Tesis - Dirección General de Servicios Telemáticos

UNIVERSIDAD DE COLIMA
FACULTAD DE TELEMÁTICA
ANÁLISIS DE TEGNOLOGÍAS EN REDES CONMUTADAS
TESIS
EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS, AREA
TELEMÁTICA
POR
ING. EDGAR GENEROSO OBON TOSCANO
ASESOR
M.C. RAÚL AQUINO SANTOS
COLIMA, COLIMA
MAYO DE 1999
UNIVERSIDAD DE COLIMA
FACULTAD DE TELEMÁTICA
ANÁLISIS DE TEGNOLOGÍAS EN REDES CONMUTADAS
TESIS
EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS, AREA
TELEMÁTICA
POR
ING. EDGAR GENEROSO OBON TOSCANO
ASESOR
M.C. RAÚL AQUINO SANTOS
COLIMA, COLIMA
MAYO DE 1999
A mi esposa Amalia, por todo al amor
y apoyo brindado durante mis 2 años
de estudio de la maestría.
A mis padres, Velia y Jr., por el
apoyo y esfuerzo incondicional que
siempre me han brindado.
A mis amigos y compañeros: Arturo,
Maggy, Omar, Rafa y Toño por el
apoyo y ayuda que me brindaron.
A los maestros: Raúl, Roman,
Jhonny y Beto por las virtudes y
conocimientos que compartieron
conmigo durante los cursos de la
maestría.
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Antecedentes
1.1.1. OSI define los siguientes conceptos
1.2. El modelo OSI y la comunicación entre sistemas
1.2.1. Interacción entre las capas del modelo OSI
1
3
5
6
1.2.1.1. Capa física
9
1.2.1.2. Capa enlace
10
1.2.1.3. Capa red
11
1.2.1.4. Capa transporte
12
1.2.1.5. Capa sesión
13
1.2.1.6. Capa presentación
14
1.2.1.7. Capa aplicación
15
2. FUNDAMENTOS BÁSICOS DE INTERCONECTIVIDAD DE REDES
2.1. Definición de una Red de Area Local (LAN)
16
2.2. Definición de una Red de Area Extensa (WAN)
16
2.3. Líneas Dedicadas y líneas Conmutadas
17
2.3.1. Servicios de Conmutación de Circuitos
19
2.3.2. Servicios de Conmutación de Paquetes
19
2.4. Líneas Analógicas
20
2.5. Líneas Digitales
20
2.6. Formato de Información
21
2.7. Servicios de Red Orientados y No Orie ntados a la conexión 23
2.8. Direccionamiento en Interredes
23
2.9. Capa de Enlace de Datos
24
2.10. Direcciones MAC
25
2.11. Direcciones de la capa de Red
26
2.12. Asignación de direcciones
26
3. FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍAS DE REDES DE
AREA EXTENSA (WAN)
3.1. Enlaces Punto a Punto
28
3.2. Conmutación de Circuitos
29
3.3. Conmutación de Paquetes
30
3.4. Circuitos Virtuales
30
3.5. Servicios de Marcado de WAN
31
3.6. Dispositivos de WAN
32
3.7. Puentes y Switches
35
3.7.1. Tipos de Puentes
36
3.7.2. Tipos de Switches
36
3.8. Sistemas PDH
37
3.8.1. Antecedentes
37
3.8.2. Definición
38
3.8.3. Forma de Operación
40
4. SONET/SDH
4.1. Definición
42
4.2. SONET y SDH según el Modelo de Referencia OSI
43
4.3. Antecedentes
44
4.4. Encabezado de SDH
46
4.5. Términos y Definiciones
47
4.6. Forma de Operación
48
4.7. Estructura Básica de Marcos SONET y SDH
50
4.7.1. Formato del Marco de SDH
50
4.7.2. Formato del Marco SONET
51
4.7.3. Encabezado de Sección
53
4.7.3.1. Descripción de los Bytes del Encabezado de Sección
53
4.7.3.2. Punteros
55
4.7.3.2.1. Rellenamiento Negativo
57
4.7.3.2.2. Rellenamiento Positivo
57
4.7.3.3. Descripción de los Bytes del Encabezado de Ruta
4.8. Elementos de Redes SDH
58
59
4.8.1. Multiplexor de Inserción / Omisión
60
4.8.2. Crosconexión Digital de Banda Amplia
61
4.8.3. Crosconexión Digital de Banda Ancha
61
4.8.4. Concentrador (Hub)
62
4.9. Arquitectura de Redes SDH
63
4.9.1. Punto a Punto
63
4.9.2. Punto a Multipunto
63
4.9.3. Anillo
64
4.10. Arquitectura de Protección SONET / SDH
65
4.10.1. Protección de Acceso 1:1
65
4.10.2. Protección de Acceso 1:N
66
5. FRAME RELAY
5.1. Definición de Frame Relay
67
5.2. Estandarización de Frame Relay
68
5.3. Antecedentes
69
5.4. Dispositivos de Frame Relay
71
5.5. Multiplexión estadística y ancho de banda bajo demanda
72
5.6. Formato de Trama
73
5.7. Circuitos Virtuales Frame Relay
77
5.7.1. Circuitos Virtuales Conmutados
77
5.7.2. Circuitos Virtuales Permanentes
78
5.8. Identificador de Conexión del Enlace de Datos
79
5.9. Mecanismos de Control de la Saturación
79
5.10. Bit DE
80
5.11. Extensiones LMI
80
6. MODO DE TRANSFERENCIA ASÍNCRONA (ATM)
6.1. Antecedentes
82
6.2. ISDN: Redes Digitales de Servicios Integrados de Banda Ancha
84
6.3. Formato de Operación
85
6.4. Control de Errores
88
6.5. Aspectos Generales
88
6.6. ATM según el Modelo de Referencia OSI
90
6.7. Capa AAL
92
6.7.1. Capa AAL1
95
6.7.2. Capa AAL2
97
6.7.3. Capa AAL3/4
98
6.7.4. Capa AAL3
99
6.7.5. Capa AAL4
100
6.7.6. Capa AAL5
101
6.8. Estructura de las Celdas: Capa ATM
102
6.9. Calidad de Servicio ATM
107
6.10. Capa Física: Interfaz de Conexión UNI y NNI
108
6.11. Señalización y Establecimiento de conexiones ATM
110
6.12. Elementos de ATM
111
6.13. Emulación de LANs
112
6.13.1. Arquitectura de pro tocolos LANE
113
6.13.2. Componentes de LANE
115
6.13.3. Tipos de Conexión de la Emulación de LAN
116
7. GIGABIT ETHERNET
7.1. Antecedentes
118
7.2. Gigabit Ethernet según el Modelo de Referencia OSI
121
7.2.1. Control Lógico de Enlace (LLC)
122
7.2.2. Control de Acceso al Medio (MAC)
122
7.2.3. Subcapa de Reconciliación e Interface Independiente de Medio Gigabit
122
7.2.4. Capa Física (PHY)
122
7.2.5. Subcapa de Codificación Física (PCS)
122
7.2.6. Subcapa de Unión al Medio Físico
123
7.2.7. Subcapa Dependiente del Medio Físico
123
7.3. Tipos y Características de Medios Físicos
124
7.4. Migración hacia Gigabit Ethernet
124
8. CONCLUSIONES
8.1. SDH/SONET
131
8.2. Frame Relay
132
8.3. ATM- Modo de Transferencia Asíncrono
132
8.4. Gigabit Ethernet
133
ÍNDICE DE TABLAS
137
ÍNDICE DE FIGURAS
BIBLIOGRAFÍA
138
142
ÍNDICE DE TABLAS
9. INTRODUCCIÓN
Tabla 1.1 Capas del Modelo OSI y sus características
3
3. FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍAS DE REDES DE
AREA EXTENSA (WAN)
Tabla 3.1 Comparación de Nivel Jerárquico entre E.U. y Europa
39
4. SONET/SDH
Tabla 4.1 Tasa de Transmisión de Línea y equivalencias entre SONET y SDH
46
6. MODO DE TRANSFERENCIA ASÍNCRONA (ATM)
Tabla 6.1 Estándares y RFC relacionados con ATM
89
Tabla 6.2 Resumen de Características de las Capas AAL
94
Tabla 6.3 Significados de los posibles valores PTI
106
7. GIGABIT ETHERNET
Tabla 7.1 Características de Operación de Gigabit Ethernet en medios Físicos
124
8. CONCLUSIONES
Tabla 8.1 Tabla de Resumen
134
ÍNDICE DE FIGURAS
10.
INTRODUCCIÓN
Figura 1.1 Modelo de Referencia OSI
4
Figura 1.2 División del Modelo OSI
5
Figura 1.3 Las capas del Modelo OSI se comunican con otras capas
6
Figura 1.4 Relación entre las capas del Modelo OSI
8
Figura 1.5 Los encabezados y los datos se encapsulan durante el intercambio de información
9
Figura 1.6 La capa de enlace de datos contiene dos subcapas
11.
11
FUNDAMENTOS BÁSICOS DE INTERCONECTIVIDAD DE REDES
Figura 2.1 Redes de área extensa (WAN)
17
Figura 2.2 Servicio de línea dedicada
18
Figura 2.3 Servicio de línea conmutada
18
Figura 2.4 Red de conmutación de circuitos
19
Figura 2.5 Red de conmutación de paquetes
20
Figura 2.6 Los datos de las capas superiores conforman la trama de la capa
de enlace de datos
21
Figura 2.7 Tres componentes básicos conforman un paquete de la capa de red
22
Figura 2.8 Dos componentes conforman una celda
22
Figura 2.9 Cada interfase en un dispositivo se identifica únicamente por una dirección de la
capa de enlace de datos
24
Figura 2.10 Las direcciones MAC, las direcciones a nivel enlace de datos y las subcapas de
IEEE de la capa de enlace de datos, están relacionados entre sí
25
Figura 2.11 Las direcciones MAC contienen un formato único de dígitos hexadecimales
26
12.
FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍAS DE REDES DE
AREA EXTENSA (WAN)
Figura 3.1 Un enlace común punto a punto funciona a través de una WAN hacia una red
29
remota
Figura 3.2 Una WAN de conmutación de circuitos experimenta un proceso
30
similar al de una llamada telefónica
Figura 3.3 Dos ruteadores ubicados en los extremos remotos de una WAN se pueden
32
conectar por medio de switches WAN
Figura 3.4 Un servidor de acceso concentra conexiones de marcación hacia
33
fuera de una WAN
Figura 3.5 Una conexión por módem maneja señales analógicas y digitales a
33
través de una WAN
Figura3.6 La unidad CSU/DSU se coloca entre el switch y la terminal
34
Figura 3.7 El adaptador de terminal conecta el ISDN con otras interfaces
34
13.
SONET/SDH
Figura 4.1 SDH / SONET según el Modelo de Referencia OSI
44
Figura 4.2 Secciones en las que se divide un enlace SDH / SONET
46
Figura 4.3 Multiplexión de SONET
50
Figura 4.4 Construcción de un marco STM-1
51
Figura 4.5 Construcción de un marco STS-1
52
Figura 4.6
Subdivisiones de la Sección del Encabezado
53
Figura 4.7
Ubicación de los punteros en la Sección del Encabezado
56
Figura 4.8 Ubicación del Encabezado de Ruta dentro de la carga de
Información
Figura 4.9 Diagrama de Bloques de un Multiplexor de Insersión/Omisión
58
60
Figura 4.10 Diagrama de Sistema de Crosconexión
62
Figura 4.11 Diagrama de Bloques de un Concentrador
62
Figura 4.12 Diagrama de enlace Punto a Punto
63
Figura 4.13 Diagrama de enlace Punto a Multipunto
63
Figura 4.14 Diagrama de Anillo
64
Figura 4.15 Representación de enlaces con líneas de protección 1:1
65
Figura 4.16 Representación de enlaces con líneas de protección 1:N
66
14.
FRAME RELAY
Figura 5.1 Ubicación de Frame Relay en el Modelo de Referencia OSI
69
Figura 5.2 Los DCE residen en las WAN, cuya operación está a cargo de una compañía de
larga distancia
71
Figura 5.3 Multiplexación Estadística
73
Figura 5.4 Representación del Paquete Frame Relay
74
Figura 5.5 Formato de Trama
75
Figura 5.6 Campo Dirección Tipo 1
75
Figura 5.7 Campo Dirección Tipo 2
76
Figura 5.8 Campo Dirección Tipo 3
76
15.
MODO DE TRANSFERENCIA ASÍNCRONA (ATM)
Figura 6.1 Aplicación de ATM
83
Figura 6.2 Celda ATM
85
Figura 6.3 Comparación de tecnología TDM Vs ATM
86
Figura 6.4 ATM según el Modelo de Referencia OSI
90
Figura 6.5 Formación de una celda en ATM según la capa AAL1
96
Figura 6.6 Formación de celdas ATM según la capa AAL3/4
99
Figura 6.7 Formación de celdas ATM según la capa AAL5
102
Figura 6.8 Representación de las Celdas UNI y NNI
103
Figura 6.9 Establecimiento de conexión a través de un paso
111
Figura 6.10 Emulación de una LAN física a través de una Red ATMTIR
113
Figura 6.11 La arquitectura de protocolos LANE se puede implementar en los dispositivos de
la red ATM
16.
115
GIGABIT ETHERNET
Figura 7.1 Elementos funcionales de Gigabit Ethernet
119
Figura 7.2 Formato del Marco de Ethernet
120
Figura 7.3 Representación de Gigabit Ethernet según el Modelo de Referencia
OSI
121
Figura 7.4 Actualización de los enlaces switch a switch
125
Figura 7.5 Actualización de los enlaces Switch a Servidor
126
Figura 7.6 Actualización de un Dorsal (Backbone) Fast Ethernet
128
Figura 7.7 Actualización de un troncal de FDDI compartida
129
Figura 7.8 Actualización de computadoras de escritorio de alto desempeño
130
17.
CONCLUSIONES
Figura 8.1 Representación de Resumen
135
SÍNTESIS
La intención de este trabajo es adquirir conocimientos más profundos para el análisis
y comparación de las tecnologías emergentes en redes más prometedoras.
Este trabajo esta dividido en 8 capítulos los cuales se pueden agrupar en tres
bloques.
El primer bloque lo conforman los tres primeros capítulos los cuales nos dan una
base de conocimientos para el entendimiento de los conceptos principales en el área de
redes.
El segundo bloque que son los cuatro capítulos siguientes, nos informan sobre las
características principales de las cuatro tecnologías de redes que se presentan en este trabajo:
? SDH / SONET: Tecnología en redes de transporte que se utiliza principalmente
como infraestructura de compañías prestadoras de servicios de telefonía,
videoenlaces e interconexión de redes.
? Frame Relay: tecnología de conmutación de paquetes de longitud variable que
puede trabajar hasta 45 Mbps. Esta tecnología utiliza técnicas de multiplexaje
estadístico el cual controla el acceso a la red.
? ATM: estándar de la ITU-T (Unión Internacional de Telecomunicaciones, Sector
de Estándares en Telecomunicaciones); para la conmutación de celdas, en
donde la información de múltiples servicios es enviada a través de pequeños
paquetes de longitud fija, llamadas células.
? Gigabit Ethernet: tecnología enfocada en un principio para aliviar la congestión en el
trafico de datos entre dispositivos de redes locales de datos.
Por último se presenta el capítulo de Conclusiones.
ABSTRACT
The purpose of this work is to acquire deeper knowledge for the analysis and comparison of
the emergent technologies in more promising networks.
This work is divided in 8 chapters which can be grouped on three blocks.
The first block is composed by the first three chapters which give basic knowledge for the
understanding of the main concepts in the networks areas.
The second block that is the four following chapters give us information on the basic
characteristics of the four technologies of networks that appear in this work:
?
SDH / SONET: Technology that transport information in a network that is mainly used
like infrastructure of lending companies of services of telephony, videolinks and
interconnection of networks:
?
Frame Relay: technology of commutation packages of variable length that can work up to
45 Mbps. This technology uses techniques of statistical multiplexaje that controls the
access to the network.
?
ATM: standard of the ITU-T (International Telecommunications Unio n, Section of
Standards in Telecommunications); for the commutation of cells, where the information of
multiple services is sent through small packages of fixed length, that are called cells.
?
Ethernet Gigabit: technology focused to help the congestión in deal of data between
devices of local networks.
Finally, it is showed the conclusion chapter.
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
El área de redes y telecomunicaciones es una de las de mayor crecimiento y
desarrollo, tanto en investigación como en productos comerciales, lo que hace difícil
mantener un curso estructurado sin grandes cambios en contenido. Esto lleva como
consecuencia que el manejo y traslado de información entre computadoras de diversos
tipos sea una tarea compleja.
Ante este problema de interconexión de computadoras,
la ISO (International
Organization for Standarization) creó en 1977 un marco de referencia para el desarrollo
de estándares universales. El sistema que lo usara, sería un sistema abierto y por tanto
interconectable, modelo OSI (Open Systems Interconnection), norma ISO 7498.
1.1 Antecedentes
El modelo de referencia OSI, describe cómo se transfiere la información desde una
aplicación de software en una computadora a través del medio de transmisión hasta
una aplicación de software en otra computadora. OSI, es un modelo conceptual
compuesto de 7 capas.
En la primavera de 1983, el modelo básico para OSI (ISO 7498) se transformó en un
estándar internacional y comenzó la tarea de definir estándares para cada una de sus
capas, y que los nuevos estándare s se desarrollaran bajo el concepto del modelo.
Actualmente se considera el modelo principal de arquitectura para la comunicación
entre computadoras.
La tarea de este estándar es dividir el problema de la interconexión en partes
pequeñas que se llaman capas o niveles. De ésta forma se podrá desarrollar
procedimientos estandarizados para cada tarea. Cada capa es razonablemente
individual, por lo que las tareas asignadas a cada capa se pueden implementar de
manera independiente, Esto permite que las soluciones ofrecidas por una capa se
puedan actualizar sin afectar a las demás. De ésta forma se formaron siete capas o
niveles, pero ¿cuándo o cómo se crearon cada una de las capas?. Según el Modelo de
Referencia OSI, los conceptos seguidos fueron los siguientes:
?
Una capa se creará en situaciones donde se necesita un nivel diferente de
abstracción.
?
Cada capa deberá efectuar una función bien definida.
?
La función que realizará cada capa deberá seleccionarse tomando en cuenta la
minimización del flujo de información a través de las interfaces.
? El número de capas deberá ser lo suficientemente grande para que funciones
diferentes no tengan que ponerse juntas en la misma capa, pero también deberá
ser lo suficientemente pequeño para que su arquitectura no sea difícil de
manejar.
1.1.1 Conceptos que OSI define
Servicio: Conjunto de operaciones que un nivel provee al nivel superior. El servicio
define “que” operaciones puede ejecutar el nivel, pero no dice cómo se implementan.
Protocolo: Conjunto de reglas que gobiernan el formato y significado de las Unidades
de Datos del Protocolo (PDU), ya sean frames (marcos), paquetes, mensajes o
datagramas, que son intercambiados por las entidades de una capa. Las entidades
utilizan protocolos para implementar la definición de sus servicios.
N o de Capa
Nombre de la Capa
Características
Encontramos la semántica de la
7
Aplicación
información, de cómo nos viene
representada la información
Realiza los trabajos de compresión y
6
Presentación
cifrado de la información, intentando
estandarizar la representación (ASCII y
otros)
Esta capa cubre desde el "login" inicio
de una sesión de trabajo hasta el
5
Sesión
"logout". Es una de las capas menos
importantes pero realizará funciones de
sincronización entre otras que no
puedan hacer las capas inferiores.
A través de los encabezamientos de la
4
Transporte
trama y su información, nos asegura
una comunicación fiable de extremo a
extremo.
3
Red
Tiene funciones de control y
direccionamiento.
Asegura una comunicación de tramas o
de conjunt os de bits. De alguna manera
2
Enlace
encapsula los bits recibidos marcando
un inicio y un final. Esta capa está
subdividida en dos subcapas (LLC y
MAC)
Buscamos la normalización total de
1
Físico
toda la maquina; conectores, pines,
cableado, estructura, etc.
7
Aplicación
6
Presentación
5
Sesión
4
Transporte
3
Red
2
Enlace de datos
1
Física
Tabla 1.1 Capas del Modelo OSI y sus características
Figura 1.1 Modelo de Referencia OSI
Las siete capas del modelo de referencia OSI se pueden dividir en dos categorías:
Capas Superiores y Capas inferiores.
Las Capas Superiores del modelo OSI tiene que ver con la aplicación y en general
están implementadas sólo en software. La capa superior, la de aplicación, es la más
cercana al usuario final. Tanto los usuarios como los procesos de la capa de aplicación
interactúan con aplicaciones de software que contienen un componente de
comunicación. El término de capa superior se usa a veces para referirse a cualquier
capa que este sobre otra capa en el modelo OSI.
Las Capas Inferiores del modelo OSI manejan lo concerniente a la transferencia de
datos. Las capas física y de enlace de datos se encuentran implementadas hardware y
software. En general las otras capas inferiores están implementadas únicamente en
software. La capa inferior, la física, que es la más cercana al medio de transmisión de la
red física, es la responsable de colocar la información en el medio de transmisión.
Aplicación
Aplicación
Presentación
(Capas superiores)
Sesión
Transporte
Red
Transporte de datos
(Capas inferiores)
Enlace de datos
Física
Figura 1.2 División del Modelo OSI
1.2 El modelo OSI y la comunicación entre sistemas
La información que se transfiere de una aplicación en software en un sistemas de
computadoras a una aplicación en software en otra computadora, debe pasar a través
de cada una de las capas del modelo OSI. Si, por ejemplo, una aplicación en software
en un sistema A tiene información para transmitir a una aplicación en software en el
sistema B, el programa de apli cación en el sistema A transferirá su información a la
capa de aplicación (Capa 7) del sistema A. Ésta, entonces, transferirá la información a
la capa de presentación (Capa 6), la cual transferirá la información a la capa de sesión
(Capa 5), y así sucesivamente hasta la capa Física (Capa 1).
En ésta última, la
información se coloca en el medio de transmisión de la red física y se envía al sistema
B. Posteriormente la capa Física del sistema B quita la información del medio físico y,
posteriormente, su capa física transfiere la información hasta la capa de Enlace de
Datos (Capa 2), que la transfiere hacia la capa de Red (Capa 3), y así sucesivamente
hasta que la información llega a la capa de Aplicación (Capa 7) del sistema B.
Finalmente ésta última capa transfiere la información al programa de aplicación receptor
para completar el proceso de comunicación.
1.2.1 Interacción entre las capas del modelo OSI
Por lo general una capa determinada del modelo OSI se comunica con otras tres
capas OSI: la capa ubicada directamente sobre ella, la capa ubicada directamente
debajo de ella y su capa equivalente en el otro sistema de computadoras en red. Por
ejemplo, la capa de Enlace de Datos del Sistema A se comunica con la capa de Red y
con la capa Física del Sistema A y, además, con la capa de enlace de datos en el
Sistema B.
A
Aplicación
Aplicación
Presentación
Presentación
Sesión
Sesión
Transporte
Transporte
Red
Red
Enlace de datos
Enlace de datos
Física
Física
B
Figura 1.3 Las capas del Modelo OSI se comunican con otras capas
Para ilustrar las funciones de las capas OSI, se puede hacer una analogía entre los
procesos que se desarrollan en una red y una llamada telefónica:
1. Un medio físico (la línea telefónica) enlaza los dos equipos de comunicaciones, y la
capa 1 (Física) asegura que las señales vocales sean transformadas en señales
eléctricas adecuadas para ser transmitidas en un extremo de la línea y que las
señales recibidas se conviertan de nuevo en señales audibles en el otro extremo de
la línea. La capa 1 define el tipo de conector que deben de tener los aparatos
telefónicos, el propósito de cada pin del conector y los niveles de señal en el interfaz
del sistema telefónico.
2. La capa 2 (Enlace) garantiza que siempre que una palabra no sea claramente
recibida, se indicará esta situación al emisor para que la retransmita. La clave de
este proceso se acordará de antemano. Si el sistema permite conversaciones de
más de 2 usuarios, la capa 2 definirá el proceso para controlar quien habla.
3. La capa 3 (Red) establece la llamada proporcionando un mecanismo para
conectarse con el número de la persona con la que desea comunicar el que llama.
Al oír el timbre se descue lga el teléfono y comienza la comunicación.
4. Cuando la llamada se ha establecido, la capa 4 (Transporte) se emplea para
asegurar que los mensajes solicitados se envían sin pérdidas. Si la calidad de la
línea se degrada, ambas partes pueden acordar interrumpir la llamada colgando y
una de ellas volverá a llamar para establecer de nuevo la comunicación.
5. En la capa 5 (Sesión) se proporcionan protocolos que permiten al que llama
establecer una sesión con otra persona de la oficina a la que se llama, preguntando
por esa persona e identificándose. Se establece un flujo de control entre ambas
personas que están hablando entre sí.
6. En la capa 6 (Presentación) se resuelven los problemas del lenguaje. Si ambas
partes no hablan la misma lengua, pero ambas conocen el esperanto, se puede
especificar que la conversación se desarrolle en esperanto. Si el asunto es
confidencial,
se puede acordar el empleo de cables para identificar algunos
términos.
7. La capa 7 (Aplicación) depende de la forma en que las dos personas que se
comunican deseen intercambiarse el mensaje.
8. Ahora veamos la comunicación entre dos sistemas objetivamente. Tenemos dos
sistemas, Sistema A y Sistema B los cuales tienen información que intercambiar.
SISTEMA A
SISTEMA B
7
7
6
6
1
1
RED
Medio Físico
Figura 1.4 Relación entre las capas del Modelo OSI
Como habíamos visto, la aplicación en software del Sistema A se comunica con la
capa 7 del Sistema A, ésta capa se comunica con la 6 y así hasta que encuentra la
Capa 1. Esta capa se encarga de colocar la información en el medio físico de la red. Al
llegar la información a la capa 1 del Sistema B, esta pasa la información a la capa 2,
ésta a la 3 y así hasta que llega a la capa 7 en donde se comunica con la aplicación en
software de este Sistema.
El objetivo dentro de esta comunicación es que cada capa de un sistema se
comunique con su capa homóloga en el otro sistema, Sistema A con Sistema B y
viceversa. Esto es necesario ya que cada capa tiene una tarea que debe realizar y el
resultado de esta tarea la debe comunicar a su homóloga en el otro sistema.
Esta comunicación se realiza añadiendo una Información de Control, esta
información se llama Encabezado.
SISTEMA A
SISTEMA B
Unidades de
7
7
Información
6
6
5
5
4
4
3
Encab
2
Medio Físico
Encab
Información
1
Encab
Informa.
Información
3
2
1
RED
Figura 1.5 Los encabezados y los datos se encapsulan durante el intercambio de
información
1.2.1.1
Capa física
La Capa Física se ocupa de la transmisión de bits a o
l largo de una canal de
comunicación. Su Diseño debe asegurar que cuando un extremo envía un bit con un
valor de 1, éste se reciba exactamente como un bit con ese valor en el otro extremo, y
no como un bit de valor de 0.
Los problemas de diseño a considerar aquí son los aspectos mecánico, eléctrico, de
procedimiento de interfase y el medio de transmisión física que se encuentra bajo la
capa física.
Resumiendo las funciones principales son las siguientes:
?
Transmisión de flujo de bits a través del medio. No existe estructura alguna.
?
Maneja voltajes y pulsos eléctricos.
? Especifica cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de
transmisión.
?
Aspectos mecánicos y eléctricos de la interfase de red.
1.2.1.2
Capa enlace
La tarea primordial de la Capa de Enlace consiste en, a partir de un medio de
transmisión común y corriente, transformarlo en una línea sin errores de transmisión
para la capa de red (transito confiable de datos a través del enlace de red). Esta tarea
la realiza al hacer que el emisor troce la entrada de datos en tramas de datos (formada
por octetos) y las transmita en forma secuencial y procese las tramas de asentamiento,
devueltas al receptor.
Recae sobre la Capa de Enlace la reacción o reconocimiento de los límites de la
trama. Esto puede llevarse a cabo mediante la inclusión de un patrón de bit especial al
inicio y al fin de la trama.
Corresponde a esta capa resolver los problemas causados por daño, pérdida o
duplicidad de tramas.
Resumiendo, las funciones principales son las siguientes:
?
Estructura el flujo de bits bajo un formato predefinido llamado trama.
?
Para formar una trama, el nivel de enlace agrega una secuencia especial de bits
al principio y al final del flujo inicial de bits.
?
Transfiere tramas de una forma confiable libre de errores (utiliza reconocimientos
y retransmisión de tramas).
?
Provee control de flujo.
El Instituto de Ingenieros en Electrónica y Electricidad (IEEE) ha subdividido la capa de
Enlace de Datos en dos subcapas: LLC (Control de Enlace Lógico) y MAC (Control de Acceso a
Medios).
Subcapa
LLC
Capa de enlace
de datos
Subcapa
MAC
Figura 1.6 La capa de enlace de datos contiene dos subcapas.
La subcapa LLC de la capa de Enlace de Datos administra las comunicaciones entre los
dispositivos unidos por un enlace individual de red.
La subcapa LLC está definida en la
especificación IEEE 802.2 y soporta los servicios orientados y no orientados de conexión,
utilizados por los protocolos de las capas superiores. El IEEE 802.2 define varios campos en las
tramas de la capa de Enlace de Datos que permiten que varios protocolo s de las capas superiores
compartan un solo enlace físico de datos. La subcapa MAC de la capa de Enlace de Datos
administra el protocolo de acceso al medio de transmisión físico de la red. La especificación
IEEE MAC define las direcciones MAC, las cuales permiten a múltiples dispositivos identificarse
de manera única entre sí en la capa de Enlace de Datos.
1.2.1.3
Capa red
La capa de red se ocupa del control de la operación de la subred. Un punto de suma
importancia en su diseño, es la determinación sobre cómo enrutar los paquetes de
origen al destino.
Si en un momento dado hay demasiados paquetes presentes en la subred, ellos
mismos se obstruirían mutuamente y darían lugar a un cuello de botella. El control de
tal congestión dependerá también de la Capa de Red.
Resumiendo, las funciones principales son las siguientes:
?
Divide los mensajes de la capa de transporte en paquetes y los ensambla
al final.
?
Utiliza el nivel de enlace para el envío de paquetes: un paquete es
encapsulado en una trama.
?
Enrutamiento de paquetes.
?
Envía los paquetes de nodo a nodo usando ya sea un circuito virtual o
como datagramas.
? Control de congestión.
1.2.1.4
Capa transporte
La función principal de la capa de transporte consiste en aceptar los datos de la
capa de sesión, dividirlos, siempre que sea necesario, en unidades más pequeñas,
pasarlos a la capa de red y asegurar que todos ellos lleguen correctamente al otro
extremo.
Bajo condiciones normales, la capa de transporte crea una conexión de red distinta
para cada conexión de transporte solicitada para cada sección. Si la conexión de
transporte necesita un gran caudal, ésta podría crear múltiples conexiones de red,
dividiendo los datos entre las conexiones de la red con el objeto de mejorar dicho
caudal.
Resumiendo, las funciones principales son las siguientes:
? Establece conexiones punto a punto sin errores para el envío de mensajes.
? Permite multiplexar una conexión punto a punto entre diferentes procesos del
usuario (puntos extremos de una conexión).
? Provee la función de difusión de mensajes (broadcast) a múltiples destinos.
? Control de flujo.
1.2.1.5
Capa sesión
La Capa de Sesión permite que los usuarios de diferentes máquinas puedan
establecer sesiones entre ellos. A través de una sesión se puede llevar a cabo un
transporte de datos ordinario, tal y como lo hace la capa de transporte, pero mejorando
los servicios que ésta proporciona y que se utilizan en algunas aplicaciones. Una
Sesión podría permitir al usuario acceder a un sistema de tiempo compartido a
distancia, o transferir un archivo entre dos máquinas.
Uno de los servicios de la Capa de Sesión consiste el gestionar el control de diálogo.
Las sesiones permiten que el tráfico vaya en ambas direcciones al mismo tiempo, o
bien, en una sola dirección en un instante dado, la capa de sesión ayud ará en el
seguimiento de quien tiene el turno.
Para caso de algunos protocolos que tienen un "Testigo" o "Estafeta", esta capa se
encarga de la administración del mismo. Es sumamente importante que en dos lados de
una red no traten de realizar la misma operación en el mismo instante.
Otro servicio
de la capa de sesión es la sincronización.
Resumiendo, las funciones principales son las siguientes:
? Permite a usuarios en diferentes máquinas establecer una sesión.
? Una sesión puede ser usada para efectuar un login a un sistema de tiempo
compartido remoto, para transferir un archivo entre dos máquinas, etc.
? Controla el diálogo (quién habla, cuándo, cuánto tiempo, half duplex o full
duplex).
? Función de sincronización.
1.2.1.6
Capa presentación
La Capa de Presentación realiza ciertas funciones que se necesitan, bastante a
menudo, para buscar una solución general para ellas, más que dejar que cada uno de
los usuarios resuelva los problemas.
En particular y, a diferencia de las capas
inferiores, que únicamente están interesadas en el movimiento fiable de bits de un lugar
a otro, la capa de presentación se ocupa de los aspectos de sintaxis y semántica de la
información que se transmite.
La Capa de Presentación está relacionada también con otros aspectos de
representación de la información. Por ejemplo, la compresión de datos se puede utilizar
aquí para reducir el numero de bits que tienen que transmitirse, y el concepto de
criptografía se necesita utilizar frecuentemente por razones de privacidad y de
autenticación.
Resumiendo, las funciones principales son las siguientes:
?
Establece una sintaxis y semántica de la información transmitida.
?
Se define la estructura de los datos a transmitir (v.g. define los campos de
un registro: nombre, dirección, teléfono, etc.)
?
Define el código a usar para representar una cadena de caracteres
(ASCII, EBCDIC, etc.)
?
Compresión de datos.
? Criptografía.
1.2.1.7
Capa aplicación
La Capa de Aplicación contiene una variedad de protocolos que se necesitan
frecuentemente. Otra función de la Capa de Aplicación es la transferencia de archivos.
Distintos sistemas de archivo tienen diferentes convenciones para denominar un
archivo, así como diferentes formas para representar las líneas de texto, etc. Este
trabajo así como el correo electrónico, la entrada de trabajo a distancia, el servicio de
directorio y otros servicios de propósito general y específico, también corresponden a la
capa de aplicación.
Resumiendo, las funciones principales son las siguientes:
? Transferencia de archivos (ftp).
? Login remoto (rlogin, telnet).
? Correo electrónico (mail).
? Acceso a bases de datos, etc.
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS BÁSICOS
DE INTERCONECTIVIDAD
DE REDES
2.1 Definición de una Red de Area Local (LAN)
Una LAN es una red de datos de alta velocidad, tolerante a fallas, que cubre un áre a
geográfica relativamente pequeña.
Por lo general conecta estaciones de trabajo,
computadoras personales, impresoras y otros dispositivos.
2.2 Definición de Red de Area Extensa (WAN)
Una red de área extensa (WAN) utiliza conexiones dedicadas o conmutadas para
conectar computadoras que se encuentran en lugares geográficamente remotos,
demasiados dispersas como para conectarse directamente a una red de área local.
Estas conexiones de área extensa pueden realizarse bien a través de una red publica o
bien a través de una red privada, construida por la misma organización.
Un ruteador envía el trafico desde la red local a través de la conexión de área extensa, hacia el
destino remoto. El ruteador puede estar conectado tanto a una línea analógica como a una línea
digital.
Los ruteadores se conectan a las líneas analógicas a través de un módem o a líneas
digitales a través de Unidades de Servicio de Canal / Unidades de Servicio de Datos
(Channel Service Unit / Data Service Units, CSU/DSU)
El tipo de servicio de
transmisión determina la clase de equipo que el área extensa necesita para su
funcionamiento.
CSU/DS
CSU/DS
LAN
LAN
Figura 2.1 Redes de área extensa (WAN)
2.3 Líneas Dedicadas y líneas Conmutadas
Las redes de área extensa pueden trabajar tanto con líneas dedicadas como líneas conmutada s.
Una línea dedicada es una conexión permanente entre dos puntos que
normalmente se alquila por un tiempo determinado.
Figura 2.2 Servicio de línea dedicada
Chicago
CSU/DSU
Denver
St. Louis
CSU/DSU
CSU/DSU
Los Angeles
Orlando
CSU/DSU
CSU/DSU
Un servicio de línea conmutada no requiere conexiones permanentes entre dos
puntos fijos. En su lugar, permite a los usuarios establecer conexiones temporales
entre múltiples puntos cuya duración corresponde a la de la transmisión de datos.
Chicago
Denver
St. Louis
Los Angeles
Orland
Figura 2.3 Servicio de línea conmutada
Existen dos tipos de servicios conmutados: Servicios de Conmutación de Circuitos y
Servicios de Conmutación de Paquetes.
2.3.1 Servicios de Conmutación de Circuitos:
En una conexión de conmutación de circuitos se establece un canal dedicado,
denominado circuito, entre dos puntos por el tiempo que dura la llamada. El circuito
proporciona una cantidad fija de ancho de banda durante la llamada y los usuarios sólo
pagan por esa cantidad de ancho de banda el tiempo que dura la llamada.
Los Angeles
Boston
P9
P8
P7
P6
P5
P4
P3
P2
P1
Figura 2.4 Red de conmutación de circuitos
Los inconvenientes de este servicio son dos:
1. El ancho de banda es fijo, no manejan adecuadamente las avalanchas de tráfico,
requiriendo frecuentes retransmisiones.
2. Estos circuitos virtuales solo tienen una ruta, sin caminos alternativos definidos.
2.3.2 Servicios de Conmutación de Paquetes
Los servicios de conmutación de paquetes suprimen el concepto de circuito virtual
fijo. Los datos se transmiten paquete a paquete a través del entramado de la red o
nube, de manera que cada paquete puede tomar un camino diferente a través de la red.
Los servicios de conmutación de paquetes son capaces de encaminar paquetes, evitando las
líneas caídas o congestionadas, gracias a la disponibilidad de múltiples caminos en la red.
Chicago
Denver
Boston
P6
P4
Los Angeles
P1
P3
P2
P5
Houston
P7
Figura 2.5 Red de conmutación de paquetes
2.4 Líneas Analógicas
Las líneas analógicas son las típicas líneas de voz desarrolladas
inicialmente para llevar tráfico de voz. Las líneas analógicas son
parte del servicio telefónico tradicional, y como tales, se encuentran
en cualquier lugar. Aunque el tráfico de datos digitales no es
compatible con las señales de portadora analógica, se puede
transmitir tráfico digital sobre líneas analógicas utilizando un
módem, el cual modula señales digitales sobre servicios de portadora
analógica.
2.5 Líneas Digitales
Las líneas digitales están diseñadas para transportar tráfico de
datos, que es digital por naturaleza. Por esta razón, la computadora
no necesitará un módem para montar datos sobre una señal
portadora digital. En su lugar, utilizará un canal de servicio
digital/unidad de servicio de datos (channel service unit / digital
service unit, CSU/DSU), el cual únicamente proporciona una
interfaz a la línea digital. Las líneas digitales pueden transmitir
tráfico de datos a velocidades de hasta 45 Mbps y están disponibles
tanto para servicios dedicados como conmutados.
2.6 Formato de Información
Los datos y la información de control que se transmite a través de las redes puede
tomar varias formas. Los términos
para hacer referencia a estos formatos de
información en la industria de la interconectividad no se utilizan de manera consistente
sino intercambiable. Así tenemos , trama, paquete, datagrama, segmento, mensaje,
celda y unidad de datos, que pertenecen a los formatos comunes de información.
La trama es una unidad de información cuyo origen y destino son entidades de la
capa de enlace de datos. Una trama está compuesta por el encabezado de la capa de
enlace de datos ( y, posiblemente, un finalizador) y los datos de la capa superior. El
encabezado y el finalizador contienen información de control para la entidad de la capa
de enlace de datos en el sistema de destino.
Trama
Encabezado de la
capa de enlace de
Datos de la capa superior
Finalizador de la capa
de enlace de datos
Figura 2.6 Los datos de las capas superiores conforman la trama de la capa
de enlace de datos.
Un paquete es una unidad de información cuyo origen y destino son entidades de la capa de
red. Un paquete se compone de un encab ezado de la capa de red ( y, posiblemente un finalizador)
Paquete
Encabezado de la
Datos de la capa superior
Finalizador de la capa
capa de red
de red
y datos de la capa superior. El encabezado y el finalizador contienene información de control
para la entidad de la capa de red en el sistema de destino.
Figura 2.7 Tres componentes básicos conforman un paquete de la capa de red
El término segmento , en general, se refiere a una unidad de información cuyo
origen y destino son entidades de la capa de transporte.
Un mensaje es una unidad de información cuyas entidades origen y destino están
sobre la capa de red ( a menudo, en la capa de aplicación).
Una celda es una unidad de información de tamaño fijo cuyo origen y destino son
las entidades de la cpa de enlace de datos. Las celdas se utilizan en entornos
conmutados. Una celda se compone de un encabezado e información útil. El
encabezado contiene la información de control para la entidad de destino de la capa de
enlace de datos y tiene 5 bytes de longitud. La información útil contiene datos de la
capa superior que está encapsulada en el ancabezado de la celda y suele tener una
longitud de 48 bytes.
Celda
Información útil
Encabezado de la
celda
(48 bytes)
Figura 2.8 Dos componentes conforman una celda
La longitud de los campos encabezados e información útil siempre es exactamente la
misma para cada celda.
Una unidad de datos es un término genérico que se refiere a varias unidades de
información. Algunas de las unidades de datos que más se utilizan son las SDUs (
Unidades de Datos de Servicio), las unidades de datos de protocolo y las BPUs
(Unidades de Datos de Protocolos de Puente). Las SDUs son unidades de información
de protocolos de las capas superiores que definen una solicitud de servicio a un
protocolo de las capas inferiores. El PDU es un término dentro de OSI que se utiliza
para describir un paquete. Los BPUs son utilizados como mensajes.
2.7 Servicios de Red Orientados y
No Orientados a la Conexión
En general, los protocolos de conectividad de redes y el tráfico de datos que se prestan se
pueden caracterizar como orientados o no orientados a la conexión. En pocas palabras, el manejo
de datos orientados a la conexión implica el uso de una trayectoria específica que se establece
durante el tiempo que dura la conexión. El manejo de datos no orientados a la conexión implica
la transferencia de datos a través de una conexión establecida en forma permanente.
2.8 Direccionamiento en interredes
Las direcciones de interred identifican los dispositivos por separado o como miembros de un
grupo. Los esquemas de direccionamiento varían dependiendo de la familia de protocolos y de la
capa OSI. Los tres tipos de direccionamiento de interred que se utilizan comúnmente son:
direcciones de la capa de enlace de datos, direcciones MAC (Control de Acceso a Medios) y
direcciones de la capa de red.
2.9 Capa de Enlace de Datos
Una dirección de la capa de enlace de datos identifica de manera única cada
conexión física de un dispositivo a la red. A las direcciones de enlaces de datos se les
conoce con los nombres de direcciones físicas o hardware.
En general, los sistemas terminales tienen sólo una conexión física a la red y, por lo
tanto, solamente una dirección a nivel enlace de datos.
Los ruteadores y otros dispositivos de interconectividad de redes tienen múltiples conexiones
físicas de red y, por lo tanto, también tienen múltiples direcciones a nivel de la capa de enlace de
datos.
Sistema terminal
Red
1 interfase
1 dirección de la capa
A
A
Red
D
D
C
Red
Ruteador
4 interfases
4 direcciones de la capa
Figura 2.9 Cada interfase en un dispositivo se identifica únicamente por una dirección de la capa
de enlace de datos
2.10 Direcciones MAC
Las direcciones MAC están formadas por un subconjunto de direcciones de la capa de enlace
de datos. Identifican las entidades de red en las LANs que implementan las direcciones IEEE
MAC de la capa de enlace de datos. Así como sucede con la mayor parte de las direcciones de
enlaces de datos, las direcciones MAC son únicas para cada interfase LAN.
Subcapa
LLC
Direcciones de
Subcapa
MAC
Direcciones
la capa de
MAC
Figura 2.10 Las direcciones MAC, las direcciones a nivel enlace de datos y las subcapas de IEEE
de la capa de enlace de datos, están relacionados entre sí.
Las direcciones MAC tienen 48 bits de longitud y se expresan con 12 dígitos hexadecimales.
Los 6 primeros
dígitos hexadecimales, que son administrados por el IEEE, identifican al
fabricante o proveedor y, por lo tanto, comprenden al OUI (Identificador Único de la
Organización). Los últimos 6 dígitos hexadecimales comprenden el número de serie de la
interfase u otro valor administrado por un proveedor específico. Las direcciones MAC están
grabadas en una ROM (Memoria de Sólo Lectura) y se copian en RAM (Memoria de Acceso
Aleatorio) al inicializarse la tarjeta de interfase.
Dirección MAC
24 bits
24 bits
OUI
Proveedor
asignado
Figura
2.11
Las
direcciones
MAC
contienen
un
formato
único
de
dígitos hexadecimales.
2.11 Direcciones de la Capa de Red
Una dirección de la capa de red identifica una entidad en la capa de red de las capas de OSI.
Las direcciones de red, en general, existen en un espacio jerárquico de direcciones y, a menudo,
se les llama direcciones lógicas o virtuales.
La relación entre una dirección de red y un dispositivo es lógica y no fija. Los
sistemas terminales requieren una dirección de la capa de red por cada protocolo
soportado de la capa de red. Los ruteadores y otros dispositivos de interconectividad de
redes requieren una dirección de la capa de red por cada conexión física a la red, por
cada protocolo soportado de la capa de red.
2.12 Asignación de Direcciones
Las direcciones que se asignan a los dispositivos pueden ser uno de tres tipos:
direcciones estáticas, dinámicas o de servidor. Las direcciones estáticas son asignadas
por un administrador de red de acuerdo con un plan preconcebido de direcciones de
interred. Una dirección estática no cambia hasta que el administrados de red la cambia
manualmente. Los dispositivos obtienen las direcciones dinámicas cuando se conectan
a la red, a través de varios procesos específicos del protocolo. Un dispositivo que utiliza
una dirección dinámica, a menudo tiene una dirección diferente cada vez que se
conecta a la red. Las direcciones asignadas por un servidor se otorgan a los
dispositivos conforme se conectan a la red. Las direcciones asignadas por servidor se
reciclan para que puedan ser reutilizadas a medida que se desconecten dispositivos de
la red.
CAPÍTULO 3
FUNDAMENTOS DE TECNOLOGÍAS
DE REDES DE AREA EXTENSA (WAN)
Como habíamos dicho una red de área extensa es una red de datos que tiene una
cobertura geográfica relativamente grande y suele utilizar las instalaciones de
transmisión que ofrecen compañías portadoras de servicio.
Las tecnologías WAN operan en las tres capas inferiores del modelo de referencia
OSI:
1. La Capa Física.
2.
La Capa de Enlace de Datos.
3.
Y la Capa de Red.
3.1 Enlaces Punto a Punto
Un enlace punto a punto proporciona una sola trayectoria de comunicaciones WAN
preestablecida desde las instalaciones del cliente, a través de una red de transporte
como una compañía telefónica, hasta una red remota. A los enlaces punto a punto
también se les conoce como líneas privadas, puesto que su trayectoria establecida es
permanente fija para cada red remota a la que se llegue a través de las facilidades de
larga distancia.
Estos enlaces proporcionan dos tipos de transmisiones:
? Transmisiones de Datagrama: están compuestas de tramas direccionadas de
manera individual.
? Transmisiones de ráfagas de datos: que están compuestas de una ráfaga de
datos para la que la verificación de direcciones se presenta sólo una vez.
Figura 3.1 Un enlace común punto a punto funciona a través de una WAN hacia
WAN
una red remota
3.2 Conmutación de Circuitos
La conmutación de circuitos es un método de conmutación WAN en el que se
establece, mantiene y termina un circuito físico dedicado a través de una red de
transporte para cada sesión de comunicación.
La conmutación de circuitos maneja dos tipos de transmisiones, iguales que a las de
los enlaces Punto a Punto:
?
Transmisiones de Datagrama: están compuestas de tramas direccionadas de
manera individual.
?
Transmisiones de ráfagas de datos: que están compuestas de una ráfaga de
datos para la que la verificación de direcciones se presenta sólo una vez.
DCE
DCE
WAN
DCE
Figura 3.2 Una WAN de conmutación de circuitos experimenta un proceso similar
al
de una llamada telefónica
3.3 Conmutación de Paquetes
Este método de conmutación WAN en el que los dispositivos de la red comparten un
solo enlace punto a punto para transferir los paquetes desde un origen hasta un destino
a través de una red de transporte
3.4 Circuitos Virtuales
Un circuito virtual es un circuito lógico creado para asegurar una comunicación
confiable entre dos dispositivos de red.
Hay dos tipos de circuitos virtuales: SVC
(Circuitos Virtuales Conmutados) y PVC(Circuitos Virtuales Permanentes).
Los SVC son circuitos virtuales que se establecen dinámicamente por demanda y se
terminan al finalizar la transmisión.
La conmutación a través de un SVC tiene tres fases:
1. El establecimiento del circuito: es la creación del circuito virtual entre los dispositivos
de origen y destino.
2. La transferencia de datos: es la transmisión de datos entre dispositivos entre los
dispositivos a través del circuito virtual.
3. La terminación del circuito: es la desconexión entre los dispositivos de origen y
destino.
Los SVC se utilizan en situaciones donde la transmisión de datos entre los
dispositivos es esporádica, en gran medida porque con los SVC se incrementa el ancho
de banda, debido a las fases de establecimiento y terminación del circuito, pero
disminuyen los costos asociados con la disponibilidad constante del circuito virtual.
Un PVC es un circuito virtual que establece de manera permanente y consta de un
solo modo: transferencia de datos.
Los PVC se utilizan en situaciones donde la
transferencia de datos entre los dispositivos es constante. Con los PVC disminuye el
uso del ancho de banda asociado con el establecimiento y terminación de circuitos
virtuales, pero se incrementan los costos debido a la constante disponibilidad del
circuito virtual.
3.5 Servicios de Marcado de WAN
Los servicios de marcado ofrecen métodos económicos para llevar a cabo
conectividad entre WANs. Las dos implementaciones más comunes son:
? El DDR: es una técnica por medio de la cual un ruteador puede iniciar y terminar,
de manera dinámica, una sesión de conmutación de circuitos a medida que las
estaciones terminales de transmisión lo requiera.
? El Respaldo de Marcación: este es un servicio que activa una línea serial de
respaldo bajo determinadas condiciones. La línea serial secundaria puede actuar
como un enlace de respaldo que se actualiza cuando el enlace principal falla, o
como una fuente que proporciona ancho de banda adicional cuando la carga en
el enlace principal alcanza un cierto umbral.
3.6 Dispositivos WAN
Switch WAN: Este es un dispositivo multipuerto de interconectividad de redes que se
utiliza en las redes de transporte. Por lo gneral, estos dispositivos conmutan tráfico
como de Frame Relay, X.25 o ATM y operan en la capa de enlace de datos del modelo
de referencia OSI.
Switch WAN
Figura 3.3 Dos ruteadores ubicados en los extremos remotos de una WAN se
pueden conectar por medio de switches WAN
Servidor de Acceso: Un servidor de acceso actúa como un punto de concentración
para conexiones de marcación hacia dentro y hacia fuera.
WAN
Servidor de
acceso
Figura 3.4 Un servidor de acceso concentra conexiones de marcación hacia
fuera de una WAN
Modem: Un módem es un dispositivo que interpreta señales analógicas y digitales,
permitiendo de ésta manera que los datos se transmitan a través de líneas telefónicas
sonoras. En el punto de origen las señales digitales son convertidas a una forma
apropiada para su transmisión a través de equipos de comunicaciones analógicos. En
el punto de destino, éstas señales analógicas son convertidas de nuevo a forma digital
original.
Módem
Módem
Figura 3.5 Una conexión por módem maneja señales analógicas y digitales a
través de una WAN
CSU/DSU: Una CSU/DSU (Unidad de Servicio de Canal / unidad de Servicio da Datos)
es un dispositivo de interfase digital ( o a veces, dos dispositivos digitales separados)
que adapta la interfase física de un dispositivo DTE (Equipo Terminal de Datos), como
una terminal, a la interfase del dispositivo DCE (Equipo de Comunicación de Datos),
como un switch, en una red conmutada de transporte. La CSU/DSU también
proporciona la temporización de la señal para la comunicación entre dispositivos.
CSU/DSU
Figura3.6 La unidad CSU/DSU se coloca entre el switch y la terminal.
Adaptador de Terminal ISDN: Un adaptador de Terminal ISDN (Red Digital de
Servicios Integrados) es un dispositivo que se utiliza para conectar la BRI (Interfase de
Tasa Básica) de ISDN con otras interfases, como la EIA/TIA-232. Un adaptador de
terminal es, en esencia, un módem ISDN.
Adaptador de
terminal de
ISDN
Figura 3.7 El adaptador de terminal conecta el ISDN con otras interfaces.
3.7 Puentes y Switches
Los Puentes y Switches son dispositivos de comunicación de datos que operan,
principalmente, en la capa 2 del modelo de referencia OSI. Como tales, se les conoce
ampliamente como dispositivos de la capa de enlace de datos.
El puenteo y la conmutación se presentan en el nivel de enlace de datos, que
controla el flujo de datos, maneja los errores en la transmisión, proporciona el
direccionamiento físico, y administra el acceso al medio físico de transmisión.
Los puentes y switch no son dispositivos complicados. Analiza las tramas entrantes,
toman decisiones de envío con base en la información contenida en las tramas y envían
las tramas a su destino.
La transparencia de protocolos en las capas superiores es una gran ventaja tanto del
puenteo como de la comunicación. Como ambos tipos de dispositivos trabajan a nivel
de capa de enlace de datos, no es necesario que examinen la información de las capas
superiores.
Lo anterior significa que, tanto la función de puenteo como la de
conmutación, pueden direccionar rápidamente, el tráfico que represente cualquier
protocolo de la capa de red.
Los puentes y switches proporcionan algunas ventajas debido a la fragmentación de
redes de gran tamaño en unidades independientes. Como solo una parte del tráfico es
enviado, un puente o switches reduce el tráfico que circula a través de los dispositivos
que están conectados a todos los segmentos.
Los puentes y Switches extienden la longitud efectiva de una LAN, al permitir la
conexión de estaciones distantes que anteriormente no era posible.
Los puentes y switches comparten la mayor parte de sus más importantes atributos,
hay algunas diferencias entre ambas tecnologías.
Los switches son mucho más
rápidos debido a que conmutan en el hardware, en tanto que los puentes lo hace e el
software y también pueden interconectar LANs con diferentes anchos de banda.
Así mismo, los switches pueden soportar una densidad mayor de puertos que los
puentes. Algunos switches soportan la conmutación rápida, que reduce la latencia y los
retardos en la red, mientras que los puentes soportan solamente conmutación de tráfico
de tipo almacenar y reenviar. Por último, los switches disminuyen las colisiones en los
segmentos de la red debido a que ofrecen un ancho de banda dedicado exclusivamente
a cada segmento de la red.
3.7.1. Tipos de Puentes
De acuerdo con un esquema de clasificación, los puentes pueden ser:
? Locales: estos puentes proveen una conexión directa entre múltiples segmentos
de LAN en la misma área.
? Remotos: conectan múltiples segmentos de LAN en áreas diferentes, en general,
a través de líneas de comunicación
3.7.2. Tipos de Switches
Los switches son dispositivos de la capa de enlace de datos que, como los puentes
permiten la interconexión de múltiples segmentos físicos de LAN en una sola red de
gran tamaño.
Los switches utilizan tanto la conmutación de almacenar y enviar como la
conmutación rápida para reenviar trafico. Hay varios tipos de switches entre los que se
encuentran:
? Switches ATM: éstos switch ofrecen una conmutación a alta velocidad y anchos
de banda que pueden incrementarse en el grupo de trabajo, la troncal de la red
corporativa y en un área de gran cobertura.
Los switches ATM soportan
aplicaciones de voz, vídeo y datos y están diseñados para conmutar unidades de
información de tamaño fijo que se llaman celdas, las cuales se utilizan e las
comunicaciones de ATM.
? Switchs LAN: éste se utiliza para interconectar segmentos múltiples de LAN. La
conmutación en LAN representa una comunicación dedicada, libre de colisiones
entre los dispositivos de la red, que puede soportar múltiples conversaciones
simultáneas. Los switch LAN estan diseñados para conmutar tramas de datos a
altas velocidades.
3.8 Sistemas PDH
3.8.1. Antecedentes
La invención del teléfono sucedió en 1876, a partir de entonces comenzaron a
constituirse por todo el mundo redes telefónicas. La transmisión analógica de la voz
presentaba serias dificultades tales como atenuación, ruido, amplificación no lineal y
distorsión. Por esta razón, se busco la forma de convertir la señal de la voz, a una
señal digital.
La transmisión digital se enfrentaría a los mismos problemas que la transmisión analógica,
sólo que los superaría con mayor facilidad. Esto se debe a que los equipos pueden detectar más
fácilmente la presencia o ausencia de un pulso con dos niveles de voltaje solamente, que la
amplitud de voltaje constantemente variable de una señal analógica.
La transmisión de la voz se inició en 1962, cuando la AT&T instaló por primera vez
en todo el mundo el primer sistema de transmisión digital denominado T1. Este sistema
se instaló en el área de Chicago Illinois, Estados Unidos. El método empleado para
convertir la señal analógica de la voz a una señal digital
fue el método PCM,
Modulación de Pulsos Modificados – Pulse Code Modulation, desarrollado en 1939 en
los Laboratorios Bell de la AT&T por A. H. Reeves.
La gran ventaja de la transmisión digital es que emplea los mismos medios de
transmisión empleados por los anteriores por los anteriores sistemas de transmisión
analógicos de la voz. Los medios de transmisión existentes en esa época eran el cable
par trenzado, cable coaxial, cable submarino, enlaces de microondas y de satélite.
Debido al incremento en la demanda de líneas telefónicas se hizo necesario crear
cada vez más sistemas de transmisión digital de voz con mayor capacidad de
transporte, a fin de satisfacer tales demandas. De esta manera, se tienen una gran
variedad de sistemas de transmisión digital con muy diversas capacidades, tanto en el
sistema de telefonía americano, como en el sistema de telefonía europeo.
3.8.2. Definición
PDH es el conjunto de sistemas de transmisión digital desarrollados inicialmente en
1962 para la transmisión digital de la voz, pero que con el paso del tiempo fueron
empleados para transmitir otros tipos de información como voz o vídeo.
El término PDH comenzó a emplearse para hacer referencia a todo el conjunto de
sistemas de transmisión digital existentes, tanto del sistema de telefonía amaricano,
como del europeo.
PDH Jerarquía Digital Plesiócrona - Plesiochronous Digital Hierarchy. El término
jerarquía digital se debe a que en PDH los sistemas de transmisión digital se agrupan
en niveles jerárquicos, según su capacidad de transporte.
Los sistemas de transmisión digital evolucionaron de diversas formas, en diversas
partes del mundo, por ejemplo, Japón adoptó el sistema de telefonía americano
desarrollado por la AT&T en los Estados Unidos, en tanto , Francia adoptó el sistema
de telefonía europeo, desarrollado por la CCITT para toda Europa.
Nivel Jerárquico
Estados Unidos
Europa
0
56 kbps
64 kbps
(1)
(1)
1.544 Mbps
2.048 Mbps
1
X 24
2
(24)
6.312 Mbps
X 30 (30)
8.448 Mbps
X4
3
(96)
44.736 Mbps
X7
(672)
4
X 4 (120)
34.368 Mbps
X 4 (1920)
132.264 Mbps
X 4 (1920)
No definido
274 Mbps
X6
1.
(4032)
565 Mbps
X 4 (7680)
El nivel jerárquico 0 indica un canal de voz digitalizada en PCM, el cual es de 64 kbps, para Estados Unidos y
56 kbps para Europa.
2.
Los números entre paréntesis indican el número de canales de voz digital que puede transportar el canal en ese
nivel jerárquico, según método de modulación PCM.
3.
Los números que multiplican indican, la cantidad de canales del nivel anterior que se van a multiplicar para
formar el canal del nivel actual.
4.
El nivel no definido se le denomina así debido a que no esta reconocido pro la ITU, anteriormente CITT.
Tabla 3.1 Comparación de Nivel Jerárquico entre E.U. y Europa
Al primer sistema de transmisión digital que se instaló en Chicago Illinois, Estados Unidos, se
le llamó T1, el cual agrupa 24 canales de voz digitalizada según el método PCM. Al primer
sistema de transmisión digital que se instaló en Europa se le llamó E1, el cual agrupa 30 canales
de voz digitalizada según el método PCM. Conforme se desarrollaron nuevos sistemas de
transmisión digital con mayor capacidad de transporte, se siguió con la misma nomenclatura. En
el sistema de telefonía americano se les denomino T2 y T3 a los sistemas de transmisión digital
de los niveles jerárquicos segundo y tercero, respectivamente, en tanto, en el sistema de telefonía
europeo se les denominó E2, E3 y E4 a los sistemas de transmisión digital de los niveles
jerárquicos segundo tercero y cuarto respectivamente.
De esta manera, podemos resumir que la nomenclatura que ese emplea en PDH para los
sistemas de transmisión digital (sistemas portadores) y los canales de transporte es la siguiente:
?
En el sistema telefónico americano, se emplea la nomenclatura T + n para referirse
a los sistemas portadores y DS + n para referirse a los canales de transporte.
?
En el sistema telefónica europeo, se emplea la nomenclatura E + n para referirse
tanto a los sistemas portadores, como a los canales de transporte.
?
En donde: n es el nivel jerárquico PDH y DS significa Señal Digital (Digital Signal).
3.8.3. Forma de Operación
El término plesiócrono describe la forma en que operan los equipos de los sitemas
de transmisión digital.
Plesiócrono (del griego plesios: cercano, próximo, casi; y chronos: tiempo). Este
término se emplea en el campo de las telecomunicaciones para describir cuando los
equipos operan sin estar sincronizados entre sí.
En la jerarquía Digital Plesiócrona PDH, cada equipo multiplexor opera con respecto
a su propio reloj de referencia interno, en vez de que todos funciones con respecto a un
reloj de referencia común. Debido a esto, los equipos no están sincronizados entre sí,
aún y cuando todos los relojes tienen los mismos niveles de tolerancia de operación.
Por esta razón, se dice que los equipos en los sistemas de transmisión digital PDH
operan en forma plesiócrona, ya que cada uno opera con respecto a un reloj de
referencia propio, en lugar de operar con respecto a un reloj de referencia común.
El método de multiplexión empleado en los sistemas de transmisión digital T1 y E1
es el de Multiplexión de Canales por División de Tiempo, TDM. En este método se
asigna un espacio de tiempo específico para que cada canal DSO o EO pueda
transmitir su información.
El método de multiplexión empleado en los sistemas de transmisión digital T2 / E2, y
superiores, es el de Multiplexión de bit en bit por División de Tiempo. En este método, se
combinan en forma alternada un bit de información de cada canal que se multiplexa. Para el caso
de los sistemas de transmisión digital T2 y E2, se combinan en forma alternada un bit de cada
canal uno del cuatro canales DS1 o E2, respectivamente.
CAPÍTULO 4
SONET / SDH
4.1 Definición
SONET y SDH son los dos estándares de transmisión digital desarrollados a finales de la
década de 1980 con el propósito de satisfacer las nuevas exigencias de comunicación, las cuales
requerían que existiera una amplia variedad de velocidades de transmisión disponibles (anchos de
banda flexibles).
Para el caso de SONET, éste es un acrónimo de Synchronous Optical NETwork y es un
estándar que define a una señal utilizada en redes de fibra óptica. Este estándar fue desarrollado
por ECSA (Exchange Carriers Standards Association) para la ANSI (quien establece los
estándares de telecomunicaciones y otros tipos dentro los Estados Unidos) y también está
incluida en las recomendaciones de la UIT-T para la jerarquía de SDH.
En el caso de SDH, éste es un acrónimo de Synchronous Digital Hierarchy y es un estándar
que define a una señal utilizada en redes de fibra óptica. Este estándar fue realizado por la Unión
Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) y está basada en el trabajo desarrollado por la
Bellcore, por la ECSA y por la ANSI (American Nationa l Standards Institute) para la red
síncrona SONET.
El trabajo realizado finalizó con las recomendaciones G.707, G.708 y G.709 de la Unión
Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) concernientes a SDH que posteriormente se
unificaron en marzo de 1996 como la Recomendación G.707.
En Norteamérica, la ANSI publicó éstos estándares como SONET , siendo un sub - estándar
de los estándares mundiales de SDH de la UIT-T.
4.2 SONET y SDH según el Modelo de Referencia OSI
Las redes SONET y SDH, según el Modelo OSI, son únicamente sistemas de transporte de
información, por lo que están referidas a la primera capa de este modelo.
Capa Física: Esta capa se refiere a todas las conexiones físicas entre los diversos
dispositivos de los nodos de una red, a través de los cuales viaja la información y se encarga de
todas las funciones pertinentes para que el transporte de información se lleve a cabo. Tales
funciones van desde los esquemas de multiplexión, códigos de transmisión por línea, niveles de
voltaje de la señal en la línea de transmisión, entre tantos más. Por ésta razón, los sistemas de
transmisión digital SONET y SDH están referidas a la capa física del Modelo OSI.
APLICACIÓN
PRESENTACIÓN
SESIÓN
TRANSPORTE
RED
ENLACE
FÍSICA
SONET / SDH
Figura 4.1 SDH / SONET según el Modelo de Referencia OSI
4.3 Antecedentes
Un aspecto muy importante de las redes SONET y SDH es que ambas fueron diseñadas para
ser empleadas como medio de transmisión en la fibra óptica, aprovechando así todas las ventajas
que esta ofrece, siendo la principal el ancho de banda que se puede alcanzar.
El estándar de red SONET fue desarrollado para satisfacer las exigencias de los nuevos
servicios de comunicación según el modelo americano, mientras que SDH fue desarrollado para
el resto del mundo como también el americano.
El canal de transporte o primer nivel que sirve como base en SONET es el nivel STS-1
(Synchronous Transport Signal – Señal de Transporte Síncrono), el cual tiene una velocidad de
51.84 Mbps. Para el caso de SDH el canal de transporte o primer nivel que sirve como base es el
STM-1 (Synchronous Transfer Module – Módulo de Transferencia Síncrono), el cual tiene una
velocidad de 155.52 Mbps.
Los niveles o canales de mayor capacidad se forman a partir de los niveles base y como
múltiplos de éstos, STS 1 X N y STM 1 X N.
El estándar comenzó para cumplir los siguientes propósitos:
?
Compatibilidad entre equipos.
?
Conectar redes Síncronas.
?
Mejorar la Operación, Administración, Mantenimiento y Previsión. (OAM&P)
El sub estándar SONET define niveles de Portadoras Opticas (Optical Carrrier, OC) y que
equivalen eléctricamente al transporte de señales síncronas (STS) basado en la jerarquía de
transmisión en fibras ópticas.
La razón del por qué las velocidades del STS -1 y STM-1 son diferentes, se deben a las
diferencias entre los sistemas de transmisión digital americano y europeo. En el sistema
americano, el canal DS-3 tiene una velocidad de 44.736 Mbps, por lo que en SONET el canal
STS-1 tiene una velocidad de 51.84 Mbps. En tanto, en el sistema europeo, el canal E4 tiene una
velocidad de 139.264 Mbps, por lo que en SDH el canal STM-1 tiene una velocidad de 155.52
Mbps.
Sin embargo, como se podrá observar , SONET y SDH convergen a partir de los canales STS 3 y STM-1, ambos tienen como velocidades de transmisión 155.52 Mbps. Esto trae como
consecuencia que, en teoría, las redes SONET y SDH pueden interconectarse entre sí.
Tasa
SDH
SONET
SONET
MB/s
Nomenclatura
Nivel
Optico
Equivalente
Capacidad
SDH
Capacidad
SONET
Eléctrico
51.84
STM -“0”
OC-1
STS-1
28 DS1 ó 1 DS3
155.52
STM -1
OC-3
STS-3
63 E1 ó 1E4
84 DS1 ó 3 DS3
622.080
STM -4
OC-12
STS-12
252 E1 ó 4E4
336DS1 ó 12
DS3
2488.32
STM -16
OC-48
STS-48
1008 E1 ó 16
1344 DS1 ó 48
DS3
E4
Tabla 4.1 Tasa de Transmisión de Línea y equivalencias entre SONET y SDH
4.4 Encabezado de SDH
El estándar SDH fue desarrollado en base a capas. Las funciones de información y
transmisión se encuentran divididas en capas, las cuales son:
Figura 4.2 Secciones en las que se divide un enlace SDH / SONET
Ruta
Sección de Multiplexaje
Sección de Multiplexaje
Sección de
Sección de
Sección de
Sección de
Regeneración
Regeneración
Regeneración
Regeneración
ADM
PTE
REG
Terminación
Terminación
de Ruta
de Sección
O
DCS
Terminación de Sección
REG
PTE
Terminación
Terminación
de Sección
de Ruta
de Multiplexaje
Servicio (2Mb,
Donde:
Servicio
Mapeo 140 Mb,..)
PTE = Elemento terminador de ruta
Mapeo
MUX = Multiplexor Terminal
Desmapeo
Desmapeo
REG = Regenerador
ADM = Multiplexor de Insersión / Omisión
?
Sección de Regeneración: contiene información necesaria para los
elementos localizados en los extremos de la sección de comunicación.
?
Sección de Multiplexaje: contiene información necesaria entre los equipos
de multiplexaje consecutivos.
?
Ruta: El Encabezado de Ruta es asignado y transportado con la carga de
información desde el momento en el que éste es creado por e l equipo de ruta de
terminación hasta que la carga de información es demultiplexada en el extremo
final en una sección del equipo de ruta de terminación
4.5 Términos y Definiciones
Para entender mejor la lectura, definimos términos a continuación:
Contenedor Virtual-n (VC-n): Un contenedor virtual es la estructura de información
utilizada para soportar conexiones de capa de Ruta. Consta de campos de información de cabida
útil de información y el encabezado de Ruta.
Unidad Administrativa -n (AU-n): Una unidad administrativa es la estructura de información
que proporciona la adaptación entre la capa de trayecto de orden superior y la capa sección de
multiplexación. Consta de una cabida útil de información (el contenedor virtual de orden
superior) y un puntero de unidad administrativa que señala el desplazamiento del comienzo de la
trama de cabida útil con relación al comienzo de la trama de la sección de multiplexación.
También se denomina grupo de unidades administrativas (AUG) a una o más unidades
administrativas que ocupan posiciones fijas y definidas en el campo de carga útil del STM o STS.
Contenedor: Un contenedor es la estructura de información que forma la carga útil de
información para un contenedor virtual. Para cada uno de los contenedores virtuales definidos
existe el correspondiente contenedor.
Interfaz de Nodo de Red (NNI): Interface situada en un nodo de red que se utiliza para la
interconexión con otro nodo de red.
Puntero: Indicador cuyo valor define el desplazamiento de un contenedor virtual con respecto a
la referencia de la trama en el que es transpostado.
Concatenación: Procedimiento en una multiplicidad de contenedores virtuales que se asocian
unos a otros de modo que su capacidad combinada puede utilizarse como un contenedor sencillo
en el que se mantiene la integridad de la secuencia de bits.
Correspondencia SDH: Procedimiento por el que se adaptan afluentes a contenedores
virtuales.
Multiplexación SDH: Procedimiento por el que varias señales de capa de trayecto de orden
inferior se adaptan a un trayecto de orden superior, o por el que múltiples señales de capa de Ruta
de orden superior se adaptan a una sección de multiplexación.
4.6 Forma de Operación.
El término síncrono describe la forma como operan los equipos en las redes SONET y SDH.
? Síncrono (del griego syn: con, chronos: tiempo). Este término se emplea en el campo de
las telecomunicaciones para describir cuando los equipos operan con respecto a un reloj
común, es decir, están sincronizados entre sí.
En las redes SONET y SDH, cada equipo de la red opera con respecto a un reloj de referencia
común, por lo que todos los equipos están sincronizados entre sí. El reloj de referencia común
que se utiliza en las redes SONET y SDH es un reloj atómico Stratum 1, el cual tiene una
exactitud y estabilidad extremadamente alta.
La sincronización en las redes SONET y SDH esta organizada en forma jerárquica, en donde
el reloj átomico Stratum 1 es el de mayor nivel y al cual están referidos todos los demás relojes
de los niveles inferiores.
Debido a que en una red SONET o SDH todos los equipos operan de manera síncrona, las
velocidades de transmisión de los canales de transporte no varían en lo absoluto. Esto permite
que se puedan agrupar varios canales de transporte STS -1 o STM-1, sin la necesidad de emplear
bits de justificación, como en los sistemas de transmisión digital PDH. Por ejemplo, en una red
SONET la velocidad del STS-1 permanecerá siempre en 51.84 Mbps, por lo que es posible que se
puedan agrupar fácilmente varios canales STS -1 para formar un canal de mayor capacidad.
Por esta razón, se puede extraer fácilmente un canal individual de cierta capacidad (por
ejemplo un STS-1) de un canal de mayor capacidad (STS -n).
Para proveer el tipo de servicio de comunicación adecuado se emplea un adaptador de
servic io (interface), el cual específica el ancho de banda requerido.
Un adaptador de servicio transfiere (mapea) la información del usuario al área de información
del STS-1 o del STM -1. Cuando la información del usuario está contenida en un canal PDH, el
adaptador de servicio primero transfiere la información a un Tributario Virtual VT en una red
SONET o a un Contenedor Virtual VC en una red SDH y después se multiplexan junto con otros
Tributarios Virtuales VT o Contenedores Virtuales VC, según sea el caso, para formar un canal
de mayor capacidad.
STS-1
STS-n
51.84
OC-
Mbps
Interface de
Adaptación al
D S-1
- (28 max por STS-1)
Interface de
Multiplexor
E/O
Adaptación al
D S-3
- (1 max por STS-1)
STS -n
CLK
Vel.= n X 51.84 Mbps
Interface de
Adaptación al
STS-Nc
(concatenados
Figura 4.3 Multiplexión de SONET
4.7 Estructura Básica de Marcos SONET y SDH
4.7.1. Formato del Marco de SDH
Como habíamos dicho, para SDH, el nivel básico y la velocidad de transmisión es un STM-1
que es 155.52Mbps.
Los niveles superiores de transmisión son múltiplos de ésta tasa de
transmisión. Por ejemplo, un STM-4 son 4 veces un STM -1, 4 x 155.52 =622.080 Mbps
270 Columnas
STM-1
1080 Columnas
STM-4
1
2
3
9 Renglones
4
5
6
7
8
9
Unidad Administrativa
Contenedor
Encabezado
Encabezado
Virtual
de Ruta
Figura 4.4 Construcción de un marco STM-1
El formato del marco del STM-1 es descrito usualmente como una matriz de 9 filas de 270
bytes cada uno (270 columnas X 9 Filas). La señal es transmitida byte por byte, comenzando por
primer byte y examinando de izquierda a derecha, desde la primera fila hasta la fila 9. El marco
completo es transmitido en 125 microsegundos.
En las siguientes figuras se muestran las secciones de los encabezados de la Sección de
Regeneración y de Multiplexación.
4.7.2. Formato del Marco de SONET
Para el caso de SONET, el nivel básico y la velocidad de transmisión es un STS-1 que es
51.84 Mbps. Lo s niveles superiores de transmisión de son múltiplos de ésta tasa de transmisión.
90 es muyColumnas
El formato del marco del STS-1,
parecido al STM-1 de SDH. La diferencia radica en
el número de columnas
1
de la matriz. Esta matriz está formada por 9 filas de 90 columnas cada
2
3
una (90 columnas X 9 Filas). Igualmente la señal es transmitida byte por byte, comenzando por
9 Renglones
primer byte y examinando
de izquierda a derecha, desde la primera fila hasta
la fila 9. El marco
4
5
6
completo es transmitido en 125 microsegundos.
7
8
9
Encabezado
Unidad Administrativa
Encabezado
Contenedor
de Ruta
Virtual
Figura 4.5 Construcción de un marco STS -1
4.7.3. Encabezado de Sección
El encabezado de sección esta dividido en las partes en las que consta un enlace
SONET/SDH
Sección del Regenerador
1
A1
A1
90 A1
Columnas
A2 STS-1A2
A2
J0
2
B1
E1
F1
3
1
2D1
D2
D3
Z0
Z0
3
4
4H1
5
5
6B2
7
K1
K2
6
8D4
9
Unidad Administrativa
D5
D6
7
D7
D8
D9
8
D10
9
S1
H1
H1
H2
Encabezado D11
de Ruta
H2
H2
H3
9 Renglones
H3
H3
ContenedorD12
Virtual
E2
Sección de Multiplexaje
Figura 4.6 Subdivisiones de la Sección del Encabezado
4.7.3.1. Descripción de los Bytes del Encabezado de Sección
Alineación de marco: A1, A2
Para la alineación del marco se definen dos tipos de bytes:
? A1: 11110110
? A2: 00101000
La palabra de alineación de marco de un marco STM-N se compone de 3 ? N bytes A1 seguidos
de 3 ? N bytes A2.
Encabezado de sección de regenera ción: J0 - El byte J0 se asigna a una encabezado de
sección de regeneración. Este byte se utiliza para transmitir de manera repetitiva el identificador
de punto de acceso de sección, de tal modo que un receptor de sección pueda verificar la
continuidad de su conexión con el transmisor pretendido.
Reserva: Z0 - Estos bytes, que están ubicados en las posiciones se reservan para una futura
normalización internacional.
Paridad con entrelazado de bits 8 (BIP-8): B1 - Se asigna un byte para la supervisión de
errores en la sección de regeneración. Esta función es un código de paridad con entrelazado de
bits 8 (BIP -8) que utiliza paridad par. La BIP-8 se calcula en base a todos los bits de la trama
STM-N precedente y se sitúa en el byte B1 del marco en curso.
Circuito de órdenes: E1, E2 - Estos dos bytes pueden utilizarse para proporcionar canales de
circuito de órdenes para comunicaciones vocales. E1 es parte de la Sección de Regeneración y
puede accederse a él en los regeneradores. E2 es parte de la Sección de Multiplexión y puede
accederse a él en las terminaciones de sección de multiplexación.
Canal de usuario: F1 - Este byte está reservado para utilizaciones propias del usuario (por
ejemplo, conexiones temporales de canales de datos y voz para fines de mantenimiento
especiales).
Canal de comunicación de datos (DCC): D1-D12 - Se define un canal a 192 kbit/s
utilizando los bytes D1, D2 y D3 como DCC de sección de regeneración. Se define un canal a
576 kbit/s utilizando los bytes D4 a D12 como DCC de sección de multiplexación.
BIP-N? 24: B2 - Los bytes B2 se asignan para una función de supervisión de errores de sección
de multiplexación. La BIP-N ? 24 se calcula en base a todos los bits de la trama STM-N
precedente, excepto para las tres primeras filas de Sección de Encabezado, y se sitúa en los bytes
B2.
Canal de conmutación de protección automática (APS): K1, K2(bits 1 a 5) - Se
asignan dos bytes para la señalización de APS para la protección de la sección de
multiplexación.
MS-RDI: K2 (bits 6 a 8) - La indicación de error distante en la sección de
multiplexación (MS-RDI) se utiliza para devolver al extremo de transmisión la
indicación de que el extremo de recepción ha detectado un error de sección, o
está recibiendo una señal de indicación de alarma de sección de multiplexación .
La MS-RDI se genera insertando un código "110" en los bits 6, 7 y 8 del byte K2.
Estado de sincronización: S1 (bits 5 a 8) - Los bits 5 a 8 del byte se asignan para
mensajes de estado de sincronización.
Indicación de error distante de sección de multiplexación (MS -REI): M1 - Se
asigna un byte para su utilización como indicación de error distante (REI) de
sección de multiplexación.
4.7.3.2. Punteros
La fila 4 de las columnas 1 a 9 ? N de los marcos de SONET y SDH están disponibles para
punteros de las Unidades Administrativas. Recordemos que las Unidades Administrativas son
los punteros mas la información que se encuentran en el contenedor.
El puntero de la unidad administrativa proporciona un método para permitir una alineación
flexible y dinámica del contenedor virtual dentro del espacio de la unidad administrativa.
La alineación dinámica significa que se permite al contenedor "flotar" dentro del espacio de la
unidad administrativa. Así, el puntero es capaz de absorber las diferencias no solamente en las
fases, sino también en las velocidades de los marcos.
1
A1
2
B1
E1
F1
3
D1
D2
D3
4
H1
5
B2
K1
K2
6
D4
D5
D6
7
D7
D8
D9
8
D10
D11
D12
9
S1
A1
H1
A1
H1
A2
H2
A2
H2
A2
H2
J0
H3
Z0
Z0
H3
H3
E2
PUNTEROS
Figura 4.7 Ubicación de los punteros en la Sección del Encabezado
Punteros H1 y H2: Estos dos bytes, el Puntero de la carga de información, especifican la
localización del contenedor virtual dent ro del espacio de la unidad administrativa. Es utilizado
para alinear los encabezados de sección del contenedor virtual y del STS-1 o STM-1 para llevar a
cabo una justificación.
Puntero H3: este byte es utilizado para la justificación en frecuencia. Dependiendo del valor
del puntero, el byte es utilizado para ajustar los “buffer” de entrada. El byte uncicamente
transporta información válida en el caso de justificación negativa, de otra forma no es válida.
4.7.3.2.1.
Rellenamiento Negativo
Cuando la velocidad del contenedor virtual es demasiada alta en relación a la velocidad del
marco STS -1 o STM-1, el valor de los bit 8, 10, 12, 14, y 16 del puntero es invertido (a estos bits
se les conocen como D-bits, o bits de Decremento). Periódicamente, cuando el contenedor de
información cuenta con un bit de menos estos bits son invertidos, indicando que el rellenamiento
negativo debe ocurrir. Ya que el alineamiento de los contenedores avanza en tiempo, la capacidad
del recubrimiento debe ser desplazado hacia delante. De éste modo, la información real es escrita
en el byte H3 (dentro del Encabezado). Esto se conoce como rellenamiento negativo.
4.7.3.2.2.
Rellenamiento Positivo
Por el contrario, cuando la velocidad del contenedor es demasiado baja en la relación con la
velocidad del marco STS-1 o STM-1, los bits 7, 9, 11, 13, y 15 del Puntero (H1 y H2) son
invertidos dentro del marco ( a estos bits se les conocen como I-bits o bits de Incremento).
Periódicamente, si el contenedor cuenta con un bit de menos, el valor de estos bits es invertid o,
indicando que un rellenamiento debe ocurrir. Un byte adicional es rellenado, permitiendo el
alineamiento del contenedor para que éste se sincronize. Esto se conoce como rellenamiento
positivo y el byte de relleno esta formado por bits que no representa n ninguna información. El
byte de relleno positivo real inmediatamente sigue al byte H3 (esto es, el byte de relleno está
dentro de la porción contenedor).
4.7.3.3. Descripción de los Bytes del Encabezado de Ruta
J1
B3
C2
H4
G1
F2
Z3
Z4
Z5
Encabezado de
Encabezado
Sección
de Ruta
Figura 4.8 Ubicación del Encabezado de Ruta dentro de la carga de Información
El Encabezado de Ruta es asignado y transportado con la carga de información desde el
momento en el que éste es creado por el equipo de ruta de terminación hasta que la carga de
información es demultiplexada en el extremo final en una sección del equipo de ruta de
terminación.
El encabezado es transportado con contenedor virtual (VC) STS-1 o STM-1. El
encabezado de ruta se encuentra en los renglones 1 al 9 de la primera columna del
Contenedor. Byte por byte, el Encabezado de Ruta se muestra a continuación:
J1 – Byte de trazo de ruta STM - Este byte programable por el usuario transmite
repetidamente una cadena con formato E.164 de 64 o 16 bytes. Esto permite a la
terminal receptora dentro de la ruta verificar su conexión continua a la terminal emisora.
B3 – Byte de código de paridad intercalado de la Ruta (Ruta BIP-8)
Este es
un código de paridad (par), utilizado para determinar si un
error de transmisión ha ocurrido sobre la ruta. Ese valor es
calculado considerando el total de bits del Contenedor
Virtual (VC) previo, antes de ser codificado.
C2 – Byte de etiqueta de la señal
- Este byte es utilizado para indicar
si el STM no ha sido equipado (valor =0) o no equipado
(valor=1)
G1 – 1 Byte de Status de Ruta
- Este byte es utilizado para indicar el
status de la terminación de la ruta y el desempeño del equipo
de terminación de la ruta que lo origino. Por lo tanto la ruta
duplex puede ser monitoreada por completo desde cualquier
extremo o desde cualquier punto.
F2 – Byte de Canal del Usuario de la Ruta
- Este byte es utilizado para
la comunicación del usuario con el resto de los elementos de
la ruta.
H4 – Byte indicador de multitrama de la Unidad Tributaria (TU)
proporciona
un
indicador
de
multitrama
- Este byte
para
los
contenedores de la carga de información. En la actualidad,
es utilizado sólo para cargas de información estructuradas.
Los byte Z3, Z4 y Z5 son bytes reservados para el crecimiento.
4.8 Elementos de Redes SDH
4.8.1. Multiplexor de Inserción/Omisión
El Multiplexor de Inserción-Omisión (ADM) proporciona interfaces entre diferentes señales
de la red y señales SDH. El multiplexaje monoetapa puede multiplexar/demultiplexar una o más
señales Tributarias (2Mb) dentro/desde una señal STM-n. Esta puede ser utilizada en sitios
terminale s, sitios intermedios (Inserción-Omisión) o en configuraciones con concentradores.
OC - n
OC - n
Lí neas de
I nt erf as e
Int erf as e
Mat ric ial
ASI C
I nterf as e
Lí neas de
Mat ric ial
I nt erf as e
SR AM
Enc abezado y
Encabez ado y
Matriz
Punt o de proces am ient o
Punt o de proc esam ient o
C ont rolador
C ont rolador
I n ter fase d e al ta veloci d ad
I nter fase d e al ta velo ci dad
Sis t em a de BUS
MPU
C ont rolador
C ACH E
Formateo a
SONET
Mape o de Carga út il
Rel oj
Sistema
Interfase de Inserción
de control
Reloj de
Interfase de baja velocidad
distribución
Figura 4.9 Diagrama de Bloques de un Multiplexor de Insersión/Omisión
4.8.2.
Crosconexión Digital de Banda Amplia
La Conexión Digital de banda Amplia (W.DCS) es una crosconexión que termina señales
SDH y 140 Mb, así como también posee la funcionalidad básica de las crosconexiónes de los
niveles TU y 2 Mb. En una Crosconexión Digital de Banda Amplia, la conmutación es realizada
en el nivel TU.
Las características del W-DCS
facilitan diferentes
aplicaciones.
Debido
a
que
automáticamente pueden crosconectar TU’s y 2 Mb’s, el W-DCS puede ser utilizado como un
sistema de manejo de red.
4.8.3.
Crosconexión Digital de Banda Ancha
La Crosconexión Digital de Banda Ancha crosconecta varias señales SDH y 140 Mb. Esta
accesa a las señales STM-1 y conmuta en este nivel.
La Crosconexión Digital de Banda Ancha puede realizar 2 formas de Crosconexión en los
níveles 140 Mb, STM -1 y STM-n. Se utiliza mejor como un concentrador SDH, donde puede ser
utilizado para preparar el STM-1 para propósitos de reestablecimiento o para ruteo de tráfico.
4.8.4.
Concentrador (Hub)
La arquitectura del concentrador transporta la señal SDH y la señal de servicio hacia un
punto central y los reenruta hacia sus destinos correctos. Esta función del concentrador puede ser
completada con una crosconexión digital o con la combinación de multiplexores de
Insersión/omisión. Esta puede operar en cualquier red SDH o nivel
concentrador, existe una gran variedad de rutas de servicio posibles.
de servicio. Con un
Subsistema de
R eloj de dis t ribuc ión
OC-n
Lí neas de
Encabez ado y
Interfase
I nt erf as e de
Punt o de
Matricial
ASI C
C ont rolador
SRAM
Lí neas de
DSn
Formateo a SONET y Map eo
I nt erf as e de
d e C a rg a ú t i l
Subsistema
C ont rolador
Matricial
Subsistema de I/O
Rel oj
M PU
In te rfas e
C ACH E
S e ri al
Su b si stema d e C o n tr o l
Terminales Administrativas
Figura 4.10 Diagrama de Sistema de Crosconexión
MUX
Ruta
TE
DCS
AMD
MUX
Ruta
Figura 4.11 Diagrama de Bloques de un Concentrador
4.9 Arquitectura de Redes SDH
4.9.1. Punto a Punto
Ruta TE
R GEN
R GEN
R GEN
Ruta TE
Figura 4.12 Diagrama de enlace Punto a Punto
La arquitectura Punto a Punto representa la red más simple posible. Esta consiste de al menos
2 elementos de red con un enlace SDH entre ellos. Ligeramente más complejo, las versiones de
larga distancia pueden tener repetidores o regeneradores.
Este tipo de red de fibra óptica ha sido utilizada por más de una década. A pesar de que las
tasas de transmisión se han ido incrementando, la arquitectura se ha mantenido sin cambios.
4.9.2.
Ruta TE
R GEN
Punto a Multipunto
ADM
Ruta TE
Figura 4.13 Diagrama de enlace Punto a Multipunto
El incluir un Multiplexor de Inserción/Omisión en una red Punto a Punto hace posible contar
con una arquitectura que ofrece nuevas facilidades. La estructura Punto a Multipunto es una
arquitectura inteligente. Si se envía una señal hacia un punto intermedio de la red, el multiplexor
es capaz de extraerla sin necesidad de interrumpir el flujo del resto de la información.
4.9.3.
Anillo (Ring)
AMD
AMD
AMD
AMD
Figura 4.14 Diagrama de Anillo
Una de las posibilidades más comentadas en el mundo SDH es la arquitectura de anillo. La
estructura de anillo representa un remedio de implementación de red. Sí una sección se avería, el
anillo puede mantnerse en completa funcionalidad y enviar el tráfico en otra dirección. Los
puntos a lo largo del anillo son multiplexores de Inserción/Omisión, dando a la red gran
flexibilidad. Puede existir un máximo de 16 multiplexores.
De esta manera, es posible contar con varias rutas de servicio.
4.10 Arquitectura de Protección en redes SONET/SDH
4.10.1. Protección de Acceso 1:1
Equipo en uso
Protección
Condición Normal
Equipo en uso
Protección
Equipo en uso
Protección
FUENTE
DESTINO
Condición de Falla
Figura 4.15 Representación de enlaces con líneas de protección 1:1
En la conmutación de protección 1:1, existe un equipo de protección (línea de respaldo) para
cada equipo en uso.
En la fuente, la señal óptica es muestreada en forma permanente, y dividida en dos
señales y éstas son enviadas sobre la línea en uso y sobre la de respaldo en forma
simultánea obteniéndose de ésta forma una señal en uso y otra de respaldo idénticas.
En el receptor, ambas señales son monitoreada en forma independiente. El equipo
receptor selecciona cualquier de las 2 señales. Esta selección esta basada en criterios
de la conmutación válidos tanto en la situación de falla como en el degradamiento de la
señal.
La conmutación es revertida cuando la falla es corregida, de lo contrario
permanecería hecha la conmutación.
4.10.2. Protección de Acceso 1:N
Equipos en uso
Equipo de Protección
Equipos en uso
Equipo de Protección
Figura 4.16 Representación de enlaces con líneas de protección 1:N
En una conmutación de protección 1:N puede existir un equipo de respaldo o N
equipos. Este rango es de 1 a 14 equipos. En la conmutación de protección, las
señales ópticas son enviadas normalmente sólo sobre los equipos en uso mientras que
el equipo de respaldo se mantiene libre hasta que falla algún equipo en uso.
CAPÍTULO 5
FRAME RELAY
5.1 Definición de Frame Relay
Frame Relay es un protocolo de conmutación de paquetes que conecta dos o más redes de área
local a través de una red pública de conmutación de paquetes.
En esencia, una trama procedente de una LAN se inserta en, o se encapsula en,
una trama Frame Relay. A continuación se transmite por la red Frame Relay hasta la
LAN de destino.
Frame Relay es un protocolo WAN de alto desempeño que opera en las capas físicas y de
enlace de datos del modelo de referencia de OSI.
Frame Relay es un ejemplo de tecnología de conmutación de paquetes. En las redes que
utilizan ésta tecnología, las estaciones terminales comparten el medio de transmisión de la red de
manera dinámica, así como el ancho de banda disponible. Los paquetes de longitud variables se
utilizan en transferencias más eficientes y flexibles. Posteriormente, estos paquetes se conmutan
entre los diferentes segmentos de la red hasta que llegan a su destino. Las técnicas de
multiplexaje estadístico controlan el acceso a la red en una red de conmutación de paquetes. La
ventaja de ésta técnica es que permite un uso más flexible y eficiente del ancho de banda.
5.2 Estandarización de Frame Relay
La propuesta inicial para la estandarización de Frame Relay se presentó al CCITT (Comité
Consultivo Internacional de Telefonía y Telegrafía) en 1984. Sin embargo, por su falta de
interoperabilidad y estandarizac ión, Frame Relay no tuvo gran aceptación a fines de los años 80.
En 1990 ocurrió un gran desarrollo en la historia de Frame Relay cundo las compañías Cisco,
Digital Equipment, Northern Telecom y Strata Com formaron un consorcio para aplicarse al
desarrollo de la tecnología Frame Relay. Dicho consorcio desarrolló una especificación que
conformó el protocolo básico de Frame Relay que se estaba analizando en el CCITT, pero
ampliaba el protocolo con características que ofrecían facilidades adicionales, entornos complejos
de interconectividad de redes. A estas extensiones de Frame Relay se les conoce en conjunto
como LMI (Interfase de Administración Local).
La ANSI y el CCITT estandarizaron, posteriormente, sus propias variaciones a la
especificación LMI original.
A nivel internacional, la tecnología Frame Relay fue estandarizada por la ITU-T (Unión
Internacional de Telecomunicaciones, Sector Telecomunicaciones).
Aplicación
Aplicación
Presentación
Presentación
Sesión
Sesión
Transporte
Transporte
Red
Red
Enlace de datos
Enlace de datos
Física
Física
Estación
Estación
Procesamiento de paquetes Frame Relay
origen
destino
Figura 5.1 Ubicación de Frame Relay en el Modelo de Referencia
OSI
5.3 Antecedentes
Frame Relay fue concebido originalmente como un protocolo para uso sobre interfases ISDN (
interfaces para la Red Digital de Servicios Integrados) . Las propuestas iniciales a este efecto
fueron
presentadas
al
Internacional
Telecommunication
Union
Telecommunication
Standardization Sector (ITU - T) (antiguamente llamado CCITT, Comité Consultivo
Internacional para Telegrafía y Teléfonos) en 1984. En ésta época los trabajos sobre Frame Relay
también fueron emprendidos por el American National Standards Institute (ANSI).
Los estándars ANSI T1.606 y T1.618 definen los procedimientos del núcleo de
Frame Relay: éstos procedimientos son usados para manejar las tramas de datos de
usuario en un nodo de red Frame Relay. El estándar ANSI T1.617 define los
procedimientos de mantenimiento para las redes Frame Relay. Estos especifican los
tipos de mensajes intercambiados entre una terminal de usuario y un nodo a través del
cual él se conecta a la red. El anexo D de este estándar define los procedimientos
aplicables a los circuitos virtuales permanentes (PVCs).
Antes de que surgiera el estándar ANSI T1.617 anexo D, un consorcio de
compañías definió un mecanismo para el manejo de los PVC Frame Relay, llamado LMI
(Link Managament Interface). El LMI define una funcionalidad similar a la definida más
tarde por el estándar ANSI y actualmente es un estándar ampliamente soportado en las
redes Frame Relay existentes.
Frame Relay utiliza técnicas de multiplexión estadística para insertar datos
procedentes de diversas fuentes en las dependencias del cliente y transmitirlos a la red
Frame Relay. Esencialmente, la multiplexión estadística suministra a la red el ancho de
banda bajo demanda, es decir, la red es capaz de obtener el ancho de banda que
necesita cuando lo necesita sin tener que reservar por adelantado este ancho de
banda y mantenerlo sin usar hasta que se requiera.
Cada paquete Frame Relay contiene la información de direccionamiento que la red
emplea para encaminarlo a través de las centrales de conmutación.
Es posible implementar Frame Relay, utilizando bien las redes privadas o bien los
servicios de un suministrador público.
El resultado es el envío de paquetes de datos a una velocidad de hasta
45 Mbps.
Frame Relay se basa en el principio de conmutación de paquetes, lo que le hace muy adecuado para aplicaciones
de datos. En Frame Relay, los datos se dividen en tramas de longitud variable que contienen las direcciones de
destino. A continuación, estas tramas son remitidas a la red Frame Relay para su transferencia. En apariencia este
funcionamiento parece idéntico al de conmutación de paquetes . De hecho, la verdadera diferencia entre Frame Relay
y conmutación de paquetes se encuentra bajo superficie: la conmutación de paquetes opera en el nivel 3 del modelo
OSI, mientras que Frame Relay opera en el nivel 2.
5.4 Dispositivos de Frame Relay
Los dispositivos conectados a una WAN Frame Relay están dentro de una de dos
categorías generales: DTE (Equipo Terminal de Datos) y DCE (Equipo de Conmutación
de Datos). Los DTEs, es general, se consideran “equipo de terminal” para una red
específica y, por lo general, se localizan en las instalaciones de un cliente.
Los DCE son dispositivos de interconectividad de redes propiedad de la compañía de larga
distancia. El propósito del equipo DCE es proporcionar los servicios de temporización y
conmutación en una red, que son en realidad los dispositivos que transmiten datos a través de la
WAN.
Figura 5.2 Los
DCE residen
Switch
WAN
de paquetes
Frame Relay
en las WAN,
DTE
DTE
cuya
operación
DCE
está a cargo
de una
compañía de
Host de
la red
DTE
larga
distancia.
La
conexión entre un dispositivo DTE y un DCE consta de un componente de la capa física
y otro de la capa de enlace de datos. El componente físico define las especificaciones
mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimiento para la conexión entre
dispositivos.
El componente de la capa de enlace de datos define el protocolo que establece la conexión
entre los dispositivos DTE, que puede ser un ruteador y el dispositivo DCE, que puede ser un
switch.
5.5 Multiplexión estadística y ancho de banda bajo
demanda
Frame Relay fue diseñada para tratar eficientemente el tráfico de ráfagas. La naturaleza de
gran parte del tráfico en las redes Frame Relay es en ráfagas, lo que significa que la mayoría del
tiempo los dispositivos transmiten pocos datos, o incluso no transmiten nada. En vez de
desperdiciar el dinero en ancho de banda no utilizado para un gran número de conexiones a
ráfagas, Frame Relay facilita a los administradores de red la posibilidad de conectar varias
conexiones de este tipo al mismo segmento. La estrategia se basa en que en muy pocas ocasiones
dos o más conexiones enviarán una ráfaga de tráfico al mismo tiempo y en que, cuando alguna de
las conexiones lo haga, existirá suficiente capacidad de almacenamiento intermedio en el
manejador Frame Relay para capturar las tramas y transmitirlas cuando el ancho de banda se
libere.
La multiplexión estadística es una técnica para intercalar datos procedentes de distintos
dispositivos en una única línea de transmisión.
A cada dispositivo con datos para transmitir se le concede una ranura de transmisión en la red.
Sin embargo, si el dispositivo no tiene nada que transmitir, su ranura de ancho de banda se cede a
una estación que sí tenga datos para transmitir. Así es como Frame Relay acomoda el tráfico que
supera la velocidad de información comprometida de suscriptor – hace uso del ancho de banda no
utilizado en ese momento por otras estaciones de la red.
Figura 5.3 Multiplexación Estadística
1
2
Multiplexor
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
2
3
1
2
estadístico
Cuando las estaciones transmiten,
obtienen igual acceso a la red
Estaciones
transmisoras
1
2
Multiplexor
3
4
Estaciones
transmisoras
1
2
3
1
estadístico
Cuando las estaciones no transmiten, no se reserva ancho de
banda para ella. Las estaciones que sí transmiten utilizan todo el
ancho de banda disponible.
3
5.6 Formato de Trama
La trama definida por el protocolo para usar en Frame Relay está basada en un subconjunto
esencial del protocolo de acceso de enlace D (LAP-D) el cual está definido para ISDN. Bajo
Frame Relay, las tramas son llamadas también unidades de datos de protocolo (PDUs). El
protocolo Frame Relay permite para la PDU:
?
Delimitación de la trama, alineamiento, transparencia, proporcionada por HDLC
y cero bits inserción/extracción.
?
Verificación de la integridad de la trama, proporcionado por la secuencia de
chequeo de trama (FCS). El FCS es generado por código estándar de control
cíclico redundante de CCITT de 16-bits.
?
Direccionamiento Frame Relay, usando 2, 3 o 4 bytes de cabecera. Un bit de
dirección extendida es reservado en cada byte para indicar si le sigue otro o no.
?
Control de congestión de la información. El indicador de eligibilidad de descarte
(DE) proporciona un mecanismo de prioridad de dos niveles, en el cual la más
baja prioridad de tráfico es descartada primero en caso de congestión en la red.
El bit “forward explicit congestion notification” (FECN) y el bit “backward explicit
congestion notification” (BECN) notifican al usuario final de la congestión que hay
en la red.
El paquete Frame Relay consiste de un byte delimitador, seguido de 2-4 bytes de dirección, 2
bytes de verificación de integridad de datos (FCS), y un último byte de limitador.
Delimitador
1 byte
Dirección
Información
FCS
Delimitador
2-4 bytes
Variable
2 byte
1 byte
(4 Kbytes o menor)
Figura 5.4 Representación del Paquete Frame Relay
Delimitador = 01111110
DLCI( 6 bits de orden superior)
CIR
EA=0
Revisado por
switch de FR
DLCI( 4 bits de orden inferior)
FECN
BECN
DE
EA=1
Información
Carga útil de datos (longitud variable)
transparente
para el
er
FCS (1 octeto)
do
Revisado por
FCS (2 octeto)
switch de FR
Delimitador = 01111110
Figura 5.5 Formato de Trama
El campo dirección está descrito debajo. El campo información contiene los datos de usuario.
La secuencia de control de trama (FCS) es generada usando el polinomio de 16-bit estándar de
CCITT (CRC).
El campo dirección del paquete Frame Relay puede ser 2, 3, o 4 bytes de largo. Los
posibles formatos del campo dirección son los siguientes:
DLCI( 6 bits de orden superior)
DLCI( 4 bits de orden inferior)
FECN
BECN
Figura 5.6 Campo Dirección Tipo 1
CIR
E/A=0
DE
E/A=1
DLCI( 6 bits de orden superior)
DLCI( 4 bits de orden inferior)
FECN
BECN
DLCI( 6 bits de orden superior)
CIR
E/A=0
DE
E/A=0
DIC
E/A=1
CIR
E/A=0
DE
E/A=0
Figura 5.7 Campo Dirección Tipo 2
DLCI( 6 bits de orden superior)
DLCI( 4 bits de orden inferior)
FECN
BECN
DLCI( 7 bits)
DLCI( 6 bits de orden superior)
E/A=0
DIC
E/A=1
Figura 5.8 Campo Dirección Tipo 3
La longitud del campo dirección es determinada por el bit de dirección extendida (E/A). Si el
E/A bit es 0, sigue otro byte de dirección. El byte final de dirección tiene E/A puesto a 1. El bit
mandato/respuesta (commando/response) (C/R) está definido para alineamiento con paquetes
LAP-D, pero no es usado para Frame Relay. Los bits FECN y BECN son usados para notificar
que hay congestión en la red. El bit de eligibilidad de descarte, DE, puede ser usado o por el
usuario o por la red para proporcionar un mecanismo de prioridad a dos niveles. En caso de
congestión las tramas con DE = 1 serán descartadas primero. El bit indicador de control/DLCI
(D/C) determina si los seis bits de menor orden deben ser interpretados como bits DLCI de
menor peso o como bits de control.
La mayoría de los campos de dirección constan del identificador de conexión de
enlace de datos (DLCI). El DLCI es equivalente al identificador de circuito virtual (VCI)
usado en redes X.25. La dirección completa de 23 bit sirve como modo de
direccionamiento global. Los modos más compactos de direccionamiento sirven para
limitar la generalidad de la trama cabecera cuando el usuario no utiliza direccionamiento
global; por ejemplo cuando un usuario solo conecta con otros usuarios locales dentro
de una misma organización. Esto es análogo al uso de las extensiones cortas de
teléfonos.
5.7 Circuitos Virtuales Frame Relay
Frame Relay ofrece comunicación de la capa de enlace de datos orientada a la
conexión. Esto significa que hay una comunicación definida entre cada par de
dispositivos y que estas conexiones están asociadas con el identificador de conexión.
Este servicio se implementa por medio de un circuito virtual Frame Relay, que es una
conexión lógica creada entre dos DTE (Equipos Terminales de Datos) a través de una
Red de Conmutación de Paquetes de Frame Relay.
Los circuitos virtuales ofrecen una trayectoria de comunicación bidireccional de un
dispositivo DTE a otro y se identifica de manera única por medio del DLCI ( Identificador
de Conexión del Enlace de datos). Se puede multiplexar una gran cantidad de circuitos
virtuales en un sólo circuito físico para transmitirlos a través de la red. Con frecuencia
esta característica permite conectar múltiples dispositivos DTE con menos equipo y una
red menos compleja.
Un circuito virtual puede pasar por cualquier cantidad de dispositivos intermedios
DCE (switches) ubicados en la red Frame Relay.
Los circuitos virtuales Frame Relay caen dentro de dos categorías: SVCs (Circuitos Virtuales
Conmutados) y PVCs (Circuitos Virtuales Permanentes).
5.7.1. Circuitos Virtuales Conmutados
Los SVCs son conexiones temporales que se utilizan en situaciones donde se requiere
solamente de una transferencia datos esporádica entre los dispositivos DTE a través de la red
Frame Relay. La operación de una sesión de conmutación a través de un SVC consta de cuatro
estados:
? Establecimiento de la llamada: Se establece el circuito virtual entre dos
dispositivos DTE Frame Relay.
? Transferencia de datos: Los datos se transmiten entre los dispositivos DTE a
través del circuito virtual.
? Tiempo de Ocio : La conexión entre los dispositivos DTE aún está activa, sin
embargo no hay transferencia de datos. Si un SVC permanece en estado ocioso
por un periodo definido de tiempo, la llamada puede darse por terminada.
? Terminación de la llamada: Se da por terminado el circuito virtual entre los
dispositivos DTE.
Una vez finalizado un circuito virtual, los dispositivos DTE deben establece un nuevo SVC si
hay más datos que intercambiar.
5.7.2. Circuitos Virtuales Permanentes
Los PVCs son conexiones establecidas en forma permanente, que utilizan en
transferencias de datos frecuentes y constantes entre dispositivos DTE a través de la
red Frame Relay. La comunicación a través de un PVC no requiere los estados de
establecimiento de llamada y finalización que se utilizan con los SVCs. Los PVCs
siempre operan en alguno de los estados siguientes:
? Transferencia de datos: Los datos se transmiten entre los dispositivos DTE a
través del circuito virtual.
? Tiempo de Ocio: Ocurre cuando la conexión entre los dispositivos DTE aún está
activa, pero no hay transferencia de datos. A diferencia de los SVCs, los PVCs no
se darán por finalizados en ninguna circunstancia ya que se encuentran en un
estado ocioso.
Los dispositivos DTE pueden comenzar la transferencia de datos en cuanto estén listos, pues
el circuito está establecido de manera permanente.
5.8 Identificador de Conexión del Enlace de Datos
Los circuitos virtuales Frame Relay se identifican a través de los DLCIs
(Identificadores de Conexión del Enlace de Datos). Normalmente los valores de DLCI
son asignados por el proveedor del servicio Frame Relay.
Los DLCIs Frame Relay tienen un significado local, lo que significa que los valores en sí mismos no son únicos
en la WAN Frame Relay; por ejemplo, dos dispositivos DTE conectados a través de un circuito virtual, pueden usar
un valor diferente de DLCI para hacer referencia a la misma conexión.
5.9 Mecanismos de Control de la Saturación
Frame Relay reduce el gasto indirecto de la red, al implementar mecanismos simples de notificación de la
saturación, más que un control de flujo explícito por cada circuito virtual.
La tecnología Frame Relay implementa dos mecanismos de notificación de la saturación:
? FECN (Notificación de la Saturación Explícita Hacia delante)
? BECN ( Notificación de la Saturación Explícita Hacia Atrás)
Tanto FECN como BECN son controlados por un solo bit incluido en el encabezado
de la trama Frame Relay. Éste también contiene un bit DE (Elegibilidad para Descarte),
que se utiliza para identificar el tráfico menos importante que se puede eliminar durante
periodos de saturación.
El mecanismo FECN inicia en el momento en que un dispositivo DTE envía tramas Frame
Relay a la red. Si la red está saturada, los dispositivos DCE (switches) fijan el valor de los bit
FECN de las tramas en 1. Cuando las tramas llegan al dispositivo DTE de destino, el campo
Direcciones ( con el bit FECN en 1) indica que la trama se saturó en su trayectoria del origen al
destino.
Los dispositivos DCE fijan el valor del bit BECN en 1 en las tramas que viajan en sentido
opuesto a las tramas con bit FECN igual a 1. Esto permite al dipositivo DTE receptor saber que
una trayectoria específica en la red está saturada.
5.10 Bit DE
El bit DE (Elegibilidad para Descartar) se utiliza para indicar que una trama tiene una
importancia menor que otras.
Los Dispositivos DTE pueden fijar el valor del bit DE de una trama en 1 para indicar que ésta
tiene una importancia menor respecto a las demás tramas. Al saturarse la red, los dispositivos
DCE descartarán las tramas con el bit DE fijado en 1 antes de descartar aquellas que no la tienen.
5.11 Extensiones LMI.
El mayor desarrollo en la historia de Frame Relay se produjo en 1990, cuando Cisco Systems,
StrataCom, Northern Telecom, y Digital Equipment Corporation formaron un consorcio para
enfocar el desarrollo de la tecnología Frame Relay y acelerar la introducción de productos Frame
Relay interoperables. Este consorcio desarrolló una especificación conforme al protocolo básico
de Frame Relay discutido en ANSI y ITU-T, pero extendiéndolo con características que
proporcionan capacidades adicionales para entornos complejos de red. Estas extensiones de
Frame Relay son conocidas colectivamente como la Interfase de Dirección Local (LMI = Local
Management Interface).
En unión a las funciones del protocolo básico Frame Relay para transferir datos, la
especificación del consorcio Frame Relay incluye extensiones LMI que hacen el soporte de redes
complejas y grandes más fácil. Algunas extens iones LMI se denominan comunes y deben ser
implementadas por todo el que adopte la especificación. Otras funciones LMI son denominadas
opcionales. Un resumen de las extensiones LMI es el que sigue:
?
Mensajes de estado de Circuito Virtual (común) .- Proporciona comunicación y
sincronización entre la red y el dispositivo de usuario, informando periódicamente
de la existencia de nuevos PVC's y la eliminación de PVC's ya existentes, y
generalmente proporcionando información sobre la integridad PVC. Estos
mensajes de estado de Circuito Virtual previenen el envío de datos a agujeros
negros, es decir, sobre PVC's inexistentes.
?
Multicasting (opcional) .- Permite a un emisor transmitir una sola trama que
tenga como destinatario en la red a múltiples receptores. Así, el multicasting
soporta procedimientos de resolución de direcciones para tramas que típicamente
deben ser enviadas a múltiples destinos simultáneamente.
?
Direccionamiento Global (opcional) .- Da identificadores de conexión globales,
permitiendo que sean usados para identificar un interfase específico de la red
Frame Relay.
?
Control de flujo simple (opcional) .- Proporciona medios para un XON/XOFF
mecanismo de control de flujo que aplica al interfase Frame Relay. Esto está
indicado para aquellos dispositivos cuyas capas superiores no pueden usar los
bits de notificación de congestión y que necesitan algún nivel de control de flujo.
CAPÍTULO 6
ATM
MODO DE TRANSFERENCIA ASÍNCRONO
6.1 Antecedentes
ATM pertenece a
la tecnología de conmutación de paquetes
(segmentos que
contienen la información a transmitir) que fue desarrollada en 1986 por la compañía
Stratcom. Las tecnología ATM (Modo de Transmisión Asíncrona) esta basada en el
esfuerzo
del
sector
de
Estandarización
de
la
Unión
Internacional
de
Telecomunicaciones (ITU-T), del grupo de estudio XVII para el desarrollo de BISDN
(Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha) para la transferencia a alta
velocidad de voz, video y datos a través de redes públicas
La tecnología ATM consiste en dividir la información en segmentos cortos (48 bytes)
de longitud fija, los cuales se insertan en celdas para que serán transmitidos a través de
los diversos nodos de conmutación de la red hasta llegar al nodo de conmutación
destino, en donde son convertidos de nueva cuenta al formato original de la información
para que sean enviados finalmente hasta su destino. Para lograr esto ATM usa
tecnología de muy alta escala de integración (VLSI). ATM no realiza la corrección de
errores en los diversos nodos de conmutación de la red, ya que utiliza la fibra óptica
como medio de transmisión. La longitud de las celdas originalmente fue de 24 bytes, de
los cuales 3 se destinaban para información de control (Cell Relay, primera tecnología
de conmutación de paquetes). Debido a que toda información se convierte en celdas de
longitud fija, es posible manejar cualquier tipo de información de manera distinta, ya sea
voz, datos, video, gráficos, imágenes, multimedia, videoconferencias, etc.
Posteriormente ante la presencia de demandas de nuevos servicios en las redes
ISDN (red Digital de Servicios Integrados), como datos, audio y video, la CCITT decidió
emplear la tecnología de conmutación Cell Relay como base para crear las redes
BISDN y así poder atender las exigencias de los usuarios. BISDN, Redes ISDN de
Banda Ancha.
Datos
Voz
Switch
ATM
Video
Concentrador
compartido
Hacia una WAN
Ruteador
Red pública
ATM
Red privada ATM
Figura 6.1 Aplicación de ATM
En 1988, la CCITT comenzó a trabajar en las especificaciones de las redes BISDN y
de la tecnología de conmutación que se emplearía en estas redes, para lo cual definió
una celda de 53 bytes de longitud, como estándar. Así mismo, el grupo de trabajo S1.5
del comité técnico T1 de la ANSI (Instituto Nacional Americano de Normalización), T1
S1.5. Este grupo comenzó a trabajar sobre estos puntos. A la tecnología de
conmutación basada en la tecnología Cell Relay, que emplearía una celda 53 bytes de
longitud
se le llamó ATM, Asynchronous Transfer Mode - Modo de Transferencia
Asíncrono. El nombre que se le dio fue designado para distinguirlo del nombre Cell
Relay. Se puede entender que el término asíncrono en ATM, significa que los usuarios
pueden transmitir la información en el momento que lo deseen.
No obstante, es muy común que mucha gente utilice el término Cell Relay, ATM,
BISDN o Fast Packet de manera indistinta, y eso es un error.
? Cell Relay: Tecnología de conmutación desarrollada por Stratcom.
? ATM: Estándar definido por la CCIT para emplearse como tecnología de
conmutación en las redes BISDN, el cual está basado en la tecnología Cell Relay.
? Fast Packet (Conmutación Rápida): Término que se emplea para referirse, en
forma general, a las tecnologías de conmutación de red que transmiten tramas o
celdas de información a grandes velocidades, a través de los nodos de una red, y
que no realizan la corrección de errores porque emplean la fibra óptica como
medio de transmisión. El término fast packet también es una marca registrada de
Stratcom.
6.2 ISDN: Redes Digitales de Servicios Integrados de
Banda Ancha.
Después de que la CCITT y la ANSI comenzaron a trabajar en las especificaciones
de las redes BISDN y la tecnología ATM, un grupo de fabricantes (empresas de
telecomunicaciones) y usuarios de equipo de conmutación de red. Este grupo se unió
en agosto de 1991 y formó el Foro ATM (ATM Forum), el cual estaba integrado por las
compañías Adaptive, Cisco System, U.S. Sprint y Northern Telecom. El propósito del
Foro no fue el de crear estándares, más bien fue el de estar de acuerdo en cuanto a
qué especificaciones y opciones emplearían entre ellos mismos, a fin de asegurar la
interoperabilidad entre las implementaciones ATM en redes públicas y privadas.
Actualmente, el Foro ATM cuenta con más de 600 miembros y aunque no es un
organismo de estándares oficial, son ellos quienes sin proponérselo, han desarrollado
los estándares de ATM para la industria y por consecuencia la implementación de esta
tecnología
6.3 Forma de Operación
Como ya comentamos, ATM está basado en la tecnología Cell Relay, por lo tanto su
forma de operación es similar.
ATM define que la información de cualquier tipo de información sea dividida en
segmentos cortos de longitud fija y se inserten en celdas, a fin de que puedan ser
transmitidos a través de los nodos de la red.
Las celdas son de 53 bytes de longitud, de los cuales 5 bytes se utilizan para la
información de control necesaria para transmitir la celda. De esta manera, se disponen
de 48 bytes para transportar la información.
53 Bytes
ENCABEZADO
5Bytes
CARGA DE INFORMACIÓN
48 Bytes
Figura 6.2 Celda ATM
La estructura de la celda queda especificada en la recomendación I.361 de la
CCITT, actualmente ITU. En esta recomendación se define que la capa ATM se
encarga de construir la celda, es decir, de insertar los segmentos de información
(payload) de 48 bytes y los segmentos de 5 bytes de información de control en una
celda.
Una celda es una estructura similar a una trama, sólo que con una longitud fija y con
menos bytes en el encabezado destinados para funciones de control. Como veremos
más adelante, los 5 bytes del encabezado de la celda ATM poseen la información para
la transmisión de las celdas.
Debido a que ésta tecnología es asíncrona, ATM difiere de los métodos de
transferencia síncronos en donde son usadas técnicas de multiplexaje por división de
tiempo (TDM) para la pre-asignación de ranuras de tiempo a los usuarios. Las ranuras
de ATM son hechas conforme sea la demanda, junto con la información y la
identificación de la fuente de la transmisión contenida en el encabezado de la celda.
TDM es relativamente ineficiente para ATM porque si una estación no tiene nada que
transmitir, cuando se le asigna su ranura de tiempo, esta ranura de tiempo se gasta y
se pierde. La situación contraria, cuando una estación tiene mucha información que
transmitir, ésta se vuelve más ineficiente. En ésta situación, ésta estación transmite la
información que puede cada vez que le toca su ranura de tiempo, sin importar que las
demás estén vacías.
En ATM una estación envía información solamente cuando es necesario.
TDM
1
2
3
4
1
2
1
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
Información a enviar de una estación
Nada que enviar
ATM
1
3
3
1
2
4
1
3
1
2
3
1
Información a enviar de una estación
Nada que enviar
Figura 6.3 Comparación de tecnología TDM Vs ATM
Sabemos que cada tipo de información tiene diferentes características, y por
consecuencia, diferentes requerimientos para su transmisión. Por ejemplo, no es la
misma velocidad de transmisión que se requiere para transmitir voz, que una
videoconferencia o ráfagas de datos. Además, en caso de una congestión de una red,
hay tipos de información que tienen más prioridad que otros. Por esta razón, la CCITT
desarrolló un método que permite preparar o adaptar
la información según sus
requerimientos, antes de que los segmentos de 48 bytes sean insertados en celdas
(función que realiza la capa ATM). A este método se le llamó ATM Adaptation Layer Capa de Adaptación ATM, AAL, el cual está especificado en la recomendación I.362 e
I.363 de la CCITT.
En otras palabras, primero se realizan las funciones de la capa AAL correspondiente
para preparar la información posteriormente se realizan las funciones de la capa ATM
(para la inserción en los segmentos la información de 48 bytes a transmitirse y se
añaden los 5 bytes de información de control en la celda o paquete.
De ésta manera, se pueden definir cuatro tipos de servicios o capas AAL, para
satisfacer los diversos requerimientos de la información. Sin embargo, el Foro ATM
diseño una capa extra, a la cual se le llama AAL5, para hacer más sencillo el servicio
brindado por la capa AAL3, la cual es muy complicada. De esta manera, se tienen cinco
tipos de servicio o capas AAL.
Las funciones de la capa AAL y la capa ATM pueden realizarlas tanto los switches
en los nodos de conmutación de la red o los dispositivos de acceso a la red ATM
(ubicados en los nodos del usuario). El primer caso se presenta cuando la tecnología
ATM se utiliza como una Nube de Red para transportar diversos tipos de información,
por ejemplo, las tramas de información en Frame Relay (interconexión de redes Frame
Relay y ATM). El segundo caso se presenta cuando los equipos del usuario se
conectan directamente a la red ATM, por ejemplo, en las aplicaciones de multimedia,
videoconferencia, o en la interconexión de redes LAN a través de ATM (integración de
redes LAN y WAN).
6.4 Control de Errores
Debido a que ATM emplea básicamente fibra óptica como medio de transmisión
entre los diversos nodos de la “Nube de la Red”, la probabilidad de que aparezca un
error durante la transmisión es mínima. Por esta razón, la corrección de errores de la
información no se realiza en los nodos de la Nube de Red ATM. Solamente se lleva a
cabo la verificación de errores en los nodos de la Red. La corrección de errores se lleva
a cabo en los equipos del usuario.
6.5 Aspectos generales
Como ya comentamos, ATM fue concebido originalmente por la CCITT para ser la
tecnología de conmutación de las nuevas redes BISDN. Sin embargo, un grupo de
fabricantes y usuarios de equipo de conmutación visualizó a la tecnología de
conmutación ATM como la primera en permitir integrar redes LAN y WAN de una
manera transparente por lo cual se unieron y formaron el Foro ATM
De ésta manera las velocidades de transmisión en ATM son muy diversas. Dentro
de la Nube le la Red, las velocidades de transmisión son sumamente altas, desde
155.52 Mbps (SONET OC-3, STM -1) a 622.08 Mbps (SONET OC -2, STM-4) o incluso a
mayores velocidades. Por otra parte, las velocidades de transmisión para accesar a la
red, es decir, desde el nodo del usuario al nodo de conmutación de la red, son también
muy diversas. El Foro ATM ha definido cuatro velocidades de transmisión para el
acceso a la red, desde el nodo del usuario hasta el nodo de conmutación de la red:
1. 45/34 Mbps, DS3/E3 (sistema americano y europeo, respectivamente);
2. 155 Mbps, SONET STS-3c y STM-1;
3. 100 Mbps sobre fibra óptica multimodo, FDDI (aunque ATM lo específica como TAXI
- Interfaz de Intercambio Asíncrono Transparente);
4. y una segunda velocidad de 155 Mbps basada en el interfaz de Fiber Channel
(Canal de Fiblra) (Tecnología para la transmisión de datos sobre fibra óptica).
Además de esto, el Foro ATM ha definido otras velocidades menores como 25 Mbps
y 1.5/s Mbps, DS1/E1, para conexiones desde el escritorio del usuario.
Debido a la gran diversidad de aplicaciones de ATM, se han desarrollado una gran
cantidad de estándares. Muchos ya han sido especificados y aprobados, otros todavía
están en la fase de aprobación. Algunos ejemplos de estándares son los siguientes:
Estándar
Función
I.361 – TSS
Capa ATM
I.362, I.368-TSS
Capa AAL
I.555 – TSS
Interconexión de Frame Relay y ATM
I.610 – TSS
Especificaciones de Administración
(alarmas)
Q.938 –TSS
Estándar para Señalización
RFC 1557
Internet IP sobre ATM
UNI 3.0 ILIMI
Estándar de Señalización del Foro
ATM para Interfaz Usuario – Red
TSS. Comité Técnico TSS de la UIT, anteriormente CCITT,
ITU/TSS.
Tabla 6.1 Estándares y RFC relacionados con ATM
La principal ventaja de ATM es que puede manejar desde información que requiere
velocidad de transmisión constante CBR – Constant Bit Range (por ejemplo la voz o
video), así como información que requiere velocidad de transmisión variable, VBRVariable Bit Range (por ejemplo las ráfagas de datos).
6.6 ATM según el Modelo de Referencia OSI
El estándar ATM, referido al Modelo OSI, es una tecnología que trabaja en las
primeras dos capas de este modelo. En la primera capa se refiere a todo lo
concerniente a las conexiones físicas y en la segunda capa (capa de enlace de datos)
se refiere a las capas AAL y ATM.
APLICACIÓN
PRESENTACIÓN
SESIÓN
TRANSPORTE
RED
ENLACE
ATM
FÍSICA
Figura 6.4 ATM según el Modelo de Referencia OSI
Capa Física: Esta capa se refiere a todas las conexiones físicas entre los diversos
dispositivos de los nodos de una red, a través de los cuales viaja la información.
Antes que nada cabe mencionar en que ATM se utilizan los términos UNI y NNI para
referirse a las conexiones entre los diversos nodos de la red.
El término UNI se emplea para referirse a las conexiones del nodo del usuario al
nodo de conmutación de la red, en otras palabras, se refiere a las conexiones de
acceso de red, UNI User to Network – Interface interfaz de Usuario Red.
El término NNI se emplea para referirse a las conexiones entre los nodos de
conmutación de la red (switches), en otras palabras, las conexiones dentro de la Nube
de la Red, NNI Network to Network Interface – Interfaz de Red a Red.
Teniendo en cuenta lo anterior, el Foro ATM definió inicialmente cuatro velocidades
UNI: 45/34 Mbps, DS3/E3; 155 Mbps, SONET STS-3c y STM-1; 100 Mbps sobre fibra
óptica multimodo (TAXI), FDDI; y una segunda velocidad de 155 Mbps basada en la
interfaz de canal de fibra óptica (fibre channel). Adicionalmente ha definido otras
velocidades UNI, como 25 Mbps y a 1.5/2 Mbps (DS1/E1). Dentro de la Nube de Red,
se han definido varias velocidades NNI, desde 155 Mbps (SONET OC -3, STM-1) a
622.08 Mbps (SONET OC-12 y STM -4) e incluso a mayores velocidades SONET y
SDH, si así se requiere.
Capa de Enlace de Datos: Esta capa se encarga de todos los requerimientos
necesarios para que los datos puedan ser transmitidos por la capa física hasta el
siguiente nodo de la red, el cual puede ser un nodo intermedio o el de destino.
El estándar ATM define a dos capas que realizan esta función, la capa AAL y la capa
ATM. La capa AAL se encarga de preparar la información según sus requerimientos,
antes de insertarla en las celdas de la capa ATM, esta se encarga de construir la celda,
es decir, de insertar los segmentos de información de 48 bytes y los 5 bytes de
información de control en una celda.
6.7 Capa AAL
Como ya comentamos, cada tipo de información tiene diferentes características y
por consecuencia, diferentes requerimientos para su transmisión. Por ejemplo, no es la
misma velocidad de transmisión que se requiere para transmitir voz, que la que se
requiere para transmitir una videoconferencia o ráfagas de datos. Por esta razón, se
hace necesario preparar o adaptar la información según sus requerimientos, antes de
que sea dividida en segmentos de 48 bytes y que sea insertada en las celdas para su
transmisión ( función que realiza la capa ATM).
La capa de Adaptación ATM, AAL – ATM Adaptation Layer, es quien realiza la
función de preparar la información según sus requerimientos, antes de que ésta pase a
la capa ATM, en donde se construyen las celdas con los segmentos de información de
48 bytes y se añaden los 5 bytes de control.
Las especificaciones de la capa AAL fueron desarrolladas por la CCITT. Debido a
que los diversos tipos de información presentar requerimientos muy varados, la CCITT
distinguió cuatro tipos de servicios principales, en los cuales se podían clasificar todos
los tipos de información y por ende, se podrían atender sus diversos requerimientos. De
esta forma, la CCITT definió cuatro capas AAL, de la 1 a la 4, en donde cada una
atendía un tipo de servicio en particular.
A fin de poder realizar mejor su función de preparar la información, la capa AAL se
divide en dos etapas: la Subcapa de Convergencia (CS- Convergence Sublayer) y la
Subcapa de Segmentación y Reensamblado (SAR– Sementation and Reassembly
Sublayer). La función que realiza la Subcapa de Convergencia, CS, depende del tipo de
servicio que se brinda. En tanto, la función que realiza la Subcapa de Segmentación y
Reensamblado, SAR, es independiente del servicio que se brinda. Esta función es el de
dividir toda la estructura de información formada en la Subcapa de Convergencia en
segmentos de 48 bytes, a fin de que puedan ser insertados en las celdas para su
transmisión.
En término generales la función que realiza la Subcapa de Convergencia es
garantizar la secuencia, control de errores y el tamaño de la información del usuario
requeridos para su transmisión, según el tipo de servicio brindado.
Como ya comentamos, la CCITT definió cuatro tipos de servicios principales: AAL1,
AAL2, AAL3 y AAL4. Sin embargo, el diseño de la estructura de la capa AAL3 era
sumamente complejo, por esta razón el Foro ATM desarrolló la capa AAL5 con una
estructura menos compleja, a fin de ofrecer e mismo servicio de una manera más
sencilla y eficiente. De hecho, a la capa AAL5 se le conoce como SEAL Simple ad
Efficient Adaptation Layaer - Capa de Adaptación Sencilla y Eficiente,. Actualmente, el
comité técnico TSS de la ITU, ITU-TSS, se encuentra estudiando la capa AAL5.
Tipo de
Servicio
AAL1
AAL2
Velocidad de Constant Requerida
transmisión
Sincronizaci
ón entre la
AAL3
AAL4
AAL5
Requerida
Requerida
Requerida
No
No
No
requerida
requerida
requerida
e
Requerid Requerida
a
fuente y el
destino
Modo de
Orientad
No
No
No
No
Conexión
a
Orientada
Orientada
Orientada
Orientada
Ejemplos de
Voz
Video
Ráfagas de
Servicios
Ráfagas de
Servicio
CBR,
VBR
Datos,
de
Datos,
TCP/IP,
Conexión
TCP/IP,
Video
CBR,
Interconexió
No
Interconexió
Emulació
n de LAN’s,
Orientada
n de LAN’s,
n de
servicios
SMDS,
servicios
líneas
Frame
LAN’s
Frame
DS1/E1
Relay
Relay
Tabla 6.2 Resumen de Características de las Capas AAL
Para ilustrar esto último, en el nodo transmisor, la capa AAL prepara la información
del usuario según el tipo de servicio brindado: AAL1 prepara tráfico de voz, AAL2
prepara tráfico de video, y AAL3 y AAL5 preparan tráfico de datos de Conexión
Orientada (TCP/IP, por ejemplo) y AAL4 prepara tráfico de datos de Conexión No
Orientada (SMDS o LAN’s, por ejemplo). Como ya comentamos, la Subcapa de
Convergencia CS es quien se encarga de preparar la información. Después de esto la
Subcapa de Segmentación SAR se encarga de dividir la información en segmentos de
informació n de 48 bytes y los transfiere a la Capa ATM, en donde se construyen las
celdas con segmentos de información de 48 bytes y los transfiere a la Capa de
información de control, a fin de que puedan ser transmitidos por la capa física. En el
nodo receptor, las celdas pasan hasta la Subcapa de Reensamblado SAR, en donde se
reensambla la información, y después se pasa a la Subcapa de Convergencia CS, en
donde se reconstruye la información original. Finalmente, la información original se
entrega al equipo receptor de voz, al monitor de video o al equipo de procesamiento de
datos respectivo. Las funciones de la capa AAL se realizan por medio de software, en
una unidad llamada DSU Data Service Unit – Unidad de Servicio de Datos.
6.7.1. Capa AAL1
La capa AAL1 está diseñada para transmitir información que requiere velocidad de
transmisión constante CBR, sincronización entre la fuente y destino, con una conexión
orientada.
Un ejemplo muy común de este tipo de información es la voz. También lo es la
emulación de líneas T1/E1 o DS3/E3 y el video CBR, es decir, la transmisión de video
que requiere de una velocidad de transmisión constante. Todos estos tipos de
información tienen varias cosas en común:
? Los bloques de información aparecen en intervalos periódicos (velocidad de
transmisión constante)
? Requieren que la información recibida en el nodo receptor, lleguen en el mismo
orden en que fue transmitida (secuencia de información).
? No toleran las variaciones en los retardos de transmisión, es decir, que en
ocasiones la información se tarde más en llegar a su destino que en otros.
En esta capa, la carga de la celda ATM consiste en un muestreo síncrono.
Celdas ATM
Hdr
SN
?
SNP
53 bytes
Figura 6.5 Formación de una celda en ATM según la capa AAL1
El campo de secuencia numérico (SN) y la secuencia de protección numérica (SNP)
proveen la información necesaria para que al recibirla la pueda verificar el que la recibió
en el orden correcto. El resto del espacio de la carga es llenada con bytes hasta
completar los 48 bytes.
Por el muestreo de los bytes, esta capa necesita de sincronización entre la fuente y
el destino. Por esta razón depende de que el medio por el que se envíe la celda provea
de sincronización, por ejemplo SONET/SDH.
La capa AAL1 atiende todas estas exigencias y en el caso de la secuencia de
información, inserta en las celdas el número de secuencia que le corresponde, según el
orden de transmisión.
6.7.2. Capa AAL2
La capa AAL2 está diseñada para transmitir información que requiere velocidad de
transmisión variable VBR, sincronización entre la fuente y el destino, y conexión
orientada.
Un ejemplo muy común de este tipo de información es el video VBR, es decir, la
transmisión de video que requiere una velocidad de transmisión variable. Este tipo de
información tiene los siguientes requerimientos:
? Los bloques de información aparecen en intervalos no periódicos (velocidad de
transmisión variable).
? Secuencia de la Información.
? No tolera los retardos de información.
? Requiere de códigos de verificación de errores, CRC.
Podemos ilustrar lo anterior al considerar la transmisión de una videoconferencia
como un ejemplo. Normalmente, en una videoconferencia el expositor está frente a la
pantalla en una posición fija (por ejemplo, sentado en un sillón), y sólo se encuentra
moviendo sus labios. En ocasiones, el expositor se mueve continuamente como al
levantar un brazo, girar la cabeza en otra dirección, o incluso al levantarse del sillón.
Esto provoca que la información luminosa en los pixeles de la pantalla cambie
completamente. Es aquí cuando se requiere transmitir una mayor cantidad de celdas de
información, a fin de poder representar todos los cambios de información luminosa en
los pixeles. Sin embargo, cuando el expositor esta en una posición fija moviendo sus
labios solamente, se requieren transmitir una pequeña cantidad de celdas de
información para representar los cambios en los movimientos de los labios del
expositor.
De ésta manera, al etiquetar las celdas de información como de inicio, intermedios o
finales, la capa AAL2 puede transmitir muchas o pocas celdas, según se reque ría, a fin
de poder representar los cambios de la información luminosa en los pixeles. Por tanto,
la capa AAL asegura un ancho de banda en función de la demanda, con una velocidad
de transmisión variable.
6.7.3. Capa AAL3/4
Estas capas están diseñadas para los proveedores de servicios de interconexión de
redes. En la siguiente figura se muestra como se crean las celdas ATM en estas capas.
La subcapa de convergencia crea una Unidad de Protocolo de Información (PDU)
con preasignación de marca de inicio y fin al marco y asigna una longitud al mismo.
Posteriormente la subcapa de Segmentado y Reensamblado (SAR) fragmenta al PDU y
asigna a cada fragmento del PDU de un encabezado que consiste de los siguientes
campos:
? Tipo. Identifica si es inicio, continuación o fin del mensaje (marco)
? Número de secuencia. Identifica el orden en el cual deben ser reensambladas las
celdas.
? Identificador de multiplexador. Identifica celdas de fuentes distintas que
comparten una misma conexión de circuito virtual para que sean reensambladas
con las celdas correctas.
Frame
CS PDU
Subcapa de
Convergencia
SAR PDU
SAR PDU
Subcapa SAR
SAR PDU
SAR PDU
Celdas ATM
Hdr
Payload
Celdas ATM
Hdr
Payload
Celdas ATM
Hdr
Payload
Celdas ATM
Hdr
Payload
Figura 6.6 Formación de celdas ATM según la capa AAL3/4
6.7.4. Capa AAL3
La capa AAL3 esta diseñada para transmitir información que requiere velocidad de
transmisión variable, no requiere de sincronización entre la fuente y el destino, y
requiere de conexión orientada.
Un ejemplo muy común de este tipo de información son las ráfagas de datos en la
interconexión de redes de área local LAN’s (protocolo PPP), los servicios de Internet
(TCP/IP) o los servicios Frame Relay. Todos estos tipos de información tienen varias
cosas en común.
? La información se presenta a ráfagas ( velocidad de transmisión variable).
? Requiere de Secuencia de Información.
? Es tolerante a los retardos de transmisión.
? Requiere Códigos de Verificación de Error, CRC.
Además es necesario identificar las celdas que son parte de un sólo mensaje.
6.7.5. Capa AAL4
La capa AAL4 está diseñada para transmitir información que requiere velocidad de
transmisión variable, no requiere de sincronización entre fuente y destino, y el modo de
conexión es no orientada.
Un ejemplo común de este tipo de información, son los servicios de Internet, las
ráfagas de datos en LAN’s o los servicios SMDS.
Los requerimientos de estos tipos de información son los mismos que los de
información de AAL3.
? La información se presenta a ráfagas (velocidad de transmisión variable).
? Requiere de Secuencia de Información.
? Es tolerante a los retardos de transmisión.
? Requiere Códigos de Verificación de Error, CRC.
Además es necesario identificar las celdas que son parte de un solo mensaje.
La única diferencia, es que por ejemplo en SMDS permite enviar varios datagramas
(así se le denomina a la información en SMDS) simultáneamente por el mismo Circuito
Virtual, por esta razón, es necesario identificar las celdas que corresponden a un
datagrama del resto de las celdas multiplexadas en el mismo circuito virtual que
corresponde a otros datagramas.
6.7.6. Capa AAL5
Esta capa fue diseñada por el Foro ATM par ofrecer el mismo servicio que la capa
AAL3, sólo que de una manera más sencilla y eficiente.
La diferencia entre estas capas es que la AAL5 no utiliza las funciones de control
extra de la Subcapa de Convergencia, ya que aprovecha la ventaja de que la
probabilidad de errores en la red es demasiado pequeña, y asume que la mayor parte
del tiempo de la red esta libre de errores.
A la capa AAL5 comúnmente se le llama SEAL Simple Efficient Adaptation Layer Capa de Adaptación Simple y Eficiente, y actualmente esta siendo evaluada por la
CCIT.
Es muy común denominar a los tipos de servicio por letras: AAL1, se le denomina
tipo de servicio A; a AAL2, se le denomina tipo de servicio B; a AAL3 y AAL5 se le
denomina tipo de servicio C; y a AAL4, se le denomina tipo de servicio D.
Adicionalmente, diversas compañías de telecomunicaciones proveedoras de servicios
ATM ofrecen otros tipos de servicios: el X y el Y. El tipo de servicio Y es un servicio de
velocidad de transmisión disponible, ABR Aviable Bit Rate, el cual permite a los
usuarios decirle a la red cuanto ancho de banda (velocidad de transmisión) y que tipo
de servicio (A,B,C o D) requiere. Después, la red confirma o niega la solicitud. Los
servicios Y son apropiados para transmisiones de información de baja prioridad que se
realicen en forma esporádica, en donde los requerimientos de velocidad de transmisión
cambian constantemente de una transmisión a otra. Por otra parte, el tipo de servicio X
lo comentaremos más adelante, cundo hablemos acerca del bit CLP en el siguiente
punto.
Frame
Marco de Datos
CS PDU
Subcapa de
Convergencia
SAR PDU
AAL5
SAR PDU
Subcapa SAR
SAR PDU
SAR PDU
Celdas ATM
0
Payload
Celdas ATM
Capa ATM
0
Payload
Celdas ATM
0 (40 bits
Payload
5Bytes
)
GFC
Cantidad de bits
4
Celdas ATM
VPI
VCI
8
16
1
Payload
PT
CLP
3
1
HEC
Carga...
8
Figura 6.7 Formación de celdas ATM según la capa AAL5
Formato del Encabezado del UNI
5Bytes (40 bits)
6.8 Estructura de las Celdas: Capa ATM
VPI
VCI
PT
CLP
12
16
3
1
HEC
Carga...
Como ya sabemos, después de que la información es preparada por la capa AAL y
Cantidad de bits
8
es dividida en segmentos de 48 bytes, éstos son transferidos a la capa ATM para que
Formato
del con
Encabezado
NNI
sean insertados en una celda,
junto
otros 5delbytes
de control, a fin de que puedan
ser transmitidos (capa física).
GFC
VPI
VPI
De ésta manera, la estructura de la celda es muy simple, ya que sólo se emplean 5
VPI
bytes deVCI
control en el encabezado.
VCI
VPI
VCI
VCI
Existen dos tipos de celdas, UNI y NNI, ya que recordará que dependiendo de si la
CLP
VCIcantidad de Rutas
CLP
interfaz
es UNI
PTI o NNI, es la
Virtuales PTI
VP que puedenVCI
existir, y como
los números de HEC
éstas Rutas Virtuales se representan en encabezado de la celda ATM,
HEC
pues existen dos tipos de celdas.
Carga de Información
Carga de Información
Figura 6.8 Representación de las Celdas UNI y NNI
? VPI Virtual Pata Identifier - Identificador de Ruta Virtual: Es el número
que identifica a la Ruta Virtual empleada. En la celda UNI, los 8 bits proporcionan
las 256 combinaciones posibles de Rutas Virtuales, en tanto, en la celda NNI, los
12 bits proporciona n las 4096 combinaciones posibles de Rutas Virtuales.
? VCI Virtual Channel Identifier - Identificador de Canal Virtual: Es el
número que identifica al Canal Virtual empleado. Tanto en la celda UNI como
NNI, los 16 bits proporcionan las 65536 combinaciones posibles de Canales
Virtuales.
? GFC Generic Flow Control - Control de Flujo Genérico: Este campo sólo
aparece en las celdas UNI. La utilización de este campo no esta definida todavía,
por esta razón, se le llama genérico, ya que los equipos utilizan según convenga.
El propósito principal de este campo, es llevar el control de toda la información
que va a ingresar a la red, a fin de que todas las estaciones puedan tener la
misma oportunidad de transmitir su información. Un ejemplo de cómo podría
emplearse este campo es notificar a las estaciones con un 000 cuando se
presenta un congestión en un determinado Circuito Virtual, a fin de que se
detenga su transmisión; con un 111 se notifica que el Circuito no esta
congestionado, por lo que puede proceder a transmitir su información.
? CLP Cells Loss Priority - Prioridad en Celdas Perdidas: La función de
este bit es asegurar una velocidad de transmisión garantizada (CIR) en caso de
una congestión de la red. En ATM, la función del bit CLP es garantizar una
velocidad de transmisión constante SCR (Sustainable Cell Rate), en caso de una
congestión en la red. Esa velocidad es la que se compromete cumplir la
compañía de telecomunicaciones que brinda servicio ATM en las horas de mayor
tráfico –horas pico-, cuando los usuarios de la red hacen un uso extensivo de la
misma.
El SCR es una velocidad de transmisión inferior a la que contrata un usuario
inicialmente, pero cabe reiterar que esta velocidad es la mínima garantizada para
transmitir en caso de una congestión en la red. Debido a que la mayor parte del tiempo
la red se encuentra descongestionada, se puede transmitir a velocidades muy cercanas
a las que se contrató.
El SCR es sencillamente una cantidad garantizada de celdas para transmitirse en un
tiempo determinado, SCR = Bc/T (BC Commited Burst of Cells) y (T Time). También se
define una cantidad extra de celdas que podrían transmitirse en caso de que la red no
este muy congestionada.
El valor del SCR depende de la calidad de servicio (QoS Quality of Service), que
contrate un usuario a la compañía de telecomunicaciones que le brinde el servicio de
conexión ATM. Existen tres tipos de QoS: Normal, de alta Calidad y no garantizado.
Si el QoS es Normal, el equipo de conmutación de la red, nodo de conmutación,
lleva la cuenta de las celdas que transmite un usuario en un cierto tiempo. Si la calidad
de celdas enviadas no excede a Bc, todas las celdas tendrán el Bit CLP = 0, lo cual
indica que en caso de un congestión las celdas no podrán descartarse, ya que
pertenecen a la cantidad de celdas garantizadas para transmitir. Si la cantidad de
celdas enviadas excede a Bc, pero es menor que Bc + Be (Be Excess Burst of Cells),
las celdas que corresponden a Bc tendrán su bit CLP = 0 y las celdas que corresponden
a Be tendrán su bit CLP = 1. Si la red no esta congestionada todas las celdas serán
transmitidas, más si llegase a suceder una congestión en la red todas las celdas que
tengan su bit CLP = 1 serán descartadas para transmitirse ya que en ésta situación
solamente están garantizadas las celdas con bit CLP = 0.
Si el QoS es de alta calidad todas las celdas tendrán su bit CLP = 0 a fin de que
puedan ser transmitidas en caso de una congestión de la red.
Si el QoS no esta garantizado, es decir, su valor es cero, todas las celdas tendrán su
bit CLP = 1 en caso de una congestión de la red todas las celdas serán descartadas
para su transmisión. La ventaja de este tipo de calidad de servicio QoS, es de que el
usuario solamente paga por las celdas que fueron transmitidas. Este tipo de servicio
QoS = 0 es ideal para el tráfico de baja prioridad.
? PTI Payload Type Identifier - Identificador de Tipo de Información: Se
utiliza para informar a la estación receptora que tipo de información transporta la
celda, es decir, si es información de usuario o si es información de administración
de la red (OAM Funciones de Operación Administración y Mantenimiento de la
Red – Operations, Administration and Maintenance Functions). En otras palabras,
identifica las celdas que son del usuario y las que no son del usuario. Las celdas
OAM proporcionan las funciones de administración necesaria para la capa ATM.
Código
PTI
000
001
010
011
100
101
110
111
Interpretación
0
Celda de
información del
Usuario
0
No existe
congestión
0
QoS = 0
0
Celda de
información del
Usuario
0
Celda de
información del
Usuario
0
No existe
congestión
1
QoS = 1
1
Existe
congestión
0
QoS = 0
0
1
1
Celda de
Existe
QoS = 1
información del
congestión
Usuario
Celda OAM para el control en los segmentos de línea
Celda OAM para la conexión “end to end”
Reservado para el control de tráfico y administración de
recursos futuros
Reservado para funciones futuras
Tabla 6.3 Significados de los posibles valores PTI
? HEC Header Error Control - Control de Error del Encabezado: Este
campo proporciona la verificación de error para los otros cuatro bytes del
encabezado. Los 8 bits de este campo proporcionan suficiente redundancia para
detectar con una alta probabilidad los errores que pudiesen presentarse en los
otros cuatro bytes del encabezado durante la transmisión. También puede ser
utilizado para corregir errores simples en la corrección de errores hacia delante
FEC (Forward Error Control).
? Payload Información: Son los segmentos de 48 bytes en que se divide la
información en la capa AAL, los cuales se insertan en celdas par que puedan ser
transmitidos.
6.9 Calidad de servicio ATM
ATM soporta las garantías de QOS (Calidad de Servicio) que comprenden el
contrato de tráfico, el formateo del tráfico y la política de tráfico.
Un contrato de tráfico especifica una envoltura que describe el flujo de datos que se
desea. Esta envoltura especifica los valores los valores del ancho de banda pico, el
ancho de banda promedio sostenido y el tamaño de la ráfaga, entre otros. Cuando un
sistema terminal ATM se conecta hacia una red ATM, establece un con la red con base
a los parámetros del QOS.
Un switch ATM puede medir el flujo real y compararlo con la envoltura de tráfico que
se convino. Si el switch descubre que el trafico se encuentra fuera de los parámetros
convenidos, puede fijar en 1 (uno) el bit CLP y éste hace que la celda sea elegida para
descartarse, lo que significa que cualquier switch que maneje dicha celda, podrá
eliminarla en períodos de saturación.
6.10 Capa Física: Interfaz de Conexión UNI y NNI.
Como ya sabemos, la interfaz de conexión de Usuario a Red, User to Network
Interface, se refiere a las conexiones entre el nodo del usuario y el nodo de
conmutación de la red, es decir, a l conexión de acceso a la red. La interfaz de
Conexión de red a red, Network to Network Interface, se refiere a las conexiones entre
los diversos nodos de conmutación de la red, es decir, a las conexiones dentro de la
Nube de la Red.
Teniendo en cuenta lo anterior, el Foro ATM ha definido cuatro velocidades de
transmisión, ya mencionadas anteriormente.
El término UNI privada se refiere a que la interconexión de usuarios del servicio ATM
se realiza en la misma red privada de la empresa, corporativo, etc., a través del switch
ATM privado.
El switch ATM (conmutadores ATM) contiene en su interior un dispositivo
denominado DSU/CSU, DSU Data Service Unit – Unidad de Servicio de Datos y CSU
Customer Service Unit – Unidad de Servicio de Canal. El DSU realiza todas las
funciones de las capas AAL y ATM, en tanto, el CSU se encarga de manejar las interfaz
de conexión de cable, fibra o microondas para las líneas T1/E1, T3/E3 o SONET/SDH.
A fin de interconectar el switch ATM con los equipos que manejan transmisiones de
datos (como puentes y ruteadores) o transmisiones de voz o video (como los
conmutadores PBX), se requiere de una interfaz de conexión que sea sumamente
rápida y que asegure una transmisión de información confiable (control de flujo y control
de errores). Ante ésta necesidad, se han desarrollado diversas soluciones al problema.
? DXI Digital Exchange Interface (Transmitter/Receiver) -Interfaz de
Intercambio Digital (Transmisión/Recepción): Esta interfaz está basada en
el protocolo HDCL y trabaja sólo en transmisión serial (V.35, RS 442 o HSSI).
Siempre que se transmita información, la calidad del enlace es evaluada.
Después, la información se transmite hacia el DSU/CSU con el identificador de
Ruta y circuito Virtual empleado. VPI y VCI. En el DSU, se determina que tipo de
servicio AAL requiere la información. Existen tres modos de operación DXI:
Modo 1A. Maneja el tipo de servicio AAL5, permitiendo hasta 1023 VCI y hasta
9232 bytes de información.
Modo 1B. Maneja los tipos de servicio 3/4 y 5 permitiendo hasta 1023 VCI de
hasta 9232 bytes de información para AAL5 y 9224 bytes de información para
AAL3/4.
Modo 2. Maneja longitudes de información mayores, de hasta 65365 bytes y
mayores cantidades de Rutas y Circuitos Virtuales, 16777215 VCI y 256 VPI.
? TAXI
Transparent
(Tranmitter/Receiver)
Asynchronous
-
Interfaz
de
Exchange
Interface
Intercambio
Asíncrono
Transparente (Transmisión/Recepción) –: Es una interfaz basada en el
protocolo de acceso FDDI para transmisión de celdas de información a 100 Mbps
en redes privadas de fibra óptica.
? ATMR ATM Ring - Anillo ATM: Es una Interfaz basada en Token Ring que
maneja transmisión Full duplex, para cable trenzado blindado STP o fibra óptica.
En cada interfaz de conexión, las especificaciones de la capa física definen que esta
se divida en dos etapas: Subcapa de Convergencia de Transmisión, TC –transmission
Convergence Sublayer, y Subcapa Dependiente del Medio Físico, PMD – Physical
Media Dependent Sublayer. La TC se encarga de adaptar la estructura del protocolo de
transporte (como DS3/E3 o SONET STS-3c/STM -1) añadiéndole otras funciones de
control, a fin de que las celdas de información puedan ser transportadas en el campo de
información (payload) de tales protocolos. La PMD es la misma que utilizan
normalmente las cuatro interfaz.
6.11 Señalización y Establecimiento de conexiones
ATM
Cuando un dispositivo ATM quiera establecer una conexión con otro dispositivo
ATM, manda un paquete de solicitud de señalización al switch ATM al
que está
conectado directamente. Esta solicitud contiene la dirección ATM del punto terminal de
ATM deseado, así como cualquiera de los parámetros QOS que se requieran para la
conexión.
Los protocolos de señalización en ATM varían según el tipo de enlace ATM y
pueden ser señales de la Interfase Usuario Red (UNI) o de la interfase de Nodo de Red
(NNI). Recordemos que la UNI se utiliza entre un sistema terminal de ATM y un switch
ATM a través de una UNI de ATM, en tanto que la NNI se utiliza a través de enlaces
NNI.
Actualmente, solo hay estándares para señalización UNI a ATM. Sin embargo se
siguen realizando trabajos de estandarización respecto a la señalización NNI.
Para el proceso de establecimiento de conexiones ATM se utiliza un método de un
paso para establecer una conexión, la cual se utiliza en todas las redes modernas de
telecomunicaciones como la red telefónica. El establecimiento de conexión en ATM
procede de la siguiente manera.
Primero, el sistema terminal de origen envía una
solicitud de señalización para la conexión. La solicitud de conexión se propaga por la
red. Como resultado, las conexiones se establecen a través de la red. La solicitud de
conexión llega al destino final, el cual acepta o rechaza la solicitud de conexión.
El ruteo de la solicitud de conexión está gobernado por el protocolo de ruteo de ATM
(que rutea las conexiones con base en las direcciones de origen y destino).
La
negociación de una solicitud de conexión que es rechazada por el destino es limitada
debido a que el ruteo de la llamada se basa en los parámetros de la conexión inicial; a
su vez, el cambio de los parámetros puede afectar el ruteo de la conexión.
Switch
¿Conectar a B?
ATM 1 ¿Conectar a B?
Switch
Sí
AT
Sí
Sí
¿Conectar a B?
¿Conectar a B?
Sí
Figura 6.9 Establecimiento de conexión a través de un paso
6.12 Elementos de ATM
Switches ATM: Son los dispositivos que permiten enviar las celdas de información a
traves de la red ATM.
DSU/CSU: Es el dispositivo que realiza las funciones de las capas AAL y ATM,
además de que maneja las diversas interfaz de conexión para las líneas T1/E1, T3/E3 o
Switch
ATM 3
SONET/SDH.
Interfaz de Conexión UNI y NNI: Son las Interfaz de conexión definidas para el
transporte de información.
Adaptadores ATM: Son las tarjetas adaptadoras ATM que se instalan en las
computadoras del usuario, a fin de que puedan conectarse con el switch ATM. Estos
adaptadores contienen el software para manejar la Emulación de LAN, LAN Emulation.
Computadoras de gran capacidad de procesamiento: Las computadoras o
worksatiton del usuario deben ser sumamente veloces – potentes -, a fin de aprovechar
todas las ventajas que ofrece la tecnología ATM. Por esta razón, solamente los equipos
basados en microprocesadores SPARC, PENTIUM o POWER PC son los adecuados
para emplearse en ATM, ya que son éstos los equipos que pueden manejar
aplicaciones de multimedia o grandes archivos gráficos como en CAD/CAM con mucha
facilidad
6.13 EMULACION DE LANs
La LANE (Emulación de LAN) es un estándar definido por el Foro de ATM, que
ofrece a las estaciones conectadas vía ATM las mismas capacidades que pudieran
tener normalmente las LAN tradicionales como Ethernet y Token Ring.
Como su nombre sugiere, la función del protocolo LANE es emular una LAN arriba
de una red ATM. Específicamente, el protocolo LANE define mecanismos para la
emulación de una red LAN IEEE 802.3 Ethernet o una LAN IEEE802.5 Token Ring. EL
protocolo LANE actual no define un encapsulamiento diferente para FDDI. (Los
paquetes FDDI deben ser mapeados a las LAN Ethernet o Token Ring [las ELAN] por
Red
de ATM
LAN física
LAN emulada
medio del uso de las técnicas de puenteo de traducción existentes.) Tanto Fast
Ethernet (100BaseT)e IEEE 802.12 (100 VG-AnyLAN) pueden mapearse sin ningún
cambio debido a que utilizan los mismos formatos de paquetes. La siguiente figura
presenta una comparación entre una LAN física y una ELAN:
Figura 6.10 Emulación de una LAN física a través de una Red ATM
El protocolo LANE define una interfase de servicio para los protocolos de la capa
superior (esto es, para la capa de red) que es idéntica a la correspondiente de las LANs
existentes. Los datos enviados a través de la red ATM se encapsulan en el formato de
paquete LAN MAC adecuado. En palabras más sencillas, los protocolos LANE hacen
una que una red ATM se vea y comporte como una LAN Ethernet o Token Ring –
aunque opere mucho más rápido que una red LAN Ethernet o Token Ring.
Es importante notar que la finalidad de la LANE no es emular el protocolo MAC real
de la LAN específica en cuestión (esto es, CSMA/CD para Ethernet o estafeta de la
capa superior para poder operar a través de una red ATM.
6.13.1.
Arquitectura de Protocolos LANE
La función básica del protocolo LANE es la resolución de direcciones MAC en
direcciones ATM. El objetivo es resolver dichos mapeos entre direcciones para que los
sistemas terminales de LANE puedan establecer conexiones directas entre ellos
mismos y, posteriormente, enviar datos. El protocolo LANE se utilizará en dos tipos de
equipo conectado a ATM:
?
Tarjetas de interfase de red ATM (NIC),
?
Equipo de conectividad y de conmutación LAN.
Las NICs de ATM implementarán el protocolo e interfase LANE en la red ATM, sin
embargo, presentarán la interfase de servicio de LAN existente a los manejadores de
protocolos de los niveles superiores dentro de los sistemas terminales conectados. Los
protocolos de la capa de red en los sistemas terminales continuarán comunicándose
como si estuvieran en una LAN conocida, utilizando los procedimientos acostumbrados.
Sin embargo, podrán utilizar el enorme ancho de banda de las redes ATM.
Un segundo tipo de mecanismo de red que implementará LANE consta de switch y
ruteadores LAN conectados a ATM. Estos dispositivos, junto con host de ATM
conectados directamente equipados con NICs de ATM, se utilizarán para ofrecer un
servicio de LAN virtual en el que los puertos en los switches LAN se asignarán a LANs
virtuales particulares independientemente de su localización física.
Protocolos de las
Protocolos de las
Capas superiores
Capas superiores
IP/PX, etc
IP/PX, etc
NDIS
NDIS
/ODI
/ODI
802.1D
LANE
LANE
Señalización
Señalización
UNI
UNI
AAL5
MAC
MAC
Física
Física
AAL5
ATM
ATM
ATM
ATM
Física
Física
Física
Física
Host de ATM con NIC
Switch LAN
Switch ATM
de LANE
Host LAN
de Capa 2
Figura 6.11 La arquitectura de protocolos LANE se puede implementar en los
dispositivos de la red ATM
6.13.2.
Componentes de LANE
Es posible que existan varias ELANs al mismo tiempo en una sola red ATM, una
ELAN emula una Ethernet o una Token Ring y consta de los componentes siguientes:
? LEC (Cliente de Emulación de LAN): El LEC es una entidad en un sistema
terminal que desempeña el direccionamiento de datos, la resolución de
direcciones y el registro de las direcciones MAC con el LES.
? LES (Servidor de Emulación LAN): Este ofrece un punto de control central para
que las LECs envíen información de control y de registro.
?
BUS (Servidor de Difusión y Desconocido): El BUS es un servidor de
multidifusión que se utiliza para dispersar el tráfico con direcciones destino
desconocidas y direccionar tráfico de multidifusión y difusión a clientes dentro de
una ELAN particular.
?
LECS (Servidor de Configuración de la Emulación LAN): El LECS conserva
una base de datos de las LECs y las ELANs a las que pertenecen. Este servidor
acepta solicitudes de las LEC y responde con el identificador ELAN adecuado, es
decir la dirección ATM del LES que da servicio a la ELAN apro piada.
6.13.3.
Tipos de Conexión de la Emulación de LAN
Las entidades LANE se comunican entre sí utilizando una serie de VCC (Conexiones
de Circuito Virtual) de ATM. Las LECs mantienen conexiones separadas para la
transmisión de datos y el control del tráfico. Las conexiones de datos de LANE son VCC
para Datos Directos, VCC para Envío de Multidifución y VCC para Reenvió de
Multidifusión.
? El VCC para directos es un VCC punto a punto bidireccional que se establece
entre dos LECs que desean intercambiar datos. Típicamente, dos LECs utilizan el
mismo VCC para Datos Directos para transportar todos los paquetes entre ellos
más que abrir un nuevo VCC por cada par de direcciones MAC. Gracias a esta
técnica se pueden conservar los recursos de conexión y la latencia del
establecimiento de la conexión.
? El VCC para envío de multidifusión es un VCC punto a punto bidireccioanal que
establece el LEC par el BUS.
? El VCC par reenvío de multidifusión es un VCC unidireccional que se establece
hacia el LEC desde el BUS. Típicamente es una conexión punto a multipunto,
donde cada LEC es una hoja.
Las conexiones de control incluyen el VCC para configuración directa, el VCC para
control directo y el VCC para control distribuido.
? El VCC para configuración directa es un VCC punto a punto bidireccional que
establece el LEC hacia el LES.
? El VCC para control distribuido es un VCC bidireccional que se establece desde
un LES hasta el LEC.
CAPÍTULO 7
GIGABIT ETHERNET
7.1 Antecedentes
Hoy en día, las dorsales (Backbones) de las redes locales de datos ha n llegado a un
límite debido a la creciente demanda de ancho de banda por el incremento de usuarios
en aplicaciones multimedia, aplicaciones CAD y aumento de conexiones a servidores.
Ahora, con las mejoras que se están realizando a la tecnología de ETHE RNET, se
presenta como solución a éste problema.
El pionero de Ethernet comenzó en 1970 al compartir los 10 Mbps con que consta su
tecnología. Con el transcurso del tiempo, Ethernet fue capaz de absorber toda la
necesidad de carga que existía en ese tiempo. Posteriormente, en los 90´s surge Fast
Ethernet debido al incremento en la carga en las redes locales de datos. Fast Ethernet
consta de 100 Mbps en la velocidad de transmisión de datos.
Esta interfase lógica permitirá la utilización de esquemas de codificación más
adecuados para su uso con cableado UTP que se implementara de manera
independiente a la codificación del Fiber Channel. La Siguiente figura ilustra los
elementos funcionales de Gigabit Ethernet.
MAC (Control de Acceso a Medios); dúplex o semidúplex
Interfase Independiente al medio lógico
Codificación/Decodificación de la capa física
Codificación/Decodificación 8B/10B
de Cobre
Fibra Óptica Monomodo
Óptica del Canal de
Transceptor de par
Fibra
trenzado
Cableado de Fibra
Cableado de Fibra
Optica monomodo
Optica multimodo
Enlaces Dúplex Total
Cableado
Repetidor Semi - Dúplex
Figura 7.1 Elementos funcionales de Gigabit Ethernet
Ahora, a mediados del 98 esta por nacer oficialmente la segunda mejora de
Ethernet. Esta lleva por nombre Gigabit Ethernet. Su principales características son:
? Su velocidad de transmisión, la cual es de 1 Gbps (1x109 Bps).
? Usa el mismo protocolo de CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Accese with
Collision Detection - Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección
de Colisión.,
? Usa el mismo formato de marco y el mismo tamaño que su predecesor.
Preámbulo
Dirección
Dirección
Longitud
Encabezado del Protocolo, infor mación
8
Destino
Fuente
de campo
6
Figura 7.2 Formato del Marco de Ethernet
? Mantiene la compatibilidad con Ethernet y Fast Ethernet
? Capacidad de trabajar en Full Duplex y Half Duplex
? La estandarización de esta tecnología la está realizando el grupo de trabajo
802.3z de la IEEE. En Mayo de 1996 se estableció una organización con el
nombre de Gigabit Ethernet Alliance formada por varias empresas fabricantes de
equipos de cómputo y que esta colaborando con este grupo de trabajo como
también esta abriendo mercado a esta nueva tecnología.
7.2 GIGABIT ETHERNET
Referencia OSI
según
el
Modelo
de
APLICACIÓN
PRESENTACIÓN
SESIÓN
Capas Superiores
LLC
TRANSPORTE
Control Lógico de Enlace
MAC
Control de Acceso al Medio
RED
RECONCILIACION
GMII
PCS
ENLACE
PMA
PMD
FÍSICA
MDI
GMII
Gigabit Medium Independet Interface
MII
Medium Independet Interface
PCS
Physical Coding Sublayer
PMA
Physical Medium Attachment
Figura 7.3 Representación de Gigabit Ethernet según el Modelo de Referencia OSI
7.2.1. Control Lógico de Enlace (LLC)
Esta capa del modelo OSI se presenta sin cambio en Gigabit Ethernet. Todos los
protocolos de las capas superiores pueden trabajar sin problema.
7.2.2. Control de Acceso al Medio (MAC)
Esta capa a sido escalada para que soporte una tasa de transmisión efectiva de
1000 Mbps. Esta capa soporta también operaciones en Full Duplex y Half Duplex.
7.2.3. Subcapa de Reconciliación e Interface Independiente de
Medio Gigabit
La subcapa de Reconciliación y la Interface Independiente de Medio de Gigabit
interconectan la subcapa MAC y la capa física. Esta interconexión incluye un bus de 8
bits de información que opera a 125 MHz más la información de control.
7.2.4. Capa Física (PHY)
Gigabit Ethernet soporta un conjunto de interfaces para varios medios físicos:
?
62.5 nm y 50 nm fibra multimodo (MMF)
?
Fibra monomodo (SMF)
?
Enlaces cortos con cobre (25 mt)
7.2.5. Subcapa de Codificación Física (PCS)
Esta subcapa usa codificadores y decodificadores de 8B/10B, ésta especificación
fue tomada de las especificaciones de Fiber Channel FC-1. El esquema de codificación
8B/10B transmite 8 bit de información como un grupo de código de 10 bits.
FC-1 Describe el nivel de protocolo de transmisión; es decir, el nivel responsable de
establecer las reglas para transmitir cada paquete de datos.
Define, el esquema
especial de codificación de datos, llamado codificación 8B/10B, que Fiber Channel
emplea para transmisión de datos de alto rendimiento. Este esquema codifica cada 8
bits consecutivos de datos (es decir, un byte) en un carácter de transmisión de 10 bits,
el protocolo sincroniza la transmisión de datos, proporcionando de este modo un
mecanismo de recuperación y retransmisión cuando se detectan errores. Además, el
Fiber Channel utiliza un carácter especial, llamado carácter coma, para asegurar el
alineamiento de byte y de palabra. El diagrama siguiente muestra el esquema de
codificación 8B/10B.
7.2.6. Subcapa de Unión al Medio Físico
Esta subcapa desarrolla las funciones de la serialización y deserialización del grupo
de código de 10 bits. Esta subcapa recibe de la subcapa PCS a una razón de 125 MHz
que al serializarlos se obtiene la velocidad de 125,000 Mbps por lo que de datos reales
corresponden a 1000 Mbps.
7.2.7. Subcapa Dependiente del Medio Físico
Esta subcapa provee las conexiones físicas al medio, como conectores.
7.3 Tipos y características de medios físicos
Como ya hablamos, Gigait Ethernet soporta varios medios físicos. Presentamos una
tabla con la característica de cada medio como los son su alcance, nomenclatura de la
especificación y en donde sea necesario su rango de operación.
Medio Físico
Frec. de
Nomenclatura
Distancia
850 nm
1000BASE-SX
350 - 500 mt
1300 nm
1000BASE-LX
3 km
-
1000BASE-CX
25 mt
operación
Fibra Óptica
Multimodo
Fibra Óptica
Monomodo
Cobre
Tabla 7.1 Características de Operación de Gigabit Ethernet en medios Físicos
7.4 Migración hacia Gigabit Ethernet
La migración hacia Gigabit Ethernet ocurrirá gradualmente y su implementación
inicial se hará en la parte troncal de las redes Ethernet existentes. Posteriormente, se
actualizaran las conexiones entre los servidores de la red y con el tiempo, las mejoras
también llegarán hasta la computadoras de escritorio.
probables acciones a seguir con el tiempo:
Las siguientes son algunas
?
Actualización de los enlaces de switch a switch.
Los enlaces a 100MBps entre los Switches o repetidores de fast Ethernet pueden
reemplazarse por enlaces a 1000 MBps; con ello se hará más veloz la comunicación
entre los Switches de la troncal y se permitirá que éstos soporten un número mayor de
segmentos Fast Ethernet conmutados y compartidos.
Antes de la actualización
CONEXIONES A USUARIOS
CONEXIONES A USUARIOS
10 Mbps
10 Mbps
100 Mbps
10 Mbps
10 Mbps
100 Mbps
10/100
10/100
Switches
SWITCH
SWITCH
Repetidor 100MBps
SWITCH
SWITCH
SWITCH
SWITCH
100 Mbps
Fast Ethernet
Después de la actualización
100 Mbps
100 Mbps
CONEXIONES A USUARIOS
CONEXIONES A USUARIOS
10 Mbps
10 Mbps
10 Mbps
SW SW
SW
Switches
Conexiones a 100 Mbps
Conexiones a 100 Mbps
Fast Ethernet
Repetidor 100MBps
100 Mbps
10 Mbps
Repetidor 100MBps
Conexiones a 100 Mbps
Gigabit Ethernet
10 Mbps
SW
10 Mbps
SW
SW
100 Mbps
Repetidor 100MBps
Conexiones a 100 Mbps
Interfaces
100/1000
1000 Mbps
100/1000
Figura 7.4 Actualización de los enlaces
switch a switch
SWITCH
SWITCH
?
Actualización de los enlaces Switch a Servidor.
Dispositivos Nuevos
Se puede implementar conexiones a 1000 MBps entre los Switches y los servidores
de alto desempeño. Esta actualización requerirá que los servidores le les instales NICs
de Gigabit Ethernet.
Antes de la actualización
CONEXIONES A USUARIOS FINALES
100 Mbps
100 Mbps
Repetidor 100MBps
10 Mbps
Repetidor 100MBps
10 Mbps
SW
10 Mbps
10 Mbps
SW SW SW
100
100
100
100
100
100
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
10/100 Switches
Switch Fast Ethernet
Después de la actualización
CONEXIONES A USUARIOS FINALES
100 Mbps
100 Mbps
Repetidor 100MBps
10 Mbps
10 Mbps
10 Mbps
10 Mbps
Repetidor 100MBps
SW
SW
100
100
100
100
100
100
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
SW SW
10/100 Switches
NICs Gigabit
Ethernet
Switch o Repetidor
Gigabit Ethernet
Servidores de Alto
Dispositivos Nuevos
desempeño
Figura 7.5 Actualización de los enlaces Switch a Servidor
?
Actualización de una Dorsal (Backbone) Fast Ethernet
Se puede actualizar un switch de dorsal de Fast Ethernet con Switches 10/100
conectados para convertirse en un switch
Gigabit Ethernet que soporte múltiples
Switches 100/1000, así como ruteadores y concentradores con interfaces Gigabit
Ethernet y repetidores Gigabit Ethernet.
Esta medida permitiría que los servidores se conectaran directamente a la troncal a
través de NICs de Gigabit Ethernet, de esta forma se incrementaría el rendimiento
eficiente total de los servidores de los usuarios con aplicaciones con gran ancho de
banda. Una red Ethernet Gigabit podría soportar una gran cantidad de segmentos, un
mayor ancho de banda por segmento y, por tanto, un mayor número de nodos por
segmento.
Antes de la actualización
CONEXIONES A USUARIOS
100 Mbps
Repetidor 100MBps
100 Mbps
10 Mbps
Repetidor 100MBps
10 Mbps
SW
SW
10 Mbps
10 Mbps
SW SW
100
100
100
100
100
100
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Switch Fast Ethernet
Después de la actualización
10/100 Switches o
Ruteadores
CONEXIONES A USUARIOS
100 Mbps
100 Mbps
Repetidor 100MBps
10 Mbps
Repetidor 100MBps
10 Mbps
10 Mbps
10 Mbps
SW SW
SW SW
Interfaces
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
Gigabit
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Mbps
Ethernet
100/100 Switches
o Ruteadores
Interfaces
Gigabit
Ethernet
Switch o Repetidor
Gigabit Ethernet
Dispositivos Nuevos
Figura 7.6 Actualización de un Dorsal (Backbone) Fast Ethernet
?
Actualización de una troncal de FDDI compartida.
Se puede actualizar una troncal de FDDI reemplazando el concentrador FDDI, el
punto de conexión o el ruteador Ethernet de FDDI a Ethernet con un Switch o Repetidor
Gigabit Ethernet. La única actualización que se requiere es la instalación de nuevas
interfaces Gigabit Etherne t en los ruteadores, Switches o repetidores.
Antes de la actualización
Concentrador FDDI
Dorsal
WAN
WAN
de
Ruteadores
Ruteadores
Ruteadores
Después de la actualización
Full Duplex Switch 1000 Mbps de Gigabit
Ethernet o Repetidos Half Duplex
WAN
Figura 7.7 Actualización de un troncal de FDDI compartida
?
Actualización de computadoras de escritorio de alto desempeño.
Las NICs de Gigabit Ethernet se pueden utilizar para actualizar las computadoras de
escritorio de alto desempeño. Estas computadoras podrían estar conectadas a
Switches o repetidores Gigabit Ethernet
Antes de la actualización
NIC
Fast Ethernet HUB
o
NIC
Fast Ethernet SWITCH
o
NIC
Interfaces de FDDI o
Fast Ethernet
Después de la actualización
NIC
Gigabit Ethernet SWITCH
NIC
o
Repetidor Full Duplex
NIC
Interfaces Gigabit
Ethernet
Figura 7.8 Actualización de computadoras de escritorio de alto desempeño
CAPÍTULO 8
CONCLUSIONES
Después haber visto éstas tecnologías en redes conmutadas, podemos llegar a las siguientes
conclusiones en cada una:
8.1 SDH / SONET
Este tipo de redes son ampliamente utilizadas por compañías de telecomunicaciones debido a
sus características de mantenimiento de la red, facilidad de manipulación de la información y
sobre todo es que este tipo de redes está enfocado para este fin: para el transporte de información
de múltiples tipos. Las compañías de Telecomunicaciones utilizan esta tecnología como sus
“Espinas Dorsales” (Back Bones).
Otra forma de ver a este tipo de redes es como unos zapatos, como lo hace muchas
veces ATM en la cual se crean las células de información y éstas utilizan como capa
física, a las redes SONET / SDH.
En la actualidad hay trabajos para llevar esta tecnología hasta la PC, sobre todo en el área de
SONET utilizando su velocidad básica de transmisión de 51.84 Mbps.
8.2 Frame Relay
Frame Relay es una tecnología que está ampliamente difundidas, tanto así que en 1995 la
F.C.C. en los E.U. consideró que la utilización de Frame Relay constituía un servicio básico. Por
esta razón exigió a los suministradores de Frame Relay establecieran sus tarifas públicamente ya
que no lo hacían y el costo se negociaba con cada cliente.
Aquí en México, la disponibilidad es bastante buena. Las tres compañías principales de
comunicación: AVANTEL, AT&T y TELMEX, ofrecen el servicio de comunicación de datos a
través de Frame Relay.
En lo técnico, Frame Relay se recomienda para:
? La interconexión de redes de área local (LANs) a través de redes de cobertura
amplia (WANs)
? Aplicaciones de Bases de Datos en las cuales generan un tráfico de datos a
través de ráfagas.
Lamentablemente Frame Relay no es apropiado para el tráfico de Vídeo y Voz ya que éste
tipo de tráfico es sensible al retardo. Dicho de otra forma, Frame Relay no se recomienda para
aplicaciones multimedia.
8.3 ATM - Modo de Transferencia Asíncrono
Para el caso de ATM, podemos decir que el futuro ya esta llegando al presente. Gracias a la
características de Ancho de Banda garantizado y prioridad de datos, con ATM se logra mucho
mas fácil la integración de voz, vídeo, datos, multimedia en un solo flujo de información.
ATM se recomienda para:
? Aplicaciones multimedia, audio y vídeo debido a su capacidad de dedicar Ancho
de Banda predefinido a las aplicaciones y su posibilidad de establecer prioridades
en los datos.
? Redes de Area amplia por su integración transparente de alto rendimiento entre
WANs y LANS
? Redes Ampliamente dispersas debido a su carencia de limitaciones de distancia
? Enlaces troncales gracias a su expansión escalonada, gran rendimiento y
seguridad.
La debilidad de ATM radica en su alto costo por lo que para redes de área local no se
recomienda. Otro inconveniente es la carencia de estándares de ATM para soporte de varios
protocolos. Sin duda, éstos dos inconvenientes se solucionaran con el tiempo por lo que los
usuarios de redes de área local podremos acceder a ésta tecnología.
8.4 Gigabit Ethernet
En el caso de Gigabit Ethernet, ésta tecnología está enfocada para redes de área local. La
principal función, hasta este momento, es la interconexión de dispositivos entre los cuales exista
un “cuello de botella”. Estos cuellos de botella pueden darse entre switches, entre switch y
servidores, como también entre un switch y algunas PCs que tengan la necesidad de transmitir
una alta tasa de información hacia la red.
Esta tecnología esta en desarrollo, los dispositivos existentes trabajan con fibra
óptica. Al finalizar éste análisis, se concluyó el desarrollo la parte del estándar de
Gigabit Ethernet en la cual se transmite información a través de cobre por lo que no se
cubre. Sin embargo, el poder correr Gigabit Ethernet sobre cobre, permite pensar en
poder realizar una red
completamente con Gigabit Ethernet.
Otro factor muy
importante es que el costo se reduce ya que el cable de cobre es mucho más
económico que la fibra óptica.
Resumiendo lo antes dicho, podemos concluir en que cada de las tecnologías vistas tiene un
lugar de trabajo siendo:
CARACTERÍSTICAS
RED
Redes
de
Básicamente
SONET / SDH
Cobertura
para
Amplia.
Empresas
de
telecomunicaciones
Interconexión de redes a través de
Frame Relay
Redes de cobertura amplia
Redes en la que se requiera la
ATM
transmisión de voz, vídeo, datos,
Modo de Transferencia Asíncrono
multimedia
de
forma
eficiente.
Interconexión de redes
Eliminar “Cuellos de Botella” entre
Gigabit Ethernet
dispositivos de Redes de área local.
En un futuro cercano para la creación
de redes de área local.
Tabla 8.1 Tabla de Resumen
Todo esto lo podemos resumir con la siguiente gráfica.
RED DE AREA LOCAL
Servidores
Ruteador
SWITCH
GIGABIT
ETHERNET
Enlace con ATM o
Frame Relay
RED
SONET / SDH
Enlace con ATM o
Frame Relay
LAN
Enlaces con
ATM
LAN
LAN
Figura 8.1 Representación de Resumen
Bibliografía
Libros:
Tecnologías de Interconectividad de Redes
Ford,Merilee
Prentice Hall
México, 1998
Guía LAN TIMES DE REDES DE ÁREA EXTENSA
Teré Parnell
Osborne / McGraw Hill
España, 1997
Guía LAN TIMES DE REDES DE ÁLTA VELOCIDAD
Teré Parnell
Osborne / McGraw Hill
España, 1997
Internetwork Design Guide
Cisco Systems
Internetworking Technology Overview
Cisco Systems
Internetworking Terms and Acronyms
CISCO Systems
Introduction to ATM Networking
Walter J. Goralski
MCGraw Hill
E.U., 1995
Internetworking ATM
John Chiong – Beta Version
McGraw Hill
E. U., 1997
Synchronous Transmission Systems / Doc-GK5 / Issue 4.0
Northern Telecom - NORTEL
United Kingdom, Agosto 1995
Introduction to SONET Networking / SONET 101 /
Northern Telecom - NORTEL
Canada, Octubre 1996
Mediciones en Sistemas de Transmisión bajo Jerarquía Digital Síncrona - SDH
Tektronix
Artículos:
Tecnologías de Area Amplia para la comunicación de Datos
Marcelo Mejía Olvera y Alejandra Flores Ramiro
Revista Soluciones Avanzadas
Mexico, Diciembre de 1996
Norma G.707 (03/96)
Unión Internacional de Telecomunicaciones
Frame Relay – Base de las redes de área amplia de los 90´s
Marcelo Mejía y Mónica Acosta
Revista Soluciones Avanzadas
México, Diciembre de 1996
Introduction to Gigabit Ethernet / Technology Brief
Octubre de 1997
CISCO Systems
Direcciones en Internet
Modo de Transferencia Asíncrono - ATM
http://monografías.com/trabajos/atm/atm.html
A Brief Tutorial on ATM / Zahir Ebraim / Marzo 5, 1992
Dirección no compilada
Communications Terms / Motorola / Septiembre, 1997
http://design-net.com/solutions/wired/glossary/glossary.html
Synchronous Network Standars / Motorola / Septiembre, 1997
http://design-net.com/solutions/wired/transmission/t-net.html
Synchronous Network Implementation / Motorola / Septiembre, 1997
http://design-net.com/solutions/wired/transmission/t-imp.html #imp
SDH Telecommunications Standard Primer
http://www.tektronix.com
Gigabit Ethernet on the Horizon
http://www.3com.com
Gigabit Ethernet Accelerating the standard for speed / Whitepaper
http://www.gigabit -ethernet.org
Introducción a SDH / SONET
http://www.med.uva.es/~nacho/index.html
Synchronous Optical Network (SONET) Tutorial
http://www.webproforum.com/tektronix/full.html