5. Protocolos de comunicación WAN
En este apartado vamos a conocer los protocolos más populares que se emplean en redes WAN. Se trata de dos servicios de conmutación de paquetes que permiten la creación de circuitos virtuales dedicados en la red de comunicación entre los PoP del proveedor de servicios.
La red del operador de telecomunicaciones es compartida por todos los usuarios, sin que se llegue a asignar un ancho de banda específico a un enlace entre dos puntos, situación que es solucionada de forma distinta por cada uno de los protocolos que vamos a estudiar: Frame Relay y ATM.
El operador de telecomunicaciones dispone de una red de conmutación a la que se conectan mediante una línea dedicada los usuarios. Esta conexión se establece con la red en las centrales de conmutación, que son el intermediario entre la línea del usuario y la red de telecomunicaciones.
5.1. Frame Relay
Frame Relay se basa en un servicio de conmutación de paquetes (tramas) de longitud variable proporcionando transmisiones de alta velocidad a través de líneas alquiladas digitales. Cuando se contrata un servicio de este tipo a un operador de telecomunicaciones
se deben establecer:
• Velocidad de información comprometida: ancho de banda mínimo garantizado. • Velocidad de información de ráfaga comprometida: ancho de banda máximo disponible en ráfagas. Este ancho de banda extra se consigue “robándolo” de otras conexiones.
Este servicio se puede implementar sobre cable de cobre de par trenzado o fibra óptica. Este sistema supone que se implementa en redes de alta confiabilidad por lo que los mecanismos de control de errores que utiliza son muy simples.
a) Los circuitos virtuales de Frame Relay.
Cuando conectamos dos redes a través de Frame Relay se crean circuitos virtuales, es decir, que el operador de telecomunicaciones proporciona un circuito conmutadoentre los distintos puntos. Este circuito se identifica con un código de 10 bits (DLCI) de manera que cada camino queda unívocamente identificado, de manera que las tramas que circulan por la red toman siempre el mismo camino, lo que aumenta la velocidad de transmisión.
El circuito puede ser permanente si se contrata así, de manera que se emplee siempre la misma ruta (con lo que se consigue mayor velocidad) o conmutado que serán rutas temporales a través de la nube de Frame Relay, creadas de forma dinámica en función de las necesidades del tráfico. En cualquier caso, aunque el circuito virtual sea permanente, se crea empleando el sistema de conmutación de circuitos.
Analogía:
Para desplazarse de una calle a otra, en una ciudad, podemos tomar
numerosos caminos. Cada camino puede ser denominado de una forma distinta
ruta 1, ruta 2, etc. Por regla general, siempre seguimos el mismo camino, el más
rápido, cómodo, etc. Un circuito virtual de Frame Relay sería una de estas rutas,
establecida entre estos dos lugares, con la diferencia de que cuando viajamos con
nuestro coche podemos cambiar de ruta voluntariamente, mientras que los
circuitos virtuales pueden ser permanentes, siempre la misma ruta o conmutados
(que cambia la ruta en función de la ocupación del circuito).
b) Hardware de Frame Relay.
Como ya hemos comentado, la conexión con Frame Relay se hace a través de una red del operador. Para que se establezca la comunicación entre las LAN del usuario y la red Frame Relay, necesitamos emplear varios elementos de hardware.
• Dispositivo de acceso de Frame Relay (FRAD, Frame Relay Acces Device): Se trata de un dispositivo que conecta la red LAN con la central de conmutación frontera del operador. Básicamente, el FRAD elimina la cabecera del protocolo del nivel de enlace de datos y crea las tramas para la transmisión a través de la red de Frame Relay, dirigiéndola hacia la central de conmutación. No tiene en cuenta la ruta que van a seguir las tramas dentro de la red Frame Relay.
• Conexión a la central de conmutación: Suelen ser líneas de telecomunicaciones alquiladas al operador que suministra el servicio de Frame Relay. Estas líneas deben soportar la multiplexación de datos generada por los distintos circuitos virtuales, que serán tantos como redes se interconecten. Podemos concluir diciendo que Frame Relay es un servicio de transmisión de datos rápido, gracias a que supone un medio confiable y a la creación de circuitos virtuales permanentes y flexible, adaptable a las necesidades de tráfico.
5.2. Asynchronous Transfer Mode (ATM).
ATM se trata de un protocolo para redes WAN y LAN, independiente del medio físico, que divide el tráfico de datos en celdas de un tamaño fijo (53 bits), lo que permite una utilización óptima del ancho de banda. Introducimos este protocolo en redes WAN, debido a que la solución ATM para redes LAN no tiene una gran aceptación por la relación calidadvelocidad-
complejidad/precio que ofrece.
a) Un poco de historia.
Como hemos visto, en un principio los ordenadores se interconectaron entre si para compartir recursos y comunicarse. Poco a poco, los ordenadores comenzaron a tener un papel cada vez más importante en las empresas. La interconexión (Networking) de estas máquinas era algo deseado y de amplios beneficios. Cuando se necesitaba comunicar dos máquinas a largas distancias, se utilizó la única red que existía: las WAN construidas por las compañías telefónicas basadas en el cable de cobre.
Estasamplias redes (WAN) estaban optimizadas para posibilitar múltiples llamadas telefónicas, sin embargo, al ser éstas unas redes optimizadas para la transmisión de voz, los datos, con características diferentes, no eran enviados muy eficazmente. Así, se construyeron otras WAN específicamente para la transmisión de datos. Según pasaba el tiempo, las limitaciones del ancho de banda del cable de cobre se hicieron evidentes, y esas WAN comenzaron a sustituir el cable de cobre por fibra óptica. Debido a su potencial casi ilimitado de ancho de banda, las comunicaciones vieron a la fibra óptica como una parte esencial en su futuro. Sin embargo, aunque las WAN estaban siendo optimizadas a fibra, no existían unos estándares aprobados que permitieran que se integraran juntos equipamiento de distintos fabricantes.
En los años 80, ITU-T y otros grupos de estándares comienzan a trabajar para establecer una serie de recomendaciones para la transmisión, conexión, señalización y control de las redes basadas en fibra óptica. Estos tipos de red fueron denominados Broadband Integrated Services Digital Network, Redes Digitales de Servicios Integrados de Banda ancha (B-ISDN). Para los años 90 se utilizó B-ISDN sobre SONET/SDH (Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy) y ATM. SONET describe los estándares ópticos de la transmisión de datos, la estructura de la trama para el multiplexado del tráfico digital un tráfico de operaciones: ¿cómo se puede empaquetar y transmitir la información?.
Al ser un estándar que no se ocupa del tipo de datos ni del tipo de conexión usada, puede operar con casi todas las tecnologías de conexión existentes. Para B-ISDN, dos tipos de conexión fueron consideradas por ITU-T: Sincrónica y Asincrónica. Un modo de transferencia de datos, con la habilidad de conectar con todas las formas de trafico a altas velocidades y optimizando el uso del ancho de banda, era necesario para sacar provecho de la
potencialidad de B-ISDN.
Idealmente, el máximo ancho de banda debía ser accesible a todos los usuarios y aplicaciones, y debía ser asignado por petición. ATM fue elegido como el estándar para B-ISDN puesto que cumplía con estos exigentes requisitos: fue concebido como un medio en el cual los canales de comunicación de ancho de banda arbitrario podían ser facilitados dentro de una jerarquía múltiple definida como un set de canales con ancho de banda fijo.
Aunque inicialmente ATM fue aplicado en las WAN, los diseñadores de redes LAN y los vendedores de equipamiento vieron a ATM como una solución para muchas de las limitaciones de sus redes. Los canales de televisión por cable, también consideraron a ATM como una posible adición a sus redes.
ATM es actualmente la tecnología de backbone más utilizada. Como backbone entendemos al enlace de gran caudal o la serie de nudos de conexión que forman un eje de conexión principal. Es la columna vertebral de una red. Por ejemplo, NSFNET (National Science Foundation's NETwork) fue el backbone, la columna o el eje principal de Internet durante muchos años.
ATM es ampliamente usado como medio de transmisión de datos, vídeo y voz a altísimas velocidades, pero se le conoce mejor por su fácil integración con otras tecnologías y por sus sofisticadas características que garantizan calidad de servicio.
b) Arquitectura ATM.
Las características básicas de la arquitectura ATM son:
• Es orientada a conexión.
• No tiene errores de control. Se maneja entre puntos finales.
• Es escalable. Diseñado para diferentes velocidades y tipos de medios.
• Diseñado para redes LANs y WANs.
• Posibilita transporte integrado de datos, audio y vídeo. ATM está considerado como un modo de transferencia de paquetes orientado, basado en celdas de longitud fija. Cada celda está compuesta por 53 bytes, de los cuales 48 forman el cuerpo de información y los restantes son usados para campos de control o cabecera.
La cabecera identifica la celda mediante un Virtual Circuit Identifier VCI y determina el camino que será utilizado con un Virtual Path Identifier VPI. Así, se define el tipo de conexión y el enrutamiento de celdas. Las celdas son enrutadas individualmente según los conmutadores incluidos en estos identificadores VPI y VCI.
ATM está compuesto por una serie de capas básicas o niveles:
• Nivel físico: define los interfaces físicos. A diferencia de otras tecnologías LAN, ATM no depende del transporte físico. Las celdas pueden ser transportadas en redes SONET, SDH, PDH, o incluso en modems de 9600 bips, por ejemplo. La capa física se divide en otras dos, una de las cuales especifica las velocidades de transmisión, tipos de conectores físicos, etc...(subnivel dependiente del medio físico) y la otra tiene que ver con la extracción de los datos desde la capa física, reconociendo el límite de celda y chequeando posibles errores (subnivel de convergencia de transmisión).
• Nivel ATM: se compone de 5 bytes para la cabecera, que dirige la transmisión, y 48 para los datos. Las celdas se transmiten en estricta secuencia numérica a través de la red.
• Capa de adaptación ATM: ATM Adaptation Layer (AAL). Para que ATM sea compatible con los distintos sistemas operativos y tipos de tráfico, es necesario adaptar las distintas aplicaciones a la capa ATM. Esta es la función realizada por la capa de adaptación AAL, la cual es dependiente del servicio. Además esta es la capa encargada de corregir errores. Cuando se crea un circuito virtual, ambos extremos del circuito deben acordar el tipo de protocolo de
adaptación AAL que será utilizado. Cuatro tipos de AAL fueron recomendados originalmente:
• AAL-1 se usa para transferir tasas de bits constantes que dependen del tiempo. Debe enviar por lo tanto información que regule el tiempo con los datos. AAL-1 provee recuperación de errores e indica la información con errores que no podrá ser recuperada.
• AAL-2 se usa para transferir datos con tasa de bits variable que dependen del tiempo. Envía la información del tiempo conjuntamente con los datos para que esta pueda recuperarse en el destino. AAL-2 provee recuperación de errores e indica la información que no puede recuperarse.
• AAL-3/4 es la unión de AAL-3 y AAL-4, que se diseñaron para transferir los datos con tasa de bits variable que son independientes del tiempo. Puede ser dividido en dos modos de operación: o Fiable: En caso de pérdida o mala recepción de datos estos vuelven a ser enviados. El control de flujo es soportado. o No fiable: La recuperación del error es dejado para capas más altas y el
control de flujo es opcional.
• AAL-5 fue desarrollado debido a los problemas con AAL-3/4. Es muy sencillo y efectivo, y se usa para transferir datos con tasas de bits variables y orientados a conexión. Es, posiblemente, el más usado.
