Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Redes e tecnoloxías de acceso e transporte de banda ancha
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Redes de acceso e transporte
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, 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
Redes de acceso e transporte 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
A rede de interconexión a nivel 2 entre os routers dun ISP chámase REDE DE TRANSPORTE
A interconexión a nivel 2 entre routers fronteira de distintos ISPs 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 Mediante conexións privadas punto a punto de alta velocidade
(circuíto SDH, CVP FR /ATM, Ethernet)
5
Redes de acceso e transporte
REDE DE ACCESO
IP
Sistema final Router accesoBBRAS IP
Router IP Router IP
Router IP
Router IP
REDE DE TRANSPORT
ERouter IPfronteira
Puntoneutr
o ISP 1
ISP 2
ISP 3ISP
Nivel 1
BackboneInternet
6Rede de transporte 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,
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
saída a Internet a través de ISPs de maior nivel Concentradores:
• Encargados de concentrar tráfico de varios POPs hacia os routers troncáis.
• Características intermedias entre acceso e troncal:– Crecemento continuado de clientes Escalabilidade e throughput altos– Moitas interfaces de velocidade moderada
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías nas redes de acceso
8
ISPs vs. operadores de acceso Debe distinguirse entre o ISP e o operador da rede de
acceso, aínda que en ocasiones poidan coincidir. O operador de acceso só se encarga de dar acceso,
tipicamente a través do bucle local. Exemplo: ADSL
O elemento principal na central local é o DSLAM (multiplexor de acceso DSL) que consta dun banco de módems ADSL, a partir dos cales multiplexa ou agrega (demultiplexa ou separa) 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 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” (Umbundling Local Loop – ULL) a principios do 2001 cambiou o panorama significativamente.
O operador dominante está obrigado a alugar, a un prezo prefixado, o bucle de abonado a un operador alternativo que o solicite (a través do cliente), e a 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
11Acceso residencial vía ADSL
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 asignación de direcciones IP, etc.) baseados en PPP
No paso a ADSL intentouse aproveitar toda esta infraestructura 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 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
12
Arquitectura PPPoE
Arquitectura PPPoA
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 Rede de cable:
• HFC (Hybrid Fiber-Coax)• FTTH (Fiber to the Home)
PLC (Power Line Communications) WiFi/WiMAX 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
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 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
IP
xDSL
ATM
xDSL SDH SDH
ATM
AAL5
PPP
IP
ATM,FR, etc.
PHY
Cobre (bucle de abonado) Fibra
Host DSLAMRouter acceso
(BBRAS)
ATM
AAL5
PPP
16
PHY
Ethernet
xDSL PHY PHY
Ethernet
IP
ATM, FR,etc.
PHY
Fibra
Ethernet
IP
As redes de acceso Ethernet evitan costosas conversións de protocolos
EFM Infraestructura de acceso moito máis efectiva
Host DSLAMRouter acceso
(BBRAS)
Cobre (bucle de abonado)
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 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:
• 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 chégase ata os 5.5 Km. como moito
Maior BW para o usuario. Máis baratas que as
punto a punto.
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías no transporte óptico
20
Tecnoloxías de transporte óptico (nivel 1) En pouco tempo, todo o transporte de máis baixo nivel será sobre
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 puntoWDM
A diferencia de SDH, xa dende un principio se plantexou o emprego de WDM pensando en redes de conmutación totalmente óptica, e 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.
21
Redes ópticas WDM Unha rede óptica WDM consta de nodos de
conmutación óptica, denominados Optical Cross Connect (OXC), interconectados por FO
Distínguense dous tipos de nodos OXC: Nodos fronteira:
• Conversión E/O e O/E. • Sinalización, planificación, reserva de recursos, etc.• Dispoñen de memoria.
Nodos troncais: • Non dispoñen de memoria (só liñas de retardo). • Cabe esperar que a conversión total entre lonxitudes de onda (de
entrada e saída nun nodo) sexa habitual nos OXCs para reducir os bloqueos
A multiplexación de λ’s pode combinarse co emprego 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 λ
22
Tipos de OXC
F-OXCFibra a fibra
WR-OXCWavelength Routing
WT-OXCWavelength Translating
λ1
λ2
λ1
λ2
λ1
λ1
λ2 λ2
λ2 λ2
λ1
λ3
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.
OCS consiste no establecemento entre dous nodos fronteira dun camiño (“circuíto”) óptico, reservando unha λ de saída en cada nodo óptico atravesado.
A reserva é permanente ata que se libere explicitamente o circuíto
De non haber λ’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 de “conmutación de lonxitudes de onda” (Wavelength or Lambda Switching)
24
Optical Burst Switching (OBS) - I
Incomingfibers
Fixed-length(but unaligned) FDL’s
Synchronizer
Header
Payload
Setup
Header recognition,processing, and generation
Switch1
B
C
DNewheaders
2
1
2 2
1
(a)
A
Switch2
1 1
2
(b)
O/E/O
Control packet processing(setup/bandwidth reservation)
2 21 1
Controlpackets
Data bursts
Controlwavelengths
A
B
C
D
Datawavelengths
Offset time
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) ou tempo (orde de msg.).
Antes do envío dunha ráfaga debe enviarse previamente un paquete de control que indica, entre outros, a lonxitude, clase QoS e destino da ráfaga asociada.
O paquete de control é enviado con certo offset de adianto para poder ser procesado electronicamente en cada nodo intermedio atravesado, e así poder planificar a ráfaga (reservar tempo) nunha λ de saída en cada un deles.
Para o envío dos paquetes de control úsase unha ou varias λ’s reservadas en cada nodo
25
OBS – Paso 1
OOO
OEO
OOO
OEO
Offset = TCP chega ao nodo Fronteira no instante t1
26
OBS – Paso 2
OOO
OEO
CP é convertido O/E, procesado e configura o switch
OOO
OEO
27
OBS – Paso 3
OOO
OEO
OOO
OEO
CP é convertido E/O E deixa o nodo en t1+δ
28
OBS – Paso 4
OOO
OEO
OOO
OEO
Cando chega a ráfaga ao nodo, o switch xa está configurado
29
OBS - Paso 5
OOO
OEO
OOO
OEO
Sin retardo, a ráfaga é conmutada a nivel óptico
Offset = T- δ
30
Optical Burst Switching (OBS) – e II Os paquetes de control non son asentidos, e se nalgún
nodo intermedio non houbese oco en ningunha λ, 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 de ráfagas: rutas alternativas, liñas de retardo, 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)
OBS permite acadar unha granularidade máis fina que a da lonxitude de onda, permitindo a multiplexación estatística de distintos tráficos sobre unha mesma λ
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías de transporte de nivel 2
32
Tecnoloxías de transporte de nivel 2 Enlaces punto a punto dedicados:
Sobre circuítos SDH Directamente sobre a fibra, tipicamente con 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
Conmutación a nivel 2: ATM Ethernet
33
SONET/SDH
GE/10GE
WDM (OCS/OBS)
Fibra Óptica
IP
Alternativas típicas no transporte sobre FO
EthernetAAL5
ATM
POS
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías de transporte de nivel 2Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
35
Sistemas TDM: PCM y Trama E1 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 la red 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 canales de control (sincronismo y señalización)
125 μsegs.
36
Se estableció una jerarquía para la obtención de tramas de mayor capacidad a partir de la multiplexación de tramas de nivel inferior, denominada PDH (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 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 )
Sistemas TDM: PDH
37Sistemas TDM: Jerarquía digital síncrona (SDH)
A diferencia de PDH, en SDH (Synchronous Digital Hierarchy) todas las señales tributarias se multiplexan octeto a octeto de forma totalmente síncrona, gracias a que las señales de reloj se extraen de una referencia común. Se habla así de STDM
Ello permite también que se pueda acceder de forma directa y simple a las señales multiplexadas, sin necesidad de “deshacer” todas las etapas de multiplexación, típico del caso plesiócrono
SDH en Europa y SONET (Synchronous Optical Network) en USA son los dos sistemas digitales normalizados de transporte de información, y se han diseñado para operar sobre fibra óptica.
IMPORTANTE: SDH no nace para sustituir a PDH, ampliamente desplegado, sino para ser usado conjuntamente como medio de transporte en los enlaces que requieran mayor capacidad. Por ello, se ha previsto una forma estándar para transportar tramas PDH dentro de tramas SDH (hasta 3xE3 en una STM-1)
38Estructura de trama STM-1 Cada trama SDH vai encapsulada nun tipo especial de estructura
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: 260 x 9 = 2340 Bytes = 18720 bits = 149,76 Mbps
Info.Sección
Carga útilInfo. LiñaIn
fo. r
uta
1 3 86 columnas
9 filas
RS
Carga útil
L
SCarga útilL
SCarga útilL
Trama STS-1
Trama STM-1 ≠ 3 tramas STS-1 (só unha info. de ruta ⇒ máis carga útil)
39
E3
E1..E1
E3
Multiplexor 4:1
Multiplexor 4:1
STM-16STM-4STM-1
Multiplexación SDH
Tramas PDH (ITU)Tramas SDH
E3
E3
Os niveis de xerarquía superior fórmanse multiplexando a nivel de byte varias estructuras STM-1 usando una referencia común de 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” (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)
Interfaz óptico: STM-1 (Sychronous Transfer Module – 1) Todas as demais velocidades son múltiplos exactos de esta,
ej.: STM-4 = 622,08 Mb/s
SONETEléctrico
SONETÓptico
SDHCaudal físico
(Mbps)
STS-1 OC-1 STM-0 51,84
STS-3 OC-3 STM-1 155,52
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
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; dous multiplexores contiguos é unha liña, dous equipos finais da rede SDH unha ruta
Sección Sección Sección Sección
Liña Liña
Ruta
MultiplexorOrixe
MultiplexorDestino
ADM
Multiplexor
ADM ADM
Repetidor Repetidor
42SDH: Topoloxía de dobre anel
Tráficode usuario
Tráfico de usuario
Funcionamento normal Funcionamento en caso de avaría
Cortena fibra
Os ADMs poden cerrar o anel en ¡só 50 ms!
AD
MA
DM
AD
MA
DM
Tráfico de usuario
Reserva
AD
MA
DM
AD
MA
DM
As redes SDH empregan habitualmente topoloxías de dobre anel para aumentar a fiabilidade
43
γ
β
α
Topoloxía lóxica de estrela
R
A C
B
Anel físico SDH
STM-1 (155,52 Mb/s)STM-4 /622,08 Mb/s)
β
α β γ
α
γADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
X
Y
Z
W
A
B
C
R
44Funcionamento dun anel SDH
α
γ
β
β
γ
α
Ocupación: 3 * STM-1 Sobra un STM-1
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADMX
Y
Z
W
Os circuítos SDH son sempre dúplex. Exemplo: No caso do circuíto α (verde) entre os ADMs X e Y, unha porción do anel é recorrida pola información XY e a restante (Y-Z-W-X) pola inf. YX
Un anel SDH pode definirse usando só unha única fibra óptica entre cada parella de ADMs contiguos Aínda que a transmisión na fibra é nun único sentido, en cambio no anel temos circuítos full-dúplex
45
OC-3c
A
B
C
D
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
Fibra en servicioFibra de reserva
Circuitos:
OSPF
OSPF
OSPF
OSPF
α β
δ γ
A-B: αB-C: βC-D: γD-A: δ
Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre POSAnel lóxico de enlaces STM-1 sobre un anel físico SDH
Anel SDHSTM-4
(622 Mbps)
Interfaz POS/STM-1
Configuramos catro enlaces (circuítos STM-1) α, β, γ e δpara crear o anel lóxico
Os ADM multiplexan (insiren e extraen) os 4 circuítos STM-1 nunha trama STM-4 que recorre o anel físico SDH sobre a fibra en servicio
Cada router necesita dúas interfaces POS, unha para cada enlace
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 os ADMs A e D sería A-B-C-D)
Alternativa: prescindir da rede SDH (os ADMs) Ao prescindir da rede SDH, poden usarse as dúas fibras, pois a
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, úsase a estructura de trama SDH, permitindo: seguir usando as interfaces POS nos routers usar equipamento SONET/SDH de baixo nivel como repetidores
47
A
B
C
D
STM-1
Co dobre anel de fibra, e sen cambiar as interfaces POS
dos routers, cada un dispón dun enlace full-duplex (as dúas fibras) cos veciños
OSPF
OSPF
OSPF
OSPF
Se falla algún enlace, o protocolo de encamiñamento (adaptativo) reencamiña o tráfico polo outro lado do anel. Sen embargo, o tempo de reacción é de varios
segundos, fronte aos 50 ms. de SONET/SDH.
Emprégase o camiño máis corto, gracias ao protocolo
de encamiñamento (ex. OSPF)
A capacidade dispoñiblerepártese dinámicamente e non de forma estática
como no caso da rede SDH
Exemplo de interconexión directa de 4 routers IP sobre POS (sin rede SDH) Dobre anel físico de fibra
48Detalle dun ADM STM-1
Rx
Tx
Anelprincipal
Rx
Tx
Anel dereserva
49
Interfaz POS dun router
Velocidad: 10 Gbps (STM-64)
Láser Alcance Prezo850 nm 300 m 110.000 €1310 nm 2 Km 175.000 €
1550 nm 40 Km 250.000 €
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 €
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías de transporte de nivel 2Asynchronous Transfer Mode (ATM)
52
Comparación STM vs. ATM
STM (Synchronous) Canales identificados por
posición en trama BW limitado y reservado de
antemano Mezcla de canales
determinista (periódica) Número limitado de canales
ATM (Asynchronous) Canales identificados por
su etiqueta BW variable y asignado
dinámicamente bajo demanda
Mezcla de canales aleatoria (mux. estadíst.)
Número ilimitado de canales
Canal 1 Canal 2 Canal nCanal 3 Canal 1
Trama
TSincronización y control de trama
Canal 1 Canal 3 Canal 2 Vacío Canal 1T
Identificador del canal virtual
53
Comparación STM vs. ATM
STM ATM
Contienda por BW ColaNo contienda por BW No cola
Multiplexación estadística permite ahorro de recursos peroprobabilidad no nula de overflow ⇒ Control de tráfico
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
Principios1. 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
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
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
56
Trayectos Virtuales y Canales Virtuales
Enlace físico
Por un enlace físico poden pasar múltiples VPs
Virtual Path (VP)
Virtual Path (VP)
Etiqueta do circuíto virtual: VPI/VCI
O VC é o camiñolóxico entre extremos
na rede ATM
Cada VP Contén Múltiples VCs
57
Conmutador VP
58
Visión conceptual dun conmutador VP
59
Conmutador VC
60
Visión conceptual dun conmutador VC
61
D
C
A
B
X Y
Z W
Entrada SalidaPort VPI/VCI Port VPI/VCI
3 45 1 294 15 2 30
Entrada SalidaPort VPI/VCI Port VPI/VCI
2 15 3 14
Entrada SalidaPort VPI/VCI Port VPI/VCI
2 16 1 45
Entrada SalidaPort VPI/VCI Port VPI/VCI
3 14 4 104 10 3 14
2
14 2
3
32
4
12
3
1
29
16
45
43
1 29 3 45
1 45 2 161 16 2 43
30
10
15
14
2 30 4 1523 14 15
2 43 1 16
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
ATMswitch
UNI UNI
NNI
Extremo rede ATM
AAL
ATM
Capa física
AAL
ATM
Capa física
ATM
Capa física
ATM
Capa física
Extremo rede ATM
Rede ATM
ATMswitch
63
Arquitectura ATM: Funcións das capas
Capa Subcapa Funcións
AALCS (Convergence Sublayer) Adaptación das capas superiores
(tipicamente, IP)
SAR (Segmentation & Reassembly) Segmentación e reensamblado de celdas
ATM(De)multiplexación de celdasTraducción de VPI/VCIXeración e extracción de cabeceiras
FísicaTC (Transmission Convergence)
Detección de erros de transmisión Inserción e recuperación das celdas nun e dun sistema de transmisión físico, tipicamente SDH
PM (Physical Medium)SDHTransmisión de celdas directamente sobre o medio físico
64
Switch ATM con 16 portos de 155 MbpsPortos STM-1 en fibraPortos STM-1 en cobre (UTP-5)
65
Router IP con interfaces SONET/SDH
STM-4/OC-12c (622 Mbps)STM-1/OC-3c (155 Mbps)
Ethernet
66
Arquitectura ATM: Capa físicaServicio de la capa física
Entrega de celdas válidas (sin errores) a la capa ATM Inserción y recuperación de las celdas en/de un sistema
de transmisiónDos subcapas
Subcapa de convergencia de transmisión (TC): independiente del medio 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 óptica/eléctrica, codificación 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
este tipo Funciones independientes del sistema físico de
transmisión Sincronismo de celda: obtención del instante de
comienzo Generación (en transmisión) y comprobación (en
recepción) de redundancia sobre la propia cabecera (se usa un código CRC-8 que permite corregir errores simples y detectar varios tipos de errores múltiples)
Adaptación a/de la tasa de celdas: en transmisión, inserción de celdas vacías para igualar la tasa física de tx.; en recepción, supresión de las celdas vacías
68
Interfaces basadas en celdas
Secuencia ininterrumpida de celdas transmitidas a la velocidad del medio 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
CLP (Cell Loss Priority): Indicación de prioridad de descarte. As celdas menos prioritarias (CLP = 1) son descartadas primeiro.
PT (PayloadType): O primeiro bit distingue celdas de datos e xestión Celdas de datos (Bit 1 = 0):
• Bit 2 EFCI para señalar a conxestión• 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, que permite correxir erros simples e detectar varios tipos de errores múltiples
8 7 6 5 4 3 2 1
VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
70
O Servicio do nivel ATM Como xa se dixo, ATM ofrece un servicio
orientado a conexión sobre CVsAs conexións ATM compórtanse como tubos que
transportan en secuencia celdas sin erros entre dous extremos da rede ATM, é dicir, entre dúas entidades AAL.
Unha conexión ATM pode pertencer a unha das seguintes categorías de servicio: CBR (Constant Bit Rate): BW constante, tempo real VBR (Variable Bit Rate): BW variable, tempo real ou non ABR (Available Bit Rate): BW dispoñible, non tempo real UBR (Unspecified Bit Rate): Sen garantías (best-effort)
71
Clases de servicio – ATM ForumTipo de tráfico
Atributo CBR rt-VBR nrt-VBR ABR UBR
Tasa máxima X X X X ----
Tasa media/ráfaga máxima ---- X X ----
Tasa mínima ---- ---- ---- X ----
Retardo 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 Ratert/nrt Real-Time / Non Real-TimeX O valor do atributo está limitado
72
Clases de servicio e Capacidad da rede
73AAL5 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
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
CRC-32LonxitudeVersiónUUPADDatos AAL5 PDU0-65535 0-47 1 1 2 4
Celda ATM5 48
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 CV. Permite acelerar o procesado dos paquetes
Encapsulado LLC/SNAP: Permite multiplexar múltiples protocolos sobre un único CV ATM. O protocolo é identificado mediante unha cabeceira LLC/SNAP engadida á PDU de AAL5
75Encapsulado LLC/SNAP
Por motivos de compatibilidade con DIX Ethernet definiuse o encapsulado IEEE 802.1a LLC/SNAP (Subnetwork Access Point). A cabeceira LLC é 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 (Protocol Identifier).
O OUI é administrado por IEEE e identifica unha organización que administra os valores que se poden asignar ao PID:
• 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. Ethernet sobre AAL5 usa PID=0x00-01 (con CRC ao final da trama) ou 0x00-07 (sen CRC).
Cabecera LLC0xAA-AA-03
OUI (3) PID (2) PDU AAL5
76
Signaling AAL (SAAL) SAAL normalizouse como protocolo para ointercambio fiable de
mensaxes de sinalización (no plano de control): establecemento, mantemento e liberación de 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 • 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)
0-65535 0-24 2 2 4 24
Datos PaddingLonxitudePadding
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.
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, 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 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. Dependendo dos requisitos, podería usarse servizo ATM VBR-nrt, ABR ou UBR, sendo este último o preferido, a excepción das conexións sobre ADSL, onde se usa VBR-nrt
En caso de desexar un servizo fiable, pode 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. Por exemplo, no caso concreto de vídeo baixo demanda (VoD) onde se usa MPEG-2 de tasa constante, tense probado que AAL5 sobre CBR pode levar paquetes MPEG-2 con un jitter suficientemente baixo.
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
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías de transporte de nivel 2O modelo IP sobre ATM
81IP sobre ATM
WDM
SDH
R2
R3
R1
IP
ATMC1
C2C3
C4
Unha tecnoloxía amplamente usada nas redes de transporte, pero xa aparentemente cos días contados
82
OC-3c
A
B
C
D
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
Fibra en servicioFibra de reserva
Circuitos:
OSPF
OSPF
OSPF
OSPF
α β
δ γ
A-B: αB-C: βC-D: γD-A: δ
Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre POSDun anel lóxico de enlaces SDH a un anel lóxico de PVCs ATM
Anel SDHSTM-4
(622 Mbps)
Interfaz POS/STM-1
Tiñamos configurados catro circuítos STM-1 para crear o anel lóxico de routers
Obxectivo: Sustituir os circuitos STM-1 entre os routers por PVCs ATM
Ubicamos un switch ATM entre cada router e cada ADM
83
STM-1
A
B
C
D
Anel físico SDHSTM-4
(622 Mb/s)
Fibra en servicioFibra de reserva
ADMADM
ADMADM
ADMADMADMADM
Switch ATMRouter IP
X
Y
Z
W
Visión física da redeOs ADM multiplexan os 4 enlaces lóxicos STM-1 nunha trama STM-4
Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre ATMDun anel lóxico de enlaces SDH a un anel lóxico de PVCs ATM
84
Rede ATMA
STM-1
Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre ATMDun anel lóxico de enlaces SDH a un anel lóxico de PVCs ATM
C
PVC ATMPodemos usar unha única interfaz ATM STM-1 no router IP para conectarse ao switch e multiplexar os dous PVCs sobre ela
Enlaces STM-1 ocupados só 50% Solución: 2 int. STM-1 en routers
D
B
Switch ATM con 3 interfaces STM-1
Agora temos configurados os catro enlaces STM-1 (A-B, B-C, C-D, D-A) entre os switches ATM Un switch necesita duas interfaces co seu ADM e outra co router
Dous PVCs conectan cada routercos seus dous routers veciños
85
A
B
C
D
Revisitamos o exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre POSAnel lóxico de enlaces STM-1 sobre un anel físico SDH
ADMADM
ADMADM
ADMADM
ADMADM
Sin conmutadores ATM temos:•Maior rendemento (≈ 13%)•Menor costo•Maior sencillez
Os routers teñen conexión SDH directa aos ADMs, sen switches ATM
Interfaz POS
Anel SDHSTM-4
(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 punto a punto “físicos” (os circuítos SDH) cos seus veciños O routernecesita dúas interfaces POS
86Vantaxes de ATM
ATM foi a tecnoloxía de conmutación de nivel 2 máis amplamente empregada polos operadores ata actualidade para poder desplegar facilmente e dun xeito eficiente enlaces punto a punto (CVs dedicados) entre routers
ATM ofrece facilidades paraProvisión de QoSControl de tráficoEnxeñería de tráfico
87
Escenario actual de ATMATM 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 das redes ATM bastando, cando se necesite, o nivel de multiplexación máis groso de SDH: A provisión de QoS non se emprega para tráfico
best-effort, aínda con presenza maioritaria En moitos enlaces pode incluso resultar interesante
economicamente o sobredimensionado.O nivel de granularidade e multiplexación de ATM
sobre un enlace físico pode perder sentido se o tráfico IP entre dous routers ocupa un porcentaxe importante do BW dese enlace.
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. Non hai interfaces por encima de 2,5 Gbps en switches
Inconveniente principal 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 por cada router, a comunicación entre 2 routers conectados a unha mesma rede ATM pode implicar 2 ou máis saltos en IP.
Inconvenientes de ATM
89
Capacidad enlacefísico
DATOS DATOS
ATM/AAL5 vs POS
SONET/SDH
IPAAL5
ATM
SONET/SDH
Capacidaddisponible
para elusuario
79%92%
POSIP
Valores calculados para un tamaño medio de paquete IP de 540 bytes
90Resumo tecnoloxías nivel 2 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
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías de transporte de nivel 2Frame Relay: Outra alternativa a ATM no
transporte IP
92
Redes X.25 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 libre o diseño interno: Red (X.25 PLP, Packet Layer Protocol ) Enlace (LAPB, Link Access Procedure Balanced) Físico (X.21 para interfaces dixitais e RS-232 para analóxicas)
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). En España o acceso X.25 é ofrecido por TESA a través da súa rede
Iberpac. Aínda que X.25 está practicamente en desuso para a maioría das
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 habitual en caixeiros automáticos.
93
Redes Frame Relay (FR) 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 nonnecesita comunicación en tempo real
Na actualidade existen en España cuatro operadores que ofrecen el servicio Frame Relay: BT Telecomunicaciones, Telefónica Transmisión de Datos (TTD), Telemedia International e Global One
94
01111110 Dirección Datos CRC 01111110
Estructura trama Frame Relay
Bytes → 1 2-4 0-8188 2 1
O CRC (de toda a trama) é comprobado salto a salto en cada nodo FR. Se é erróneo, a trama é 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
DLCI Superior 0C/R8 7 6 5 4 3 2 1
DLCI Inferior 1DEFECN BECN
Estructura del campo Dirección
O campo dirección ocupa normalmente 2 bytes, aínda que pode extenderse a 3 ou 4:• DLCI (Data Link Connection Identifier): É o id. de CV. Pode cambiar en cada 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 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
96
Diferencias ATM y FR 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
para interconectar punto a punto routers IP mediante CVs, e por OBLAs para interconectar DSLAMs e routers de acceso de ISPs (control de tráfico).
FR úsase fundamentalmente para interconexión privada de LANs corporativas remotas, permitindo un elevado caudal garantizado (hasta 2 Mbps)
97
Comparación das redes de conmutación de paquetes
Rede ApoxeoVelocidade
típicaPaquetemáximo
Control errosnivel de enlace
Orientadoa
X.25 1985-1996 9,6 - 64 Kbps 128 bytesCRC do paquete con
confirmación do receptor
Datos
FrameRelay
1992 - 64 Kbps - 2 Mbps
8192 bytes(típico 1500)
CRC do paquete Datos
ATM 1996 - 2, 34, 155, 622 Mbps 53 bytes Só CRC de cabecera
Datos, voze vídeo
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías de transporte de nivel 2Metro Ethernet
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 extremo:
• EFM para o acceso Ethernet sobre o bucle telefónico de abonado mediante tecnoloxías xDSL ou sobre redes ópticas pasivas (PONs)
• 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) permite empregar una tecnoloxía amplamente extendida no transporte óptico, facilitando así a migración dende tecnoloxías como ATM ou POS
Outras posibilidades: Ethernet sobre fibra, WDM ou MPLS
Ethernet nas MAN/WAN
100
Rede FastEthernetA
Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre EOSMigración dende ATM a Ethernet
C
D
BSwitch Ethernet con
2 interfaces EOS/STM-1e unha interfaz FE 100 Mbps
para conectarse ao router
Agora configúranse os catro enlaces STM-1 (A-B, B-C, C-D, D-A) entre os switches Ethernet para acomodar as conexións FE a 100 Mbps Un switch necesita dúas interfaces EOS/STM-1
• Os 4 routers atópanse agora na mesma VLAN Ethernet, é dicir, agora IP ve unha rede a nivel 2, e non simplemente enlaces• P.ex., un pkt. IP entre A e C é enviado directamente a través da VLAN. Con ATM, o pkt. Sería enviado a B, e de ahí a C
STM-1VLAN Eth
FE 100 Mbps
101
A
B
C
D
Anel físico SDHSTM-4
(622 Mb/s)
ADMADM
ADMADM
ADMADMADMADM
Switch EthernetRouter IP
X
Y
Z
W
Visión física da rede
• Os ADM ou os switches acomodan as tramas Ethernet procedentes da interfaz FE (100 Mbps) nunha trama STM-1 (155 Mbps.)• Logo os ADMs multiplexan os 4 enlaces lóxicos STM-1 entre switches nunha trama STM-4
2 interfaces EOS/STM-1
Interfaz FE 100 Mbps
Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre EOSMigración dende ATM a Ethernet
102
Qué é Metro Ethernet?
Servizos Metro Ethernet: Servizos de conectividade MAN/WAN de nivel 2 a través de interfaces Ethernet
Metro Ethernet é un servizo no que o provedor crea unha conexión Ethernet “porta a porta” entre dous ou máis puntos (multipunto a multipunto)
100 Mbps
Ethernet
Oficina
Remota 3
OficinaRemota 1
OficinaRemota 2
Sede Central
RedeMetro Ethernet do Provedor de
Servizos
10 MbpsEthernet
10 MbpsEthernet
SONET/SDHWDMEthernetMPLS/IP
10 MbpsEthernet
103
Vantaxes do transporte EthernetNon hai conversión de formato de trama entre
LAN e MAN/WAN Posibilidade de interconexión Ethernet extremo
a extremo facendo uso de EFMO concepto de VLANs permite a interconexión
multipunto a multipunto e a creación de VPNs, ofrecendo unha solución máis atractiva e flexible que os CVs de ATM, salvo polo número deles manexados
É claramente a tecnoloxía máis barata por Mbps Mediante o uso de prioridades (IEEE 802.1p)
pódese ofrecer soporte QoS
104
Inconvenientes do transporte Ethernet
Núm. VLANs limitado: 802.1Q VLAN ID=12bits Limitación de direcciones MAC: espazo de
direccionamento planoNon se pode reservar BW extremo a extremoNon se permite enxeñería de tráfico: o
encamiñamento ven dado polo mecanismo do aprendizaxe hacia atrás
105Cuestión
A resposta non é 6 nin 12
Os enlaces FE deben encapsularse nunha trama STM-1
Nun anel STM-4 podemos acomodar 4 enlaces EOS/STM-1dúplex, o que equivale a un tráfico total no anel de 4x2x100 = 800 Mbps.
8 interfaces FE
Anel físico SDHSTM-4
(622 Mbps)
ADMADM
ADMADM
ADMADMADMADM
Switch Ethernet
X
Y
Z
W
2 interfaces EOS/STM-1
Interfaz FE 100 Mbps
¿Cantas interfaces FE a 100 Mbps. (p.ex. De routers) poderiamos multiplexar sobre a rede Ethernet da figura, construída sobre
un anel STM-4, sen sobrepasar a súa capacidade?
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías de transporte de nivel 2Enxeñería 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 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
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 necesita, a maiores da capacidade de diferenciar fluxos extremo a extremo, poder Encamiñalos de xeito independente Darlles tratamentos diferenciados
109
Enxeñería de tráfico: O problema do ‘peixe’
Backbone do ISP
Usuario ATarifa premium
Usuario BTarifa normal
Usuario C
Usuario ATarifa premium
Usuario BTarifa normal
Usuario C
Problema con routers IP:
Solución con CVsextremo a extremo:
Enlaces de alta capacidade
Enlaces de baixa capacidade
O ISP non pode controlar en X que só vaia pola ruta de alta capacidade o tráfico
dirixido a C desde A e non o de B
A
B
X
A
B
X
C
CBackbone
del ISP
Ao crear diferentes CVs o ISP pode separar
facilmente o tráfico de A do de B 2 fluxos
Este é un exemplo do que se denomina
‘Enxeñería de Tráfico’
PVC A-C
PVC B-C
Y
ZV W
Z
Y
V W
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 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 dirección 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
111
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 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 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 de non depender de ningunha tecnoloxía de nivel 2 en particular (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 interior.
112
Rede MPLS
1) O LER de entrada clasifica os paquetes en FECs e engádelles
unha etiqueta
3) O LER de saída retira a etiqueta
2) Os LSR interiores encamiñan os paquetes observando
exclusivamente a etiqueta LSP
DOMINIO MPLS
113
Solución MPLS ao problema do peixe
Usuario ATarifa premium
Usuario BTarifa normal
Usuario Cα β
γδ
α - β 5
δ - γ 3
α β
α 5 β 4
αβ α β
α 3 β 2 α 2 β 7
α β
γ
α 4 β -
γ 7 β -
Os routers X e Z encárganse de etiquetar os fluxos segundo orixe-destino
5 4
32
7
A
B
XC
Y
Z
V W
As etiquetas só teñen significado local e poden cambiar ao longo do traxecto
(como os VPI/VCI de ATM)
Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09
Tema 1
Tecnoloxías de transporte de nivel 2MPLS
115Creación dos LSPs
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)– RSVP mellorado
De salto a salto, sen un LSP explícito:• O obxectivo é poder modificar o trato dos paquetes dunha
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
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
LSP QoS S TTL
Bits → 20 3 1 8
Formato da etiqueta MPLS
LSP:
QoS:
S:
TTL:
A etiqueta que identifica un LSP (con significado local)
Identifica tratamentos diferenciados (clases FEC) dentro dun mesmo LSP
Vale 1 para a primeira etiqueta MPLS na pila (a máis vella), cero para o resto
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 MPLSMPLS 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, os LSRs de entrada van engadindo etiquetas 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 routers IP ordinarios, 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 MPLS máis á esquerda colócase directamente no campo que corresponde ao identificador de CV (VPI/VCI en ATM, ou DLCI en FR)
Deste xeito, cando un paquete MPLS viaxa por unha rede ATM ou FR pode ser conmutado de xeito natural, 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 o TTL da etiqueta ao mesmo valor que ten nese momento a cabeceira IP
Durante a viaxe do paquete pola rede MPLS, o campo TTL da 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 (máis á esquerda) 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
seguinte
121
Rede MPLSISP A
Rede MPLSISP B
Rede MPLSISP A
4 (16)
8 (12)
2 (15)
2 (13)2 (15)
7 (14)
LSR de Ingreso1er nivel LSR Interior
1er nivel
LSR Interior1º nivel LSR de Egreso
1º nivel
LSR de Egreso2º nivel
LSR de Ingreso2º nivel
V
W
X
Y
Z
U
Os routers U e Z constituiron un LSP con dous LSR interiores, V e Y
Os routers V e Y están enlazados por un LSP que creou o ISP B. V e Y non ven as etiquetas vermellas que manexan W e X
Para o ISP B parece como se V e Y foran routers IP ordinarios (non MPLS)
2 (15)
7 (14) Etiqueta (TTL) de 2º nivel
Etiqueta (TTL) de 1er nivel
Dalgún xeito, é como se entre V e Y se fixera un túnel que atravesara W e X
IP (17)
IP (11)
IP (17) Paquete IP (TTL)
Apilamiento de etiquetas en MPLS
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. De aí que se lle denominara “conmutación de nivel 2.5”
¿Cales son as vantaxes de MPLS sobre ATM ou FR? MPLS permite incorporar as capacidades TE de ATM ou FR
directamente en IP Mediante o marcado dos paquetes IP con etiquetas que especifican
unha ruta e certa QoS, MPLS combina a escalabilidade e 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.), 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 habituais de encamiñamento e sinalización usados en IP 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, 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”)
En redes WDM:• No caso de OCS con capacidad de conversión de λs, na tecnoloxía MPλS,
unha etiqueta pode identificar unha λ.• En redes OBS, na tecnoloxía LOBS (Labeled OBS), os nodos OBS son
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
Con GMPLS exténdense aínda máis as posibilidades de tecnoloxías subxacentes. Por exemplo, un LSP1 basado en conmutación de 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 MPλS (unha certa λ OC-192 de entre 16)