Aunque la función de un switch ATM es la de conmutar celdas a alta velocidad entre sus puertos, también realiza funciones de señalización, conmutación, enrutamiento y gestión para el establecimiento y mantenimiento de las conexiones. Por esta razón se puede especificar un diagrama de funcionalidades para un switch ATM donde se diferencian módulos de entrada o IM, módulos de salida u OM, un módulo de control de acceso de conexión o CAC, un módulo de gestión del switch o SM y finalmente el switch fabric de conmutación de celdas (nombre genérico del módulo central que efectúa la conmutación de las celdas)
Ilustración No 12
Los módulos de entrada y de salida constituyen los puertos del switch para la dirección en sentido directo e inverso respectivamente de una conexión ATM, ofrecen conectividad a diferentes velocidades de las jerarquías de transmisión plesiocrona (PDH) y síncrona (SDH) A estos puertos se conectan otros switches ATM, routers , servidores, estaciones de trabajo entre otros. Por tanto poseen conectores para diferentes medios como fibra óptica, cable coaxial y par de cobre, manejan variedad de velocidades, hardware y software.
Inicialmente en el módulo de entrada se adapta la señal que viene del medio de transmisión en forma de luz o en códigos de línea –CMI- a señales digitales. Las celdas ATM son desempaquetadas de la señal SDH utilizada como medio de transmisión implicando una conversión, recuperación de la señal, procesamiento del encabezado, delineación de celda entre otras. Una vez realizado esta labor se procede a ejecutar las siguientes funciones sobre cada una de las celdas ATM:
insertadas, bits alterados por el enlace físico)
• Extrae los valores VCI y VPI del encabezado de la celda, consulta la tabla de traslación del switch y actualiza la celda con los nuevos valores VCI y VPI dados por la tabla.
• Determina el puerto de salida del switch usando la misma tabla de traslación para saber por que puerto la celda debe evacuarse.
• Envía las celdas de señalización al módulo CAC y las celdas de gestión o celdas OAM, al módulo SM.
• Verifica el cumplimiento del contrato de tráfico
De manera inversa, el módulo de salida realiza el empaquetamiento de las celdas ATM en el formato de transmisión SDH y convierte el flujo de bits de señal digital a señal óptica o a señal eléctrica codificada para entregarla al medio de transmisión.
Posteriormente procede a ejecutar las siguientes funciones:
• Calcula el nuevo valor del HEC de cada celda debido al cambio ocurrido en los valores VCI y VPI y lo actualiza.
• Mezcla dentro del flujo de celdas de datos posibles, celdas de señalización del modulo de CAC o celdas de gestión o OAM del modulo de SM.
El módulo CAC, encargado de controlar la aceptación de nuevas conexiones, permite establecer y deshacer las conexiones de los usuarios. Este manejo de solicitudes de conexión se realiza a través de las celdas de señalización, especificando características del terminal solicitante, como la dirección del usuario destino y necesidades de ancho de banda entre otras.
Una vez conocidas las necesidades del usuario revisa los recursos del conmutador, como capacidad de buffer, de conmutación, de ancho de banda en los puertos de salida, circuitos o caminos virtuales disponibles, garantía de retardo, etc, con el fin de asegurar los requerimientos del usuario. Si dichos recursos no son suficientes, el CAC rechaza la llamada y envía un mensaje de rechazo al nodo de donde recibió la solicitud; en caso contrario envía un mensaje de aceptación y a la vez retransmite la misma celda hacia el nodo siguiente por el módulo de salida OM. Este proceso es conocido como negociación del “Contrato de Tráfico” entre el usuario y la red ATM. Una vez aceptada y establecida la conexión, el usuario se compromete a enviar el tráfico que especificó, la red se compromete a transportarlo y el CAC se encarga de modificar la conexión y terminarla.
El módulo de Gestión o SM, vigila y controla los enlaces, realiza gestión entre la red y el usuario, mediciones de recursos, lleva estadísticas, reporta alarmas, realiza mantenimiento de base de datos y genera la información de tarificación para conexiones conmutadas.
Estas actividades se realizan mediante el cumplimiento de las siguientes tareas de gestión básicas:
• Gestión de fallas de las conexiones para reenrutar los enlaces caídos. • Gestión de desempeño del switch gráficamente o por estadísticas.
• Gestión de facturación para el conteo de circuitos virtuales activos y la cantidad de información transmitida en conexiones conmutadas y permanentes para su posterior cobro.
• Gestión de seguridad para la preservación intacta de información de la base de datos. • Gestión de tráfico para evitar la congestión del switch y asegurar el requerimiento de las
implementa en cinco topologías diferentes:
Memoria Compartida:
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En el Switch Fabric de memoria compartida, las celdas que llegan a los puertos de entrada son convertidas de formato serial a paralelo y guardadas secuencialmente en una memoria común, la cual tiene doble puerto de acceso, uno para la entrada y otro para la salida de celdas. Un controlador central decide el orden en el cual las celdas son sacadas de la memoria y
una. Finalmente las celdas son distribuidas a los puertos de salidas con ayuda de un demultiplexor donde son convertidos de nuevo de formato paralelo a un tren de bits serial.
En este caso la memoria es un buffer común de salida (compartido por todos los puertos de salida), característica que le ofrece la ventaja del manejo de gran trafico por ráfagas sobre un puerto de entrada, en cualquier momento sin perder celdas. La velocidad de operación de la memoria debe ser N veces mas rápida que la del puerto, siendo N el numero de puertos y V la velocidad por puerto. Adicionalmente el controlador debe procesar los encabezados de las celdas a la misma velocidad (V*N) haciendo que la capacidad de conmutación sea un poco limitada (hasta 2Gbps).
Un ejemplo de estos switches son el switch GCNS-2000 de AT&T, el switch de workgroup VIVID de Newbridge y el CBX500 de Newbridge.
Medio Compartido:
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En este caso las celdas se conmutan usando un medio compartido como un bus o un anillo o bus doble. La implementación mas común es el BUS TDM o Bus multiplexado por división
arbitrador de bus central que asigna un Slot o ranura de tiempo a cada puerto de entrada, asegurando que solamente una celda se introduzca sobre el bus en cada instante de tiempo. A la salida del bus, cada puerto esta precedido por un filtro de dirección, el cual deja pasar solo las celdas que se dirijan hacia dicho puerto, usando el valor VPI y VCI de cada celda. Posteriormente las celdas se almacenan en un buffer FIFO, para su salida final por la interfaz física del puerto, (siendo un buffer por cada puerto de salida).
Debido a que la implementación de los puertos de salida se hace en forma modular, su construcción es sencilla. Filtros y buffers deben trabajar al menos a N*V celdas por segundo para evitar la eliminación de celdas, sin embargo ofrecen mayor capacidad de conmutación (hasta 3Gbps).
Como ejemplo de estos switches están: El switch PARIS Y PLANET de IBM, el ATOMNET de NEC y el ASX200/1000 de Fore Systems.
Bus Matrix:
Esta topología es una versión mejorada de la anterior, ya que en lugar de ser un bus para todos los puertos de entrada existe un bus para cada uno de ellos, disminuyendo los requerimientos de velocidad del bus y aumentando la capacidad de conmutación del switch.
Crossbar Mono Etapa:
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Un switch crossbar monoetapa de N puertos de entrada y N de salida es una matriz cuadrada N*N de puntos, en la cual se conectan las entradas con las salidas mediante la selección de un cruce determinado.
Cada punto de cruce tiene dos estados posibles: Cross (cruce) o Bar (barrera). Una conexión entre el puerto de entrada “i” y el de salida “j” se establece seleccionando el punto de cruce (i,j) del switch. Así, cada entrada se puede conectar con cualquier salida y cada salida tiene al menos una entrada.
Esta topología no presenta bloqueo de celdas a la entrada, sin embargo cuando dos celdas de entrada van al mismo puerto de salida, se presenta interferencia que puede ser solucionada con técnicas de buffers a la entrada. Aunque su arquitectura es sencilla, esta topología se vuelve un poco inmanejable al conectar un gran número de puertos en una sola etapa de conmutación.
por medio de sencillos elementos de conmutación y las celdas son enrutadas en forma paralela. Todos sus elementos operan a la misma velocidad permitiendo construir switches en forma modular. Esta topología presenta bloqueo interno es decir que dos mensajes pueden interferir internamente aun cuando se dirijan a diferentes salidas. Esto se evita al organizar las celdas entrantes antes de entrar a la red de Banyan mediante un Batcher o clasificador y ordenador de celdas. Sin embargo esto no soluciona el bloqueo cuando dos celdas se dirigen al mismo puerto de salida, por lo que se acude a colocar buffers en la entrada de la red Batcher.
2.2 DEFINICIÓN DE LA ARQUITECTURA DE UN CONMUTADOR
ATM
Para el diseño de un conmutador se deben tener en cuenta los siguientes criterios:
Técnicas de conmutación • Enrutamiento por camino prefijado
• Autoenrutamiento
Modos de transferencia interna • Monointervalo
• Multiintervalo
Mecanismos de conmutación • Memoria Compartida
• Medio Compartido • Crossbar
Disposición del Buffer • Entrada
• Salida • Centro
El método de enrutamiento por camino prefijado selecciona y fija un camino de conmutación con suficiente ancho de banda disponible, durante el establecimiento de la conexión. Este camino se deshace y se libera una vez la comunicación termine.
El método de enrutamiento requiere en cambio encontrar individualmente para cada celda un camino que le identifique el puerto de salida del destino, información incluida en el encabezado de la celda). Este método implica que cada celda viaje dentro de la red de conmutación por múltiples trayectos, lo cual tendrá implicaciones como la reducción de la rata de bit interna, la desorganización del arribo de celdas al puerto de salida entre otras.
Hay dos formas para realizar la transferencia interna de celdas. La primera hace referencia a la conmutación de cada celda como un paquete completo, o Transferencia Monointervalo, y la segunda, o Transmisión Multiintervalo, se efectúa al dividir la celda en intervalos menores que son transmitidos sucesivamente.
Si dos celdas ATM llegan al mismo tiempo a dos entradas de un conmutador y deben enrutarse hacia una misma salida, una de ellas debe hacer cola. Esta se puede ubicar a la entrada, la salida o en el interior del conmutador del conmutador, dependiendo de la arquitectura de este y de la rata de bit interna requerida.
En el primer caso se dispone de un buffer (FIFO) para cada entrada, para almacenar las celdas que llegan. Allí permanecen hasta que la lógica de arbitramiento lo determine y cuando esto sucede se hace la transferencia de la cola a la respectiva salida. El buffer a la entrada causa degradación en el caudal, efecto conocido como Head of Line, sin embargo existen maneras para poder evitarlo.
En el segundo caso el buffer esta ubicado en cada salida permitiendo el almacenamiento de múltiples celdas que llegan simultáneamente de varias entradas. Esta ubicación del buffer no requiere de arbitramiento. Sin embargo los buffers requeridos deben ser de mayor tamaño que en el caso de la cola a la entrada, pero el caudal se mantiene sin importar las condiciones de tráfico.
compartido por todas las entradas y las salidas. Cada celda entrante se almacena en el buffer y desde ahí, cada salida selecciona las celdas que están destinadas a ellas, haciendo necesario un control complejo. La lectura y escritura del buffer se hace de forma aleatoria.
Para finalizar se definen los mecanismos de conmutación, los cuales describen las diferentes arquitecturas para llevar a cabo la función de conmutación como tal. Estos son CrossBar, Memoria Compartida y Medio Compartido. Estas topologías fueron explicadas al describir el diagrama funcional de un Switch ATM.