ATM Información 

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Definición de Control de Flujo

La meta más importante en los protocolos de redes de comunicación es la de maximizar la utilización de los recursos de la red, por ejemplo el ancho de banda, a la vez que se comparten estos recursos de forma equitativa entre los usuarios y/o aplicaciones. El control de flujo es el mecanismo que controla la afluencia de tráfico dentro de la red y cuya función es evitar y resolver congestiones, a la vez que se asegura una efectiva y equitativa utilización entre las distintas sesiones.
La principal razón en la utilización de control de flujo es reducir el tráfico en exceso que entra a la red. Para lograr esto se utilizan métodos de retro-alimentación ó feedback.
En redes ATM, la congestión puede ser corta y frecuente o larga y torrencial. Sin embargo, no importa como se genera la congestión, el control de flujo es diseñado para reducir el tráfico que entra a la red y así aligerar la congestión en un punto dentro de la red. Para proporcionar lo que ATM promete, el control a utilizar debe ser simple, efectivo y equitativo.
Dos conceptos originalmente pensados como Choke Packet y Backpressure fueron considerados por el ATM Forum para la selección de un estándar. Estos métodos son: el basado en créditos y el basado en tasa de bit.

Control de Flujo Basado en Créditos

El algoritmo basado en créditos consiste en un lazo control por enlace físico entre dos conmutadores ATM. Cada enlace consiste de un emisor y un receptor. Cada conmutador mantiene una cola separada para cada VC (Circuito Virtual) donde fluye tráfico ABR. El receptor observa el estado de la cola y determina el número de celdas que puede recibir en ese VC. Este número es el llamado "crédito". El emisor solo transmite tantas celdas como créditos haya recibido.
 
Al iniciar la conexión, el receptor informa al emisor del número de créditos que tiene (ver Figura 1), así el emisor transmitirá tantas celdas como créditos tenga hasta agotarlos, del mismo modo, el receptor, una vez que haya enviado estas celdas río abajo y haya liberado la cola, procederá a informarle al transmisor que tiene créditos para transmitir. Al momento de experimentarse congestión en un conmutador, este no podrá ofrecerle créditos al transmisor, haciendo que este efecto se propague hasta la fuente de tráfico, evitando pérdidas de celdas.
Este esquema permite una utilización del 100% del enlace asegurando cero pérdida de celdas por congestión, aunque la cantidad de memoria requerida dependerá del número de conexiones y de la longitud de los enlaces.

Control de Flujo Basado en Tasa de Bit

El esquema basado en tasa bit básicamente lo que hace es regular de forma activa la tasa de transmisión de la fuente (lo que se le denomina Tasa de bit Permitida ACR, (Allowed Cell Rate), mediante de un lazo cerrado de control a lo largo de la conexión fuente-destino, a diferencia al basado en créditos, donde el lazo de control es conmutador a conmutador.
 
Dentro de los esquemas de tasa de bit se destacan dos grandes grupos: Los esquemas de "marking" o marcaje de celdas (también llamados conmutadores binarios) y los esquemas de tasa de bit explícita (también conocidos como conmutadores ER, Explicit Rate).
Los conmutadores binarios fueron los precursores del control de flujo basado en tasa. En una red que utilice este esquema, las fuentes comienzan a transmitir a una tasa especificada como Inicial (ICR, Initial Cell Rate). Cada conmutador posee una cola para albergar todo el tráfico ABR que no pudiese ser transmitido (esto sucede en el momento de que el flujo de tráfico entrante es mucho mayor que la capacidad de transmisión a la salida). Cada vez que dicha cola alcanza un umbral máximo, las celdas ABR salientes se marcan activando el bit que indica congestión (CI, Congestion Indication) dentro del campo PTI (Payload Type Indicator). El destino al recibir dichas celdas devuelve una celda de control RM (Resource Management), indicándole a la fuente que se ha presentado congestión. La fuente al recibir dicha celda RM indicando congestión, disminuye la tasa multiplicándola por un factor de reducción RDF(Reduction Factor). En el momento que el nivel de la cola ABR en el conmutador disminuye por debajo del umbral mínimo, el conmutador deja de marcar las celdas y la fuente comienza a aumentar su tasa sumándole paulatinamente un factor AIR (Additive Increase Rate).
Los conmutadores ER aparecen como una alternativa de mejorar algunos huecos dejados por los conmutadores binarios. De igual forma, las fuentes comienzan a transmitir a una tasa especificada como Inicial ICR. Cada conmutador posee una cola para albergar todo el tráfico ABR que atraviesa dicho conmutador. Una celda RM es generada por la fuente cada N celdas de datos (típicamente N=32) dentro del circuito virtual de su sesión ABR. En su viaje hacia el destino, la celda RM contiene el campo CCR (Current Cell Rate, tasa de celda actual) que informa a los conmutadores acerca de la tasa de transmisión actual de la fuente, además contiene el campo ER (Explicit Rate) donde indica la tasa a la cual quiere transmitir y otro campo que indica la tasa de transferencia mínima que le fue garantizada al momento de establecer la conexión (MCR Minimum Cell Rate). En su viaje de regreso a la fuente de datos, cada conmutador examina la tasa requerida en ER (Explicit Rate) y si no puede darle soporte la reduce a una tasa que si puede manejar, de acuerdo a la congestión que esté experimentando. Cuando la celda RM llega de vuelta a la fuente, el valor del campo ER pasa a ser la tasa máxima de transmisión a la cual la fuente puede transmitir. Sin embargo, la fuente no podrá incrementar su tasa muy rápido, ya que el incremento está limitado por el parámetro AIR (Additive Increase Rate, Incremento de tasa aditivo) por cada RM recibida.
 
Muchas son las propuestas de control de flujo por tasa de bit. Estas se diferencian por la forma de calcular el parámetro ER a nivel de los conmutadores. Cada algoritmo requiere la utilización de variables, como por ejemplo: celdas en cola, # de conexiones, etc. Estos algoritmos se dividen, de acuerdo a sus requerimientos de espacio en: (1) Algoritmos de Espacio Constante, es decir, el número de variables utilizadas por el algoritmo es constante e independiente del número de sesiones que se establecen a través de un puerto, (2) Algoritmos de espacio no limitado, es decir, algoritmos donde el número de variables depende, normalmente de forma lineal, del número de conexiones que maneja el puerto.
 

Evolución de los Esquemas de Control de Flujo

Debate tasa vs créditos

Ambos esquemas de control de flujo para ABR, tasa y créditos, se presentan con muchas ventajas y debilidades, pero a la vez como dos esquemas totalmente incompatibles. Se ha hablado que existe una dualidad entre estos dos esquemas, pero si pensamos en la utilización de ATM en redes públicas, es necesario seleccionar uno de los dos esquemas propuestos, debido a que debe existir un solo estándar para permitir la interconexión de sistemas de diferentes fabricantes.
El ATM Forum ha sido el organismo que se ha dado la tarea discutir y elaborar especificaciones para promover la unificación de criterios en relación con la manera de manejar el tráfico en las redes, específicamente en las que se basan en el modelo B-ISDN/ATM.
Luego de un acalorado debate, el cual duro mas de un año, el ATM Forum adoptó el esquema basado en tasa, rechazando la propuesta basada en créditos. Analicemos algunas de las razones propuestas por ambos bandos al momento de la discusión:
 

• Colas por VC: La propuesta basada en Créditos requiere mantener una cola separada por cada VC. Esto se aplica incluso para VC inactivos. Esto representa un gran nivel de complejidad proporcional al numero de VC que un conmutador puede manejar. Esto representó la principal objeción y la mayor razón para no adoptar este esquema. Aunque el esquema basado en tasa no necesita reservar colas por cada VC, es posible si esto es deseable.
• Cero pérdida de celdas: Representa uno de los puntos de apoyo más fuertes del esquema basado en créditos, ya que se garantiza cero pérdida no importa el número de conexiones, tipo de tráfico, etc. El esquema basado en tasa no puede garantizar cero pérdida de celdas, ya que bajo extrema congestión y debido a que las colas ABR tienen un límite, pueden experimentar un desbordamiento de cola, lo que se traduce en pérdida de información, algo no deseable para tráfico ABR.
• Tiempo de arranque: Algunos esquemas de control basados en tasa requieren varios RTT para alcanzar la tasa máxima de transferencia.
• Tamaño de las colas: En los esquemas basados en créditos, el largo de las colas viene dado por el retardo del enlace, en cambio en el esquema basado en tasa depende solamente del retado total fuente-destino.
• Estimación de retardo: Para esquemas de control basados en créditos, un conocimiento previo sobre el largo del enlace y su velocidad para computar el retardo se hace necesario. Caso contrario al basado en tasa, el cual no requiere este conocimiento, aunque puede ser útil.
• Flexibilidad en el diseño de los Conmutadores: El esquema basado en tasa permite una mayor flexibilidad de que los fabricantes de conmutadores decidan utilizar, de como distribuirán sus recursos.
• Complejidad del equipo terminal: El esquema basado en créditos puede resultar complejo a nivel de conmutador pero resulta bastante sencillo a nivel de equipo terminal. La NIC (Network Interface Card, Tarjeta de conexión a la Red) basada en crédito seria mucho más simple ya que no necesita de un organizador (scheduler) ya que al recibir créditos, se transmite a la tasa máxima. Los ponentes del esquema basado en tasa argumentaron que dichas tarjetas deben incluir organizadores para sus tráficos CBR y VBR, así que utilizando el mismo mecanismo para ABR no introduciría mucha complejidad en la fabricación.

Muchos mas argumentos fueron discutidos, pero todos ellos fueron de menor importancia frente e la comparación de utilizar colas por VC o no. La mayoría de los participantes del ATM Forum se negaron a utilizar un esquema que dependiera del numero de VC en un conmutador, por lo que el esquema basado en tasa fue aceptado por una mayoría de votos de 104 contra 7.