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/
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
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
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
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
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
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
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.
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’)
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.
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)
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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).
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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 ? / ? ? / ?
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
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
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
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
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