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Este documento presenta una introducción a la tecnología ATM (Modo de Transferencia Asíncrona). Explica brevemente el origen y necesidad de las redes WAN, y describe la arquitectura básica de ATM, incluyendo la estructura de la celda, los protocolos de capa, y los mecanismos de conmutación y señalización. Finalmente, resalta las ventajas de ATM para transmitir diferentes tipos de tráfico como voz, video y datos, con niveles apropiados de calidad de servicio.

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16/05/2013 1 ATM HFC Video LAN DatosVoz Sistemas de Conmutación Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) Dr. Ing. Álvaro Rendón Gallón Popayán, mayo de 2013 Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Departamento de Telemática Álvaro Rendón G. 2 Temario • Introducción – Necesidad de las WAN – Origen y concepto básico de ATM – Características generales de ATM • Arquitectura • Conmutación • Señalización
16/05/2013 2 Álvaro Rendón G. 3 Redes de comunicaciones • Ethernet • Redes de radio-paquetes • Redes satelitales • Red telefónica • Red de enrutamiento por longitud de onda • Red IP• X.25 • Frame Relay • ATM • MPLS Redes de Comunicación Redes de Comunicación Conmutadas Redes de Comunicación por Difusión Redes de Conmutación de Circuitos Redes Orientadas a Conexión Redes No Orientadas a Conexión Redes de Conmutación de Paquetes Álvaro Rendón G. 4 El problema Enlaces dedicados…
16/05/2013 3 Álvaro Rendón G. 5 El problema WAN … vs red conmutada Álvaro Rendón G. 6 Redes de Área Amplia (WAN) • Interconectan LAN • Protocolos de red (nivel 3) • Establecen a cuál red local se debe entregar la información – TCP/IP (Internet) – X.25 – Frame Relay – ATM – MPLS LAN WAN LAN LAN
16/05/2013 4 Álvaro Rendón G. 7 Redes de Área Amplia (WAN) Redes de conmutación de paquetes orientadas a conexión: • X.25: Conmutación de paquetes original Paquetes de tamaño variable • Frame Relay: Retransmisión de tramas Paquetes de tamaño variable (RDSI-BE) • ATM: Retransmisión de celdas Paquetes de tamaño fijo (RDSI-BA) • MPLS: Conmutación de etiquetas Etiquetas de tamaño fijo Álvaro Rendón G. 8 Redes de Área Amplia (WAN) WAN Red SDH Red de conmutación de paquetes Soportada en una red SDH
16/05/2013 5 Álvaro Rendón G. 9 Red SDH Red Telefónica Pública Conmutada (PSTN) Red de Telefónica Pública Conmutada Red de conmutación de circuitos Soportada en una red SDH Voz: ráfaga continua de pequeños paquetes de datos a 64 Kbps Álvaro Rendón G. 10 Redes de Transporte Conmutado Red SDH Red de Transporte Conmutado PSTN WAN LAN LAN LAN Red de conmutación de circuitos Red de conmutación de paquetes Red de Transporte Fijo Se quiere una únicaSe quiere una única Red de Transporte Conmutado! Conmutador Frame Relay Enrutador Multiplexor SDH
16/05/2013 6 Álvaro Rendón G. 11 RDSI (ISDN) Central RDSI Local Red de Conmutación de Paquetes Red de Conmutación de Circuitos Red de Señalización De las integración del acceso… … a la integración de las redes Red Digital de Servicios Integrados Álvaro Rendón G. 12 RDSI-BA (B-ISDN) Conmutador ATM Enrutador Multiplexor SDH Red ATM Red de Transporte Conmutado Conmutación de circuitos Conmutación de paquetes Red SDH Red de Transporte Fijo RDSI-BA LAN
16/05/2013 7 Álvaro Rendón G. 13 STM: Modo de Transferencia Síncrona • Tramas periódicas encabezadas por patrón de alineación • Cada conexión se identifica por su posición en la trama • El acceso al canal es sincrónico o determinístico Problema: • El canal se mantiene ocupado aún si hay silencios (cuando no se transmite información) IT0 IT1 IT2 IT3 IT4 ITn-1 ITn 125 µs Trama de n ITs Alineación de Trama A->B B->A BB A A Información (voz/datos) Álvaro Rendón G. 14 ATM: Modo de Transferencia Asíncrona • Celdas con cabecera y carga útil (información) • Cada conexión se identifica por la cabecera (cto. virtual) • El acceso al canal es asincrónico o estadístico (en función del volumen de información) Problema: • Control de tráfico: garantizar capacidad y retardos para distintos tipos de servicio (QoS) BB A A A->B B->A B->AB->A Celda InformaciónCabecera
16/05/2013 8 Álvaro Rendón G. 15 ATM - Generalidades ATM HFC Video LAN Datos • Concebida para transmitir voz, video y datos • Publicado por la UIT-T en 1988 (Rec. I.121) Uso actual: - Red troncal (backbone) para ISP - Conexiones de video punto a punto y punto-multipunto - Conexiones de voz para telefonía celular (i.e. NodeB-RNC) - Emulación de circuitos E1 sobre la red ATM - Soporte a redes de acceso residencial basadas en ADSL Voz Álvaro Rendón G. 16 ATM - Generalidades ATM HFC LAN Voz Video Datos Tipo de Tráfico Sensibilidad Pérdida de paquetes Retardos Voz Baja Alta Video Moderada Alta Datos Alta Baja Niveles de tolerancia por tipo de tráfico
16/05/2013 9 Álvaro Rendón G. 17 ATM - Generalidades ATM HFC LAN Voz Video Datos • Conmutación de paquetes: celdas de tamaño fijo • Orientada a conexión (establ-comunicac-liberac) • No hay control de errores ni de flujo entre nodos • Protección de cabecera (garantizar enrutamiento) • Esquemas de control de congestión • QoS por conexión (única hasta MPLS) Álvaro Rendón G. 18 Temario • Introducción • Arquitectura – Protocolos – Capa Física – Capa ATM: estructura de la celda – Capa AAL • Conmutación • Señalización
16/05/2013 10 Álvaro Rendón G. 19 Arquitectura de Protocolos Plano de Control Plano de Usuario Gestión de Planos Señalización Capa de Adaptación ATM (AAL) Capa ATM Capa Física Usuario Capa de Enlace de datos Capa de Red Capa Física Modelo OSI AAL: ATM Adaptation Layer Modelo RDSI Álvaro Rendón G. 20 Conmutación ATM Pila de Protocolos Capa Física Capa ATM AAL Capa Física Capa ATM AAL Física ATM Física ATM AAL - Capa de Adaptación ATM (ATM Adaptation Layer): Conversión de datos de aplicaciones a celdas ATM Capa ATM: Adiciona la cabecera de las celdas Transporte de las celdas a través de la red. Capa Física: Conversión al formato óptico o eléctrico apropiado UsuarioSeñaliz. Usuario Señaliz. Usuario UsuarioRed
16/05/2013 11 Álvaro Rendón G. 21 Capa Física • TC: Transmission Convergence Recibe celdas ATM y las convierte en flujos de bits • PMD: Physical Medium Dependent Entrega y recupera los flujos de bits al/del medio físico: E1 (2,048 Mbps), STM-1 (155 Mbps), STM-4 (622 Mbps) E3 (34 Mbps) STM-16 (2,5 Gbps) Subcapas PDH SDH Capa Física Capa ATM AAL Usuario/ Señalización Desacople de la rata de celdas Generación/Verificación HEC (Head Err Ctrl) Delineación de celdas Adaptación de la trama de transmisión Temporización de bit Codificación/decodificación (4B/5B, 8B/10B, …) TC PMD Álvaro Rendón G. 22 Capa ATM Control de flujo genérico Generación/extracción de la cabecera Traslación de VPI/VCI Multiplexación y demultiplexación de celdas Carga útil (Payload) Cabecera (Header) 48 bytes5 bytes Capa Física Capa ATM AAL Usuario/ Señalización Formato de la celda ATM VPI/VCI: Virtual Path/Virtual Channel Identificators HEC: Header Error Control Tamaño fijo: no tiene banderas delimitadoras ni indicador de longitud HECGFC VPI VCI PTI CLP
16/05/2013 12 Álvaro Rendón G. 23 RED PRIVADA ATM UNI PRIVADA UNI PUBLICA NNI PRIVADA RED PUBLICA ATM Usuarios UNI PUBLICA NNI PUBLICA ITEC-Telecom Tipos de Interfaz UNI: User-Network Interface NNI: Network-Network Interface Álvaro Rendón G. 24 Estructura de la Celda UNI CLP: Prioridad en la pérdida de celdas ITEC-Telecom Identificador Camino Virtual Identificador Canal Virtual Identificador Canal Virtual Identificador Canal Virtual Identificador de Tipo de Carga CLP Control de Errores en la Cabecera Carga Útil 1 2 3 4 5 6 7 8 5 Bytes 48 Bytes Control de Flujo Genérico Identificador Camino Virtual
16/05/2013 13 Álvaro Rendón G. 25 Identificador Camino Virtual Identificador Camino Virtual Estructura de la Celda NNI Identificador Canal Virtual Identificador Canal Virtual Identificador Canal Virtual Identificador de Tipo de Carga CLP Control de Errores en la Cabecera Carga Útil 1 2 3 4 5 6 7 8 ITEC-Telecom CLP: Prioridad en la pérdida de celdas 5 Bytes 48 Bytes Álvaro Rendón G. 26 Red ATM Conmutador ATM GFC: Control de Flujo Genérico TIEMPO Equipo de Usuario • Enrutadores • Conmutadores ATM para LAN • Estaciones de Trabajo • Multiplexores ATM Control del flujo de tráfico entre los equipos de usuario y la red HECGFC VPI VCI PTI CLP Carga útil
16/05/2013 14 Álvaro Rendón G. 27 VPm VP2 VP1 MEDIO FISICO VPm VP2 VP1 VC1 VC2 ….. VCn VPI (Virtual Path Identifier): Identificador de Camino Virtual VCI (Virtual Channel Identifier): Identificador de Canal Virtual CI (VPI+VCI): Connection Identifier = Label: Etiqueta VC1 VC2 ….. VCn VC1 VC2 ….. VCn ITEC-Telecom VPI/VCI: Identificador de Camino/Canal Virtual Álvaro Rendón G. 28 VPI = 38 VCI = 56 VPI = 19 VCI = 27 VPI = 5 VCI = 131 VPI =29 VCI = 164 VPI = 4 VCI = 10 VPI = 20 VCI = 332 VPI = 234 VCI = 1002 VPI = 234 VCI = 1000 VPI = 234 VCI = 1001Cali Bogotá Conmutador de Ingreso Conmutador de Egreso Operación de los VPI/VCI HECGFC VPI VCI PTI CLP Las etiquetas tienen sentido sólo entre dos nodos
16/05/2013 15 Álvaro Rendón G. 29 VPI = 5 VCI = 131 VPI =29 VCI = 164 VPI = 234 VCI = 1000 Conmutador de Ingreso Conmutador de Egreso Operación de los VPI/VCI 2 8 1 16 Conmutador: Con la etiqueta y el puerto de entrada se obtiene la etiqueta y el puerto de salida (traslación de VPI/VCI) Cali Bogota HECGFC VPI VCI PTI CLP 2 5 131 8 234 1000 Pto VPI VCI Pto VPI VCI Entrada Salida Pto VPI VCI Pto VPI VCI 1 234 1000 16 29 164 Entrada Salida Tabla de Conmutación Tabla de Conmutación Tabla de Conmutación/Traslación I II IIIPuerto de Entrada Datos 3 Datos 5 Datos 8 Matriz de Conmutación (Switch Fabric) Datos 7 VPI/VCI ITEC-Telecom Tabla de Conmutación Puerto Entrada Etiqueta Entrada Etiqueta Salida Puerto Salida I 3 5 II I 7 8 III • Se implementa con circuitos • Mayor velocidad
16/05/2013 16 Álvaro Rendón G. 31 Conexiones Virtuales PERMANENTES : PVC/PVP CONMUTADAS : SVC/SVP PERMANENTES INTELIGENTES : S-PVC PVC SVC S-PVC ITEC-Telecom Q.2931 En SVC, cada conmutador: • Asigna ancho de banda a la conexión • Selecciona una etiqueta VPI/VCI • Actualiza su tabla de conmutación Álvaro Rendón G. 32 PTI: Indicador del Tipo de Carga 1 0 Indicación de Congestión Último Dato (AAL5)Celda Usuario Celda OAM Celda de Gestión de Recursos 0/1 0/1 Control de Segmento/Conexión0/1 0/1 Bit 3 Bit 2 Bit 1 HECGFC VPI VCI PTI CLP Carga útil
16/05/2013 17 Álvaro Rendón G. 33 Celda normal (CLP = 0) Celda Descartable (CLP = 1) Fijada por el usuario o la red la red fija CLP=1 Descarte Contrato Servicio CLP: Prioridad en la Pérdida de Celdas CLP: Cell Loss Priority la aplicación fija CLP=1 HECGFC VPI VCI PTI CLP Carga útil Álvaro Rendón G. 34 HEC: Header Error Control ALGORITMO DETECCIÓN DE ERRORES HEC: Control de Errores en la Cabecera No hay errores (no hacer nada) Error detectado (eliminar celda) No hay más errores (no hacer nada) Modo corrección Modo detección 2 3 4 5 1 Hay errores múltiples (eliminar celda) HECGFC VPI VCI PTI CLP Carga útil Hay un error simple (un bit) (corregir cabecera)
16/05/2013 18 Álvaro Rendón G. 35 Usuario/ Señalización Usuario/ Señalización Capa de Adaptación ATM (AAL) Capa Física Capa ATM AAL Capa Física Capa ATM AAL Física ATM Física ATM Voz VideoDatos LAN Datos LANHFC HFC Voz Video Los servicios se ofrecen en los extremos AAL sólo opera del lado del usuario Red ATM Álvaro Rendón G. 36 Capa de Adaptación ATM (AAL) Capa Física Capa ATM AAL Usuario/ Señalización 2 Mbps 34 Mbps Voz/video en paquetes Datos n x 64 Kbps STM-1: 155 Mbps 125 µs Basada en (Parra, 2000, 32) Celda Segmentación/ Reensamblaje Tara de SDH
16/05/2013 19 Álvaro Rendón G. 37 Capa de Adaptación ATM (AAL) • CS: Convergence Sublayer Ofrece servicios de tráfico apropiado a los protocolos más altos. Se subdivide en dos subcapas: – SSCS: Subcapa de Convergencia Específica del Servicio – CPS: Subcapa Parte Común • SAR: Segmentation and reassembly En Tx: segmenta PDU de capas superiores en las celdas En Rx: re-ensambla la info de las celdas en PDU de capas sup. Sub-capa de Convergencia Segmentación y Reensamble Subcapas PDU: Protocol Data Unit Capa Física Capa ATM AAL Usuario/ Señalización CS SAR Álvaro Rendón G. 38 Servicios de usuario sobre AAL TemporizaciónTemporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Constante (CBR) Con conexión (CO) SinSin conexión (CL) Tipo de AAL: Ejemplos de servicios: AAL 1 N/B-ISDN Voz/Video Emulación de circuitos E1/T1 Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) TCP, X.25, Frame Relay Ethernet, IP AAL 2 AAL 5 Variable (VBR) No requerida (NTR) Requerida (TR) Clase de Servicio (Rec. I.362): Clase A Clase B Clase C Clase D
16/05/2013 20 Álvaro Rendón G. 39 AAL5 SAALAAL2AAL1AAL5SAAL AAL2AAL1 Servicios AAL Un tipo de AAL para cada clase de servicio ofrecido: • Para usuarios: AAL1 (clase A), AAL2 (clase B), AAL3 (clase C) y AAL4 (clase D) AAL3 y AAL4 se fusionaron (AAL3/4) y luego fueron reemplazadas por AAL5 • Para señalización: SAAL (Signaling AAL) Conmutación ATM Capa Física Capa ATM Capa Física Capa ATM Física ATM Física ATM UsuarioSeñaliz. Usuario Señaliz. Álvaro Rendón G. 40 Terminal origen Relación de temporización entre el origen y el destino Terminal destino 3 32 1 3 2 1 Temporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Requerida: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1 Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) No Requerida: TCP, X.25, Frame Relay Ethernet, IP Características de los Servicios
16/05/2013 21 Álvaro Rendón G. 41 Velocidad binaria (constante o variable) Velocidad de bits constante Velocidad de bits variable Temporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Constante: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1 Variable: Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) TCP, X.25, Frame Relay Ethernet, IP Características de los Servicios Álvaro Rendón G. 42 Modo de conexión • Orientado a la conexión Conmutador Conmutador Conmutador Temporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Orientado a Cx: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1 Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) TCP, X.25, Frame Relay No orientado a Cx: Ethernet, IP Características de los Servicios
16/05/2013 22 Álvaro Rendón G. 43 Modo de conexión • No orientado a la conexiónTemporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Orientado a Cx: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1 Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) N-ISDN (datos), Internet, X.25, Frame Relay No orientado a Cx: Ethernet, IP Características de los Servicios Álvaro Rendón G. 44 ITEC-Telecom Soporta el servicio de Clase A Uso: Emulación de circuitos E1/T1, conexiones de audio a velocidad de bit constanteTemporiza- ción Requerida Velocidad Binaria Constante Orientado a Conexión AAL1 ATMRTPC RTPC
16/05/2013 23 Álvaro Rendón G. 45 • Manejo de variaciones en el retardo de celdas • Procesamiento del contador de secuencia (CS): Detección de celdas perdidas y mal insertadas, y compensación con celdas falsas • Corrección de errores hacia adelante (FEC video/audio) • Supervisión de rendimiento • Transferencia de datos estructurados (nx64 Kbps) y no estructurados: emulación de circuitos E1/T1 • Transferencia de información de reloj (bit CSI) AAL CS SAR Capa ATM Aplicaciones AAL1: Funciones de CS ATM Álvaro Rendón G. 46 Carga útil CS (46/47 bytes)SNPSNPDU SAR Cabecera SAR (1 byte) 1 3 bits CSI SC PCRC-3 13 bits AAL1: Estructura de paquetes Celda ATM Cabecera ATM (5 bytes) Carga útil ATM (48 bytes) AAL CS SAR Capa ATM Aplicaciones Cabec. CS (Opcional) SN: Número de Secuencia • CSI: Indicador de CS (reloj) • SC: Contador de secuencia SNP: Protección de SN • CRC 3 bits • P: Paridad par Apuntador SDT (Structured Data Transfer): usado por CS en la transferencia de datos estructurados (nx64 Kbps) P: Paridad Apuntador SDT P Cabecera CS (1 byte) 17 bits
16/05/2013 24 Álvaro Rendón G. 47 ITEC-Telecom Temporiza- ción Requerida Velocidad Binaria Variable Orientado a Conexión AAL2 Soporta el servicio de Clase B Compresión y supresión de canales silentes y sin uso. Apropiado para tráfico de voz de baja velocidad. Uso: Conexión UTRAN/GERAN-CN y red troncal RTMC ATM GERAN/ UTRAN Dominio Cx Circuitos CN-CS Core Network VLR3G MSC Álvaro Rendón G. 48 AAL2: Sub-capas (CS) AAL SSCS CPS Capa ATM Aplicaciones Service Specific Convergence Sublayer Common Part Sub-layer Subcapas SSCS CPS AAL2 no tiene capa SAR -> Subcapas de CS • Cada SSCS puede prestar un tipo de servicio distinto • A cada usuario se le asigna un SSCS • SSCS recibe los datos de su usuario y los entrega al CPS en forma de pequeños paquetes • CPS multiplexa paquetes de distintos SCSS en una misma celda ATM
16/05/2013 25 Álvaro Rendón G. 49 AAL2: Empaquetamiento en CPS Carga útil Paquete CPS PDU CPS Celdas ATM Carga útil 1 2 3 4 5 3 4 51 2 3 • Cada SSCS puede prestar un tipo de servicio distinto • A cada usuario se le asigna un SSCS • SSCS recibe los datos de su usuario y los entrega al CPS en forma de pequeños paquetes • CPS multiplexa paquetes de distintos SCSS en una misma celda ATM 48 bytes Álvaro Rendón G. 50 AAL2: Paquetes de CPS SNOSF Cabecera ATM (5 bytes) Carga útil ATM (48 bytes) P 6 bits 1 1 PDU CPS RellenoCarga útil PDU CPS 8 bits 6 2 3 5 CID LI PPT HEC UUI Paquete SSCS Celda ATM Paquete CPS 1-64 bytes 47 bytes Cabecera: CID: Identificador de Canal LI: Indicador de Longitud (1-64) PPT: Tipo de Paquete (voz/gestión) UUI: Info. Usuario-Usuario HEC: Control de Error en Cabecera Campo de Inicio: OSF: Campo de desplazamiento SN: Número de Secuencia P: Paridad del Campo de Inicio Cabecera Campo de inicio
16/05/2013 26 Álvaro Rendón G. 51 AAL2: Paquetes de SSCS Tres tipos de paquetes: • Tipo 1: No protegido (tipo por defecto) • Tipo 2: Parcialmente protegido • Tipo 3: Completamente protegido Paquetes de tipo 3: son usados para dígitos marcados, señalización por canal asociado, control de demodulación de facsímil, alarmas, y control de estado del usuario Info dependiente del MensajeRedun Marca de tiempo Tipo de Mensaje CRC-10 Paquete SSCS Tipo 3 Redundancia (Redun): Número de secuencia del paquete. Los paquetes son enviados tres veces para asegurar la correción de errores Marca de Tiempo: Cuenta la variación de retardo del paquete para permitir al receptor reproducir la temporización relativa CRC-10: Chequeo de 10 bits 14 bits 162 6 10 Álvaro Rendón G. 52 ATM Temporiza- ción No Requerida Velocidad Binaria Variable Orientado/ No Orientado a Conexión AAL5 Soporta los servicios de Clase C y Clase D Inicialmente se denominó SEAL (Simple Efficient Adaptation Layer) Uso: Transferencia de datos IP, Frame Relay, etc. Red de Datos Red de Datos
16/05/2013 27 Álvaro Rendón G. 53 Sub-capas de AAL5 AAL CS SAR Capa ATM Aplicaciones Convergence Sublayer • Service Specific Convergence Sublayer • Common Part Sublayer Segmentation And Reassembly Subcapas CS SSCS CPS SAR • Cada SSCS puede prestar un tipo de servicio distinto • A cada usuario se le asigna un SSCS (puede ser nulo) • CPS encapsula los datos de usuario y luego SAR los fragmenta • CPS ofrece transferencia no garantizada de PDU de cualquier longitud hasta 65.535 bytes • CPS detecta errores pero no corrige por retransmisión. Informa a la aplicación de nivel superior (e.g. TCP) • CPS entrega los PDU en el orden en que los recibe • No permite multiplexar segmentos de diferentes mensajes Álvaro Rendón G. 54 Formatos de PDU de AAL5 48 bytes PTI=0x1 (fin de mensaje) PDU CS PDU SAR Celdas ATM 48 bytes 48 bytes SAR PDU SAR PDUSAR PDU PDU de Usuario UURelleno CPI LI CRC-32 0-65.535 bytes 0-47 1 1 2 4 bytes PTI=0x0 PTI=0x0 Relleno: Para ajustar PDU a múltiplo de 48 bytes UU: Información Usuario-Usuario (extremo a extremo) CPI: Indicador de la Parte Común = 0 LI: Indicador de Longitud CRC-32: Chequeo de Redundancia Cíclica No hay cabecera SAR. Usa PTI de cabecera ATM … …
16/05/2013 28 Álvaro Rendón G. 55 Temario • Introducción • Arquitectura • Conmutación – Funciones y arquitectura – Conmutador de Memora Compartida – Algoritmos de planificación • Señalización Álvaro Rendón G. 56 Funciones y arquitectura • Transferencia de celdas desde los enlaces de entrada hasta los de salida • Señalización • Gestión de la red (Perros, 2005, 58) Tipos: • Input buffering switch • Output buffering switch 2 5 131 8 234 1000 Pto VPI VCI Pto VPI VCI Entrada Salida
16/05/2013 29 Álvaro Rendón G. 57 CAC Cell Switch Fabric IM SM CAC: Connection Admission Control SM : Switch Management IM : Input Module OM : Output Module Usuarios Servidores Enrutadores Conmutadores OM IM OM IM OM IM OM ITEC-Telecom Diagrama funcional del conmutador ATM Álvaro Rendón G. 58 Funciones y arquitectura • Dependiendo del diseño, pérdida de celdas en: puertos de entrada, estructura del conmutador o puertos de salida • La traslación de etiquetas (VPI/VCI) tiene lugar antes de que la celda sea transferida a la salida VPI/VCI celda de entrada VPI/VCI y Puerto celda de salidaTabla Tabla por Puerto de entrada • Pequeñas • Tiempo de búsqueda reducido 2 5 131 8 234 1000 Pto VPI VCI Pto VPI VCI Entrada Salida
16/05/2013 30 Álvaro Rendón G. 59 Funciones y arquitectura Tres tipos de arquitecturas de conmutador • División de Espacio Basada en MIN (Multistage Interconection Network) Red de elementos de conmutación interconectados, organizados en filas y columnas • Compartición de Memoria (el más común) Todas las celdas de entrada van a una memoria única Las celdas se organizan en la memoria en listas encadenadas, una por puerto de salida • Compartición de Medio Las celdas de entrada se entregan sincrónicamente a un bus Cada puerto de salida ve todas las celdas y recibe las suyas Álvaro Rendón G. 60 Conmutador de Memoria Compartida Una lista encadenada de celdas por Puerto de salida Memoria con puerto dual: escritura y lectura al tiempo En cada intervalo: N escrituras y N lecturas Ancho de banda de la memoria ≤ 2NV Donde V: Velocidad de transmisión de los enlaces Un conmutador para enlaces de 2,5 Gbps procesa 5,8 millones de celdas de 53 bytes por segundo (Perros, 2005, 59)
16/05/2013 31 Álvaro Rendón G. 61 Conmutador de Memoria Compartida Capacidad de la memoria: B celdas Capacidad máxima de lista por puerto: Bi < B Evita que un puerto acapare la capacidad de celdas Capacidad mínima de lista por puerto: LBi < Bi Es un colchón dedicado al puerto Bi < B, Σ Bi > B LBi < Bi, Σ LBi < B Capacidad: B Álvaro Rendón G. 62 Conmutador de Memoria Compartida Bi < B, Σ Bi > B LBi < Bi, Σ LBi < B Capacidad: B Pérdida de celdas • Memoria compartida llena: contiene B celdas • Lista del puerto de salida llena: contiene Bi celdas Arquitectura no bloqueante • Una celda que ingresa a la estructura del conmutador (la memoria) no es bloqueada por otras celdas • Pueden construirse conmutadores a etapas sin bloqueo
16/05/2013 32 Álvaro Rendón G. 63 Algoritmos de planificación Su finalidad es gestionar las QoS ofrecidas a los usuarios Para conmutador no bloqueante con memorias intermedias de salida (output buffering switch): – Cada conexión de salida está asociada a una categoría de QoS acordada durante el establecimiento – Las celdas que pertenecen a estas conexiones se pueden agrupar en colas: una por QoS – Las colas se atienden con un algoritmo de planificación Álvaro Rendón G. 64 Algoritmos de planificación Considerando cuatro categorías de QoS: • CBR (Constant Bit Rate): Audio y video sin comprimir (circuito E1) • RT-VBR (Real-Time Variable Bit Rate): Ej: RTMC, videoconferencia • NRT-VBR (Non-Real-Time Variable Bit Rate): Ej: e-mail multimedia • UBR (Unespecified Bit Rate): Ej: Transferencia de archivos El algoritmo de planificación asigna distintas prioridades a estas colas para satisfacer cada QoS
16/05/2013 33 Álvaro Rendón G. 65 Temario • Introducción • Arquitectura • Conmutación • Señalización – Tipos – Protocolos – Formato del mensaje – Procedimientos Q.2931 Álvaro Rendón G. 66 RED ATM Tipos de señalización RED ATM Canal de Señalización (VPI/VCI = 0/5)Canal de Señalización (VPI/VCI = 0/5) Señalización UNI Señalización NNI Señalización UNI UNI: User-Network Interface NNI: Network-Node Interface Network-Network Interface ITEC-Telecom
16/05/2013 34 Álvaro Rendón G. 67 Tipos de señalización Señalización UNI Establecimiento, supervisión y liberación de conexiones (SVC: Switched Virtual Circuits) • Conexión punto a punto: – Bidireccional (dos conexiones unidireccionales) – Ancho de banda y QoS para cada dirección – Señalización con protocolo Q.2931, basado en el protocolo Q.931 (DSS1) de N-ISDN • Conexión punto-multipunto – Unidireccional: un terminal ATM (raíz) envía información a varios terminales ATM (hojas) – Señalización con protocolos Q.2971 y Q.2931 Álvaro Rendón G. 68 Tipos de señalización Señalización NNI En redes ATM privadas: PNNI (Private NNI) En redes ATM públicas: B-ISUP/B-ICI Cumple doble función: • Protocolo de señalización Usado para establecer, mantener y liberar en forma dinámica conexiones entre terminales • Protocolo de enrutamiento Usado para distribuir información de topología y alcanzabilidad entre conmutadores RED ATMRED ATM B-ISUP: Broadband ISUP (UIT), B-ICI: Broadband Inter-Carrier Interface (ATMF)
16/05/2013 35 Álvaro Rendón G. 69 Arquitectura de Protocolos Plano de Control Plano de Usuario Gestión de Planos Señalización Capa ATM Capa Física Usuario Capa de Enlace de datos Capa de Red Capa Física Modelo OSI SAAL: Signaling ATM Adaptation Layer Modelo RDSI SAAL AAL1, AAL2, AAL5 Álvaro Rendón G. 70 Pila de protocolos de señalización Los protocolos de señalización son aplicaciones que corren encima de SAAL (Signaling AAL) Por debajo de SAAL están las mismas capas usadas para transferencia de datos Esta torre se llama también Plano de Control para diferenciarla del Plano de Usuario Protocolos de señalización Capa Física Capa ATM SAAL Q.2931 Q.2971 PNNI B-ISUP
16/05/2013 36 Álvaro Rendón G. 71 SAAL Tiene la misma estructura de AAL5 (SAR y CPS), pero difiere SSCS, que tiene dos componentes: • SSCF: Service-Specific Coordination Function: Interfaz entre protocolos de señalización y SSCOP • SSCOP: Service-Specific Connection Oriented Protocol: Suministra una conexión confiable para intercambio de señalización entre terminales. Ofrece la mayoría de los servicios de LAP-D (RDSI) y PTM2 (SS7): Detección y corrección de errores y control de flujo SAAL CS SAR Capa ATM Prot Señaliz Convergence Sublayer • Service Specific Convergence Sublayer • Common Part Sublayer Segmentation And Reassembly Subcapas CS SSCS CPS SAR Álvaro Rendón G. 72 Formato del mensaje de señalización Discriminador del Protocolo 0 0 0 0 Long de Ref Llam Valor de Referencia de Llamada Ban Tipo de Mensaje Longitud del Mensaje Elementos de info de longitud variable Byte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ≥ 10 Formato usado por los protocolos Q.2931, Q.2971 y PNNI Discriminador de Protocolo: identifica el protocolo 8 7 6 5 4 3 2 1
16/05/2013 37 Álvaro Rendón G. 73 Formato del mensaje de señalización • Valor de Referencia de Llamada: Número asignado a la llamada a la que se refiere el mensaje • Bandera: 0 para llamante, 1 para llamado • Elementos de información (IE): Parámetros de los mensajes Longitud del IE Información específica del IE Byte 1 2 3 4 ≥ 5 Identificador del IE Instrucción del IE 8 7 6 5 4 3 2 1 Álvaro Rendón G. 74 Q.2931 – Mensajes de control de conexiones RDSI-BA Mensaje (Esp.) Mensaje (Ing.) Función Mensajes de establecimiento de la llamada AVISO ALERTING Iniciado aviso a usuario llamado LLAMADA EN CURSO CALL PROCEEDING Iniciado establecimiento de conexión CONEXIÓN CONNECT Usuario llamado ha aceptado la conexión ACUSE (DE RECIBO) DE CONEXIÓN CONNECT ACKNOWLEDGE La conexión ha sido concedida ESTABLECIMIENTO SETUP Inicia el establecimiento de conexión Mensajes de liberación de la llamada LIBERACIÓN RELEASE Liberación de conexión iniciada LIBERACIÓN COMPLETA RELEASE COMPLETE Liberación de conexión completada Mensajes varios INDICACIÓN NOTIFY Envía información sobre la conexión ESTADO STATUS Responde CONSULTA o reporta error CONSULTA DE ESTADO STATUS ENQUIRY Solicita mensaje de ESTADO
16/05/2013 38 Álvaro Rendón G. 75 Red ATM ESTABLECIMIENTO LLAMADA EN CURSO Circuito Virtual establecido CONEXIÓN Usuario llamante Usuario llamado ACUS. DE CONEXIÓN ESTABLECIMIENTO AVISO LIBERACIÓN LIBERACIÓN COMPL LIBERACIÓN LIBERACIÓN COMPL LIB LIC RST CONEXIÓN ACUS. DE CONEXIÓN AVISO MDC MID Procedimiento de Señalización Señalización Q.2931 B-ISUP Dir. ATM destino Ancho de banda Retardo/pérdidas Dir. ATM destino Ancho de banda Retardo/pérdidas Álvaro Rendón G. 76 Bibliografía • H.G. Perros (2005). “Connection-Oriented Networks: SONET/SDH, ATM, MPLS and Optical Networks”. John Wiley & Sons, Chichester, England. • ITEC-Telecom (2003). “Curso de ATM”. Bogotá, Colombia. • Javvin (2005). “Network Protocols Handbook”. Javvin Technologies, Saratoga, USA. • M.A. Parra (2000).”Introducción a Frame Relay y ATM, Modo de Transferencia Asíncrono”. ITEC-Telecom, Bogotá, Colombia. • UIT-T I.362 (1991). “Descripción funcional de la Capa Adaptación MTA (CAA) de la RDSI-BA”. Unión Internacional de Telecomunicaciones. Recomendación UIT-T I.362. Ginebra, Suiza. • UIT-T Q.2931 (1995). “Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha – Sistema de Señalización Digital de Abonado No.2 – Especificación de la capa 3 de la interfaz usuario-red para el control de llamada/conexión básica”. Unión Internacional de Telecomunicaciones. Recomendación UIT-T Q.2931. Ginebra, Suiza.

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7 atm

  • 1.
    16/05/2013 1 ATM HFC Video LAN DatosVoz Sistemas de Conmutación Modode Transferencia Asíncrona (ATM) Dr. Ing. Álvaro Rendón Gallón Popayán, mayo de 2013 Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Departamento de Telemática Álvaro Rendón G. 2 Temario • Introducción – Necesidad de las WAN – Origen y concepto básico de ATM – Características generales de ATM • Arquitectura • Conmutación • Señalización
  • 2.
    16/05/2013 2 Álvaro Rendón G. 3 Redesde comunicaciones • Ethernet • Redes de radio-paquetes • Redes satelitales • Red telefónica • Red de enrutamiento por longitud de onda • Red IP• X.25 • Frame Relay • ATM • MPLS Redes de Comunicación Redes de Comunicación Conmutadas Redes de Comunicación por Difusión Redes de Conmutación de Circuitos Redes Orientadas a Conexión Redes No Orientadas a Conexión Redes de Conmutación de Paquetes Álvaro Rendón G. 4 El problema Enlaces dedicados…
  • 3.
    16/05/2013 3 Álvaro Rendón G. 5 Elproblema WAN … vs red conmutada Álvaro Rendón G. 6 Redes de Área Amplia (WAN) • Interconectan LAN • Protocolos de red (nivel 3) • Establecen a cuál red local se debe entregar la información – TCP/IP (Internet) – X.25 – Frame Relay – ATM – MPLS LAN WAN LAN LAN
  • 4.
    16/05/2013 4 Álvaro Rendón G. 7 Redesde Área Amplia (WAN) Redes de conmutación de paquetes orientadas a conexión: • X.25: Conmutación de paquetes original Paquetes de tamaño variable • Frame Relay: Retransmisión de tramas Paquetes de tamaño variable (RDSI-BE) • ATM: Retransmisión de celdas Paquetes de tamaño fijo (RDSI-BA) • MPLS: Conmutación de etiquetas Etiquetas de tamaño fijo Álvaro Rendón G. 8 Redes de Área Amplia (WAN) WAN Red SDH Red de conmutación de paquetes Soportada en una red SDH
  • 5.
    16/05/2013 5 Álvaro Rendón G. 9 RedSDH Red Telefónica Pública Conmutada (PSTN) Red de Telefónica Pública Conmutada Red de conmutación de circuitos Soportada en una red SDH Voz: ráfaga continua de pequeños paquetes de datos a 64 Kbps Álvaro Rendón G. 10 Redes de Transporte Conmutado Red SDH Red de Transporte Conmutado PSTN WAN LAN LAN LAN Red de conmutación de circuitos Red de conmutación de paquetes Red de Transporte Fijo Se quiere una únicaSe quiere una única Red de Transporte Conmutado! Conmutador Frame Relay Enrutador Multiplexor SDH
  • 6.
    16/05/2013 6 Álvaro Rendón G. 11 RDSI(ISDN) Central RDSI Local Red de Conmutación de Paquetes Red de Conmutación de Circuitos Red de Señalización De las integración del acceso… … a la integración de las redes Red Digital de Servicios Integrados Álvaro Rendón G. 12 RDSI-BA (B-ISDN) Conmutador ATM Enrutador Multiplexor SDH Red ATM Red de Transporte Conmutado Conmutación de circuitos Conmutación de paquetes Red SDH Red de Transporte Fijo RDSI-BA LAN
  • 7.
    16/05/2013 7 Álvaro Rendón G. 13 STM:Modo de Transferencia Síncrona • Tramas periódicas encabezadas por patrón de alineación • Cada conexión se identifica por su posición en la trama • El acceso al canal es sincrónico o determinístico Problema: • El canal se mantiene ocupado aún si hay silencios (cuando no se transmite información) IT0 IT1 IT2 IT3 IT4 ITn-1 ITn 125 µs Trama de n ITs Alineación de Trama A->B B->A BB A A Información (voz/datos) Álvaro Rendón G. 14 ATM: Modo de Transferencia Asíncrona • Celdas con cabecera y carga útil (información) • Cada conexión se identifica por la cabecera (cto. virtual) • El acceso al canal es asincrónico o estadístico (en función del volumen de información) Problema: • Control de tráfico: garantizar capacidad y retardos para distintos tipos de servicio (QoS) BB A A A->B B->A B->AB->A Celda InformaciónCabecera
  • 8.
    16/05/2013 8 Álvaro Rendón G. 15 ATM- Generalidades ATM HFC Video LAN Datos • Concebida para transmitir voz, video y datos • Publicado por la UIT-T en 1988 (Rec. I.121) Uso actual: - Red troncal (backbone) para ISP - Conexiones de video punto a punto y punto-multipunto - Conexiones de voz para telefonía celular (i.e. NodeB-RNC) - Emulación de circuitos E1 sobre la red ATM - Soporte a redes de acceso residencial basadas en ADSL Voz Álvaro Rendón G. 16 ATM - Generalidades ATM HFC LAN Voz Video Datos Tipo de Tráfico Sensibilidad Pérdida de paquetes Retardos Voz Baja Alta Video Moderada Alta Datos Alta Baja Niveles de tolerancia por tipo de tráfico
  • 9.
    16/05/2013 9 Álvaro Rendón G. 17 ATM- Generalidades ATM HFC LAN Voz Video Datos • Conmutación de paquetes: celdas de tamaño fijo • Orientada a conexión (establ-comunicac-liberac) • No hay control de errores ni de flujo entre nodos • Protección de cabecera (garantizar enrutamiento) • Esquemas de control de congestión • QoS por conexión (única hasta MPLS) Álvaro Rendón G. 18 Temario • Introducción • Arquitectura – Protocolos – Capa Física – Capa ATM: estructura de la celda – Capa AAL • Conmutación • Señalización
  • 10.
    16/05/2013 10 Álvaro Rendón G. 19 Arquitecturade Protocolos Plano de Control Plano de Usuario Gestión de Planos Señalización Capa de Adaptación ATM (AAL) Capa ATM Capa Física Usuario Capa de Enlace de datos Capa de Red Capa Física Modelo OSI AAL: ATM Adaptation Layer Modelo RDSI Álvaro Rendón G. 20 Conmutación ATM Pila de Protocolos Capa Física Capa ATM AAL Capa Física Capa ATM AAL Física ATM Física ATM AAL - Capa de Adaptación ATM (ATM Adaptation Layer): Conversión de datos de aplicaciones a celdas ATM Capa ATM: Adiciona la cabecera de las celdas Transporte de las celdas a través de la red. Capa Física: Conversión al formato óptico o eléctrico apropiado UsuarioSeñaliz. Usuario Señaliz. Usuario UsuarioRed
  • 11.
    16/05/2013 11 Álvaro Rendón G. 21 CapaFísica • TC: Transmission Convergence Recibe celdas ATM y las convierte en flujos de bits • PMD: Physical Medium Dependent Entrega y recupera los flujos de bits al/del medio físico: E1 (2,048 Mbps), STM-1 (155 Mbps), STM-4 (622 Mbps) E3 (34 Mbps) STM-16 (2,5 Gbps) Subcapas PDH SDH Capa Física Capa ATM AAL Usuario/ Señalización Desacople de la rata de celdas Generación/Verificación HEC (Head Err Ctrl) Delineación de celdas Adaptación de la trama de transmisión Temporización de bit Codificación/decodificación (4B/5B, 8B/10B, …) TC PMD Álvaro Rendón G. 22 Capa ATM Control de flujo genérico Generación/extracción de la cabecera Traslación de VPI/VCI Multiplexación y demultiplexación de celdas Carga útil (Payload) Cabecera (Header) 48 bytes5 bytes Capa Física Capa ATM AAL Usuario/ Señalización Formato de la celda ATM VPI/VCI: Virtual Path/Virtual Channel Identificators HEC: Header Error Control Tamaño fijo: no tiene banderas delimitadoras ni indicador de longitud HECGFC VPI VCI PTI CLP
  • 12.
    16/05/2013 12 Álvaro Rendón G. 23 REDPRIVADA ATM UNI PRIVADA UNI PUBLICA NNI PRIVADA RED PUBLICA ATM Usuarios UNI PUBLICA NNI PUBLICA ITEC-Telecom Tipos de Interfaz UNI: User-Network Interface NNI: Network-Network Interface Álvaro Rendón G. 24 Estructura de la Celda UNI CLP: Prioridad en la pérdida de celdas ITEC-Telecom Identificador Camino Virtual Identificador Canal Virtual Identificador Canal Virtual Identificador Canal Virtual Identificador de Tipo de Carga CLP Control de Errores en la Cabecera Carga Útil 1 2 3 4 5 6 7 8 5 Bytes 48 Bytes Control de Flujo Genérico Identificador Camino Virtual
  • 13.
    16/05/2013 13 Álvaro Rendón G. 25 IdentificadorCamino Virtual Identificador Camino Virtual Estructura de la Celda NNI Identificador Canal Virtual Identificador Canal Virtual Identificador Canal Virtual Identificador de Tipo de Carga CLP Control de Errores en la Cabecera Carga Útil 1 2 3 4 5 6 7 8 ITEC-Telecom CLP: Prioridad en la pérdida de celdas 5 Bytes 48 Bytes Álvaro Rendón G. 26 Red ATM Conmutador ATM GFC: Control de Flujo Genérico TIEMPO Equipo de Usuario • Enrutadores • Conmutadores ATM para LAN • Estaciones de Trabajo • Multiplexores ATM Control del flujo de tráfico entre los equipos de usuario y la red HECGFC VPI VCI PTI CLP Carga útil
  • 14.
    16/05/2013 14 Álvaro Rendón G. 27 VPm VP2 VP1 MEDIO FISICO VPm VP2 VP1 VC1 VC2 ….. VCn VPI(Virtual Path Identifier): Identificador de Camino Virtual VCI (Virtual Channel Identifier): Identificador de Canal Virtual CI (VPI+VCI): Connection Identifier = Label: Etiqueta VC1 VC2 ….. VCn VC1 VC2 ….. VCn ITEC-Telecom VPI/VCI: Identificador de Camino/Canal Virtual Álvaro Rendón G. 28 VPI = 38 VCI = 56 VPI = 19 VCI = 27 VPI = 5 VCI = 131 VPI =29 VCI = 164 VPI = 4 VCI = 10 VPI = 20 VCI = 332 VPI = 234 VCI = 1002 VPI = 234 VCI = 1000 VPI = 234 VCI = 1001Cali Bogotá Conmutador de Ingreso Conmutador de Egreso Operación de los VPI/VCI HECGFC VPI VCI PTI CLP Las etiquetas tienen sentido sólo entre dos nodos
  • 15.
    16/05/2013 15 Álvaro Rendón G. 29 VPI= 5 VCI = 131 VPI =29 VCI = 164 VPI = 234 VCI = 1000 Conmutador de Ingreso Conmutador de Egreso Operación de los VPI/VCI 2 8 1 16 Conmutador: Con la etiqueta y el puerto de entrada se obtiene la etiqueta y el puerto de salida (traslación de VPI/VCI) Cali Bogota HECGFC VPI VCI PTI CLP 2 5 131 8 234 1000 Pto VPI VCI Pto VPI VCI Entrada Salida Pto VPI VCI Pto VPI VCI 1 234 1000 16 29 164 Entrada Salida Tabla de Conmutación Tabla de Conmutación Tabla de Conmutación/Traslación I II IIIPuerto de Entrada Datos 3 Datos 5 Datos 8 Matriz de Conmutación (Switch Fabric) Datos 7 VPI/VCI ITEC-Telecom Tabla de Conmutación Puerto Entrada Etiqueta Entrada Etiqueta Salida Puerto Salida I 3 5 II I 7 8 III • Se implementa con circuitos • Mayor velocidad
  • 16.
    16/05/2013 16 Álvaro Rendón G. 31 ConexionesVirtuales PERMANENTES : PVC/PVP CONMUTADAS : SVC/SVP PERMANENTES INTELIGENTES : S-PVC PVC SVC S-PVC ITEC-Telecom Q.2931 En SVC, cada conmutador: • Asigna ancho de banda a la conexión • Selecciona una etiqueta VPI/VCI • Actualiza su tabla de conmutación Álvaro Rendón G. 32 PTI: Indicador del Tipo de Carga 1 0 Indicación de Congestión Último Dato (AAL5)Celda Usuario Celda OAM Celda de Gestión de Recursos 0/1 0/1 Control de Segmento/Conexión0/1 0/1 Bit 3 Bit 2 Bit 1 HECGFC VPI VCI PTI CLP Carga útil
  • 17.
    16/05/2013 17 Álvaro Rendón G. 33 Celdanormal (CLP = 0) Celda Descartable (CLP = 1) Fijada por el usuario o la red la red fija CLP=1 Descarte Contrato Servicio CLP: Prioridad en la Pérdida de Celdas CLP: Cell Loss Priority la aplicación fija CLP=1 HECGFC VPI VCI PTI CLP Carga útil Álvaro Rendón G. 34 HEC: Header Error Control ALGORITMO DETECCIÓN DE ERRORES HEC: Control de Errores en la Cabecera No hay errores (no hacer nada) Error detectado (eliminar celda) No hay más errores (no hacer nada) Modo corrección Modo detección 2 3 4 5 1 Hay errores múltiples (eliminar celda) HECGFC VPI VCI PTI CLP Carga útil Hay un error simple (un bit) (corregir cabecera)
  • 18.
    16/05/2013 18 Álvaro Rendón G. 35 Usuario/ Señalización Usuario/ Señalización Capade Adaptación ATM (AAL) Capa Física Capa ATM AAL Capa Física Capa ATM AAL Física ATM Física ATM Voz VideoDatos LAN Datos LANHFC HFC Voz Video Los servicios se ofrecen en los extremos AAL sólo opera del lado del usuario Red ATM Álvaro Rendón G. 36 Capa de Adaptación ATM (AAL) Capa Física Capa ATM AAL Usuario/ Señalización 2 Mbps 34 Mbps Voz/video en paquetes Datos n x 64 Kbps STM-1: 155 Mbps 125 µs Basada en (Parra, 2000, 32) Celda Segmentación/ Reensamblaje Tara de SDH
  • 19.
    16/05/2013 19 Álvaro Rendón G. 37 Capade Adaptación ATM (AAL) • CS: Convergence Sublayer Ofrece servicios de tráfico apropiado a los protocolos más altos. Se subdivide en dos subcapas: – SSCS: Subcapa de Convergencia Específica del Servicio – CPS: Subcapa Parte Común • SAR: Segmentation and reassembly En Tx: segmenta PDU de capas superiores en las celdas En Rx: re-ensambla la info de las celdas en PDU de capas sup. Sub-capa de Convergencia Segmentación y Reensamble Subcapas PDU: Protocol Data Unit Capa Física Capa ATM AAL Usuario/ Señalización CS SAR Álvaro Rendón G. 38 Servicios de usuario sobre AAL TemporizaciónTemporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Constante (CBR) Con conexión (CO) SinSin conexión (CL) Tipo de AAL: Ejemplos de servicios: AAL 1 N/B-ISDN Voz/Video Emulación de circuitos E1/T1 Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) TCP, X.25, Frame Relay Ethernet, IP AAL 2 AAL 5 Variable (VBR) No requerida (NTR) Requerida (TR) Clase de Servicio (Rec. I.362): Clase A Clase B Clase C Clase D
  • 20.
    16/05/2013 20 Álvaro Rendón G. 39 AAL5SAALAAL2AAL1AAL5SAAL AAL2AAL1 Servicios AAL Un tipo de AAL para cada clase de servicio ofrecido: • Para usuarios: AAL1 (clase A), AAL2 (clase B), AAL3 (clase C) y AAL4 (clase D) AAL3 y AAL4 se fusionaron (AAL3/4) y luego fueron reemplazadas por AAL5 • Para señalización: SAAL (Signaling AAL) Conmutación ATM Capa Física Capa ATM Capa Física Capa ATM Física ATM Física ATM UsuarioSeñaliz. Usuario Señaliz. Álvaro Rendón G. 40 Terminal origen Relación de temporización entre el origen y el destino Terminal destino 3 32 1 3 2 1 Temporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Requerida: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1 Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) No Requerida: TCP, X.25, Frame Relay Ethernet, IP Características de los Servicios
  • 21.
    16/05/2013 21 Álvaro Rendón G. 41 Velocidadbinaria (constante o variable) Velocidad de bits constante Velocidad de bits variable Temporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Constante: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1 Variable: Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) TCP, X.25, Frame Relay Ethernet, IP Características de los Servicios Álvaro Rendón G. 42 Modo de conexión • Orientado a la conexión Conmutador Conmutador Conmutador Temporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Orientado a Cx: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1 Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) TCP, X.25, Frame Relay No orientado a Cx: Ethernet, IP Características de los Servicios
  • 22.
    16/05/2013 22 Álvaro Rendón G. 43 Modode conexión • No orientado a la conexiónTemporización entre el origen y el destino Velocidad binaria Modo de Conexión Orientado a Cx: N/B-ISDN, Voz/Video, Emulación de circuitos E1/T1 Voz/Video comprimido (MPEG 1,2,3) N-ISDN (datos), Internet, X.25, Frame Relay No orientado a Cx: Ethernet, IP Características de los Servicios Álvaro Rendón G. 44 ITEC-Telecom Soporta el servicio de Clase A Uso: Emulación de circuitos E1/T1, conexiones de audio a velocidad de bit constanteTemporiza- ción Requerida Velocidad Binaria Constante Orientado a Conexión AAL1 ATMRTPC RTPC
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    16/05/2013 23 Álvaro Rendón G. 45 •Manejo de variaciones en el retardo de celdas • Procesamiento del contador de secuencia (CS): Detección de celdas perdidas y mal insertadas, y compensación con celdas falsas • Corrección de errores hacia adelante (FEC video/audio) • Supervisión de rendimiento • Transferencia de datos estructurados (nx64 Kbps) y no estructurados: emulación de circuitos E1/T1 • Transferencia de información de reloj (bit CSI) AAL CS SAR Capa ATM Aplicaciones AAL1: Funciones de CS ATM Álvaro Rendón G. 46 Carga útil CS (46/47 bytes)SNPSNPDU SAR Cabecera SAR (1 byte) 1 3 bits CSI SC PCRC-3 13 bits AAL1: Estructura de paquetes Celda ATM Cabecera ATM (5 bytes) Carga útil ATM (48 bytes) AAL CS SAR Capa ATM Aplicaciones Cabec. CS (Opcional) SN: Número de Secuencia • CSI: Indicador de CS (reloj) • SC: Contador de secuencia SNP: Protección de SN • CRC 3 bits • P: Paridad par Apuntador SDT (Structured Data Transfer): usado por CS en la transferencia de datos estructurados (nx64 Kbps) P: Paridad Apuntador SDT P Cabecera CS (1 byte) 17 bits
  • 24.
    16/05/2013 24 Álvaro Rendón G. 47 ITEC-Telecom Temporiza- ción Requerida Velocidad Binaria Variable Orientadoa Conexión AAL2 Soporta el servicio de Clase B Compresión y supresión de canales silentes y sin uso. Apropiado para tráfico de voz de baja velocidad. Uso: Conexión UTRAN/GERAN-CN y red troncal RTMC ATM GERAN/ UTRAN Dominio Cx Circuitos CN-CS Core Network VLR3G MSC Álvaro Rendón G. 48 AAL2: Sub-capas (CS) AAL SSCS CPS Capa ATM Aplicaciones Service Specific Convergence Sublayer Common Part Sub-layer Subcapas SSCS CPS AAL2 no tiene capa SAR -> Subcapas de CS • Cada SSCS puede prestar un tipo de servicio distinto • A cada usuario se le asigna un SSCS • SSCS recibe los datos de su usuario y los entrega al CPS en forma de pequeños paquetes • CPS multiplexa paquetes de distintos SCSS en una misma celda ATM
  • 25.
    16/05/2013 25 Álvaro Rendón G. 49 AAL2:Empaquetamiento en CPS Carga útil Paquete CPS PDU CPS Celdas ATM Carga útil 1 2 3 4 5 3 4 51 2 3 • Cada SSCS puede prestar un tipo de servicio distinto • A cada usuario se le asigna un SSCS • SSCS recibe los datos de su usuario y los entrega al CPS en forma de pequeños paquetes • CPS multiplexa paquetes de distintos SCSS en una misma celda ATM 48 bytes Álvaro Rendón G. 50 AAL2: Paquetes de CPS SNOSF Cabecera ATM (5 bytes) Carga útil ATM (48 bytes) P 6 bits 1 1 PDU CPS RellenoCarga útil PDU CPS 8 bits 6 2 3 5 CID LI PPT HEC UUI Paquete SSCS Celda ATM Paquete CPS 1-64 bytes 47 bytes Cabecera: CID: Identificador de Canal LI: Indicador de Longitud (1-64) PPT: Tipo de Paquete (voz/gestión) UUI: Info. Usuario-Usuario HEC: Control de Error en Cabecera Campo de Inicio: OSF: Campo de desplazamiento SN: Número de Secuencia P: Paridad del Campo de Inicio Cabecera Campo de inicio
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    16/05/2013 26 Álvaro Rendón G. 51 AAL2:Paquetes de SSCS Tres tipos de paquetes: • Tipo 1: No protegido (tipo por defecto) • Tipo 2: Parcialmente protegido • Tipo 3: Completamente protegido Paquetes de tipo 3: son usados para dígitos marcados, señalización por canal asociado, control de demodulación de facsímil, alarmas, y control de estado del usuario Info dependiente del MensajeRedun Marca de tiempo Tipo de Mensaje CRC-10 Paquete SSCS Tipo 3 Redundancia (Redun): Número de secuencia del paquete. Los paquetes son enviados tres veces para asegurar la correción de errores Marca de Tiempo: Cuenta la variación de retardo del paquete para permitir al receptor reproducir la temporización relativa CRC-10: Chequeo de 10 bits 14 bits 162 6 10 Álvaro Rendón G. 52 ATM Temporiza- ción No Requerida Velocidad Binaria Variable Orientado/ No Orientado a Conexión AAL5 Soporta los servicios de Clase C y Clase D Inicialmente se denominó SEAL (Simple Efficient Adaptation Layer) Uso: Transferencia de datos IP, Frame Relay, etc. Red de Datos Red de Datos
  • 27.
    16/05/2013 27 Álvaro Rendón G. 53 Sub-capasde AAL5 AAL CS SAR Capa ATM Aplicaciones Convergence Sublayer • Service Specific Convergence Sublayer • Common Part Sublayer Segmentation And Reassembly Subcapas CS SSCS CPS SAR • Cada SSCS puede prestar un tipo de servicio distinto • A cada usuario se le asigna un SSCS (puede ser nulo) • CPS encapsula los datos de usuario y luego SAR los fragmenta • CPS ofrece transferencia no garantizada de PDU de cualquier longitud hasta 65.535 bytes • CPS detecta errores pero no corrige por retransmisión. Informa a la aplicación de nivel superior (e.g. TCP) • CPS entrega los PDU en el orden en que los recibe • No permite multiplexar segmentos de diferentes mensajes Álvaro Rendón G. 54 Formatos de PDU de AAL5 48 bytes PTI=0x1 (fin de mensaje) PDU CS PDU SAR Celdas ATM 48 bytes 48 bytes SAR PDU SAR PDUSAR PDU PDU de Usuario UURelleno CPI LI CRC-32 0-65.535 bytes 0-47 1 1 2 4 bytes PTI=0x0 PTI=0x0 Relleno: Para ajustar PDU a múltiplo de 48 bytes UU: Información Usuario-Usuario (extremo a extremo) CPI: Indicador de la Parte Común = 0 LI: Indicador de Longitud CRC-32: Chequeo de Redundancia Cíclica No hay cabecera SAR. Usa PTI de cabecera ATM … …
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    16/05/2013 28 Álvaro Rendón G. 55 Temario •Introducción • Arquitectura • Conmutación – Funciones y arquitectura – Conmutador de Memora Compartida – Algoritmos de planificación • Señalización Álvaro Rendón G. 56 Funciones y arquitectura • Transferencia de celdas desde los enlaces de entrada hasta los de salida • Señalización • Gestión de la red (Perros, 2005, 58) Tipos: • Input buffering switch • Output buffering switch 2 5 131 8 234 1000 Pto VPI VCI Pto VPI VCI Entrada Salida
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    16/05/2013 29 Álvaro Rendón G. 57 CAC Cell Switch Fabric IM SM CAC:Connection Admission Control SM : Switch Management IM : Input Module OM : Output Module Usuarios Servidores Enrutadores Conmutadores OM IM OM IM OM IM OM ITEC-Telecom Diagrama funcional del conmutador ATM Álvaro Rendón G. 58 Funciones y arquitectura • Dependiendo del diseño, pérdida de celdas en: puertos de entrada, estructura del conmutador o puertos de salida • La traslación de etiquetas (VPI/VCI) tiene lugar antes de que la celda sea transferida a la salida VPI/VCI celda de entrada VPI/VCI y Puerto celda de salidaTabla Tabla por Puerto de entrada • Pequeñas • Tiempo de búsqueda reducido 2 5 131 8 234 1000 Pto VPI VCI Pto VPI VCI Entrada Salida
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    16/05/2013 30 Álvaro Rendón G. 59 Funcionesy arquitectura Tres tipos de arquitecturas de conmutador • División de Espacio Basada en MIN (Multistage Interconection Network) Red de elementos de conmutación interconectados, organizados en filas y columnas • Compartición de Memoria (el más común) Todas las celdas de entrada van a una memoria única Las celdas se organizan en la memoria en listas encadenadas, una por puerto de salida • Compartición de Medio Las celdas de entrada se entregan sincrónicamente a un bus Cada puerto de salida ve todas las celdas y recibe las suyas Álvaro Rendón G. 60 Conmutador de Memoria Compartida Una lista encadenada de celdas por Puerto de salida Memoria con puerto dual: escritura y lectura al tiempo En cada intervalo: N escrituras y N lecturas Ancho de banda de la memoria ≤ 2NV Donde V: Velocidad de transmisión de los enlaces Un conmutador para enlaces de 2,5 Gbps procesa 5,8 millones de celdas de 53 bytes por segundo (Perros, 2005, 59)
  • 31.
    16/05/2013 31 Álvaro Rendón G. 61 Conmutadorde Memoria Compartida Capacidad de la memoria: B celdas Capacidad máxima de lista por puerto: Bi < B Evita que un puerto acapare la capacidad de celdas Capacidad mínima de lista por puerto: LBi < Bi Es un colchón dedicado al puerto Bi < B, Σ Bi > B LBi < Bi, Σ LBi < B Capacidad: B Álvaro Rendón G. 62 Conmutador de Memoria Compartida Bi < B, Σ Bi > B LBi < Bi, Σ LBi < B Capacidad: B Pérdida de celdas • Memoria compartida llena: contiene B celdas • Lista del puerto de salida llena: contiene Bi celdas Arquitectura no bloqueante • Una celda que ingresa a la estructura del conmutador (la memoria) no es bloqueada por otras celdas • Pueden construirse conmutadores a etapas sin bloqueo
  • 32.
    16/05/2013 32 Álvaro Rendón G. 63 Algoritmosde planificación Su finalidad es gestionar las QoS ofrecidas a los usuarios Para conmutador no bloqueante con memorias intermedias de salida (output buffering switch): – Cada conexión de salida está asociada a una categoría de QoS acordada durante el establecimiento – Las celdas que pertenecen a estas conexiones se pueden agrupar en colas: una por QoS – Las colas se atienden con un algoritmo de planificación Álvaro Rendón G. 64 Algoritmos de planificación Considerando cuatro categorías de QoS: • CBR (Constant Bit Rate): Audio y video sin comprimir (circuito E1) • RT-VBR (Real-Time Variable Bit Rate): Ej: RTMC, videoconferencia • NRT-VBR (Non-Real-Time Variable Bit Rate): Ej: e-mail multimedia • UBR (Unespecified Bit Rate): Ej: Transferencia de archivos El algoritmo de planificación asigna distintas prioridades a estas colas para satisfacer cada QoS
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    16/05/2013 33 Álvaro Rendón G. 65 Temario •Introducción • Arquitectura • Conmutación • Señalización – Tipos – Protocolos – Formato del mensaje – Procedimientos Q.2931 Álvaro Rendón G. 66 RED ATM Tipos de señalización RED ATM Canal de Señalización (VPI/VCI = 0/5)Canal de Señalización (VPI/VCI = 0/5) Señalización UNI Señalización NNI Señalización UNI UNI: User-Network Interface NNI: Network-Node Interface Network-Network Interface ITEC-Telecom
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    16/05/2013 34 Álvaro Rendón G. 67 Tiposde señalización Señalización UNI Establecimiento, supervisión y liberación de conexiones (SVC: Switched Virtual Circuits) • Conexión punto a punto: – Bidireccional (dos conexiones unidireccionales) – Ancho de banda y QoS para cada dirección – Señalización con protocolo Q.2931, basado en el protocolo Q.931 (DSS1) de N-ISDN • Conexión punto-multipunto – Unidireccional: un terminal ATM (raíz) envía información a varios terminales ATM (hojas) – Señalización con protocolos Q.2971 y Q.2931 Álvaro Rendón G. 68 Tipos de señalización Señalización NNI En redes ATM privadas: PNNI (Private NNI) En redes ATM públicas: B-ISUP/B-ICI Cumple doble función: • Protocolo de señalización Usado para establecer, mantener y liberar en forma dinámica conexiones entre terminales • Protocolo de enrutamiento Usado para distribuir información de topología y alcanzabilidad entre conmutadores RED ATMRED ATM B-ISUP: Broadband ISUP (UIT), B-ICI: Broadband Inter-Carrier Interface (ATMF)
  • 35.
    16/05/2013 35 Álvaro Rendón G. 69 Arquitecturade Protocolos Plano de Control Plano de Usuario Gestión de Planos Señalización Capa ATM Capa Física Usuario Capa de Enlace de datos Capa de Red Capa Física Modelo OSI SAAL: Signaling ATM Adaptation Layer Modelo RDSI SAAL AAL1, AAL2, AAL5 Álvaro Rendón G. 70 Pila de protocolos de señalización Los protocolos de señalización son aplicaciones que corren encima de SAAL (Signaling AAL) Por debajo de SAAL están las mismas capas usadas para transferencia de datos Esta torre se llama también Plano de Control para diferenciarla del Plano de Usuario Protocolos de señalización Capa Física Capa ATM SAAL Q.2931 Q.2971 PNNI B-ISUP
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    16/05/2013 36 Álvaro Rendón G. 71 SAAL Tienela misma estructura de AAL5 (SAR y CPS), pero difiere SSCS, que tiene dos componentes: • SSCF: Service-Specific Coordination Function: Interfaz entre protocolos de señalización y SSCOP • SSCOP: Service-Specific Connection Oriented Protocol: Suministra una conexión confiable para intercambio de señalización entre terminales. Ofrece la mayoría de los servicios de LAP-D (RDSI) y PTM2 (SS7): Detección y corrección de errores y control de flujo SAAL CS SAR Capa ATM Prot Señaliz Convergence Sublayer • Service Specific Convergence Sublayer • Common Part Sublayer Segmentation And Reassembly Subcapas CS SSCS CPS SAR Álvaro Rendón G. 72 Formato del mensaje de señalización Discriminador del Protocolo 0 0 0 0 Long de Ref Llam Valor de Referencia de Llamada Ban Tipo de Mensaje Longitud del Mensaje Elementos de info de longitud variable Byte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ≥ 10 Formato usado por los protocolos Q.2931, Q.2971 y PNNI Discriminador de Protocolo: identifica el protocolo 8 7 6 5 4 3 2 1
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    16/05/2013 37 Álvaro Rendón G. 73 Formatodel mensaje de señalización • Valor de Referencia de Llamada: Número asignado a la llamada a la que se refiere el mensaje • Bandera: 0 para llamante, 1 para llamado • Elementos de información (IE): Parámetros de los mensajes Longitud del IE Información específica del IE Byte 1 2 3 4 ≥ 5 Identificador del IE Instrucción del IE 8 7 6 5 4 3 2 1 Álvaro Rendón G. 74 Q.2931 – Mensajes de control de conexiones RDSI-BA Mensaje (Esp.) Mensaje (Ing.) Función Mensajes de establecimiento de la llamada AVISO ALERTING Iniciado aviso a usuario llamado LLAMADA EN CURSO CALL PROCEEDING Iniciado establecimiento de conexión CONEXIÓN CONNECT Usuario llamado ha aceptado la conexión ACUSE (DE RECIBO) DE CONEXIÓN CONNECT ACKNOWLEDGE La conexión ha sido concedida ESTABLECIMIENTO SETUP Inicia el establecimiento de conexión Mensajes de liberación de la llamada LIBERACIÓN RELEASE Liberación de conexión iniciada LIBERACIÓN COMPLETA RELEASE COMPLETE Liberación de conexión completada Mensajes varios INDICACIÓN NOTIFY Envía información sobre la conexión ESTADO STATUS Responde CONSULTA o reporta error CONSULTA DE ESTADO STATUS ENQUIRY Solicita mensaje de ESTADO
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    16/05/2013 38 Álvaro Rendón G. 75 RedATM ESTABLECIMIENTO LLAMADA EN CURSO Circuito Virtual establecido CONEXIÓN Usuario llamante Usuario llamado ACUS. DE CONEXIÓN ESTABLECIMIENTO AVISO LIBERACIÓN LIBERACIÓN COMPL LIBERACIÓN LIBERACIÓN COMPL LIB LIC RST CONEXIÓN ACUS. DE CONEXIÓN AVISO MDC MID Procedimiento de Señalización Señalización Q.2931 B-ISUP Dir. ATM destino Ancho de banda Retardo/pérdidas Dir. ATM destino Ancho de banda Retardo/pérdidas Álvaro Rendón G. 76 Bibliografía • H.G. Perros (2005). “Connection-Oriented Networks: SONET/SDH, ATM, MPLS and Optical Networks”. John Wiley & Sons, Chichester, England. • ITEC-Telecom (2003). “Curso de ATM”. Bogotá, Colombia. • Javvin (2005). “Network Protocols Handbook”. Javvin Technologies, Saratoga, USA. • M.A. Parra (2000).”Introducción a Frame Relay y ATM, Modo de Transferencia Asíncrono”. ITEC-Telecom, Bogotá, Colombia. • UIT-T I.362 (1991). “Descripción funcional de la Capa Adaptación MTA (CAA) de la RDSI-BA”. Unión Internacional de Telecomunicaciones. Recomendación UIT-T I.362. Ginebra, Suiza. • UIT-T Q.2931 (1995). “Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha – Sistema de Señalización Digital de Abonado No.2 – Especificación de la capa 3 de la interfaz usuario-red para el control de llamada/conexión básica”. Unión Internacional de Telecomunicaciones. Recomendación UIT-T Q.2931. Ginebra, Suiza.