Switches ATM

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Switches ATM

• Conceptos

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Conmutación de celdas (ATM)

• Red de conmutación de paquetes orientada a
  conexión
• Utilizada tanto en redes WAN como LAN
• Protocolo de señalización (establecimiento de
  conexiones) Q.2931
• Especificado por el ATM forum
• Los paquetes son llamados celdas
• 5-byte de header 48-byte de datos (carga útil)
• Comunmente transmitidos sobre SONET
• pero existen otros medios físicos posibles
• Puede transportar voz, datos y video
• La conmutación se hace en hardware

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Evolución de ATM

• ATM, en su forma original, fue diseñada para
  trabajar con SONET (Synchronous Optical Network)
  ó con SDH (Synchronous Digital Hierarchy) para
  ofrecer transporte y conmutación a alta velocidad
  en redes WAN, MAN, Campus y LAN, Sin embargo,
  debido a QoS en IP, Fast Ethernet y Gigabit
  Ethernet, no tiene sentido utilizar ATM cerca de
  la estación de trabajo sólo en el backbone o en
  la red WAN.
• La convergencia de servicios está haciendo que la
  inteligencia de la red y el ancho de banda se
  desplacen hacia el usuario.
• En un sistema telefónico normal, los conmutadores
  tiene toda la inteligencia y la terminal de red
  (es decir, el teléfono) es poco inteligente. En
  una red de datos la terminal de red (por ejemplo,
  un PC) tiene más inteligencia y los switches y
  routers hacen tareas que requieren menos
  capacidad.
• En un sistema telefónico normal, el gran ancho de
  banda está entre los conmutadores y al usuario le
  llega un ancho de banda muy pequeño. En las redes
  de datos existía la regla de diseño que la
  distribución del tráfico era 80/20 80 en la
  LAN, 20 en la WAN... Eso ya no es cierto.
• Algunos esperan que la convergencia de servicios
  sobre IP reemplace ATM, pero aún no ha sucedido.

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Historia de ATM

• 1980 Inicia las investigaciones en empresas y
  universidades
• 1986 la ITU adopta el enfoque para B-ISDN
• 1989 La ITU adopta la celda de 53 bytes
• 1991 se crea el ATM forum (www.atmforum.org)
• 1992 ATM forum emite la primera especificación
• 1996 ATM forum establece el Anchorage Accord

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Paquetes de longitud variable versus longitud fija

• No existe una longitud óptima
• si es demasiado pequeño overhead alto
• si es demasiado grande baja utilización del
  ancho de banda para bloques de datos pequeños
• Paquetes de longitud fija son más fáciles de
  conmutar en hardware
• es más simple
• permite paralelismo de los componentes del switch

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Paquetes grandes versus paquetes pequeños

• Pequeños mejoran el comportamiento de la cola
• Control más fino sobre el enlace
• paquete máximo 4KB
• rápidez del enlace 100Mbps
• tiempo de transmisión 4096 x 8/100 327.68ms
• un paquete con alta prioridad puede permanecer en
  cola 327.68ms
• en contraste, 53 x 8/100 4.24ms para ATM
• Casi es un comportamiento cut-through
• dos paquetes de 4KB llegan al mismo tiempo
• enlace ocioso durante 327.68ms mientras ambos
  llegan
• al final de los 327.68ms, aún tienen 8KB por
  transmitir
• en contraste, puede transmitir la primera celda a
  los 4.24ms
• al final de los 327.68ms, sólo quedan 4KB en la
  cola

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Paquetes grandes versus paquetes pequeños

• Pequeños mejoran la latencia (para voz)
• voz en formato digital se codifica a 64Kbps
  (muestras de 8-bit a 8KHz)
• necesita la cantidad de muestras para llenar una
  celda antes de enviarla
• ejemplo celdas de 1000-bytes implican 125ms por
  celda (demasiado grandes)
• latencias pequeñas implica no tener que colocar
  canceladores de eco
• Compromiso de ATM 48 bytes (3264)/2

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Formato de la celda

• Celda tipo User-Network Interface (UNI)
• formato utilizado entre el nodo y el switch
• GFC Generic Flow Control (aun está siendo
  definido)
• VCI Virtual Circuit Identifier
• VPI Virtual Path Identifier
• Type administración, control de congestión, AAL5
  (bit para indicar última celda de un PDU)
• CLPL Cell Loss Priority
• HEC Header Error Check (CRC-8)
• Celda tipo Network-Network Interface (NNI)
• formato utilizado entre switches
• en este tipo de celdas el campo GFC no existe,
  esos cuatro bits también son parte del campo VPI

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Arquitectura de ATM

• Tiene Cuatro capas
• Capa superior de servicios
• Capa de adaptación ATM (AAL)
• Capa ATM
• Capa Física
• La capa AAL tiene dos subcapas
• La subcapa de convergencia
• La subcapa SAR (Segmentation and Reassembly)
• La capa física tiene a su vez dos subcapas
• La subcapa de convergencia de transmisión
• La subcapa de medio físico

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Capa de servicios

• Define la naturaleza del servicio actual.
• Hay dos tipos básicos
• VBR (variable bit rate) por ejemplo datos en IP
  o en Ethernet.
• CBR (constant bit rate) por ejemplo voz o video.
• La ITU clasificó los servicios en cuatro clases A
  (voz y video CBR), B (voz y video VBR) , C (datos
  orientado a conexión, Frame relay) y D (datos no
  orientado a conexión, Ethernet ó IP)
• El ATM Forum los clasifican en servicios que
  requieren tiempo real y los que no (CBR, VBR-RT,
  VBR-NRT, UBR y ABR)

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ATM Adaptation Layer (AAL)

• AAL tiene 4 responsabilidades
• Sincronización y recuperción de errores
• Detección y corrección de errores
• Segmentación y reensamble de la secuencia de
  datos
• Multimplexamiento
• La subcapa de convergencia provee funciones
  específicas a la capa de servicios (es decir, si
  el servicio es video o voz presta ciertas
  funciones, si son datos presta otras)
• La subcapa SAR convierte los datos originales en
  trozos de 48 bytes para colocar en las celdas ATM
  y viceversa.

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Segmentación y Reemsamblaje

• ATM Adaptation Layer (AAL)
• AAL 1 y 2 están diseñados para aplicaciones que
  deben garantizar la tasa de transferencia (e.g.,
  voz, video)
• AAL 3/4 diseñada para paquetes de datos
• AAL 5 es un estándar alternativo para paquetes de
  datos

AAL
AAL


A
TM
A
TM
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AAL 3/4

• Convergence Sublayer Protocol Data Unit (CS-PDU)
• CPI commerce part indicator (versión)
• Btag/Etag beginning tag y ending tag
• BAsize indicación de la cantidad de espacio en
  buffer que debe asignarse
• Length tamaño del PDU completo

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Formato de la Celda

• Type
• BOM beginning of message
• COM continuation of message
• EOM end of message
• SEQ número de secuencia
• MID identificación del mensaje
• Length número de bytes del PDU en esta celda

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AAL5

• Formato CS-PDU
• pad (relleno) al final para asegurar que el PDU
  sea múltiplo (esté dentro de los limites) de las
  celdas ATM
• Longitud tamaño del PDU (sólo datos)
• CRC-32 (detecta celdas perdidas o en desorden)
• Formato de la celda
• bit end-of-PDU en el campo Type del header ATM

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Capa ATM

• Tiene cinco funciones generales
• multiplexación y demultiplexación de celdas
• conmutación a los diferentes canales virtuales
• creación del header de la celda ATM
• control de flujo genérico
• delineación de las celdas
• Por ser la capa encargada de crear el encabezado
  de la celda, es la responsable de todas las
  funciones que adiministra dicho encabezado

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Capa física

• Tiene dos subcapas de convergencia de
  transmisión y de medio físico
• Subcapa de convergencia de transmisión
• Genera el frame de transmisión (por ejemplo el
  frame SONET).
• Subcapa de medio
• Sabe cual es el medio específico eléctrico,
  óptico, inalámbrico

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Frame SONET (Synchronous Optical NETwork)

• Basado en reloj
• cada frame tiene 125us de longitud
• STS-n (STS-1 51.84 Mbps)

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SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

• SONET fue desarrollado para Estados Unidos,
  Canada, Corea, Taiwan y Hong Kong.
• SDH es la versión europea de transmisión óptica
  sincrónica.
• Utiliza velocidades STM (Synchronous Transfer
  Mode)
• OC-1 (STM-0)
• OC-3 (STM-1)
• OC-12 (STM-4)
• OC-48 (STM-16)