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Historia

Ejemplos de redes

El modelo OSI

El modelo TCP/IP

Otras consideraciones

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Tema 1. Introducción

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Enrique Alba Torres

Universidad de Málaga (UMA)


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• Años 70 y 80: Sinergia entre computadores y comunicaciones.

• Después, cambios en las tecnologías, productos y servicios quehan provocado los siguientes hechos:

• No hay grandes diferencias entre el procesamiento automático de datos (informática) y las comunicaciones de datos (transmisión y sistemas de conmutación).

• No hay diferencias teóricas entre la transmisión de datos, voz y vídeo.

• Las fronteras entre computadores mono-multi/procesador, así como entre redes locales (LAN, Local Area Network), metropolitanas (MAN, Metropolitan Area Network) y de área amplia (WAN, Wide Area Network) son cada vez mas difusas.

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• El trabajo en monoprocesador ha ido dejando paso al trabajo distribuido, haciendo necesaria la aparición y estudio de nuevos paradigmas de programación distribuida.

• La elevada diversidad inicial de tipos de redes, software de comunicación y lenguajes paralelos ha demostrado con el tiempo que lo importante es el estudio de los modelos subyacentes y el trabajo sobre la estandarización de metodologías para su construcción y explotación.

• Años 70 y 80: Sinergia entre computadores y comunicaciones.

• Después, hay cambios en las tecnologías, productos y servicios que han producido los siguientes hechos:

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Eventos importantes en la historia de la Comunicación de Datos

Desarrollo de las redes inalámbricas2000-

Enorme impacto social debido al uso masivo de Internet1990s

Se produce una explosión de nuevas redes: SNA (74), DECnet (75), DCA (76), ...1970s

Se empezó a utilizar la conmutación dirigida por un equipo computador (y RS-449)1970

EIA publica las especificaciones para conexión serie asíncrona, estándar RS-232-C1969

Se desarrolla ARPANET, núcleo que dio lugar a Internet1960s

Se produce la expansión de los computadores y se desarrollan los módems1960

Nacimiento de los computadores1940

Aparecieron los conmutadores electromagnéticos (más rápido que manualmente)1890

El primer sistema telefónico punto-a-punto opera manualmente1880

Alexander Graham Bell inventó el teléfono1876

Samuel Morse inventó el telégrafo1830

EVENTO IMPORTANTEAÑO

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Transferencia de la información• Conceptos importantes:

– CONMUTACIÓN: Conjunto de técnicas para permitir la interconexión entre cualesquiera dos nodos de la red.

– MULTIPLEXADO: Conjunto de técnicas para permitircompartir el mismo enlace físico entre distintos flujos de información.

• Paquete típico de una red de Almacenamiento y Envío (S&F):

• La información del usuario necesita ser identificada y etiquetada para circular indirectamente desde el origen al destino. Controlarlos errores es imprescindible para obtener un servicio fiable.

CABECERA INFORMACIÓN DEL USUARIO COLA

Nº de secuencia

OrigenDestino

Bits para controlde errores

PAQUETE

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Clasificación de redes

Datos, voz y vídeoPrincipalmente datosTipo de información transmitida

Capacidad de diseño ilimitadaBus, estrella, árbol o anilloTopología

El flujo de dato puede cambiar dinámicamente

Sigue una ruta fijaEncaminamiento de los datos

Compañía de comunicacionesDueño de la redPropietario

1 en 106 hasta 1 en 1071 en 107 hasta 1 en 108Tasa de error

1,54 Mbps o 2,048 Mbps4 Mbps-16Mbps100 Mbps, 1Gbps, …

Frecuencia de transmisión de datos

Desde una ciudad hasta el mundo entero

Un edificio o grupo de edificios

Área geográfica cubierta

Red de Área Extensa(WAN, Wide Area Network)

Red de Área Local(LAN, Local Area Network)

Característica

LAN vs. WAN

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Clasificación de redes• Otras redes:

MAN (Metropolitan Area Network)–Láser, infrarrojos, satélite, móviles…–

PAN (Personal Area Network) –Bluetooth, 802.15, HomeRF–

• Nueva clasificación: PAN – LAN – MAN – WAN

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Organizaciones de estándares

• IBM tenía más de una docena de estándares propios: aquellos usuarios que adquirían ordenadores de diferentes compañías no podían conectarlos y establecer una única red con ellos.

• El caos generado por esta incompatibilidad dio lugar a la exigencia de los usuarios para que se estableciera una normalización al respecto, como ocurre actualmente.

• La normalización facilita la comunicación entre ordenadores construidos por diferentes compañías, e incrementa el mercado para los productos que se adaptan a dicha norma, lo que disminuye su precio y alienta su posterior aceptación.

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Organizaciones de estándares• Existen dos tipos de normas:

– NORMAS DE FACTO: PC, UNIX...

– NORMAS DE JURE: entre gobiernos o entre organizaciones.

• Las principales organizaciones de estándares son:

– IEEE (organización de ingenieros)

– CCITT (organización para regulaciones especializada)

– ISO (organización para regulaciones genérica)

– Internet (organización para control y gestión)

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• El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos es la organización profesional más grande del mundo.

• Esta institución, además de publicar numerosas revistas y programar un número muy importante de conferencias anuales, ha establecido un grupo de dedicado al desarrollo de normas en el área de ingeniería eléctrica y computación.

• La norma 802 del IEEE para una red local es una norma muy importante actualmente para el desarrollo de LANs.

IEEE(Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos)

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• La norma 802 centra sus esfuerzos en los equipos, procedimientos y funciones requeridos para establecer, mantener y liberar conexiones entre los dispositivos que forman la red, incluyendo la definición del formato de los datos, los procedimientos para el control de errores y otras actividades que gobiernan el flujo de información.

• El campo de trabajo del IEEE son principalmente los dos niveles más bajos del modelo de referencia OSI: el nivel físico y el nivel de enlace (en los que empezó a trabajar en 1980 antes de la posterior explosión LAN).

IEEE(Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos)

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• El Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico es un grupo perteneciente a la Unión Internacional de Comunicaciones (ITU), una agencia especializada de las Naciones Unidas con sede en Ginebra (Suiza).

• La tarea del CCITT es desarrollar estándares de comunicaciones, y está formado por 15 Grupos de Estudio, cada uno con una misión específica.

• El trabajo del CCITT se lleva a cabo durante ciclos de cuatro años, conocidos como Periodos de Estudio. Al final de cada periodo tiene lugar una Sesión Plenaria, en la que se revisa el trabajo desarrollado durante ese ciclo. Asimismo, se proponen los temas que serán investigados los próximos cuatro años.

CCITT(Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico)

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• La tarea del CCITT consiste en promover las recomendaciones técnicas sobre aspectos telefónicos, telegráficos e interfaces de comunicación de datos.

• Esta labor ha producido normas que tienen un reconocimiento internacional; dos ejemplos que se pueden citar al respecto son:

La norma V.24 (también conocida como EIA RS-232-C en Estados Unidos), que especifica la distribución y significado de las diferentes patillas del conector que se utiliza en la mayoría de los terminales asíncronos.

La norma X.25, que especifica la interfaz entre un ordenador y una red de ordenadores (conmutación de paquetes).

CCITT(Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico)

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• La Organización Internacional de Normas es una organización voluntaria, fuera de tratados y fundada en 1946, cuyos miembros son las organizaciones nacionales de normalización correspondientes a los 89 países miembros.

• Entre sus componentes se incluyen la ANSI (Estados Unidos), BSI(Gran Bretaña), AFNOR (Francia), DIN (Alemania) y otros 85 organismos.

• El objeto de ISO es promover el desarrollo de estándares en el mundo con vistas a facilitar el intercambio internacional de bienes y servicios.

• Emite normas en una gama muy amplia de temas, que cubren desde aquellos referentes a tuercas y tornillos, hasta los recubrimientos de los postes telefónicos.

ISO(Organización Internacional de Normas)

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• ISO tiene casi 200 comités técnicos (TC), cuyo orden de numeración se basa en el momento de su creación, ocupándose cada uno de ellos de un tema específico. Por ejemplo:

- TC1 trata de lo referente a tuercas y tornillos (normalizando los pasos de las hélices de los tornillos)

- TC97 está relacionado con ordenadores y procesamiento de información.

• Cada uno de los TC tiene subcomités (SC), los cuales a su vez se dividen en grupos de trabajo (WG).

• Quizás el mayor logro de ISO en el campo de las comunicaciones haya sido el desarrollo de su modelo de referencia de siete niveles para conectar sistemas abiertos (OSI).

ISO(Organización Internacional de Normas)

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• Internet: colección de redes interconectadas entre sí que utilizan la familia (pila) de protocolos conocida como TCP/IP.

• Los esfuerzos de DARPA durante los años 60 y 70 fueron retomados por el Internet Activities Board (IAB) que cambió posteriormente su nombre al de Internet ArchitectureBoard en 1992. El IAB es responsable de la aprobación de nuevos protocolos estándares para Internet.

• Sin embargo, el organismo encargado de desarrollar los protocolos es el Internet Engineering Task Force (IETF). Este organismo elabora documentos denominados Request ForComments (RFC’s) – existen más de 1500 – que se utilizan como borradores preliminares.

Internet(IAB y otros)

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• Tras un periodo de reflexión de la comunidad mundial de especialistas, el RFC pasa a ser formalmente una propuesta de estándar. Ambas fases duran un mínimo de 6 meses. Si todo va bien en como mínimo los 4 meses siguientes se convierte en un borrador de estándar que será evaluado por el Internet Engineering Steering Group (IESG).

• El IESG está formado por algunos representantes del IETF que propondrán el protocolo para ser un estándar de Internet. Después, el IAB es el responsable de la decisión final sobre dicho estándar.

Internet(IAB y otros)

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Ejemplos de Redes de Comunicación

• RED TELEFÓNICA CONMUTADA (RTC):

ANALÓGICA DIGITAL

• TRANSMISIÓN REMOTA POR LOTES

• SNA

Línea de Transmisión

TERMINAL módem TERMINALmódem

MAINFRAME

Unidad decontrollocal

Unidad decontrolremota

Controlador deComunicaciones Módem Módem

Terminal

Terminal

Terminal

Terminal

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El modelo de referencia OSIAntecedentes:

• Necesidad de componer servicios, bajo acoplamiento, seguridad, eficiencia, estructuración, independencia de la implementación.

• Los estándares son necesarios para facilitar la interoperatividad entre equipos de distintos fabricantes y estimular la economía a gran escala.

• Una sola normalización no es suficiente para las tareas de comunicación debido a su complejidad. Es necesario dividir las funciones en tareas más manejables y organizarlas como una arquitectura de comunicaciones.

Esta línea de argumentación llevó a ISO a definir un subcomitéque desarrollara esta arquitectura.

Resultado: el modelo de referencia OSI (Open SystemsInterconnection) o modelo de referencia para la interconexión de sistemas abiertos.

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El modelo de referencia OSIEstructuración del modelo:

• Jerarquización por capas en la que cada capa realiza un conjunto de funciones relacionadas entre sí, necesarias para comunicarse con otros sistemas.

• Cada capa sustenta a la inmediatamente inferior, que realizaráfunciones más primitivas ocultando detalles a las superiores.

Entidad delprotocolo






N+1_PDU

N_PDU

N-1_PDU

COMUNICACIÓN REAL(N-1)-SERVICIO

N-SERVICION.request N.confirm N.response N.indication

CAPA N+1

CAPA N

CAPA N-1

ICI

NODO A NODO B

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El modelo por capas OSI

Transmisión de bits atendiendo a las características físicas del medio de transmisión

NivelFísico

1

Transmisión de datos confiable por el enlace físico entre dos equipos

Nivel deEnlace

2

Maneja las conexiones a lo largo de la red, conexión entre cualesquiera dos equipos

Nivel deRed

3

Provee detección y corrección de errores extremo-a-extremo entre aplicaciones

Nivel de Transporte

4

Maneja sesiones entre las aplicaciones (atomicidad, recuperación de errores, …)

Nivel de Sesión

5

Estandariza representaciones de los datos, seguridad y compresión

Nivel dePresentación

6

Protocolos de aplicación que usan la redNivel deAplicación

7

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Comunicación entre pares en OSI

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Físico

Señales Señales

Bits Bits

Paquetes Paquetes

Paquetes Extremo-a-Extremo

Mensajes Extremo-a-Extremo

Sesiones Extremo-a-Extremo

Comunicación Codificada Extremo-a-Extremo

Servicio de Comunicación Extremo-a-Extremo

Red

Enlace

Físico Físico

Enlace

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

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Flujo de la información en OSI• La comunicación se realiza entre aplicaciones de dos computadores

(proceso emisor y proceso receptor).

• El proceso emisor pasa los datos a enviar a la capa de aplicación, que le añade una cabecera de aplicación (AH).

• Los datos originales más la cabecera de aplicación pasan como una unidad a la capa de presentación, la cual le añade su propia cabecera (PH).

• … y así sucesivamente, hasta llegar a la capa de enlace, que le añade una cabecera (DH) y una cola (DT) y los pasa a la capa física.

• La capa física transmite en forma de bits los datos al computador donde seencuentra el proceso receptor.

• A partir de ahí se realiza el mismo proceso pero en sentido inverso: cada capa analiza su cabecera correspondiente y pasa el resto de datos a la capa superior, hasta llegar a la capa de aplicación que tras analizar su cabecera pasa al proceso receptor los datos enviados por el proceso emisor.

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Flujo de la información en OSI

Capa deAplicación

Capa dePresentación

Capa deSesión

Capa deTransporte

Capa deRed

Capa deEnlace

CapaFísica

Capa deAplicación

Capa dePresentación

Capa deSesión

Capa deTransporte

Capa deRed

Capa deEnlace

CapaFísica

ProcesoEmisor

ProcesoReceptor

Datos

DatosAH

DatosPH

DatosSH

DatosTH

DatosNH

DatosDH DT

Bits

Protocolo deRed

Protocolo deTransporte

Protocolo deSesión

Protocolo dePresentación

Protocolo deAplicación

Trayectoria real de la transmisión de datos

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El modelo TCP/IP• El modelo TCP/IP es una familia de protocolos que comparte

muchos puntos con el modelo OSI, aunque difiere en otros tantos.

• La característica más importante del modelo TCP/IP es que permite interconectar redes muy distintas entre sí.

• Hay una serie de equipos especiales (routers, gateways, pasarelas,encaminadores) que interconectan redes de cualquier tipo, dando lugar a una infraestructura compleja.

ROUTER IPETHERNET TOKEN RING

X.25

ROUTER IP

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El modelo TCP/IP• El encapsulamiento de datos en TCP/IP se realiza de igual forma

que en el modelo OSI.

• Se añaden cabeceras características de cada nivel a los paquetes que van pasando de un nivel a otro del origen y de ahí al destinoque se encargará de ir eliminando las cabeceras hasta conseguir los datos originales.

• En el modelo TCP/IP se distinguen cuatro niveles:

Datos

CabeceraCabecera

Datos

Datos

Datos

Nivel de Acceso a Red

Nivel Interred

Nivel de Transporte

Nivel de Aplicación

ENVIA

R

REC

IBIR

Cabecera

Cabecera

Cabecera

Cabecera

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Nomenclatura y tramas

CABECERA DE LACAPA DE ENLACE

CABECERAIP

CABECERATCP

INFORMACIÓN DE LA APLICACIÓN:FTP, SMTP, TELNET...

COLA DE LA CAPADE ENLACE

DATOS DE LA APLICACIÓN

SEGMENTO TCP

DATAGRAMA IP

TRAMA DEL NIVEL DE ENLACE

Flujo Mensaje

PaqueteSegmento

Nivel de Acceso a Red

Nivel Interred

Nivel de Transporte

Nivel de Aplicación

TCP UDP

DatagramaDatagrama

TramaTrama

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Arquitectura de TCP/IP

NIVELES INFERIORES1,2IP[ICMP]3

UDPTCP4dnssnmptftpsmtpftptelnet5,6,7

TCP/IPOSI

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El protocolo TCP/IP dentro de un gateway

Ethernet

FTPRFC 959

TELNETRFC 854

SMTPRFC 821

RIPRFC 1058

DNSRFC 1035

NFSRFC 1094

TCPRFC 793

UDPRFC 768

EGPRFC 904

IP / ICMPRFC 791, RFC 792

DDNX.25

LAPB /HDLC

CCITTV.35

Milnet

ARPRFC 826

IP-EthernetRFC 894

IEEE 802.3CSMA/CD

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Estándares IEEE 802.x

802.3CSMA-CD

802.4TOKEN-BUS

802.5TOKEN-RING

802.6DQDB

802.7B. ANCHA

802.8FIBRA ÓPT.

802.9RDSI

802.2 CONTROL DE ENLACE LÓGICO LCC

MACFísica

2

1

IEEE 802.X OSI

• La capa Física se corresponde con el primer nivel del modelo de referencia OSI.

• La capa de Enlace, correspondiente al segundo nivel de OSI, está compuesta por dos sub-capas:

- Control de Acceso al Medio (MAC, Medium Access Control), que arbitra el acceso al canal compartido por los nodos de la LAN.

- Control del Enlace Lógico (LCC, Logical Link Control), que supervisa el enlace de paquetes entre dos nodos adyacentes. Norma 802.2 de IEEE.

• Las diversas LANs difieren en sus capas Física y MAC.

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Estándares Novell NetWare

• Su arquitectura es muy parecida a la de OSI.

• Tiene todos sus niveles implementados de alguna manera.

• El conjunto de protocolos en las estaciones es ligeramente distinto del conjunto en el servidor.

Aplicación

Modelo OSI

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicación NetWareNúcleo delProtocolo

(NCP)(en el servidor)

EmulaciónNetBIOS

NetWareShell

(estaciónde trabajo)

Intercambio Secuenciado de Paquetes (SPX)

Intercambio de Paquetes por la Interred (IPX)

Token-Ring Ethernet ARCnet Otras

NetWare

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Estándares TOP y MAP

• TOP se utiliza en entornos de oficinas y usa token-ring.

• MAP se utiliza en fábricas (manufactura) y usa token-bus.

• Ambos implementan los 7 niveles del modelo OSI.

802.3 o 802.5 (TOP) 802.4 (MAP)

IEEE 802.2

8473 RED

8073 TRANSPORTE (como TP4)

8327 SESIÓN

8823 PRESENTACIÓN

MHS VT JTM FTAM DS MMS

1

2

3

4

5

6

7

TOPMAP

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RDSI (Red Digital de Servicios Integrados)

• La RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) pretende ser una red pública mundial de telecomunicaciones que reemplace a las redes de telecomunicaciones existentes y ofrezca una amplia variedad de servicios.

• Su capa física y MAC están especificadas por la norma 802.9 de IEEE.

• Está definida por la normalización de interfaces de usuario y se implementa como un conjunto de conmutadores digitales y caminos, admitiendo un amplio rango de tipos de tráfico y suministrando servicios de procesamiento de valor añadido.

• Lo verdaderamente nuevo en la RDSI es la organización de la red en sí misma, que se caracteriza por separar el control de la red de la información del usuario.

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RDSI (Red Digital de Servicios Integrados )

SMS(Sistema de Manejo del

Servicio)

SPC(Punto de Control del

Servicio)

CSS(Señales sobre Canales

Comunes)

SSP(Punto de Conmutación

del Servicio)

PeriféricoInteligente

Nodo delUsuario #1

Nodo delUsuario #n

Nodo de unaEmpresa

X.25

RDSI

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RDSI-BA Y ATM

• Actualmente existe un gran número de redes: telefónica (SSN 7), televisión, DQDB, frame relay, etc. El problema es ofrecer servicios y gestionar tantas redes de tecnología distinta.

• Solución: Usar una red única para transferencia de información que reemplace a la telefónica y al resto de redes especializadas: RDSI-BA.

• Esto posibilita nuevos servicios: vídeo bajo de manda, televisión con múltiples fuentes, correo electrónico multimedia, música, interconexión LAN, transporte de alta velocidad para datos científicos e industriales, etc, y todo por la línea telefónica.

• La arquitectura de RDSI-BA tiene tres planos de trabajo, y el software que ofrece es distinto en cada uno de ellos.


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RDSI-BA Y ATM

• RDSI-BA requiere velocidades muy altas.

• La tecnología que hace posible RDSI-BA es ATM.

• ATM es actual y muy útil, mientras que RDSI está en desaparición

Aplicaciones

Encriptación, Formatos

Control del Diálogo

Fragmentación

EncaminamientoControl de la Congestión

Control de Errores

VACIO

MultiplexadoTransmisión de Celdas

Transmisión de Bits

Control Usuario OAM


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ATM (Asynchronous Transfer Mode)• A diferencia de las líneas telefónicas se trata de una red asíncrona.

• La información se transmite en paquetes pequeños de tamaño fijo (celdas) de 53 bytes.

• Las ventajas de usar celdas son:

• Flexibilidad para manejar tráfico constante y variable (CBR vs VBR).

• Para velocidades de varios Gbps es más rápido conmutar celdas que usar multiplexado, sobre todo sobre fibra óptica.

• Para hacer difusión es más eficiente usar celdas que conmutación por circuitos.

Encabezado Datos del Usuario

Celda ATM

5 bytes 48 bytes

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• ATM proporciona un servicio orientado a la conexión, pero la entrega no está asegurada (la secuencia de celdas sí lo está).

• ATM tiene actualmente mucho uso como red troncal. Se organiza como una WAN (líneas y conmutadores).

• La velocidad de trabajo en ATM es 155 Mbps y 622 Mbps (4 canales a 155 Mbps).

ATM (Asynchronous Transfer Mode)

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ARQUITECTURA DE ATM

Temporización de los bitsAcceso físico a la redPMD1

Desacoplamiento de la velocidad de envíoManejo de checksums en el encabezadoGeneración de celdasEmpaquetar/desempaquetar celdasGenerar tramas

TCFísica

2

Control del flujoGenerar/extraer encabezados de las celdasGestión de trayectorias virtualesMultiplexado de celdas

ATM2/3

Segmentación y reensamblado de celdasSAR

Proporciona una interfaz estándar (convergencia)CSAAL3/4

FuncionalidadSubcapaATMOSI


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ARQUITECTURA DE ATMCAPA FÍSICA

• Describe el manejo del medio físico (voltajes, tiempos, ...). Es genérico y permite empaquetar celdas en la carga útil de otros portadores.

• PMD (Physical Medium Dependent) establece la interfaz con el medio real y transfiere bits. Esta capa es distinta para distintas redes.

• TC (Transmission Convergence) envía flujos de bits para que PMD los transmita como celdas. Obtiene un flujo de bits de PMD que debe convertir en celdas para ATM (problema del enmarcado -framing-).

CAPA ATM

• Controla el transporte de celdas y cabeceras. Controla la congestión y decide el establecimiento y cierre de CV’s.


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ARQUITECTURA DE ATM

CAPA AAL

• Permite al usuario enviar información de cualquier longitud y oculta la existencia de celdas. Por tanto acepta paquetes, los segmenta/reensambla y los transmite usando la capa ATM.

• SAR (Segmentation And Reassembly) divide los paquetes en celdas en el origen y los reensambla en el destino.

• CS (Convergence Sublayer) permite tener sistemas ATM que ofrezcan diferentes clases de servicios según la aplicación y ofrece una interfaz común a los usuarios.


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