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Estudio comparativo de alternativas de conexión de Ethernet (LAN) a Internet, el caso real de Procedimientos-Uno en el entorno P.T.A. |
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Comentarios: procuno@procuno.pta.es |
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| Introducción |
| Si bien FDDI define una serie de
protocolos de los niveles físico y de enlace diseñados para ser utilizados en redes de
área local, tiene sentido aquí introducir el estudio de la tecnología FDDI dado que el
Parque Tecnológico de Andalucía (PTA) cuenta, como parte de su infraestructura, con un
anillo de fibra óptica al que se conectan las redes de las empresas ubicadas dentro de su
recinto. Además, entre los servicios ofrecidos se pone a disposición de éstas la
posibilidad de conectarse a Internet a través del Centro Servidor Telemático, al que se
accede desde el anillo y que proporciona la salida al exterior mediante un enlace Frame
Relay con un Centro Proveedor de Acceso a Internet (CPA). La alternativa a este escenario de conectividad es la contratación de un acceso a la RDSI y la instalación de un router para conectar la red Ethernet de Procedimientos-Uno a un CPA al que se le contrata el servicio de conexión a Internet. El esquema seguido en este informe es el siguiente: en primer lugar se introducen los aspectos clave de las tecnologías que intervienen en el proceso, detallando los mecanismos utilizados en cada caso para encapsular el tráfico de Internet (paquetes IP). El estudio realizado en dichos apartados proporciona los antecedentes para realizar la comparación entre las dos alternativas en función del rendimiento de la conexión. De forma adicional, también se confrontan ambas opciones según los costes del servicio. |
| FDDI (Fiber Distributed Data Interface) |
| Introducción | |
| Las necesidades de ancho de banda y
de fiabilidad en las redes de área local (LANs) han experimentado un incremento
sustancial en los últimos tiempos debido, sobre todo, a los avances producidos en los
equipos de sobremesa y en la sofisticación de las aplicaciones de red. Para satisfacer esta demanda, han surgido soluciones como Fast Ethernet (100BaseT), ATM o FDDI. Fast Ethernet es básicamente una mejora de Ethernet que multiplica por diez el ancho de banda disponible, pasando de 10 a 100Mbps, aunque éste sigue estando compartido entre todas las estaciones de la red. ATM es una nueva tecnología que proporciona un ancho de banda suficiente para soportar la transmisión de datos, voz y vídeo sobre el mismo soporte físico, pero sus costes son aún prohibitivos y el nivel de soporte prestado por la industria es bajo. FDDI se perfila pues como la solución idónea y que ha sido más ampliamente adoptada para construir redes troncales (backbones) rápidas y fiables. FDDI define una topología de red local en doble anillo y con soporte físico de fibra óptica. Puede alcanzar velocidades de transmisión de hasta 100Mbps y utiliza un método de acceso al medio basado en paso de testigo (token passing). Con relación al modelo de referencia OSI, FDDI define una serie de protocolos que abarcan las capas física y de enlace. Como su propio nombre indica una de las características fundamentales de FDDI es la utilización de fibra óptica (FO), medio para el que fue específicamente diseñado aprovechando sus ventajas frente al cableado de cobre tradicional en cuanto a velocidad de transmisión, fiabilidad y seguridad: la FO, con un ancho de banda mucho mayor que el cable de cobre, le supera con creces en velocidad de transmisión, es inmune a las interferencias electromagnéticas (EMI) y no emite radiación alguna que pueda ser "escuchada" ni tampoco puede ser "pinchada" sin que sea detectado. Se pueden utilizar dos tipos de fibra para construir el anillo: multimodo y monomodo. Los modos pueden verse como grupos de rayos de luz que entran en la fibra con un ángulo determinado, según el cual se propagan con distintas velocidades. Las fibras monomodo están fabricadas de un material y con unas dimensiones tales que sólo puede propagarse un único modo, mientras que las multimodo permiten la propagación de múltiples modos. En este último caso, debido a las diferentes velocidades de propagación, los modos no llegan a su destino al mismo tiempo y se produce un efecto negativo que se conoce con el nombre de dispersión modal (el efecto de la dispersión modal sobre un pulso cuadrado es su suavizado y ensanchamiento). Por tanto, las fibras monomodo son capaces de transmitir a velocidades y distancias mayores que las multimodo, aunque, para poder inyectarle a una fibra monomodo un único modo, es necesario utilizar dispositivos láser como fuentes de luz, mientras que las fibras multimodo, son menos restrictivas en ese aspecto y pueden trabajar con diodos LED, mucho más baratos. Una red FDDI puede conectar un máximo de 500 estaciones con una distancia máxima entre estaciones de 2Km si se utiliza fibra multimodo o de 20Km si la fibra es monomodo. La longitud máxima del anillo de fibra es de 200Km ó 100Km si es doble. |
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| Especificaciones de FDDI | |
| La especificación de FDDI abarca
los niveles físico y de enlace del modelo de referencia OSI y, a su vez, establece dos
subniveles dentro de la capa física y otras dos dentro de la capa de enlace. El nivel físico está dividido en un subnivel dependiente del medio (PMD) y un protocolo del nivel físico (PHY). El primero de ellos define las características del medio de transmisión, incluyendo los enlaces de FO, niveles de potencia, tasas de error, componentes ópticos y conectores. El protocolo del nivel físico, a su vez, define los algoritmos de codificación y decodificación, la temporización de las señales, así como otras funciones. El nivel de enlace queda dividido en un subnivel de control de acceso al medio (MAC) y un subnivel de control del enlace lógico (LLC). LLC está definido por el estándar IEEE 802.2 independientemente de FDDI, utilizándose este último en múltiples protocolos de enlace. El MAC define la forma en la que se accede al medio, incluyendo la especificación del formato de las tramas, la manipulación del testigo (token), el direccionamiento, los algoritmos para calcular los valores CRC (cyclic redundancy check) y los mecanismos de recuperación de errores. De forma adicional, FDDI define la capa de la estación de gestión (SMT) donde se especifica la configuración de la estación FDDI, la configuración y las características del control del anillo, que incluye la inserción y extracción de estaciones, inicialización, aislamiento de los fallos y recuperación, programación y recopilación de estadísticas. A continuación se muestran los niveles físico y de enlace de FDDI:
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| Conexiones físicas | |
| FDDI define el uso de un anillo
doble de fibra óptica, por cada uno de los cuales el tráfico circula en un sentido
diferente. Físicamente, cada anillo consiste en dos o más conexiones punto a punto entre
estaciones adyacentes. Uno de los anillos recibe el nombre de anillo primario y se
utiliza para la transmisión de los datos; el otro se denomina anillo secundario y
generalmente se reserva su uso como circuito de respaldo Existen dos tipos de estaciones en una red FDDI. Las estaciones de clase B o de conexión simple (SAS, single-attachment stations) se conectan a uno de los anillos, mientras que las estaciones de clase A o de conexión doble (DAS, dual-attachment stations) se conectan a los dos. Un equipo concentrador previene que un fallo o el apagado de una SAS corte el anillo, esto es particularmente útil cuando las estaciones conectadas son PCs o equipos similares que son encendidos y apagados frecuentemente. En la siguiente figura se muestran los distintos componentes en una red FDDI.
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| Tipos de tráfico | |
| FDDI soporta la asignación del
ancho de banda en tiempo real mediante la definición de dos tipos de tráfico: síncrono
y asíncrono. El tráfico síncrono puede consumir una parte de los 100Mbps
mientras que el asíncrono consumirá el resto. El ancho de banda síncrono se le asigna a
aquellas estaciones que requieren la capacidad de transmitir de forma continua, por
ejemplo, para enviar voz o vídeo por la red. El ancho de banda restante es utilizado por
las estaciones asíncronamente. La especificación de la estación de gestión (SMT)
define un esquema de control distribuido para el reparto del ancho de banda disponible. El ancho de banda asíncrono se distribuye entre las estaciones utilizando un esquema de prioridades con ocho niveles (tráfico asíncrono no restringido), aunque se permite que las estaciones utilicen de forma temporal todo el ancho de banda asíncrono disponible (tráfico asíncrono restringido). Este mecanismo de prioridades tiene el inconveniente de que puede dejar fuera de juego a estaciones que no puedan emplear el ancho de banda síncrono y tengan asignada una prioridad de tráfico asíncrono demasiado baja. |
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| Frame Relay |
| Introducción | |
| Frame Relay (FR) fue concebido originalmente como un protocolo para ser utilizado sobre interfaces RDSI y con ese fin se crearon los primeros grupos de trabajo en los organismos de estandarización ITU-T (antes CCITT) y ANSI. No obstante, el principal avance en la tecnología Frame Relay se produjo cuando un grupo de fabricantes de equipos de internetworking y operadoras de telecomunicaciones se unieron en un consorcio centrado en desarrollar la tecnología y acelerar la introducción de productos Frame Relay capaces de interoperar entre sí. Este consorcio desarrolló una especificación conforme con el protocolo básico en discusión en la ITU-T y ANSI pero extendiéndolo con características que le permitieran trabajar en entornos complejos de operación interred. | |
| Características | |
| De forma similar a X.25, FR es un
protocolo utilizado en la interfaz entre los dispositivos de usuario (routers, bridges,
hosts) y equipos de red (nodos de conmutación) y posibilita la transmisión de los datos
aplicando técnicas de conmutación de paquetes. Los dispositivos de usuario suelen
denominarse de forma genérica como equipos terminales de datos (DTE) y los
dispositivos de la red como equipos de circuitos de datos (DCE). Como protocolo que proporciona la interfaz con una red, FR es de la misma naturaleza que X.25, aunque ambos difieren significativamente en la funcionalidad y el formato de los paquetes. En concreto, Frame Relay está más orientado a un flujo continuo de datos y facilita la consecución de mejores rendimientos y mayor eficiencia. Como interfaz entre los equipos de usuario y de red, Frame Relay proporciona una forma de multiplexar estadísticamente numerosas conexiones de datos lógicas, denominadas circuitos virtuales, sobre un único soporte físico. Esta técnica de multiplexación estadística proporciona mayor flexibilidad y permite una utilización más eficiente del ancho de banda disponible. Además, puede combinarse con la multiplexación por división en el tiempo (TDM). Una de las características más importantes de Frame Relay es que aprovecha los avances producidos en la tecnología WAN. Otros protocolos anteriores, como X.25, fueron desarrollados cuando predominaban los sistemas de transmisión analógicos con soporte de cobre, mucho menos fiables que los enlaces digitales sobre fibra óptica disponibles en la actualidad. Gracias a esto, el protocolo de nivel de enlace utilizado en Frame Relay puede obviar los algoritmos de corrección de errores, dejando esa tarea para los protocolos de las capas superiores. De este modo, se reduce la sobrecarga introducida por las cabeceras demasiado largas y se pueden obtener mejores rendimientos sin por ello sacrificar la integridad de los datos. Frame Relay incluye un algoritmo CRC para la detección de errores en los paquetes, si bien no proporciona ningún mecanismo de corrección (por ejemplo, retransmisión). Otra diferencia respecto a X.25 es la ausencia de control de flujo para cada circuito virtual; ya que estas tareas son realizadas eficientemente por protocolos de niveles superiores. En su lugar, se provee un medio muy simple de notificación de la congestión, capaz de indicar a los DTEs que la red está próxima a una situación de congestión. Esto alerta a los protocolos superiores para que utilicen sus propios mecanismos de control de flujo. |
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| Configuración del servicio | |
| La versión estándar actual de
Frame Relay define circuitos virtuales permanentes (PVCs) que son configurados y
gestionados de forma administrativa en una red FR. También se ha previsto un tipo de
circuitos virtuales conmutados, que utiliza el mismo protocolo de señalización que en la
RDSI para establecer, gestionar y liberar los circuitos virtuales de forma dinámica. Al contratar un servicio Frame Relay con un operador de telecomunicaciones determinado, alquilamos una línea de acceso a su red con un ancho de banda determinado (típicamente 64, 256,... 2048 Kbps) y establecemos una serie de circuitos virtuales permanentes (CVP) sobre el mismo soporte físico. Los CVPs vienen caracterizados por una caudal garantizado o CIR (Commited Information Rate), la suma de los cuales puede ser menor o igual al ancho de banda de la línea. En la siguiente figura se ilustra la composición de un enlace Frame Relay.
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| RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) |
| Introducción | |
| La Red Digital de Servicios
Integrados (RDSI), concebida como la evolución de la Red Telefónica Básica (RTB), es
una red de telecomunicaciones conmutada que proporciona un número variado de servicios
digitales extremo a extremo empleando una única infraestructura de red. La RDSI se
construye sobre la RTB llevando a cabo un proceso de digitalización de forma que
servicios de voz, datos o vídeo, puedan ser suministrados al usuario final sobre el
cableado telefónico ya existente. En sus orígenes, la RDSI fue concebida como una red
telefónica mundial similar a la red telefónica pero utilizando transmisión digital y
ofreciendo una gama de servicios que previamente eran soportados por distintas redes de
telecomunicación. Tales servicios incluyen la transmisión de imágenes a alta velocidad (fax del grupo IV), líneas telefónicas adicionales en los hogares para dar soporte al teletrabajo, transferencias de ficheros a alta velocidad o videoconferencia. |
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| Componentes | |
| Los componentes básicos que forman
la RDSI son los terminales, los adaptadores de terminal, los dispositivos de terminación
de red, los equipos de terminación de línea y los equipos de terminación en las
centrales de conmutación. Los terminales pueden ser equipos específicamente diseñados para la RDSI, denominándose TE1, o bien, dispositivos no preparados para conectarse a la red digital que reciben el nombre de TE2. Ejemplos de estos últimos son los teléfonos analógicos convencionales o los ordenadores personales. Para poder conectarse a la RDSI necesitan un adaptador de terminal (TA), que puede funcionar como un dispositivo independiente o bien estar integrado en el terminal como una tarjeta de extensión. En el caso de que el TA se sitúe externamente al TE2, éstos se comunican vía un interfaz de nivel físico estándar, como pueden ser RS-232-C, V.24 o V.35. En el otro caso, tal y como ocurre con las tarjetas adaptadoras de los PCs (mal llamados modems RDSI), la comunicación se realiza a través de un bus interno (p. Ej. : ISA o PCI). Después de los equipos terminales, el siguiente punto de conexión en la RDSI son los equipos de terminación de red: NT1 y NT2, que son dispositivos que conectan los cuatro hilos que componen la línea RDSI con el cableado a dos hilos del bucle de abonado, llevando a cabo la multiplexación necesaria de los datos. En España y los países europeos en general, el equipo NT1 es suministrado por el operador de la red. El NT2 es un dispositivo más complicado que el NT1 que se encuentra típicamente en las centralitas digitales privadas (PBXs) y desempeñan funciones típicas de las capas 2 y 3 del modelo OSI y también de concentración. La RDSI especifica un conjunto de puntos de referencia que definen las interfaces lógicas entre los diferentes grupos funcionales que se acaban de describir. Estos se muestran en la siguiente figura.
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| Acceso a la RDSI | |
| Existen dos tipos de acceso a la
RDSI: Interfaz de Acceso Básico (BRI) e Interfaz de Acceso Primario (PRI).
El acceso básico (BRI) ofrece dos canales B para transmitir la información que trabajan
a 64Kbps. Un tercer canal, denominado D, transporta la información de señalización a
16Kbps. El protocolo de señalización utilizado en el canal D engloba las capas 1 a 3 del
modelo de referencia OSI (capas física, de enlace y de red). Utilizando los dos canales B de forma agregada, el acceso básico a la RDSI nos proporciona un ancho de banda de hasta 128Kbps.
La interfaz de acceso primario (PRI) en Europa proporciona 30 canales B a 64Kbps más un canal D de señalización también a 64Kbps, sumando en total un ancho de banda de 2048Kbps.
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| IP sobre FDDI |
| Introducción | |
| Hemos visto como FDDI especifica una
familia de estándares para redes de área local (LANs) que definen los protocolos que
operan en la capa física y la subcapa de control de acceso al medio del nivel de enlace.
El servicio de control del enlace lógico (LLC) es el que está especificado por la
recomendación 802.2 del IEEE. Con esta configuración, la torre de protocolos queda como se muestra en la siguiente figura:
En el documento del IAB RFC 1390 se define el método para encapsular datagramas IP y peticiones y respuestas ARP en redes FDDI. Con ello se permite la interoperatibilidad de los protocolos IP y ARP entre estaciones conectadas a redes FDDI y estaciones situadas en redes Ethernet vía bridge. |
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| Resolución de las direcciones | |
| La traducción entre las direcciones de Internet de 32 bits y las direcciones de 48 bits de FDDI se realizan mediante el procedimiento de descubrimiento del protocolo de resolución de direcciones (ARP). Las direcciones de Internet están asignadas de forma arbitraria, por lo que cada host debe conocer su propia dirección de Internet y responder a las peticiones ARP de forma adecuada. También debe utilizar ARP para traducir las direcciones IP a FDDI cuando sea necesario. | |
| Tamaño de los paquetes | |
| La especificación del subnivel de
control de acceso al medio (MAC) de FDDI define un tamaño máximo de trama de 4500
octetos. Teniendo en cuenta los dos octetos de preámbulo y las cabeceras de los
subniveles de enlace, la máxima unidad de transferencia (MTU) en las redes FDDI es 4353
octetos, lo que deja en los niveles de red y superiores 4096 octetos para datos y 256 para
cabeceras. Las implementaciones de los gateways deben estar preparadas para aceptar tamaños de paquetes tan grandes como la MTU y fragmentarlos cuando sea necesario. Además, deberían ser capaces de aceptar paquetes tan grandes como puedan ser transportados en una trama FDDI de tamaño máximo y de fragmentar los paquetes mayores. Las implementaciones de los hosts deberían poder aceptar paquetes de datos tan grandes como la MTU, sin embargo, no deben enviar datagramas que sean mayores de 576 octetos, a menos que sepan a priori que el destinatario es capaz de aceptarlos. Las implementaciones de los hosts, además, pueden aceptar paquetes tan grandes como puedan ser transportados en una trama FDDI de tamaño máximo. Los datagramas IP en una red FDDI pueden ser mayores que el tamaño máximo por omisión definido para Internet y fijado en 576 octetos. Los host conectados a una red FDDI deben tener esto en cuenta cuando envíen datagramas a otras máquinas que estén en su misma red local. En algunos casos puede ser conveniente enviar datagramas menores para evitar que sean fragmentados innecesariamente por los gateways intermedios. |
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| Otros aspectos relacionados con la subcapa MAC | |
| La especificación de la capa MAC FDDI define dos clases de tramas LLC: asíncronas y síncronas. Las tramas asíncronas están controladas por un mecanismo de prioridades y pueden utilizar dos tipos de token, restringido o no restringido. Para la interoperatibilidad con IP, sólo se requiere la utilización de tramas asíncronas con token no restringido. La asignación de la prioridad se deja a criterio del usuario, por lo que las implementaciones deberían hacer que ésta sea un parámetro configurable. Se recomienda, aunque no se requiere, que las implementaciones sean capaces también de recibir paquetes IP y ARP en tramas síncronas y tramas asíncronas con token restringido. | |
| IP sobre Frame Relay (RFC 1490) |
| Introducción | |
| Una red Frame Relay proporciona una serie de circuitos virtuales para la interconexión de las estaciones conectadas a la red. El conjunto que resulta de la interconexión de dispositivos a través de la red Frame Relay constituye un grupo privado que puede estar completamente mallado o sólo de forma parcial. En ambos casos, cada circuito virtual está identificado de forma única en cada interfaz Frame Relay por un identificador de conexión de enlace de datos (DLCI) que, en la mayoría de los casos, sólo tiene sentido de forma local a cada interfaz. | |
| Formato de trama | |
| Todos los protocolos deben ir
encapsulados en tramas definidas en el anexo A del estándar del CCITT Q.922: ISDN Data
Link Layer Specification for Frame Mode Bearer Services. Las tramas contienen la
información necesaria para identificar el protocolo transportado dentro del campo de
datos (PDU), de forma que el receptor pueda tratar adecuadamente el paquete recibido.
No hay un convenio que establezca un mínimo para el tamaño máximo de trama permitido en Frame Relay, no obstante, la red debe soportar al menos un máximo de 262 octetos aunque, generalmente, será mayor o igual a 1600 octetos. Es el operador de la red quien establece el valor más apropiado. Por tanto, al ser un parámetro variable, éste debe ser una opción de configuración en los DTE Frame Relay. El tamaño mínimo de trama permitido por Frame Relay es de cinco octetos entre los delimitadores de trama, asumiendo que el campo de dirección ocupa dos octetos. En el caso de que la dirección sea de tres o cuatro octetos, el tamaño mínimo se incrementa a seis o siete octetos respectivamente. |
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| Interconexión de redes | |
| Las tramas que viajan a través de
una red Frame Relay pueden ser básicamente de dos tipos: paquetes enrutados (routed)
o paquetes puenteados (bridged). Cada uno de estos tipos de paquetes tiene un
formato distinto y, por tanto, deben contener un indicador que pueda utilizar el
destinatario para interpretar correctamente el contenido de la trama. En el caso de conectar una red de área local (LAN) a Internet vía Frame Relay, las tramas enviadas son del tipo enrutadas. El formato de un datagrama IP enrutado es el siguiente:
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| Fragmentación | |
| La fragmentación es un mecanismo
que permite el intercambio de paquetes mayores que el máximo tamaño permitido por la red
subyacente. En el caso de Frame Relay, la red puede soportar un tamaño máximo tan
pequeño como 262 octetos, por lo que se recomienda (aunque no se requiere) el soporte de
fragmentación y reensamblado de tramas. De forma diferente a los mecanismos de fragmentación empleados en IP, el ámbito de la fragmentación Frame Relay se restringe a los límites de la red, esto es, a los DTEs. El formato de los paquetes fragmentados es el mismo que para cualquier otro protocolo encapsulado, la principal diferencia estriba en que el paquete fragmentado contiene la cabecera del encapsulamiento. Es decir, primero se encapsula el paquete completo a excepción de los campos de dirección y control. A continuación, los paquetes más grandes son fragmentados en unidades de menor tamaño, apropiadas para las características de la red Frame Relay. De este modo, una estación que reciba varios fragmentos puede reensamblarlos y tratarlos de la misma forma que si hubiera llegado como un único paquete. Los paquetes fragmentados son encapsulados en Frame Relay utilizando el formato SNAP (protocolo de acceso a subredes). La fragmentación añade una sobrecarga de 12 octetos (96 bits) por cada unidad en la que se divida el datagrama. Los fragmentos se envían ordenados y la transmisión no debe ser interrumpida para enviar por el mismo circuito virtual (mismo DLCI) paquetes que pertenezcan a datagramas distintos. La estación receptora, debe ser capa de reensamblar hasta 2K octetos, aunque se sugiere ampliar esta capacidad hasta 8K. Si en algún momento del proceso de reensamblado algún fragmento llega con errores o no llega, se ignora el mensaje completo, siendo responsabilidad del protocolo de la capa superior la implementación de una política de retransmisiones, este mecanismo de fragmentación no está diseñado, por tanto, para manejar de forma fiable todas las causas posibles de error. Al igual que ocurre con la fragmentación en el protocolo IP, hay una cierta probabilidad de que haya errores en el proceso de reensamblado y se entregue un paquete erróneo. Este riesgo se puede reducir incluyendo mecanismos de comprobación de la integridad de los datos (checksum) en los protocolos de las capas superiores. |
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| El protocolo PPP (RFC 1661) |
| Introducción | |
| El protocolo PPP proporciona un
mecanismo estándar para transportar datagramas de diversos tipos de protocolos a través
de un enlace punto a punto. PPP está compuesto por un método para encapsular datagramas
multiprotocolo, un protocolo de control de enlace para el establecimiento, configuración
y comprobación de la conexión de enlace (LCP) y una familia de protocolos de control de
red (NCPs) para establecer y configurar diferentes protocolos del nivel de red. El protocolo PPP está diseñando para transmitir datos a través de enlaces simples full-duplex que entregan los paquetes de forma ordenada. |
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| Encapsulamiento | |
| El encapsulamiento habilita la
posibilidad de multiplexar diferentes protocolos de red sobre el mismo enlace. Sólo son
necesarios 8 octetos adicionales para encapsular un datagrama de red en una trama PPP. En
entornos donde el ancho de banda está muy limitado, esta sobrecarga puede reducirse aún
más hasta llegar a tan sólo 2 ó 4 octetos. Para soportar implementaciones de alta velocidad, el encapsulamiento por defecto utiliza únicamente campos simples, de los cuáles, sólo uno necesita ser examinado para realizar la demultiplexación. La cabecera por defecto y los datos se alinean en unidades de 32 bits, la cola de la trama puede tener una alineación arbitraria. |
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| Protocolo de control de enlace (LCP) | |
| LCP se utiliza para que las entidades PPP que se conectan acuerden automáticamente las opciones de formato del encapsulamiento, manejen los límites variables en el tamaño de los paquetes, detecten bucles en los enlaces y otros errores comunes de configuración y terminen el enlace. Además, LCP provee otras características adicionales como autenticación y diagnóstico del enlace. | |
| Protocolo de control de red (NCP) | |
| Los enlaces punto a punto suelen agudizar muchos de los problemas que ya existen con los actuales protocolos de red. Por ejemplo, la asignación y administración de las direcciones IP, que es un problema incluso en las redes de área local (LANs), se vuelve especialmente difícil sobre enlaces punto a punto a través de circuitos conmutados. Tales problemas son resueltos por una familia de protocolos de control de red (NCPs), cada uno de los cuales cubre las necesidades específicas de sus respectivos protocolos. | |
| Configuración | |
| Se pretende que los enlaces PPP sean
fáciles de configurar. Por diseño, el estándar cubre las configuraciones más comunes,
pero se pueden especificar mejoras a la configuración por defecto que son comunicadas
entre las entidades PPP sin intervención del usuario. Finalmente, el operador puede
configurar las opciones del enlace de forma explícita, permitiendo que trabaje en
condiciones que de otra forma sería imposible que lo hiciera. El procedimiento de configuración automática se implementa a través de un mecanismo extensible de negociación de las opciones, en el cual cada entidad describe a la otra sus capacidades y requerimientos. Este mecanismo es válido tanto para el protocolo LCP como para el NCP que corresponda a cada caso. |
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| El protocolo PPP de control de IP (RFC 1332) |
| Introducción | |
| Para establecer una conexión a
través de un enlace punto a punto, las dos entidades que se comunican deben intercambiar
inicialmente una serie de paquetes LCP para configurar y chequear el enlace. Una vez que
éste ha sido establecido y se han negociado las opciones de la configuración, deben
enviarse paquetes NCP para elegir y configurar uno o más protocolos del nivel de red. Una
vez que se han configurado los protocolos de red, los datagramas pueden ser enviados por
el enlace. El enlace permanecerá configurado para las comunicaciones hasta que paquetes LCP o NCP lo cierren de forma explícita o hasta que ocurra algún suceso externo como la intervención del administrador de la red o bien porque expire algún temporizador. |
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| El protocolo PPP de control de red para IP (IPCP) | |
| El protocolo de control de IP se
encarga de configurar, habilitar y inhabilitar los módulos del protocolo IP en ambos
extremos de la conexión punto a punto. IPCP emplea el mismo mecanismo de intercambio de
paquetes que el protocolo de control de enlace (LCP), pero éste no puede realizarse hasta
que PPP haya alcanzado la fase del protocolo del nivel de red; los paquetes que se reciban
con anterioridad son descargados sin realizar ningún procesamiento. El protocolo de control IP es idéntico a LCP con algunas excepciones: sólo un paquete IPCP es encapsulado en una trama PPP y el campo de identificación del protocolo indicará el uso de IPCP, no se utilizan todos los códigos, se establecen restricciones en cuanto al intercambio de paquetes y las opciones de configuración también son distintas. |
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| Envío de datagramas IP | |
| Antes de poder intercambiar
datagramas IP, PPP debe haber alcanzado la fase del protocolo de red y el protocolo de
control de IP encontrarse en el estado adecuado (abierto). Solamente un datagrama IP es encapsulado en el campo de los datos en una trama PPP y el identificador del protocolo especificará IP. La longitud máxima de un paquete IP transmitido sobre un enlace PPP es el mismo que el tamaño máximo del campo de datos de una trama PPP. Los datagramas que sean mayores deben ser fragmentados. |
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| PPP sobre RDSI |
| Introducción | |
| El documento del IAB RFC 1618 se
refiere a la utilización del encapsulamiento PPP sobre enlaces RDSI. Puesto que el canal
B de la RDSI es por definición un enlace punto a punto, PPP resulta adecuado para ser
empleado sobre esos enlaces. El interfaz de acceso primario de la RDSI (PRI) puede soportar un número elevado de canales B trabajando concurrentemente. En esta situación, los mecanismos proporcionados por LCP y NCP son especialmente útiles para la reducción o eliminación de la configuración manual. El canal D RDSI también puede ser usado para enviar paquetes PPP empleando el formato de trama adecuado pero tiene una ancho de banda limitado y a menudo el enlace sólo llega hasta la central local de conmutación. |
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| Requisitos de la capa física | |
| Desde el punto de vista del
protocolo PPP, los canales RDSI se comportan como enlaces síncronos orientados a bit o a
carácter. Tales enlaces deben ser full-duplex y pueden ser conmutados o dedicados. El protocolo PPP expone a la capa física un interfaz orientado a carácter, no ofreciendo mecanismos para que unidades de menor tamaño sean suministradas o aceptadas. El flujo de octetos se define fundamentalmente en los puntos de referencia R o T. En cuanto a la velocidad de transmisión, no se impone ninguna restricción más allá de los propios límites impuestos por la RDSI. PPP no requiere la utilización de señales de control. Donde esté disponible, el uso de tales señales, éstas pueden incrementar la funcionalidad y el rendimiento. Algunos formatos de trama pueden requerir el uso de señales de control. La definición de la codificación de las tramas es responsabilidad de los equipos DTE/DCE que se utilicen y, por tanto, queda fuera del ámbito de la especificación de PPP. |
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| Tramas | |
| Para los canales B, en ausencia de
una configuración previa, la implementación debe utilizar inicialmente el protocolo HDLC
en modo síncrono y orientado a bit. Debido a configuraciones anteriores, el uso del protocolo HDLC en modo síncrono y orientado a carácter se recomienda donde el equipo de terminación de red se conecte directamente al punto de referencia T y el alineamiento de los datos sea de octetos. A pesar de que HDLC, LAPB, LAPD y LAPF son perfectamente distinguibles, no deberían utilizarse múltiples técnicas de framing concurrentemente en el mismo canal RDSI, de hecho, no hay ningún requisito para que PPP deba reconocer distintos formatos de trama o conmutar entre ellos sin una configuración específica . |
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| Señalización fuera de banda | |
| La experiencia demuestra que el elemento de información LLC (LLC-IE) no se transmite extremo a extremo de forma fiable, ya que no se asegura que los conmutadores sean todos compatibles y, además, las políticas de los operadores de las redes son diversas. Por tanto, no se debe confiar en la transmisión del LLC-IE para determinar el formato de trama o la codificación. No se han asignado valores de LLC-IE pertenecientes para PPP, por lo que cualquier valor que se reciba no es válido y son ignorados. | |
| Protocolo Multienlace PPP (RFC 1717) |
| El objetivo de la operación
multienlace es coordinar múltiples enlaces independientes entre dos sistemas
proporcionando un enlace virtual con un ancho de banda mayor al de cualquiera de los
enlaces que lo componen. Los enlaces agrupados pueden ser enlaces físicos diferentes o
bien instancias de enlaces multiplexados, como líneas RDSI, X.25 o Frame Relay. La operación multienlace puede modelarse como una entidad virtual PPP de nivel de enlace donde los paquetes recibidos en las diferentes entidades de la capa físicas son identificados como pertenecientes a un protocolo de red distinto (MP) y recombinados y numerados según la información presente en la cabecera de fragmentación multienlace. Todos los paquetes recibidos en enlaces pertenecientes al mismo multienlace son presentados a la misma máquina de estados del protocolo del nivel de red, independientemente de que tengan cabeceras de fragmentación o no. La negociación LCP no está permitida sobre el multienlace como tal. Una implementación no debe transmitir paquetes de configuración utilizando el procedimiento multienlace, descargándolos si los reciben sin hacer ningún procesamiento adicional. Otros paquetes LCP de control que no estén asociados al cambio de los parámetros del multienlace sí están permitidos. El MRU efectivo para la entidad lógica del nivel de enlace es negociada vía una opción LCP. Es irrelevante si los paquetes del protocolo de control de red (NCP) están encapsulados en las cabeceras multienlace o no, ni siquiera importa por qué enlace son enviados, toda vez que el enlace se identifica a sí mismo como componente del grupo. Hay que notar que los protocolos de red que no son enviados utilizando cabeceras multienlace no pueden ser ordenados. |
| IP sobre Ethernet |
| Los datagramas IP se transmiten
sobre tramas Ethernet estándar que contienen el identificador adecuado en el campo de
tipo de trama y el datagrama completo, incluida la cabecera, en el campo de datos. La longitud mínima del campo de datos de una trama Ethernet es de 46 octetos, siendo necesario añadir octetos de relleno para cumplir el mínimo tamaño exigido. Esos octetos no se consideran parte del datagrama IP y, por tanto, no se incluyen en el campo de longitud de la cabecera IP. El tamaño máximo del campo de datos de una trama Ethernet es de 1500 octetos y, por consiguiente, ese es el tamaño máximo de un datagrama para ser enviado sobre una red Ethernet. Se aconseja que se soporte el tamaño máximo de las tramas y, de hecho, la implementación de los gateways deben aceptar paquetes de tamaño máximo, fragmentándolos cuando sea necesario. Si un sistema no es capaz de recibir paquetes de tamaño máximo, debe advertírselo a las entidades emisoras usando la opción TCP de máximo tamaño de segmento (Maximum segment size). Los datagramas que se transmiten por una red Ethernet pueden ser mayores que el tamaño máximo definido por defecto en Internet, que es de 576 octetos. Los equipos conectados a Internet deben tener esto en cuenta cuando envíen datagramas a máquinas situadas en redes locales diferentes. Puede resultar conveniente enviar datagramas menores de forma que se evite el fragmentado innecesario en los gateways intermedios. |
| Conclusiones |
| Alternativa 1: Conexión a través del anillo FDDI | |
| Una de las alternativas para la
conexión de la red local de Procedimientos-Uno a Internet es emplear la infraestructura
del Parque Tecnológico de Andalucía utilizando sus servicios de conexión a Internet. El PTA cuenta entre sus instalaciones con una red troncal FDDI de alta velocidad (100 Mbps) que conecta entre sí las redes locales de las empresas ubicadas dentro de su recinto y el Centro Servidor Telemático. Este último, oferta una serie de servicios de telecomunicaciones que incluyen el correo electrónico, videotex, conexión a Internet, etcétera. Para acceder a tales servicios, hay que conectar la red local de Procedimientos-Uno a uno de los bridges/routers que son propiedad del PTA, éstos se conectan al anillo FDDI mediante un concentrador. A su vez, el Centro Servidor Telemático, al que se accede a través del anillo óptico, dispone de un router que conecta la red del parque con un proveedor de acceso a Internet (CPA) mediante un enlace Frame Relay de 256 Kbps. En este esquema de conexión, los datagramas IP que parten de uno de los puestos de trabajo situados en Procedimientos-Uno con destino algún lugar de Internet deben atravesar distintos segmentos de la red cada uno con una tecnología distinta y, por tanto, con diferentes protocolos de nivel de enlace. En concreto, los paquetes IP generados son puestos en la red local de Procedimientos-Uno encapsulados en tramas Ethernet. El bridge/router que hace de punto de conexión al anillo óptico se encarga de cambiar el envoltorio de los datagramas y encapsularlos en tramas FDDI que encamina hacia el bridge/router situado en los límites del Centro Servidor Telemático, que hace el proceso inverso para enviar el paquete IP hacia el router de conexión a Internet encapsulado en una trama Ethernet. El router, que se conecta con Sarenet mediante una línea Frame Relay, debe extraer otra vez el datagrama y añadirle la cabecera y la cola adecuadas y fragmentarlo en unidades de menor tamaño si es necesario. Atendiendo al tamaño máximo de las tramas en cada uno de los niveles de enlace por los que un datagrama IP debe viajar, se puede observar como el único punto donde puede surgir la necesidad de fragmentar y reensamblar los paquetes es en la conexión Frame Relay con el CPA. Dado que la MTU es de 1500 octetos en las tramas Ethernet y de 4353 para las tramas FDDI, los datos enviados por el anillo hacia el router de conexión a Internet no necesitan ser fragmentados. Las tramas Frame Relay, sin embargo, aunque tienen una MTU de 8048 octetos, éste es un parámetro establecido por el operador de la red Frame Relay y puede ser tan pequeño como 262 octetos. Así pues, si la red WAN tiene definido una MTU menor de 1500 octetos puede ser necesario implementar un mecanismo de fragmentación y reensamblado con el consiguiente coste en eficiencia. No obstante, hay que tener en cuenta que el tamaño máximo por defecto en Internet es de 576 octetos, es decir, el máximo número de octetos que puede tener un datagrama IP para asegurar que no es fragmentado es 576, paquetes mayores pueden ser fragmentados dependiendo de la configuración en los gateways de la opción TCP de segmento máximo. |
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| Alternativa 2: Conexión mediante un router RDSI | |
| La otra alternativa que se presenta
para la conexión a Internet es la instalación de un router RDSI conectado a la red
Ethernet de Procedimientos-Uno que se encargue de establecer el enlace con el CPA.
La RDSI es una red conmutada orientada a conexión, es decir, hay que establecer el enlace como paso previo al envío de los datos, esto tiene como ventaja que se puede hacer un uso racional del ancho de banda disponible, realizando las conexiones bajo demanda, sin embargo, el establecimiento de la conexión no es instantáneo, rondando los dos segundos. Las tareas de conexión y desconexión de la red son llevadas a cabo de forma automática por el router que se instale, que detecta cuándo hay tráfico que debe ser encaminado por el enlace RDSI. Un aspecto que hay que tener en cuenta es que las redes TCP/IP generan mucho diálogo en la red toda vez que los routers actualizan entre sí información sobre encaminamiento y servicios. Esas actualizaciones y sondeos periódicos entre estaciones y servidores conectados pueden llegar a saturar las comunicaciones RDSI. Para minimizar ese volumen de tráfico que se genera, los fabricantes de routers han desarrollado técnicas de simulación o de spoofing: en cada extremo de la conexión, los routers "convencen" a los dispositivos de la LAN de que la conexión WAN está activa permanentemente, aunque ésta sólo lo esté realmente mientras se transmiten los datos de usuario. Cuando la comunicación está establecida en un canal B, se dispone de una conexión punto a punto sobre la cual se transmiten los datos (datagramas IP) encapsulados en tramas del protocolo PPP. En principio, los dos canales B del acceso básico son dos canales independientes a 64 Kbps, aunque se puede utilizar el protocolo multienlace (PPP MP) para simular un único enlace lógico a 128 Kbps. Para ello, el otro extremo de la comunicación debe soportar esta característica. El tamaño máximo del datagrama que puede ser enviado por una conexión PPP es de 1500 octetos por defecto, aunque pueden definirse tamaños mayores en la configuración. |
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| Comparación | |
| Rendimiento de la red Suelen utilizarse tres medidas para medir el rendimiento de una red: tiempos de latencia, velocidad de procesamiento de tramas y throughput. El tiempo de latencia es el tiempo empleado por un dispositivo de la red en procesar una trama. Es un parámetro típico en entornos de interconexión de redes, donde se utilizan routers, bridges, conmutadores, etcétera, para conectar los diferentes segmentos de la red. La latencia tiene un gran impacto en el throughput de las transferencias de datos que tienen lugar entre dispositivos de internetworking, si bien, su efecto en el rendimiento general de la red depende del protocolo de transporte que se utilice. La velocidad de proceso de tramas mide la eficiencia del hardware y del software de un dispositivo LAN, típicamente se mide para tamaños pequeños de tramas para acentuar el efecto de la sobrecarga de procesamiento por cada trama. El throughput es un parámetro típico de las interfaces de red y mide la cantidad máxima de datos que se puede transferir en un segundo. Se suele medir con tamaños grandes de tramas y depende del sistema operativo y del software de red. Los elementos claves en el rendimiento de una red son el ancho de banda, la arquitectura y las prestaciones de los bridges, routers, conmutadores y adaptadores de red. Cada uno de ellos puede constituir un cuello de botella para el rendimiento general de la red. No obstante hay que tener presente que estamos evaluando dos alternativas de conexión a Internet, la cual es una situación sustancialmente distinta a la interconexión de redes locales. En la conexión a Internet, sólo podemos controlar el camino de los datos hasta el proveedor. A partir de ahí, no podemos optimizar nada. El cuello de botella de la conexión a Internet se va a situar precisamente ahí, por lo que nos interesa tener una alta tasa de transferencia hacia el CPA para minimizar todos los retardos sobre los que tengamos algún control. Utilizar el anillo FDDI implica que los paquetes de datos atraviesan una serie de componentes de red que introducen tiempos de latencia, si bien, esos efectos son minimizados al emplear una red troncal óptica de gran ancho banda. Por otra parte, la conexión con el CPA se realiza a 256 Kbps, caudal que es el doble del que se obtiene utilizando conjuntamente los dos canales B de la interfaz de acceso básico de la RDSI, a 64 Kbps cada uno. Por tanto, con la opción de conexión al anillo del parque se obtiene un throughput potencial mayor. Por otra parte, si además de utilizar la conexión a Internet como punto de salida de la red local de Procedimientos-Uno, se pretenden ofrecer servicios telemáticos tales como servidor de páginas HTML (WWW), correo electrónico, descarga de ficheros (FTP), etcétera, la conexión también va a ser el punto de entrada desde el exterior, lo cual es un handicap en contra de la opción RDSI, puesto que habría que mantener la conexión permanentemente si se utilizara la red Infovía para el acceso desde Internet, o bien sería el router del CPA elegido el que tendría que encargarse de establecer el enlace y cargar con los costes de conexión. Este es un factor prácticamente decisivo a favor de la conexión al anillo FDDI. Descartada la posibilidad de una conexión RDSI permanente, prohibitiva por los costes, dado que RDSI se factura por tiempo de conexión, se podría resolver el problema del acceso desde el exterior utilizando el servicio de conexión RDSI orientado a paquetes que se suministra a través del canal D. El canal D se basa en la señalización DSS1 (definido por la ITU en la recomendación Q.931), dicho canal además de la función de señalización se puede utilizar para comunicacines de datos a 9.6Kbits/s, que proporciona el acceso a la Red Uno de Telefónica, que realiza la conmutación y encaminamiento de los paquetes. No obstante, la velocidad de transmisión no es en absoluto competitiva con la capacidad de la conexión vía anillo FDDI. Costes En cuanto a los costes, es difícil a priori establecer una comparación entre ambas alternativas, dados los diferentes métodos de facturación. En el caso de la RDSI, se tarifica de forma similar al servicio de telefonía básica: existe una cuota mensual fija y, aparte, se cobra el tiempo de utilización de la línea, independientemente de la cantidad de datos que se transmitan. La conexión a Internet por medio de la conexión al anillo FDDI del PTA es facturada por la empresa que lo gestiona basándose en un esquema escalonado según la cantidad de datos transmitidos y sin tener en cuenta el tiempo empleado en cursar todo ese tráfico. En concreto se aplican dos niveles de tarifas: por debajo de 2 Gbytes mensuales se cobran 60.000 ptas/mes, pasando a 90.000 ptas/mes para tráficos mayores. En la siguiente gráfica se muestran las curvas correspondientes al coste mensual según tiempo de conexión diario a Internet, medida que es más fácil de evaluar que la cantidad de datos enviados o recibidos. La explicación es que es más sencillo hacerse una idea del tiempo empleado en visitar páginas WWW que del número de bytes que se transmiten en ambos sentidos mientras realizamos esas visitas. Esto es importante tenerlo en cuenta, ya que si estamos conectados por la RDSI, aunque no se transmitan datos mientras se lee la página, la conexión física existe y el contador corre. No obstante, para otros tipos de servicios, como transferencias FTP o de correo electrónico, esto no es relevante, ya que el flujo de información es continuo. Las curvas se han calculado para el mismo ancho de banda disponible, esto es, puesto que desde el PTA podemos acceder a Internet con un caudal máximo disponible de 256 Kbps, presentamos el coste de dos enlaces básicos RDSI para disponer del mismo ancho de banda.
Puede observarse como a partir de aproximadamente 7 horas diarias de conexión, estando en el primer escalón ya resulta más rentable la opción de conexión a través del anillo FDDI. Si nos encontramos en el segundo escalón, el punto de cruce pasa a las 11 horas y media. Teniendo en cuenta las características de la red Internet, que tiene unos retardos muy variables y dependientes del tráfico global en la red, es difícil estimar a priori el tráfico cursado en una unidad de tiempo determinada y poder así, comparar los costes en función de los datos transmitidos en lugar del tiempo de conexión. De hecho, el primer cuello de botella puede encontrarse en el CPA, que puede no garantizarnos en todas las circunstancias todo el caudal. Esto ocurre cuando el CPA tiene contratada una capacidad menor que la suma de los caudales que tienen disponible todos sus usuarios. Teniendo en cuenta que es muy difícil extraer el 100% del rendimiento del ancho de banda, resulta mucho más eficiente en términos monetarios un esquema de facturación basado en el tráfico que en el tiempo de conexión. Por tanto, es preferible la conexión utilizando el anillo FDDI del Parque Tecnológico de Andalucía. También hay que considerar que estamos conectando una red local con múltiples usuarios y, por tanto, éstos van a direccionar servidores en distintos momentos del día siguiendo una distribución estadística determinada. Cuando un paquete tiene que ser encaminado vía RDSI lo mejor que puede ocurrir es que la conexión ya se haya establecido para enviar un paquete anterior. En caso contrario, hay que establecerla, lo cual introduce un retardo adicional de unos dos segundos. Si a lo largo de la jornada hay que establecer numerosas conexiones y si además, éstas son para enviar pequeñas cantidades de datos (p. Ej. para comprobar el buzón de correo), de nuevo, la alternativa RDSI resulta menos eficiente que la conexión al anillo del PTA. |
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Procedimientos-Uno, S. L. |
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17/09/2004 ©Procedimientos-Uno S. L. |
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