El documento presenta una introducción a las redes ATM (Asynchronous Transfer Mode). Explica conceptos clave como la estructura de la celda ATM, los protocolos de capa ATM y física, y los diferentes tipos de conexiones virtuales como PVC, SVC y S-PVC. También describe elementos de la arquitectura ATM como la conmutación, la señalización y los identificadores VPI/VCI usados para el enrutamiento de celdas.

1. 01/02/2012
Universidad del Cauca
Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones
Departamento de Telemática
Sistemas de Conmutación
HFC
Video
Modo de Transferencia
Asíncrona (ATM)
ATM LAN
Voz Datos
Dr. Ing. Álvaro Rendón Gallón
Popayán, enero de 2012
2
Temario
• Introducción
– Origen y concepto básico de ATM
– Características generales de ATM
• Arquitectura
• Conmutación
• Señalización
Álvaro Rendón G.
1

2. 01/02/2012
3
Redes de comunicaciones
Redes de Comunicación
Redes de Comunicación Redes de Comunicación
Conmutadas por Difusión
• Ethernet
• Redes de radio-paquetes
• Redes satelitales
Redes de Conmutación Redes de Conmutación
de Circuitos de Paquetes
• Red telefónica
• Red de enrutamiento por
longitud de onda
Redes Orientadas a Redes No Orientadas a
Conexión Conexión
• X.25 • Red IP
• Frame Relay
• ATM
• MPLS
Álvaro Rendón G.
4
Redes de Área Amplia (WAN)
Red de conmutación de paquetes
Soportada en una red SDH
WAN
Red SDH
Álvaro Rendón G.
2

3. 01/02/2012
5
Red Telefónica Pública Conmutada
(PSTN)
Red de conmutación de circuitos
Soportada en una red SDH
Red de Telefónica
Pública Conmutada
Red SDH
Voz: ráfaga continua de
pequeños paquetes de datos
a 64 Kbps
Álvaro Rendón G.
6
Red de Transporte Conmutado
Red de conmutación Redes de Transporte Red de conmutación
de circuitos Conmutado de paquetes
LAN
PSTN WAN
LAN LAN
Se quiere una única
Red de Transporte
Red SDH
Conmutado!
Red de Transporte Conmutador Frame Relay
Fijo Enrutador
Multiplexor SDH
Álvaro Rendón G.
3

4. 01/02/2012
7
RDSI (ISDN)
Red Digital de Servicios Integrados
Red de Conmutación
de Paquetes
Central
RDSI Red de Conmutación
Local de Circuitos
Red de Señalización
De las integración del acceso…
… a la integración de las redes
Álvaro Rendón G.
8
RDSI-BA (B-ISDN)
RDSI-BA LAN
Conmutación Conmutación
de circuitos de paquetes
Red de Transporte
Red ATM
Conmutado
Conmutador ATM
Red de Transporte
Fijo Red SDH Enrutador
Multiplexor SDH
Álvaro Rendón G.
4

5. 01/02/2012
9
STM: Modo de Transferencia Síncrona
Trama de n ITs
A 125 µs A
IT0 IT1 IT2 IT3 IT4 ITn-1 ITn
B Alineación A->B B->A B
de Trama
Información (voz/datos)
• Tramas periódicas encabezadas por patrón de alineación
• Cada conexión se identifica por su posición en la trama
• El acceso al canal es sincrónico o determinístico
Problema:
• El canal se mantiene ocupado aún si hay silencios (cuando
no se transmite información)
Álvaro Rendón G.
10
ATM: Modo de Transferencia Asíncrona
Celda
A A
Cabecera Información
B A->B B->A B->A B->A B
• Celdas con cabecera y carga útil (información)
• Cada conexión se identifica por la cabecera (cto. virtual)
• El acceso al canal es asincrónico o estadístico (en función
del volumen de información)
Problema:
• Control de tráfico: garantizar capacidad y retardos para
distintos tipos de servicio (QoS)
Álvaro Rendón G.
5

6. 01/02/2012
11
ATM - Generalidades
Video
HFC
Datos
ATM LAN
Voz
• Concebida para transmitir voz, video y datos
• Publicado por la UIT-T en 1988 (Rec. I.121)
Uso actual:
- Red troncal (backbone) para ISP
- Conexiones de video punto a punto y punto-multipunto
- Conexiones de voz para telefonía celular (i.e. NodeB-RNC)
- Emulación de circuitos E1 sobre la red ATM
Álvaro Rendón G. - Soporte a redes de acceso residencial basadas en ADSL
12
ATM - Generalidades
Video
HFC
Datos
ATM LAN
Voz
Niveles de tolerancia por tipo de tráfico
Sensibilidad
Tipo de Tráfico Pérdida de Retardos
paquetes
Voz Baja Alta
Video Moderada Alta
Álvaro Rendón G.
Datos Alta Baja
6

7. 01/02/2012
13
ATM - Generalidades
Video
HFC
Datos
ATM LAN
Voz
• Conmutación de paquetes: celdas de tamaño fijo
• Orientada a conexión (establ-comunicac-liberac)
• No hay control de errores ni de flujo entre nodos
• Protección de cabecera (garantizar enrutamiento)
• Esquemas de control de congestión
• QoS por conexión (única hasta MPLS)
Álvaro Rendón G.
14
Temario
• Introducción
• Arquitectura
– Protocolos
– Capa Física
– Capa ATM: estructura de la celda
– Capa AAL
• Conmutación
• Señalización
Álvaro Rendón G.
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8. 01/02/2012
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Arquitectura de Protocolos
Modelo Modelo RDSI
OSI
Gestión de Planos
Plano de Plano de
Control Usuario
Capa de
Red Señalización Usuario
Capa de Capa de Adaptación ATM (AAL)
Enlace de
datos Capa ATM
Capa
Física Capa Física
AAL: ATM Adaptation Layer
Álvaro Rendón G.
16
Pila de Protocolos
Usuario Red Usuario
Señaliz. Usuario Usuario Señaliz.
Conmutación
AAL ATM AAL
Capa ATM ATM ATM Capa ATM
Capa Física Física Física Capa Física
AAL - Capa de Adaptación ATM (ATM Adaptation Layer):
Conversión de datos de aplicaciones a celdas ATM
Capa ATM: Adiciona la cabecera de las celdas
Transporte de las celdas a través de la red.
Capa Física: Conversión al formato óptico o eléctrico apropiado
Álvaro Rendón G.
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9. 01/02/2012
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Capa Física
Subcapas
Usuario/ Desacople de la rata de celdas
Señalización Generación/Verificación HEC (Head Err Ctrl) TC
AAL
Delineación de celdas
Adaptación de la trama de transmisión
Capa ATM
Temporización de bit
Capa Física PMD
Codificación/decodificación (4B/5B, 8B/10B, …)
• TC: Transmission Convergence
Recibe celdas ATM y las convierte en flujos de bits
• PMD: Physical Medium Dependent
Entrega y recupera los flujos de bits al/del medio físico:
E1 (2,048 Mbps), STM-1 (155 Mbps), STM-4 (622 Mbps)
E3 (34 Mbps) STM-16 (2,5 Gbps)
PDH SDH
Álvaro Rendón G.
18
Capa ATM
Usuario/ Control de flujo genérico
Señalización Generación/extracción de la cabecera
AAL
Traslación de VPI/VCI
Multiplexación y demultiplexación de celdas
Capa ATM
Capa Física
Formato de la celda ATM
Cabecera Carga útil
(Header) (Payload)
5 bytes 48 bytes
CLP
GFC VPI VCI PTI HEC
VPI/VCI: Virtual Path/Virtual Channel Identificators
HEC: Header Error Control
Tamaño fijo: no tiene banderas delimitadoras ni indicador de longitud
Álvaro Rendón G.
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10. 01/02/2012
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Tipos de Interfaz
RED PRIVADA ATM RED PUBLICA ATM
UNI NNI
PUBLICA
PUBLICA
NNI
PRIVADA
UNI PUBLICA
UNI PRIVADA
Usuarios
UNI: User-Network Interface NNI: Network-Network Interface
Álvaro Rendón G. ITEC-Telecom
20
Estructura de la Celda UNI
1 2 3 4 5 6 7 8
Control de Flujo Genérico Identificador Camino Virtual
Identificador Camino Virtual Identificador Canal Virtual
5
Identificador Canal Virtual
Bytes
Identificador de
Identificador Canal Virtual Tipo de Carga CLP
Control de Errores en la Cabecera
48
Carga Útil Bytes
CLP: Prioridad en la pérdida de celdas
Álvaro Rendón G. ITEC-Telecom
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11. 01/02/2012
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Estructura de la Celda NNI
1 2 3 4 5 6 7 8
Identificador Camino Virtual
Identificador Camino Virtual Identificador Canal Virtual
5
Identificador Canal Virtual
Bytes
Identificador de
Identificador Canal Virtual Tipo de Carga CLP
Control de Errores en la Cabecera
48
Carga Útil Bytes
CLP: Prioridad en la pérdida de celdas
Álvaro Rendón G. ITEC-Telecom
22
GFC: Control de Flujo Genérico
CLP
GFC VPI VCI PTI HEC Carga útil
Equipo de Conmutador
Usuario ATM
Red ATM
TIEMPO
• Enrutadores
• Conmutadores ATM para LAN Control del flujo de tráfico
• Estaciones de Trabajo
• Multiplexores ATM entre los equipos de usuario y
la red
Álvaro Rendón G.
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12. 01/02/2012
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VPI/VCI: Identificador de
Camino/Canal Virtual
VC1
VC2
VP1 VP1 …..
VCn
VC1
VP2 MEDIO VP2 VC2
…..
VCn
FISICO
VC1
VC2
VPm VPm …..
VCn
VPI (Virtual Path Identifier): Identificador de Camino Virtual
VCI (Virtual Channel Identifier): Identificador de Canal Virtual
CI (VPI+VCI): Connection Identifier = Label: Etiqueta
Álvaro Rendón G. ITEC-Telecom
24
Operación de los VPI/VCI
CLP
GFC VPI VCI PTI HEC VPI = 5
VCI = 131
Conmutador de
VPI = 4
VPI = 19 Ingreso VCI = 10
VCI = 27
VPI = 234
Las etiquetas VCI = 1000
Cali VPI = 234
tienen sentido VCI = 1001
sólo entre dos VPI = 234
Conmutador de
nodos VCI = 1002 Egreso
Bogotá VPI = 20
VPI = 38 VCI = 332
VPI =29
VCI = 56 VCI = 164
Álvaro Rendón G.
12

13. 01/02/2012
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Operación de los VPI/VCI
VPI = 5
CLP
GFC VPI VCI PTI HEC
VCI = 131
Conmutador de
Tabla de Conmutación Ingreso
Entrada Salida 2
Pto VPI VCI Pto VPI VCI
2 5 131 8 234 1000 VPI = 234
VCI = 1000
8 Conmutador de
Cali
Egreso
1 Tabla de Conmutación
Entrada Salida
Conmutador: Bogota Pto VPI VCI Pto VPI VCI
16
Con la etiqueta y el puerto VPI =29 1 234 1000 16 29 164
de entrada se obtiene la VCI = 164
etiqueta y el puerto de salida
(traslación de VPI/VCI)
Álvaro Rendón G.
Tabla de Conmutación/Traslación
• Se implementa Tabla de Conmutación
con circuitos Puerto Etiqueta Etiqueta Puerto
• Mayor velocidad Entrada Entrada Salida Salida
I 3 5 II
I 7 8 III
Datos 5
Datos 3 Datos 7 VPI/VCI II
I Datos 8
Puerto de III
Matriz de Conmutación
Entrada (Switch Fabric)
ITEC-Telecom
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14. 01/02/2012
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Conexiones Virtuales
PERMANENTES : PVC/PVP
CONMUTADAS : SVC/SVP
PERMANENTES INTELIGENTES : S-PVC
PVC
S-PVC Q.2931
SVC
En SVC, cada conmutador:
• Asigna ancho de banda a la conexión
• Selecciona una etiqueta VPI/VCI
Álvaro Rendón G. • Actualiza su tabla de conmutación ITEC-Telecom
28
PTI: Indicador del Tipo de Carga
CLP
GFC VPI VCI PTI HEC Carga útil
Bit 3 Bit 2 Bit 1
Celda de
Gestión de
Recursos
Control de
1 Celda OAM 0/1 0/1 Segmento/Conexión
0 Celda Usuario 0/1 Indicación de
Congestión
0/1 Último Dato (AAL5)
Álvaro Rendón G.
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15. 01/02/2012
29
CLP: Prioridad en la Pérdida de Celdas
CLP
GFC VPI VCI PTI HEC Carga útil
la aplicación Contrato
fija CLP=1 Servicio
la red fija CLP=1
Celda normal (CLP = 0) Descarte
Celda Descartable (CLP = 1)
Fijada por el usuario o la red
CLP: Cell Loss Priority
Álvaro Rendón G.
30
HEC: Control de Errores en la Cabecera
CLP
GFC VPI VCI PTI HEC Carga útil
ALGORITMO DETECCIÓN DE ERRORES
Hay errores múltiples
3 (eliminar celda)
No hay errores Error detectado
(no hacer nada) (eliminar celda)
Modo No hay más errores Modo
5
corrección (no hacer nada) detección
1 4
2
Hay un error simple (un bit)
(corregir cabecera)
Álvaro Rendón G. HEC: Header Error Control
15

16. 01/02/2012
31
Capa de Adaptación ATM (AAL)
Voz Datos Video Voz Datos Video
LAN HFC LAN HFC
Usuario/ Usuario/
Señalización Señalización
AAL AAL
Capa ATM ATMRedATM Capa ATM
ATM
Capa Física Física Física Capa Física
Los servicios se ofrecen en los extremos
Álvaro Rendón G.
AAL sólo opera del lado del usuario
32
Capa de Adaptación ATM (AAL)
n x Voz/video
64 Kbps 2 Mbps 34 Mbps en paquetes Datos
Usuario/
Señalización
AAL
Capa ATM
Capa Física
Celda
Segmentación/
Reensamblaje
STM-1: 155 Mbps
Tara de SDH
125 µs
Álvaro Rendón G. Basada en (Parra, 2000, 32)
16

17. 01/02/2012
33
Capa de Adaptación ATM (AAL)
Usuario/ Subcapas
Señalización
Sub-capa de Convergencia CS
AAL
Capa ATM Segmentación y Reensamble SAR
Capa Física
• CS: Convergence Sublayer
Ofrece servicios de tráfico apropiado a los protocolos más
altos. Se subdivide en dos subcapas:
– SSCS: Subcapa de Convergencia Específica del Servicio
– CPS: Subcapa Parte Común
• SAR: Segmentation and reassembly
En Tx: segmenta PDU de capas superiores en las celdas
En Rx: re-ensambla la info de las celdas en PDU de capas sup.
Álvaro Rendón G.
PDU: Protocol Data Unit
34
Servicios de usuario sobre AAL
Clase de Servicio
(Rec. I.362):
Clase A Clase B Clase C Clase D
Temporización Requerida No requerida
entre el origen y el
destino (TR) (NTR)
Velocidad Constante Variable
binaria (CBR) (VBR)
Con conexión Sin
Modo de conexión
Conexión (CO) (CL)
Tipo de AAL: AAL 1 AAL 2 AAL 5
N/B-ISDN
Ejemplos de Voz/Video
Voz/Video TCP, X.25, Ethernet,
comprimido
servicios: Emulación de Frame Relay IP
circuitos E1/T1 (MPEG 1,2,3)
Álvaro Rendón G.
17

18. 01/02/2012
35
Servicios AAL
Señaliz. Usuario Usuario Señaliz.
Conmutación
SAAL AAL1 AAL2 AAL5 ATM AAL1 AAL2 AAL5 SAAL
Capa ATM ATM ATM Capa ATM
Capa Física Física Física Capa Física
Un tipo de AAL para cada clase de servicio ofrecido:
• Para usuarios:
AAL1 (clase A), AAL2 (clase B), AAL3 (clase C) y AAL4 (clase D)
AAL3 y AAL4 se fusionaron (AAL3/4) y luego fueron reemplazadas
por AAL5
• Para señalización: SAAL (Signaling AAL)
Álvaro Rendón G.
36
Características de los Servicios
Relación de temporización entre
Temporización
entre el origen el origen y el destino
y el destino
Velocidad
binaria
Modo de
3 3
2 1 3 2 1
Conexión
Terminal Terminal
origen destino
Requerida: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1
Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3)
No Requerida: TCP, X.25, Frame Relay
Ethernet, IP
Álvaro Rendón G.
18

19. 01/02/2012
37
Características de los Servicios
Velocidad binaria (constante o variable)
Temporización
entre el origen Velocidad de
y el destino bits constante
Velocidad
binaria
Modo de
Conexión
Velocidad de
bits variable
Constante: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1
Variable: Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3)
TCP, X.25, Frame Relay
Ethernet, IP
Álvaro Rendón G.
38
Características de los Servicios
Modo de conexión
Temporización
entre el origen
• Orientado a la conexión
y el destino
Conmutador Conmutador Conmutador
Velocidad
binaria
Modo de
Conexión
Orientado a Cx: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1
Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3)
TCP, X.25, Frame Relay
No orientado a Cx: Ethernet, IP
Álvaro Rendón G.
19

20. 01/02/2012
39
Características de los Servicios
Modo de conexión
Temporización
entre el origen
• No orientado a la conexión
y el destino
Velocidad
binaria
Modo de
Conexión
Orientado a Cx: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1
Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3)
N-ISDN (datos), Internet, X.25, Frame Relay
No orientado a Cx: Ethernet, IP
Álvaro Rendón G.
40
AAL1
Soporta el servicio de Clase A
Uso: Emulación de circuitos E1/T1, conexiones de
Temporiza- audio a velocidad de bit constante
ción
Requerida
Velocidad
Binaria
Constante
Orientado a
Conexión
RTPC ATM
Álvaro Rendón G. ITEC-Telecom
20

21. 01/02/2012
41
AAL1: Funciones de CS
Aplicaciones
ATM
CS
AAL SAR
• Manejo de variaciones en el retardo de celdas Capa ATM
• Procesamiento del contador de secuencia (CS):
Detección de celdas perdidas y mal insertadas, y
compensación con celdas falsas
• Corrección de errores hacia adelante (FEC video/audio)
• Supervisión de rendimiento
• Transferencia de datos estructurados (nx64 Kbps) y no
estructurados: emulación de circuitos E1/T1
• Transferencia de información de reloj (bit CSI)
Álvaro Rendón G.
42
AAL1: Estructura de paquetes
Cabecera SAR (1 byte) Cabecera CS (1 byte)
CSI SC CRC-3 P Apuntador SDT P
1 3 bits 3 bits 1 7 bits 1
Cabec. CS
PDU SAR SN SNP (Opcional) Carga útil CS (46/47 bytes)
Cabecera ATM Carga útil ATM
Celda ATM (5 bytes) (48 bytes)
Apuntador SDT (Structured Data Transfer): usado por CS
Aplicaciones en la transferencia de datos estructurados (nx64 Kbps)
CS P: Paridad
AAL SAR
SN: Número de Secuencia SNP: Protección de SN
Capa ATM
• CSI: Indicador de CS (reloj) • CRC 3 bits
• SC: Contador de secuencia • P: Paridad par
Álvaro Rendón G.
21

22. 01/02/2012
43
AAL2
Soporta el servicio de Clase B
Compresión y supresión de canales silentes y sin uso.
Temporiza- Apropiado para tráfico de voz de baja velocidad.
ción Uso: Red troncal para sistemas celulares
Requerida
Velocidad
Binaria
Variable
Orientado a
Conexión
RTMC
ATM
Álvaro Rendón G. ITEC-Telecom
44
AAL2: Sub-capas (CS)
AAL2 no tiene capa SAR -> Subcapas de CS
Aplicaciones
SSCS Subcapas
AAL CPS
Service Specific Convergence Sublayer SSCS
Capa ATM
Common Part Sub-layer CPS
• Cada SSCS puede prestar un tipo de servicio distinto
• A cada usuario se le asigna un SSCS
• SSCS recibe los datos de su usuario y los entrega al
CPS en forma de pequeños paquetes
• CPS multiplexa paquetes de distintos SCSS en una
misma celda ATM
Álvaro Rendón G.
22

23. 01/02/2012
45
AAL2: Empaquetamiento en CPS
Paquete CPS 1 2 3 4 5
PDU CPS 1 2 3 3 4 5
48 bytes
Celdas ATM Carga útil Carga útil
• Cada SSCS puede prestar un tipo de servicio distinto
• A cada usuario se le asigna un SSCS
• SSCS recibe los datos de su usuario y los entrega al
CPS en forma de pequeños paquetes
• CPS multiplexa paquetes de distintos SCSS en una
misma celda ATM
Álvaro Rendón G.
46
AAL2: Paquetes de CPS
Cabecera
UUI
PPT
Paquete CPS CID LI HEC Paquete SSCS
8 bits 6 2 3 5 1-64 bytes
Campo de inicio
PDU CPS OSF SN P Carga útil PDU CPS Relleno
6 bits 1 1 47 bytes
Cabecera ATM Carga útil ATM
Celda ATM (5 bytes) (48 bytes)
Cabecera: Campo de Inicio:
CID: Identificador de Canal OSF: Campo de desplazamiento
LI: Indicador de Longitud (1-64) SN: Número de Secuencia
PPT: Tipo de Paquete (voz/gestión) P: Paridad del Campo de Inicio
UUI: Info. Usuario-Usuario
HEC: Control de Error en Cabecera
Álvaro Rendón G.
23

24. 01/02/2012
47
AAL2: Paquetes de SSCS
Tres tipos de paquetes:
• Tipo 1: No protegido (tipo por defecto)
• Tipo 2: Parcialmente protegido
• Tipo 3: Completamente protegido
Paquetes de tipo 3: son usados para dígitos marcados,
señalización por canal asociado, control de demodulación
de facsímil, alarmas, y control de estado del usuario
Paquete SSCS Redun Marca de tiempo
Info dependiente Tipo de
CRC-10
del Mensaje Mensaje
Tipo 3
2 14 bits 16 6 10
Redundancia (Redun): Número de secuencia del paquete. Los paquetes
son enviados tres veces para asegurar la correción de errores
Marca de Tiempo: Cuenta la variación de retardo del paquete para
permitir al receptor reproducir la temporización relativa
CRC-10: Chequeo de 10 bits
Álvaro Rendón G.
48
AAL5
Soporta los servicios de Clase C y Clase D
Inicialmente se denominó SEAL (Simple Efficient
Temporiza- Adaptation Layer)
ción No
Requerida Uso: Transferencia de datos IP, Frame Relay, etc.
Velocidad
Binaria
Variable
Orientado/
No Orientado
a Conexión
Red de
Datos ATM
Álvaro Rendón G.
24

25. 01/02/2012
49
Sub-capas de AAL5
Subcapas
Aplicaciones
Convergence Sublayer CS
CS • Service Specific Convergence Sublayer SSCS
AAL SAR • Common Part Sublayer CPS
Capa ATM Segmentation And Reassembly SAR
• Cada SSCS puede prestar un tipo de servicio distinto
• A cada usuario se le asigna un SSCS (puede ser nulo)
• CPS encapsula los datos de usuario y luego SAR los fragmenta
• CPS ofrece transferencia no garantizada de PDU de cualquier
longitud hasta 65.535 bytes
• CPS detecta errores pero no corrige por retransmisión.
Informa a la aplicación de nivel superior (e.g. TCP)
• CPS entrega los PDU en el orden en que los recibe
• No permite multiplexar segmentos de diferentes mensajes
Álvaro Rendón G.
50
Formatos de PDU de AAL5
0-65.535 bytes 0-47 1 1 2 4 bytes
PDU CS PDU de Usuario Relleno UU CPI LI CRC-32
PDU SAR 48 bytes 48 bytes … 48 bytes
Celdas ATM SAR PDU SAR PDU … SAR PDU
PTI=0x0 PTI=0x0 PTI=0x1 (fin de mensaje)
Relleno: Para ajustar PDU a múltiplo de 48 bytes
UU: Información Usuario-Usuario (extremo a extremo)
CPI: Indicador de la Parte Común = 0
LI: Indicador de Longitud
CRC-32: Chequeo de Redundancia Cíclica
No hay cabecera SAR. Usa PTI de cabecera ATM
Álvaro Rendón G.
25

26. 01/02/2012
51
Temario
• Introducción
• Arquitectura
• Conmutación
– Funciones y arquitectura
– Conmutador de Memora Compartida
– Algoritmos de planificación
• Señalización
Álvaro Rendón G.
52
Funciones y arquitectura
• Transferencia de celdas desde los enlaces de
entrada hasta los de salida
Entrada Salida
• Señalización Pto VPI VCI Pto VPI VCI
• Gestión de la red 2 5 131 8 234 1000
Tipos:
• Input buffering switch
(Perros, 2005, 58)
• Output buffering switch
Álvaro Rendón G.
26

27. 01/02/2012
53
Diagrama funcional del conmutador
ATM
CAC SM
Usuarios
Enrutadores
IM IM
OM Cell OM
Conmutadores Switch
Servidores
IM Fabric IM
OM OM
CAC: Connection Admission Control IM : Input Module
SM : Switch Management OM : Output Module
Álvaro Rendón G. ITEC-Telecom
54
Funciones y arquitectura
• Dependiendo del diseño, pérdida de celdas en:
puertos de entrada, estructura del conmutador o
puertos de salida
• La traslación de etiquetas (VPI/VCI) tiene lugar
antes de que la celda sea transferida a la salida
VPI/VCI VPI/VCI y Puerto
celda de entrada Tabla celda de salida
Tabla por Puerto de entrada
• Pequeñas
• Tiempo de búsqueda reducido
Entrada Salida
Pto VPI VCI Pto VPI VCI
2 5 131 8 234 1000
Álvaro Rendón G.
27

28. 01/02/2012
55
Funciones y arquitectura
Tres tipos de arquitecturas de conmutador
• División de Espacio
Basada en MIN (Multistage Interconection Network)
Red de elementos de conmutación interconectados,
organizados en filas y columnas
• Compartición de Memoria (el más común)
Todas las celdas de entrada van a una memoria única
Las celdas se organizan en la memoria en listas encadenadas,
una por puerto de salida
• Compartición de Medio
Las celdas de entrada se entregan sincrónicamente a un bus
Cada puerto de salida ve todas las celdas y recibe las suyas
Álvaro Rendón G.
56
Conmutador de Memoria Compartida
Una lista encadenada de celdas por Puerto de salida
Memoria con puerto dual: escritura y lectura al tiempo
En cada intervalo: N escrituras y N lecturas
Ancho de banda de la memoria ≤ 2NV
Donde V: Velocidad de transmisión de los enlaces
Un conmutador para
enlaces de 2,5 Gbps
procesa 5,8 millones
de celdas de 53 bytes
por segundo
(Perros, 2005, 59)
Álvaro Rendón G.
28

29. 01/02/2012
57
Conmutador de Memoria Compartida
Capacidad de la memoria: B celdas
Capacidad máxima de lista por puerto: Bi < B
Evita que un puerto acapare la capacidad de celdas
Capacidad mínima de lista por puerto: LBi < Bi
Es un colchón dedicado al puerto
Bi < B, Σ Bi > B
LBi < Bi, Σ LBi < B
Capacidad: B
Álvaro Rendón G.
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Conmutador de Memoria Compartida
Pérdida de celdas
• Memoria compartida llena: contiene B celdas
• Lista del puerto de salida llena: contiene Bi celdas
Arquitectura no bloqueante
• Una celda que ingresa a la estructura del conmutador
(la memoria) no es bloqueada por otras celdas
• Pueden construirse conmutadores a etapas sin bloqueo
Bi < B, Σ Bi > B
LBi < Bi, Σ LBi < B
Capacidad: B
Álvaro Rendón G.
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30. 01/02/2012
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Algoritmos de planificación
Su finalidad es gestionar las QoS ofrecidas a los
usuarios
Para conmutador no bloqueante con memorias
intermedias de salida (output buffering switch):
– Cada conexión de salida está asociada a una categoría de
QoS acordada durante el establecimiento
– Las celdas que pertenecen a estas conexiones se pueden
agrupar en colas: una por QoS
– Las colas se atienden con un algoritmo de planificación
Álvaro Rendón G.
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Algoritmos de planificación
Considerando cuatro categorías de QoS:
• CBR (Constant Bit Rate): Audio y video sin comprimir (circuito E1)
• RT-VBR (Real-Time Variable Bit Rate): Video-conferencia
• NRT-VBR (Non-Real-Time Variable Bit Rate): e-mail multimedia
• UBR (Unespecified Bit Rate): Transferencia de archivos
El algoritmo de planificación
asigna distintas prioridades a
estas colas para satisfacer
cada QoS
Álvaro Rendón G.
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31. 01/02/2012
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Temario
• Introducción
• Arquitectura
• Conmutación
• Señalización
– Tipos
– Protocolos
– Formato del mensaje
– Procedimientos Q.2931
Álvaro Rendón G.
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Tipos de señalización
Señalización
NNI
Señalización Señalización
UNI UNI
RED ATM RED ATM
Canal de Señalización (VPI/VCI = 0/5)
UNI: User-Network Interface
NNI: Network-Node Interface
Network-Network Interface
Álvaro Rendón G. ITEC-Telecom
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32. 01/02/2012
63
Tipos de señalización
Señalización UNI
Establecimiento, supervisión y liberación de conexiones
(SVC: Switched Virtual Circuits)
• Conexión punto a punto:
– Bidireccional (dos conexiones unidireccionales)
– Ancho de banda y QoS para cada dirección
– Señalización con protocolo Q.2931, basado en el
protocolo Q.931 (DSS1) de N-ISDN
• Conexión punto-multipunto
– Unidireccional: un terminal ATM (raíz) envía
información a varios terminales ATM (hojas)
– Señalización con protocolos Q.2971 y Q.2931
Álvaro Rendón G.
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Tipos de señalización
Señalización NNI
En redes ATM privadas: PNNI (Private NNI)
En redes ATM públicas: B-ISUP/B-ICI
Cumple doble función:
• Protocolo de señalización
Usado para establecer, mantener y liberar en forma dinámica
conexiones entre terminales
• Protocolo de enrutamiento
Usado para distribuir información de topología y
alcanzabilidad entre conmutadores
RED ATM RED ATM
B-ISUP: Broadband ISUP (UIT), B-ICI: Broadband Inter-Carrier Interface (ATMF)
Álvaro Rendón G.
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33. 01/02/2012
65
Arquitectura de Protocolos
Modelo Modelo RDSI
OSI
Gestión de Planos
Plano de Plano de
Control Usuario
Capa de
Red Señalización Usuario
AAL1, AAL2,
Capa de SAAL AAL5
Enlace de
datos Capa ATM
Capa
Física Capa Física
SAAL: Signaling ATM Adaptation Layer
Álvaro Rendón G.
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Pila de protocolos de señalización
Protocolos de señalización
Q.2931 Q.2971 PNNI B-ISUP
SAAL
Capa ATM
Capa Física
Los protocolos de señalización son aplicaciones
que corren encima de SAAL (Signaling AAL)
Por debajo de SAAL están las mismas capas
usadas para transferencia de datos
Esta torre se llama también Plano de Control
para diferenciarla del Plano de Usuario
Álvaro Rendón G.
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34. 01/02/2012
67
SAAL
Convergence Sublayer CS
Subcapas
Prot Señaliz
CS • Service Specific Convergence Sublayer SSCS
SAAL SAR
• Common Part Sublayer CPS
Capa ATM Segmentation And Reassembly SAR
Tiene la misma estructura de AAL5 (SAR y CPS), pero
difiere SSCS, que tiene dos componentes:
• SSCF: Service-Specific Coordination Function: Interfaz
entre protocolos de señalización y SSCOP
• SSCOP: Service-Specific Connection Oriented Protocol:
Suministra una conexión confiable para intercambio de
señalización entre terminales.
Ofrece la mayoría de los servicios de LAP-D (RDSI) y PTM2 (SS7):
Detección y corrección de errores y control de flujo
Álvaro Rendón G.
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Formato del mensaje de
señalización
8 7 6 5 4 3 2 1
Byte 1 Discriminador del Protocolo
2 0 0 0 0 Long de Ref Llam
3 Ban
4 Valor de Referencia de Llamada
5
6
Tipo de Mensaje
7
8
Longitud del Mensaje
9
≥ 10 Elementos de info de longitud variable
Formato usado por los protocolos Q.2931, Q.2971 y PNNI
Discriminador de Protocolo: identifica el protocolo
Álvaro Rendón G.
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35. 01/02/2012
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Formato del mensaje de
señalización
• Valor de Referencia de Llamada: Número asignado
a la llamada a la que se refiere el mensaje
• Bandera: 0 para llamante, 1 para llamado
• Elementos de información (IE): Parámetros de los
mensajes
8 7 6 5 4 3 2 1
Byte 1 Identificador del IE
2 Instrucción del IE
3
Longitud del IE
4
≥5 Información específica del IE
Álvaro Rendón G.
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Q.2931 – Mensajes de control de
conexiones RDSI-BA
Mensaje (Esp.) Mensaje (Ing.) Función
Mensajes de establecimiento de la llamada
AVISO ALERTING Iniciado aviso a usuario llamado
LLAMADA EN CALL Iniciado establecimiento de conexión
CURSO PROCEEDING
CONEXIÓN CONNECT Usuario llamado ha aceptado la conexión
ACUSE (DE RECIBO) CONNECT La conexión ha sido concedida
DE CONEXIÓN ACKNOWLEDGE
ESTABLECIMIENTO SETUP Inicia el establecimiento de conexión
Mensajes de liberación de la llamada
LIBERACIÓN RELEASE Liberación de conexión iniciada
LIBERACIÓN RELEASE Liberación de conexión completada
COMPLETA COMPLETE
Mensajes varios
INDICACIÓN NOTIFY Envía información sobre la conexión
ESTADO STATUS Responde CONSULTA o reporta error
CONSULTA DE STATUS Solicita mensaje de ESTADO
ESTADO
Álvaro Rendón G. ENQUIRY
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36. 01/02/2012
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Procedimiento de Señalización
Usuario Dir. ATM destino Usuario
llamante Ancho de banda llamado
Retardo/pérdidas
Red ATM
Dir. ATM destino
ESTABLECIMIENTO Ancho de banda
MID Retardo/pérdidas
LLAMADA EN CURSO ESTABLECIMIENTO
AVISO
MDC
AVISO CONEXIÓN
RST
ACUS. DE CONEXIÓN
CONEXIÓN
ACUS. DE CONEXIÓN
Señalización
Q.2931
B-ISUP
Circuito Virtual establecido
LIBERACIÓN
LIB LIBERACIÓN
LIBERACIÓN COMPL
LIC LIBERACIÓN COMPL
Álvaro Rendón G.
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Bibliografía
• H.G. Perros (2005). “Connection-Oriented Networks:
SONET/SDH, ATM, MPLS and Optical Networks”. John Wiley &
Sons, Chichester, England.
• ITEC-Telecom (2003). “Curso de ATM”. Bogotá, Colombia.
• Javvin (2005). “Network Protocols Handbook”. Javvin
Technologies, Saratoga, USA.
• M.A. Parra (2000).”Introducción a Frame Relay y ATM, Modo de
Transferencia Asíncrono”. ITEC-Telecom, Bogotá, Colombia.
• UIT-T I.362 (1991). “Descripción funcional de la Capa Adaptación
MTA (CAA) de la RDSI-BA”. Unión Internacional de
Telecomunicaciones. Recomendación UIT-T I.362. Ginebra, Suiza.
• UIT-T Q.2931 (1995). “Red Digital de Servicios Integrados de
Banda Ancha – Sistema de Señalización Digital de Abonado No.2 –
Especificación de la capa 3 de la interfaz usuario-red para el
control de llamada/conexión básica”. Unión Internacional de
Telecomunicaciones. Recomendación UIT-T Q.2931. Ginebra, Suiza.
Álvaro Rendón G.
36