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Redes (4º Curso) Tema 3. Nivel de red Gestión de la subred

Pedro M. Ruiz Martínez pedrom@um.es 4º Curso Ingeniería en Informática Curso 2009/10

Índice •  Señalización en redes orientadas a conexión –  Establecimiento de conexiones –  Enrutamiento de conexiones

•  Control de congestión en Frame Relay y ATM –  Traffic Shaping y Traffic Policing –  Categorías de tráfico

•  Envío de datos sobre redes ATM –  AAL5 –  Classical IP –  LANE Redes, 4o. Ingeniería Informática. Tema 9. Curso 2007/2008

2

1


Arquitectura RDSI

Señalización por Canal Común

3

Arquitectura de protocolos

4

2


5

Señalización en ATM •  Para establecer SVCs se necesita un protocolo de señalización Q2931. •  El host llamante envía un mensaje a su conmutador pidiendo la conexión; el conmutador reenvía la petición; cada mensaje es confirmado. •  La petición indican los parámetros de tráfico y QoS requeridos para cada sentido. Pueden verse sujetas a CAC (Control de Admisión de la Conexión). •  La ruta se elige por tablas estáticas o por protocolo de routing. 6

6

3


¿Qué ruta emplearé? Humm..Iré por ZWB Llamar a B VPI 0, VCI 5

A 1 52

A: ¡Quiero establecer un circuito con B!

Ya voy

2 52 3 29

X

Llamar a B

Ya voy 1 29 2 45

Z

Llamar a B

Ya voy

Y

B

Llamar a B 1 45 2 38

Ya voy

W

Petición de conexión recibida de A

Señalización ATM, primera parte 7

Señalización ATM, segunda parte A

Conectar con A 2 52 3 29 1 52

Empezar a transmitir

Marchando

Conectar con A

X

Marchando

¡Circuito establecido! 1 29 2 45

Y

Marchando

Z

Conectar con A

B

Conectar con A

1 38

1 45 2 38

W

Marchando

Conexión de A Aceptada

El SVC se denomina VCC (Virtual Channel Connection) y está formado por una secuencia de VC Links (cuatro en este caso)

8

4


Señalización ATM, desconexión A

Colgar 2 52 3 29 1 52

A: He terminado.

Hecho

X

Colgar

Hecho

Circuito terminado 1 29 2 45

Z

Y

Hecho

Colgar Colgar

B

1 45 2 38

W

1 52

Hecho

El circuito lo puede terminar A, B, X, Z o W 9

Protocolo de routing PNNI

(Private Network-Network Interface) •  Protocolo de routing utilizado en redes ATM (Network-to-Network). Algoritmo del estado del enlace •  Permite mayor fiabilidad, pero no reparto de tráfico (orientado a conexión) •  Normalmente empleado en conmutadores, pero puede utilizarse también en hosts dual-homed (redundancia) •  Direcciones formato NSAP (20 bytes). Hasta 105 niveles jerárquicos. •  Abarca el routing intra e inter-Sistemas Autónomos. •  Solo tiene sentido si: –  Hay más de un camino posible (red mallada), y –  Se pueden crear SVCs (señalización) 10

5


Routing PNNI a través de Peer Groups 3

Enviar al Peer Group B

Peer Group A 2

Enviar al Peer Group C

5

Peer Group B Peer Group C

Seguir ruta hacia A2

C1 B1

A2

C2 B2

A1

4 1

Seguir ruta hacia B2

7

Conectar con H2

6 Seguir ruta hacia C2

Conectar con H2

H1

H2

Todos los nodos de cada Peer Group conocen la ruta completa hacia cada posible destino en ese PG

Nodo Frontera

13

13

Funcionamiento de PNNI: Routing con QoS 1. X realiza una llamada a Y con unos valores de QoS

PG B B.2

PG A

PG C

B.3

C.2

A.2 A.1

3. El enlace B.3–B.6 no tiene suficiente capacidad sobrante

A.3

B.1

Redirigir

CrankBack

B.6

C.1

C.3

Y

X Origen

2. B.1 elige la ruta ‘normal’ hacia B.6 (B.2, B.3,B.6)

B.4

B.5

Destino

4. B.1 busca una ruta alternativa que cumpla lo solicitado

•  PNNI Negocia parámetros de QoS tales como SCR, PCR, MCTD y CLR •  Aplica Control de Admisión (CAC, Connection Admission Control) •  Usa crankback para enviar una conexión por una ruta alternativa 14

6


Qué es la Congestión? •  Congestión ocurre cuando el número paquetes se aproxima la capacidad de la red. •  Control congestión busca mantener número paquetes bajo nivel crítico para que rendimiento red no se deteriore •  Red datos es un red de colas en nodos •  Generalmente un 80% de utilización es critico •  Colas finitas implican que datos pueden perderse 15

15

Colas en un Nodo

16

16

7


Efectos de la Congestión •  Paquetes que llegan son almacenados en los buffers de entrada •  Se realiza la decisión de enrutamiento •  Paquete se mueve al buffer de salida •  Paquetes encolados se intentarán transmitir lo más rápido posible. –  Multiplexación por división en el tiempo estadística

•  Si los paquetes llegan muy rápidos para enrutarse o para ser transmitidos, los buffers se llenan –  Paquetes se pueden descartar –  Se puede utilizar control de flujo •  Congestión se propaga a través de la red

17

Mecanismos para Control de la Congestión

• Algoritmos de prevención • Algoritmos de corrección/superación • Normalmente se usan combinaciones de ambos 18

8


Control de Admisión Usuario: Quiero enviar tráfico de este tipo y quiero esta QoS

Solicitud de QoS garantizada No o Si, pactar un contrato de tráfico Host Red

Si se se supera el Control de Admisión la red y el usuario pactan un contrato de tráfico 19

Perfil de tráfico y vigilancia •  Perfil de tráfico o conformado de tráfico (traffic shaping): condiciones máximas de uso de la red que el usuario se compromete a cumplir con el proveedor del servicio. •  Vigilancia de tráfico (traffic policing): labor de monitorización que el proveedor realiza para asegurarse que el usuario cumple su palabra. •  Si el usuario incumple el proveedor puede: a)  Descartar el tráfico no conforme b)  Marcarlo como de ‘segunda clase’ y pasarlo a la red c)  Pasarlo a la red sin mas (no es habitual) 20

9


Pozal/Cubo agujereado (leaky bucket) •  El cubo agujereado se utiliza para suavizar las ráfagas (traffic shaping) y para asegurar que el tráfico introducido es el acordado (traffic policing). •  El usuario dispone de un caudal constante ρ en la red (el agujero) y un buffer de una capacidad C (el cubo) que absorberá las ráfagas que produzca. •  Si el buffer se llena el tráfico excedente se considera no conforme. Normalmente se descarta o se pasa como tráfico de ‘segunda’ clase.

21

C (Mb)

ρ (Kb/s)

22

22

10


Ejemplo de funcionamiento de un cubo agujereado Parámetros: ρ = 20 Mb/s, C = 10 Mbits Ráfaga de 10 Mbits recibida en 50 ms Instante

Tr. Entrado

Tr. Salido En cubo

0 ms

0

0

0

10 ms

2 Mb

0,2 Mb

1,8 Mb

20 ms

4 Mb

0,4 Mb

3,6 Mb

30 ms

6 Mb

0,6 Mb

5,4 Mb

40 ms

8 Mb

0,8 Mb

7,2 Mb

50 ms

10 Mb

1,0 Mb

9 Mb

60 ms

10 Mb

1,2 Mb

8,8 Mb

70 ms

10 Mb

1,4 Mb

8,6 Mb

80 ms

10 Mb

1,6 Mb

8,4 Mb

10 Mb

10 Mb

0 Mb

Máximo

...

500 ms

23

Traffic Shaping y Traffic Policing Host

Datos reales

Switch

Datos Conformados

Conformado de Tráfico: Cumplir el contrato •  Algoritmo del cubo agujereado •  Limitar pico y tamaño de ráfagas •  Limitar retardo y jitter

Vigilancia de Tráfico: Vigilar y obligar su cumplimiento ¿El tráfico recibido cumple el contrato? Si no: •  Puede marcar celdas de 2ª clase •  Puede descartar celdas de 2ª clase 24

11


Cubo con crédito (token bucket) •  El cubo agujereado no fomenta el ‘ahorro’. Un usuario que no ha transmitido nada recibe el mismo servicio que uno que siempre ha transmitido con el caudal ρ. •  El cubo con crédito soluciona esto. Funciona asi: –  Cuando el usuario no transmite el cubo suma créditos. –  El máximo crédito acumulable es igual a la capacidad del cubo. –  Los créditos permiten transmitir con un caudal mayor (M) hasta que se consumen (normalmente M es la velocidad de la interfaz). –  Cuando no hay crédito funciona como un cubo agujereado.

•  A menudo se combina un cubo con crédito seguido de un cubo agujereado de caudal mayor 25

Ráfaga

26

26

12


Medidas ante una situación de congestión •  Reducir o congelar el envío de paquetes de los hosts hasta que no haya congestión. •  En algún caso los routers intermedios pueden ayudar reteniendo parte de los paquetes en sus buffers. •  Descartar paquetes. A veces estos llevan alguna indicación de su importancia para el descarte (paquetes de 1ª y 2ª clase). •  Descarte inteligente, ej.: si se descarta un fragmento descartar también los demás. 28

Paquete Choque o Obstrucción •  Paquetes de Control –  Generados en nodos congestionados –  Se envían a los nodos fuentes –  Ejemplo ICMP source quench •  Enviados por routers o destinos •  Fuente corta/reduce hasta no recibir más paquetes •  Enviados por cada paquete descartado

•  Mecanismo bastante crudo

29

13


Arquitectura Frame Relay Red FR

UNI

DCE

Red FR PVC SVC

DCE

DTE

DCE

DTE

DCE

DTE

30

DLCI = 2

DLCI = 1 DLCI = 1 DLCI = 1

α

β Switch FR

A

Switch FR

B

DLCI = 2

γ δ

DLCI = 1

Definición de los VC en Conmutador A:

Switch FR

D

Switch FR

C

DLCI = 0

DLCI 0 utilizado para señalización (si hay SVCs)

DLCI = 1

Puerto DLCI Puerto DLCI α

1

β

1

δ

1

β

2

DLCI: Data Link Connection Identifier 31

14


Tasas de tráfico en Frame Relay • 

Committed Information Rate (CIR) – 

• 

El bandwidth definido para un Circuito Virtual

Bc = Committed Burst –  Máximo número de bits que se pueden transmitir en

un periodo de tiempo determinado

•  Be = Excess Burst –  Máximo número de bits de exceso que pueden

transmitirse en un periodo de tiempo determinado

•  Tc Time interval –  Intervalo de tiempo usado para medir Bc y Be

32

32

(CIR+EIR)

Funcionamiento del CIR y el EIR en Frame Relay 33

15


PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s Traffic Policing

Switch FR

Switch FR

Switch FR

Traffic Shaping

Línea de acceso 2048 Kb/s PVC CIR 1024 Kb/s EIR 384 Kb/s

Funcionamiento del CIR y34el EIR en Frame Relay

34

Control de tráfico en Frame Relay •  Se utilizan dos pozales agujereados. Parámetros: –  CIR y Bc –  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. 35

16


Control de tráfico en Frame Relay Tramas enviadas por el usuario con DE=0

Tramas enviadas por el usuario con DE=1

Bc Be

CIR

Tramas descartadas

DE=0

EIR DE=1 36

36

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 50.000 bits (flujo de vídeo) –  Caso 1: 40 tramas/s (2.000 Kb/s) sostenido –  Caso 2: 28 tramas/s (1.400 Kb/s) sostenido –  Caso 3: 20 tramas/s (1.000 Kb/s) sostenido –  Caso 4: ráfaga de 40 tramas precedida y seguida de un segundo sin tráfico.

37

17


Ejemplo Control de trรกfico Frame Relay Caso Tramas enviadas por seg.

Tramas con DE=0 por seg.

Tramas Tramas con DE=1 descartadas por seg. por seg.

1

40

20

8

12

2

28

20

8

0

3

20

20

0

0

38

38

Tiempo (ms) Tramas entradas Tramas salidas Tramas en CIR pozal CIR

Caso 4: Rรกfaga de 40 tramas en 1 seg.

Fin de la rรกfaga

0

0

0

0

25

1

0

1

50

2

0

2

73,2

2

1

1

75

3

1

2

97,6

3

1

2

100

4

1

3

122

4

2

2

......

......

......

927,2

37

18

19

950

38

18

20

951,6

38

19

19

975

39

19

20

976

39

19

20

1000

40

19

21

1000,4

40

20

20

1049,2

40

21

19

Pozal desbordado en una trama 40

18


Ráfaga de 40 tramas

21 tramas Entrada Salida

42

Control de congestión en Frame Relay FECN Forward Explicit Congestion Notification –  Bit que establece el nodo de red (Switch FR) que está sufriendo congestión –  Se envía en la dirección del receptor (destino) •  BECN Backward Explicit Congestion Notification –  Bit que establece el nodo de red (Switch FR) que está sufriendo congestión –  Se envía en la dirección del emisor (fuente) •  DE Discard Eligible bit –  Establecido tanto por el DTE (access device FRAD, router etc.) o los nodos de red (switches) –  Puede establecerse de forma selectiva por algunos dispositivos –  Pueden establecerlo los nodos de red si el usuario excede el CIR y la red está experimentando congestión • 

45

19


Control de congestión en F.R. •  Se monitoriza la longitud de las colas en los conmutadores (ocupación de los buffers). •  Si se detecta congestión se utilizan los bits FECN (Forward Explicit Congestion Notification) en las tramas de ida, y BECN (Backward ECN) en las de vuelta. •  La mayoría de los protocolos de nivel superior ignoran estos mensajes

46

46

Congestión en Frame Relay

Switch FR

Switch FR

Tráfico incontrolado

Congestión

Switch FR

Switch FR

BECN

1: Descartar tramas con DE=1

FECN

Switch FR

2: Identificar VCs afectados (DLCI) y sentido 3: Poner a 1 bit FECN en tramas de ida 4: Poner a 1 bit BECN en tramas de vuelta 47

20


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). 48

Servicio CBR (Constant Bit Rate) Capacidad reservada no aprovechable CBR2 CBR1

• •• • • •

Capacidad del enlace CBR2 CBR1

•  CBR utiliza caudal fijo. Para cada VC se reserva un caudal determinado de forma estática, lo use o no lo 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. 49

21


Servicio VBR (Variable Bit Rate) Capacidad no aprovechada VBR CBR

• •• ••

Capacidad del enlace VBR 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. 50

Servicio UBR (Unspecified Bit Rate) Capacidad excedente utilizada por UBR

Capacidad del enlace

VBR

UBR

CBR

VBR

UBR

CBR Celdas descartadas en caso de congestión

•  UBR intenta ‘aprovechar las migajas’ que deja VBR (las que deja CBR son inaprovechables pues la reserva es total) •  No garantiza caudal mínimo ni tasa máxima de celdas perdidas (caudal mínimo en UBR+ pero sin garantías) •  No devuelve información sobre la congestión de la red •  Algunas aplicaciones soportan mal la pérdida de celdas 51

22


Servicio ABR (Available Bit Rate) Capacidad del enlace 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 52

Categorías de Servicio ATM. Comparación Categoría

Características

CBR

Simula línea punto a punto. Reserva estricta de capacidad. Caudal constante con mínima tolerancia a ráfagas.

VBR-rt

Asegura un caudal medio y un retardo. Permite ráfagas. Utiliza dos pozales agujereados.

VBR-nrt

Asegura un caudal medio pero no retardo. Permite ráfagas. Utiliza pozal agujereado.

ABR

Asegura un caudal mínimo, permite usar capacidad sobrante de la red. Incorpora control de congestión

UBR+/GFR Intenta conseguir un caudal mínimo. Usa el sobrante. UBR

No asegura nada. Usa caudal sobrante.

53

23


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 54

54

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 55

55

24


Función densidad de probabilidad de llegada de celdas

α < CLR

Mínimo

Peak-to-Peak CDV Celdas perdidas o entregadas demasiado tarde

Max CTD El tiempo mínimo de transferencia viene marcado por las características físicas de la red

56

Parámetros especificados en cada categoría de Servicio CBR

VBR-rt VBR-nrt ABR

UBR+ UBR

PCR/CDVT

No

No

SCR/BT

No

No

No

No

MCR

No

No

No

No

Max. CTD

No

No

No

Pk-t-Pk CDV Sí

No

No

No

No

CLR

No

No

57

57

25


Categorías de Servicio ATM Servicio Garantizado CBR

VBR-rt

VBR-nrt

ABR

UBR+

Complejidad de implementación

Mínima UBR

‘Best Effort’

Calidad de Servicio

UBR+

CBR

VBR-nrt

UBR

Máxima VBR-rt

ABR

58

Control de Admisión de Conexión o CAC (CBR, VBR y ABR)

Quiero un VC VBR-rt con: PCR/CDVT = A/B SCR/BT = C/D Max. CTD = E Pk-t-Pk CDV = F CLR = G Petición de QoS garantizada

No o Sí, Acordar un Contrato de Tráfico

Red ATM

59

26


Conformado de Tráfico o Traffic Shaping (CBR y VBR) Quiero cumplir con mi contrato, por tanto suavizaré mi tráfico

Shaper

Datos reales

Adelante, Dame el día

Datos conformados Red ATM

•  El conformado de tráfico lo realiza el host (interfaz UNI) •  Altera las características del tráfico introducido en la red •  Se aplica el algoritmo del pozal agujereado 60

Contrato

Este usuario no está cumpliendo el contrato. Cual deberá ser la multa?

Red ATM

61

27


Traffic Policing CBR •  Un pozal agujereado con: –  Caudal de entrada: la velocidad de la interfaz física –  Caudal de salida: PCR –  Capacidad del pozal: se deduce a partir del CDVT

•  Las celdas no conformes (que desbordan el pozal) son descartadas,

63

63

Traffic Policing VBR •  Dos pozales (parecido a Frame Relay) con: –  Caudal de entrada: velocidad de la interfaz física –  Primer pozal: SCR/BT –  Segundo pozal: PCR/CDVT (como en CBR)

•  Tres posibles algoritmos según la forma como se combinan los pozales y las acciones a tomar

64

64

28


Algoritmo por defecto para VBR CLP = 1 Tráfico entrante

CLP = 0

Segundo pozal lleno descartar

Primer pozal lleno CLP = 1

Segundo Pozal (CDVT) Vaciar al caudal de SCR en el VC Vaciar al caudal de PCR-SCR en el VC

65

65

Traffic Policing ABR y UBR+ •  El tráfico por debajo de MCR (Minimum Cell Rate) se envía con CLP=0; el excedente se envía (si se puede) con CLP=1. •  Opcionalmente se puede obligar un límite máximo al caudal según el parámetro PCR.

66

66

29


Características de las Categorías de Servicio Traffic Control de Tiempo Aplicación Policing Admisión real CBR

Emulación de circuitos. Aplicaciones de caudal constante

VBR-rt

Flujos con ráfagas (videoconferencia, VoD)

VBR-nrt Sí

No

Datos. Caudal relativamente constante con algunas ráfagas.

ABR

Posible

No

Datos. Caudal a ráfagas muy irregular. Mínimo garantizado. Control de congestión

UBR+

Posible

No

No

Datos. Caudal a ráfagas muy irregular. Mínimo no garantizado

UBR

No

No

No

Datos. Caudal a ráfagas muy irregular. Sin garantías 67

Capacidad de un enlace por categorías de tráfico ATM ABR MCR ABR ABR PCR VBR PCR UBR VBR SCR

CBR PCR

Capacidad del enlace

VBR CBR

68

30


Control de Congestión en ATM •  CBR y VBR aplican control preventivo aplicando control de admisión en el momento de la conexión y traffic policing (p. Ej. pozal agujereado) durante ésta. •  En UBR el único control consiste en descartar celdas cuando haya congestión. •  En ABR se prevé un mecanismo reactivo, con tres modos posibles: –  EFCI (Explicit Forward Congestion Notification). Parecido al bit FECN de Frame Relay. –  RR (Relative Rate) –  ER (Explicit Rate)

69

Control de Congestión Reactivo

A Realimentación

Conmutador Z

B

C

Conmutador 70

31


Control de Congestión ABR: Modo EFCI (Explicit Forward Congestion Indication) Bit intermedio en campo PTI

Emisor

x

Receptor

x

Celdas RM marcadas por Receptor

Celda de datos Celda RM

Cuando el conmutador detecta congestión: 1.  Pone el flag EFCI en las celdas de ida en ese VC 2.  El receptor debe responder con celdas RM marcadas (se envía una celda RM cada n celdas de datos) 3.  Como consecuencia el emisor debe bajar el ritmo Tiempo de reacción depende del tiempo de i/v del VC 71

Campo PTI (Payload Type Identifier) Valor Significado 000

Celda tipo 0 (normal). No hay congestión

001

Celda tipo 1 (fin de paquete AAL5). No hay congestión.

010

Celda tipo 0 (normal). Hay congestión

011

Celda tipo 1 (fin de paquete AAL5). Hay congestión

100

Celda OAM (Operation, Administration and Management) de segmento (entre vecinos)

101

Celda OAM (Operation, Administration and Management) extremo a extremo

110

Celda RM (Resource Management)

111

Reservado 72

32


Control de Congestión ABR: Modo Tasa relativa (RR, Relative Rate)

Emisor

Receptor

x

Celdas RM marcadas por conmutador

Cuando el conmutador detecta congestión: 1.  Marca celdas RM (Resource Management) de retorno 2.  Como consecuencia el emisor debe bajar el ritmo El tiempo de reacción es más corto que en modo EFCI 73

Control de Congestión ABR: Modo Tasa explícita (ER, Explicit Rate) Emisor

155

100

50

100

Receptor

1.  El emisor anota en las celdas RM el caudal posible 2.  Los conmutadores pueden modificar el valor anotado, pero solo hacia abajo 3.  El emisor ajusta su flujo al caudal indicado en las celdas RM que recibe Se utiliza en enlaces de área extensa 75

33


ACR: Actual cell rate ER: Explicit rate ICR: Initial cell rate MCR: Minimum cell rate PCR: Peak cell rate RDF: Rate Decrease Factor RIF: Rate Increase factor NI: No increase CI: Congestion Indication

Modo RR (Tasa Relativa)

Modo76ER (Tasa Explicita)

RM

76

Control de congesti贸n ABR

Eficiencia

Conmutador de Operador

Conmutador de campus

Costo/Complejidad

77

34


Transporte de datos sobre ATM •  El transporte de datos pertenecientes a otros protocolos (IP, IPX, etc.) se ha convertido en la principal aplicación de ATM •  Existen básicamente dos tipos de soluciones, las estandarizadas por el IETF y las del ATM Forum: –  IETF: •  Multiprotocol encapsulation over AAL5: RFC 1483 (7/93) •  Classical IP and ARP over ATM: RFC 1577 (1/94) y otros •  MPLS (Multiprotocol Label Switching): RFC 2547 (3/99), 2702 (9/99) y otros en discusión

–  ATM Forum: •  LAN Emulation Versión 1.0 (1995-96), V. 2.0 (1997-99) •  MPOA (MultiProtocol Over ATM) v. 1.0 (1997-98), v. 1.1 (1999- ) 78

RFC 1483 (Multiprotocol Encapsulation over AAL5) •  Los paquetes de red (IP, IPX, Appletalk, etc.) se meten en mensajes AAL5 •  El soporte multiprotocolo se consigue: –  Estableciendo un VC diferente para cada protocolo, o –  Añadiendo una cabecera LLC/SNAP (IEEE 802.2) a cada paquete (como en las LAN)

•  La resolución de direcciones ATM-nivel_de_red se hace de forma manual y estática. Cada host mantiene su propia tabla de equivalencias. •  Se pueden utilizar PVCs o SVCs 79

79

35


Transporte de datagramas IP sobre AAL5 con encapsulado LLC/SNAP 8 8

20

48

5

48

5

48

48

8

0-47

5

48

48

48

5

48

48

5

48

48

5

48

80

VCs AAL5

IP

IP

IPX

RFC 1483: Multiplexado por VCs

IPX

VC AAL5 LLC/SNAP IP

IP

IPX

RFC 1483: Multiplexado por LLC/SNAP (802.2)

IPX 81

36


RFC 1577 (Classical IP over ATM) •  Versión ‘mejorada’ de RFC 1483: –  Mecanismo de resolución de direcciones: ATM ARP similar a ARP –  Posibilidad de crear varias redes IP lógicas (LIS, Logical IP Subnet) sobre una misma red ATM física •  Soporta tráfico multiprotocolo pero las mejoras solo están disponibles para IP •  Requiere: –  Utilizar cabecera LLC/SNAP –  Soporte de SVCs en la red ATM (protocolo de señalización). •  Solo usa categoría de tráfico UBR (no aprovecha características de QoS) 82

ATM ARP •  En cada red IP (LIS) debe haber un servidor ATM ARP que mantenga una tabla de equivalencias entre direcciones IP y ATM. Puede haber mas de uno por razones de fiabilidad. •  La tabla se genera de forma dinámica: cada host al arrancar se registra enviando un mensaje al servidor ATM ARP. •  Para saber la dirección ATM que corresponde a una dirección IP dada los hosts preguntan al servidor ATMARP; las respuestas en los clientes se mantienen en la cache ATMARP durante 15 minutos. •  Las entradas en el servidor caducan; los clientes se deben reregistrar cada 20 minutos •  También hay un protocolo ATM ARP Inverso análogo a RARP •  Los mensajes ATM ARP y ATM ARP Inverso son muy similares a los de ARP y RARP. 83

37


Funcionamiento de ATM ARP: registro inicial Al arrancar A establece un SVC con el servidor ATMARP y le lanza un mensaje solicitando ser registrado en la tabla de éste.

El servidor responde con un mensaje ATMARP inverso, es decir pide la dirección IP y ATM del cliente

Servidor ATMARP Configuración: IP: 147.156.12.3 ATM: 39..2c01.00

Cliente A

1 3

2

Configuración: IP: 147.156.15.7 ATM: 39..579b.00 ARP Server: 39..2c01.00 A responde al mensaje con lo cual el servidor recopila la información necesaria y la incorpora en sus tablas

Tabla ARP IP ATM 147.156.12.3 39..2c01.00 147.156.15.7 39..579b.00

84

Funcionamiento de ATM ARP: resolución de direcciones Cliente B IP: 147.156.30.4 ATM: 39..468a.00

Sabida la dirección ATM de A B ya puede comunicar directamente con él por el SVC establecido

Para poder comunicar con A B lanza un ATMARP request al servidor preguntándole su dirección ATM El servidor responde con la dirección ATM solicitada

Servidor ATMARP IP: 147.156.12.3 ATM: 39..2c01.00 Tabla ARP IP ATM 147.156.12.3 39..2c01.00 147.156.15.7 39..579b.00 147.156.30.4 39..468a.00

4

A utiliza la dirección ATM recibida para establecer un SVC con B y comunicar con él

6 3

5 2 El servidor responde con la dirección ATM correspondiente a la IP indicada

1

Cliente A IP: 147.156.15.7 ATM: 39..579b.00 A lanza un ATMARP request hacia el servidor preguntando por la dirección ATM de B 85

38


Subredes IP Lógicas (LISes) •  Permiten formar grupos en una misma red ATM por razones de gestión, afinidad, seguridad, etc. •  También permiten reducir el número de VCs que se establecen en la red; la comunicación entre miembros de LISes diferentes se ha de hacer necesariamente a través de uno o varios routers. •  En cada LIS ha de haber al menos un servidor ATMARP, y para comunicar con otras LISes deberá tener al menos un router. •  Normalmente cada LIS se corresponde con una subred IP. •  En ‘Classical IP over ATM’ no se ha previsto un mecanismo para la transmisión broadcast/multicast; para hacerla es preciso que el router establezca un SVC con cada host y duplique la información. 86

Organización de LISes en ‘Classical IP over ATM’ LIS A: 123.233.77.0/24 123.233.77.86

123.233.77.34 Y Servidor ATMARP 123.233.77.2

La comunicación X-Y se realiza a través de dos VC

123.233.77.1 123.233.45.1

X

123.233.45.3

LIS B: 123.233.45.0/24

123.233.45.27 Servidor ATMARP 123.233.45.2

123.233.45.12

87

39


Modelo Overlay de Classical IP over ATM Aplicación

Aplicación

Transporte

Transporte

IP

IP Routing IP

OSPF

OSPF

CIPOA/AAL5

CIPOA/AAL5

ATM

ATM PNNI

ATM física

Host ATM

ATM física

Routing ATM

ATM física

ATM PNNI

ATM física

Conmutador ATM

ATM física

Conmutador ATM 88

ATM

ATM física

Host ATM

88

LAN Emulation (LANE) •  Solución estandarizada por el ATM Forum para permitir el rápido desarrollo de ATM en redes locales. Permite aprovechar software ya desarrollado para interfaces LAN. •  La red ATM simula ser una LAN (Ethernet o Token Ring). •  En realidad lo único que se emula es el formato de trama MAC y el funcionamiento de una LAN conmutada, no el protocolo MAC de medio compartido ni el medio físico. •  Al emplear la trama MAC para enviar los datos el soporte multiprotocolo viene dado de forma automática por la cabecera LLC/SNAP (o por el Ethertype en el caso de utilizar formato DIX en Ethernet) •  Se utiliza AAL5 para enviar las tramas •  LANE v 1.0 funciona con SVCs UBR, no aprovecha QoS. •  LANE v 2.0 puede utilizar ABR. 89

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Arquitectura de LANE Aplicación

Aplicación

Transporte

Transporte

IP, IPX, etc.. NDIS, ODI

IP, IPX, etc..

Drivers tarjetas LAN

NDIS, ODI

LANE/AAL5

LANE/AAL5

ATM

ATM ATM Física

Host ATM con LEC

ATM Física

Routing ATM

ATM

PNNI

PNNI

ATM Física

ATM Física

ATM Física

Conmutador ATM

Conmutador ATM

ATM ATM Física

Host ATM con 91 LEC

Entorno de funcionamiento de LANE

LAN emulada (ELAN)

LAN real

92

92

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LANE vs Classical IP over ATM •  Diferencias principales: –  Resolución de direcciones MAC-ATM: En LANE no es posible una solución tipo ATM ARP Server puesto que en las LANs no es obligatorio registrarse para recibir tráfico. –  Emisiones broadcast/multicast: Es necesario implementar un mecanismo de transmisión broadcast/multicast para simular correctamente el comportamiento de las LANs.

93

93

Funcionamiento de LANE •  La emulación se basa en tres componentes software que deben estar presentes en cualquier red LANE: –  LEC (LAN Emulation Client): ha de estar presente en cada host de la red –  LES (LAN Emulation Server): mantiene una tabla para la resolución de direcciones MAC-ATM. Cuando la dirección MAC requerida está en sus tablas informa al host de la dirección ATM para que establezca un SVC y envíe los datos directamente, evitando en lo posible el uso de la transmisión broadcast a través del BUS. –  BUS (Broadcast and Unknown Server): envía las tramas broadcast/multicast y las que se dirigen a destinos desconocidos por el LES. El BUS emula en LANE el comportamiento de los conmutadores LAN, es decir: difundir por toda la red las tramas broadcast/multicast y las dirigidas a destinos desconocidos.

94

94

42


Funcionamiento de LANE, primera parte El host 10.1.1.1 tiene que enviar una secuencia de datagramas a 10.1.1.3: 1.  10.1.1.1.envía al BUS un ARP request (trama MAC broadcast). 2.  El BUS, que tiene VCs establecidos con todos los LECs, les envía a todos el ARP request. El host 10.1.1.3 recibe el ARP request, toma nota en su ARP cache de la dirección MAC de 10.1.1.1 y prepara un ARP response dirigido a A, pero para enviarlo primero ha de averiguar la dirección ATM de A.

¿10.1.1.3?

LEC

IP: 10.1.1.1 A MAC: A ATM: X

LES 1

X

2

2 B

LEC

BUS

Y Z

¿A?

LEC

IP: 10.1.1.2 MAC: B ATM: Y

IP: 10.1.1.3 C MAC: C ATM: Z

10.1.1.1 - A

95

Funcionamiento de LANE, segunda parte C quiere enviar una trama a la dirección MAC A, pero no sabe su dirección ATM : 3.  C envía al LES una LE-ARP request preguntándole la dirección ATM de A. El LES aprovecha la pregunta para incluir a C en su tabla. 4.  Sin esperar respuesta del LES C envía la ARP response al BUS para que la difunda en toda la red. 5.  Entretanto el LES responde a C que desconoce la dirección ATM de A. 6.  El BUS envía la ARP response a todos los LECs, procediendo como en el paso 2. Cuando A recibe la ARP response enviada por el BUS anota en su ARP cache que la dirección MAC de 10.1.1.3 es C, pero ahora necesita averiguar la dirección ATM de C.

LEC IP: 10.1.1.1 MAC: A ATM: X

LES

¿C? A

6

X

10.1.1.3 - C

Y LEC IP: 10.1.1.2 MAC: B ATM: Y

3

6

B

5

4

C-Z

BUS

Z LEC IP: 10.1.1.3 MAC: C ATM: Z

C 10.1.1.1 - A

96

43


Funcionamiento de LANE, tercera parte A quiere enviar una trama a C, pero no sabe su dirección ATM : 7.  A envía al LES una LE-ARP request preguntándole la dirección ATM de C. El LES aprovecha la pregunta para incluir a A en su tabla. 8.  Sin esperar respuesta del LES A empieza a enviar los datagramas que tiene para C al BUS para que los difunda por toda la red. Seguirá actuando de esa forma entretanto no reciba una respuesta del LES 9.  El BUS envía los datagramas que recibe de A a todos los LECs, igual que en los pasos 2 y 6 anteriores 10.  El LES envía a A una LE-ARP response con la dirección ATM de C. A incluye esta información en su tabla LE-ARP cache 11.  A establece un SVC con C y le envía los datagramas directamente, dejando de enviarlos al BUS 10 LEC IP: 10.1.1.1 MAC: A ATM: X

A

7

X

8 9

10.1.1.3 – C - Z

LEC

B

Y

LES C-Z A-X

9

11

BUS Z

LEC IP: 10.1.1.3 MAC: C ATM: Z

IP: 10.1.1.2 MAC: B ATM: Y

C 97

10.1.1.1 - A

Funcionamiento de LANE, cuarta parte Cuando más tarde C quiera enviar datagramas a A tendrá que repetir el proceso de la parte 2, pero esta vez con una respuesta positiva por parte del LES: 12.  C envía al LES una LE-ARP request preguntándole la dirección ATM de A. 13.  Sin esperar respuesta del LES C empieza a enviar los datagramas que tiene para A al BUS para que los difunda por toda la red. Seguirá actuando de esa forma entretanto no reciba una respuesta del LES. 14.  El BUS envía los datagramas que recibe de C a todos los LECs. 15.  El LES envía a C una LE-ARP response con la dirección ATM de A. C incluye esta información en su tabla LE-ARP cache 16.  C utiliza el SVC que A tiene con el para enviarle directamente los datagramas, dejando de enviarlos al BUS LES

LEC IP: 10.1.1.1 A X MAC: A ATM: X 10.1.1.3 – C - Z

LEC IP: 10.1.1.2 MAC: B ATM: Y

B

12

14 14 Y

13

16 Z LEC IP: 10.1.1.3 MAC: C ATM: Z

15

C-Z A-X

BUS

¿A?

C 10.1.1.1 – A - X

98

44


Integración de LANE y LANs conmutadas •  Existen conmutadores LAN que tienen conexión a ATM y permiten integrar en una red LANE a hosts que no tienen una conexión ATM directa. •  En este caso el LEC reside en el conmutador, que actúa ‘en representación’ de todas las direcciones MAC que dependen de él. Decimos que es un LEC ‘proxy’. •  El funcionamiento de un LEC proxy es similar al de un host que tuviera varias direcciones MAC asociadas a una misma dirección ATM LEC

LEC Conmutador LAN con conexión ATM

LEC Proxy

LES 99

LEC

Aplicación Transporte

BUS

Arquitectura LANE con LEC Proxy

Aplicación Transporte

IP, IPX, etc. IP, IPX, etc. NDIS, ODI LANE/ AAL5

LANE/AAL5

ATM ATM Física

Host ATM con LEC

ATM ATM Física

ATM ATM Física

ATM Física

Conmutador ATM

100

NDIS, ODI MAC (Eth.,T.R.) Ethernet, T. R.

ATM

Conmutador LAN con LEC ‘proxy’

MAC (Eth.,T.R.) Ethernet, Token Ring

Host LAN 100

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LANE y ELANs •  Igual que en Classical IP over ATM las LISes dividian una red ATM en varias redes IP, en LANE una misma red ATM puede emular varias LANs diferentes. •  Las ELANs (Emulated LANs) son equivalentes a las VLANs •  Las razones para crear ELANs son las mismas que para crear VLANs: –  Seguridad: se obliga a pasar por el router para la comunicación –  Eficiencia: se limita el tráfico broadcast/multicast •  La principal ventaja de las ELANs es que permiten extender las LANs a través de una infraestructura ATM. 101

ELANs •  Cada ELAN debe tener su propio LES y BUS. •  Para comunicar dos ELANs es preciso un router que tenga una interfaz en cada una (como para conectar dos VLANs). •  Normalmente en la red ATM hay un router que interconecta todas las ELANs •  Un host multihomed se puede conectar a más de una ELAN mediante diferentes interfaces ATM. El host puede comunicar con esas ELANs directamente, sin pasar por el router. Esta es una solución interesante para servidores. 102

46


Creación de dos ELANs en una red ATM ELAN ROJA 147.156.12.0/24

LEC IP: 147.156.12.1 MAC: AAA ATM: XXX

LEC IP: 147.156.14.1 MAC: BBB ATM: YYY

LEC LEC

LES

BUS

ELAN AZUL 147.156.14.0/24

LES BUS LEC

LEC Host LEC Multihomed

LEC 103

Servidor LECS •  En una red ATM LANE con varias ELANs cada LEC debe saber a que ELAN pertenece y las direcciones ATM de su LES y su BUS. •  Para simplificar la configuración de LANE se define en la red ATM el servidor LECS (LAN Emulation Configuration Server) en el que se centraliza toda la información sobre los LES y BUS de cada ELAN. •  Al conectarse a una red ATM un LEC lo primero que hace es preguntar al LECS quienes son su LES y su BUS. •  El LEC no tiene en su configuración la dirección del LECS. La tiene el conmutador al que se conecta, que se la pasa al LEC cuando arranca (ILMI). De esta forma si se cambia el LECS solo hay que modificar la dirección en los conmutadores, no en los hosts. •  Si se cambia la dirección de un LES o un BUS solo es preciso indicarlo al LECS y éste ya se encarga de notificarlo a todos los LEC afectados. •  El LECS simplifica considerablemente el mantenimiento de la red.

105

47


ELANs con subinterfaces y LECS LEC IP: 147.156.12.1 MAC: AAA ATM: XXX 1

ELAN ROJA 147.156.12.0/24

LEC IP: 147.156.14.1 MAC: BBB ATM: XXX 2

Selector

LEC LEC

LES

ELAN AZUL 147.156.14.0/24

LECS:W

LES

LECS:W

BUS

BUS

LEC LEC

W

LEC LEC LEC

LECS 106

48


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