modo de transferencia asíncrono atm · en atm es necesario un mecanismo para establecer y liberar...

Admón. Redes - ATMRamón Hervás Lucas / Rubén Martínez Sobrino

-1-

Modo de Transferencia Asíncrono

ATM

Rubén Martínez Sobrino Ramón Hervás LucasEscuela Superior de Informática

Universidad de Castilla la ManchaCiudad RealAbril-2001


-2-

Indice.

Indice....................................................................................................... 2

1. Introducción......................................................................................... 3

2. Arquitectura del protocolo................................................................... 3

3. Conexiones lógicas ATM..................................................................... 43.1. Características de un camino/canal virtual............................. 53.2. Señalización de control.......................................................... 5

4. Celdas ATM......................................................................................... 74.1. Formato de cabecera.............................................................. 7

5. Transmisión de celdas.......................................................................... 8

6. Capa de adaptación ATM (AAL)......................................................... 96.1 Servicios................................................................................ 96.2. Protocolos AAL.................................................................... 9

7. Control de tráfico y de la congestión................................................... 107.1. Requisitos para el control de tráfico y de congestión............. 107.2. Variación del retardo de celdas............................................. 117.3. Contribución de la red a la variación del retardo de celdas.... 117.4. Control de tráfico y de congestión......................................... 11

7.4.1. Control de tráfico................................................... 137.4.2. Control de Congestión............................................ 15

8. Dispositivos de red ATM..................................................................... 168.1.Elementos de conmutación..................................................... 16

8.1.1.-Conmutadores de tipo matriz................................. 168.1.2.-Conmutadores de Memoria Central........................ 188.1.3.-Conmutadores de tipo Bus..................................... 188.1.4.-Conmutadores de tipo anillo.................................. 18

8.2.Clasificación de los conmutadores basada en su estructura..... 19 8.2.1.-Conmutadores de división asíncrona del tiempo.... 19

8.2.2.-Conmutadores por división del espacio.................. 20-Conmutadores Banyan........................................ 20-Conmutadores Batcher-Banyan.......................... 20-Conmutadores Crossbar...................................... 21

8.2.3.-Conmutadores con buffer no bloqueantes.............. 21

8.3.Ejemplos de redes de interconexión de un conmutador.......... 22


-3-

1. Introducción.

El modo de transferencia asíncrono, también conocido como retransmisión deceldas, es conceptualmente similar a la técnica de retransmisión de tramas (frame relay).Ambas presentan fiabilidad y fidelidad para ofrecer una conmutación de paquetes másrápida que X.25, siendo ATM incluso más funcional que el frame relay, pudiendo admitirvelocidades de varios órdenes de magnitud superior.

ATM se desarrolló como parte del trabajo en RDSI de banda ancha, peroinicialmente se destinó otros entornos, en los que eran necesarios velocidades detransmisión muy elevadas.

2. Arquitectura del protocolo.

ATM lleva a cabo la transferencia de datos en trozos discretos, permitiendo lamultiplexación de varias conexiones lógicas sobre una única interfaz física. Estasunidades discretas que componen una interfaz lógica son paquetes de tamaño fijo,denominados celdas.

Dos de los factores que hacen de ATM una tecnología de alta velocidad son:- ATM es un protocolo con mínima capacidad de control de errores y de

flujo, lo que reduce el tamaño y el coste de procesamiento de las celdas.- El empleo de celdas de tamaño fijo simplifica el procesamiento necesario

en cada nodo.

La figura 1 muestra el modelo de referencia del protocolo ATM:

La capa física especifica:- El medio de transmisión.- El esquema de codificación de la señal.- Las velocidades de transmisión: 155,52 Mbps y 622,08 Mbps, siendo

posibles velocidades superiores e inferiores.


-4-

Dos capas de ATM se relacionan con las funciones propias de ATM:!La capa ATM, común a todos los servicios de conmutación de

paquetes.!La capa de adaptación ATM (AAL) dependiente del servicio. AAL

agrupa información de capas superiores en celdas ATM, para enviarlasa través de la red ATM, al tiempo que extrae información de las celdasATM y la transmite a las capas superiores.

El modelo de referencia del protocolo ATM hace referencia a tres planosseparados, que son enfoques distintos del SW o HW que existe en cada una de las capasdel modelo de referencia:

!Plano de usuario: permite transferencia de información de usuario,haciendo uso de los controles de flujo y errores.

!Plano de control: realiza el control de las llamadas y las funciones decontrol de conexión.

!Plano de gestión: realiza funciones de gestión del sistema como untodo; proporcionando coordinación entre todos los planos, y gestión decapa.

3. Conexiones lógicas ATM.

Las conexiones lógicas en ATM están relacionadas con las conexiones de canalesvirtuales (VCC). Una VCC es como un circuito virtual en X.25 o como una conexión deenlace de datos en retransmisión de tramas, siendo la unidad básica de conmutación en lared ATM. Una VCC se establece entre dos usuarios finales a través de la red,proporcionando un flujo full-duplex de celdas del mismo tamaño a una velocidaddeterminada.

Una conexión de camino virtual (VPC) es una haz de VCC con los mismosextremos, tal que las celdas que fluyen en las VCC de una misma VPC se conmutanconjuntamente. Los caminos virtuales sirven para simplificar y facilitar el control de lared agrupando en una sola unidad a conexiones que comparten el mismo camino a travésde la red.


-5-

En una VCC se garantiza la integridad de la secuencia de celdas: las celdas seentregan al destinatario en el mismo orden en que se enviaron.

3.1. Características de un camino/canal virtual.

- Calidad de servicio: un usuario es provisto con una calidad de servicioespecificada con parámetros tales como la tasa de pérdida de celdas ó variación delretardo de las celdas.

- VCC conmutados y semipermanentes: pueden existir conexiones conmutadas(con señalización de control de llamada), y conexiones con canal dedicado.

- Integridad de la secuencia de celdas: Se preserva que en una VCC se mantieneel orden en que las celdas fueron enviadas.

- Negociación de parámetros de tráfico y supervisión de uso: Entre usuario y redse pueden negociar parámetros de tráfico (velocidad media, de pico...) para cada VCC.Además, la entrada de celdas de usuario se supervisa por la red para asegurar que secumplen los parámetros negociados.

- Restricción de identificador de canal virtual en una VPC: Las cuatro anteriorescaracterísticas con comunes a VCC y VPC, siendo esta última propiedad exclusiva de lasVPC. Puede que no sea posible proporcionar uno o más identificadores o número decanal virtual al usuario de una VPC, aunque estos puedan ser reservados para uso internode la red.

3.2. Señalización de control.

En ATM es necesario un mecanismo para establecer y liberar las VPC y VCC, demodo que llamamos señalización de control a la información involucrada en ese proceso,la cual se transmite a través de conexiones distintas de las gestionadas.

Los distintos modos de establecer/liberar VCC son:1. Las VCC semipermanentes pueden usarse en el tráfico usuario-usuario,

para lo cual no es necesaria la señalización de control.2. Si no existe un canal de señalización de control, será necesario


-6-

establecer uno. Para ello, se intercambiará una serie de señales de control entre usuario yred a través de un canal especifico. Por ello, es necesario un canal permanente que puedaser usado para establecer las VCC para el control de llamadas. Este canal permanente sellama canal de meta-señalización, dado que se emplea para establecer canales deseñalización.

3. El canal de meta-señalización sirve para establecer canales virtuales deseñalización usuario-red, el cual se utilizará para establecer las VCC de transmisión dedatos.

4. El canal de meta-señalización también permite establecer un canalvirtual de señalización usuario-usuario, el cual se utilizará para que dos usuarios finalesestablezcan y liberen VCC para el transporte de datos, sin intervención de la red.

Nota: En todas las redes se usa una o más combinaciones de estos métodos.

Métodos para establecer/liberar VPC:1.-Una VPC semipermanente se puede establecer mediante negociación

previa, para lo cual no son necesarias señales de control.2.-El usuario puede establecer/liberar una VPC haciendo uso de la VCC de

señalización.3.-La propia red puede establecer y liberar VPC, en cuyo caso las VPC

podrán estar destinadas al tráfico red-red, usuario-red ó usuario-usuario.


-7-

4. Celdas ATM.

Las celdas en ATM son de tamaño fijo, con 5 bytes de cabecera y 48 bytes deinformación (53 bytes por celda). El empleo de este tipo de celdas, pequeñas y de tamañofijo se debe a:

"El uso de celdas pequeñas puede reducir el retardo de cola para celdas de altaprioridad.

"Las celdas de tamaño pequeño pueden ser conmutadas más eficientemente."La implementación física de los sistemas de conmutación es más sencilla para

celdas de tamaño fijo.

4.1. Formato de cabecera.

La figura 3a muestra el formato de cabecera en el interfaz usuario-red. La figura3b muestra el formato de cabecera en el interfaz red-red, en el cual no se especifica elcampo "Control de flujo genérico", ampliando en su lugar el campo "identificador decamino virtual" de 8 a 12 caracteres, lo que permite un gran número de VPC internos dela red, para dar cabida a los de los usuarios y a los internos de la red.


-8-

El campo de control de flujo genérico solo tiene sentido en el interfaz localusuario-red, y podría utilizarse para ayudar al usuario en el control de flujo del tráficopara las distintas calidades de servicio.

El campo identificador de camino virtual (VPI), es un campo de encaminamientopara la red. El identificador de canal virtual se emplea para encaminar a y desde elusuario final, funcionando como un SAP (punto de acceso al servicio).

El campo tipo de carga útil indica el tipo de información contenida en el campode información.

La prioridad de pérdida de celdas (CLP) se emplea para orientar a la red en casode congestión: -Un bit 0 indica que la celda es de prioridad superior y que no debedescartarse a no ser que haya otro remedio.

-Un bit 1 indica que la celda es de prioridad baja y que puededescartarse en caso de ser necesario.

El Control de errores de cabecera se calcula en base a los otros 32 bits de lacabecera. Este control de errores corresponde a un 'código de redundancia cíclica' (CRC)cuyo polinomio es x8+x2+x+1. El hecho de utilizar 8 bits de control de errores para tansolo 32 bits de cabecera permite (debido a la suficiente redundancia del código) no solodetectar errores, sino también corregir parte de ellos.

5. Transmisión de celdas ATM.

BISDN especifica que las celdas deben transmitirse a 155,52 ó 622,08 Mbps, yserá necesario especificar la estructura de transmisión usada para transportar esta carga.En el caso de la interfaz a 155,52 Mbps se han definido dos aproximaciones: capa físicabasada en celdas y capa física basada en SDH.

Capa física basada en celdas.La estructura de la interfaz se basa en una secuencia continua de celdas de 53

bytes, sin fragmentación. Dado que no se imponen tramas externas, para sincronizar seutiliza el campo "control de errores de cabecera" de la cabecera.

Capa física basada en SDH.Alternativamente, las celdas ATM pueden transmitirse a través de una línea

haciendo uso de SDH (jerarquía digital síncrona) o SONET. En este caso, en la capafísica se impone la fragmentación utilizando tramas STM-1.


-9-

La capacidad de carga útil de las tramas STM-1 es de 2430 bytes. La carga útil consta de9 bytes suplementarios de cabecera del camino y de las propias celdas ATM.

6.Capa de adaptación ATM(AAL).

El uso de ATM hace necesaria de una capa de adaptación para admitir protocolosde transferencia de información no basado en ATM. En un entorno heterogéneo en el queexisten redes ATM interconectadas con redes de transmisión de tramas, una formaadecuada de integrar los dos tipos de redes es realizar una transformación entre tramas yceldas, lo que implica la segmentación de una trama en celdas de transmisión y laagrupación de las celdas en tramas en el receptor.

6.1. Servicios de la capa de adaptación ATM

El documento 1362 de ITU-T especifica los siguientes ejemplos generales deservicios para AAL:•Gestión de errores de transmisión•Segmentación y ensamblado para permitir la transmisión de bloques mayores de

datos en el campo de información de celdas ATM•Gestión de condiciones de pérdida de celdas y de celdas mal insertadas•Control de flujo y temporalización

Con el fin de minimizar el número de protocolos AAL diferentes que pueden serespecificados, se han definido cuatro clases de servicios que cumplen un amplio rango derequisitos:

CLASE A CLASE B CLASE C CLASE DSincronizaciónorigen-destino

Requerido No Requerido

Tasa de bits Constante VariableModo de conexión Orientado a conexión Sin conexión

Protocolo AAL Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3,4,5 Tipo 3,4

Tipo 1: Emulación de circuitosTipo 2: Videoconferencias, con tasa de transmisión variableTipo 3,4 y 5: Transmisión de datos

6.2. Protocolos AALEsta capa se organiza en dos subcapas lógicas: la subcapa de convergencia (CS) y

la subcapa de segmentación y agrupación o ensamblado (SAR). La subcapa deconvergencia proporciona las funciones necesarias para dar soporte a aplicacionesespecíficas usando AAL. Cada usuario AAL se conecta con un servicio AAL en el puntode acceso al servicio, que indica simplemente la dirección de la aplicación.

La subcapa de segmentación y ensamblado es responsable de empaquetar lainformación recibida desde CS en celdas de transmisión y desempaquetar en el otro


-10-

extremo.

7. Control de tráfico y de congestión.

Las técnicas de control de tráfico y de congestión son vitales para el adecuadofuncionamiento de las redes ATM. Sin tales técnicas el tráfico desde nodos usuario puedeexceder la capacidad de la red, causando el desbordamiento de la memoria temporal enlos conmutadores ATM y produciéndose pérdida de datos.

Las redes ATM presentan dificultades en el control efectivo de la congestión. Lacomplejidad del problema se debe al limitado número de bits suplementarios disponiblespara el control de celdas de usuario.

El objetivo de los mecanismos adoptados se centra en esquemas de control paratráfico sensible al retardo tales como voz y vídeo.

7.1. Requisitos para el control de tráfico y de congestión en ATM

El tráfico en circuitos virtuales individuales es de naturaleza a ráfagas, esperando elsistema receptor recibir el tráfico a ráfagas en cada conexión. El resultado de esto es:

1.La red no necesita replicar exactamente el patrón de temporalización del tráficoentrante en el nodo de salida

2.Podemos usa multiplexación estadística para acomodar varias conexiones lógicas sobrela interfaz física entre el usuario y la red. La velocidad media de datos necesaria paracada conexión es menor que la velocidad de pico para cada conexión y la interfazusuario-red solo necesita ser diseñada para una capacidad superior a la suma de lasvelocidades promedio para todas las conexiones.

Los esquemas de control de congestión de redes de conmutación de paquetes no resultanadecuados para redes ATM:

1.La mayor parte del tráfico no es adaptable al control de tráfico. Por ejemplo fuentes detráfico de voz y de vídeo no pueden parar de generar celdas aun cuando la red estacongestionada.

2.Generalmente, las redes ATM admiten un amplio rango de aplicaciones que necesitencapacidades de entre unos pocos Kbps a varios Mbps. Los esquemas de control decongestión relativamente sencillos terminan generalmente castigando un extremo uotro del espectro.

3.Las aplicaciones en redes ATM pueden generar patrones de tráfico muy diversos (porejemplo, fuentes de datos de velocidad constante frente a variable). Resulta difícilgestionar esta amplia variedad de velocidades mediante el uso de técnicastradicionales en control de congestión.

4.Diferentes aplicaciones en redes ATM requieren diferentes servicios (por ejemploservicio sensible al retardo para voz y vídeo y servicio sensible a pérdidas de datos.


-11-

7.2. Variación del retardo de celdas

Para una red ATM, las señales de voz y vídeo pueden ser digitalizadas ytransmitidas como una secuencia de celdas, lo que requiere, especialmente para voz, quelos retardos en la red sean pequeños.

Existe otro importante requisito que entra a veces en conflicto con el anterior lavelocidad de envío de celdas al usuario destino debe ser constante. Entonces cómo podríael usuario destino hacer frente a las variaciones del retardo de celdas en tránsito desde elusuario frente al destino.

Cuando la primera celda se recibe en el instante de tiempo r(0), el usuario retardala celda una cantidad adicional V(0) antes de enviarla a la aplicación. V(0) es unaestimación de la variación del retardo de celda que la aplicación pueda tolerar y quepuede ser producida por la red. Las siguientes celdas se retrasan de manera que setransmiten al usuario a una velocidad constante de R celdas por segundo. Para conseguiresto puede ser necesario rechazar celdas. (ejemplo vídeo)

7.3. Contribución de la red a la variación del retardo de celdas

Una componente de la variación del retardo de celdas se debe a sucesos internos ala red. La variación del retardo de paquete en redes de comunicación de paquetes puedeser considerable debido a los efectos de puesta en cola en cada uno de los nodos decomunicación intermedios. En el caso de ATM las variaciones de retardo de celdadebidos a los efectos de la red son mínimas. Las razones principales para ello son lassiguientes:

1.El protocolo ATM se diseña para minimizar el procesamiento suplementario enlos nodos intermedios. Las celdas son de tamaño fijo con formatos decabecera también fijos, no siendo necesarios procedimientos de control deerrores ni de flujo.

2.Para dar cabida a las altas velocidades de las redes ATM, los conmutadoresATM se han diseñado para ofrecer un rendimiento extremadamente alto. Así,el tiempo de procesamiento en un nodo para una celda individual esirrelevante.

La congestión es el único factor que podrían provocar variaciones importantes en elretardo de celda. Si la red comienza as congestionarse, las celdas pueden descartarse opuestas en la cola en los conmutadores afectados. Es importante por tanto, que la cargaaceptada por la red en cualquier instante de tiempo, no cause congestión. Por tanto noscentraremos en el control de Congestión.

7.4. Control de tráfico y de congestión.

Los objetivos del control de tráfico y de congestión de ATM se pueden resumir en:

#Permitir un número suficiente de clases de calidad de servicio de la capa ATM para


-12-

todos los servicios de red posibles.#Ser independiente de los protocolos de la Capa de adaptación ATM específicos del

servicio de red y de protocolos de capa superior que sean específicos de laAplicación.

#El diseño de un conjunto óptimo de controles de tráfico y de congestión en la capaATM debe minimizar la complejidad de la red y del sistema final al tiempo quemaximiza la utilización de la red.

Para conseguir estos objetivos se han definido un conjunto de funciones de control detráfico y de congestión que operan en un rango de intervalos de tiempo

Tiempo de respuesta Funciones de control detráfico

Funciones de control decongestión

Término de larga duración Congestión de recursos dered

Duración de conexión Control de admisión deconexión

Tiempo de propagación deida y vuelta

Gestión de recursos rápidos Notificación explícita

Tiempo de inserción de celda - Control de parámetros deuso- Control de prioridad

Rechazo selectivo de celdas

#Tiempo de inserción de celdas: las funciones de este nivel reaccionan inmediatamenteante celdas transmitidas

#Tiempo de propagación de ida y vuelta: En este nivel la red responde en el tiempo devida de una celda en la red y puede ofrecer indicaciones de realimentación al origen

#Duración de conexión: en este nivel la red determina si puede establecerse una nuevaconexión con una calidad de servicio dada y se fijará el nivel de prestaciones.

#Término de larga duración: son controles que afectan a más de una conexión ATM yson establecidos para uso de larga duración.

La esencia de la estrategia de control de tráfico se basa en la determinación de si puedeestablecerse una nueva conexión específica, acordando con el subcriptor los parámetrosde prestaciones tolerados. En efecto, el subcriptor y la red contratan el tráfico: la redacepta tolerar un cierto nivel de tráfico en esta conexión y el subcriptor acepta no excederlos límites de las prestaciones. Las funciones de control de tráfico están relacionadas conel establecimiento de prestaciones y el cumplimiento de las mismas, por lo que estánrelacionadas con la prevención de congestión. Si el control de tráfico falla puedeproducirse congestión.


-13-

7.4.1. Control de tráfico

Funciones del control de tráfico:

A)Gestión de recursos de red

El concepto fundamental en la gestión de recursos de red es la reserva de dichosrecursos. La única función de control de tráfico específica basada en la gestión de losrecursos de red hace uso de caminos virtuales.La red ofrece características conjuntas de prestaciones y capacidad de en el caminovirtual, compartidas por las conexiones virtuales. Debemos considerar tres casos:

1.Aplicación usuario-usuario: es responsabilidad del usuario asegurar que lademanda de las VCC (canal) puede ser aceptada por la VPC (camino).

2.Aplicación usuario-red: en este caso la red es consciente de la calidad deservicio (QOS) de la VCC (canal) en las VPC (camino) y debe darles cabida.

3.Aplicación red-red: la VPC (camino) se extiende entre dos nodos de red. Denuevo, la red conoce la calidad de servicio de las VCC (canal) en la VPC(camino) y debe darle cabida.

Los parámetros de calidad de servicio más importantes relacionados con la gestión de losrecursos de red son la tasa de perdida de celdas, el retardo de transferencia de celdas y lavariación en el retardo de celdas.


-14-

Existen varias alternativas en la manera de agrupar VCC (canal) y en el tipo deprestaciones que presentan. Si todas las VCC (canal) en una VPC (camino) se manejan deforma similar, deberían experimentar prestaciones de red similares en términos de tasa depérdida de celdas, retardo de transferencia de celdas y variación del retardo de celdas.

B)Control de admisión de conexión

El control de admisión de conexión es la primera línea de defensa deautoprotección de la red ante una carga excesiva. Cuando un usuario solicita una nuevaVCC (canal) o VPC (camino), debe especificar implícita o explícitamente lascaracterísticas de tráfico para la conexión en ambas direcciones. La red acepta laconexión sólo si puede conseguir los recursos necesarios.

Existen cuatro parámetros que afectan a la admisión de conexión:

Parámetro Descripción Tipo de tráficoVelocidad de pico de celdas(PCR)

Límite superior de tráfico que puedepresentarse en una conexión ATM

CBR, VBR

Variación del retardo deceldas (CDV)

Límite superior de la variabilidad deceldas observado en un único punto demedida en referencia a la velocidad depico de celdas.

CBR, VBR

Velocidad sostenible deceldas (SCR)

Límite superior de la velocidad promediode una conexión ATM, calculado sobre laduración de una conexión

VBR

Tolerancia a la aparición deráfagas

Límite superior de la variabilidad deceldas observado en un único punto demedida en referencia a la velocidadsostenible de celdas.

VBR

VBR: Velocidad de bits variableCBR: Velocidad de bits constante

•Los parámetros PCR y CDV deben especificarse en cada conexión

C)control de parámetros de uso

Una vez que la conexión ha sido aceptada la función de control de parámetros de uso(UPC) de la red supervisa la conexión para determinar si el tráfico está en concordanciacon el contrato de tráfico. El objetivo principal del control de parámetros de uso esproteger los recursos de la red ante la producción de una sobrecarga en una conexióndetectando violaciones en los parámetros asignados y tomando las medidas oportunas.


-15-

Existen dos funciones separadas asociadas al UPC:•Control de la velocidad de pico de celdas•Control de la velocidad sostenible de celdas: el tráfico será adecuado si la

velocidad de pico de transmisión de celdas no excede la velocidad de pico deceldas acordados, sujeta a la posibilidad de que la variación del retardo deceldas se encuentre en el rango acordado.

Existen algoritmos para calcular la velocidad de pico de celdas, así como para lavelocidad sostenible de celdas.

D)Control de prioridad.

El objetivo es rechazar celdas de baja prioridad para proteger las prestaciones para celdasde alta prioridad.

E)Gestión de recursos rápidos

Actualmente se define la gestión de recursos rápidos como una herramienta potencial decontrol de tráfico que se estudiará más adelante. Un ejemplo de esta función es lacapacidad de la red para responder a la solicitud de un usuario de envío de una ráfaga, esdecir el usuario desea exceder temporalmente el contrato de tráfico para enviar unacantidad de datos relativamente grande. Si la red determina que los recursos sonalcanzables para dicha ráfaga, reserva los recursos y concede permiso. Tras la ráfaga sefuerza el flujo de tráfico normal.

7.4.2. Control de Congestión

Se refiere al conjunto de acciones realizadas por la red para minimizar la intensidad, laextensión y la duración de la congestión. Se define las siguientes funciones:

A)Rechazo selectivo de celdas

El rechazo selectivo de celdas es similar al control de prioridad. En la función de controlde prioridad, las celdas son rechazadas para evitar la congestión. Sin embargo, sólo sedescartan las celdas que exceden el contrato de tráfico, es decir se limita el número deceldas para que se cumplan las prestaciones deseadas. Una vez que se producecongestión, la red no puede conseguir todos los objetivos de prestaciones. Pararecuperarse de la situación de congestión la red puede descartar cualquier celda.

B)Indicación de congestión explícita hacia delante

La notificación de congestión explícita hacia delante en redes ATM es esencialmente lomismo que en redes de transmisión de tramas.Cualquier nodo en redes ATM que experimente conexión puede especificar unaindicación de congestión explícita en el campo de tipo de carga útil de la cabecera de lacelda a través de conexiones que atraviesen el nodo. La indicación notifica al usuario que


-16-

los procedimientos de prevención de congestión deberían ser puestos en marcha para eltráfico en la misma dirección que la celda recibida. El usuario puede solicitar acciones delos protocolos de capas superiores para adaptar la velocidad de celdas de la conexión.

8.- Dispositivos de red ATM.

En ATM, la información viaja en celdas de longitud fija. Esto es una ventaja a lahora de conseguir una alta velocidad, pues permite que la red esté conmutada medianteelementos hardware de conmutación, en vez de la típica red conmutada mediante largasejecuciones software. De este modo, la productividad de un nodo de conmutación ATMronda el Gbit/s, manteniendo el retardo de cruce de un nodo y la pérdida de celdas envalores muy bajos.

Las dos tareas principales que un conmutador ATM debe cumplir son :-Traducción entre identificador de canal virtual (VCI) e identificador de

camino virtual (VPI).-Transporte de las celdas desde la entrada al conmutador hasta la salida

dedicada.

El elemento de conmutación es la unidad básica de una estructura conmutadaATM. Cuando una celda llega por un puerto de entrada, la información de enrutamientose analiza y la celda se transmite por el puerto de salida correspondiente.

Dependiendo de como estén distribuidos los elementos de conmutación dentro deun conmutador, éste podrá ser de diferentes tipos: De camino único, de varios caminos omultietapa. A continuación se muestra una clasificación de los conmutadores con variosejemplos.

8.1.Elementos de conmutación.

Generalmente un elemento de conmutación se compone de una red deinterconexión (interconnection network), un controlador de entrada (IC: Input Controller)para cada línea de entrada, y un controlador de salida (OC: Output Controller) para cadalínea de salida.

8.1.1.-Conmutadores de tipo matriz.Una forma de construir elementos de conmutación internos no bloqueantes es

utilizar una matriz rectangular para la red de interconexión.


-17-

Para evitar la pérdida de celdas cuando se produce una alta demanda de salida porun mismo puerto, se pueden utilizar los buffers. De este modo, un buffer se puede ubicaren un puerto de salida, y puerto de entrada o en un punto de cruce de la matriz.

Conmutador de tipo Butterfly.


-18-

8.1.2.-Conmutadores con Memoria Central.La base de este tipo de conmutadores es una memoria central, a la que están

vinculados todos los controladores de entrada y salida (IC y OC), de modo que todos loscontroladores de entrada pueden escribir en la memoria común, y todos los controladoresde salida pueden leer de ella.

Un ejemplo de este tipo de conmutador es el conmutador Sigma utilizado porRACE (Research and Development of Advanced Communication in Europe).

8.1.3.-Conmutadores de tipo Bus.La red de interconexión de un conmutador se puede construir mediante un bus de

alta velocidad multiplexado en el tiempo (TDM). Al bus se conectan todos loscontroladores de entrada y salida (IC y OC). De este modo, una transmisión libre deerrores solo se puede garantizar si el ancho de banda del bus es al menos la suma de lastasas de transmisión de todas las entradas.

8.1.4.-Conmutadores de tipo Anillo.Todos los controladores de entrada y salida están conectados mediante una red en

anillo. En principio, se podría asignar una ranura de tiempo fija a cada controlador(utilizando un arbitraje estático en el acceso al anillo). Esto, sin embargo, provoca el queel anillo deba tener un ancho de banda mayor o igual a la suma del ancho de banda de lasentradas. Para evitar esto se puede utilizar un arbitraje dinámico, en el que se asigna el


-19-

acceso al anillo por demanda. El problema, no obstante, de este esquema, es que se puedeproducir sobrecarga del conmutador si todas las entradas transmiten al mismo tiempo.

Una posibilidad de implementar un conmutador de tipo anillo es utilizar el anilloORWELL.

Para conseguir una ejecución de alta velocidad en un conmutador de este tipo esmuy común utilizar varios anillo en paralelo, lo cual recibe el nombre de "toro" (torus) deanillos.

8.2.- Clasificación de los conmutadores ATM basada en su estructura:

8.2.1.-Conmutadores de división asíncrona del tiempo:ATD (Camino único).El conmutador ATD (Asynchronous Time Division Switches) proporcionan un

único camino multiplexado para todas las celdas. Normalmente se utiliza un bus o unanillo.

En la figura se muestran cuatro puertos de entrada multiplexados a cuatro puertosde salida mediante multiplexión por división en el tiempo (TDM). A cada puerto deentrada se le asigna una ranura fija del TDM, siendo la tasa de transferencia delmultiplexor igual a la suma de las entradas. El tiempo dedicado a cada ranura en el TDMserá igual al de transmisión de una celda.

Dos ejemplos de este tipo de conmutador son el conmutador "Fore Systems ASX"y el "VNswitch" de Digital.


-20-

8.2.2.-Conmutadores por división del espacio (Varios caminos y varias etapas).Para evitar las limitaciones de un único camino y aumentar la productividad

global, los conmutadores ATM por división del espacio implementan múltiples caminos através de las estructuras de conmutación. La mayoría de los conmutadores de este tipoposeen una red de interconexión multi-etapa.

Tres tipos típicos de conmutadores por división del espacio:

-Conmutador Banyan: se construye distribuyendo una serie de elementos deconmutación binarios en varias etapas (log2N etapas).

En la figura se muestra un conmutador Banyan 8x8, que está compuesto por doceelementos de conmutación 2x2 dispuestos en tres etapas.

Desde cualquiera de las entradas se puede alcanzar cualquiera de las salidas.Además, una ventaja de los conmutadores Banyan es que son autoenrutados. Otra ventajaes que el usar elementos de conmutación binarios, solo es necesario examinar un bit de ladirección de destino para decidir la salida (solo hay dos posiblidades). Esto es muyrápido. Una desventaja, sin embargo, de este tipo de conmutador, es que si hay variasceldas intentando acceder a un mismo enlace, todas quedarán bloqueadas menos una. Espor ello que se dice que estos conmutadores son bloqueantes.

-Conmutador Batcher-Banyan: Este tipo de conmutador está compuesto por dosredes de interconexión multietapa: un conmutador Banyan autoenrutado, y una red deordenación Batcher. En este conmutador, las celdas de entrada primero pasan por la redde ordenación. Ésta se encarga de ordena las celdas en orden ascendente dependiendo desu línea de salida. Entonces las celdas pasan a la red Banyan, que enruta las diferentesceldas a sus salidas correspondientes. Con este sistema se evita el bloqueo interno de lared de interconexión Banyan.


-21-

-Conmutadores Crossbar.Los conmutadores Crossbar conectan N salidas y N entradas en una red

completamente enlazada, lo cual supone que existen N2 puntos conexión.

En la figura se muestra un ejemplo de un conmutador Knockout de loslaboratorios ATT Bell que está estructurado de este modo.

Este tipo de conmutador es no bloqueante.

8.2.3.-Conmutadores no bloqueantes con buffers.Aunque existen conmutadores no bloqueantes tales como el Batcher-Banyan y el

Crossbar, es posible la pérdida de celdas cuando dos o más celdas luchan por la mismasalida. Para evitar esto se utilizan los buffers, los cuales se pueden ubicar en lasentradas(8285 Nways de IBM, LightStream 2020 de Cisco), las salidas (Knock out deAT&T Bell, MainStreetXpress de Siemes y NewBridge, VIRATA de ATML, y el Lattisde Bay Networks) y estar compartidos (LightStream 1010 de Cisco, Prizma de IBM,5001 de Hitachi y el ATM cell de Lucent).


-22-

8.3.Ejemplo de redes de interconexión de un conmutador.

-Matriz conmutada extendida.

-Red en embudo.


-23-

-Red de intercambio shuffle.

-Red Delta-2 con cuatro etapas.


-24-

-Red conmutada plegada con tres etapas.

-Red Banyan paralela.


-25-

Bibliografía.

"ATM Networks Concepts, Protocols, Aplications", ADDISON WESLEY,R.Händel, Manfred N. Huber, Stefan Schröder.

"LightStream 2020 System Overview. ATM Technology".

"Asynchronous Transfer Mode (ATM) Networks", Tatsuya Suda, Dept. ofInformation and Computer Science, University of California.

" Redes de Computadores", Andrew S. Tanembaum,, Prentice Hall, 1997.

"Comunicación y Redes de Computadores", William Stallings, Prentice Hall,1997.

modo de transferencia asíncrono atm · en atm es necesario un mecanismo para establecer y liberar...

Documents