RSM-Redes de transporte_0809

Redes e Servizos MultimediaCurso 2008/09

Tema 1

Redes e tecnoloxías de acceso e transporte de banda ancha


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


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.


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


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


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 €


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


2 15 3 14


2 16 1 45


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


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


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)


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


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


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


(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


(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?


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 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 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)


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)

RSM-Redes de transporte_0809

Technology

Transcript of RSM-Redes de transporte_0809