CLASE Nº 3

EVOLUCIÓN DE LAS REDES

Con esta filosofía nacen dos nuevas técnicas de transmisión: Frame Relay y ATM. Frame Relay maneja velocidades intermedias de transferencia de datos, mientras que ATM opera a altas velocidades (decenas de Mbps y superiores). Actualmente, ATM está implementado únicamente en algunas redes de transmisión pública debido al volumen de información que manejan. Las aplicaciones de usuario generalmente no alcanzan estas velocidades, por lo que en una primera aproximación nos enfocaremos sobre Frame Relay.

FRAME RELAY

Frame Relay es la evolución de las redes de conmutación de paquetes apoyándose en las nuevas líneas de alta velocidad, de mejor calidad y más baja tasa de error. Está definido en las la Recomendación I.122 de la UIT-T, y se acopla a las dos capas inferiores del modelo OSI: Física y Enlace; con lo cual, en comparación con X.25, se reduce una capa de procesamiento en los nodos.

La interfaz física está especificada principalmente para operar sobre redes ISDN, pero esta tecnología también se utiliza con conexiones seriales en otras redes de área extendida WAN. La información de usuario se transmite en "frames"; un frame es la segmentación del mensaje en unidades de datos (es decir, un paquete) pero de longitud variable. Por defecto, las redes Frame Relay manejan longitudes de 4096 bytes por frame.

Los frames se transmiten utilizando el protocolo LAPF (Link Access Procedure for Frame mode bearer services). Este constituye una subcapa del nivel de enlace. Por encima de él, el usuario puede adicionar otras funciones de nivel de enlace o de red extremo a extremo. Entre las principales características de Frame Relay, se pueden mencionar:

• Puede manejar velocidades desde 64 kbps hasta 2 Mbps; satisfactorio para LAN y WAN.
• La red preserva el orden de los paquetes en el destino; detecta los posibles errores y descarta los frames afectados
• Desarrollado en el contexto de ISDN, pero ampliamente aceptado en otros ambientes.

Sobre una misma línea de acceso pueden soportarse múltiples conexiones lógicas, bien por demanda (llamadas virtuales) o semipermanentes (CVP), dirigidas hacia múltiples destinos. Para el caso de conexiones por demanda, la señalización de control de establecimiento y liberación de la llamada se envían en un canal lógico separado. En los CVP no se requieren procedimientos de control de llamada. La red conserva el orden de los frames. Además, a través del parámetro FCS detecta errores operativos, de formato y de transmisión, y desecha los frames afectados. Las capas superiores bregan con la recuperación de los frames perdidos.

Las funciones que la red implementa para un servicio Frame Relay bajo LAPF son:

• Delimitación, alineación y transparencia del frame
• Multiplexación y demultiplexación utilizando el campo de dirección
• Inspección del frame para verificar un número entero de octetos y que la longitud esté acorde a las especificaciones
• Detección de errores de transmisión
• Funciones de control de congestión.

• Tasa garantizada (CIR - Committed Information Rate): Indica la cantidad de datos por unidad de tiempo que la red se compromete a transferir bajo condiciones normales de operación (los paquetes que se adaptan a la CIR son sólo desechados en caso de extrema congestión). Para conexiones permanentes el CIR se establece al momento de la subscripción. Para llamadas virtuales, se negocia durante el establecimiento de la llamada; si la red no está en capacidad de aceptar la tasa solicitada por el usuario, se cancela la llamada.
• Tasa en exceso (EIR - Excess Information Rate): Indica la velocidad de transmisión máxima que la red va a aceptar en esa conexión, aunque el incremento respecto a la tasa garantizada será descartado por la red en caso de congestión (es una transmisión sin compromiso de entrega). En el campo de dirección existe un bit DE (Discard Eligibility - Indicador de descarte) el cual es modificado de acuerdo a la velocidad de entrega de información a la red, el CIR y el EIR. Puede establecerse una cierta jerarquía entre los circuitos de un usuario, seleccionando un CIR=0 para las conexiones de menor prioridad.

La red en sí no posee implícitamente control de flujo (más que el descarte de frames); es por ello necesario implementar técnicas de control de congestión para evitar el colapso de la red por exceso de tráfico. Entre los objetivos del control de flujo están:

• Minimizar los frames descartados,
• mantener una aceptable calidad de servicio, y
• representar una carga mínima para el tráfico de la red.

a) Estrategia de descarte, basada en el descarte de frames con el bit DE activado.

b) Evasión de congestión. Una vez que se detecta el inicio de la congestión se debe evitar llegar a un punto de saturación, enviando señalización de forma explícita a los usuarios finales.

c) Recuperación frente a congestión: Cuando la red se enfrenta a congestión, descarta algunos frames; los usuarios finales detectan estas pérdidas, las cuales representan un aviso implícito de congestión.

Las técnicas b y c se consideran formas complementarias para el control de flujo en las redes Frame Relay. Para implementar la técnica de evasión de congestión, el campo de dirección LAPF contiene los bits FECN (Forward Explicit Congestion Notification - notificación explícita de congestión hacia adelante) y BECN (Backward Explicit Congestion Notification - notificación explícita de congestión hacia atrás); a través de FECN, el nodo indica que la red está congestionada para entregarle frames, y con BECN, le indica que presenta congestión para recibir los frames que el usuario entrega.

Revisar: http://www.frforum.com

En la figura anterior se mencionan dos elementos nuevos: Sistemas finales y la red (o Sistemas Intermedios). La red se encarga principalmente del encaminamiento de los paquetes, con lo cual, en general, abarca desde la capa física hasta la capa de red. En el caso de frame relay, la red únicamente llega a la capa de enlace. Los sistemas finales tienen que ver con todos los niveles del modelo OSI, desde el nivel físico (para entregar y recibir información) hasta la capa de aplicación.

La capacidad del par telefónico del lazo de abonado es suficiente para transmitir un canal de voz, y algunas otras aplicaciones de baja velocidad; pero no soporta altas velocidades como las requeridas para transmitir video, por ejemplo. Los nuevos servicios con necesidades de ancho de banda superiores (video bajo demanda, internet, etc.) sugirieron inicialmente sustituir este par de cobre por fibra óptica. En la figura inferior se muestra la planta física de cobre instalada como lazo de abonado. Para el año 1997, se calcula un total de 700 millones de lazos de abonado con par trenzado. Puede concluirse que esta sustitución resultaría exageradamente costosa.

Sin embargo, las crecientes necesidades de ancho de banda empujaron entonces por el desarrollo de técnicas de procesamiento de señales, capaces de comprimir esta información y adaptarla a las características de transmisión del lazo de abonado de cobre. Aparecen unos módems denominados xDSL (x Digital Subscriber Line), donde la "x" es una variable dependiendo de la tecnología utilizada.

La primera técnica a la que podemos hacer referencia es ADSL, donde A es por asimétrica, es decir, la capacidad de transmisión desde la red hacia el abonado (downstream) es diferente de la capacidad del enlace del abonado hacia la red (upstream). Para el downstream se disponen de 1,5 Mbps en el peor de los casos, mientras que la capacidad mínima de transferencia en el downstream es de 16 Kbps (para las longitudes típicas de lazo de abonado). Adicionalmente, se mantiene la banda de 4KHz que ocupa el canal telefónico básico libre para permitir una comunicación de voz simultánea a los servicios adicionales utilizados. En la figura siguiente se muestra el espectro del canal ADSL.

La variación de la capacidad de transmisión en cada sentido (1,5 a 9 Mbps) depende de la distancia entre los módems, es decir, entre el abonado y el prestatario del servicio (o su central telefónica, si este servicio lo presta el mismo proveedor). Por ejemplo, con un cable calibre 24 se pueden alcanzar 5,5 Km con una tasa de transmisión de 2 Mbps, pero sólo 3,7 Km si la transmisión es a 6 Mbps.

Existen otras muchas técnicas para sacar el mayor provecho de ese par de abonado, con algunas variaciones. Resultan de interés módems con capacidad de transmisión simétrica (HDSL, SDSL). En la tabla siguiente pueden consultar algunas otras.
 

La evolución de la red telefónica hacia una integración de servicios (ISDN) unifica la interfaz de acceso a la prestación de servicios de voz y datos, evitando la proliferación de conexiones en el punto de acceso de abonado. Sin embargo, la capacidad de acceso básico en ISDN (144 Kbps) no es suficiente para la transmisión de algunos servicios multimedia que involucran aplicaciones de video. Es por ello que la evolución de estas redes no se detuvo ahí, sino que se expandió a una ISDN de banda ancha, mejor conocida como BISDN.

B-ISDN (Broadband ISDN)

Definida para la prestación de servicios de banda ancha, y para integrar el transporte de los múltiples afluentes de tráfico en la red. Contempla velocidades de transmisión desde 150 Mbps hasta 2,5 Gbps (2,5·10⁹ bps), soportado sobre fibra óptica, y utilizando ATM (Asynchronous Transfer Mode) como interfaz usuario-red. Adicionalmente propone la tecnología SDH (Synchronous Digital Hierarchy / UIT-T G.709) para el transporte de las celdas ATM en la red, en una trama síncrona con multiplexión en el tiempo.

ATM (Asynchronous Transfer Mode)

ATM es la conjunción de las redes de conmutación de circuitos y de conmutación de paquetes, también conocida como "cell relay". Está basada principalmente en el concepto de conmutación de paquetes, pero con un tamaño fijo, y es capaz de prestar servicios que requieren una velocidad constante o prestaciones de la conmutación de circuitos, todo ello utilizando señalización por canal común.

Es un estándar internacional, bajo el cual, múltiples servicios (voz, datos, video) se transportan sobre la misma red en paquetes o celdas de 53 bytes. Al presentar un tamaño de la celda fijo, requiere un procesamiento en los nodos inferior al requerido por Frame Relay.

Los primeros cinco bytes de cada celda corresponden a la información de control de la red, conocida generalmente como encabezado o "header". Los 48 bytes restantes son la carga útil de información en la celda, y ahí se inserta la información de las capas superiores de la red. ATM no verifica errores en el contenido del Payload (protocolos ligeros); al igual que en Frame Relay, de ello deben encargarse las capas superiores.

El formato del header se muestra a continuación:

El proceso de la comunicación se basa en el establecimiento de Circuitos Virtuales (similar a X.25 y Frame Relay), y la identificación del circuito virtual constituye la dirección de envio de la celda ATM.

Por encima de las celdas básicas ATM existe una capa de adaptación ATM, conocida usualmente como AAL (ATM Adaptation Layer).

La capa de adaptación se encarga de acoplar la información proveniente de las capas superiores con protocolos no basados en ATM, en el formato de celda ATM, y de su recuperación en el extremo receptor: Por ejemplo, los canales de voz PCM y el protocolo de control LAPD (utilizado en las redes ISDN de conmutación de paquetes).

El plano de usuario provee la transferencia de la información del usuario en forma conjunta con la información de control asociada (control de flujo, corrección de errores,...).

El plano de control ejecuta las funciones de control de conexión y de llamada; y el plano administrativo, coordina el sistema como un todo (administración de recursos y parámetros) y a los demás planos.

Tipos de Capas de Adaptación (AAL/ ATM Adaptation Layer):

• Constant bit rate services (CBR): Maneja portadoras de tráfico como DS0, DS1 (1544 Mbps), y DS3 (44,7Mbps).
• Variable Bit Rate (VBR) Timing-Sensitive Services: Aún no está definida pero se reserva para servicios de datos con exigencias de temporización entre terminales. P.E. video paquetizado.
• Connection-Oriented VBR Data Transfer: Transfiere datos VBR entre dos usuarios sobre una conexión preestablecida. Este tipo de conexión es para largos períodos de transferencia de información, como backups,etc.
• Connectionless VBR Data Transfer: Para transmisión de datos sin conexión preestablecida. Utilizada para cortos periodos de tiempo, pero transmisiones de tipo ráfaga, como las LANs.
• Simple and Efficiente Adaptation Layer (SEAL): Considera una comunicación orientada a conexión, y que las capas superiores se encargan de la corrección de errores, con lo cual los 48 bytes son realmente de pura información.

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