“Tecnologías de Transporte” Parte I

1. “Tecnologías de Transporte” Parte I Prof. Dr. Ing. Gustavo Hirchoren

2. Material basado en “Data and Computer Communications”, Sixth Edition, William Stallings

3. Bibliografía “Data and Computer Communications”, Sixth Edition, William Stallings. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000. “Voice over Frame Relay Implementation Agreement”, FRF. 11.1, Frame Relay Forum Technical Committee, December 1998.

4. Bibliografía “Frame Relay Fragmentation Implementation Agreement”, FRF.12, Frame Relay Forum Technical Committee, December 1997. “Voice Over IP”, Uyless Black. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall PTR, 2000.

5. Central Telefónica Placa E1 Digital Multiplexor/FRAD Router Ejemplo de una RED Modem (Radio, satelital, fibra, etc) CIUDAD 1 Multiplexor/FRAD RED 128 Kbps.- NODO CIUDAD 1 Terminal Router Multiplexor/FRAD CIUDAD 2 128 Kbps.- NODO CIUDAD 2 NODO CIUDAD 4 Terminal Modem (Radio, satelital, fibra, etc) Swithces Router NODO CIUDAD 3 Modem (Radio, satelital, fibra, etc) CIUDAD 3

6. Detalle de un punto remoto Central Telefónica Placa E1 PSK, FSK, 2B1Q G.703 V.35, RS232, X21, G.703 FXO-FXS E&M Conversor de interfaz Multiplexor/FRAD V.35, RS232, X21, etc Modem (Radio, satelital, fibra, etc) INTERFACES SERIALES Router

7. Descripción de equipamiento • MULTIPLEXOR: si hablamos de una red de paquetes, realiza multiplexación estadística, si fuese una red de conmutación de circuitos realiza multiplexación determinística en el tiempo. • FRAD (Frame Relay Assembler - Disassembler): dispositivo que recibe la información de niveles superiores de la capa OSI le agrega el header de nivel 2, la transmite y viceversa (se los suele llamar así a los equipos de Frame Relay que también realizan multiplexación estadística)

8. Descripción de equipamiento • PAD (Packet Assembler - Disassembler): dispositivo que recibe la información de niveles superiores de la capa OSI le agrega el header de niveles 3 y 2, la transmite y viceversa (se los suele llamar así a los equipos de X.25 que se encuentran en el cliente) • CONVERSOR DE INTERFAZ: se utiliza en el caso de que por ejemplo el modem no posea el mismo interfaz serial que el FRAD. • MODEM: recibe la información y la modula para hacerla compatible con el canal y viceversa

9. Principios de las redes de “packet switching” • “Circuit switching” diseñado para voz • Recursos dedicados a cada llamada particular • Mayoría del tiempo una conexión de datos está inactiva • Tasa de datos es fija • Ambos extremos deben operar a la misma tasa

10. Operación básica • Datos transmitidos en pequeños paquetes • Tipicamente 1000 octetos • Mensajes más largos fragmentados en una serie de paquetes • Cada paquete contiene info de datos más control • Información de control • Información de ruteo • Paquetes son recibidos, almacenados brevemente (“buffered”) y pasados al próximo nodo • “Store and forward”

11. Uso de Paquetes

12. Ventajas de “packet switching” • Mayor eficiencia • Conversión de tasa de datos • Cada estación se conecta al nodo local a su propia velocidad • Nodos almacenan datos si se requiere adaptar tasas • Paquetes se aceptan cuando la red está cargada • Aumenta retardo de entrega de paquetes • Se pueden usar prioridades

13. Redes con Datagramas • Cada paquete tratado en forma independiente • Paquetes pueden tomar cualquier ruta • Paquetes pueden llegar fuera de orden • Se pueden perder paquetes • Receptor debe reordenar los paquetes y recuperar los paquetes perdidos

14. Redes con Circuitos Virtuales • Hay una ruta establecida para cada comunicación por la cual circulan todos los paquetes • “Call request” y “Call accept” packets establecen el circuito virtual • Cada paquete contiene un identificador del circuito virtual en lugar de la dirección de destino • No se requieren decisiones de ruteo para cada paquete • El camino no es dedicado

15. Circuitos Virtuales vs Datagramas • Circuitos virtuales • Red puede proveer secuenciamiento y control de error • Paquetes son enrutados más rapidamente • Menos confiable • Pérdida de un nodo produce caída de todos los circuitos a través de ese nodo • Datagramas • No requiere fase de “call setup” • Más flexible

16. Virtual Circuit andDatagram Operation

17. X.25 • 1976 • Interface entre “host” y red de “packet switching” • Soporta PVC y SVC • “Switched virtual circuit”: dinamicamente establecido • “Permanent virtual circuit”: fijo, configurado cuando se contrata • Usa tres layers del modelo OSI: • Physical • Data Link • Network

18. X.25 Uso de “Virtual Circuits”

19. X.25 - Physical • Define las características de la interface entre el “Data terminal equipment” (DTE) y el “Data circuit terminating equipment” (DCE) X.25 - Data Link • Usa “Link Access Protocol Balanced (LAPB)” • Subconjunto de HDLC X.25 - Network • Permite establecer conexiones lógicas (circuitos virtuales) entre terminales

21. Control de flujo “Sliding Window” • Permite que múltiples tramas estén en tránsito • Receptor tiene buffer de tamaño W • Transmisor puede enviar hasta W tramas sin esperar ACK • Cada trama se numera • ACK incluye el número de la próxima trama esperada • Tramas se numeran módulo 2k (k es la cantidad de bits del campo número de secuencia)

22. Ejemplo de “Sliding Window”

23. X.25 nivel 2: trama LAP-B

24. Banderas (“Flags”) • Delimitan los extremos de la trama • 01111110 • Puede cerrar una trama y abrir otra • “Bit stuffing” se usa para evitar confusión con el patrón de datos 01111110 • 0 se inserta después de cada secuencia de cinco 1’s • Si el receptor detecta cinco 1’s chequea el próximo bit • Si es 0, es eliminado • Si es 1 y el sétimo bit es 0, se acepta como bandera • Si el sexto y séptimo bits son 1’s, se aborta la trama

25. “Bit Stuffing” • Patrón original: 11111111111011111101111110 …….. • Después de “bit stuffing”: 1111101111101101111101011111010 ……. • Patrón original: 111110 ………. • Después de “bit stuffing”: 1111100 ……..

26. Ejemplos de operación (1)

27. Ejemplos de operación (2)

28. SVC

29. Formato de paquete

30. Multiplexación de circuitos virtuales • Paquetes contienen un identificador de circuito virtual (VCN) de 12 bits • DTE puede establecer hasta 4095 circuitos virtuales simultáneos con otros DTEs sobre un simple enlace DTC-DCE

31. Numeración de circuitos virtuales

32. “Reset” y “Restart” • Reset • Reinicializa un circuito virtual. Números de secuencia son seteados a cero • Se pierden los paquetes en tránsito. Protocolo de nivel superior debe recuperar los paquetes perdidos • Originado por pérdida de paquete, error de número de secuencia, congestión, pérdida del circuito virtual interno en la red • Restart • Equivale a “Clear request” sobre todos los SVC ‘s y “Reset request” sobre todos los PVC’s • Originado, por ej., debido a la pérdida temporaria de acceso a la red

33. Frame Relay • 1988 • Diseñado para ser más eficiente que X.25 • Para ser utilizado en redes modernas de “fast packet switching” con transmisión digital • Enlaces con menores tasas de error y mayor confiabilidad • Frame Relay soporta: • PVC: generalmente usado actualmente • SVC: señalización Frame Relay ITU-T Q.933

34. Características de X.25 1) Paquetes de control de llamadas transportados en el mismo circuito virtual que paquetes de datos 2) Multiplexado de circuitos virtuales en capa 3 (VCN) 3) Realiza control de error en capa 2, y control de flujo en capas 2 y 3 • Considerable overhead • No apropiado para redes digitales modernas con alta confiabilidad

35. Frame Relay - Diferencias 1) Señalización de control de llamadas transportada en una conexión lógica separada de los datos 2) Multiplexado y conmutación de conexiones lógicas en capa 2 (DLCI) • Elimina una capa de procesamiento 3) No realiza control de flujo ni control de error “hop by hop”. Control de error y de flujo “end to end” (si se usa) es realizado por capas más altas

36. Ventajas de Frame Relay • Reducido overhead • Apropiado para redes digitales modernas con alta confiabilidad • Menor retardo  Voz sobre Frame Relay (VoFR) • Más alto throughput (Rb  N x 64 kbps, hasta 2 Mbps). - Usa LAPF-Core (Link Access Procedure for Frame Mode Bearer Services - Core functions Q.922)

37. LAPF Core Formato

38. Transferencia de datos de usuario • Sólo un tipo de trama • Datos de usuario • No tramas de control • No números de secuencia • No es posible realizar control de flujo o control de error

39. Colas de un Nodo

40. Efectos de la Congestión • Paquetes recibidos son colocados en los buffers de entrada • Se hace una decisión de ruteo • Paquete se mueve a buffer de salida • Paquetes de buffers de salida son transmitidos tan rápido como sea posible • Multiplexado por división de tiempo estadístico • Si llegan paquetes más rápido de lo que pueden ser enrutados o transmitidos los buffers se llenarán • Buffer overflow  descarte de paquetes

41. La congestión se propaga en la red Interacción de colas

42. Mecanismos de Control de Congestión

43. Notificación de congestión explícita • Red alerta a los sistemas terminales de aumento de congestión • Sistemas terminales toman medidas para reducir la carga ofrecida • BECN (“Backward”) • Evitar congestión para el tráfico en la dirección opuesta a la notificación recibida • FECN (“Forward”) • Evitar congestión para el tráfico en la misma dirección a la notificación recibida

44. Manejo de Tasa de tráfico • “Committed information rate”: CIR = Bc/T • Tasa de información en [bps] asignada a cada conexión lógica frame relay • “Committed burst size”(Bc): [bits] • Intervalo de medición (T): [seg] • “Maximum Rate”: (Bc + Be) / T • “Excess burst size” (Be): [bits]

45. Operación del CIR

46. Access Rate,CIR,Maxim. Rate

47. Voz sobre Frame Relay (VoFR)

48. VoFR - FRF.11.1 • El servicio de VoFR soporta múltiples canales de voz y datos sobre una simple conexión frame relay • El servicio de VoFR entrega tramas sobre cada subcanal en el orden en que enviadas • Cada payload se empaqueta como una subtrama dentro del campo de información de una trama • Cada subtrama contiene un header y payload • El header identifica el subcanal de voz/datos y, cuando se requiere, tipo de payload y longitud

49. Relación entre tramas y subtramas • Ej.: un simple DLCI soporta 3 canales de voz y 1 canal de datos. En la primera trama se empaquetan 3 payloads de voz y en la segunda 1 payload de datos

50. Payloads • Cada subcanal transporta un payload primario que contiene tráfico que es fundamental para la operación del subcanal • Otros payloads se pueden enviar para soportar el payload primario (ej. dígitos marcados). Se diferencian del payload primario por la codificación del campo tipo de payload de la subtrama. Un tipo de payload de todos ceros siempre indica un payload primario • Hay 3 tipos de payloads primarios: de voz, de fax y de datos