Redes 06 Santi

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Redes 6-1 niversidad de Valencia Rogelio Montañana Tema 6 Redes Frame Relay y ATM Rogelio Montañana Departamento de Informática Universidad de Valencia [email protected] http://www.uv.es/~montanan/

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Redes 6-1Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Tema 6

Redes Frame Relay y ATM

Rogelio MontañanaDepartamento de Informática

Universidad de [email protected]

http://www.uv.es/~montanan/

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Redes 6-2Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Sumario

• Frame Relay• ATM:

– Formato de celdas y conmutación– Categorías de servicio, parámetros,

conformación y vigilancia de tráfico– Direcciones y autoconfiguración

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Redes 6-3Universidad de Valencia Rogelio Montañana

•Conexión con líneas punto a punto entre routers, conectividad total.

El problema de la Red completamente mallada

X

Y

Z

W

•Al añadir un nuevo router hay que instalar líneas e interfaces en todos los nodos

•La velocidad de cada línea es difícil de modificar

Madrid

Zaragoza

Barcelona

Sevilla

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Redes 6-4Universidad de Valencia Rogelio Montañana

SwitchFrameRelay

Línea punto a punto

Circuito Virtual

SwitchFrameRelay

SwitchFrameRelay

SwitchFrameRelay

Topología de una red Frame Relay

•Se pueden añadir circuitos sin establecer nuevas líneas ni modificar el número de interfaces en los routers

Madrid

Zaragoza

Barcelona

Sevilla

X

Y

Z

W

•El caudal de cada circuito se puede modificar por configuración en los conmutadores

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Redes 6-5Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Sw FR

Sw FR

Sw FR

Sw FR

DLCI = 16

DLCI = 16

DLCI = 16

DLCI = 16 DLCI = 17

DLCI = 17

A

B

D

C

DLCI: Data Link Connection Identifier

X

Y

Z

W

Tabla de circuitos virtuales en B

Circuito Puerto DLCI Puerto DLCI

Rojo 16 16

Verde 17 17

Funcionamiento de una red Frame Relay

DLCI = 16

DLCI = 18

Azul 16 18

DLCI = 16

Madrid

Zaragoza

Barcelona

Sevilla

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Redes 6-6Universidad de Valencia Rogelio Montañana

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

Red Apogeo Velocidad

típica

Paquete

máximo

Protecc. errores

nivel de enlace

Orientado a

X.25 1985-1996 9,6 - 64 Kb/s 128 bytes CRC del paquete con confirmación

del receptor

Solo Datos

Frame

Relay

1992 - 64 - 2 Mb/s 8192 bytes CRC del paquete Solo Datos

ATM 1996 - 34 - 155 Mb/s 53 bytes CRC de cabecera

solamente

Datos, voz

y vídeo

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Redes 6-7Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Características de las redes CONS

• Cada paquete va marcado con una etiqueta identificativa propia

• La etiqueta es (puede ser) modificada por cada conmutador por el que pasa el paquete. El conmutador tiene una tabla que asigna la nueva etiqueta y la interfaz de salida en función de la etiqueta vieja y de la interfaz de entrada

• El conjunto de enlaces por los que discurre un paquete forman un camino extremo a extremo que denominamos ‘circuito virtual’

• Los circuitos virtuales permiten que diferentes usuarios, equipos, aplicaciones, etc., compartan enlaces sin que sus paquetes se mezclen (viajan ‘juntos pero no revueltos’).

• La infraestructura se aprovecha mejor y los costos se reducen

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Redes 6-8Universidad de Valencia Rogelio Montañana

01111110 Dirección Datos CRC 01111110

Estructura de trama Frame Relay

Bytes 1 2-4 0-8188 2 1

•Protocolo orientado a conexión. Normalmente PVC (Permanent Virtual Circuit)

•Las tramas pasan de nodo a nodo, comprobándose normalmente el CRC en cada salto. Si es erróneo se descarta.

•Funcionamiento Store&Forward (mayor retardo que líneas punto a punto)

•El campo dirección contiene información del VC (DLCI) y parámetros de control de tráfico Frame Relay. Normalmente ocupa 2 bytes, aunque puede tener 3 ó 4.

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Redes 6-9Universidad de Valencia Rogelio Montañana

DLCI Superior 0C/R

8 7 6 5 4 3 2 1

DLCI Inferior 1DEFECN BECN

Estructura del campo Dirección

•DLCI sup/inf: especifica el DLCI. Puede cambiar en cada salto. Normalmente 10 bits, puede llegar a 23 (dirección de 4 bytes).

•C/R: significado específico de la aplicación, no indicado en FR

•FECN: Forward Explicit Congestion Notification

•BECN: Backward Explicit Congestion Notification

•DE: Discard Elegibility (si 1 -> tramas de ‘2ª clase’)

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Redes 6-10Universidad de Valencia Rogelio Montañana

DLCIs de Frame Relay

• Con 10 bits el DLCI puede valer normalmente entre 0 y 1023

• Los valores del 0 al 15 y del 992 en adelante están reservados para funciones especiales.

• Las funciones LMI (Local Management Interface) permiten que el conmutador Frame Relay indique al host (o router) que DLCI tienen los PVC que están definidos. De esta forma el router se puede autoconfigurar.

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Redes 6-11Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Control de tráfico en Frame Relay

• Uno de los aspectos principales de Frame Relay es su posibilidad de definir parámetros para control de tráfico (traffic shaping y traffic policing)

• Se hace mediante el algoritmo del pozal agujereado, utilizando dos pozales

• Cada PVC tiene asociados dos parámetros:– CIR (Commited Information Rate)

– EIR (Excess Information Rate)

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Redes 6-12Universidad de Valencia Rogelio Montañana

SwitchFR

SwitchFR

Línea de acceso2048 Kb/s

PVCCIR 1024 Kb/sEIR 384 Kb/s

El router hace Traffic Shaping

El switch ejerceTraffic Policing

SwitchFR

PVCCIR 1024 Kb/sEIR 384 Kb/s

Traffic Shaping y Traffic Policing en Frame Relay

A

B

CX

Y

Z

Línea de acceso2048 Kb/s

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Redes 6-13Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Funcionamiento del CIR y el EIR

0

CIR (Committed Information Rate)

CIR + EIR (Caudal máximo posible)

Velocidad actual

Capacidad del enlace de acceso del host a la red

Transmisióngarantizada

Transmitir si es

posible

No transmitir, descartar todo

SwitchFR

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Redes 6-14Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Control de tráfico en Frame Relay

• Se utilizan dos pozales agujereados. Parámetros:– Primer pozal: CIR y Bc

– Segundo pozal: EIR y Be

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

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

Bc / CIR = Be / EIR

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Redes 6-15Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Control de tráfico en Frame Relay

DE=1

Bc = CIR * t

Be = EIR * t

DE=0

Tramas enviadas por el host con DE=1

CIR

EIR

Tramas que desbordan la capacidad del pozal Be

Tramas enviadas por el host con DE=0

Tramas que desbordan lacapacidad del pozal Bc

Descartar

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Redes 6-16Universidad de Valencia Rogelio Montañana

SwitchFR

Control de Congestión en Frame Relay

Tráfico incontrolado

BECN FECN

SwitchFR

SwitchFR

3: Descarto tramascon DE=1

2: Situación de congestión

4: Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido

5: Poner a 1 bit FECN en tramas de ida

6: Poner a 1 bit BECN en tramas de vuelta

1: Monitorizar colas

SwitchFR

SwitchFR

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Redes 6-17Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Sumario

• Frame Relay• ATM:

– Formato de celdas y conmutación– Categorías de servicio, parámetros,

conformación y vigilancia de tráfico– Direcciones y autoconfiguración

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Redes 6-18Universidad de Valencia Rogelio Montañana

ATM• Servicio orientado a conexión, como F.R.

• En vez de tramas celdas de 53 bytes. Motivo: permitir el rápido envío de tráfico urgente

• Dos niveles jerárquicos para las conexiones:

– VP, trayectos virtuales (Virtual Paths)

– VC, canales virtuales (Virtual Channels)

• Parecido a F.R. con más velocidad y muchas más posibilidades de control de tráfico. Pensado para ofrecer calidad de servicio.

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Redes 6-19Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Conmutador ATM con puertos de 155 y 622 Mb/sPuertos 155 Mb/s en fibraPuertos 155 Mb/s en cobre (UTP-5)

Puerto 622 Mb/s en fibra

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Redes 6-20Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Cabecera de celda ATM

VCI PTI

Header Error Check (HEC)

VCI

VPI VCI

GFC VPI

CLP

Carga útil(48 bytes)

Celda UNI Celda NNI

VCI PTI

Header Error Check (HEC)

VCI

VPI VCI

VPI VPI

CLP

Carga útil(48 bytes)

• GFC: Generic Flow Control. No usado

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

• VCI: Virtual Channel Identifier. Hasta 65536.

• PTI: Payload Type Identifier. 3 bits.

• CLP: Cell Loss Priority. 1 bit.

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

8 bits 8 bits

Page 21: Redes 06 Santi

Redes 6-21Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Valor Significado

000 Celda tipo 0 (normal). No hay congestión

001 Celda tipo 1 (fin de mensaje AAL5). No hay congestión.

010 Celda tipo 0 (normal). Hay congestión

011 Celda tipo 1 (fin de mensaje AAL5). Hay congestión

100 Celda OAM (Operation, Administration and Management) de segmento (entre vecinos)

101 Celda OAM (Operation, Administration and Management) extremo a extremo

110 Celda RM (Resource Management)

111 Reservado

Campo PTI (Payload Type Identifier)

Usuario

Gestión

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Redes 6-22Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Funcionamiento de un conmutador ATM

• El conmutador dirige las celdas según el VPI/VCI y el puerto de entrada.

• Los VPI/VCI se fijan al crear el VC. Si son PVCs los fija el operador al configurarlos. Si son SVCs los elije el conmutador (normalmente usando números en orden creciente)

• En general los VPI/VCI de un circuito cambian en cada salto de la celda en la red

• Los VPI/VCI han de ser únicos para cada puerto (pueden reutilizarse en puertos diferentes).

• Se pueden conmutar grupos de VCI en bloque conmutando por VPI

22

33

29 6464

Salida

2929

45Entrada

Port

1

2

11

33

VPI/VCI

29

45

6464

2929

Port

2

1

33

11

VPI/VCI

45

29

2929

6464

11

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Redes 6-23Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Algunos VPI/VCI Reservados

VPI VCI Función

0 0-14 ITU

0 15-31 ATM Forum

0 0 Celda de relleno (Idle Cell)

0 3 Celda OAM entre conmutadores vecinos (gestión)

0 4 Celda OAM entre extremos (gestión)

0 5 Señalización

0 16 ILMI (autoconfiguración)

0 17 LANE (LAN Emulation)

0 18 PNNI (Protocolo de Routing)

ITU

ATMForum

Page 24: Redes 06 Santi

Redes 6-24Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Bucle de abonado (conexión ADSL)

Redtelefónica

Router ADSL

Ethernet 10BASE-T

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

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

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

Circuito permanente ATM

Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s)

Red ATM

192.76.100.1/25

192.76.100.7/25

192.76.100.12/25

192.76.100.15/25

Arquitectura de una red ADSL

Internet

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Redes 6-25Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Sumario

• Frame Relay• ATM:

– Formato de celdas y conmutación– Categorías de servicio, parámetros,

conformación y vigilancia de tráfico– Direcciones y autoconfiguración

Page 26: Redes 06 Santi

Redes 6-26Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Categorías de Servicio ATM• Cómoda clasificación de los ‘contratos’ más

habituales entre el usuario y el operador• Cada categoría define un conjunto de parámetros

sobre el tráfico a enviar por la red, que pueden ser:– Parámetros de tráfico: el usuario se compromete a no

superarlos, la red a satisfacerlos– Parámetros de Calidad de Servicio: la red se

compromete a cumplirlos.

• Los parámetros se especifican para cada conexión y para cada sentido (una conexión puede ser unidireccional).

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Redes 6-27Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Categorías de Servicio ATM

• Parámetros de tráficoPCR/CDVT

SCR/BT

MCR

• Calidad de ServicioMax. CTD

Peak to Peak CDV

CLR

Contratooro

Contratoplata

ContratContratooRed ATM

Page 28: Redes 06 Santi

Redes 6-28Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Servicio CBR (Constant Bit Rate)

• CBR utiliza caudal fijo. Para cada VC se reserva un caudal determinado de forma estática, se use o no se use

• La mayoría de las aplicaciones no generan un caudal completamente constante; con CBR hay que reservar el máximo que se quiera utilizar, por lo que se desperdicia mucha capacidad del enlace.

CBR1

CBR2CBR2

CBR1

•••

•••

Capacidaddel enlace

Capacidadreservada

no aprovechable

Page 29: Redes 06 Santi

Redes 6-29Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Servicio VBR (Variable Bit Rate)

• VBR permite un caudal variable (a ráfagas) con lo que mejora el aprovechamiento del enlace respecto a CBR.

• Dos variantes: VBR-rt (real time) y VBR-nrt (no real time)• El usuario recibe garantías de QoS (especialmente en VBR-

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

CBR

VBRVBR

CBR

•••

•••

Capacidad noaprovechada

Capacidaddel enlace

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Redes 6-30Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Servicio UBR (Unspecified Bit Rate)

• UBR intenta ‘aprovechar las migajas’ que deja VBR (CBR no deja migajas pues la reserva es total)

• No garantiza caudal mínimo ni tasa máxima de celdas perdidas

• No devuelve información sobre la congestión de la red

• Algunas aplicaciones soportan mal la pérdida de celdas

CBR

VBR

VBR

CBRUBR

UBR

Celdas descartadas en caso de congestión

Capacidad excedenteutilizada por UBR

Capacidaddel enlace

Page 31: Redes 06 Santi

Redes 6-31Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Servicio ABR (Available Bit Rate)

CBR

VBR

VBR

CBRABR

ABR

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

Tráfico ABR elástico Tráfico ABR elástico con garantíascon garantías

ABR rellena los huecos de VBR de forma flexible como UBR, pero:

• Ofrece un caudal mínimo garantizado MCR (Minimum Cell Rate)

• La tasa de pérdidas se mantiene baja gracias a la realimentación sobre el grado de congestión en la red

• Las aplicaciones funcionan mejor al reducirse la pérdida de celdas

(PCR, MCR, CLR)

Capacidaddel enlace

Page 32: Redes 06 Santi

Redes 6-32Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Categorías de Servicio ATM. Comparación

Categoría

Características

CBR Simula línea punto a punto. Reserva estricta de capacidad. Caudal constante con mínima tolerancia a ráfagas.

VBR-rt Asegura un caudal medio y un retardo. Permite ráfagas. Utiliza dos pozales agujereados.

VBR-nrt Asegura un caudal medio pero no retardo. Permite ráfagas. Utiliza pozal agujereado.

ABR Asegura un caudal mínimo, permite usar capacidad sobrante de la red. Incorpora control de congestión

UBR No asegura nada. Usa caudal sobrante.

Page 33: Redes 06 Santi

Redes 6-33Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Parámetros de Tráfico

• PCR (Peak Cell Rate) y CDVT (Cell Delay Variation Tolerance): Máximo caudal que permite el VC y tolerancia (pequeña) respecto a este caudal

• SCR (Sustainable cell rate) y BT (Burst Tolerance): Caudal medio máximo permitido y tolerancia a ráfagas (grande) respecto a este caudal

• MCR (Minimum Cell Rate): Caudal mínimo que la red considera que puede asegurar en ese VC

Page 34: Redes 06 Santi

Redes 6-34Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Parámetros de Calidad de Servicio

• Max. CTD (Maximum Cell Transfer Delay): máximo retardo que puede sufrir una celda (si llega más tarde se considera perdida).

• Peak-to-Peak CDV (Peak to Peak Cell Delay Variation): máxima fluctuación que puede sufrir el retardo en el envío de una celda. Equivalente al jitter

• CLR (Cell Loss Ratio): tasa máxima aceptable de celdas perdidas

Page 35: Redes 06 Santi

Redes 6-35Universidad de Valencia Rogelio Montañana

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

00 00 00 1 00

CeldaCeldaMarMarcadacada

UPC

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

Celda Descartada

ABC AB

C

Vigilancia de tráfico (traffic policing)

Bit CLPBit CLP

Page 36: Redes 06 Santi

Redes 6-36Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Ejemplo de servicio VBR-nrt: ADSL

• La normativa legal establece tres opciones de servicio ADSL, todas ellas basadas en la categoría de servicio VBR-nrt de ATM. Las celdas que superan el SCR se marcan con CLP=1.

Servicio PCR antes

(desc./asc., Kb/s)

PCR después

(desc./asc., Kb/s)

SCR* (%)

CDVT (ms)

MBS

(celdas)

Reducido 512 / 128 (UBR) 1000 / 300 (UBR) - - -

Básico 512 / 128 1000 / 300 10 ? / 4 ? / 32

Class 1000 / 300 2000 / 300 10 0,7 / 32 64 / 32

Avanzada 2000 / 300 4000 / 512 10 ? / ? ? / ?

Premium 4000 / 512 8000 / 640 10 ? / ? ? / ?

ACG Class 1000 / 512 2000 / 640 50 ? / ? ? / ?

ACG Avanzada 2000 / 512 4000 / 640 50 ? / ? ? / ?

ACG Premium 4000 / 512 8000 / 640 50 ? / ? ? / ?

Page 37: Redes 06 Santi

Redes 6-37Universidad de Valencia Rogelio Montañana

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

CBR PCR

VBR SCR

VBR PCR

ABR MCR

Capacidad del enlace

VBR

ABR

UBR

ABR PCR

CBR

Page 38: Redes 06 Santi

Redes 6-38Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Sumario

• Frame Relay• ATM:

– Formato de celdas y conmutación– Categorías de servicio, parámetros,

conformación y vigilancia de tráfico– Direcciones y autoconfiguración

Page 39: Redes 06 Santi

Redes 6-39Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Formatos de direcciones ATM

• Redes públicas: E.164 como RDSI (15 dígitos decimales)

• Redes privadas: direcciones NSAP (OSI) del ATM Forum.– 20 bytes. Tres formatos posibles.

AFIAFI

DCCDCC

EESISI

HO-HO-DSPDSP

ICDICD

SELSEL

Authority and Format Identifier Authority and Format Identifier

Data Country Code Data Country Code

End System Identifier (IEEE)End System Identifier (IEEE)

High Order Domain Specific PartHigh Order Domain Specific Part

International Code DesignatorInternational Code Designator

NSAP SelectorNSAP Selector

Formato E.16445

AFI DCC ESI SEL

Formato DCC39

HO-DSP

AFI ICD ESI SEL

Formato ICD47

HO-DSP

AFI ESI SELHO-DSPE.164

Dir. MAC IEEE

Dir. MAC IEEE

Dir. MAC IEEE

Page 40: Redes 06 Santi

Redes 6-40Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Autoconfiguración ATM

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

Host ATM Conmutador ATM

port n

Cual es el prefijo ATM?Mi MAC = aabb

Direc. MAC = aabbPref. ATM = ???

Red ESIaabb?

Red ESI39.724F ?

UNI

VPI = 0, VCI = 16

ILMI (Integrated Local Management Interface)Primera parte

19 Bytes19 Bytes

Page 41: Redes 06 Santi

Redes 6-41Universidad de Valencia Rogelio Montañana

Prefijo ATM = 39.724FDirec. Port n = 39.724Faabb

Host ATM Conmutador ATM

Red = 39.724F

Direc. MAC = aabbPref. ATM = 39.724F

Red ESIaabb39.724F

Red ESI39.724F aabb

UNI

19 Bytes

VPI = 0, VCI = 16

Autoconfiguración ATMILMI (Integrated Local Management Interface)

Segunda parte

port n

19 Bytes