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Tema 6 Redes Frame Relay y ATM

Tema 6 Redes Frame Relay y ATM. Rogelio Montañana Departamento de Informática Universidad de Valencia rogelio.montanana@uv.es http://www.uv.es/~montanan/. Sumario. Frame Relay ATM: Formato de celdas y conmutación Categorías de servicio, parámetros, conformación y vigilancia de tráfico

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Tema 6 Redes Frame Relay y ATM

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  1. Tema 6Redes Frame Relay y ATM Rogelio Montañana Departamento de Informática Universidad de Valencia rogelio.montanana@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. Comparación de las redes de conmutación de paquetes orientadas a conexión (CONS)

  4. 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

  5. El problema de las líneas punto a punto Zaragoza Y 2048 Kbps 256 Kbps Z X 64 Kbps Barcelona Madrid W Sevilla • La velocidad de cada línea es difícil de modificar • Al añadir un nuevo router hay que instalar líneas e interfaces en todos los nodos

  6. Switch Frame Relay Switch Frame Relay Switch Frame Relay Switch Frame Relay Topología de una red Frame Relay Zaragoza Red del operador que presta el servicio Y Línea punto a punto Circuito Virtual 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 en Zaragoza ni modificar las interfaces de su router W Sevilla

  7. Circuitos virtuales en Frame Relay • Un circuito virtual entre dos routers equivale a una línea punto a punto entre ellos • Por un enlace pueden pasar varios circuitos. Cada uno se identifica mediante un número llamado DLCI (Data Link Connection Identifer) • Cada circuito de los que comparten un enlace ha de tener un número de DLCI único, pero su número de DLCI puede variar a lo largo de la ruta • Para configurar varios circuitos sobre una misma interfaz en un router se configuran subinterfaces. Por ejemplo de Serial0 podemos crear Serial0.1, Serial0.2, etc.

  8. Sw FR Sw FR Sw FR Sw FR Funcionamiento de una red Frame Relay Zaragoza Serial 0.2 DLCI = 17 10.0.0.5/30 Y Serial 0.1 DLCI = 16 10.0.0.1/30  Serial 0.3 DLCI = 18 10.0.0.9/30 Serial 0.1 DLCI = 16 10.0.0.10/30 Serial 0.1 DLCI = 16 10.0.0.2/30 16 B   16 17 Z C A X Barcelona Madrid 16 Tabla de circuitos virtuales en B D Serial 0.1 DLCI = 16 10.0.0.6/30 W Sevilla DLCI: Data Link Connection Identifier

  9. Configuración del router de Zaragoza en el ejemplo anterior Zaragoza#CONFigure Terminal Zaragoza(config)#Interface Serial 0 Zaragoza(config-if)#NO Ip ADdress Zaragoza(config-if)#ENcapsulation Frame-relay Zaragoza(config-if)#Interface Serial 0.1 Point-to-point Zaragoza(config-subif)#Ip ADdress 10.0.0.1 255.255.255.252 Zaragoza(config-subif)#Frame-relay INTerface-dlci 16 Zaragoza(config-if)#Interface Serial 0.2 Point-to-point Zaragoza(config-subif)#Ip ADdress 10.0.0.5 255.255.255.252 Zaragoza(config-subif)#Frame-relay INTerface-dlci 17 Zaragoza(config-fr-dlci)#Interface Serial 0.3 Point-to-point Zaragoza(config-subif)#Ip ADdress 10.0.0.9 255.255.255.252 Zaragoza(config-subif)#Frame-relay INTerface-dlci 18 Zaragoza(config-fr-dlci)#CTRL/Z Zaragoza#

  10. 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.

  11. 8 7 6 5 4 3 2 1 DLCI Superior C/R 0 DLCI Inferior FECN BECN DE 1 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’)

  12. 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.

  13. 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)

  14. Switch FR Switch FR Switch FR 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 X A C Línea de acceso 2048 Kb/s El router hace Traffic Shaping PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s

  15. Switch FR 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

  16. 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

  17. Control de tráfico en Frame Relay Tramas que desbordan la capacidad del pozal Bc Tramas enviadas por el host con DE=0 Tramas enviadas por el host con DE=1 Bc = CIR * t Tramas que desbordan la capacidad del pozal Be Be = EIR * t CIR DE=0 Descartar EIR DE=1

  18. Control de tráfico en Frame Relay. Ejemplo • Línea de acceso 2.048 Kb/s • CIR 1.024 Kb/s, EIR 384 Kb/s, t = 1s • Bc = 1.024.000 bits, Be = 384.000 bits • Tramas de 6.400 bytes (51.200 bits) • Caso 1: tráfico constante de 2.048 Kb/s (40 tramas/s) • Caso 2: tráfico constante de 1.408 Kb/s (27,5 tramas/s) • Caso 3: tráfico constante de 1.024 Kb/s (20 tramas/s) • Caso 4: tráfico intermitente: ráfaga de 2.048 Kb/s (40 tramas) seguida de 1s sin transmitir, seguida de ráfaga, seguida de 1s sin transmitir, y así indefinidamente.

  19. Control de tráfico Frame Relay. Ejemplo

  20. Control de tráfico Frame Relay: Caso 4 • Ráfaga de 40 tramas precedida y seguida de un segundo sin tráfico • Tramas recibidas = t * 2.048.000 / 51.200 = t * 40 Al cabo de un segundo: 40 tramas recibidas • Tramas enviadas en tiempo t= (t-0,025)*1.024.000/51.200 = (t-0,025)*20 Para t=1segundo: (1-0,025)*20 = 19,5 = 19 tramas • Capacidad pozal: 1.024.000/51.200 = 20 tramas • Desbordan Bc = recibidas - enviadas – pozal = 40 – 19 – 20 = 1 • Al final de la ráfaga se han enviado 19 tramas y hay 20 en el pozal. La última trama ha desbordado al pozal de EIR y sale con DE=1

  21. Caso 4: Ráfaga de 40 tramas en 1 seg. Fin de la ráfaga Fin de envío CIR Empieza 2ª ráfaga

  22. Ráfaga de 40 tramas 21 tramas Entrada Salida

  23. Switch FR Switch FR Switch FR Switch FR Switch FR BECN FECN Tráfico incontrolado Control de Congestión en Frame Relay 1: Monitorizar colas 3: Descarto tramas con DE=1 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

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

  25. 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.

  26. Trayectos Virtuales y Canales Virtuales Virtual Path (VP) E1 (2 Mb/s) E3 (34 Mb/s) STM-1 u OC-3c (155 Mb/s) STM-4 u OC-12c (622 Mb/s) Virtual Path (VP) Enlace físico El VC es el camino lógico entre hosts en la red ATM Por un enlace físico pueden pasar múltiples VPs Cada VPContiene Múltiples VCs Identificador de la Conexión :VPI/VCI

  27. Tipos de interfaces ATM UNI NNI NNI Red ATM • UNI = User-to-Network Interface • NNI = Network-to-Network Interface

  28. 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

  29. 8 bits 8 bits Cabecera de celda ATM GFC 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 VPI VPI VCI VPI VCI VCI VCI PTI VCI CLP VCI PTI CLP Header Error Check (HEC) Header Error Check (HEC) Carga útil (48 bytes) Carga útil (48 bytes) Celda NNI Celda UNI

  30. Campo PTI (Payload Type Identifier) Usuario Gestión

  31. Funcionamiento de un conmutador ATM Entrada Salida 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

  32. A B Entrada Salida Entrada Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI 1 16 2 43 Port VPI/VCI Port VPI/VCI 1 45 2 16 2 43 1 16 2 16 1 45 3 14 4 10 4 10 3 14 Viaje de dos celdas por una red ATM Entrada Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI Entrada Salida 1 29 3 45 VPI/VCI Port Port VPI/VCI 2 30 4 15 14 2 15 3 3 45 1 29 3 14 2 15 29 4 15 2 30 1 15 4 2 C X Y 45 2 3 3 14 30 43 1 3 16 2 Z W 2 1 4 10 D Cada entrada en las tablas de los conmutadores es un VC; si la crea el operador es un PVC, si las crea un protocolo de señalización es un SVC

  33. Conmutación de VPsy VCs VC Switch VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 Port 2 VPI 1 VPI 3 VPI 2 VP Switch VCI 4 VPI 2 Port 1 VCI 3 VCI 1 VPI 1 VPI 3 VCI 2 VCI 1 VCI 1 VPI 4 VPI 5 VCI 2 VCI 2 Port 3

  34. Algunos VPI/VCI Reservados ITU ATM Forum

  35. “Raíz” “Ramas” VCs Punto a Punto y Multipunto • Punto a Multipunto • Unidireccional (de la raíz a las ramas) • Multipunto a Punto • Fusión de VCs y uniones embudo • Interesante para multicast • Punto a Punto • Tráfico unidireccional o bidireccional

  36. Circuito punto a multipunto (SVC) Circuitos de sistema Circuito virtual permanente (PVC) Circuito virtual conmutado (SVC) ciatm#show atm vc Interface VPI VCI Type X-Interface X-VPI X-VCI Encap Status ATM0/0/0 0 5 PVC ATM2/0/0 0 32 QSAAL UP ATM0/0/0 0 16 PVC ATM2/0/0 0 33 ILMI UP ATM0/0/0 0 18 PVC ATM2/0/0 0 34 PNNI UP ATM0/0/0 0 32 SVC ATM0/0/1 0 51 UP ATM0/0/0 0 39 SVC ATM0/1/1 0 46 UP ATM0/0/0 0 99 PVC ATM3/1/0 0 99 UP ATM0/0/0 3 40 PVC ATM0/0/1 4 50 UP ATM0/0/0 0 296 SVC ATM1/0/1 0 227 UP ATM3/1/0 0 482 UP ATM0/0/1 0 5 PVC ATM2/0/0 0 59 QSAAL UP ATM0/0/1 0 16 PVC ATM2/0/0 0 36 ILMI UP ATM0/0/1 0 51 SVC ATM0/0/0 0 32 UP ATM0/0/1 4 50 PVC ATM0/0/0 3 40 UP ATM0/1/1 0 5 PVC ATM2/0/0 0 63 QSAAL UP ATM0/1/1 0 16 PVC ATM2/0/0 0 42 ILMI UP ATM0/1/1 0 46 SVC ATM0/0/0 0 39 UP ATM1/0/1 0 227 SVC ATM0/0/0 0 296 UP ATM3/1/0 0 99 PVC ATM0/0/0 0 99 UP ATM3/1/0 0 482 SVC ATM0/0/0 0 296 UP

  37. 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

  38. Configuración de un router ADSL/ATM Router#show running-config ! ! router C827-4V ! IOS version 12.1(5) ! interface Ethernet0 ip address 147.156.159.1 255.255.255.192 ! interface ATM0 no ip address no atm ilmi-keepalive pvc 0/16 ilmi ! bundle-enable dsl operating-mode auto ! interface ATM0.1 point-to-point description ADSL telefono 963692769 bandwidth 300 ip address 80.24.166.172 255.255.255.192 pvc 8/32 vbr-nrt 512 512 encapsulation aal5snap ! ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 80.24.166.129 Interfaz física ADSL/ATM Circuito para autoconfiguración Subinterfaz ATM Caudal ascendente (para métrica de routing) IP en la subred ADSL (asignado por operador) VPI/VCI Circuito ATM (asignado por operador) Caudal ascendente (para gestión de tráfico) Ruta por defecto: enviar todo por ATM0.1

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

  40. 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).

  41. Contrato oro 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

  42. Capacidad del enlace 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.

  43. Capacidad del enlace Capacidad no aprovechada 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.

  44. Capacidad excedente utilizada por UBR Capacidad del enlace Servicio UBR (Unspecified Bit Rate) VBR UBR CBR VBR UBR CBR 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

  45. Tráfico ABR elástico con garantías Capacidad del enlace Servicio ABR (Available Bit Rate) VBR ABR CBR VBR ABR CBR (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

  46. Categorías de Servicio ATM. Comparación

  47. 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

  48. 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

  49. Función densidad de probabilidad de llegada de celdas   CLR 1 -   Mínimo Peak-to-Peak CDV Celdas perdidas o entregadas demasiado tarde Max CTD (Cell Transfer Delay) El tiempo mínimo de transferencia depende de las características físicas de la red

  50. Parámetros para las categorías de Servicio ATM

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