RBA-Redes de transporte

Redes de Banda Ancha
Curso 2009/10

Tema 1

Redes e tecnoloxías de acceso e transporte
p
de banda ancha

Curso 2009/10

Tema 1

Redes de acceso e transporte
p

3

Internet: “rede de redes”
 Internet: rede que aglutina millóns de redes IP de
sistemas finais e ISPs (Internet Service Providers),
)
todas elas xestionadas de forma autónoma 
Autonomous systems (AS)
 Un AS é un conxunto de routers IP (RFC 1930)
 xestionados de forma autónoma polo mesmo control técnico e
administrativo
 que usan internamente un protocolo de encamiñamento común:
RIP, OSPF, IS-IS, t
RIP OSPF IS IS etc.
 A interconexión entre AS’s realízase a través de
routers fronteira que executan conxuntamente un
protocolo de encamiñamento inter-AS común: BGP-4

4

 Unha REDE IP consta dun conxunto de routers IP
interconectados mediante distintas tecnoloxías
subxacentes de nivel 2 (punto a punto, LAN ou WAN)
 Os sistemas finais acceden a Internet a través dun
router de acceso dun ISP
 A interconexión a nivel 2 entre un sistema final (router
ou host IP) e un router de acceso dun ISP faise a
través dunha REDE DE ACCESO
 r nt rcon ón nivel 2 entre os routers dun
A rede de interconexión a n ntr rout rs un
ISP chámase REDE DE TRANSPORTE
 A interconexión a nivel 2 entre routers fronteira de
distintos ISPs d
di ti t ISP pode ser:
 A través dun punto neutro: rede de transporte de nivel 2 á que
se conectan moitos ISPs co gallo de intercambiar tráfico IP
g
 Mediante conexións privadas punto a punto de alta velocidade
(circuíto SDH, CVP FR /ATM, Ethernet)

5


I
P
REDE DE
ACCESO
Sistema final Router acceso
BBRAS IP Router IP
R

REDE DE Router IP
TRANSPORT
ISP 2 E
Router IP
fronteira

Punto Router IP Router IP
neutr
o ISP 1
Backbone
ISP
Internet
Nivel 1 ISP 3

Rede de transporte
6

 A rede de transporte dun ISP consta tipicamente de tres
tipos de routers IP:
 Nodos de acceso, habitualmente denominados servidores de acceso
remoto (Remote Access Server – RAS):
• Proporcionan aos clientes acceso á rede de transporte
• Moitos portos de relativa baixa velocidade (ADSL, liñas telefónicas)
• Comunicación con CPD para autenticación perfís control de tráfico,
autenticación, perfís, tráfico
tarificación, etc.
• A ubicación física destes nodos denomínase POP (Point of Presence)
 Routers troncais ou de backbone:
• Throughput extremadamente alto.
• Relativamente poucas interfaces de moi alta velocidade
• Interconexión con outros ISPs (tipicamente a través do punto neutro) e
( p m p )
saída a Internet a través de ISPs de maior nivel
 Concentradores:
• Encargados de concentrar tráfico de varios POPs hacia os routers
troncáis.
t ái
• Características intermedias entre acceso e troncal:
– Crecemento continuado de clientes  Escalabilidade e throughput altos
– M it interfaces de velocidade moderada
Moitas i t f d l id d d d

Curso 2009/10

Tema 1

Tecnoloxías nas redes de acceso

ISPs vs. operadores de acceso
8

 D b distinguirse entre o ISP e o operador d rede d
Debe disti i s t d da d de
acceso, aínda que en ocasiones poidan coincidir.
 O operador de acceso só se encarga de dar acceso
acceso,
tipicamente a través do bucle local.
 Exemplo: ADSL
p
 O elemento principal na central local é o DSLAM (multiplexor
de acceso DSL) que consta dun banco de módems ADSL, a
p
partir dos cales multiplexa ou agrega (demultiplexa ou separa)
p g g ( p p )
o tráfico hacia (dende) cada ISP.
 O OBLA tan só ofrece conexión a nivel 2 entre os
usuarios e os routers de acceso dos ISPs Nesta
ISPs.
situación, dise que o ISP ofrece acceso indirecto.

9

Desagregación del bucle local (ULL)
 Actualmente en España, Telefónica é claramente o
OBLA dominante e gran parte dos ISPs ofrecen acceso
indirecto.
 Sen embargo, a normativa de “desagregación do bucle
local” (U b dli L
l l” Umbundling Local Ll Loop – ULL) a principios d
i i i do
2001 cambiou o panorama significativamente.
 O operador d min nte está obrigado a alugar, a un
per d r dominante bri d lu r
prezo prefixado, o bucle de abonado a un operador
alternativo que o solicite (a través do cliente), e a
cliente)
alugar espazo nas súas centrais locais para que o
operador alternativo poida ubicar os seus DSLAMs.
 Nesta nova situación, onde coinciden ISP e OBLA, dise
que o ISP ofrece acceso directo.

10

Acceso a RTC vía módem e PPP

Acceso residencial vía ADSL 11

 O acceso telefónico foi durante anos o xeito habitual de conexión
a Internet da inmensa maioría dos usuarios residenciais  ISPs
fixeron grandes inversións en nodos de acceso e en software
(administración, tarificación, autenticación, configuración e
ó ó ó ó
asignación de direcciones IP, etc.) baseados en PPP
 No paso a ADSL intentouse aproveitar toda esta infraestructura
p p
baseada en PPP.
 Sen embargo, nun acceso ADSL a comunicación entre abonado e
nodo de acceso do ISP non é sobre un enlace punto a punto, pois
p p ,p
faise a través dun DSLAM
 Unha das solucións adoitadas consiste en establecer un PVC ATM
entre ambos, usando PPP sobre este CV como se se tratase dun
enlace punto a punto. Esta solución denomínase PPPoA (PPP over
AAL5). O DSLAM é un switch ATM específico
 Outra solución consiste en establecer previamente por debaixo de
PPP unha conexión punto a punto virtual entre dúas entidades
Ethernet. PPPoE (PPP over Ethernet) é o protocolo usado para isto.
Neste caso, o DSLAM é un switch Ethernet
sw tch

Arquitectura PPPoA
12

Arquitectura PPPoE

13

Tecnoloxías nas redes de acceso
 A interconexión a nivel 2 entre un sistema final (router
ou host IP) e un router de acceso dun ISP faise a
través dunha REDE DE ACCESO baseada en:
 RTC (Rede Telefónica Conmutada) ou RDSI: PPP
 xDSL: PPP
DSL
 Rede de cable:
• HFC (Hybrid Fiber-Coax)
F ( y F
• FTTH (Fiber to the Home)
 PLC (Power Line Communications)
 WiFi/WiMAX
W F /W M X
 GPRS/UMTS
 Satélite
 Interconexións dedicadas de banda ancha: enlaces PDH/SDH
ou CVP FR e ATM. Estas son habituais só no caso de redes IP
institucionais e corporativas
i i i i i

14

Ethernet First Mile (IEEE 802.3ah)
 Nos últimos anos está cobrando especial auxe a
interconexión mediante Ethernet, tecnoloxía
denominada Ethernet in the First Mile (IEEE
802.3ah)
 EFM contempla novos estándares a nivel físico
para FO pero a novidade atópase na Ethernet
FO,
 punto a punto sobre cobre (VDSL e SHDSL)
 punto a multipunto mediante PONs (Passive Optical
Networks)
 A norma contempla redes EPON para compartir
1 Gbps entre 16 usuarios ata 10/20 Km.

15

EFM  Infraestructura de acceso moito máis efectiva
Router acceso
Host DSLAM (
(BBRAS) )

IP IP

PPP PPP
ATM,
AAL5 AAL5
FR, etc.
ATM ATM ATM

xDSL xDSL SDH SDH PHY

Cobre (bucle de abonado) Fibra

16

EFM  Infraestructura de acceso moito máis efectiva
Router acceso
Host DSLAM (
(BBRAS) )

IP IP
ATM, FR,
Ethernet Ethernet Ethernet
etc.
etc
PHY xDSL PHY PHY PHY

Cobre (bucle de abonado) Fibra

As redes de acceso Ethernet evitan costosas
conversións de protocolos

17

Redes ópticas pasivas (PONs)
 Unha PON (Passive Optical Network) é unha rede de
fibra punto a multipunto que, só mediante divisores
(splitters) ópticos pasivos permite que unha única FO
pasivos,
sirva a múltiples puntos, tipicamente 32.
 Nos extremos da rede PON atópanse os elementos que
se encargan das conversións E/O/E e de enviar/extraer
información hacia/desde a rede:
 Na raíz, o OLT (Optical Line Terminal)
 Nas ramificacións:
f ó
• ONT (Optical Network Terminal): Na terminación da rede, é dicir,
no caso de FTTH
• ONU (Optical Network Unit): Cando debe agregar e desagregarse
tráfico dun vecindario (FTTC, FTTN) usando outras tecnoloxías de
acceso como xDSL
 No canal descendente úsase difusión desde a OLT ata as
ONTs (ou ONUs)
 No canal ascendente (outra lambda) as ONTs (ou ONUs)
transmiten contidos á OLT mediante un protocolo de
acceso múltiple baseado en TDMA.

18

Ventaxas das redes PON
 Aumento da cobertura
ata os 20 Km (desde a
central). Con DSL, a
cobertura típica de
banda ancha situase nos
1.5 Km.
 Maior BW para o usuario
usuario.
 Máis baratas que as
punto a punto
punto.

Curso 2009/10

Tema 1

Tecnoloxías no transporte óptico
p p

20

Tecnoloxías de transporte óptico (nivel 1)
 E pouco tempo, todo o transporte de máis baixo nivel será sobre
En d d á b l á b
fibra óptica, polo que tódalas tecnoloxías se centran na
multiplexación de sinais ópticos
 STDM: SDH (SONET en USA)
 WDM: Redes de conmutación óptica
SDH
 Na actualidade hai unha enorme base instalada de sistemas SDH por
influencia do sistema telefónico.
 No caso da FO, popularizáronse os aneles dobres de FO
reconfigurables
 Un mesmo sinal pode ser transmitido de forma óptica ou electrónica
 Cabe salientar que SDH é unha tecnoloxía orientada á simple
constitución de enlaces ( circuítos ) punto a punto
(“circuítos”)
WDM
 A diferencia de SDH, xa dende un principio se plantexou o emprego
de WDM pensando en redes de conmutación totalmente óptica, e
óptica
non só en enlaces punto a punto.
 Na actualidade xa se logran camiños extremo a extremo con
conmutación totalmente óptica de ata 4.000 Km.
p

21

Redes ópticas WDM
 Unha rede óptica WDM consta de nodos de
conmutación óptica, denominados Optical Cross
Connect (OXC) interconectados por FO
(OXC),
 Distínguense dous tipos de nodos OXC:
 Nodos fronteira:
• Conversión E/O e O/E.
• Sinalización, planificación, reserva de recursos, etc.
• Dispoñen de memoria
memoria.
 Nodos troncais:
• Non dispoñen de memoria (só liñas de retardo).
• Cabe esperar que a conversión total entre lonxitudes de onda (de
ó
entrada e saída nun nodo) sexa habitual nos OXCs para reducir os
bloqueos
 A multiplexación d ’ pode combinarse co emprego d
lti l ió de ’s d bi de
múltiples FO entre cada par de nodos (Space-Division
Multiplexing – SDM) e mesmo co emprego de SDH para
crear distintas canles sobre unha mesma 

22

Tipos de OXC

1
F-OXC 1
2
Fib a fibra
Fibra fib 2

1
WR-OXC 1
Wavelength R tin
W l n th Routing 2 2

3
WT-OXC 1
Wavelength Translating
g g 2 2

23

Optical Circuit Switching (OCS)
 Descartada en principio a conmutación óptica de
paquetes dada a non existencia de memorias ópticas, a
solución máis obvia é a conmutación óptica de circuítos
circuítos.
 OCS consiste no establecemento entre dous nodos
fronteira dun camiño (“circuíto”) óptico, reservando
unha  de saída en cada nodo óptico atravesado
atravesado.
 A reserva é permanente ata que se libere
explicitamente o circuíto
p
 De non haber ’s dispoñibles, rexeitase o
establecemento do circuíto, e o nodo fronteira pode
decidir almacenar os paquetes mentres volve a intentar
o establecemento do circuíto óptico máis adiante. O
uso de rutas alternativas reduce os rexeitamentos
 OCS comparte as vantaxes e inconvenientes dos
sistemas tradicionais de conmutación de circuítos
 Cando hai conversión total de lonxitudes de onda nos
nodos, OCS tamén recibe o nome d “conmutación de
d OC é ib de “ ió d
lonxitudes de onda” (Wavelength or Lambda Switching)

24

Optical Burst Switching (OBS) - I
 Nos nodos fronteira almacénanse paquetes en colas segundo o nodo fronteira
destino e a súa clase de requisitos QoS
 En cada cola xéranse ráfagas de paquetes, limitadas en lonxitude (orde de MB)
g p q , ( )
ou Ptempo (orde de msg.).
a y lo a d
H e a d e r re c o g n itio n ,
p ro c e s s in g , a n d g e n e ra tio n
Antes do envíoa d e r H e dunha ráfaga debe enviarse previamente un paquete de control
C
 A
que indica, entre outros, a lonxitude, clase QoS e destino da S e tu p
S y n c h ro n iz e r ráfaga asociada.
 o mOgpaquete de control é enviado con certo offset de adiantoh para poder ser
1 S w itc
In c in
1 1
fib e rs procesado electronicamente en cada nodo intermedio atravesado, e así poder
planificar a ráfaga (reservar tempo) nunha  de saída en cada un deles.
2
2 2
 P Para F ixenvío th
o e d -leín g dos paquetes de control úsase unha ou varias ’ reservadas en cada
d d lú h i ’s d d
nodo (b u t u n a lig n ed ) F D L ’s
B N ew D
(a ) h e a d e rs
A C o n tro l C
w a v e le n g th s
2 2
1 O /E /O 1
C o n tro l
C o n tro l p a c k e t p ro c e s sin g
i
p a c k e ts O ffs e t tim e (se tu p /b an d w id th re se rv a tio n )
2 2
D a ta S w itc h
w a v e le n g th s
1 1

B D a ta b u rsts
(b ) D

25

OBS – Paso 1

CP chega ao nodo
Offset = T Fronteira no instante t1

OEO OEO

OOO OOO

26

OBS – Paso 2

CP é convertido O/E,
procesado e configura
o switch

OEO OEO

OOO OOO

27

OBS – Paso 3

CP é convertido E/O
E deixa o nodo en t1+

OEO OEO

OOO OOO

28

OBS – Paso 4

OEO OEO

OOO OOO

Cando chega a ráfaga
ao nodo, o switch xa
nodo
está configurado

29

OBS - Paso 5

Offset = T- 

OEO OEO

OOO OOO

Sin retardo, a ráfaga é
conmutada a nivel
t d i l
óptico

30

Optical Burst Switching (OBS) – e II
 Os paquetes de control non son asentidos, e se nalgún
nodo intermedio non houbese oco en ningunha , a
ráfaga asociada sería descartada ó chegar ao nodo
 Dependendo da implementación, as ráfagas poden ser
almacenadas no nodo fronteira orixe e ser
retransmitidas ata chegar con éxito ao destino.
 Téñense proposto distintas técnicas para reducir as
perdas d ráfagas: rutas alternativas, liñas de retardo,
d de áf l lñ d d
segmentación, apropiación, etc.
 OBS ofrece unha eficiencia moito maior no emprego
dos recursos da rede ao aproximarse a unha tecnoloxía
de conmutación de paquetes (datos no dominio óptico,
pero control no dominio electrónico)
l d l ó )
 OBS permite acadar unha granularidade máis fina que a
da lonxitude de onda, permitindo a multiplexación
onda
estatística de distintos tráficos sobre unha mesma 

Curso 2009/10

Tema 1

Tecnoloxías de transporte de nivel 2
p

32

 Enlaces punto a punto dedicados:
 Sobre circuítos SDH
 Sobre Fibra óptica:
• Directamente
• M di t WDM OCS ou OBS
Mediante WDM:
O habitual é empregar PPP como protocolo de enlace
(para a delimitación de trama e a detección de erros
de transmisión). Tamén é habitual o uso de encapsulado
SDH incluso directamente sobre fibra ou WDM 
POS (PPP over SDH) – RFC 2615 (6/99)
 Isto permite empregar nos routers interfaces POS
para os enlaces punto a punto indistintamente
punto,
 Conmutación a nivel 2:
 ATM
 Ethernet

33

Alternativas típicas no transporte sobre FO
p p
IP
POS AAL5 Ethernet

ATM GE/10GE

SONET/SDH

WDM (OCS/OBS)

Fibra Óptica

Curso 2009/10

Tema 1

p
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

Sistemas TDM: PCM y Trama E1
35

 Como herencia de las redes telefónicas se hallan muy extendidos los
sistemas de transporte de información digital basados en multiplexación por
división en tiempo (TDM)
 En la década de los setenta empezaron a aparecer los primeros sistemas
basados en PCM (Modulación por Impulsos Codificados). Este sistema
digitaliza la señal telefónica ( Frec, muestreo 8 KHz., 8 bits/muestra)
obteniéndose un señal digital de 64 Kbps., que es la unidad básica de
conmutación utilizada en l red t l fó i
t ió tili d la d telefónica
 La trama básica utilizada en los sistemas europeos es la trama de 2 Mbps,
también denominada trama E1 (Rec. G.703), resultante de la agrupación de
32 canales de 64 Kbps. (8 bits cada 125 μsgs.): 30 canales de voz más dos
p ( μ g )
canales de control (sincronismo y señalización)

125 μsegs.
μ g

Sistemas TDM: PDH
36

 Se estableció una jerarquía p
j q para la obtención de tramas de mayor capacidad
y p
a partir de l multiplexación de tramas d nivel inferior, denominada PDH
d la l l ó d de l f d d
(Plesiochronous Digital Hierarchy)
 Problema de sincronización: Cuando se multiplexan diferentes señales en una
de nivel superior (por ejemplo cuatro E1 en una E2), cada una con su propia
E2)
señal de reloj, es preciso sincronizarlas en el multiplexor 
 ancho de banda extra para rellenar bits en las señales más “lentas” (mux bit
a bit)  las tasas no son múltiplos enteros de la tasa básica (excepto para
E1): E2 = 4 * E1 + 4 bytes / E3 = 4 * E2 + 9 bytes
 Desafortunadamente, de esta forma el acceso a un canal simple en una señal
superior a la E1 implica demultiplexar totalmente la señal hasta obtener la
trama E1
 Actualmente sólo se usan las señales E1 (2,048 Mbps) y E3 (34,368 Mbps )

37
Sistemas TDM: Jerarquía digital síncrona (SDH)
 A diferencia de PDH en SDH (Synchronous
PDH, Digital
Hierarchy) todas las señales tributarias se multiplexan
octeto a octeto de forma totalmente síncrona, gracias a
que l s s ñ l s de reloj s extraen de una referencia
las señales d l j se t d f i
común. Se habla así de STDM
 Ello permite también que se pueda acceder de forma
p q p
directa y simple a las señales multiplexadas, sin
necesidad de “deshacer” todas las etapas de
mu p
multiplexación, típico del caso plesiócrono
, p p
 SDH en Europa y SONET (Synchronous Optical
Network) en USA son los dos sistemas digitales
normalizados de transporte de información y se han
información,
diseñado para operar sobre fibra óptica.
 IMPORTANTE: SDH no nace para sustituir a PDH,
ampliamente d
li t desplegado, sino para ser usado
l d i d
conjuntamente como medio de transporte en los enlaces
que requieran mayor capacidad. Por ello, se ha previsto
una fforma estándar para t
tá d transportar t
t tramas PDH
dentro de tramas SDH (hasta 3xE3 en una STM-1)

Estructura de trama STM-1
38

 Cada trama SDH vai encapsulada nun tipo especial de estructura
p p p
denominada contedor, que inclúe cabeceiras de control
 A trama básica en SDH é STM-1 (Synchronous Transport Module), con
unha carga nominal de 155.52 Mbps:
 Transmítense 8000 tramas por segundo (unha cada 125 μs):
 90 x 9 x 3 = 2430 Bytes = 19440 bits = 155,52 Mbps
 Overhead SDH: 10 filas (3+3+3+1)
 Parte útil:
P t útil 260 x 9 = 2340 B t = 18720 bit = 149 76 Mb
Bytes bits 149,76 Mbps

1 3 86 columnas
Info.
Sección
Carga útil
Info. ruta

9 filas
Info.
Liña

Trama STS 1
STS-1

S S S
R Carga útil Carga útil L Carga útil
L
L

Trama STM-1 ≠ 3 tramas STS-1 (só unha info. de ruta  máis carga útil)

39

E3
Mult plexac ón
Multiplexación SDH
E1
.
.
E1

E3
STM-1 STM-4 STM-16
E3
E3

Multiplexor Multiplexor
4:1 4:1

Tramas PDH (ITU)
Tramas SDH

 Os niveis de xerarquía superior fórmanse multiplexando a nivel de
byte varias estructuras STM 1 usando una referencia común de
STM-1
reloxo  STM-4, STM-16 e STM-64
 SDH permite o acceso simple ás señais multiplexadas: unha señal
STM-1 obtense dunha STM-n sen máis que coller un octeto cada “n”n
(STM-n = n x STM-1)

40

Interfaces SDH/SONET
 Nivel base SONET: 51,84 Mb/s.
 Interfaz eléctrico: STS-1 (Synchronous Transfer Signal – 1)
 Interfaz óptico: OC-1 (Optical Carrier – 1)
 Todas as demais velocidades son múltiplos exactos de esta,
ej: OC-12 = STS-12 = 622,08 Mb/s
 Nivel base SDH: 155 52 Mb/s (3 x 51 84)
155,52 51,84)
 Interfaz óptico: STM-1 (Sychronous Transfer Module – 1)
 Todas as demais velocidades son múltiplos exactos de esta,
ej.: STM-4 = 622 08 Mb/s
j : STM 4 622,08

SONE
SONET SONE
SONET Caudal físico
au a f s co
SDH
Eléctrico Óptico (Mbps)
STS-1 OC-1 STM-0 51,84
STS-3
STS 3 OC-3
OC 3 STM-1
STM 1 155,52
155 52
STS-12 OC-12 STM-4 622,08
STS-48 OC-48 STM-16 2488,32
STS-192 OC-192 STM-64 9953,28

41

Rede SDH/SONET
 Unha rede SONET/SDH está formada por:
 Multiplexores:
• ADMs (Add Drop Multiplexor): Son multiplexores sinxelos que permiten inserir ou
(Add-Drop
extraer una trama de menor xerarquía nunha ou dunha de maior
• Optical Cross-Connect: Multiplexores máis complexos que permiten múltiples
interconexións que, tipicamente, involucran tamén múltiples tipos de xerarquías
 Repetidores ou rexeneradores
 A unión entre
 dous dispositivos calquera é unha sección;
p q
 dous multiplexores contiguos é unha liña,
 dous equipos finais da rede SDH unha ruta

Multiplexor Multiplexor
Orixe Repetidor Multiplexor Repetidor Destino

ADM ADM ADM

Sección Sección Sección Sección
Liña
Liñ Liña
Ruta

SDH: Topoloxía de dobre anel
42

As redes SDH empregan habitualmente topoloxías de dobre
anel para aumentar a fiabilidade

Funcionamento normal Funcionamento en caso de avaría
Tráfico de usuario Tráfico de usuario

Reserva Tráfico
de usuario

ADM
A
ADM
ADM

ADM
ADM

Corte
na fibra

Os ADMs poden cerrar o
anel en ¡só 50 ms!

43

R
Anel físico SDH
α βγ R
α γ
ADM A β C
Y

B
Topoloxía lóxica
de estrela
α
ADM X ADM
A Z C
γ

W
ADM STM-1 (155,52 Mb/s)
STM-4 /622,08 Mb/s)
β

B

Funcionamento dun anel SDH 44

 Os circuítos SDH son sempre dúplex. Exemplo:
dúplex
 No caso do circuíto α (verde) entre os ADMs X e Y, unha porción do anel é
recorrida pola información XY e a restante (Y-Z-W-X) pola inf. YX
α β γ

 Un anel SDH pode Ocupación: 3 * STM-1
p
definirse usando só
d fi i d ó ADM
Sobra un STM-1
unha única fibra óptica Y

entre cada parella de
ADMs contiguos
 Aínda que a
Z ADM
transmisión na fibra é α ADM X γ
nun único sentido, en
cambio no anel temos
circuítos full dúplex
full-dúplex
W
ADM

β

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre POS 45

Anel lóxico de enlaces STM-1 sobre un anel físico SDH

 Configuramos catro OSPF
Circuitos: A-B: 
enlaces (circuítos
( B BC 
B-C:
STM-1) α, β, γ e  Interfaz
C-D: 
para crear o anel POS/STM-1
 D-A: 
lóxico ADM 
 Os ADM multiplexan
(insiren e extraen) os
4 circuítos STM-1
nunha trama STM-4 Anel SDH
OSPF
que recorre o anel ADM
STM-4 ADM OSPF
A C
físico SDH sobre a (622 Mbps)
fibra en servicio
 Cada router necesita
dúas interfaces POS, 

unha para cada enlace ADM

OSPF OC-3c
D Fibra en servicio
Fibra de reserva

46

POS sin rede SDH
 SONET/SDH foi deseñado fundamentalmente para telefonía i é, en
esencia, unha tecnoloxía de conmutación de circuítos, que presenta
obvios inconvenientes para a comunicación de datos:
 Reparto e reserva estáticos da capacidade entre circuítos SDH
 A fibra de reserva só se emprega se falla a primaria  non se usa
sempre o camiño máis corto (p ex no caso anterior, a ruta física entre
(p.ex., anterior
os ADMs A e D sería A-B-C-D)
Alternativa: prescindir da rede SDH (os ADMs)
 A prescindir d rede SDH poden usarse as dú
Ao i di da d SDH, d dúas fib
fibras, pois a
i
fiabilidade é inherente ao algoritmo de encamiñamento adaptativo
usado por IP (OSPF p.ex.) que, ademais, escolle sempre o camiño
máis corto
 Eliminando todo o equipamento da rede SDH lógrase maior
rendemento e menor costo
 Anque non hai ADMs, ú úsase a estructura de trama SDH, permitindo:
 seguir usando as interfaces POS nos routers
 usar equipamento SONET/SDH de baixo nivel como repetidores
q p p

47

Exemplo de interconexión directa de 4 routers IP sobre
POS (sin rede SDH)  Dobre anel físico de fibra

Emprégase o camiño máis
E é iñ ái
Co dobre anel de fibra, e sen OSPF corto, gracias ao protocolo
cambiar as interfaces POS de encamiñamento
B
dos routers, cada un dispón (ex. OSPF)
dun enlace full-duplex (as
dúas fibras) cos veciños

OSPF STM-1
STM 1 OSPF
A C

A capacidade dispoñible OSPF Se falla algún enlace, o protocolo
repártese dinámicamente D de encamiñamento (adaptativo)
e non d forma estática
de f ái reencamiña o tráfico polo outro
como no caso da rede SDH lado do anel. Sen embargo, o
tempo de reacción é de varios
segundos, fronte aos 50 ms. de
SONET/SDH.
SONET/SDH

Detalle dun ADM STM-1 48

Rx
Anel
principal Tx

Anel de Rx
reserva Tx

49

Interfaz POS dun router

Láser Alcance Prezo
850 nm 300 m 110.000 €
1310 nm 2 Km 175.000 €
1550 nm 40 Km 250.000 € Velocidad: 10 Gbps (STM-64)
V l id d Gb (STM 64)

50

Tarxeta de router con 4 x POS STM-4

Láser Alcance Prezo
850 nm 300 m 250.000 €
1310 nm 2 Km 410.000 €
1550 nm 40 Km 575.000 €

Curso 2009/10

Tema 1

p
Asynchronous Transfer Mode (ATM)

52

Comparación STM vs. ATM
Trama T
Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal n Canal 1 Canal 1 Canal 3 Canal 2 Vacío Canal 1

Sincronización y control de trama
Si i ió ld T Identificador del canal virtual
Id ifi d d l l i l

STM (Synchronous) ATM (Asynchronous)
 Canales identificados por  Canales identificados por
posición en trama su etiqueta
 BW li i d y reservado d
limitado d de  BW variable y asignado
i bl i d
antemano dinámicamente bajo
 Mezcla d c n l s
M cl de canales demanda
determinista (periódica)  Mezcla de canales
 Número limitado de canales aleatoria (mux. estadíst.)
(mux estadíst )
 Número ilimitado de
canales

53

Comparación STM vs. ATM

No contienda por BW  No cola
Contienda por BW  Cola

STM ATM
Multiplexación estadística permite ahorro de recursos pero
probabilidad no nula de overflow  Control de tráfico
p f f

54

Modo de transferencia asíncrono (ATM)
ATM é unha técnica de conmutación rápida de paquetes etiquetados
baseada en
 Conmutación de paquetes + funcionalidade mínima en la rede
 Independencia do servicio para facilitar a integración

Principios
1.
1 As mensaxes segméntanse en paquetes de lonxitude fixa (celdas)
de 5 + 48 octetos. Isto permite:
 Simplifica as funcións de conmutación  maior velocidade
 Reducir a variabilidade do retardo (jitter)
2. As celdas dun fluxo etiquétanse cun mesmo identificador e son
transportadas en secuencia pola rede a través dun circuíto virtual
 ATM é un modo de transporte orientado a conexión
p
3. As celdas son conmutadas por hardware a partir do identificador
de CV  conmutación de etiquetas
4. A transmisión física de celdas é asíncrona e basease só na
multiplexación estatística
ó í
5. ATM non realiza control de erros nin control de fluxo: son
funcións extremo a extremo dependentes do servizo

55

Circuítos virtuais en ATM
 A etiqueta de circuíto virtual está dividida en dous niveis
xerárquicos (VPI/VCI) para facilitar as funcións de
conmutación:
 Virtual Path Identifier (VPI)
 Virtual Channel Identifier (VCI)
 Un VP pode verse como un “mazo” de circuítos virtuais
 As etiquetas (VPI/VCI) só teñen significado local sobre un
enlace entre conmutadores ATM
 Os conmutadores empregan una táboa de traducción de
etiquetas
 Hai dous tipos de conmutadores:
 Conmutador de VPs: Só examinan e traducen etiquetas VPI. As
etiquetas VCI permanecen inalteradas. Pode verse como un
conmutador de “mazos” de circuítos virtuais
 Conmutadores de VCs: Examinan o par VPI/VCI e traducen
ambas etiquetas. É un conmutador de circuítos virtuais
etiquetas

56

Trayectos Virtuales y Canales Virtuales
y

Virtual Path (VP)
Enlace físico

Virtual Path (VP)

Por un enlace físico Cada VP Contén O VC é o camiño
poden pasar Múltiples VCs lóxico entre extremos
múltiples VPs na rede ATM

Etiqueta do circuíto virtual: VPI/VCI

58

Visión conceptual dun conmutador VP

60

Visión conceptual dun conmutador VC

61

Entrada Salida
Port VPI/VCI Port VPI/VCI Entrada Salida
1 29 3 45 Port VPI/VCI Port VPI/VCI
2 30 4 15 2 15 3 14
A 3 45 1 29 3 14 2 15
29
4 15 2 30
1
4
15 2
X Y C
2 3
45 3
14
B 30 1 3 43
16 2
Z 2 1 W Entrada Salida
Entrada Salida 4
Port VPI/VCI Port VPI/VCI
Port VPI/VCI Port VPI/VCI 1 16 2 43
1 45 2 16 10
2 43 1 16
2 16 1 45 3 14 4 10
D
4 10 3 14

Cada entrada nas táboas dos conmutadores é un circuíto virtual (CV):
• si é creada polo operador é un CV permanente (PVC)
• si é creada por un protocolo de señalización é un CV conmutado (SVC)

62

Arquitectura ATM

Rede ATM
Extremo rede Extremo rede
ATM ATM
UNI UNI
ATM ATM
switch switch
NNI

AAL AAL

ATM ATM ATM ATM

Capa física Capa física Capa física Capa física

63

Arquitectura ATM: Funcións das capas

Capa Subcapa Funcións
Adaptación das capas superiores
CS (Convergence Sublayer) (tipicamente, IP)
AAL
Segmentación e reensamblado de
SAR (Segmentation & Reassembly) celdas
(De)multiplexación de celdas
T d
Traducción d VPI/VCI
ió de
ATM Xeración e extracción de cabeceiras

Detección de erros de transmisión
 Inserción e recuperación das celdas
TC (Transmission Convergence) nun e dun sistema de transmisión físico,
tipicamente SDH
p
Física
SDH
PM (Physical Medium) Transmisión de celdas directamente
sobre o medio físico

64
Switch ATM con 16 portos de 155 Mbps
Portos STM-1 en cobre (UTP-5) Portos STM-1 en fibra

65
Router IP con interfaces SONET/SDH

STM-1/OC-3c (155 Mbps)
STM-4/OC-12c (622 Mbps) Ethernet

66

Arquitectura ATM: Capa física
Servicio de la capa física
 Entrega de celdas válidas (sin errores) a la capa ATM
g ( ) p
 Inserción y recuperación de las celdas en/de un sistema
de transmisión
Dos subcapas
 Subcapa de convergencia de transmisión (TC):
independiente d l medio físi
i d di t del di físico
 La interfaz puede basarse en varios sistemas físicos de
transmisión:
• Basados en tramas: PDH, SDH, FDDI, etc.
• Basados en celdas: 155.52 y 622.08 Mbps.
 Subcapa dependiente del medio físico (PM)
 Sincronización de bit: generación y extracción del reloj
 Señalización eléctrica: generación de señales eléctricas,
conversión ó ti / lé t i
ió óptica/eléctrica, codificación d lí
difi ió de línea.

67

Subcapa TC
 Funciones dependientes del sistema físico de
transmisión
 Inserción/extracción de celdas en el sistema físico
de transmisión
 Generación y recuperación de tramas en sistemas de
p
este tipo
i
 Funciones independientes del sistema físico de
transmisión
 Sincronismo de celda: obtención del instante de
comienzo
GGeneración ( transmisión) y comprobación (
ió (en t i ió ) b ió (en
recepción) de redundancia sobre la propia cabecera
(se usa un código CRC-8 que permite corregir
errores simples y detectar varios ti
i l d t t i tipos d errores
de
múltiples)
 Adaptación a/de la tasa de celdas: en transmisión,
celdas
inserción de celdas vacías para igualar la tasa física
de tx.; en recepción, supresión de las celdas vacías

Interfaces basadas en celdas
68

 Secuencia ininterrumpida de celdas
transmitidas a l velocidad d l medio d
i id la l id d del di de
transmisión.
 Se fuerza la inserción de una celda a nivel
físico tras 26 celdas ATM contiguas, con el
objetivo de adaptar la tasa de transferencia a
la física (la razón 26:27 es exactamente la
misma que 149.76 Mbps a 155.52 Mbps usada
en los interfaces SDH)
 Si no hay celdas ATM que transmitir, también
se insertan celdas a nivel físico.

69

Formato das celdas ATM
8 7 6 5 4 3 2 1

VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC

 CLP (Cell Loss Priority): Indicación de prioridad de descarte. As
celdas menos prioritarias (CLP = 1) son descartadas primeiro.
 PT (P l dT
(PayloadType): O primeiro bit di ti
i i distingue celdas d d t e xestión
ld de datos tió
 Celdas de datos (Bit 1 = 0):
• Bit 2 EFCI para señalar a conxestión
p
• Bit 3 AUU (ATM User-to-User) transparente entre entidades AAL
 Celdas de xestión (Bit 1 = 1):
• Bit 2 = 0  Celdas OAM
• Bit 2 = 1  Celdas RM (xestión de recursos)
 HEC (Header Error Control): Código CRC-8 empregado polo nivel
físico,
físico que permite correxir erros simples e detectar varios tipos de
errores múltiples

70

O Servicio do nivel ATM
 Como xa se dixo, ATM ofrece un servicio
orientado a conexión sobre CVs
 As conexións ATM compórtanse como tubos que
transportan en secuencia celdas sin erros entre
dous extremos da rede ATM, é dicir, entre dúas
entidades AAL
AAL.
 Unha conexión ATM pode pertencer a unha das
seguintes categorías de servicio:
 CBR (Constant Bit Rate): BW constante, tempo real
 VBR (V i bl Bit Rate) BW variable, t
Variable R t ): i bl tempo real ou non
l
 ABR (Available Bit Rate): BW dispoñible, non tempo real
 UBR (U
Unspecified Bi R ) S garantías (b
ifi d Bit Rate): Sen í best-effort)
ff

71

Clases de servicio – ATM Forum
Tipo de tráfico

Atributo CBR rt VBR
rt-VBR nrt VBR
nrt-VBR ABR UBR
Tasa máxima X X X X ----

Tasa media/ráfaga máxima ---- X X ----

Tasa mínima ---- ---- ---- X ----

Retardo á i
R t d máximo X X ---- ---- ----

Jitter X X ---- ---- ----

Tasa de perdas X X X ---- ----

Control de conxestión ---- ---- ---- X ----

CBR/VBR/ABR/UBR Constant / Variable / Available / Unspecified Bit Rate
rt/nrt Real-Time / Non Real-Time
X O valor do atributo está limitado

72

Clases de servicio e Capacidad da rede

AAL5
73

 A pesar de que inicialmente se normalizaron varios protocolos AAL,
un para cada tipo de categoría de servicio ATM subxacente, na
actualidade na práctica totalidade dos casos emprégase AAL5, entre
outras razón por ser o elixido para IP sobre ATM

Subcapa CS
 Permite transferir tramas de ata 65535 bytes máis un octeto transparente de
y p
usuario a usuario (UU)
( )
 Usa un código CRC-32 para a detección de erros na trama. Non hai retransmisións
 Usa un campo de recheo (PAD) para completar a lonxitude a un múltiplo de 48 bytes

0-65535 0-47 1 1 2 4
Datos PAD UU Versión Lonxitude CRC-32 AAL5 PDU

5 48 Celda ATM

Subcapa SAR
 Segmenta (en transmisión) e compón (en recepción) as CS-PDUs (sempre múltiplos de
48 bytes) sen añadir overhead
 Indica á capa ATM o valor do bit AUU do campo PT, que establece os límites das CS-
PDUs. AUU = 1 indica fin da mensaxe.

74

Multiplexación en AAL5 – RFC 2684

 AAL5 non soporta multiplexación. O RFC 2684
contempla dous métodos para a multiplexación de
protocolos sobre AAL5:

 Multiplexación por CV: Os protocolos transpórtanse en
CVs separados, identificados implicitamente polo id do
separados id.
CV. Permite acelerar o procesado dos paquetes

 Encapsulado LLC/SNAP: Permite multiplexar múltiples
p
protocolos sobre un único CV ATM. O protocolo é
p
identificado mediante unha cabeceira LLC/SNAP
engadida á PDU de AAL5

Encapsulado LLC/SNAP
75

Cabecera LLC
OUI (3) PID (2) PDU AAL5
0xAA-AA-03

 Por motivos de compatibilidade con DIX Ethernet
definiuse o encapsulado IEEE 802.1a LLC/SNAP
(Subnetwork Access Point). A cabeceira LLC é 0xAA-
Point) 0xAA
AA-03 e indica que sigue unha cabeceira SNAP
(Subnetwork Access Protocol)
 A cabeceira SNAP consta de 5 octetos: os tres primeros son o
OUI (Organizationally Unique Identifier) e os dous últimos o
PID (Pr t c l Identifier).
(Protocol
 O OUI é administrado por IEEE e identifica unha organización
q
que administra os valores q se p
que poden asignar ao PID:
g
• Úsase OUI 0x00-00-00 para protocolos de rede (routed). Neste
caso, o PID é un EtherType. P.ex., IP sobre AAL5 usa 0x0800
• Úsase OUI 0x00-80-C2 para protocolos MAC (bridged) Ex
0x00 80 C2 ). Ex.
Ethernet sobre AAL5 usa PID=0x00-01 (con CRC ao final da
trama) ou 0x00-07 (sen CRC).

76

Signaling AAL (SAAL)
 SAAL normalizouse como protocolo para ointercambio fiable de
mensaxes de sinalización (no plano de control): establecemento,
mantemento e l berac ón de conex óns.
liberación conexións.
 SAAL = AAL5 + subcapa SSCS normalizada e dividida en dúas:
 SSCOP (Service-Specific Connection Oriented Protocol): Transferencia
fiable e ordeada de mensaxes entre entidades. Dado que
entidades
• AAL5 sólo pasa a SSCOP mensaxes cuxo CRC é correcto,
• ATM ofrece entrega ordeada,
resulta sinxelo detectar ocos
O emisor sondea periodicamente ao receptor, que informa sobre estes ocos
 retransmisión posterior por parte do emisor (retransmisión selectiva)

 SSCF (Service-Specific Coordination Function): subcapa superior que
adapta os servizos de SSCOP a distintas apps. de sinalización: existen
subcapas SSCF para a interfaz UNI (con Q.2931) e NNI (con B-ISUP)
SSCOP PDU (tamaños en bits)
COP ( ñ bi )

0-65535 0-24 2 2 4 24
Lonxitude
Datos Padding
Padding
Reservado Tipo PDU Nº secuencia

77

Situación protocolos AAL: Voz
 Dada a diversidad de requisitos de diferentes
aplicacións de voz, non debe sorprender que moitos
protocolos AAL se adaptaran a elas
elas.
 Adaptouse un protocolo AAL1 simple para
comunicacións vocais a 64 Kbps  VoATM (Voice over
ATM) permite a conexión de centralitas telefónicas
con emulación de circuitos E1 (CES, Circuit Emulation
Services) sen compresión
 AAL1 tamén pode ser usado con voz comprimida,
1 é d d d
sempre e cando sexa de tasa constante
 AAL2 permite multiplexar comunicacións vocais VBR de
tasa baixa (redes trunking)
 A elección de AAL5 para sinalización (SAAL) motivou
o seu aproveitamento para tráfico vocal, p. ex sobre
vocal p ex.
servizo ATM CBR, ou UBR con condicións de carga
baixa.

78

Situación protocolos AAL: Datos
 Para aplicacións de transferencia de datos,
tipicamente sobre TCP/IP, a opción habitual é
AAL5 non fiable
 A comunidade Internet ve en AAL5 o protocolo
máis axeitado para dar servizo aos datagramas
IP.
IP Dependendo dos requisitos podería usarse
requisitos,
servizo ATM VBR-nrt, ABR ou UBR, sendo este
último o preferido a excepción das conexións
preferido,
sobre ADSL, onde se usa VBR-nrt
 En caso de desexar un servizo fiable, pode
fiable
implementarse AAL5 xunto con SSCOP.

79

Situación protocolos AAL: Vídeo
 Para transmitir vídeo dixital de tasa variable, a opción
máis habitual é AAL5 sobre servizo ATM VBR-rt.
 Para vídeo de tasa constante (calidade variable) é
habitual empregar AAL1 con servizo ATM CBR, aínda
que AAL5 sobre CBR podería ser perfectamente viable.
b d í f i bl
Por exemplo, no caso concreto de vídeo baixo demanda
(VoD) onde se usa MPEG-2 de tasa constante tense
constante,
probado que AAL5 sobre CBR pode levar paquetes
MPEG-2 con un jitter suficientemente baixo.
j
 En definitiva, AAL5 é de lonxe o protocolo AAL máis
amplamente usado:
 Resulta especialmente apto para servizo ATM UBR e ABR, pero
tamén pode utilizarse sobre os servizos ATM CBR e VBR,
cando fai falla garantir calidade de servizo

Curso 2009/10

Tema 1

p
O modelo IP sobre ATM

IP sobre ATM
81

 Unha tecnoloxía amplamente usada nas redes de
transporte, pero xa aparentemente cos días contados

R3

R1
R2
IP
C3
C2

C1
C4
ATM

SDH

WDM

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre POS 82

Dun anel lóxico de enlaces SDH a un anel lóxico de PVCs ATM

 Tiñamos configurados OSPF
Circuitos: A-B: 
catro circuítos STM- B BC 
B-C:
1 para crear o anel Interfaz
C-D: 
lóxico de routers POS/STM-1
 D-A: 
ADM 

OSPF
Anel SDH
ADM OSPF
A
STM-4 ADM
C
(622 Mbps)
 Obxectivo: Sustituir
os circuitos STM-1
entre os routers por
p 

PVCs ATM ADM

 Ubicamos un switch
ATM entre cada
router e cada ADM OSPF OC-3c
D Fibra en servicio
Fibra de reserva

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre ATM 83

Switch ATM
Router IP
B
Y
Visión física da rede
ADM Os ADM multiplexan os 4 enlaces
lóxicos STM-1 nunha trama STM-4

Anel fí i
A l físico SDH
STM-4 ADM
ADM (622 Mb/s) C
A
X Z

ADM
STM-1
Fibra en servicio
Fibra de reserva
D
W

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre ATM 84

B
Dous PVCs conectan cada router
cos seus dous routers veciños
Switch ATM con 3
interfaces STM-1

Rede ATM
A C

STM-1
PVC ATM
Podemos usar unha única interfaz ATM STM-
STM
1 no router IP para conectarse ao switch e
multiplexar os dous PVCs sobre ela
Agora temos configurados os catro
 Enlaces STM-1 ocupados só 50%
STM 1 enlaces STM-1 (A-B, B-C, C-D, D-A)
( , , , )
 Solución: 2 int. STM-1 en routers entre os switches ATM
D  Un switch necesita duas interfaces
co seu ADM e outra co router

85

Revisitamos o exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre POS
Anel lóxico de enlaces STM-1 sobre un anel físico SDH
STM 1

Sin conmutadores ATM temos: B
Os routers teñen conexión SDH directa
•Maior rendemento ( 13%) aos ADMs, sen switches ATM
•Menor costo ADM
•Maior sencillez
M i ill

Interfaz POS

Anel SDH
ADM STM-4 ADM
A C
(622 Mbps)

• Con ATM, cada router IP ve 2 enlaces
punto a punto lóxicos (os PVCs) cos
seus veciños
• Con POS, cada router IP ve 2 enlaces ADM
punto a punto “físicos” (os circuítos
SDH) cos seus veciños  O router
necesita dúas interfaces POS
D

Vantaxes de ATM
86

 ATM foi a tecnoloxía de conmutación de
nivel 2 máis amplamente empregada polos
i l ái l d l
operadores ata actualidade para poder
p p p
desplegar facilmente e dun xeito
eficiente enlaces punto a punto (CVs
dedicados) entre routers
 ATM ofrece facilidades para
 Provisiónde QoS
 Control de tráfico
EEnxeñería de t áfi
ñ í d tráfico

87

Escenario actual de ATM
 ATM xogou un papel importante cando o BW
era un recurso extremadamente escaso e caro,
pero na actualidade este escenario ten
cambiado e hai varias razóns polas cales é
recomendable incluso prescindir d redes
d bl i l i di das d
ATM bastando, cando se necesite, o nivel de
multiplexación máis groso de SDH:
A provisión de QoS non se emprega para tráfico
best effort,
best-effort, aínda con presenza maioritaria
 O nivel de granularidade e multiplexación de ATM
sobre un enlace físico pode perder sentido se o
dous routers ocupa un porcentaxe
tráfico IP entre d
áfi
importante do BW dese enlace.
 En moitos enlaces pode incluso resultar interesante
economicamente o sobredimensionado.

Inconvenientes de ATM
88

 ATM/AAL5 introduce un overhead medio do 15%
 O custo que supón o despregue e mantemento de equipamento
ATM é moi elevado
 O uso de ATM non é viable a velocidades moi altas, polo custo
das labores de segmentación e reensamblado de celdas.
g
 Non hai interfaces por encima de 2,5 Gbps en switches

Inconveniente principal
I i t i i l
 Aínda que ATM é unha tecnoloxía de rede, emprégase
fundamentalmente para establecer enlaces punto a punto
(circuítos virtuais) entre routers IP e, polo tanto,
 non é empregada como tecnoloxía extremo a extremo, para o cal
foi inicialmente deseñada
 tampouco é usada por IP realmente como tecnoloxía de rede:
salvo no caso de ter un PVC entre cada par de routers, a
comunicación entre 2 routers conectados a unha mesma rede
ó d h d
ATM pode implicar 2 ou máis saltos en IP.

ATM/AAL5 vs POS
89

79%
92%
DATOS DATOS
Capacidad
disponible
para el
Capacidad usuario
enlace
físico
IP
AAL5
IP
ATM POS
SONET/SDH SONET/SDH

Valores calculados para un tamaño medio de paquete IP de 540 bytes

Resumo tecnoloxías nivel 2
90

 ATM:
 Uso: enlaces punto a punto mediante conmutación de paquetes
(circuítos virtuais)
 Vantaxes: Provisión QoS, enxeñería de tráfico, control de
tráfico, escalabilidade, multiplexación estatística
 granularidade fina
 Inconvenientes: Overhead, tecnoloxía moi cara, limitacións en
velocidade
 POS:
 Uso: enlaces punto a punto mediante conmutación de circuítos
(TDM)
 Vantaxes: Máis barata que ATM (pero aínda cara), pouco
overhead, non limitada en velocidade
 Inconvenientes: Obviamente non ofrece facilidades de nivel de
rede, pouca escalabilidade, asignación estática de recursos
 granularidade grosa

Curso 2009/10

Tema 1

Frame Relay: Outra alternativa a ATM no
transporte IP

Redes X.25
92

 As Rec. X.25 propostas por CCITT (agora ITU) en 1976, e
revisadas por última vez en 1992, normalizan os tres protocolos
inferiores no acceso ás RDPs, sendo l bre o diseño interno:
nfer ores libre d seño nterno
 Red (X.25 PLP, Packet Layer Protocol )
 Enlace (LAPB, Link Access Procedure Balanced)
 Físico (X 21 para interfaces dixitais e RS-232 para analóxicas)
(X.21
 Características principais:
 X.25 PLP ofrece un SOC sobre CVs fiable (control de erros e de ﬂuxo
extremo a extremo)
 LAPB implementa control de erros de transmisión a nivel de enlace
 Tasa de acceso garantizada de 64 Kbps. en mensaxes de tamaño
variable (xeralmente ata 128 bytes)
bytes).
 En España o acceso X.25 é ofrecido por TESA a través da súa rede
Iberpac.
 Aí d que X 25 está practicamente en desuso para a maioría das
Aínda X.25 tá ti t d i í d
aplicacións actuais, emprégase todavía en aplicacións con tráfico
transaccional de baixo caudal e, en particular, para escenarios onde
moitos puntos se comunican cunha instalación central P ex é aínda
central. P.ex.,
habitual en caixeiros automáticos.

93

Redes Frame Relay (FR)
y( )
 Dadas as grandes limitacións presentes en X.25 para satisfacer as
demandas do tráfico actual, as RDPs volcáronse na tecnoloxía
Frame Relay, cuxa arquitectura condensa os protocolos de rede e
enlace nun só (conmutación nivel 2), chamado LAPF
 En LAPF elimínase todo o control de erros e fluxo tanto a nivel de
enlace como extremo a extremo presente en X.25
 En resumen, Frame Relay ofrece un SOC non fiable sobre CVs,
ofrecendo tasas de acceso que chegan actualmente aos 45 Mbps.
en mensaxes (tramas) de tamaño variable
 Frame Relay representa unha solución relativamente barata que
permite dar acceso de alta velocidade a tráfico de datos que non
necesita comunicación en tempo real
 Na actualidade existen en España cuatro operadores que ofrecen
el servicio Frame Relay: BT Telecomunicaciones Telefónica
Telecomunicaciones,
Transmisión de Datos (TTD), Telemedia International e Global
One

94

Estructura trama Frame Relay
Bytes  1 2-4
24 0-8188
0 8188 2 1

01111110 Dirección Datos CRC 01111110

 O CRC (de toda a trama) é comprobado salto a
salto en cada nodo FR Se é erróneo a trama é
FR. erróneo,
descartada sen máis.
 En esencia o funcionamento dun conmutador FR é
moi similar ao dun conmutador ATM. A principal
diferencia estriba en que se usan etiquetas DLCI en
lugar de VPI/VCI

95

Estructura del campo Dirección
8 7 6 5 4 3 2 1
DLCI Superior C/R 0
DLCI Inferior FECN BECN DE 1

O campo di
dirección ocupa normalmente 2 bytes, aínda que pode
ió l b í d d
extenderse a 3 ou 4:
• DLCI (Data L k C
(D Link Connection IdIdentifier): É o id. de CV. Pode cambiar en cada
f ) id d CV P d bi d
salto. Normalmente 10 bits, pode chegar a 23 cun campo de 4 bytes
• C/R: bit transparente entre niveis superiores
• FECN/BECN: Forward/Backward Explicit Congestion Notification: Úsase como
realimentación entre extremos para control de conxestión mediante control de tasa
p
adaptativo (similar ao bit EFCI usado no modo binario de ABR en ATM)
• DE (Discard Elegibility): É un bit de prioridade como en ATM. DE=1 indica
celdas que serán descartadas primeiro en caso de conxestión

Diferencias ATM y FR
96

 ATM é conceptualmente similar a FR:
SOC no ﬁable sobre CVs en protocolo único de nivel 2
 Dúas diferencias fundamentais:
 ATM usa mensaxes de tamaño ﬁxo (celdas) que permiten
reducir o jitter e simplificar e acelerar as tarefas de
conmutación
 ATM implementa mecanismos de provisión de QoS que permiten
ofrecer varias clases de servizo: CBR, VBR, ABR, UBR
 Aplicacións:
 ATM é usada básicamente por ISPs como tecnoloxía de nivel 2
TM d bá P l í d l
para interconectar punto a punto routers IP mediante CVs, e
por OBLAs para interconectar DSLAMs e routers de acceso de
ISPs (control d t áfi )
ISP ( t l de tráfico).
 FR úsase fundamentalmente para interconexión privada de
LANs corporativas remotas, permitindo un elevado caudal
garantizado (h
i d (hasta 2 Mb )
Mbps)

97

Comparación das redes
de conmutación de paquetes
Velocidade Paquete Control erros Orientado
Rede Apoxeo
típica máximo nivel de enlace a
CRC do paquete con
X.25 1985-1996 9,6 - 64 Kbps 128 bytes confirmación do Datos
receptor
Frame 64 Kbps - 2 8192 bytes
1992 - CRC do paquete Datos
Relay Mbps (típico 1500)
2, 34, 155, 622 Datos, voz
ATM 1996 - 53 bytes Só CRC de cabecera
Mbps
p e vídeo

Curso 2009/10

Tema 1

p
Metro Ethernet

Ethernet nas MAN/WAN
99

 Ethernet xa non é só una tecnoloxía de área local:
 GE chega segundo o estándar ata 10 Km. e moitos fabricantes
ofrecen equipos que chegan a 100 Km
 10GE chega segundo o estándar a 40 Km.
 O Metro Ethernet Forum (MEF) traballa no desenvolvemento de
novos estándares para lograr conectividade Ethernet extremo a
p g
extremo:
• EFM para o acceso Ethernet sobre o bucle telefónico de abonado
mediante tecnoloxías xDSL ou sobre redes ópticas pasivas (PONs)
p p
• Metro Ethernet no ámbito MAN
• Carrier Ethernet no ámbito WAN
 EOS (Ethernet over SDH) define unha forma estándar de
encapsular tramas Ethernet para o seu transporte sobre
SDH (FE sobre STM-1, GE sobre STM-16 e 10GE sobre
STM-64)
STM 64)  permite empregar una tecnoloxía amplamente
i l í l
extendida no transporte óptico, facilitando así a
migración dende tecnoloxías como ATM ou POS
 Outras posibilidades: Ethernet sobre fibra, WDM ou
MPLS

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre EOS 100
Migración dende ATM a Ethernet

• Os 4 routers atópanse agora na
mesma VLAN Ethernet, é dicir, B
agora IP ve unha rede a nivel 2, e Switch Ethernet con
non simplemente enlaces 2 interfaces EOS/STM-1
• P.ex., un pkt. IP entre A e C é e unha interfaz FE 100 Mbps
enviado directamente a través da para conectarse ao router
VLAN. Con ATM, o pkt. Sería
enviado a B, e de ahí a C

Rede Fast
A Ethernet C

Agora configúranse os catro enlaces
STM-1 (A-B, B-C, C-D, D-A) entre os
switches Ethernet para acomodar as STM-1
conexións FE a 100 Mbps VLAN Eth
 Un switch necesita dúas interfaces
EOS/STM-1 D FE 100 Mbps

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre EOS 101
Migración dende ATM a Ethernet

Switch Ethernet
Router IP
B
Y
Visión física da rede
ADM

Anel físico SDH
STM-4 ADM
ADM (622 Mb/s) C
A
X Z

• Os ADM ou os switches acomodan as
tramas Ethernet procedentes da interfaz FE
p
(100 Mbps) nunha trama STM-1 (155 Mbps.) ADM Interfaz FE 100 Mbps
• Logo os ADMs multiplexan os 4 enlaces
lóxicos STM-1 entre switches nunha trama 2 interfaces EOS/STM-1
STM-4
D
W

102

Qué é Metro Ethernet?
SONET/SDH
WDM Oficina
Sede Central Remota 1
Ethernet
MPLS/IP

10 Mbps
Oficina
Ethernet
Remota 2

Rede
Metro Ethernet 10 Mbps
100 Mbps
00 bps Ethernet
do Provedor de
Ethernet Servizos
10 Mbps
Ethernet
 Servizos Metro Ethernet: Servizos de
conectividade MAN/WAN de nivel 2 a través de
Oficina
interfaces Ethernet
Remota 3
 Metro Ethernet é un servizo no que o provedor crea
unha conexión Ethernet “porta a porta” entre dous ou
máis puntos (multipunto a multipunto)
p ( p p )

103

Vantaxes do transporte Ethernet
 Non hai conversión de formato de trama entre
LAN e MAN/WAN
 Posibilidade de interconexión Ethernet extremo
a extremo facendo uso de EFM
 O concepto de VLANs permite a interconexión
multipunto a multipunto e a creación de VPNs
VPNs,
ofrecendo unha solución máis atractiva e flexible
que os CVs de ATM salvo polo número deles
ATM,
manexados
 É claramente a tecnoloxía máis barata por Mbps
l l í ái b Mb
 Mediante o uso de prioridades (IEEE 802.1p)
p p
pódese ofrecer soporte QoS

104

Inconvenientes do transporte Ethernet

 Núm VLANs limitado: 802 1Q VLAN ID=12bits
Núm. 802.1Q
 Limitación de direcciones MAC: espazo de
direccionamento plano
di i t l
 Non se pode reservar BW extremo a extremo
 Non se permite enxeñería de tráfico: o
encamiñamento ven dado polo mecanismo do
p
aprendizaxe hacia atrás

Cuestión
105

¿Cantas interfaces FE a 100 Mbps (p.ex. De routers) poderiamos
Mbps. (p ex
multiplexar sobre a rede Ethernet da figura, construída sobre
un anel STM-4, sen sobrepasar a súa capacidade?
A resposta non é
6 nin 12
Y
Os enlaces FE deben Switch Ethernet
encapsularse nunha ADM

trama STM 1
STM-1

Nun anel STM-4 Anel físico SDH
p
podemos acomodar 4 STM-4 ADM
enlaces EOS/STM-1
l /
ADM
(622 Mbps)
dúplex, o que equivale X Z
a un tráfico total no
anel de 4x2x100 =
800 Mbps. ADM Interfaz FE 100 Mbps

2 interfaces EOS/STM-1

 8 interfaces FE
W

Curso 2009/10

Tema 1

p
Enxeñería de tráfico

107

Enxeñería de tráfico (I)
 A Enxeñería de Tráfico (Traffic Engineering - TE) é a
disciplina que persigue a optimización do rendemento
dunha rede de comunicacións, abarcando a medición,
caracterización, modelado e control do tráfico
ofrecido e cursado a través da rede
 Este obxectivo leva implícito maximizar a eficiencia da
utilización dos seus recursos, á vez que se intenta
recursos
minimizar a conxestión
 Causas da conxestión:
 Insuficiencia de recursos na rede en relación ó tráfico
ofrecido
• Solución  Engadir recursos (tipicamente, enlaces de máis
capacidade)
 Utilización ineficiente dos recursos debido a unha asignación a
g
estes do tráfico ofrecido inadecuada ou non uniforme
• Solución  Enxeñería de tráfico

108

Enxeñería de tráfico (II)
 A TE encárgase, en definitiva, de adaptar os
fluxos de tráfico aos recursos físicos da rede,
de xeito que se equilibre de forma óptima a
utilización deses recursos.

 Para poder cumprir os seus obxectivos a TE
obxectivos,
necesita, a maiores da capacidade de
diferenciar fluxos extremo a extremo, poder
extremo
 Encamiñalos de xeito independente
 D ll
Darlles t t
tratamentos diferenciados
t dif i d

109

Enxeñería de tráfico: O problema do ‘peixe’

Problema con O ISP non pode controlar en
Enlaces de alta capacidade
routers IP: X que só vaia pola ruta de
alta capacidade o tráfico
dirixido a C desde A e non o
Usuario A Y de B
Tarifa premium A
Backbone
B kb
X do ISP Z C Usuario C
V W
Usuario B B
Tarifa normal
Enlaces de baixa capacidade

Ao crear diferentes CVs
Solución con CVs o ISP pode separar
S sepa a
PVC A-C facilmente o tráfico de A
extremo a extremo:
do de B  2 fluxos
Usuario A Y
Tarifa premium
p A
X Backbone
del ISP Z C Usuario C
V W
Usuario B B
Tarifa normal Este é un exemplo do
PVC B C
B-C que
q e se denomina
‘Enxeñería de Tráfico’

110

Enxeñería de tráfico en IP
 O deseño actual dos routers IP céntrase exclusivamente
en optimizar o mecanismo longest prefix match, que se
basea unicamente na dirección IP destino

 Este mecanismo impide realizar “enxeñería de tráfico” a
nivel IP xa que, aínda que se poderían diferenciar fluxos
que
extremo a extremo (segundo direccións IP e campo
protocolo, e mesmo empregando os portos) os routers só
empregan a IP destino e non poden
 Dar tratamentos diferenciados a fluxos coa mesma IP destino
 Encamiñar eficientemente os paquetes IP cando hai que
respectar regras externas que son alleas á di
t t ll dirección d ti
ió destino, é
dicir, cando hai que facer “encamiñamento baseado en criterios
ou políticas” (policy routing)

 ATM (ou FR) permitirían resolver o problema se fosen
usadas como tecnoloxías de transporte extremo a
extremo pero son só usadas punto a punto

Curso 2009/10

Tema 1

p
MPLS

112

Terminoloxía MPLS
 Forwarding Equivalency Class (FEC) é un conxunto de paquetes que
serán encamiñados da mesma forma, é dicir, seguindo a mesma
secuencia de routers MPLS e co o mesmo tratamento desde o
secuenc a
punto de vista da QoS. A FEC é identificada por unha etiqueta.
 Un router IP con capacidade MPLS denomínase LSR (Label
Switching Router) Pode ser de dous tipos:
).
 LSR fronteira (entrada e saída), tamén denominados LER (Label Edge
Router): Os LSR de entrada clasifican os paquetes IP en clases FEC,
asignándolle a cada FEC unha etiqueta local única. A etiqueta é
g q q
eliminada polo LSR de saída da rede MPLS.
 LSR interiores: encamiñan os paquetes IP observando exclusivamente
a súa etiqueta (non a dirección IP destino)
 A secuencia de routers MPLS seguida por un fluxo de paquetes IP
entre un LER de entrada e outro de saída denomínase Label
Switched Path (LSP). É como un CV ATM ou FR, pero coa vantaxe
p
de non depender de ningunha tecnoloxía de nivel 2 en particular
í
(incluso un LSP pode atravesar distintas tecnoloxías). Da mesma
forma, as etiquetas que identifican LSPs só teñen significado local
e son cambiadas en cada LSR i t i
bi d d interior.

113

Rede MPLS
1) O LER de entrada 2) Os LSR interiores encamiñan os
clasifica os paquetes p q
paquetes observando
en FEC e engádelles
FECs ád ll exclusivamente a etiqueta  LSP
unha etiqueta
3) O LER de saída
retira a etiqueta
ti ti t

DOMINIO MPLS

114

Solución MPLS ao problema do peixe

As etiquetas só teñen
significado local e
poden cambiar ao
longo do traxecto
 -  5 (como os VPI/VCI de
 5  4  4  -
ATM)
 -  3
 7  -

5   4
Usuario A  Y
Tarifa premium A    C Usuario C
X Z
3 7
  2 
Usuario B B  W
V
  
Tarifa normal

 3  2  2  7

Os routers X e Z encárganse
de etiquetar os fluxos
segundo orixe-destino

Creación dos LSPs
115

 Pode facerse:
 Previamente, extremo a extremo:
• de forma estática, mediante configuración (equivalente aos
PVCs en ATM)
• por un protocolo de sinalización:
– LDP (Label Distribution Protocol)
– R VP mellorado
RSVP ll d
 De salto a salto, sen un LSP explícito:
• O obxectivo é poder modificar o trato dos paquetes dunha
p p q
determinada FEC, segundo o trato recibido anteriormente.
Esta técnica é coñecida no ámbito de DiffServ como PHB (Per
Hop Behaviour).
 O cálculo da ruta a seguir por un LSP faise en base á
información que suministra o protocolo de encamiñamento
(routing), normalmente IS-IS ou (máis raramente) OSPF
g m m (m m ) F
 Sempre se usan algoritmos distribuídos de estado do
enlace, que permiten coñecer a ruta completa e, por tanto,
fixar regras de enxeñería de tráfico.

116

Formato da etiqueta MPLS
q

Bits  20 3 1 8
LSP QoS S TTL

LSP: A etiqueta que identifica un LSP (con significado local)

QoS: Identifica tratamentos diferenciados (clases FEC) dentro dun
mesmo LSP

S: Vale 1 para a primeira etiqueta MPLS na pila (a máis vella), cero
para o resto

TTL: Contador do número de saltos. Este campo reemplaza ao TTL da
cabeceira IP durante a viaxe do paquete pola rede MPLS.

117

Apilamento de etiquetas en MPLS
 MPLS incorpora de forma natural o concepto
de “túnel” entre distintas redes MPLS,
permitindo o apilamiento de etiquetas:
A medida que un paquete IP vai atravesando redes
MPLS,
MPLS os LSR d entrada van engadindo etiquetas
LSRs de t d di d ti t
ao inicio do paquete (antes da cabeceira IP)
 Os LSRs de saída encárganse de ir eliminándoas de
esquerda a dereita. Un bit S=1 indica se se trata da
última etiqueta
 Os LSRs interiores conmutan sempre segundo a
etiqueta máis externa (máis á esquerda)
 MPLS é compatible cos
tibl s routers IP ordinarios,
t s di i s
que non se atoparán ningunha etiqueta antes da
cabeceira IP e que encamiñarán normalmente
en base á dir. IP destino

118

Situación das etiquetas MPLS
 As etiquetas MPLS colócanse entre a cabeceira IP e a
cabeceira de nivel 2
 O router sabe que o paquete IP se atopa tras unha
etiqueta MPLS con S=1
 En ATM e FR, a fin de aproveitar os mecanismos de
conmutación de etiquetas inherentes destas redes, a
etiqueta
etiquet MPLS máis á esquerd colócase directamente
esquerda c lóc se direct mente
no campo que corresponde ao identificador de CV
(VPI/VCI en ATM, ou DLCI en FR)
ATM
 Deste xeito, cando un paquete MPLS viaxa por unha
rede ATM ou FR pode ser conmutado de xeito natural,
p ,
sen que a rede teña que facer nada especial

119

Situación das etiquetas MPLS

120

Tratamiento do campo TTL
 Ao entrar un paquete na rede MPLS, o LSR de entrada
inicializa
i i i li o TTL d etiqueta ao mesmo valor que ten nese
da ti t l t
momento a cabeceira IP

 Durante a viaxe do paquete pola rede MPLS, o campo TTL da
MPLS
etiqueta disminúe en un por cada salto. O da cabeceira IP non
se modifica.

 O LSR de saída coloca na cabeceira IP o valor do TTL que ten
a etiqueta menos un

 Se nalgún momento o TTL vale 0, o paquete é descartado

 Se hai etiquetas apiladas, só cambia o TTL da etiqueta
externa ( ái á esquerda)
t (máis d )
 Cando se engade unha etiqueta, esta herda o valor da anterior
na pila
 Cando se quita unha etiqueta, o seu valor (menos un) pasa á
etiqueta
seguinte

121

Apilamiento de etiquetas en MPLS
p q
IP (17)

IP (17) Paquete IP (TTL)

U Rede MPLS LSR de Ingreso
ISP A 2 (15) Etiqueta (TTL) de 1er nivel
2º nivel
LSR de Egreso
4 (16)
( ) 7 (14) Etiqueta (TTL) de 2º nivel
( ) q ( )
2º nivel
V

2 (15) Rede MPLS
W
LSR de Ingreso ISP B
1er nivel LSR Interior
LSR Interior 1º nivel
7 (14) LSR de Egreso
1er nivel
X 1º nivel
2 (15)
Os routers U e Z constituiron un LSP 2 (13)
con dous LSR interiores, V e Y
Y Rede MPLS
Para o ISP B parece como se V e Y foran routers ISP A
IP ordinarios (non MPLS) 8 (12)
Os routers V e Y están enlazados por un LSP que creou o ISP Z
B. V e Y non ven as etiquetas vermellas que manexan W e X

Dalgún xeito, é como se entre V e Y se fixera un túnel que atravesara W e X
IP (11)

122

MPLS (Multiprotocol Label Switching)
 MPLS nace como unha tecnoloxía de transporte para IP que
permite crear circuítos virtuais subxacentes (conmutación de
etiquetas) sobre multitude de tecnoloxías de nivel 2 (PPP, LANs,
ATM o FR) incluso atravesando varias delas. D aí que se lle
FR), i l t d i d l De í ll
denominara “conmutación de nivel 2.5”
 ¿Cales son as vantaxes de MPLS sobre ATM ou FR?
 MPLS permite i
it incorporar as capacidades TE de ATM ou FR
id d d
directamente en IP
 Mediante o marcado dos paquetes IP con etiquetas que especifican
unha ruta e certa QoS, MPLS combina a escalabilidade e f
Q , m flexibilidade
do encamiñamento IP coas prestacións e xestión de tráfico da
conmutación de nivel 2.
 MPLS pode implementarse sobre calquera tecnoloxía subxacente
(ATM, FR POS Ethernet etc )
(ATM FR, POS, Ethernet, etc.), en lugar de estar suxeita a unha
encapsulación específica de nivel 2.
 En esencia, MPLS só modifica o mecanismo de reenvío (forwarding) de
IP, pero segue empregándose o direccionamento IP e todos os
protocolos h bit i d encamiñamento e sinalización usados en IP
t l habituais de iñ t i li ió d
seguen sendo válidos: OSPF, IS-IS, RSVP, etc.
 O MFA Forum (www.mfaforum.org) é un consorcio formado pola
industria do sector dedicado a acelerar a adopción de MPLS e as
súas tecnoloxías asociadas. É o resultado da unión do MPLS Forum,
FR Forum e ATM Forum.

124

Cuestión
 En redes de conmutación de paquetes, unha
etiqueta é un conxunto de bits engadido ao
paquete que identifica a secuencia de nodos de
conmutación que debe seguir o paquete
(circuíto virtual)

 ¿Qué significado se podería dar á etiqueta en
outras tecnoloxías de conmutación como TDM
TDM,
OCS, OBS?

125

MPLS xeneralizado (GMPLS)
 GMPLS estende o concepto de etiqueta de MPLS, de forma que:
 En redes de conmutación de paquetes, unha etiqueta é un pequeño
conxunto de bits engadido ao paquete e identifica un circuíto virtual
(concepto tradicional)
 En redes TDM (PDH, SONET/SDH) unha etiqueta identifica unha
ranura temporal (circuíto “físico”)
p
 En redes WDM:
• No caso de OCS con capacidad de conversión de s, na tecnoloxía MPS,
unha etiqueta pode identificar unha .
• E redes OBS, na tecnoloxía LOB (L b l d OBS), os nodos OB son
En d OB l í LOBS Labeled OB ) d OBS
dotados de capacidade IP/MPLS, de xeito que os paquetes de control de
cada ráfaga son enviados como paquetes IP/MPLS e a etiqueta identifica a
secuencia de nodos OBS que seguirá a ráfaga
q g g

 Con GMPLS exténdense aínda máis as posibilidades de tecnoloxías
subxacentes. Por exemplo, un LSP1 basado en conmutación de
p ,
paquetes (coma Gigabit Ethernet) pode anidarse nun LSP2 basado
en TDM (un determinado circuíto OC-48), que á súa vez se anida
nun LSP3 baseado en WDM e MPS (unha certa  OC-192 de
entre 16)
)

RBA-Redes de transporte

More Related Content

Viewers also liked

Similar to RBA-Redes de transporte

More from Carlos López Ardao

RBA-Redes de transporte