDV deben especificarse en cada conexión
C)control de parámetros de uso
Una vez que la conexión ha sido aceptada la función de control de parámetros de uso
(UPC) de la red supervisa la conexión para determinar si el tráfico está en concordancia
con el contrato de tráfico. El objetivo principal del control de parámetros de uso es
proteger los recursos de la red ante la producción de una sobrecarga en una conexión
detectando violaciones en los parámetros asignados y tomando las medidas oportunas.
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Existen dos funciones separadas asociadas al UPC:
•Control de la velocidad de pico de celdas
•Control de la velocidad sostenible de celdas: el tráfico será adecuado si la
velocidad de pico de transmisión de celdas no excede la velocidad de pico de
celdas acordados, sujeta a la posibilidad de que la variación del retardo de
celdas se encuentre en el rango acordado.
Existen algoritmos para calcular la velocidad de pico de celdas, así como para la
velocidad sostenible de celdas.
D)Control de prioridad.
El objetivo es rechazar celdas de baja prioridad para proteger las prestaciones para celdas
de alta prioridad.
E)Gestión de recursos rápidos
Actualmente se define la gestión de recursos rápidos como una herramienta potencial de
control de tráfico que se estudiará más adelante. Un ejemplo de esta función es la
capacidad de la red para responder a la solicitud de un usuario de envío de una ráfaga, es
decir el usuario desea exceder temporalmente el contrato de tráfico para enviar una
cantidad de datos relativamente grande. Si la red determina que los recursos son
alcanzables para dicha ráfaga, reserva los recursos y concede permiso. Tras la ráfaga se
fuerza el flujo de tráfico normal.
7.4.2. Control de Congestión
Se refiere al conjunto de acciones realizadas por la red para minimizar la intensidad, la
extensión y la duración de la congestión. Se define las siguientes funciones:
A)Rechazo selectivo de celdas
El rechazo selectivo de celdas es similar al control de prioridad. En la función de control
de prioridad, las celdas son rechazadas para evitar la congestión. Sin embargo, sólo se
descartan las celdas que exceden el contrato de tráfico, es decir se limita el número de
celdas para que se cumplan las prestaciones deseadas. Una vez que se produce
congestión, la red no puede conseguir todos los objetivos de prestaciones. Para
recuperarse de la situación de congestión la red puede descartar cualquier celda.
B)Indicación de congestión explícita hacia delante
La notificación de congestión explícita hacia delante en redes ATM es esencialmente lo
mismo que en redes de transmisión de tramas.
Cualquier nodo en redes ATM que experimente conexión puede especificar una
indicación de congestión explícita en el campo de tipo de carga útil de la cabecera de la
celda a través de conexiones que atraviesen el nodo. La indicación notifica al usuario que
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los procedimientos de prevención de congestión deberían ser puestos en marcha para el
tráfico en la misma dirección que la celda recibida. El usuario puede solicitar acciones de
los protocolos de capas superiores para adaptar la velocidad de celdas de la conexión.
8.- Dispositivos de red ATM.
En ATM, la información viaja en celdas de longitud fija. Esto es una ventaja a la
hora de conseguir una alta velocidad, pues permite que la red esté conmutada mediante
elementos hardware de conmutación, en vez de la típica red conmutada mediante largas
ejecuciones software. De este modo, la productividad de un nodo de conmutación ATM
ronda el Gbit/s, manteniendo el retardo de cruce de un nodo y la pérdida de celdas en
valores muy bajos.
Las dos tareas principales que un conmutador ATM debe cumplir son :
-Traducción entre identificador de canal virtual (VCI) e identificador de
camino virtual (VPI).
-Transporte de las celdas desde la entrada al conmutador hasta la salida
dedicada.
El elemento de conmutación es la unidad básica de una estructura conmutada
ATM. Cuando una celda llega por un puerto de entrada, la información de enrutamiento
se analiza y la celda se transmite por el puerto de salida correspondiente.
Dependiendo de como estén distribuidos los elementos de conmutación dentro de
un conmutador, éste podrá ser de diferentes tipos: De camino único, de varios caminos o
multietapa. A continuación se muestra una clasificación de los conmutadores con varios
ejemplos.
8.1.Elementos de conmutación.
Generalmente un elemento de conmutación se compone de una red de
interconexión (interconnection network), un controlador de entrada (IC: Input Controller)
para cada línea de entrada, y un controlador de salida (OC: Output Controller) para cada
línea de salida.
8.1.1.-Conmutadores de tipo matriz.
Una forma de construir elementos de conmutación internos no bloqueantes es
utilizar una matriz rectangular para la red de interconexión.
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Para evitar la pérdida de celdas cuando se produce una alta demanda de salida por
un mismo puerto, se pueden utilizar los buffers. De este modo, un buffer se puede ubicar
en un puerto de salida, y puerto de entrada o en un punto de cruce de la matriz.
Conmutador de tipo Butterfly.
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8.1.2.-Conmutadores con Memoria Central.
La base de este tipo de conmutadores es una memoria central, a la que están
vinculados todos los controladores de entrada y salida (IC y OC), de modo que todos los
controladores de entrada pueden escribir en la memoria común, y todos los controladores
de salida pueden leer de ella.
Un ejemplo de este tipo de conmutador es el conmutador Sigma utilizado por
RACE (Research and Development of Advanced Communication in Europe).
8.1.3.-Conmutadores de tipo Bus.
La red de interconexión de un conmutador se puede construir mediante un bus de
alta velocidad multiplexado en el tiempo (TDM). Al bus se conectan todos los
controladores de entrada y salida (IC y OC). De este modo, una transmisión libre de
errores solo se puede garantizar si el ancho de banda del bus es al menos la suma de las
tasas de transmisión de todas las entradas.
8.1.4.-Conmutadores de tipo Anillo.
Todos los controladores de entrada y salida están conectados mediante una red en
anillo. En principio, se podría asignar una ranura de tiempo fija a cada controlador
(utilizando un arbitraje estático en el acceso al anillo). Esto, sin embargo, provoca el que
el anillo deba tener un ancho de banda mayor o igual a la suma del ancho de banda de las
entradas. Para evitar esto se puede utilizar un arbitraje dinámico, en el que se asigna el
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acceso al anillo por demanda. El problema, no obstante, de este esquema, es que se puede
producir sobrecarga del conmutador si todas las entradas transmiten al mismo tiempo.
Una posibilidad de implementar un conmutador de tipo anillo es utilizar el anillo
ORWELL.
Para conseguir una ejecución de alta velocidad en un conmutador de este tipo es
muy común utilizar varios anillo en paralelo, lo cual recibe el nombre de "toro" (torus) de
anillos.
8.2.- Clasificación de los conmutadores ATM basada en su estructura:
8.2.1.-Conmutadores de división asíncrona del tiempo:ATD (Camino único).
El conmutador ATD (Asynchronous Time Division Switches) proporcionan un
único camino multiplexado para todas las celdas. Normalmente se utiliza un bus o un
anillo.
En la figura se muestran cuatro puertos de entrada multiplexados a cuatro puertos
de salida mediante multiplexión por división en el tiempo (TDM). A cada puerto de
entrada se le asigna una ranura fija del TDM, siendo la tasa de transferencia del
multiplexor igual a la suma de las entradas. El tiempo dedicado a cada ranura en el TDM
será igual al de transmisión de una celda.
Dos ejemplos de este tipo de conmutador son el conmutador "Fore Systems ASX"
y el "VNswitch" de Digital.
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8.2.2.-Conmutadores por división del espacio (Varios caminos y varias etapas).
Para evitar las limitaciones de un único camino y aumentar la productividad
global, los conmutadores ATM por división del espacio implementan múltiples caminos a
través de las estructuras de conmutación. La mayoría de los conmutadores de este tipo
poseen una red de interconexión multi-etapa.
Tres tipos típicos de conmutadores por división del espacio:
-Conmutador Banyan: se construye distribuyendo una serie de elementos de
conmutación binarios en varias etapas (log2N etapas).
En la figura se muestra un conmutador Banyan 8x8, que está compuesto por doce
elementos de conmutación 2x2 dispuestos en tres etapas.
Desde cualquiera de las entradas se puede alcanzar cualquiera de las salidas.
Además, una ventaja de los conmutadores Banyan es que son autoenrutados. Otra ventaja
es que el usar elementos de conmutación binarios, solo es necesario examinar un bit de la
dirección de destino para decidir la salida (solo hay dos posiblidades). Esto es muy
rápido. Una desventaja, sin embargo, de este tipo de conmutador, es que si hay varias
celdas intentando acceder a un mismo enlace, todas quedarán bloqueadas menos una. Es
por ello que se dice que estos conmutadores son bloqueantes.
-Conmutador Batcher-Banyan: Este tipo de conmutador está compuesto por dos
redes de interconexión multietapa: un conmutador Banyan autoenrutado, y una red de
ordenación Batcher. En este conmutador, las celdas de entrada primero pasan por la red
de ordenación. Ésta se encarga de ordena las celdas en orden ascendente dependiendo de
su línea de salida. Entonces las celdas pasan a la red Banyan, que enruta las diferentes
celdas a sus salidas correspondientes. Con este sistema se evita el bloqueo interno de la
red de interconexión Banyan.
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-Conmutadores Crossbar.
Los conmutadores Crossbar conectan N salidas y N entradas en una red
completamente enlazada, lo cual supone que existen N2 puntos conexión.
En la figura se muestra un ejemplo de un conmutador Knockout de los
laboratorios ATT Bell que está estructurado de este modo.
Este tipo de conmutador es no bloqueante.
8.2.3.-Conmutadores no bloqueantes con buffers.
Aunque existen conmutadores no bloqueantes tales como el Batcher-Banyan y el
Crossbar, es posible la pérdida de celdas cuando dos o más celdas luchan por la misma
salida. Para evitar esto se utilizan los buffers, los cuales se pueden ubicar en las
entradas(8285 Nways de IBM, LightStream 2020 de Cisco), las salidas (Knock out de
AT&T Bell, MainStreetXpress de Siemes y NewBridge, VIRATA de ATML, y el Lattis
de Bay Networks) y estar compartidos (LightStream 1010 de Cisco, Prizma de IBM,
5001 de Hitachi y el ATM cell de Lucent).
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8.3.Ejemplo de redes de interconexión de un conmutador.
-Matriz conmutada extendida.
-Red en embudo.
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-Red de intercambio shuffle.
-Red Delta-2 con cuatro etapas.
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-Red conmutada plegada con tres etapas.
-Red Banyan paralela.
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Bibliografía.
"ATM Networks Concepts, Protocols, Aplications", ADDISON WESLEY,
R.Händel, Manfred N. Huber, Stefan Schröder.
"LightStream 2020 System Overview. ATM Technology".
"Asynchronous Transfer Mode (ATM) Networks", Tatsuya Suda, Dept. of
Information and Computer Science, University of California.
" Redes de Computadores", Andrew S. Tanembaum,, Prentice Hall, 1997.
"Comunicación y Redes de Computadores", William Stallings, Prentice Hall,
1997.
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