Читать книгу Desarrollo del proyecto de la red telemática. IFCT0410 - Ricardo Jorge Rodríguez - Страница 12

En primer lugar, se tratarán las características de la red ATM. Este modo de transferencia es una tecnología de telecomunicación que nació para poder dar servicio al gran ancho de banda necesario para aplicaciones y servicios.

ATM

La conmutación de celdas en modo circuito virtual a altas velocidades permite simular las condiciones de una conmutación de circuitos y, por lo tanto, poder ofrecer servicios con una cierta calidad de servicio.

Importante

ATM se fundamenta en 3 principios:

1 Conmutación de paquetes de un tamaño reducido y fijo, denominados celdas.

2 Tecnología basada en circuitos virtuales.

3 Utilización de altas velocidades de transmisión.

ATM (Asynchronous Transfer Mode) está orientado a la conexión, como una red de conmutación de circuitos. En el momento de iniciar la comunicación hacia un destino debe establecer el camino virtual que seguirán todas las celdas desde el origen hasta el destino. Este camino no cambia durante toda la comunicación; por lo tanto, si cae un nodo la comunicación se pierde. Todos los encaminadores intermedios (o conmutadores) a lo largo del camino introducen entradas en sus tablas para encaminar cualquier paquete del circuito virtual, y también reservarán los recursos necesarios para garantizar durante toda la sesión la calidad del servicio al usuario. Por esta razón, ATM garantiza el orden de llegada de las celdas, pero no garantiza la recepción de una celda, ya que la puede descartar si no es correcto.

ATM utiliza paquetes de un tamaño fijo y reducido, denominados celdas. Cada celda tiene un tamaño de 53 bytes, de los que 5 bytes son de cabecera y los restantes 48 bytes de datos útiles (payload). La utilización de este tipo de celdas supone las siguientes ventajas:

1 Facilita la conmutación de alta velocidad.

2 Simplifica el hardware en los conmutadores y el procesamiento necesario en cada nodo.

3 Reduce el tamaño de las memorias intermedias internas de los conmutadores y permite una gestión de las memorias intermedias más rápida y eficiente.

4 Reduce el retraso de procesamiento, ya que pueden ser procesadas rápidamente y además permiten realizar esta operación por hardware.

5 Disminuye la variabilidad del retraso al tener todas las celdas la misma medida, lo que resulta esencial para aquellos servicios sensibles a la cuestión temporal, como son los de voz o vídeo.

Otras características de ATM son:

1 El estándar ATM define un conjunto total de protocolos de comunicación, desde una API del nivel de aplicación hasta el final a través de la capa física.

2 ATM puede funcionar sobre cualquier capa física. A menudo, funciona sobre fibra óptica, utilizando el estándar SONET (Synchronous Optical Network, Red Óptica Síncrona) a velocidades entre 155,52 Mbps y 622 Mbps, e incluso más elevadas (del orden del gigabit). Se eligió la velocidad de 155 Mbps porque es lo que se necesita para la televisión de alta definición y para que sea compatible con el sistema de transmisión SONET. La velocidad de 622 Mbps se eligió para que 4 canales de 155 Mbps se pudieran transmitir simplemente en uno.

3 ATM es un sistema flexible, diseñado para soportar una amplia variedad de tipo de tráfico: de tasa constante de bits (CBR), de tasa variable de bits (VBR), de tasa disponible de bits (ABR) y de tasa no especificada de bits (UBR).

4 Permite convertir cualquier tipo de tráfico en celdas de 53 bytes y transportarlo sobre una columna vertebral* o WAN. Permite multiplexar las conexiones de diferentes flujos de datos sobre la misma interfaz física debido a las altas velocidades a las que funcionan los equipos ATM. Nota: en inglés, backbone. Se trata de la columna vertebral de la red, normalmente donde se aloja la electrónica de red.

5 ATM no proporciona retransmisiones en términos de enlace a enlace. Si un conmutador* detecta un error en una cabecera de celda ATM, intenta corregir el error utilizando códigos correctores de errores. Si no puede corregir el error, desecha la celda, en lugar de solicitar una nueva retransmisión desde el conmutador precedente. Nota: en inglés, switch (conmutador).

6 ATM solo proporciona control de congestión para un determinado tipo de tráfico (ABR). Los conmutadores ATM proporcionan realimentación al terminal emisor para ayudar a regular su tasa de transmisión en los momentos de congestión de la red.

Formato de las celdas ATM

Son estructuras de datos de 53 bytes compuestas por dos campos principales:

1 Header: sus cinco bytes tienen las siguientes funciones principales:La identificación del canal.Detección de errores y activación o desactivación de la célula.Información concerniente a la corrección de errores y el número correspondiente de la secuencia.

2 Payload: sus 48 bytes se componen de los datos de usuario y protocolos (denominados AAL).

Dos de las especificaciones más importantes de ATM son los canales virtuales y sus rutas virtuales, que se materializan en 2 identificadores del header de cada célula (VCI y VPI), ambos determinan la ruta entre los nodos.

La definición del estándar marca el protocolo de conexión que las transmite, siendo los dos formatos de celda los siguientes:

1 NNI (interfaz red a red), hace referencia a la conexión conmutada ATM en redes privadas.

2 UNI (interfaz usuario a red), hace referencia a la conexión de un conmutador ATM (puede ser pública o privada), a un terminal ATM de un usuario (este último es el más usado).

Nota

NNI son las siglas de Network to Network Interface.

UNI son las siglas de User to Network Interface.

Conexiones virtuales ATM

Las conexiones lógicas ATM están relacionadas con las conexiones de los canales virtuales (VCC), que indican el camino fijo que debe seguir la celda. La conexión entre dos sistemas finales se puede realizar mediante:

1 Caminos de transmisión (TP): conexión física entre un sistema final y un conmutador o entre dos conmutadores.

2 Camino virtual (VP): conjunto de una o más conexiones entre dos conmutadores. El campo VPI de la celda ATM identifica un camino virtual.

3 Circuito virtual (VC): todas las celdas que pertenecen al mismo mensaje viajan por el mismo circuito virtual y mantienen su orden original hasta llegar al destino. El campo VCI de la celda ATM identifica un canal virtual.

Nota

TP son las siglas de Transmission Path.

VP son las siglas de Virtual Path.

VC son las siglas de Virtual Channel.

Varios circuitos virtuales forman un camino virtual. Y la concatenación de varios caminos virtuales forma un canal físico de transmisión.

Dos tipos de conexiones se ofrecen en ATM:

1 Los circuitos conmutados virtuales, como son las llamadas telefónicas de voz (se establecen dinámicamente).

2 Los circuitos virtuales permanentes, que son solicitados manualmente por el usuario final (por ejemplo, para enviar un fax). La ventaja sobre la conmutación virtual de circuitos es que no es necesario ningún tipo de tiempo para establecer el circuito, los paquetes se mueven instantáneamente. Los troncales ATM en Internet utilizan, a menudo, circuitos virtuales permanentes, lo que evita la necesidad de establecimiento o destrucción de VC dinámicos.

Funcionamiento de ATM

El funcionamiento de ATM se basa en el establecimiento de un camino entre el emisor y el receptor, pasando por los nodos intermedios que sean necesarios; su principal componente es el conmutador.

Emisor

Antes de que una fuente pueda comenzar a enviar celdas a un destino, la red ATM debe establecer un canal o circuito virtual (VC) desde la fuente al destino. Cada VC es un recorrido que consta de una secuencia de enlaces entre la fuente y el destino. En cada uno de los enlaces, el VC tiene un identificador de circuito virtual (VCI).

En el terminal transmisor, la información es escrita byte a byte en el campo de información de usuario de la celda y, a continuación, se le añade la cabecera. Cada celda incluye en su cabecera un campo para el número de circuito virtual, VCI, que es utilizado para encaminar la celda hacia su destino.

Conmutación

El componente principal de una red ATM es el conmutador, diseñado para transmitir información a muy alta velocidad. El conmutador enruta individualmente cada celda ATM basándose en el camino virtual (VPI) y en el circuito virtual (VCI) de su cabecera. Cuando una celda llega a un encaminador, este le cambia el encabezado según la tabla que posee y lo envía al siguiente enlace con un VPI y/o un VCI nuevo.

Receptor

En el extremo distante, el receptor extrae la información, igualmente byte a byte, de las celdas entrantes y, por convenio con la información de cabecera, la envía donde esta le indique, pudiendo ser un terminal u otro módulo ATM para ser encaminada a otro destino.

3.4. Frame relay

Frame relay (que significa retransmisión de tramas) es una técnica simplificada de conmutación de paquetes para el transporte de información de datos. Frame relay representa la evolución de la red X.25. Al igual que su antecesor, Frame relay solo regula la interfaz usuario-red.

Frame relay confía en la utilización de medios digitales de alta velocidad y muy fiables (baja tasa de error). Por esa razón, elimina funciones como el control de flujo y la corrección de errores de las capas de enlace y de red, dejando estas funcionalidades para los niveles superiores.

Si Frame relay recibe una trama errónea, simplemente la descarta, confiando en que sea el protocolo de nivel superior de un equipo final quien pida la retransmisión de la trama. De este modo, esta conmutación se ha convertido en el complemento perfecto del protocolo TCP/IP.

Debido a esta reducción de funcionalidades, todo el mundo considera que Frame relay no es un protocolo de nivel de red, sino de nivel de enlace.

Frame relay, dado que se orienta a la conexión, proporciona uniones entre usuarios a través de una red pública de conmutación de paquetes, del mismo modo que lo haría una red privada con circuitos punto a punto. Está a medio camino entre una red de conmutación de paquetes como X.25 y una red de conmutación de circuitos como RDSI. Por ello, este tipo de red se considera una red de conmutación de paquetes en modo circuito virtual.

La retransmisión de trama ofrece dos tipos de circuitos virtuales:

1 Circuitos virtuales conmutados (SVC): estos solo han sido definidos en el estándar propuesto por la ITU-T y no por el estándar de facto.

2 Circuitos virtuales permanentes (PVC): están definidos en todos los estándares.

Nota

SVC son las siglas de Switched Virtual Circuit.

PVC son las siglas de Permanent Virtual Circuit.

Los circuitos virtuales permanentes se diferencian de los primeros en que tienen el origen y el destino prefijados, asignados por el operador de la red, y, por lo tanto, no son necesarias las fases de establecimiento y liberación.

El servicio que suelen ofrecer los operadoras de redes Frame relay solo incluye PVC y se utiliza típicamente para dar servicios de comunicaciones dentro de una corporación.

Importante

La característica principal de las redes Frame relay es la alta disponibilidad de la que disponen. Por todo ello, muchas compañías lo usan para cursar tráfico telefónico, en el que lo más importante (más que la probabilidad de error) es tener una elevada disponibilidad. Aunque Frame relay no es un protocolo especialmente diseñado para soportar tráfico multimedia, audio y vídeo en tiempo real, sí que se utiliza para la transmisión de datos combinado con TCP/IP.

Arquitectura Frame relay

A diferencia de X.25, Frame relay realiza una separación física del plano de control y del plano de usuario. El plano usuario es la parte de la arquitectura de protocolo por la que circulan los datos del usuario y el plano control es la parte de la arquitectura de protocolo por la que circulan datos entre el usuario y la red, para su supervisión. Frame relay no tiene temporizador, por lo que supervisa el estado del acceso físico mediante protocolo de señalización, para informar de que se ha dañado o se han producido errores.

Estándares asociados

Frame relay es un estándar especificado por el CCITT (ahora ITU-T) y el ANSI en varias recomendaciones que definen las señales y la transmisión de datos al nivel de enlace (nivel 2 de OSI):

1 Recomendación del CCITT I.122 que describe el servicio Frame relay, incluyendo SVC y PVC. Es similar a la ANSI T1.606. La multiplexión de circuitos se realiza a nivel 2, en lugar de a nivel 3, como sucede en el caso del protocolo X.25.

2 Recomendación CCITT Q.922, equivalente a la ANSI T1.618, en la que se define el servicio Frame relay como el nivel 2 de RDSI.

3 Recomendación del CCITT Q.933, equivalente a la ANSI T1.617, que define los procedimientos de señalización para el establecimiento de los SVC.

4 Recomendación del CCITT I.433, que especifica la interfaz física, tanto para los PVC como los SVC.

5 Recomendación del CCITT I.370, equivalente a la ANSI T1S1/90-175R4 (addendum de la T1.606). Describe los métodos opcionales para el control de la congestión y gestión dinámica del ancho de banda.

Sabía que...

Además, existe el Frame relay Forum, creado en 1990 por varios fabricantes con el objetivo de promover su utilización y editar especificaciones complementarias (algunas han sido incorporadas posteriormente por el CCITT).

Frame relay y su forma de trabajo

Una red Frame relay está formada por nodos y terminales conectados a estos. El terminal (DTE) envía tramas a la red, cada una con un código de identificación DLCI (Data Link Circuit Identifier) que indica el destino de esta.

Durante el proceso de llamada o al contratar el servicio al operador, todos los nodos en el camino hacia el destino final reservan un canal específico identificado con un DLCI, por el que las tramas con el mismo identificador deberán enviarse. Los nodos encaminan las tramas hacia su destino leyendo su código de identificación.

Se aprecia cómo, a diferencia de otros circuitos de conmutación, en Frame relay hay DLCI diferentes en el UNI para datos entrantes y salientes de la red. Además, cada circuito se trata de un CVP, y no de un CVC.

Tabla de conmutación de Frame Relay

La tabla de conmutación Frame Relay consta de cuatro entradas: dos para el puerto y DLCI entrante, y dos para el puerto y DLCI saliente.

El DLCI se puede, por lo tanto, reasignar a medida que pasa a través de cada switch; el hecho de que se pueda modificar la referencia de puerto explica por qué el DLCI no varía aun cuando la referencia de puerto pueda ser modificada.

Control de congestión

El tráfico que puede cursar un nodo depende del tráfico que le llega y de su capacidad de conmutación. Cuando a un nodo le llegan datos que no puede cursar, los descarta y se quedan sin alcanzar su destino (es cuando la curva cae).

Para evitar entrar en la zona de congestión, Frame relay utiliza el mecanismo de notificación y descarte, funcionalidad implementada en el nivel 2 del plano del usuario. Si no lo hace, la red descartará mediante técnicas estadísticas los datos que considere oportunos, notificando al DTE del usuario que disminuya su tasa de tráfico.

Cabe señalar que la congestión es unidireccional, pues puede haber caminos distintos para los dos sentidos de la transmisión y mientras uno puede estar sufriendo problemas de tráfico (congestión), el otro puede no tenerlos.

QoS

Frame relay permite contratar una cierta calidad de servicio o ancho de banda asegurado para cada circuito virtual. Dicha calidad está definida mediante ciertos parámetros:

1 CIR. (bits/s): es la tasa de información comprometida, es decir, el caudal medio garantizado que la red se compromete a dar en una conexión durante un intervalo de tiempo definido (Tc). Es un parámetro asociado a cada sentido de la transmisión de cada circuito virtual y puede hacerse asimétrica, es decir, dar un valor distinto del CIR para cada sentido.

2 EIR: margen de tolerancia que se dará al usuario, es decir, cuánto se le va a permitir exceder el CIR contratado puntualmente y siempre que no haya congestión en la red.Tc: intervalo de observación. Parámetro del algoritmo para calcular el CIR.Bc: volumen de información comprometida por la compañía durante el intervalo Tc:Bc = CIR · TcBe: volumen de información en exceso:Be = EIR · Tc

Nota

CIR es la sigla de Committed Information Rate.

EIR es la sigla de Excess Information Rate.

Tc denota Commited Rate Measurement Interval.

Bc denota Committed Burst Size.

Be denota Excess Burst Size.

Si la información cursada durante el intervalo Tc:

1 No sobrepasa Bc, está garantizada su transmisión.

2 Está entre Bc y Bc + Be, no se sabe si llegará o no a su destino (la compañía no lo garantiza). Existe un bit en la trama (bit DE) que es activado por la red en tramas que superen Bc (es decir, aquellas que pertenezcan a Be) para indicar que esas tramas deberían ser descartadas en preferencia a otras, si es necesario.

3 Excede de Bc + Be, seguro que no llegará.

En la interfaz usuario-red se controla, para cada circuito virtual, que los usuarios se ajusten a los parámetros Bc y Be que han negociado. Si la red está bien diseñada, no debe perder datos que no superen el tráfico comprometido.

Aplicación práctica

Usted está administrando la red de un Campus Universitario y está conectado a un nodo con un software de tipo sniffer (aplicación software que captura tramas que circulan por una red) para analizar las tramas; su red es una Frame Relay y observa cómo el bit DE se ha puesto a 1, ¿es posible que este haya sido manipulado por el nodo que está atravesando?

¿Podría un host manipular el bit?

SOLUCIÓN

El conmutador podrá poner el bit DE a 1 en aquellas tramas que no puedan ser enviadas.

Un host puede poner a 1 el bit DE cuando considere que los mensajes son de escasa importancia, reservando su capacidad para otros procesos.