introduccion atm--ip.pdf

1Doctorado 2004 IP sobre ATM 1

IntroducciIntroduccin a ATMn a ATMIP sobre ATMIP sobre ATM

Doctorado 2004 IP sobre ATM 2

IntroducciIntroduccinn

Red ATM: Red de datos + voz Combinacin de:

La tecnologa de comunicacin de internet: conmutacin de paquetes

La tecnologa de las compaas de telecomunicaciones: conmutacin de circuitos

Resultado: conmutacin de celdas (paquetes de tamao fijo y muy pequeo)

Soporte tecnolgico de la RDSI-BA (Banda ancha)


Red telefRed telefnica nica vsvs ATM ATM

Las redes telefnicas actuales son sncronas.

Emplean conmutacin de circuitos

Todas las velocidades son mltiplos de 8 kbps.

Mux. TDM fija. Los circuitos de alta

velocidad se configuran manualmente

ATM = Modo de transferencia asncrono.

Emplea conmutacin de paquetes.

Mux. TDM estadstica Puede conseguirse

cualquier velocidad. Cualquier velocidad

puede conseguirse mediante una llamada.

125 us t t


ATM ATM vsvs Redes de datos (IP)Redes de datos (IP) Sealizacin: En IP, sin conexin ni posibilidad de

reservar ancho de banda de antemano. ATM: orientado a conexin. Se declaran las

necesidades antes de usar la red.

Conmutacin: En IP, cada paquete se procesa individualmente. ATM: la ruta se asigna basada en QoS.

Gestin de trfico: En IP, descarte. ATM: tecnologa de gestin del trfico moderna,

necesaria para alta velocidad y demanda variable.


Interfaces ATMInterfaces ATM

Host Switchprivado

Host Switchprivado

UnidadServicioDigital(DSU)

Router

Switchpblico

Switchpblico

Privado

PrivadoUNI

UNI

DXI Switchpblico

B-ICI

Red

PblicoUNI

NNIPblico

RedNNIPrivado


Interfaces ATM (2)Interfaces ATM (2) Interfaz Usuario-Red (UNI):

UNI pblico, UNI privado. FUNI (basado en tramas) Interfaz Red-Nodo (NNI):

NNI privado (PNNI) NNI pblico=Interfaz entre Sistemas de Conmutacin

(ISSI) (dentro de la misma red) ISSI entre distintas redes= B-ICI (Interfaz entre redes

de banda ancha) Interfaz de Intercambio de Datos (DXI):

Entre Routers y Unidades de servicio digital ATM (DSU)


Capas de protocolosCapas de protocolos

Capa de Adaptacin

ATM

CapaATM

Capafsica

CapaATM

Capafsica

Capa de Adaptacin

ATM

CapaATM

Capafsica

Sistema final Sistema final

Red


Capas de protocolosCapas de protocolos La capa de Adaptacin ATM:

Descomposicin de mensajes de las capas superiores en celdas y reensamblado

La capa ATM: Transmisin/Conmutacin/Recepcin Control de congestiones/Gestin de buffers Generacin/eliminacin de las cabeceras de las celdas

en fuente/destino Traduccin de las direcciones de las celdas Entrega en secuencia


Medios fMedios fsicossicos Fibra multimodo: 100 Mbps con 4b/5b (FDDI),

155 Mbps SONET STS-3c, 155 Mbps 8b/10b

Fibra monomodo: Desde 155 Mbps hasta 40 Gbps Fibra ptica plstica: 155 Mbps Par trenzado apantallado (STP): 155 Mbps 8b/10b Cable coaxial: 45 Mbps, DS3, 155 Mbps Par trenzado sin apantallar (UTP)

UTP-3 (telfono), a 25.6, 51.84, 155 Mbps UTP-5 (datos), 155 Mbps

E1, E3, J2, nxT1, STS-3c, STM-1, DS1, DS3


Medios fMedios fsicossicos Uso habitual de la jerarqua de portadoras digitales

SONET ( SDH en Europa): En vez de llevar canales de voz PCM sncronos, las

tramas OC STM llevan como carga celdas ATM. OC-3c (STS-3c)/STM-1: 155 Mbps (carga ATM: 135

Mbps) OC-12c (STS-12c)/STM-4: 622 Mbps (544 Mbps) OC-48c/STM-16: 2,4 Gbps (2,2 Gbps) OC-192c/STM-64: 9,9 Gbps (8,7 Gbps) OC-768c, STM-256: 40 Gbps (35 Gbps)


GFC/VPI VPIVPI VCI

VCIVCI PTI CLP

HEC

Carga

Formato de celdaFormato de celda GFC: Control de flujo genrico

Presente en UNI pero no en NNI (no usado) VPI/VCI: 0/0 -> celda vaca; 0/n -> sealizacin HEC: Control error cabecera 1+x+x2+x8


Formato de celda (2)Formato de celda (2) PTI: tipo de carga

Celda de datos de usuario/celda de control Para celdas de usuario:

Congestin/no congestin Celdas de tipo 0 y 1

Celdas de control: mantenimiento entre switches, control de congestin (ABR) y reservada

CLP: Prioridad de prdida de celda Prioridad de la celda: alta (0)/baja (1)


Caminos y canalesCaminos y canales Servicio slo orientado a conexin

PVC, Circuito virtual permanente. SVC, Circuito virtual conmutado.

Identificador de conexin en dos niveles: Primeros 8/12 bits: Camino virtual (VPI) Ultimos 16 bits: Canal virtual (VCI)

El servicio VP permite nuevos VCs sin necesidad de solicitarlos a la red.

VC1VC2VC3VC1VC2VC3VC1VC2VC3

VP1

VP2

VP3

Enlace


Establecimiento de conexiEstablecimiento de conexinn Diversos protocolos de

sealizacin (p.e, Q.93b, Q.2931)

En dos pasos Creacin de un VP/VC: se solicita

a travs VPI=0,VCI=5 Se asignan VPI (0-255) y VCI (32-

65535) libres. Mensajes:

SETUP CALL PROCEEDING CONNECT CONNECT ACK RELEASE RELEASE COMPLETE

Hostfuente

HostdestinoSwitch 1 Switch 2

SETUPSETUP

SETUPCALL PROC CALL PROC

CONNECTCONNECT

CONNECT

CONNECT ACKCONNECT ACK

CONNECT ACK

RELEASERELEASE

RELEASEREL COMP REL COMPREL COMP


AsignaciAsignacin/Uso de VP/VCn/Uso de VP/VC

Switch

Video Datos

Datos Voz

2

1

3

4

56

33 56

37 34

35

56

65

76

Puerto1122

VPI/VCI1/373/345/332/56

Puerto3456

VPI/VCI1/352/564/654/76

Entrada Salida VPI/VCI son locales para cada salto (=puerto) y una conexin dada.

Tabla en cada switch:


Direcciones ATMDirecciones ATM Dos formatos de direccin fsica ATM:

ITU (Direccin ATM). N telefnico 8 bytes (RDSI). Carcter pblico. Espacio de direcciones pequeo.

ATM Forum (Subdireccin ATM). NSAP OSI de 20 bytes. Direccin en una red ATM privada.

Posible uso conjunto en dos niveles: Dir. ATM: para encaminamiento remoto a travs de

una red pblica

Subdireccin ATM: del host en switch local o privado


DirecciDireccin ATM (ITU)n ATM (ITU) Formato E.164: direcciones telefnicas 15 dgitos BCD max. Justificados a la derecha Campos de tamao variable:

Relleno Cdigo pas Cdigo rea/proveedor Num. abonado

Cdigo pas: 1-3 dgitos, estndar E.163 (1=USA, 34=Espaa, etc.) Cdigo rea/proveedor:

Longitud variable Operador o rea (en Espaa, es la provincia: 91=Madrid,

942=Cantabria) Num. Abonado: identifica al usuario (host o switch ATM),

conectado a travs de UNI


SubdirecciSubdireccin ATM (ATM n ATM (ATM FFrumrum)) Tres formatos distintos:

DCC (Data Country Code): Criterio geogrfico

ICD (International Code Designator): Organizaciones

NSAP E.164: Compatibilidad formato ITU

AFI DCC HO-DSP ESI SEL1 2 10 6 1

AFI ICD HO-DSP ESI SEL1 2 10 6 1

AFI E.164 HO-DSP ESI SEL1 8 4 6 1

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Formato DCCFormato DCC Es el formato ms usado. AFI: Autoridad e Identificador del formato: 39h DCC: Cdigo de pas segn ISO 3166 (Espaa=724), BDC

relleno a unos por la derecha HO-DSP: High-Order Domain Specific Part

Asignacin por miembro de ISO en el pas (AENOR) 2 primeros bytes: organismo registrado (p.e., RedIRIS=1001h) Resto campos:

RR: estado/comunidad autnoma PP: regin/provincia IIII: Organizacin/universidad DDDD: Area NN: Red dentro del rea CC: Conmutador dentro de la red


Formato DCC (2)Formato DCC (2) ESI: Identificador del sistema final

Puede contener una direccin MAC IEEE de 6 bytes. Utilizacin conjunta de las dos direcciones en un espacio global Posibilidad de autoconfiguracin

SEL: Selector. Distingue diferentes entidades (p.e., protocolos) en el sistema final.

Notacin: Hexadecimal, cada 2 bytes (4 dgitos) separados por punto (separando campos).

Ejemplo: una posible direccin ATM de la red acadmica espaola:

39.742F.1001.3010.0001.0012.1101.0090.B1F4.2C01.00 hex.

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Clases de trClases de trfico originalesfico originalesClase A Clase B Clase C Clase D

Sincr. Si Si No No

Tasa bit Constante Variable Variable Variable

Orientado Si Si Si Noa conex.

Ejemplos Emulacin Video Retrans. IPcircuitos comprimido Tramas

AAL AAL1 AAL2 AAL3 AAL4


CS-Subcapa de convergencia (especfica del servicio)CS-Subcapa de convergencia (comn)

SAR-Subcapa de segmentacin/reensamblado

Capa ATM

Capa fsica

Protocolos AALProtocolos AAL

CapaAdaptacin

ATM

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Protocolos AALProtocolos AAL Cabeceras y colas agregadas a un mensaje

CS CS

Datos aplicacin

Salida subcapa CS

cab. cola

CSSAR SAR SAR SAR CSSAR SAR

CSSAR SAR SAR SAR CSSAR SARATM

ATM

ATM

SalidasubcapaSAR

SalidacapaATM

4844-48


AAL 1AAL 1 Trfico constante, orientado a conexin (Clase A) CS no tiene protocolo SAR s: SN (3 bits) nmero secuencia

SNP (3 bits) Proteccin de SN, CRC 3 bits.PAR Bit de paridad par sobre SN

SNPSN

48 bytes(47/46 de datos)

PAR

1 3 3 1 8Puntero

(opcional)0/1

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AAL 2AAL 2 Diseado para voz o video comprimidos (clase B) Slo protocolo SAR Prevista compresin y supresin de silencios No utilizable

Para datos (clases C y D) Protocolos CS y SAR: sobrecarga excesiva (4 bytes +

celda, 8 bytes/mensaje) Multiplexacin de un mismo VP/VC (en CS) Deteccin de errores en cada celda y en cada CS-PDU

AAL 3/4AAL 3/4


AAL5AAL5 Optimizado para trfico de datos (TCP/IP) Menos bits de sobrecarga que AAL 3/4:

SEAL: Simple y eficiente AAL.

No tiene campos longitud ni CRC por celda CRC-32.

Carga Usuario Rell. Control Longit. CRC

0-64 Kb 0-47 2 2 4

0 1Un bit de PTI seala la ltima celda

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CategorCategoras de servicioas de servicio CBR (Tasa de bit constante, clase A): Tasa

declarada por el usuario. Similar a un canal PCM o T1. Sin chequeo de errores ni control de flujo.

VBR (Tasa de bit variable, clase B): RT-VBR: para tiempo real (p.e., videoconferencia).

Acotado el retardo promedio y su variacin por celda. Tolera descartes eventuales.

NRT-VBR: no tiempo real (p.e., e-mail multimedia). Admite variaciones del retardo, pero no descartes.

UBR (Tasa de bit no especificada): Sin compromiso. Se acepta todo, pero puede descartarse. (p.e., trfico IP)


CategorCategoras de servicio (2)as de servicio (2) ABR (Tasa de bit disponible): Flujo regulado por la

red. Garantiza un ancho de banda mnimo, y si es posible admite rfagas hasta un mximo.

Garantiza ancho de banda

Adecuado para trafico en tiempo real

Adecuado para trafico con rfagas

Informa sobre congestin

CBR RT-VBR NRT-VBR UBR ABR

Si Si Si No Opc.

Si Si No No No

No No Si Si Si

No No No No Si

Caracterstica del servicio

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ABR ABR vsvs UBR para TCP/IPUBR para TCP/IP

ABR Colas en el origen Provoca congestin en

los extremos Bueno si es ATM

extremo a extremo Equitativo Bueno para el proveedor

UBR Colas en la red No provoca congestin Mismo comportamiento

entre extremos o con routers

No equitativo en general Ms simple para el

usuario

ATMOrigen

Origen

Destino

DestinoRouter Router


Tasa de tramas garantizadaTasa de tramas garantizada

UBR con tasa mnima de celdas (MCR) -> UBR+ Servicio basado en tramas (Interfaz FUNI):

El switch acepta o descarta tramas completas El modelado del trfico est basado en tramas.

Todas las celdas de la trama tienen la misma prioridad de descarte (CLP)

Todas las tramas por debajo de MCR obtienen servicio con CLP=0. Todas las tramas por encima de MCR obtienen servicio con CLP=1 (no garantizado)

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Calidad de servicio Calidad de servicio QoSQoS Parmetros de velocidad de datos de usuario

PCR: Tasa de celdas mxima SCR: Tasa de celdas sostenida (promedio) MCR: Tasa de celdas mnima aceptable.(ABR: ancho banda entre MCP y PCR, UBR: MCR a 0) CVDT: Tolerancia a variaciones en retardo de celda

Parmetros de la red (negociables) CLR: Tasa de prdida de celdas CTD: Retardo de transferencia (fuente-destino) CDV: Variacin en retardo de celda (en destino)


Calidad de servicio Calidad de servicio QoSQoS (2)(2) Parmetros de la red (no negociables)

CER: Tasa de celdas errneas SECBR: Fraccin de bloques de N celdas con M o ms

celdas errneas CMR: Fraccin de celdas entregadas a destino

incorrecto, por error no detectado en cabecera

GCRA (Algoritmo de tasa de celdas genrico): Chequea cada celda para comprobar si se ajusta a los

parmetros de su circuito virtual. Modela el trfico con leaky bucket

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IP sobre ATMIP sobre ATM IP sobre AAL5: Un datagrama -> un paquete AAL5 Restriccin para IP sobre ATM:

MTU (Unidad mxima de transferencia): 9180 bytes Datagrama ms grande: fragmentacin IP

Es preciso crear primero VCs (SVCs o PVCs) mediante un protocolo de sealizacin

RFCs: Rfc 1483: Multiprotocolo sobre ATM: no resuelve

pares de direcciones ATM-ARP Rfc 1677: IP clsico sobre ATM: Redes LIS, ATMARP Rfc 1626: MTU para IP sobre ATM


Formato PDU AAL5Formato PDU AAL5

Relleno: longitud total PDU mltiplo de 48 bytes (la subcapa SAR no aade nada)

Control: CPCS-UU (Parte comn CS, usuario-usuario. No usado) + CPI

CPI: Indicador de parte comn, a ceros. Alinea la cola AAL5 a 64 bits Longitud: long. de la carga de usuario CRC-32: Protege carga+cola (excepto CRC), con

1+x+x2+x4+x5+x7+x8+x10+x11+x12+x16+x22+x23+x26+x32

Carga Usuario Rell. Control Longit. CRC

0-64 Kb 0-47 2 2 4

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MultiplexaciMultiplexacinn Uso no multiplexado (mux. Por VCs): Se acuerda

previamente el protocolo que transporta AAL5 (p.e., IP). Necesita un VC por cada protocolo

Uso multiplexado (encapsulado): se aade al paquete AAL5 una cabecera de 8 bytes con un LLC-SNAP (SubNetwork Attatchement Point) de IEEE 802: DSAP/SSAP (1 byte cada uno) Control: Indica cmo interpretar primeros los bytes de

la carga, que llevan resto de informacin como: Identificador de organizacin (OUI, 3 bytes) Tipo de protocolo (PID, 2 bytes)


Subredes IP lSubredes IP lgicasgicas Subred IP Lgica (LIS): conjunto de hosts

conectados a una red ATM, que operan como una red IP independiente.

Cada LIS un nico prefijo de subred IP: Misma mscara Mismo MTU Comunicacin directa

de cada host con los dems va VCs Uso de encapsulado LLC-SNAP Acceso al exterior de la LIS va router

ATMLIS1

LIS2

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InterconexiInterconexin de LISn de LIS El router R tendra dos direcciones ATM (con SEL

diferente), una por cada red. S1, S2, servidores ATMARP de cada LIS

ATMLIS2

LIS1

R S2

S1

Red 2

R

S1Red 1

S2


ATMARPATMARP Problema: Conocida la direccin IP, obtener la

direccin ATM del destino (para poder establecer un SVC), o el VPI/VCI del PVC ya asignado.

No puede usarse ARP basado en difusin (no existe en ATM)

Se designa un servidor ATMARP para cada LIS El host enva una consulta ATMARP al servidor

de la LIS, que le devuelve una rplica ATMARP Afirmativa (si conoce la dir. ATM del destino) Negativa (si no la conoce)

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Paquete ATMARP ejemploPaquete ATMARP ejemploTipo Hw (0x0013=ATM) Tipo protocolo (0x0800=IP)

L.D.H. fnte (20) L.D.H. fnte2 (0) OperacinL.D.P. fnte (4) L.D.H. dest (20) L.D.H. dest2 (0) L.D.P. dest (4)

Dir ATM fuente (20 bytes)(No se incluye Dir ATM fuente2)

Dir ATM destino (20 bytes) (No se incluye Dir ATM destino2)

Dir IP fuente (4 bytes)

Dir IP destino (4 bytes)


Paquete ATMARPPaquete ATMARP Tipo de hardware y de protocolo Especificadores de longitud de cada direccin de fuente y

de destino (1 byte) Tipo (0=NSAP, 1=ITU)

Operacin ATMARP Solicitud/rplica ATMARP (IP -> ATM)) Solicitud/Rplica ATMARP inversa (ATM -> IP) NACK ATMARP (si ignora la respuesta)

Direcciones fuente y destino Direcciones ATM en ambos formatos, ITU y ATM-Frum por

compatibilidad Direccin de protocolo, IP

0 Tipo Longitud

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Uso de ATMARP con Uso de ATMARP con SVCsSVCs

El servidor usa ATMARP inversa para obtener las dir. IP y ATM del host que abre un SVC con l (p.e., D con SVC2)

El host F quiere enviar un datagrama a un host D cuya direccin IP conoce. Como conoce la dir. ATM del servidor ATMARP de la LIS, abre el SVC1 con l (si no existe ya)

ATM

LIS Serv.

F

D

SVC1SVC2SVC3


Uso de ATMARP (2)Uso de ATMARP (2) El host F le pregunta la dir. ATM de D usando una

solicitud ATMARP El servidor responde con una rplica ATMARP que

incluye la dir. ATM de D El host F abre el SVC3 con D usando su dir. ATM Se enva el datagrama encapsulado en un AAL5 PDU,

agregando la cabecera LLC-SNAP El host F guarda la consulta ATMARP sobre D en cache:

si se cierra el SVC3, F puede volver a establecer un nuevo SVC con D sin consultar al servidor

Para PVCs, se usa slo ATMARP inversa

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QoSQoS de IP sobre ATMde IP sobre ATM Las aplicaciones actuales que usan IP exigen QoS:

Trficos de caractersticas muy variadas que deben ser tratados de forma diferente > Flujos

IP (v.4) carece de QoS ATM ofrece una QoS variada con muchos tipos de servicio

(CBR, VBR, ABR, UBR)-> Es necesario dotar a IP de QoS

Aproximaciones: MPLS ISA, Servicios integrados (rfc 1633) DS, Servicios diferenciados (rfc 2475)


MPLSMPLS Multi-Protocol Label Switching Nueva cabecera entre capas 2 y 3

Etiqueta de 20 bits COS (Clase de servicio) de 3 bits Otros

Exige routers especiales (Label Switched Routers, LSR)

Gestiona los paquetes de modo ms rpido y eficiente

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Servicios integrados (ISA)Servicios integrados (ISA) Decisiones en los routers actuales a dos niveles:

Algoritmo de encaminamiento con retardo mnimo Descarte de paquetes ms recientes en congestin

Se agregan: Control de admisin: Supone la reserva de recursos

(protocolo RSVP) para poder garantizar la QoS Encaminamiento con variedad de parmetros (OSPF) Polticas de control de colas, que tengan en cuanta las

necesidades de cada flujo al darles salida Polticas de descarte adaptadas a QoS


Clases de Clases de QoSQoS en ISAen ISA Distingue tres clases de QoS para IP:

Servicios garantizados (GS, rfc 2211) Garantiza una tasa de bit El retardo mximo est acotado No se pierden paquetes

Servicios de carga controlada (CLS, rfc2212) Como mejor esfuerzo a cargas bajas Buenos resultados aunque sin garantas

Mejor esfuerzo El servicio IP clsico

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Arquitectura ISA en un Arquitectura ISA en un routerrouter

Protocolo(s) de encaminamiento RSVP

Control deadmisin

Agente degestin

Base dedatos de

Control de trfico

Base dedatos de

encaminamiento

Clasificador y seleccin

de ruta

Gestor dela cola depaquetes

Atencin de QoS

Atencin mejor esfuerzo


Servicios diferenciados (DS)Servicios diferenciados (DS) Tratamiento de QoS diferenciado para cada flujo Ms sencillo de implementar que ISA La informacin DS se incluye en los campos

Tipo de servicio (IPv4) o Clase de trfico (IPv6)

El nivel de servicio (SLA, Service Layer Agreement) se acuerda entre el proveedor de acceso a Internet y el cliente (no intervienen las aplicaciones)

Todo trfico con el mismo DS se trata del mismo modo Implementacin:

Polticas de control de colas Encaminamiento basado en el campo DS (el router no almacena

datos sobre cada flujo: slo consulta DS)

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ISA sobre ATMISA sobre ATMAlgunas consideraciones (rfc 2382): Mapeado de servicios:

Conexiones RSVP sobre ATM: Gestin de los PVCs (ms cara) y SVCs (ms

compleja)

Servicios ATM Servicios ISA

CBR o rtVBR Servicios garantizados

nrtVBR or ABR(Tasa Minima de celdas) Carga controlada

UBR o ABR Mejor esfuerzo


ISA sobre ATM (2)ISA sobre ATM (2) Soporte multicast: VCs punto-multipunto.

ATM no soporta diferentes QoS para los destinos de un VC multipunto

NHRP (Next Hop Resolution Protocol): Encaminamiento en un solo salto entre LIS de la misma red ATM

Mapeado de los parmetros QoS: precaucin de mantener la misma interpretacin entre los parmetros de los modelos ISA y ATM

Renegociacin dinmica de parmetros QoS:permitida por RSVP, no por ATM (por el momento)

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DS sobre ATMDS sobre ATM Dos polticas en routers salto a salto (PHB, per

hop behavior) para trficos distintos: Retransmisin expedita (EF PHB)

Asegura disponibilidad de ancho de banda sin considerar otros trficos

Adecuada para especificar una tasa mxima Similar a CBR o rt-VBR en ATM

Retransmisin asegurada (AF PHB) Garantiza una fraccin del ancho de banda disponible Contiene otras cuatro subclases de trfico Similar a ABR o nrt.VBR en ATM

Muchas otras consideraciones (ATMF99-205)

introduccion atm--ip.pdf

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