“Tecnologías de Transporte”

Parte I

Prof. Dr. Ing. Gustavo Hirchoren

Material basado en “Data and Computer Communications”, Sixth Edition, William Stallings

Bibliografía

“Data and Computer Communications”, Sixth Edition, William Stallings. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000.

“Voice over Frame Relay Implementation Agreement”, FRF. 11.1, Frame Relay Forum Technical Committee, December 1998.

Bibliografía

“Frame Relay Fragmentation Implementation Agreement”, FRF.12, Frame Relay Forum Technical Committee, December 1997.

“Voice Over IP”, Uyless Black. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall PTR, 2000.

Ejemplo de una RED

Multiplexor/FRAD

RED

128 Kbps.-

128 Kbps.-

Terminal

Terminal

Router

Router

Multiplexor/FRAD

Central TelefónicaPlaca E1 Digital

Router

Modem (Radio, satelital, fibra, etc)

Modem (Radio, satelital, fibra, etc)

Modem (Radio, satelital, fibra, etc)

Multiplexor/FRAD

CIUDAD 3

CIUDAD 1

CIUDAD 2

NODOCIUDAD 1

NODOCIUDAD 2

NODOCIUDAD 3

NODOCIUDAD 4

Swithces

Detalle de un punto remoto

Multiplexor/FRAD

Central TelefónicaPlaca E1

Router

Modem (Radio, satelital, fibra, etc)

FXO-FXSG.703

V.35, RS232, X21, etc

V.35, RS232, X21, E&M

Conversor de interfaz

G.703 PSK, FSK,

2B1Q

INTERFACES

SERIALES

Descripción de equipamientoMULTIPLEXOR: si hablamos de una red de

paquetes, realiza multiplexación estadística, si fuese una red de conmutación de circuitos realiza multiplexación determinística en el tiempo.

FRAD (Frame Relay Assembler - Disassembler): dispositivo que recibe la información de niveles superiores de la capa OSI le agrega el header de nivel 2, la transmite y viceversa (se los suele llamar así a los equipos de Frame Relay que también realizan multiplexación estadística)

Descripción de equipamientoPAD (Packet Assembler - Disassembler):

dispositivo que recibe la información de niveles superiores de la capa OSI le agrega el header de niveles 3 y 2, la transmite y viceversa (se los suele llamar así a los equipos de X.25 que se encuentran en el cliente)

CONVERSOR DE INTERFAZ: se utiliza en el caso de que por ejemplo el modem no posea el mismo interfaz serial que el FRAD.

MODEM: recibe la información y la modula para hacerla compatible con el canal y viceversa

Principios de las redes de “packet switching”

“Circuit switching” diseñado para voz Recursos dedicados a cada llamada particular Mayoría del tiempo una conexión de datos

está inactiva Tasa de datos es fija

Ambos extremos deben operar a la misma tasa

Operación básicaDatos transmitidos en pequeños paquetes

Tipicamente 1000 octetos Mensajes más largos fragmentados en una serie

de paquetes Cada paquete contiene info de datos más control

Información de control Información de ruteo

Paquetes son recibidos, almacenados brevemente (“buffered”) y pasados al próximo nodo “Store and forward”

Uso de Paquetes

Ventajas de “packet switching”Mayor eficienciaConversión de tasa de datos

Cada estación se conecta al nodo local a su propia velocidad

Nodos almacenan datos si se requiere adaptar tasas

Paquetes se aceptan cuando la red está cargada Aumenta retardo de entrega de paquetes

Se pueden usar prioridades

Redes con Datagramas

Cada paquete tratado en forma independiente

Paquetes pueden tomar cualquier rutaPaquetes pueden llegar fuera de ordenSe pueden perder paquetesReceptor debe reordenar los paquetes y

recuperar los paquetes perdidos

Redes con Circuitos VirtualesHay una ruta establecida para cada

comunicación por la cual circulan todos los paquetes

“Call request” y “Call accept” packets establecen el circuito virtual

Cada paquete contiene un identificador del circuito virtual en lugar de la dirección de destino

No se requieren decisiones de ruteo para cada paquete

El camino no es dedicado

Circuitos Virtuales vs DatagramasCircuitos virtuales

Red puede proveer secuenciamiento y control de error

Paquetes son enrutados más rapidamente Menos confiable

Pérdida de un nodo produce caída de todos los circuitos a través de ese nodo

Datagramas No requiere fase de “call setup” Más flexible

Virtual Circuit andDatagram Operation

X.251976 Interface entre “host” y red de “packet

switching”Soporta PVC y SVC

“Switched virtual circuit”: dinamicamente establecido

“Permanent virtual circuit”: fijo, configurado cuando se contrata

Usa tres layers del modelo OSI: Physical Data Link Network

X.25 Uso de “Virtual Circuits”

X.25 - PhysicalDefine las características de la interface entre el

“Data terminal equipment” (DTE) y el “Data circuit terminating equipment” (DCE)

X.25 - Data LinkUsa “Link Access Protocol Balanced (LAPB)”

Subconjunto de HDLC

X.25 - NetworkPermite establecer conexiones lógicas (circuitos

virtuales) entre terminales

Control de flujo “Sliding Window” Permite que múltiples tramas estén en

tránsitoReceptor tiene buffer de tamaño W Transmisor puede enviar hasta W tramas sin

esperar ACKCada trama se numeraACK incluye el número de la próxima trama

esperadaTramas se numeran módulo 2k (k es la

cantidad de bits del campo número de secuencia)

Ejemplo de “Sliding Window”

X.25 nivel 2: trama LAP-B

Banderas (“Flags”)Delimitan los extremos de la trama01111110Puede cerrar una trama y abrir otra“Bit stuffing” se usa para evitar confusión con el

patrón de datos 01111110 0 se inserta después de cada secuencia de cinco 1’s Si el receptor detecta cinco 1’s chequea el próximo bit Si es 0, es eliminado Si es 1 y el sétimo bit es 0, se acepta como bandera Si el sexto y séptimo bits son 1’s, se aborta la trama

“Bit Stuffing”Patrón original: 11111111111011111101111110 ……..Después de “bit stuffing”: 1111101111101101111101011111010 …….

Patrón original: 111110 ……….Después de “bit stuffing”: 1111100 ……..

Ejemplos de operación (1)

Ejemplos de operación (2)

SVC

Formato de paquete

Multiplexación de circuitos virtuales

Paquetes contienen un identificador de circuito virtual (VCN) de 12 bits

DTE puede establecer hasta 4095 circuitos virtuales simultáneos con otros DTEs sobre un simple enlace DTC-DCE

Numeración de circuitos virtuales

“Reset” y “Restart”Reset

Reinicializa un circuito virtual. Números de secuencia son seteados a cero

Se pierden los paquetes en tránsito. Protocolo de nivel superior debe recuperar los paquetes perdidos

Originado por pérdida de paquete, error de número de secuencia, congestión, pérdida del circuito virtual interno en la red

Restart Equivale a “Clear request” sobre todos los SVC ‘s y

“Reset request” sobre todos los PVC’s Originado, por ej., debido a la pérdida temporaria de

acceso a la red

Frame Relay1988Diseñado para ser más eficiente que X.25Para ser utilizado en redes modernas de

“fast packet switching” con transmisión digital Enlaces con menores tasas de error y mayor

confiabilidad

Frame Relay soporta: PVC: generalmente usado actualmente SVC: señalización Frame Relay ITU-T Q.933

Características de X.251) Paquetes de control de llamadas

transportados en el mismo circuito virtual que paquetes de datos

2) Multiplexado de circuitos virtuales en capa 3 (VCN)

3) Realiza control de error en capa 2, y control de flujo en capas 2 y 3

Considerable overheadNo apropiado para redes digitales

modernas con alta confiabilidad

Frame Relay - Diferencias1) Señalización de control de llamadas

transportada en una conexión lógica separada de los datos

2) Multiplexado y conmutación de conexiones lógicas en capa 2 (DLCI) Elimina una capa de procesamiento

3) No realiza control de flujo ni control de error “hop by hop”. Control de error y de flujo “end to end” (si se usa) es realizado por capas más altas

Ventajas de Frame Relay

Reducido overheadApropiado para redes digitales modernas con

alta confiabilidadMenor retardo Voz sobre Frame Relay

(VoFR) Más alto throughput (Rb N x 64 kbps, hasta

2 Mbps). - Usa LAPF-Core (Link Access Procedure for

Frame Mode Bearer Services - Core functions Q.922)

LAPF Core Formato

Transferencia de datos de usuario

Sólo un tipo de trama Datos de usuario No tramas de control

No números de secuencia No es posible realizar control de flujo o control

de error

Colas de un Nodo

Efectos de la CongestiónPaquetes recibidos son colocados en los

buffers de entradaSe hace una decisión de ruteoPaquete se mueve a buffer de salidaPaquetes de buffers de salida son transmitidos

tan rápido como sea posible Multiplexado por división de tiempo estadístico

Si llegan paquetes más rápido de lo que pueden ser enrutados o transmitidos los buffers se llenarán

Buffer overflow descarte de paquetes

Interacción de colas•La congestión se propaga en la red

Mecanismos de Control de Congestión

Notificación de congestión explícitaRed alerta a los sistemas terminales de

aumento de congestiónSistemas terminales toman medidas para

reducir la carga ofrecidaBECN (“Backward”)

Evitar congestión para el tráfico en la dirección opuesta a la notificación recibida

FECN (“Forward”) Evitar congestión para el tráfico en la misma

dirección a la notificación recibida

Manejo de Tasa de tráfico

“Committed information rate”: CIR = Bc/T Tasa de información en [bps] asignada a cada

conexión lógica frame relay “Committed burst size”(Bc): [bits] Intervalo de medición (T): [seg]

“Maximum Rate”: (Bc + Be) / T “Excess burst size” (Be): [bits]

Operación del CIR

Access Rate,CIR,Maxim. Rate

Voz sobre Frame Relay (VoFR)

VoFR Service

Sub-channel

1(Voice)

Sub-channel

2(Voice)

Sub-channel

3(Data)

Sub-channel

N

Voice/DataSub-channel Multiplexing

VoFR Service User

Frame RelayData Link Connection 16

Frame Relay Physical Interface

Frame RelayData Link Connection

17

FRF.3.1Multiprotocol

Encapsulation

Data User

Frame RelayData Link Connection

N

FRF.3.1Multiprotocol

Encapsulation

Data User

VoFR - FRF.11.1El servicio de VoFR soporta múltiples canales

de voz y datos sobre una simple conexión frame relay

El servicio de VoFR entrega tramas sobre cada subcanal en el orden en que enviadas

Cada payload se empaqueta como una subtrama dentro del campo de información de una trama

Cada subtrama contiene un header y payloadEl header identifica el subcanal de voz/datos y,

cuando se requiere, tipo de payload y longitud

Relación entre tramas y subtramas Ej.: un simple DLCI soporta 3 canales de voz y 1

canal de datos. En la primera trama se empaquetan 3 payloads de voz y en la segunda 1 payload de datos

Voice Payload Voice Payload Voice Payload Data Payload

Frame

DLCI Information Field CRC

Sub-frame3

Voice Payload3

Sub-frame2

Voice Payload2

Sub-frame1

Voice Payload1

Frame

DLCI Information Field CRC

Sub-frame 1

Data Payload4

PayloadsCada subcanal transporta un payload primario

que contiene tráfico que es fundamental para la operación del subcanal

Otros payloads se pueden enviar para soportar el payload primario (ej. dígitos marcados). Se diferencian del payload primario por la codificación del campo tipo de payload de la subtrama. Un tipo de payload de todos ceros siempre indica un payload primario

Hay 3 tipos de payloads primarios: de voz, de fax y de datos

Formato de subtrama Cada subtrama consiste de un header de longitud

variable y un payload

Bits8 7 6 5 4 3 2 1 OctetsEI LI Sub-channel Identification (CID) 1

(Least significant 6 bits)CID 0 0 Payload Type 1a

(msb) Spare Spare (Note 1)Payload Length 1b

(Note 2)Payload p

NOTES:1. When the EI bit is set, the structure of Octet 1a given in Table 3-1 applies.2. When the LI bit is set, the structure of Octet 1b given in Table 3-1 applies.3. When both the EI bit and the LI bit are set to 1 both Octet 1a and 1b are used.

Formato de subtrama Extension indication (EI)(octeto 1): es seteado para

indicar la presencia del octeto 1a, cuando un valor de identificación de subcanal es > 63 o cuando se indica un payload type. Si EI = 0 el payload type implícito es cero

Length indication (LI) (octeto 1): es seteado para indicar la presencia del octeto 1b. El bit LI de la última subtrama dentro de una trama es siempre 0. Para cada una de las subtramas anteriores LI = 1

Sub-channel identification (octetos 1 and 1a): si EI=0 se supone un valor de cero en los dos bits más significativos. Identificadores de subcanales desde 0000 0000 a 0000 0011 están reservados

Formato de subtrama Payload type (octeto 1a):

Bits:4 3 2 10 0 0 0 Primary payload transfer syntax 0 0 0 1 Dialed digit transfer syntax (Annex A)

0 0 1 0 Signalling bit transfer syntax (Annex B)0 0 1 1 Fax relay transfer syntax (Annex D)0 1 0 0 Silence Information Descriptor

Payload length (octeto 1b): indica el número de octetos de payload siguiendo al header

Payload (octeto p)

EI 1 LI 0 CID CID CS-ACELP Voice PayloadDLCI PT 0

Octet 1aOctet 1

Ejemplos de subtramas Trama que contiene un simple payload de voz para un subcanal de

número bajo

Trama que contiene un simple payload de voz para un subcanal de número alto (> 63)

EI 0 LI 0 CID 5 CS-ACELP Voice PayloadDLCI

Octet 1

Ejemplos de subtramas Trama que contiene múltiples subtramas para subcanales 5 y 6. En este

caso se requiere el octeto 1a para codificar el payload type y el octeto 1b indicando la longitud del payload para la primera subtrama

Trama que contiene múltiples subtramas para subcanales 5 y 6. En este caso el payload type es cero

EI 1 LI 1 CID 5 PT 1PL128

Dial DigitsDLCI EI 1 LI 0 CID 6 PT 1 Dial Digits

Octet 1bOctet 1aOctet 1

EI 0 LI 1 CID 5PL128

CS-ACELP Voice PayloadDLCI EI 0 LI 0 CID 6CS-ACELP Voice

Payload

Octet 1 Octet 1b

Requerimientos mínimos Dispositivos de VoFR se clasifican de acuerdo

al soporte provisto para las definiciones de sintaxis de transferencia común

Dispositivos “Class 1 compliant” soportan capacidades adecuadas para interfaces de alta tasa de bits. Para el payload primario soporte de G.727 es obligatorio

Dispositivos “Class 2 compliant” soportan capacidades adecuadas para interfaces de baja tasa de bits. Para el payload primario soporte de G.729 o G.729A es obligatorio

Fragmentación Frame Relay -FRF.12Para soportar adecuadamente tráfico de

tiempo real (sensible al retardo) tal como voz sobre enlaces UNI o NNI de baja velocidad, es necesario fragmentar tramas largas de datos que comparten el mismo enlace tal que las tramas cortas no sufran un retardo excesivo

Fragmentación permite entrelazar tráfico sensible al retardo sobre una VC con fragmentos de una trama larga sobre otra VC utilizando la misma interface

Fragmentación Frame Relay -FRF.12Fragmentación de tramas es necesaria

entonces para controlar retardo y variación de retardo del tráfico de tiempo real

FRF.12 soporta tres aplicaciones de fragmentación: Localmente sobre una interface UNI Frame Relay

entre DTE y DCE Localmente sobre una interface NNI Frame Relay

entre DCEs End to end entre dos DTEs Frame Relay

interconectados por una o más redes Frame Relay

Fragmentación UNI Es realizada sobre una base de interface Cuando se usa sobre una interface, todas las

tramas sobre todos los DLCIs (incluyendo DLCI 0, PVCs y SVCs) son precedidas por el header de fragmentación

FrameRelay PVC

Frame RelayDTE

Frame RelayDTE

DCEInterface

DCEInterface

Fragmentation Peers

Frame RelayNetwork

LogicalFragmentation

Function

LogicalFragmentation

Function

Fragmentación NNI Sobre enlaces NNI lentos Es realizada sobre una base de interface Cuando se usa sobre una interface, todas las

tramas sobre todos los DLCIs (incluyendo DLCI 0, PVCs y SVCs) son precedidas por el header de fragmentación

Frame RelayDTE

Frame RelayDTE

FrameRelay PVC

NNIInterface

DCEInterface

Frame RelayNetwork

Fragmentation Peers

LogicalFragmentation

Function

LogicalFragmentation

Function

FrameRelay PVC

DCEInterface

NNIInterface

Frame RelayNetwork

Fragmentación end to end A diferencia de fragmentación UNI o NNI, está

limitada a fragmentar tramas sobre PVCs seleccionados

Es útil cuando se requiere fragmentación debido a interface(s) lenta(s) UNI o NNI y no es soportada sobre la(s) UNI o NNI

FrameRelay PVC

Frame RelayDTE

Frame RelayDTE

DCEInterface

DCEInterface

Fragmentation Peers

Frame RelayNetwork

LogicalFragmentation

Function

LogicalFragmentation

Function

Formato de fragmentación para interface UNI o NNI

Un header de fragmentación de dos octetos precede al header Frame Relay

El bit “(B)eginning fragment” se coloca en ‘1’ en el primer fragmento de datos y en ‘0’ en todos los demás fragmentos de la misma trama original

El bit “(E)nding fragment” se coloca en ‘1’ en el último fragmento de datos y en ‘0’ en todos los demás

El bit “(C)ontrol” se coloca en ‘0’ y está reservado

8 7 6 5 4 3 2 1Fragmentation B E C Seq. # high 4 bits 1

header Sequence # low 8 bitsFrame Relay DLCI high six bits C/R 0

header DLCI low 4 bits F B DE 1

Fragment Payload

FCS(two octets)

Formato de fragmentación para interface UNI o NNIEl número de secuencia se incrementa módulo

212 con cada fragmento de datos transmitido sobre una VC. Se mantiene un número de secuencia separado para cada DLCI

El bit de bajo orden del primer octeto del header de fragmentación es ‘1’. Permite distinguir el header de fragmentación del header Frame Relay Esto permite a una entidad de fragmentación (UNI o

NNI) detectar la incorrecta configuración de su par, dado que ambas se deben configurar identicamente para usar o no fragmentación sobre una interface

Formato de fragmentación end to end

Un header de fragmentación de dos octetos sigue al header de encapsulación multiprotocolo FRF.3.1

Se ha asignado el Network Layer Protocol ID (NLPID) 0xB1 para identificar a este header de fragmentación

El número de secuencia se incrementa módulo 212 con cada fragmento de datos transmitido sobre una PVC. Se mantiene un número de secuencia separado para cada PVC fragmentado entre DTEs pares

8 7 6 5 4 3 2 1Frame Relay DLCI high six bits C/R 0

header DLCI low 4 bits F B DE 1UI (0x03) 0 0 0 0 0 0 1 1

NLPID (0xB1) 1 0 1 1 0 0 0 1Fragmentation B E C Seq. # high 4 bits 0

header Sequence # low 8 bits

Fragment Payload

FCS(two octets)

Ejemplo de fragmentación para interface UNI o NNI

B(1) E(0) C(0) 1

B(0) E(0) C(0) 1

B(0) E(1) C(0) 1

(Variable length)

Frame CheckSequence (two octets)

Q.922 Address(two octets)

Final Data Fragment

SequenceNumber = 42

SequenceNumber = 44

Frame CheckSequence (two octets)

Q.922 Address(two octets)

Q.922 ControlOptional Pad (0x00)

NLPID to identify data contents

First Data Fragment

Frame CheckSequence (two octets)

SequenceNumber = 43

Q.922 Address(two octets)

Middle Data Fragment(Variable length)

NLPID to identify data contents

Data(Variable length)

Q.922 Address(two octets)

Q.922 ControlOptional Pad (0x00)

(Variable length)

Frame CheckSequence (two octets)

Ejemplo de fragmentación end to end

B(1) E(0) C(0) 0

B(0) E(0) C(0) 0

B(0) E(1) C(0) 0

Frame CheckSequence (two octets)

UI (0x03)NLPID (0xB1)

Q.922 Address(two octets)UI (0x03)

NLPID (0xB1)

Q.922 Address

Final Data Fragment(Variable length)

(two octets)UI (0x03)

NLPID (0xB1)

Sequence (two octets)

SequenceNumber = 44

Frame CheckFrame CheckSequence (two octets)

Data(Variable length)(Variable length)

NLPID to identify data contents

Middle Data Fragment

Q.922 ControlOptional Pad (0x00)

Sequence (two octets)

Q.922 Address

Sequence

(two octets)

Number = 43

First Data Fragment(Variable length)

Frame Check

Q.922 ControlOptional Pad (0x00)

NLPID to identify data contents

SequenceNumber = 42

Q.922 Address(two octets)

Ejemplo de fragmentaciónFRF.11

B(1) E(0) 0

B(0) E(0) 0

B(0) E(1) 0

(Variable length)

Frame CheckSequence (two octets)

SequenceNumber = 44

Final Data Fragment

Q.922 Address(two octets)

VoFR Sub-frame Header(1-3 octets; see FRF.11 for details)

Frame Check Frame CheckSequence (two octets) Sequence (two octets)

Data Middle Data Fragment(Variable length) (Variable length)

(1-3 octets; see FRF.11 for details)Optional Pad (0x00) Sequence

NLPID to identify data contents Number = 43

Q.922 AddressQ.922 Address (two octets)

(two octets) VoFR Sub-frame HeaderQ.922 Control

Q.922 Address(two octets)

VoFR Sub-frame Header(1-3 octets; see FRF.11 for details)

SequenceNumber = 42Q.922 Control

Optional Pad (0x00)NLPID to identify data contents

First Data Fragment(Variable length)

Frame CheckSequence (two octets)