miércoles, 7 de diciembre de 2016

5.3 ATM

Concepto:

El modo de transferencia asíncrona (Asynchronous transfer mode, ATM) ES UNA RED DE CONMUTACIÓN de paquetes QUE ENVÍA PAQUETES (CELDAS ATM) DE LONGITUD FIJA A TRAVÉS DE LANS O WANS, en lugar de paquetes de longitud variable utilizados en otras tecnologías.

Los paquetes de longitud fija, o celdas, son paquetes de datos que contienen únicamente información básica de la ruta, permitiendo a los dispositivos de conmutación enrutar el paquete rápidamente. La comunicación tiene lugar sobre un sistema punto-a-punto que proporciona una ruta de datos virtual y permanente entre cada estación.


ATM es una tecnología de telecomunicación desarrollada para hacer frente a la gran demanda de capacidad de transmisión para servicios y aplicaciones.








Método de acceso:

Una red ATM utiliza el método de acceso PUNTO-A-PUNTO, que transfiere paquetes (celdas ATM) de longitud fija de un equipo a otro mediante un equipo de conmutación ATM. El resultado es una tecnología que transmite un paquete de datos pequeño y compacto a una gran velocidad.

Velocidad de transferencia:

En una red ATM se encuentra entre 155 y 622 Mbps.
Su alta velocidad permite transmitir voz, vídeo en tiempo real, audio con calidad CD, imágenes y transmisiones de datos del orden de megabytes.
Utilizando ATM, podemos enviar datos desde una oficina principal a una ubicación remota. Los datos viajan desde una LAN sobre una línea digital a un conmutador ATM y dentro de la red ATM. Pasa a través de la red ATM y llega a otro conmutador ATM en la LAN de destino.

Debido a su ancho de banda expandido, ATM puede utilizarse en entornos de:

+ Voz, vídeo en tiempo real.
+ Audio con calidad CD.








5.2.3 Gestión de tráfico

El control de tráfico en Frame Relay se basa en la especificación de varios parámetros, el más importante de los cuales es el denominado CIR (Committed Information Rate). En el caso de circuitos permanentes el CIR se especifica en el momento de configurar los equipos; en el de circuitos conmutados es solicitado por el usuario en el momento de efectuar la llamada; en este último caso la red puede tener que rechazar la llamada si no dispone de la capacidad solicitada.



El control de tráfico en Frame Relay se realiza de la siguiente forma. El conmutador Frame Relay al que está conectado el equipo del usuario realiza una monitorización permanente del tráfico que el usuario inyecta en la red por el circuito virtual. Si el usuario no supera en ningún momento el CIR sus tramas viajarán todas con el bit DE (Discard Elegibility) a cero; sin embargo, si el usuario excede dicha capacidad el conmutador Frame Relay pondrá a 1 el bit DE en aquellas tramas que se encuentren (en todo o en parte) por encima de la capacidad especificada en el CIR. Un segundo parámetro, conocido como:

EIR (Excess Information Rate), especifica un caudal adicional que el usuario no deberá superar nunca, ya que las tramas recibidas por encima de este valor serán directamente descartadas por el conmutador.

La implementación práctica del algoritmo que acabamos de describir utiliza en realidad otros dos parámetros: o Bc: Tamaño de ráfaga comprometida (Committed burst size). Indica la cantidad máxima de bits que la red se compromete a enviar, en condiciones normales, durante un intervalo de tiempo T.

Estos datos pueden estar o no contiguos, es decir pueden formar parte de una o de varias tramas. o Be: Tamaño de ráfaga excedente (Excess burst size). Indica la máxima cantidad de bits que, además de Bc, podrá el usuario intentar enviar por la red, durante un intervalo de tiempo T. No hay compromiso en la transferencia de estos datos, o dicho con más precisión, hay una menor probabilidad de que estos datos lleguen a su destino que los que son enviados dentro de Bc.
Entre los parámetros Bc y CIR se cumple la relación:

Bc = CIR * T
Análogamente entre Be y el EIR se cumple la relación:
Be = EIR * T






Los parámetros CIR y Bc configuran un pozal agujereado donde ρ = CIR y C = Bc; mientras que EIR y Be configuran un segundo pozal agujereado con ρ = EIR y C = Be. El tráfico enviado a la red por el primer pozal tiene el bit DE a 0. El segundo pozal actúa como desbordamiento del primero y marca el tráfico que envía a la red con el bit DE a 1. El tráfico excedente de este segundo pozal es descartado.

Para comprender como funciona el control de tráfico en Frame Relay supongamos que un usuario contrata con Telefónica un acceso Frame Relay con una línea física E1, es decir con una capacidad máxima entre su ordenador y el conmutador Frame Relay de 2.048 Kb/s. El usuario contrata además un PVC con un CIR de 1.024 Kb/s; Telefónica configura el enlace con un EIR de 384 Kb/s y establece el valor de T en 1 segundo (con lo que automáticamente han quedado fijados los valores de Bc y Be en 1.024.000 y 384.000 bits). Obsérvese que aunque se han definido varios parámetros el único especificado en el contrato del usuario con Telefónica (y el único de cuyo valor el usuario tiene conocimiento oficial) es el CIR.







5.2.2 Parámetros de un circuito


Frame Relay utiliza un circuito virtual (VC), que es una conexión lógica creada entre dos equipos terminales de datos (DTE) a traves de la red del proveedor de servicio. 
El equipo del proveedor, al que se conecta el DTE, se llama DCE y se encarga de dar el reloj y los servicios de conmutacion en la red. 

Cada circuito virtual se identifica con un identificador llamado DLCI. El DLCI del circuito tiene ambito local, ya que los switches de la red podran conmutar el valor del DLCI a lo largo de todo el trayecto del circuito virtual. Cuando se contrata un servicio Frame Relay, para cada circuito virtual se especifica un CIR, que es la velocidad de transmision de datos promedio maxima que la red se compromete a transportar bajo circunstancias normales, es decir, si transmites a una velocidad Superior a CIR los paquetes seran marcados como candidatos a ser descartados en caso de sobrecarga de la red. 

El estandar de senalizacion entre el router (DTE) y el switch Frame Relay (DCE) se llama LMI y existen varios tipos, luego es necesario que el DCE y el DTE utilicen el mismo tipo para poder comunicarse. 

Una conexion Frame Relay necesita que, en un circuito virtual, el DLCI local este asociado (mapeado) a una direccion de nivel de red, por ejemplo direccion IP. 



Cuando una trama entra en la red el switch realiza lo siguiente:

Mira el valor de DLCI entrante. 

Consulta (en una tabla que mapea cada DLCI destino con un puerto) el valor correspondiente al DLCI del extremo remoto. 

Transmite la trama al puerto correspondiente incluyendo los dos valores de DLCI en la cabecera Frame Relay. 

Cuando la trama sale por el otro extremo, ya sale etiquetada con el DLCI destino al que es asignada a la entrada de la red. Este metodo permite tener multiples DLCIs sobre un mismo puerto fisico de un switch. 


La evolucion tecnologica ha logrado mejorar la calidad de las lineas, permitiendo desplazar el control de los errores a los propios equipos situados en los extremos de la comunicacion, que pueden interpretar las senales de control de flujos generadas por la red. 

Datos de Usuario: Esta informacion se mete en la trama y, en recepcion, se pasa directamente al nivel superior. Su longitud maxima no esta definida en el estandar de facto, pues no se pudo llegar a un acuerdo. Normalmente los operadores de redes FR la situan alrededor de 1600 bytes. 

Conviene destacar que el protocolo define tambien el orden de transmision de los bits de la trama por linea. Este orden es, segun se ha querido dar a entender con la figura 4.42 b), de izquierda a derecha (segun estan numerados los bits) y de arriba hacia abajo. La transmision es en serie por la linea y un bit va detras de otro. Un sistema final o intermedio que reciba una trama debe saber el significado de cada bit que le llega, y este significado depende del orden de ese bit dentro de su trama. 


Los sistemas pueden almacenar las tramas de formas diferentes. No olvidemos que la representacion interna de la informacion dentro de un sistema puede tener diferentes significados, segun el convenio que haya adoptado la implementacion de esa maquina. Existen los convenios extremista mayor y extremista menor (Big-Endian y Little- Endian en ingles), y estos, a su vez pueden estar referidos a bits, bytes o palabras. El sistema debe tener esto en cuenta para operar adecuadamente con los bits que tiene almacenados, y al transmitir o recibir bits de tramas, hacerlo en el orden que establece el protocolo. 





5.2.1 Arquitectura de una red Frame Relay.




El FRL es un servicio orientado a la conexión para la transmisión de datos en frames de tamaño variable de hasta 8 Kbytes y velocidades de hasta 2 Mbps. Esta velocidad máxima es consecuencia a que el estándar fue especificado dentro de la ISDN, aunque no existe otro motivo que impida el soporte de velocidades superiores.

Una red Frame Relay proporciona los servicios y las facilidades para que los usuarios puedan conectarse con otros usuarios que también utilizan FRL. El servicio ofrecido está dividido en dos planos que utilizan el mismo medio físico. 

· Plano de control (C-plane): encargado de realizar las conexiones a lo largo de toda la red y sobre las que se transferirán los datos. El protocolo de señalización utilizado es el Q.933 una extensión del Q.931 utilizado en la ISDN, mientras que en el nivel de enlace utiliza el Q.922, también conocido como LAPF, con controles de error y de flujo que permitan el control completo de los mensajes de señalización.

· Plano de usuario (U-plane): una vez establecida la conexión el FRL utiliza el Q.922 como protocolo de enlace para transferir información entre los usuarios aunque únicamente usa la denominadas funciones núcleo que no proporcionan ni control de errores ni control de flujo funciones que deberá implementar los equipos terminales de los usuarios.

El protocolo de enlace

Al observar el formato del frame utilizado en la Q.922 reconocemos similitud con otros protocolos de nivel 2 (SDLC, LAPD, LAPB...) excepto en algo fundamental: no tiene campo de control, por lo que podemos empezar constatando lo que el LAPF no puede hacer: 
Sólo existen frames de información que transportan datos.
No existen frames de señalización ya que no hay forma material de codificar mensajes especiales para el establecimiento o la liberación de conexiones. 
Tampoco existen frames que permitan a la red ejecutar control de flujo, enviar ACKs, o pedir retransmisiones... ¡¡¡ ni siquiera existe un campo que permita numerar los frames!!! 
Todas estas funciones deben ser implementadas en los equipos terminales tales como routers, bridges o controladoras de comunicaciones, que deberán disponer de los mecanismos necesarios para el secuenciamiento, el control de flujo, el envío de ACKs y la detección/recuperación de frames erróneos o duplicados, que permitan garantizar la integridad de los datos transmitidos. 
El limitado conjunto de funciones núcleo del Q.922 utilizadas para la transferencia de información de los usuarios determinan las principales características de las redes frame relay: 
La red detecta pero no recupera errores, los nodos de la red tienen capacidad de detectar errores y en determinados casos de eliminar frames, pero nunca recuperarlos. 

La red da avisos de congestión, utilizando dos bits, FECN y BECN (Forward and Backward Explicit Congestion Notification) con los que la red informa si hay congestión en los nodos atravesados. El bit FECN indica que había congestión en el camino atravesado por el frame, mientras que el bit BECN indica que había congestión para los frames que circulaban en la dirección opuesta. Ambos son indicaciones que invitan al generador de tráfico a reducir su velocidad de transmisión para bajar el nivel de congestión de la red. El FECN es útil cuando existen a mecanismos de ventana de nivel superior entre los usuarios finales mientras que el BECN se utiliza si se verifica tráfico en ambas sentidos. 

La figura muestra como una red FRL se comporta cuando los requerimientos del tráfico aumentan: al principio el troughput aumenta proporcionalmente al tráfico requerido por los usuarios, pero llega cierto punto A en el que la red no puede gestionar todo el tráfico: ha entrado en congestión. Observar como el throughput ya no es el mismo que el tráfico ofrecido ya que algunos frames empiezan a ser descartados. De continuar incrementándose el tráfico llega un punto B donde el que el throughput llega a disminuir, en esta situación los usuarios deberán reducir su tráfico, de lo contrario un alto porcentaje de sus frames serán desechados. 

Gestión de la red 

 ·         Funciones de Management a través del LMI (Local Management Interface) permite la comunicación con la red que informa del estado de los Circuitos Virtuales Permanentes (PVC). Se está trabajando para que el LMI también sirva para el establecimiento de Conexiones Virtuales Conmutadas (SVC). Para realizar la comunicación entre el dispositivo de datos del usuario (DTE) y la red existe un DLCI reservado a través del cual se realizan las siguientes funciones:

·         Requerimientos que permiten al DTE preguntar a la red si continúa activa.
·      Requerimientos que permiten al DTE preguntar por las lista de DLCI definidos para su interface.
·   Requerimientos que permiten conocer el estado de cada DLCI si está o no está congestionado. 

En el futuro podrá ser usado para la gestión de más información de la red. En la actualidad los DTE no tienen la obligación de utilizar el LMI ya que sólo se utilizan PVC que tienen unas posibilidades más restringidas a la hora de gestionar los enlaces

5.2 Frame Relay

Es un estándar del Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico (CCITT) y del Instituto Nacional Americano de Normalización (ANSI) que define un proceso para el envío de datos a través de una red de datos públicos (PDN).

Opera en las capas física y de enlace de datos del modelo de referencia OSI, pero depende de los protocolos de capa superior como TCP para la corrección de errores.

Se basa en la conmutación por paquetes. Frame Relay utiliza circuitos virtuales para realizar conexiones a través de un servicio orientado a conexión.


Frame Relay es un protocolo de capa de enlace de datos conmutado de estándar industrial, que maneja múltiples circuitos virtuales mediante el encapsulamiento de Control de enlace de datos de alto nivel (HDLC) entre dispositivos conectados.





TÉRMINOS DE FRAME RELAY

Velocidad de acceso: La velocidad medida por reloj (velocidad de puerto) de la conexión (loop local) a la nube Frame Relay. Es equivalente a la velocidad a la que los datos viajan hacia dentro o fuera de la red.

Identificador de conexión de enlace de datos (DLCI): Es un número que identifica el extremo final en una red Frame Relay. Este número sólo tiene importancia para la red local. El switch Frame Relay asigna los DLCI entre un par de routers para crear un circuito virtual permanente.

Interfaz de administración local (LMI): Estándar de señalización entre el equipo terminal del abonado (CPE) y el switch Frame Relay a cargo del manejo de las conexiones y mantenimiento del estado entre los dispositivos. Se soportan tres tipos de LMI: cisco, ansi y q933a.

Velocidad de información suscrita (CIR): CIR es la velocidad garantizada, en bits por segundo, que el proveedor del servicio se compromete a proporcionar.

Ráfaga suscrita: Cantidad máxima de bits que el switch acepta transferir durante un intervalo de tiempo. (Se abrevia como Bc)

Ráfaga excesiva: Cantidad máxima de bits no suscritos que el switch Frame Relay intenta transferir más allá de la CIR. La ráfaga excesiva depende de las ofertas de servicio que el distribuidor coloca a disposición, pero se limita generalmente a la velocidad de puerto del loop de acceso local.

Indicador de posible para descarte (DE): Bit establecido que indica que la trama se puede descartar para darle prioridad a otras tramas si se produce congestión. Cuando el router detecta congestión de red, el switch Frame Relay descarta en primer lugar los paquetes con el bit DE. El bit DE se establece en el tráfico sobresuscrito (es decir, el tráfico recibido después de alcanzar la CIR).

Notificación explícita de la congestión (FECN): Bit establecido en una trama que notifica a un DTE que el dispositivo receptor debe iniciar procedimientos para evitar la congestión. Cuando un switch Frame Relay detecta la existencia de congestión en la red, envía un paquete FECN al dispositivo destino, indicando que se ha producido la congestión.

Notificación de la congestión retrospectiva (BECN): Bit establecido en una trama que notifica a un DTE que el dispositivo remitente debe iniciar procedimientos para evitar la congestión. Cuando un switch Frame Relay detecta congestión en la red, envía un paquete BECN al router origen, instruyendo al router para que reduzca la velocidad a la cual está enviando los paquetes. Si el router recibe cualquier BECN durante el intervalo de tiempo en curso, reduce la velocidad de transmisión un 25%.







Red Frame Relay

No existe ningún estándar en la actualidad para la conexión cruzada de equipamiento dentro de una red Frame Relay. Por lo tanto, el soporte de las interfaces Frame Relay no necesariamente implica que se deba utilizar el protocolo Frame Relay entre los dispositivos de red. De esta manera, se puede utilizar la conmutación por circuito tradicional, la conmutación por paquetes o un enfoque híbrido que combine estas tecnologías, como vemos en la figura.




Multiplexión Frame Relay

Como interfaz entre el equipo del usuario y de red, Frame Relay proporciona un medio para realizar la multiplexión de varias conversaciones de datos lógicas, denominadas circuitos virtuales, a través de un medio físico compartido asignando DLCI a cada par de dispositivos DTE/DCE. La multiplexión Frame Relay permite un uso más flexible y eficiente del ancho de banda disponible. Por lo tanto, Frame Relay permite a los usuarios compartir el ancho de banda a un costo reducido.





5.1.3 Clases de servicio.

WiMAX basa la transmisión de datos en el concepto de servicio (service-flow o flow).

Los servicios permiten a una estación base (BS) y a sus clientes (SS o CPEs) intercambiar datos. Es por tanto necesario que existan dos tipos de servicios:

· Servicios de gestión: destinados a intercambiar la información que controlará el enlace entre BS y CPE.
·   Servicios de datos: destinados a transmitir el tráfico de datos entre el CPE y la BS, tanto en sentido usuario -> red como red -> usuario.

Usar servicios para transportar datos, además de diferente a otras tecnologías, es fundamental para que WiMAX pueda ser lo que es y ofrecer garantías de QoS a nivel de operador. Cuando un CPE entra en una celda WiMAX, la BS negocia los servicios de datos (además de los de gestión) que se van a establecer para transmitir el tráfico. Cada uno de estos servicios lleva asociado, de forma independiente al resto de servicios:

· Un contrato de QoS: tasa máxima sostenida, tasa mínima garantizada, priorización, retardo máximo.
·  Una política de filtrado: una serie de reglas que permitirán determinar qué paquetes de datos se van a cursar por el servicio.

Es responsabilidad del operador el definir qué servicios va a proveer sobre sus celdas y a qué usuarios. La tecnología 802.16 (WiMAX) permite al operador mapear directamente sus servicios comerciales sobre los servicios de transmisión de datos en el aire.

5.1.2 Encapsulación.

Para llevar a cabo esta tarea existen un conjunto de protocolos que rigen los mecanismos necesarios para llevar a cabo dicho objetivo. Estos se encargan de regular la transmision de informacion controlando la congestión, la calidad de servicio, etc.
En la actualidad los mas conocidos son : Modelo TCP/IP y Modelo OSI, ambos organizados en capas como se observa en la siguiente figura:


El modelo utilizado por Internet es TCP/IP dividido en cuatro capas o niveles, las cuales se pueden definir brevemente como:
  • Capa de aplicación: maneja los aspectos de representación, codificación y control de dialogo.
  • Capa de transporte: se encarga del enrutamiento entre redes.
  • Capa de Internet: se encarga del transporte de datos desde el origen al destino.
  • Capa de acceso a la red: acceso al medio físico.


Durante la transmisión en el origen, cada capa encapsula los datos de la capa superior y agregan información de la capa actual, esto se conoce como cabecera, y en cada capa se le añade una. Cuando los datos llegan al destino se realiza la operación contraria, cada capa se elimina las cabeceras correspondientes hasta llegar al cliente los datos únicamente.
Esta operación se puede ver en la siguiente imagen: