Tema 6 Redes Frame Relay y ATM

1
Tema 6Redes Frame Relay y ATM
Rogelio Montañana Departamento de
Informática Universidad de Valencia rogelio.montan
ana_at_uv.es http//www.uv.es/montanan/
2
Sumario

• Frame Relay
• ATM
• Formato de celdas y conmutación
• Categorías de servicio, parámetros, conformación
  y vigilancia de tráfico
• Direcciones y autoconfiguración

3
El problema de la Red completamente mallada
Zaragoza
Y
Z
X
Barcelona
Madrid
W
Sevilla

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

• La velocidad de cada línea es difícil de modificar

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

4
Topología de una red Frame Relay
Y
Zaragoza
Circuito Virtual
Línea punto a punto
Z
X
Barcelona
Madrid

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

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

Sevilla
W
5
Funcionamiento de una red Frame Relay
Zaragoza
Y
DLCI 17
DLCI 16
?
DLCI 18
DLCI 16
DLCI 16
B
?
?
DLCI 16
DLCI 17
Z
C
A
X
Barcelona
Madrid
DLCI 16
Tabla de circuitos virtuales en B
D
Circuito Puerto DLCI Puerto DLCI
Sevilla
DLCI 16
Rojo ? 16 ? 16
Verde ? 17 ? 17
W
Azul ? 16 ? 18
DLCI Data Link Connection Identifier
6
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
7
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

8
Estructura de trama Frame Relay
Bytes ?
1
2-4
0-8188
2
1
01111110 Dirección Datos CRC 01111110

• 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 StoreForward (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.

9
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 -gt tramas de 2ª
  clase)

10
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.

11
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)

12
Traffic Shaping y Traffic Policing en Frame Relay
PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s
Y
Línea de acceso 2048 Kb/s
El switch ejerce Traffic Policing
B
Z
A
C
X
Línea de acceso 2048 Kb/s
El router hace Traffic Shaping
PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s
13
Funcionamiento del CIR y el EIR
Velocidad actual
CIR (Committed Information Rate)
CIR EIR (Caudal máximo posible)
Transmitir si es posible
Transmisión garantizada
No transmitir, descartar todo
Capacidad del enlace de acceso del host a la red
0
14
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
15
Control de tráfico en Frame Relay
Tramas que desbordan la capacidad del pozal Bc
Tramas enviadas por el host con DE0
Tramas enviadas por el host con DE1
Bc CIR t
Tramas que desbordan la capacidad del pozal Be
Be EIR t
CIR
DE0
Descartar
EIR
DE1
16
Control de Congestión en Frame Relay
1 Monitorizar colas
3 Descarto tramas con DE1
4 Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido
6 Poner a 1 bit BECN en tramas de vuelta
2 Situación de congestión
5 Poner a 1 bit FECN en tramas de ida
17
Sumario

• Frame Relay
• ATM
• Formato de celdas y conmutación
• Categorías de servicio, parámetros, conformación
  y vigilancia de tráfico
• Direcciones y autoconfiguración

18
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.

19
Conmutador ATM con puertos de 155 y 622 Mb/s
Puertos 155 Mb/s en fibra
Puertos 155 Mb/s en cobre (UTP-5)
Puerto 622 Mb/s en fibra
20
Cabecera de celda ATM
GFC
VPI
VPI
VPI

• 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.

VPI
VCI
VPI
VCI
VCI
VCI
VCI
PTI
CLP
VCI
PTI
CLP
Header Error Check (HEC)
Header Error Check (HEC)
Carga útil (48 bytes)
Carga útil (48 bytes)
Celda NNI
Celda UNI
21
Campo PTI (Payload Type Identifier)
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
Usuario
Gestión
22
Funcionamiento de un conmutador ATM
Salida
Entrada
45
Port
VPI/VCI
Port
VPI/VCI
2
1
29
2
45
29
64

2
45
1
29
1
1
64
3
29
3
3
29
1
64
29

• 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

23
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
ATM Forum
24
Arquitectura de una red ADSL
192.76.100.7/25
VPI 8, VCI 32, PCR 2000/300 Kb/s
VPI 8, VCI 32, PCR 512/128 Kb/s
192.76.100.1/25
192.76.100.12/25
Red ATM
Red telefónica
192.76.100.15/25
Internet
VPI 8, VCI 32, PCR 256/128 Kb/s
Router ADSL
Ethernet 10BASE-T
Bucle de abonado (conexión ADSL)
Enlace ATM OC-3 (155 Mb/s)
Circuito permanente ATM
25
Sumario

• Frame Relay
• ATM
• Formato de celdas y conmutación
• Categorías de servicio, parámetros, conformación
  y vigilancia de tráfico
• Direcciones y autoconfiguración

26
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).

27
Categorías de Servicio ATM
Contrato plata
Red ATM
Contrato

• Parámetros de tráfico
• PCR/CDVT
• SCR/BT
• MCR
• Calidad de Servicio
• Max. CTD
• Peak to Peak CDV
• CLR

28
Servicio CBR (Constant Bit Rate)
Capacidad reservada no aprovechable
CBR2

CBR2

CBR1
CBR1

• 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.

29
Servicio VBR (Variable Bit Rate)
VBR

VBR

CBR
CBR

• 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.

30
Servicio UBR (Unspecified Bit Rate)
VBR
UBR
CBR
VBR
CBR
UBR
Celdas descartadas en caso de congestión

• 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

31
Servicio ABR (Available Bit Rate)
VBR
ABR
CBR
VBR
CBR
ABR
(PCR, MCR, CLR)
La realimentación de la red evita la congestión
y la pérdida de celdas

• 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

32
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.
33
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

34
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

35
Vigilancia de tráfico (traffic policing)
Bit CLP
Celda Marcada
UPC
A
B
C
A
0
0
0
0
1
B

• DEJAR PASAR
• MARCAR BIT CLP
• DESCARTAR

Celda Descartada
C
En caso de congestión la red puede descartar las
celdas marcadas más tarde
36
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 CLP1.

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 ? / ? ? / ?
37
Reparto de la capacidad de un enlace por
categorías de tráfico ATM
ABR MCR
UBR
ABR
ABR PCR
VBR PCR
Capacidad del enlace
VBR SCR
VBR
CBR PCR
CBR
38
Sumario

• Frame Relay
• ATM
• Formato de celdas y conmutación
• Categorías de servicio, parámetros, conformación
  y vigilancia de tráfico
• Direcciones y autoconfiguración

39
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.

40
Autoconfiguración ATM
ILMI (Integrated Local Management
Interface) Primera parte
Cual es el prefijo ATM? Mi MAC aabb
VPI 0, VCI 16
UNI
port n
Direc. MAC aabb Pref. ATM ???
Prefijo ATM 39.724F Direc. Port n ???
Red
ESI
Red
ESI
39.724F
?
19 Bytes
19 Bytes
Host ATM
Conmutador ATM
41
Autoconfiguración ATM
ILMI (Integrated Local Management
Interface) Segunda parte
Red 39.724F
VPI 0, VCI 16
UNI
port n
Prefijo ATM 39.724F Direc. Port n 39.724Faabb
Direc. MAC aabb Pref. ATM 39.724F
Red
ESI
Red
ESI
aabb
39.724F
39.724F
aabb
19 Bytes
19 Bytes
Host ATM
Conmutador ATM