Redes “ATM” grandes

Aun cuando un solo conmutador “ATM” tiene una capacidad finita, se pueden conectar varios conmutadores para formar una red extensa. La conexión entre dos conmutadores difiere ligeramente de la conexión entre una computadora anfitrión y un conmutador.

Diferencia entre una Interfaz de Red a Red ( “Network to Network Interface” o NNI), y una Interfaz de Usuario a Red (“User to Network Interface o UNI”)

La interfaz entre Redes se utiliza entre dos conmutadores “ATM”

La Interfa Red Usuario como era lógico esperarse, se ubica entre un conmutador y una computadora

La distinción entre las interfaces Red Usuario y Red a Red se debe a que las compañías de teléfonos que diseñaron la tecnología “ATM”utilizaron este paradigma que para las redes de voz y de allí fue para datos. En general, en una compañía teléfonos que ofrece servicios de datos “ATM” para clientes, estos también se conectarán con compañías telefónicas. Los diseñadores concibieron a la interfaz Usuario Red como la interfaz entre el equipo en una localidad de cliente y el conmutador del propio equipo para el transporte común y la Red Red como la interfaz entre conmutadores propios y los operados por dos compañías telefónicas diferentes.

.3.6.4. Aspecto lógico de una red “ATM”

Un importante logro es que “ATM”oculta los detalles de la electrónica en si y conserva la apariencia de una sola red física con muchas computadoras conectadas. Así, “ATM” proporciona la misma abstracción general a través del hardware “ATM” de una forma homogénea que lo hacen los protocolos de internet “TCP/IP” para sistemas heterogéneos.

Cualquier computadora en una red “ATM” puede comunicarse de manera directa con cualquiera otra; y las computadoras se mantienen ignorantes de la estructura de red física.

“ATM” proporciona una interfaz orientada a la conexión para conectar anfitriones; de esta forma para alcanzar un destino remoto en una red, un anfitrión establece una conexión, semejante a la realización de una llamada telefónica.

“ATM”ofrece dos formas de conexión. La primera se conoce como Circuito Virtual Conmutado (“Switched Virtual Circuit” o “SVC”) y la segunda como Circuito Virtual Permanente (“Permanent Virtual Circuit o PVC").

.3.6.5.1 Circuitos virtuales conmutados

Esta modalidad opera como una llamada telefónica de voz convencional. Un anfitrión se comunica con su conmutador “ATM”para solicitar que el conmutador establezca un “SVC”. El anfitrión especifica la dirección completa de una computadora anfitrión remota y la calidad del servicio solicitado. Entonces, el anfitrión espera una señal de la red “ATM” para crear un circuito. El sistema de señalización “ATM” se establece y define una trayectoria desde el anfitrión que originó la llamada, a través de la red “ATM” (posiblemente a través de varios conmutadores), hacia el ordenador anfitrión remoto. La computadora remota debe acordar la aceptación del circuito virtual.

Durante la señalización, cada conmutador “ATM”, a lo largo de la trayectoria, examina la calidad de servicio solicitado para el circuito. Si se acuerda en enviar los datos, el conmutador graba información sobre el circuito y envía la solicitud hacia el próximo conmutador en la trayectoria. Cada acuerdo requiere un compromiso de los recursos de hardware y software en cada conmutador. Cuando la señalización se completa, el conmutador “ATM” local reporta el éxito de la operación hacia ambos extremos del circuito virtual conmutado.

La interfaz Usuario a Red de “ATM” se vale de un entero de 24 bits para identificar cada circuito virtual. Cuando un anfitrión crea o acepta un circuito virtual nuevo, el conmutador “ATM” local asigna un identificador para el circuito. Un paquete transmitido a través de una red “ATM” carece direcciones de remitente o fuente y de destino; basándose sólo en el nombre del circuito virtual y evitándose de esta forma la sobrecarga que esto implica.

.3.6.5.2. Circuitos virtuales permanentes

Aquí un administrador interactúa con los conmutadores en una red “ATM”para configurar los circuitos virtuales a mano. El administrador especifica la fuente y el destino del circuito, la calidad del servicio y los identificadores de 24 bits que cada anfitrión utilizara para acceder el circuito.

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1 Control de Flujo

Identificador de Ruta Privada (“VPI”), primeros 4 Binits (bits)

2

Identificador de Ruta Privada (“VPI”), últimos 4

Binits (bits)

Identificador del Circuito Virtual (“VCI”), primeros 4 Binits (bits)

3 Identificador del Circuito Virtual (“VCI”), 8 Binits (bits) del medio.

4

Identificador del Circuito Virtual (“VCI”), últimos 4

Binits (bits)

Tipo de Carga Prioridad

5 Verificación por Redun dancia Cíclica Cinco primeros octetos de la Celda de “ATM”

Figura N° .3.6.6.

Estos circuitos son importantes por tres razones:

.I. Los conmutadores que provengan de los distintos vendedores deberán valerse de PVC para operar entre sí.

.II. Un Circuito Virtual Permanente “PVC” puede emplearse en líneas arrendadas o dedicadas como también se las conoce actualmente.

.III. Circuito Virtual Permanente “PVC” puede utilizarse en redes para mantenimiento y depuración.

Los Identificadores de 24 bits (Figura 3.6.5.2), que se emplean en una interfaz Usuario Red se dividen en dos partes una de 8 binits (bits) que corresponden a la ruta virtual y otro de 16 binits (bits), que se corresponden con el circuito virtual.

La esencia de un sistema de modo de Transferencia Asincrónico, es que una vez que se contruyó el Circuito Virtual, ya sea este Permanente o no, el hecho es que cada celda que se ingrese en dicho cirucito en un extremo alcanzará el otro, por lo tanto carece de necesidad de indicar cual es el Remitente y el Destinatario, porque esto ya ha sido establecido al momento de contruirse el circuito virtual. Este hecho con la simple mención del número del circuito, hace que se trate de una comunicación eficiente.

.3.6.6. Transporte de celdas A TM

En el nivel inferior, una red “ATM”utiliza tramas de tamaño fijo, llamadas celdas, para transportar datos. “ATM”requiere que todas las celdas sean del mismo tamaño porque, al hacerla así, al hardware de conmutación le es posible trabajar más rápido. Cada celda “ATM”tiene una longitud de 53 octetos y consiste en un encabezado de 5 octetos, seguido por 48 octetos de datos. Estos cinco primeros octetos pueden verse en la Figura N° .3.6.6..

16 Binit 8 Binit

Campo VPI Campo VCI

Octetos de Datos del 1 al 65.365 Remolque de 8 Octetos Figura 3.6.7.2 8 Binits UU 8 Binits CPI 16 Binits

Longitud _{Verificación de Trama.} 32 Binits, Suma de

.3.6.7. Capas de adaptación A TM

Aun cuando “ATM”conmuta celdas pequeñas en el nivel inferior, los programas de aplicación que transfieren datos en “ATM”no leen o escriben celdas. Por ejemplo, una computadora interactúa con

“ATM”a través de una capa de adaptación “ATM”, la cual es parte del estándar “ATM”. La capa de

adaptación realiza varias funciones, incluyendo la detección y la corrección de errores, como los provocados por celdas perdidas o alteradas. Usualmente, los microprogramas que implantan una capa adaptación “ATM”están localizados en una interfaz de anfitrión, junto con el hardware y los programas que proporcionan la transmisión y recepción de celdas.

Cuando se establece una conexión, un anfitrión debe especificar qué capa de adaptación de protocolo utilizar. Ambos extremos de la conexión tienen que estar de acuerdo en la selección, y la capa de adaptación no puede cambiarse una vez que la conexión se ha establecido.

.3.6.7.1 Capa 1 de adaptación “ATM”

Sólo dos protocolos de capa de adaptación “ATM”interesantes han sido definidos: uno para enviar audio o video y otro para enviar paquetes de datos convencionales. La capa 1 de adaptación

“ATM”(AAL1) acepta y envía datos a través de una red “ATM”en una cantidad de bits fija. Una

conexión creada para enviar video utiliza AALl debido a que el servicio de cantidad fija es necesario para garantizar que la transmisión de video no ocasione que la imagen sea inestable o se interrumpa.

.3.6.7.2. Capa 5 de adaptación “ATM”

Las computadoras utilizan la

capa 5 de adaptación

“ATM”(AAL5) para enviar

paquetes de datos

convencionales a través de una red ATM. Aun cuando “ATM”utiliza celdas pequeñas de tamaño fijo en el nivel más bajo, AAL5 presenta una interfaz que acepta y entrega paquetes largos y de longitud variable. En particular, AAL5 permite que cada paquete contenga entre l y 65.535 octetos de datos, ver Figura N° 3.6.7.2.

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A diferencia de la mayor parte de las tramas de red que colocan la información de control en un encabezado, AAL5 la coloca en un registro a remolque en el extremo del paquete. El remolque de AAL5 contiene un campo de longitud equivalente a 16 bits, un verificador por redundancia cíclica de 32 bits (CRC), utilizado como una suma de verificación de trama, y 2 campos de 8 bits llamados UU y CPI que actualmente no tienen uso.

Cada paquete AAL5 debe dividirse en celdas para transportarse a través de una red ATM.

“ATM”debe recombinarse para formar un paquete antes de que sea entregado al anfitrión receptor. Si

el paquete, incluyendo el remolque de 8 octetos, es un múltiplo exacto de 48 octetos, la división producirá celdas completamente llenas. Si el paquete no es un múltiplo exacto de 48 octetos, la celda final no estará llena. Para adaptarse a la longitud indeterminada de los paquetes, AAL5 permite que la celda final contenga entre O y 40 octetos de datos, seguidos por un relleno de ceros, y por un remolque de 8 octetos. En otras palabras, AAL5 coloca el remolque en los últimos 8 octetos del final de la celda, donde se pueden encontrar y extraer sin conocer la longitud del paquete.

.3.6.8. Convergencia, segmentación y reensamblaje de AAL5

Cuando una aplicación envía datos sobre una conexión “ATM” por medio de AAL5, el anfitrión entrega un bloque de datos a la interfaz AAL5. AAL5 genera un remolque, divide la información en bloques de 48 octetos y transfiere cada bloque a través de la red “ATM”en una sola celda. En el extremo de recepción de la conexión, AAL5 reensambla las celdas entrantes en paquete, verifica el CRC para asegurarse de que el paquete llegó correctamente y transfiere el resultado al software del anfitrión. El proceso de dividir el paquete en celdas y reagruparlo se conoce como segmentation and reassembly (segmentación y reensamblado o SAR) “ATM”.

Una computadora utiliza la capa 5 de adaptación “ATM”para transferir un bloque extenso de datos en un circuito virtual “ATM”. En el anfitrión emisor, AAL5 genera un remolque, divide el bloque de datos en celdas y envía cada celda por un circuito virtual. En el anfitrión receptor, AAL5 reensambla las celdas a fin de reproducir el bloque original de datos, retira el remolque y entrega los datos al anfitrión de recepción. AAL5 utiliza un bit en el encabezado de la celda para marcar la celda final de un bloque de datos dado.

Debería ser fácil entender como AAL5 puede usarse para encapsular un datagrama “IP”y así transferirlo a través de una red ATM. En la forma más sencilla, un emisor establece un circuito virtual permanente o conmutado a través de la red “ATM”hacia una computadora destino y especifica que circuito utiliza AAL5. Entonces el emisor puede pasar un datagrama “IP”completo hacia AAL5 pan entregarlo a través del circuito. AAL5 genera un remolque, divide el datagrama en celdas y transfiere las celdas a través de la red. En el lado del receptor, AAL5 reensambla el datagrama, utiliza información en el remolque para verificar que los bits no hayan sido alterados o se hayan perdido transfiere el resultado hacia el “IP”.

Cuando el “TCP/IP” envía datos a través de una red “ATM”, transfiere un datagrama entero utilizando la capa 5 de adaptación “ATM”. Aun cuando AAL5 puede aceptar y transferir paquetes que contengan más de 64Koctetos, el estándar “TCP/IP” restringe el mtamaño de la máxima unidad de transferencia efectiva a 9.180 octetos. El protocolo de la internet “IP”debe fragmentar cualquier datagrama superior a 9.180 octetos antes de transferirlos a AAL5.

.3.6.10. Tipos y multiplexión de paquetes

AAL5 no incluye un campo de tipo. Una trama AAL5 no es auto identificable. Como resultado, la forma más sencilla de encapsulación, no siempre es suficiente. De hecho, existen dos posibilidades:

• Las dos computadoras en los dos extremos del circuito virtual acuerdan a priori que el circuito debe utilizarse para un protocolo específico.

• Las dos computadoras en los extremos del circuito virtual acuerdan a priori que algunos octetos del área de datos serán reservados para utilizarse como un campo tipo.

El esquema anterior, en el que las computadoras acuerdan un protocolo de alto nivel para circuito dado, tiene la ventaja de no necesitar información adicional en un paquete.

En el último esquema, en que dos computadoras utilizan un circuito virtual para varios protocolos se tiene la ventaja de permitir que todo tráfico viaje sobre el mismo circuito, pero la desventaja es que requiere que cada paquete contenga octetos que identifiquen el tipo de protocolo. El esquema también

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tiene la desventaja de que los paquetes de todos los protocolos viajan con el o retraso y la misma prioridad.

El estándar “TCP/IP” especifica que las computadoras pueden seleccionar entre los dos métodos de uso de AAL5.

.3.6.11. Enlace de direcciones “IP” en una red “ATM”

Se ha visto que el encapsulado de datagramas para su transmisión a través de una red “ATM”se deduce de manera directa. En contraste, la asignación de direcciones “IP” puede ser difícil. Como en otras tecnologías de red, “ATM”asigna a cada computadora conectada una dirección física que puede emplearse cuando se establece un circuito virtual. Por un lado, como las direcciones físicas de “ATM” son más grandes que las direcciones IP, una dirección física “ATM” no puede codificarse dentro de una dirección “IP”. Así, el protocolo de internet, no puede utilizar la asignación de direcciones estáticas para redes “ATM”. Por otro lado, el hardware “ATM” no soporta la difusión. Por lo tanto, el protocolo de internet no puede utilizar el protocoloo de direccionamiento inverso convencional (“ARP”) para asignar direcciones en redes “ATM”.

Los circuitos virtuales permanentes “ATM” complican aún más la asignación de direcciones. Debido a que un administrador configura manualmente cada circuito virtual permanente, un anfitrión sólo conoce el par de circuitos VPINCI. El software en el anfitrión no conoce la dirección “IP” ni la dirección de hardware “ATM” del extremo remoto. Un mecanismo de asignación de direcciones “IP”debe proporcionar la identificación de una computadora remota conectada a un “PVC” así como la creación dinámica de “SVC” para destinos conocidos.

Las tecnologías de conmutación orientadas a la conexión complican aún más la asignación de direcciones porque requieren dos niveles de asignación. En primer lugar, cuando crean un circuito virtual sobre el que serán enviados los datagramas, las direcciones “IP” de los destinos deben transformarse en direcciones de puntos extremos “ATM”. Las direcciones de puntos extremos se usan para crea un circuito virtual. En segundo lugar, cuando se envía un datagrama a una computadora remota en UJ circuito virtual existente, las direcciones “IP”de dos destinos se deben transformar en el par VPINC para el circuito. El segundo direccionamiento se utiliza cada vez que un datagrama es enviado en u red “ATM”; el primer direccionamiento es necesario sólo cuando un anfitrión crea un “SVC”.

.3.6.12. Concepto lógico de subred “IP”

Aunque ningún protocolo ha sido propuesto para resolver el caso general de la asignación de direcciones para redes “ATM”extensas, un protocolo se vislumbra como una forma restringida. La restricción de la forma radica en que un grupo de computadoras utilizan una red “ATM”en lugar de una red física única. El grupo forma una “Logical “IP” Subnet” (Sub red “IP”Lógica o “LIS”). Varias subredes lógicas “IP” pueden definirse entre un conjunto de computadoras conectadas al mismo hardware de red “ATM”.

El TCP/IP permite a un subconjunto de computadoras conectadas a una red “ATM”operar como unared de área local independiente. Cada grupo se conoce como subred “IP” lógica (“LIS”); las computadoras en una “LIS” comparten una sola dirección de red “IP”. Una computadora en una LIS puede comunicarse de manera directa con cualquier otra computadora en la misma LIS, pero se requiere de un enrutador cuando se comunica con una computadora en otra “LIS”.

.3.6.13. Gestión de conexiones

Los anfitriones deben manejar cuidadosamente los circuitos virtuales “ATM”porque la creación de un circuito toma tiempo y, para los servicios “ATM”comerciales, se puede incurrir en costos económicos adicionales. Así, el enfoque simplista de la creación de un circuito virtual, en el que se envía un datagrama y luego se cierra un circuito; es demasiado caro. En realidad, un anfitrión debe mantener un registro de circuitos abiertos conforme éstos son utilizados.

La administración de circuitos se da en el software de interfaz de red más allá del IP. Cuando un anfitrión necesita enviar un datagrama, se vale del ruteo “IP” convencional para encontrar la dirección del próximo salto apropiado, N, 11 (Como es usual una dirección del próximo salto es una dirección IP) y lo pasa junto con el datagrama hacia la interfaz de red La interfaz de red examina su tabla de circuitos virtuales abiertos. Si existe un circuito abierto para N, el anfitrión emplea AAL5 para enviar el datagrama. De otra manera, antes de que el anfitrión pueda enviar el datagrama, deberá localizar una computadora con dirección N, crear un circuito y añadir el circuito a su tabla.

El concepto de subredes “IP”lógicas restringe el enrutamiento “IP”. En una tabla de ruteo configurada adecuadamente, la dirección del próximo salto para cada destino debe ser una computadora con la misma subred lógica que el emisor. Para entender esta restricción, recordemos que

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cada LIS es designada para operar como una sola RED DE ÁREA LOCAL. La misma restricción se mantiene para los anfitriones conectados a una RED DE ÁREA LOCAL, a saber, cada dirección del próximo salto en la tabla de ruteo debe ser un ruteador conectado con la RED DE ÁREA LOCAL.

Una de las razones para dividir las computadoras en subredes lógicas proviene de restricciones en el hardware y en el software. Un anfitrión no puede mantener arbitrariamente un número extenso de circuitos virtuales abiertos al mismo tiempo, ya que cada circuito requiere recursos en el hardware

“ATM”y en el sistema operativo. Al dividir las computadoras en subredes lógicas, se limita el número

máximo de circuitos abiertos simultáneamente al número de computadoras en la “LIS”.

.3.6.14. Enlace de direcciones dentro de una “LIS”.

Cuando un anfitrión crea un circuito virtual para una computadora en su “LIS”, el anfitrión debe justificar una dirección de hardware “ATM”para el destino. ¿Cómo puede un anfitrión transformar una dirección del próximo salto en una dirección de hardware “ATM” apropiada? El anfitrión no puede difundir una solicitud a todas las computadoras en la “LIS” porque “ATM” no ofrece hardware de difusión, sino que se contacta a un “Servidor” para obtener la transformación. La comunicación entre el anfitrión y el “Servidor” utiliza “ATMARP”, una variante del protocolo “ARP”.