advertisement

RSM-Redes de transporte_0809

100 %
0 %
advertisement
Information about RSM-Redes de transporte_0809
Technology

Published on March 16, 2009

Author: jardao

Source: slideshare.net

Description

RSM-Redes de transporte_0809
advertisement

Redes e Servizos Multimedia Curso 2008/09 Tema 1 Redes e tecnoloxías de acceso e transporte de banda ancha

Redes e Servizos Multimedia Curso 2008/09 Tema 1 Redes de acceso e transporte

3 Internet: “rede de redes”  Internet: rede que aglutina millóns de redes IP de sistemas finais e ISPs (Internet Service Providers), todas elas xestionadas de forma autónoma  Autonomous systems (AS)  Un AS é un conxunto de routers IP (RFC 1930)  xestionados de forma autónoma polo mesmo control técnico e administrativo  que usan internamente un protocolo de encamiñamento común: RIP, OSPF, IS-IS, etc.  A interconexión entre AS’s realízase a través de routers fronteira que executan conxuntamente un protocolo de encamiñamento inter-AS común: BGP-4

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

5 Redes de acceso e transporte I P REDE DE ACCESO Sistema final Router acceso BBRAS IP Router IP REDE DE Router IP TRANSPORT ISP 2 E Router IP fronteira Punto Router IP Router IP neutr o ISP 1 Backbone ISP Internet Nivel 1 ISP 3

Rede de transporte 6  A rede de transporte dun ISP consta tipicamente de tres tipos de routers IP:  Nodos de acceso, habitualmente denominados servidores de acceso remoto (Remote Access Server – RAS): • Proporcionan aos clientes acceso á rede de transporte • Moitos portos de relativa baixa velocidade (ADSL, liñas telefónicas) • Comunicación con CPD para autenticación, perfís, control de tráfico, tarificación, etc. • A ubicación física destes nodos denomínase POP (Point of Presence)  Routers troncais ou de backbone: • Throughput extremadamente alto. • Relativamente poucas interfaces de moi alta velocidade • Interconexión con outros ISPs (tipicamente a través do punto neutro) e saída a Internet a través de ISPs de maior nivel  Concentradores: • Encargados de concentrar tráfico de varios POPs hacia os routers troncáis. • Características intermedias entre acceso e troncal: – Crecemento continuado de clientes  Escalabilidade e throughput altos – Moitas interfaces de velocidade moderada

Redes e Servizos Multimedia Curso 2008/09 Tema 1 Tecnoloxías nas redes de acceso

ISPs vs. operadores de acceso 8  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

Acceso residencial vía ADSL 11  O acceso telefónico foi durante anos o xeito habitual de conexión a Internet da inmensa maioría dos usuarios residenciais  ISPs fixeron grandes inversións en nodos de acceso e en software (administración, tarificación, autenticación, configuración e 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

Arquitectura PPPoA 12 Arquitectura PPPoE

13 Tecnoloxías nas redes de acceso  A interconexión a nivel 2 entre un sistema final (router ou host IP) e un router de acceso dun ISP faise a través dunha REDE DE ACCESO baseada en:  RTC (Rede Telefónica Conmutada) ou RDSI: PPP  xDSL: PPP  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 Router acceso Host DSLAM (BBRAS) IP IP PPP PPP ATM, AAL5 AAL5 FR, etc. ATM ATM ATM xDSL xDSL SDH SDH PHY Cobre (bucle de abonado) Fibra

16 EFM  Infraestructura de acceso moito máis efectiva Router acceso Host DSLAM (BBRAS) IP IP ATM, FR, Ethernet Ethernet Ethernet etc. PHY xDSL PHY PHY PHY Cobre (bucle de abonado) Fibra As redes de acceso Ethernet evitan costosas conversións de protocolos

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

18 Ventaxas das redes PON  Aumento da cobertura ata os 20 Km (desde a central). Con DSL chégase ata os 5.5 Km. como moito  Maior BW para o usuario.  Máis baratas que as punto a punto.

Redes e Servizos Multimedia Curso 2008/09 Tema 1 Tecnoloxías no transporte óptico

20 Tecnoloxías de transporte óptico (nivel 1)  En pouco tempo, todo o transporte de máis baixo nivel será sobre fibra óptica, polo que tódalas tecnoloxías se centran na multiplexación de sinais ópticos  STDM: SDH (SONET en USA)  WDM: Redes de conmutación óptica SDH  Na actualidade hai unha enorme base instalada de sistemas SDH por influencia do sistema telefónico.  No caso da FO, popularizáronse os aneles dobres de FO reconfigurables  Un mesmo sinal pode ser transmitido de forma óptica ou electrónica  Cabe salientar que SDH é unha tecnoloxía orientada á simple constitución de enlaces (“circuítos”) punto a punto WDM  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 λ1 F-OXC λ1 λ2 Fibra a fibra λ2 λ1 WR-OXC λ1 Wavelength Routing λ2 λ2 λ3 WT-OXC λ1 Wavelength Translating λ2 λ2

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  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 Payload (orde de msg.). tempo Header recognition, processing, and generation Antes do envío dunha ráfaga debe enviarse previamente un paquete de control C  A Header que indica, entre outros, a lonxitude, clase QoS e destino da Setup Synchronizer ráfaga asociada.  O paquete de control é enviado con certo offset de adianto para poder ser 1 Switch Incoming 1 1 fibersprocesado electronicamente en cada nodo intermedio atravesado, e así poder planificar a ráfaga (reservar tempo) nunha λ de saída en cada un deles. 2 2 2  Para o envío dos paquetes de control úsase unha ou varias λ’s reservadas en cada Fixed-length nodo unaligned) (but FDL’s B New D (a) headers A Control C wavelengths 2 2 1 O/E/O 1 Control Control packet processing packets Offset time (setup/bandwidth reservation) 2 2 Data Switch wavelengths 1 1 B Data bursts (b) D

25 OBS – Paso 1 CP chega ao nodo Offset = T Fronteira no instante t1 OEO OEO OOO OOO

26 OBS – Paso 2 CP é convertido O/E, procesado e configura o switch OEO OEO OOO OOO

27 OBS – Paso 3 CP é convertido E/O E deixa o nodo en t1+δ OEO OEO OOO OOO

28 OBS – Paso 4 OEO OEO OOO OOO Cando chega a ráfaga ao nodo, o switch xa está configurado

29 OBS - Paso 5 Offset = T- δ OEO OEO OOO OOO Sin retardo, a ráfaga é conmutada a nivel óptico

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

Redes e Servizos Multimedia Curso 2008/09 Tema 1 Tecnoloxías de transporte de nivel 2

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

33 Alternativas típicas no transporte sobre FO IP POS AAL5 Ethernet ATM GE/10GE SONET/SDH WDM (OCS/OBS) Fibra Óptica

Redes e Servizos Multimedia Curso 2008/09 Tema 1 Tecnoloxías de transporte de nivel 2 Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

Sistemas TDM: PCM y Trama E1 35  Como herencia de las redes telefónicas se hallan muy extendidos los sistemas de transporte de información digital basados en multiplexación por división en tiempo (TDM)  En la década de los setenta empezaron a aparecer los primeros sistemas basados en PCM (Modulación por Impulsos Codificados). Este sistema digitaliza la señal telefónica ( Frec, muestreo 8 KHz., 8 bits/muestra) obteniéndose un señal digital de 64 Kbps., que es la unidad básica de conmutación utilizada en 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.

Sistemas TDM: PDH 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 )

37 Sistemas 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)

Estructura de trama STM-1 38  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 1 3 86 columnas Info. Sección Carga útil Info. ruta 9 filas Info. Liña Trama STS-1 S S S R Carga útil Carga útil L Carga útil L L Trama STM-1 ≠ 3 tramas STS-1 (só unha info. de ruta ⇒ máis carga útil)

39 Multiplexación SDH E3 E1 . . E1 E3 STM-1 STM-4 STM-16 E3 E3 Multiplexor Multiplexor 4:1 4:1 Tramas PDH (ITU) Tramas SDH  Os niveis de xerarquía superior fórmanse multiplexando a nivel de byte varias estructuras STM-1 usando una referencia común de 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 SONET SONET Caudal físico SDH Eléctrico Óptico (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 Multiplexor Multiplexor Orixe Repetidor Multiplexor Repetidor Destino ADM ADM ADM Sección Sección Sección Sección Liña Liña Ruta

SDH: Topoloxía de dobre anel 42 As redes SDH empregan habitualmente topoloxías de dobre anel para aumentar a fiabilidade Funcionamento normal Funcionamento en caso de avaría Tráfico de usuario Tráfico de usuario Reserva Tráfico de usuario ADM ADM ADM ADM ADM Corte na fibra Os ADMs poden cerrar o anel en ¡só 50 ms!

43 R Anel físico SDH α βγ R α γ ADM A β C Y B Topoloxía lóxica de estrela α ADM X ADM A Z C γ W ADM STM-1 (155,52 Mb/s) STM-4 /622,08 Mb/s) β B

Funcionamento dun anel SDH 44  Os circuítos SDH son sempre dúplex. Exemplo:  No caso do circuíto α (verde) entre os ADMs X e Y, unha porción do anel é recorrida pola información XY e a restante (Y-Z-W-X) pola inf. YX α β γ  Un anel SDH pode Ocupación: 3 * STM-1 definirse usando só ADM Sobra un STM-1 unha única fibra óptica Y entre cada parella de ADMs contiguos  Aínda que a Z ADM transmisión na fibra é α ADM X γ nun único sentido, en cambio no anel temos circuítos full-dúplex W ADM β

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre POS 45 Anel lóxico de enlaces STM-1 sobre un anel físico SDH  Configuramos catro OSPF A-B: α enlaces (circuítos B Circuitos: B-C: β STM-1) α, β, γ e δ Interfaz C-D: γ para crear o anel POS/STM-1 α D-A: δ lóxico ADM β  Os ADM multiplexan (insiren e extraen) os 4 circuítos STM-1 nunha trama STM-4 Anel SDH OSPF que recorre o anel ADM STM-4 ADM OSPF A C físico SDH sobre a (622 Mbps) fibra en servicio  Cada router necesita dúas interfaces POS, δ γ unha para cada enlace ADM OSPF OC-3c D Fibra en servicio Fibra de reserva

46 POS sin rede SDH  SONET/SDH foi deseñado fundamentalmente para telefonía i é, en esencia, unha tecnoloxía de conmutación de circuítos, que presenta obvios inconvenientes para a comunicación de datos:  Reparto e reserva estáticos da capacidade entre circuítos SDH  A fibra de reserva só se emprega se falla a primaria  non se usa sempre o camiño máis corto (p.ex., no caso anterior, a ruta física entre 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 Exemplo de interconexión directa de 4 routers IP sobre POS (sin rede SDH)  Dobre anel físico de fibra Emprégase o camiño máis Co dobre anel de fibra, e sen OSPF corto, gracias ao protocolo cambiar as interfaces POS de encamiñamento B dos routers, cada un dispón (ex. OSPF) dun enlace full-duplex (as dúas fibras) cos veciños OSPF STM-1 OSPF A C A capacidade dispoñible OSPF Se falla algún enlace, o protocolo repártese dinámicamente D de encamiñamento (adaptativo) e non de forma estática reencamiña o tráfico polo outro como no caso da rede SDH lado do anel. Sen embargo, o tempo de reacción é de varios segundos, fronte aos 50 ms. de SONET/SDH.

Detalle dun ADM STM-1 48 Rx Anel principal Tx Anel de Rx reserva Tx

49 Interfaz POS dun router Láser Alcance Prezo 850 nm 300 m 110.000 € 1310 nm 2 Km 175.000 € 1550 nm 40 Km 250.000 € Velocidad: 10 Gbps (STM-64)

50 Tarxeta de router con 4 x POS STM-4 Láser Alcance Prezo 850 nm 300 m 250.000 € 1310 nm 2 Km 410.000 € 1550 nm 40 Km 575.000 €

Redes e Servizos Multimedia Curso 2008/09 Tema 1 Tecnoloxías de transporte de nivel 2 Asynchronous Transfer Mode (ATM)

52 Comparación STM vs. ATM Trama T Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal n Canal 1 Canal 1 Canal 3 Canal 2 Vacío Canal 1 Sincronización y control de trama T Identificador del canal virtual STM (Synchronous) ATM (Asynchronous)  Canales identificados por  Canales identificados por posición en trama su etiqueta  BW limitado y reservado de  BW variable y asignado antemano dinámicamente bajo  Mezcla de canales demanda determinista (periódica)  Mezcla de canales  Número limitado de canales aleatoria (mux. estadíst.)  Número ilimitado de canales

53 Comparación STM vs. ATM No contienda por BW  No cola Contienda por BW  Cola STM ATM Multiplexación estadística permite ahorro de recursos pero probabilidad no nula de overflow ⇒ Control de tráfico

54 Modo de transferencia asíncrono (ATM) ATM é unha técnica de conmutación rápida de paquetes etiquetados baseada en  Conmutación de paquetes + funcionalidade mínima en la rede  Independencia do servicio para facilitar a integración Principios 1. 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 Virtual Path (VP) Enlace físico Virtual Path (VP) Por un enlace físico Cada VP Contén O VC é o camiño poden pasar Múltiples VCs lóxico entre extremos múltiples VPs na rede ATM Etiqueta do circuíto virtual: VPI/VCI

57 Conmutador VP

58 Visión conceptual dun conmutador VP

59 Conmutador VC

60 Visión conceptual dun conmutador VC

61 Entrada Salida Port VPI/VCI Port VPI/VCI Entrada Salida 1 29 3 45 Port VPI/VCI Port VPI/VCI 2 30 4 15 2 15 3 14 A 3 45 1 29 3 14 2 15 29 4 15 2 30 1 4 15 2 X Y C 2 3 45 3 14 B 30 1 3 43 16 2 Z 2 1 W Entrada Salida Entrada Salida 4 Port VPI/VCI Port VPI/VCI Port VPI/VCI Port VPI/VCI 1 16 2 43 1 45 2 16 10 2 43 1 16 2 16 1 45 3 14 4 10 D 4 10 3 14 Cada entrada nas táboas dos conmutadores é un circuíto virtual (CV): • si é creada polo operador é un CV permanente (PVC) • si é creada por un protocolo de señalización é un CV conmutado (SVC)

62 Arquitectura ATM Rede ATM Extremo rede Extremo rede ATM ATM UNI UNI ATM ATM switch switch NNI AAL AAL ATM ATM ATM ATM Capa física Capa física Capa física Capa física

63 Arquitectura ATM: Funcións das capas Capa Subcapa Funcións Adaptación das capas superiores CS (Convergence Sublayer) (tipicamente, IP) AAL Segmentación e reensamblado de SAR (Segmentation & Reassembly) celdas (De)multiplexación de celdas Traducción de VPI/VCI ATM Xeración e extracción de cabeceiras Detección de erros de transmisión  Inserción e recuperación das celdas TC (Transmission Convergence) nun e dun sistema de transmisión físico, tipicamente SDH Física SDH PM (Physical Medium) Transmisión de celdas directamente sobre o medio físico

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

65 Router IP con interfaces SONET/SDH STM-1/OC-3c (155 Mbps) STM-4/OC-12c (622 Mbps) Ethernet

66 Arquitectura ATM: Capa física Servicio de la capa física  Entrega de celdas válidas (sin errores) a la capa ATM  Inserción y recuperación de las celdas en/de un sistema de transmisión Dos 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

Interfaces basadas en celdas 68  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 8 7 6 5 4 3 2 1 VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC  CLP (Cell Loss Priority): Indicación de prioridad de descarte. As celdas menos prioritarias (CLP = 1) son descartadas primeiro.  PT (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

70 O Servicio do nivel ATM  Como xa se dixo, ATM ofrece un servicio orientado a conexión sobre CVs  As conexións ATM compórtanse como tubos que transportan en secuencia celdas sin erros entre dous extremos da rede ATM, é dicir, entre dúas entidades AAL.  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 Forum Tipo 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 Rate rt/nrt Real-Time / Non Real-Time X O valor do atributo está limitado

72 Clases de servicio e Capacidad da rede

AAL5 73  A pesar de que inicialmente se normalizaron varios protocolos AAL, un para cada tipo de categoría de servicio ATM subxacente, na actualidade na práctica totalidade dos casos emprégase AAL5, entre outras razón por ser o elixido para IP sobre ATM Subcapa CS  Permite transferir tramas de ata 65535 bytes máis un octeto transparente de usuario a usuario (UU)  Usa un código CRC-32 para a detección de erros na trama. Non hai retransmisións  Usa un campo de recheo (PAD) para completar a lonxitude a un múltiplo de 48 bytes 0-65535 0-47 1 1 2 4 Datos PAD UU Versión Lonxitude CRC-32 AAL5 PDU 5 48 Celda ATM Subcapa SAR  Segmenta (en transmisión) e compón (en recepción) as CS-PDUs (sempre múltiplos de 48 bytes) sen añadir overhead  Indica á capa ATM o valor do bit AUU do campo PT, que establece os límites das CS- PDUs. AUU = 1 indica fin da mensaxe.

74 Multiplexación en AAL5 – RFC 2684  AAL5 non soporta multiplexación. O RFC 2684 contempla dous métodos para a multiplexación de protocolos sobre AAL5:  Multiplexación por CV: Os protocolos transpórtanse en CVs separados, identificados implicitamente polo id. do 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

Encapsulado LLC/SNAP 75 Cabecera LLC OUI (3) PID (2) PDU AAL5 0xAA-AA-03  Por motivos de compatibilidade con DIX Ethernet definiuse o encapsulado IEEE 802.1a LLC/SNAP (Subnetwork Access Point). A cabeceira LLC é 0xAA- 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).

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 Lonxitude Datos Padding Padding Reservado Tipo PDU Nº secuencia

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

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

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

Redes e Servizos Multimedia Curso 2008/09 Tema 1 Tecnoloxías de transporte de nivel 2 O modelo IP sobre ATM

IP sobre ATM 81  Unha tecnoloxía amplamente usada nas redes de transporte, pero xa aparentemente cos días contados R3 R1 R2 IP C3 C2 C1 C4 ATM SDH WDM

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre POS 82 Dun anel lóxico de enlaces SDH a un anel lóxico de PVCs ATM  Tiñamos configurados OSPF A-B: α catro circuítos STM- B Circuitos: B-C: β 1 para crear o anel Interfaz C-D: γ lóxico de routers POS/STM-1 α D-A: δ ADM β OSPF Anel SDH ADM OSPF A STM-4 ADM C (622 Mbps)  Obxectivo: Sustituir os circuitos STM-1 entre os routers por δ γ PVCs ATM ADM  Ubicamos un switch ATM entre cada router e cada ADM OSPF OC-3c D Fibra en servicio Fibra de reserva

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre ATM 83 Dun anel lóxico de enlaces SDH a un anel lóxico de PVCs ATM Switch ATM Router IP B Y Visión física da rede ADM Os ADM multiplexan os 4 enlaces lóxicos STM-1 nunha trama STM-4 Anel físico SDH STM-4 ADM ADM (622 Mb/s) C A X Z ADM STM-1 Fibra en servicio Fibra de reserva D W

Exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre ATM 84 Dun anel lóxico de enlaces SDH a un anel lóxico de PVCs ATM B Dous PVCs conectan cada router cos seus dous routers veciños Switch ATM con 3 interfaces STM-1 Rede ATM C A STM-1 PVC ATM Podemos usar unha única interfaz ATM STM- 1 no router IP para conectarse ao switch e multiplexar os dous PVCs sobre ela Agora temos configurados os catro  Enlaces STM-1 ocupados só 50% enlaces STM-1 (A-B, B-C, C-D, D-A)  Solución: 2 int. STM-1 en routers entre os switches ATM D  Un switch necesita duas interfaces co seu ADM e outra co router

85 Revisitamos o exemplo de interconexión de 4 routers IP sobre POS Anel lóxico de enlaces STM-1 sobre un anel físico SDH Sin conmutadores ATM temos: B Os routers teñen conexión SDH directa •Maior rendemento (≈ 13%) aos ADMs, sen switches ATM •Menor costo ADM •Maior sencillez Interfaz POS Anel SDH ADM STM-4 ADM A C (622 Mbps) • Con ATM, cada router IP ve 2 enlaces punto a punto lóxicos (os PVCs) cos seus veciños • Con POS, cada router IP ve 2 enlaces ADM punto a punto “físicos” (os circuítos SDH) cos seus veciños  O router necesita dúas interfaces POS D

Vantaxes de ATM 86  ATM foi a tecnoloxía de conmutación de nivel 2 máis amplamente empregada polos operadores ata actualidade para poder desplegar facilmente e dun xeito eficiente enlaces punto a punto (CVs dedicados) entre routers  ATM ofrece facilidades para  Provisiónde QoS  Control de tráfico  Enxeñería de tráfico

87 Escenario actual de ATM  ATM xogou un papel importante cando o BW era un recurso extremadamente escaso e caro, pero na actualidade este escenario ten cambiado e hai varias razóns polas cales é recomendable incluso prescindir 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.

Inconvenientes de ATM 88  ATM/AAL5 introduce un overhead medio do 15%  O custo que supón o despregue e mantemento de equipamento ATM é moi elevado  O uso de ATM non é viable a velocidades moi altas, polo custo das labores de segmentación e reensamblado de celdas.  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.

ATM/AAL5 vs POS 89 79% 92% DATOS DATOS Capacidad disponible para el Capacidad usuario enlace físico IP AAL5 IP ATM POS SONET/SDH SONET/SDH Valores calculados para un tamaño medio de paquete IP de 540 bytes

Resumo tecnoloxías nivel 2 90  ATM:  Uso: enlaces punto a punto mediante conmutación de paquetes (circuítos virtuais)  Vantaxes: Provisión QoS, enxeñería de tráfico, control de tráfico, escalabilidade, multiplexación estatística  granularidade fina  Inconvenientes: Overhead, tecnoloxía moi cara, limitacións en velocidade  POS:  Uso: enlaces punto a punto mediante conmutación de circuítos (TDM)  Vantaxes: Máis barata que ATM (pero aínda cara), pouco overhead, non limitada en velocidade  Inconvenientes: Obviamente non ofrece facilidades de nivel de rede, pouca escalabilidade, asignación estática de recursos  granularidade grosa

Redes e Servizos Multimedia Curso 2008/09 Tema 1 Tecnoloxías de transporte de nivel 2 Frame Relay: Outra alternativa a ATM no transporte IP

Redes X.25 92  As Rec. X.25 propostas por CCITT (agora ITU) en 1976, e revisadas por última vez en 1992, normalizan os tres protocolos inferiores no acceso ás RDPs, sendo 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) 

Add a comment

Related presentations

Presentación que realice en el Evento Nacional de Gobierno Abierto, realizado los ...

In this presentation we will describe our experience developing with a highly dyna...

Presentation to the LITA Forum 7th November 2014 Albuquerque, NM

Un recorrido por los cambios que nos generará el wearabletech en el futuro

Um paralelo entre as novidades & mercado em Wearable Computing e Tecnologias Assis...

Microsoft finally joins the smartwatch and fitness tracker game by introducing the...