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  1. Redes y servicios Frame Relay y ATM. José Ramón Gállego – Profesor ayudante de Ingeniería Telemática

  2. Índice -Introducción -Frame Relay -ATM

  3. Índice • -Introducción • -Frame Relay • Topología • Encaminamiento • Arquitectura de protocolos • Trama FR • Evolución • Transferencia de datos FR • Gestión de tráfico y control de congestión • Ventajas de FR • Aplicaciones y ejemplos • Enlaces interesantes • -ATM

  4. Índice • -Introducción • -Frame Relay • -ATM • Conceptos generales • Topología • Encaminamiento • Celda ATM • Evolución • Transferencia de datos ATM • Gestión de tráfico y control de congestión • Ventajas de ATM • Ejemplos • Enlaces interesantes

  5. Índice -Introducción -Frame Relay -ATM

  6. Red de Transporte Introducción Red Móvil Pasarela de Acceso a Red Fija Internet Acceso a Internet PYME Red de Acceso Proveedor de Acceso a Red Residencia Particular Red Corporativa

  7. Red de Transporte Introducción Red Móvil Pasarela de Acceso a Red Fija Internet Acceso a Internet PYME Red de Acceso Proveedor de Acceso a Red Residencia Particular Red Corporativa

  8. Internet Red FR QoS Red FR Introducción Red de Transporte Red ATM

  9. Introducción • Si tenemos un número N de nodos: • Necesitamos N-1 conexiones por nodo. • Necesitamos N*(N-1)/2 conexiones totales (conexiones bidireccionales) • La velocidad de cada línea es difícil de modificar

  10. Red de Transporte Introducción Switch o conmutador

  11. Índice • -Introducción • -Frame Relay • Topología • Encaminamiento • Trama FR • Evolución • Transferencia de datos FR • Gestión de tráfico y control de congestión • Ventajas de FR • Ejemplos • Enlaces interesantes • -ATM

  12. Switch FR Red de Transporte Topología de una red Frame Relay Circuito Virtual Líneas punto a punto • Se pueden añadir circuitos sin establecer nuevas líneas ni modificar el número de interfaces en los router • Los caudales se pueden modificar por configuración de los conmutadores

  13. Topología de una red Frame Relay Circuito Virtual

  14. Red de Transporte Topología de una red Frame Relay • - Dos tipos de circuitos virtuales: • Permanentes (PVC) • Conmutados (SVC) Circuito Virtual Líneas punto a punto - Se pueden añadir circuitos sin establecer nuevas líneas ni modificar el número de interfaces en los router - Los caudales se pueden modificar por configuración de los conmutadores

  15. Topología de una red Frame Relay Circuito Virtual

  16. DLCI = 4 DLCI = 7 DLCI = 1 DLCI = 4 Red de Transporte DLCI = 7 DLCI = 5 Encaminamiento en una red Frame Relay Y B Z DLCI = 0  El DLCI 0 se utiliza para señalización (establecimiento, mantenimiento y liberación de SVC)   A X C Tabla de encaminamiento de VCs en A: DLCI: Data Link Connection Identifier W

  17. Encaminamiento en una red Frame Relay Circuito Virtual

  18. DLCI = 4 DLCI = 7 DLCI = 1 DLCI = 4 Red de Transporte DLCI = 7 DLCI = 5 Encaminamiento en una red Frame Relay Tabla de direccionamiento IP: Y B Z    A X C Tabla de correspondencia IP/DLCI: W

  19. S/T Arquitectura de protocolos • El modelo de referencia de protocolos Frame Relay se compone de tres planos: • Plano de Control (Plano C): Se encarga de la señalización y del establecimiento y liberación de las conexiones. • Plano de Usuario (Plano U): Se encarga de la transferencia de información entre usuarios. • Plano de Gestión (Plano G): Se encarga del control y gestión de las operaciones de red. Se divide en gestión de planos y gestión de capas.

  20. Arquitectura de protocolos • Plano de control • La señalización de control se da sobre el canal D para controlar el establecimiento y terminación de conexiones virtuales en modo conmutación de tramas, sobre los canales D,B,o H. • A nivel de enlace el protocolo LAPD (Q.921) se utiliza para proporcionar un servicio de control de enlace de datos fiable, con control de errores y de flujo, entre el usuario y la red sobre el canal D. • Dicho servicio se utiliza para intercambiar mensajes de señalización de control Q931/Q933.

  21. Arquitectura de protocolos • Plano de usuario • La transmisión de información entre usuarios finales se efectúa con el protocolo LAPF definido en Q.922 (versión adaptada de LAPD) y sólo las funciones esenciales de este protocolo son utilizadas por Frame Relay (LAPF core): • Delimitación, alineación y transparencia de tramas. • Multiplexación y demultiplexación de tramas utilizando el campo de dirección. • Inspección de la trama para comprobar que no es demasiado corta o demasiado larga y que está formada por un número entero de octetos. • Detección de la transmisión de errores. • Funciones de control de congestión.

  22. Arquitectura de protocolos • Las funciones anteriores proporcionan los servicios mínimos para la transmisión de las tramas de enlace desde una usuario a otro, sin tener en cuenta el control de flujo o control de errores. Constituyen un subnivel del nivel de enlace. • Por encima, el usuario puede elegir funciones adicionales extremo a extremo a nivel de enlace o de red, que no forman parte del servicio RDSI frame relay ofrecido. • Basado en las funciones centrales (core), RDSI ofrece retransmisión de tramas como un servicio de nivel dos, orientado a conexión , con las siguientes propiedades: • Preservación del orden de las tramas transmitidos desde un extremo de la red al otro. • Tramas no duplicadas

  23. Estructura de la trama Frame Relay (LAPF core) octetos  1 2-4 0-8188 2 1 • Protocolo orientado a conexión. PVC o SVC • Las tramas pasan de nodo a nodo comprobándose el CRC en cada salto (store&forward acumulativo). Si la trama es errónea se descarta. La red no recupera errores • El campo dirección sólo contiene información del VC (DLCI) y control de congestión del tráfico Frame Relay. Normalmente ocupa 2 octetos, aunque puede tener hasta 4. • No se ejecuta control de flujo ya que no hay número de secuencia.

  24. 8 7 6 5 4 3 2 1 DLCI Superior C/R 0 DLCI Inferior FECN BECN DE 1 Estructura de la trama Frame Relay (LAPF core) • DLCI sup/inf: especifica el DLCI. Su tamaño limita el número de DLCI posibles. Existe otro límite impuesto por el router. • C/R: Comando/Respuesta, no indicado en FR. • FECN: Forward Explicit Congestion Notification. • BECN: Backward Explicit Congestion Notification. • DE: Discard Elegibility.

  25. Evolución X.25/Frame Relay • Características básicas de X.25 • Señalización dentro de banda. • Multiplexación de circuitos virtuales a nivel de red. • Control de flujo y control de errores tanto a nivel 2 como a nivel 3. • Estas características suponen una gran carga para el sistema. Toda esta carga puede estar justificada cuando tenemos un medio de transmisión con muchos errores. Sin embargo esto no es apropiado para muchas redes actuales, como RDSI, donde la tecnología de transmisión es muy eficiente. • Frame relay se diseña para eliminar en lo posible el overhead de X.25. • Características de Frame Relay • Control de llamadas fuera de banda. La señalización del control de llamada se realiza en una conexión lógica separada de la conexión para la transmisión de los datos de usuario. • La multiplexación y conmutación de conexiones lógicas tiene lugar a nivel 2 en vez de a nivel 3, eliminando de esta manera un nivel entero de procesamiento. • La red deja de preocuparse del control de errores y del control flujo, que se hacen a nivel superior y extremo a extremo.

  26. Evolución X.25/Frame Relay • Inconvenientes de Frame Relay con respecto a X.25 • Se pierde la capacidad de realizar el control de flujo y control de errores en cada uno de los enlaces de la red, pero esta funcionalidad puede ser proporcionada, extremo a extremo, por el nivel superior. • Es necesaria la disponibilidad de líneas de alta calidad. • No existe un estándar para la interconexión de servicios Frame Relay, como el X.75 para redes X.25. • Características de Frame Relay • Se hace más eficiente el proceso de comunicación. La funcionalidad del protocolo requerida en la interfaz usuario-red se reduce, así como el procesamiento interno de la red. Esto conlleva un menor retardo y un mayor rendimiento. (Tiempo de proceso del orden de la décima parte que en X.25) • La velocidad de acceso puede alcanzar típicamente los 2Mbps frente a los 64Kbps de X.25 (se pueden superar los 2Mbps). • Interfaz de usuario sencilla.

  27. Evolución X.25/Frame Relay • Tipos de servicios portadores de Frame Relay • Frame Relaying (Servicio no fiable, pero asegura secuencia de los paquetes) • Servicio básico de red para transferir tramas de nivel de enlace sobre D,B o H. El servicio incluye: • -Establecimiento de múltiples llamadas virtuales a múltiples destinos. • -La señalización de las llamadas se hace por canal común vía un protocolo de señalización sobre el canal D. • -Se transmiten las tramas utilizando el protocolo de nivel de enlace LAPF. • -La red preserva el orden de las tramas transmitidas en el punto de referencia S/T • -La red detecta errores y descarta tramas. • Frame switching (Servicio fiable análogo a X.25 en funcionalidad) • Servicio avanzado de red para la transmisión de tramas de nivel de enlace sobre D,B o H. • -Las tramas se transmiten con reconocimientos. • -Se soporta control de flujo en los interfaces usuario-red en ambas direcciones. • -La red detecta y recupera errores. • -La red detecta y corrige duplicidad de paquetes

  28. Evolución X.25/Frame Relay

  29. Usuario Red Red Usuario Red Red LAPF(control) LAPF(control) LAPF(core) LAPF(core) LAPF(core) LAPF(core) I.430/I.431 I.430/I.431 I.430/I.431 I.430/I.431 Interfaz usuario-red Interfaz usuario-red Usuario Red Red Usuario Q.933 Q.933 Q.933 LAPD LAPD LAPD LAPD I.430/I.431 I.430/I.431 I.430/I.431 I.430/I.431 Interfaz usuario-red Interfaz usuario-red Transferencia de datos Frame Relay Transferenciade datos Frame Relay Señalización sobre el canal D Q.933

  30. Velocidad media Capacidad del enlace de acceso No transmitir, descartar todo CIR + EIR (Caudal máximo posible) Transmitir si es posible CIR (Committed Information Rate) Transmisión garantizada Gestión de tráfico Frame Relay Tasa (kbps) t 2t 3t Tiempo (s)

  31. 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 0 Gestión de tráfico Frame Relay

  32. PVC CIR 512 Kb/s EIR 384 Kb/s DLCI = 4 DLCI = 7 Red de Transporte Línea de acceso 2048 Kb/s PVC CIR 512 Kb/s EIR 384 Kb/s Gestión de tráfico Frame Relay Y B Z DLCI = 1 A X DLCI = 4 DLCI = 7 C DLCI = 5 W

  33. Gestión de tráfico Frame Relay - Se utilizan dos Leaky Bucket (cubos agujereados). Parámetros: • CIR y Bc • EIR y Be - Se cumple que: • Bc= CIR * t • Be= EIR * t - Cuando se supera la capacidad del primer cubo, las tramas se marcan con DE =1. Cuando se supera la del segundo, se descartan.

  34. Gestión de tráfico Frame Relay Tramas enviadas por el router con DE=0 Tramas que desbordan la capacidad del cubo Bc Tramas enviadas por el router con DE=1 Bc = CIR * t Tramas que desbordan la capacidad del cubo Be Be = EIR * t CIR DE=0 Descartar EIR DE=1

  35. Gestión de tráfico Frame Relay. Ejemplos Capacidad de la línea: 128 kbps. CIR: 64 kbps. EIR: 0 kbps Tamaño tramas: 1500 octetos, 12000 bit. T=1 s. Bc=64000 bit. Número de tramas=|64000/12000|=5 tramas Tasa obtenida=5*12000=60kbps T=0.5 s. Bc=64000 bit. Número de tramas=|32000/12000|=2 tramas Tasa obtenida=2*12000/0.5=48kbps

  36. Gestión de tráfico Frame Relay. Ejemplos Capacidad de la línea: 64 kbps. Tamaño tramas: 1500 octetos, 12000 bit. Tiempo de transmisión de 1 trama: 12000/64000=187.5ms Capacidad de la línea: 128 kbps. Tamaño tramas: 1500 octetos, 12000 bit. Tiempo de transmisión de 1 trama: 12000/128000=93.75ms Capacidad de la línea: 2048 kbps. Tamaño tramas: 1500 octetos, 12000 bit. Tiempo de transmisión de 1 trama: 12000/2048000=5.86ms

  37. 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

  38. Ventajas de Frame Relay - Ventajas de FR respecto a soluciones Punto a Punto: • Contratación de recursos en función de valores de tráfico promedio vs. Tráfico de pico (esporádico) • Flexibilidad vs. Rigidez • Tolerancia a fallos en la red (encaminamiento por vías alternativas) - Ventajas de FR respecto a X.25: • Reduce complejidad (no existen cabeceras de control de nivel 3) • Menor procesado en la red • Adecuado para altas velocidades de transmisión • Elevado rendimiento (alto porcentaje de información útil transmitida con relación a las cabeceras

  39. FRAD FRAME RELAY FRAD Subred de Transporte Subred de Acceso Aplicaciones

  40. Interconexión de redes LAN. Acceso remoto a bases de datos. Aplicaciones cliente-servidor. Aplicaciones host-terminal. Creación de grupos cerrados de usuarios para voz. Transmisión de voz sobre Frame-Relay Aplicaciones

  41. Se puede integrar tráfico de voz y tráfico de datos mediante FRAD (Frame Relay Access Device). La información de voz posee unas necesidades específicas: Retardo máximo extremo a extremo. Fijado por la ITU G.114. 0-150ms BUENA 150-400ms ACEPTABLE (si los usuarios son conscientes) +400 ms INACEPTABLE. Retardo diferencial entre paquetes (jitter) Para transmitir voz sobre redes de datos se emplean estrategias adicionales de: Compresión de voz Supresión de silencios De cara a la red de transporte, es posible adoptar dos estrategias para transmitir voz: Utilizar CVP diferentes para voz y datos, configurando los primeros como prioritarios en la red. Utilizar un mismo CVP para voz y datos pero hacer que los dispositivos de acceso tengan en cuenta el tráfico de voz priorizándolo sobre el de datos Aplicaciones: Transmisión de voz sobre Frame Relay

  42. Operadores y Ejemplos

  43. Operadores y Ejemplos

  44. Operadores y Ejemplos

  45. Enlaces interesantes - Frame Relay white papers: www.alliancedatacom.com/frame-relay-white-papers.asp • The MFA Forum (MPLS, Frame Relay, ATM) www.mfaforum.org • Documentación CISCO: www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/frame.htm • Estándares: • Frame Relay Forum: www.frforum.com • ITU-T: www.itu.int/home • RFC 1973 – PPP in Frame Relay: tools.ietf.org/html/rfc1973 • RFC 2427 – Multiprotocol Interconnect over Frame Relay: tools.ietf.org/html/rfc2427

  46. Índice • -Introducción • -Frame Relay • -ATM • Conceptos generales • Topología • Encaminamiento • Celda ATM • Evolución • Transferencia de datos ATM • Gestión de tráfico y control de congestión • Ventajas de ATM • Aplicaciones y ejemplos • Enlaces interesantes

  47. Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) • Operación por conmutación de paquetes de longitud fija. El tamaño fijo y pequeño de las celdas permite el uso de nodos de conmutación a velocidades muy altas. • Las celdas se componen de cabecera (5 octetos) y campo de información (48 octetos). • La asignación del ancho de banda (celdas) se realiza bajo demanda en función de la actividad de la fuente y de los recursos disponibles en la red. Cab Información

  48. Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) • Posee dos niveles jerárquicos para las conexiones: • VP, trayectos virtuales (Virtual Paths) • VC, canales virtuales (Virtual Channels) Enlace físico 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) Por un enlace físico pueden pasar múltiples VPs El VC es el camino lógico entre hosts en la red ATM Cada VPContiene Múltiples VCs

  49. Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) • Las cabeceras tienen una funcionalidad reducida: Identificar el par VP/VC garantizando su correcto enrutamiento y detectar y corregir errores en las mismas (un error de un solo bit en la cabecera puede provocar la pérdida de la celda) • Las celdas se transmiten a intervalos regulares. Si no hay información, se transmiten celdas vacías (celdas idle). • Orientado a conexión. Las conexiones pueden establecerse mediante procedimientos de señalización en el plano de control o pueden ser permanentes o semipermanentes. • La señalización y la información de usuario viajan por canales virtuales distintos.

  50. Voz Canal 5 Canal 3 Canal 1 Canal 3 Canal 1 Cabecera Cabecera Cabecera Cabecera Cabecera Datos Celdas Vídeo Conceptos de ATM (Asynchronous Transfer Mode) • El término asíncrono se refiere al hecho de que las celdas asociadas a una misma conexión se presentan temporalmente sin ninguna periodicidad, dependiendo del tráfico generado por la fuente.