ATM Información  

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Descripción General

Quantum Flow Control (QFC) es un protocolo para el manejo de tráfico ABR en redes ATM basado en créditos. Este se caracteriza por agrupar en “quantums” la información del estado de las colas. Este protocolo proporciona un mecanismo de realimentación extremo a extremo de un enlace, proporcionando el lazo de control más corto posible. Además QFC puede asegurar cero pérdida de celdas independientemente de la congestión de la red. Este esquema soporta caminos virtuales y canales virtuales sobre topologías punto a punto y punto a multipunto.

QFC conserva los requerimientos del servicio ABR controlando el número de celdas enviadas   a cada nodo a través de una conexión. Es un protocolo hop-by-hop (conmutador a conmutador), es decir, existe un lazo de control separado en cada enlace envuelto en la conexión. Este esquema controla explícitamente los niveles de ocupación de las colas en los conmutadores por lo que evita completamente la pérdida de celdas por congestión, un requerimiento fundamental en el servicio ABR. Ya que es hop-by-hop es aplicable a todos los tipos de conexiones, tales como circuitos virtuales, caminos virtuales y conexiones punto-multipunto.

Las principales características de QFC son:
 

• Garantiza cero pérdida de celdas debido a congestión en la red.
• Permite acceso instantáneo al ancho de banda disponible.
• Es robusto frente a fuentes de tráfico irregulares y perdida de celdas.
• Es simple, permitiendo implementaciones a bajo costo tanto para conmutadores como para sistemas finales.
• Se configura automáticamente
• Requiere señalización ATM mínima.
• etc.

Funcionamiento

El funcionamiento del QFC se basa en la utilización de diferentes contadores y variables. Los contadores son infinitos y mantienen el número celdas, ya sea enviadas, recibidas o enviadas a otro enlace. Las variables que utiliza QFC representan límites para los contadores. Estas variables, mediante ecuaciones simples,  indican la ejecución de determinada acción: detener tráfico, emitir mensaje, etc.
A todas estas variables y contadores se les denomina  recursos. Los recursos en QFC se dividen según la instancia que los utiliza, como sabemos QFC se basa en tres instancias principales: transmisor, receptor y enlace.

Los recursos que utiliza QFC se agrupan en la siguiente gráfica

 
Recursos que utiliza QFC

En el transmisor:
 

• Limit[i]: contiene el límite actualmente en uso por la conexión [i], el cual puede ser el BSL_Limitvcdef u otro establecido durante la conexión.
• BSU_Fwd_Count[i]: representa el último valor recibido del receptor indicando cuantas celdas se habían enviado al otro enlace, por el receptor, al momento de elaborar el mensaje de actualización para la conexión[i].
• Tx_Counter[i]: Cuenta las celdas transmitidas por la conexión [i].
• BSL_Limitvcdef: contiene el valor establecido, indicado por el receptor, que representa el tope de la cola de recepción para una conexión.

En el receptor:
 

• N2_Counter[i]: contiene el número de celdas enviadas río abajo por el receptor desde el último mensaje de actualización para la conexión [i].
• Limit[i]: contiene el límite actualmente en uso por la conexión[i], el cual puede ser el Limitvcdef u otro establecido durante la conexión.
• Rx_counter[i]: cuenta las celdas recibidas del transmisor para la conexión [i].
• Fwd_Counter[i]: cuenta cuantas celdas han sido enviadas río abajo de la conexión [i].
• Limitvcdef: contiene el tope de la cola de recepción para una conexión.

Recursos de sistema QFC (utilizados tanto por el transmisor como el receptor):
 

• N2vc: representa el valor nominal de celdas que pueden ser enviadas antes de elaborar un mensaje para una conexión.
• N2link: representa el valor nominal de celdas que pueden ser enviadas antes de elaborar un mensaje para un enlace. Generalmente N2link en mucho mayor que N2vc.
• N3: representa el RTT medido en el enlace.
• N4: representa el número máximo de mensajes de actualización que pueden ser empaquetados en un solo mensaje.
• N5: representa retardo de procesamiento de mensaje de actualización en el transmisor y en el receptor.
• M: representa un divisor de ancho de banda donde, la velocidad del enlace por este número establece cuanto ancho de banda puede ser utilizado por mensaje de actualización de Fwd_Counter([i] o [link]).

La forma de operar de QFC está definida por mensajes que son enviados entre el transmisor y el receptor en un enlace. En este caso los mensajes son:
 

• Buffer State Update - Actualización de estado de cola, BSU( [i,link], Fwd_counter[i,link]), enviado hacia el receptor para actualizar el valor de BSU_Fwd_Count[i,link].
• Buffer State Check - Chequeo de Estado de cola, BSC([i,link], Tx_Counter[i,link]), enviado hacia el transmisor para verificar el valor de Rx_Counter y compensar pérdidas de mensajes debido a errores.

El esquema trabaja de la siguiente manera:
 

• El receptor calcula los valores de Limitvcdef y Limitlink y se los comunica (a través de un mensaje) al transmisor, este último los guarda como BSU_Limitvcdef y BSU_Limitlink respectivamente.
• Tanto el transmisor como el receptor colocan todos sus contadores a cero.
• El transmisor podrá comenzar a enviar celdas, siempre que se cumplan ambas condiciones simultáneamente:


A estas condiciones se les denomina condiciones de cero pérdida de celdas.
 

• Cada vez que el transmisor envíe una celda deberá incrementar los valores de TX_Counter[i] y TX_Counter[link]. El receptor por un lado, al recibir una celda, incrementará los valores de RX_Counter[i] y RX_Counter[link].
• El receptor espera hasta haber enviado N2 celdas río abajo (Fwd_Counter[i]=N2vc o Fw_Counter[link]=N2_link) para generar un mensaje  de Actualización de Estado de Cola (BSU) al transmisor, sin embargo, el receptor debe esperar hasta acumular N4 BSU’s para enviar un solo mensaje río arriba. Este mensaje se encarga de actualizar el valor de BSU_Fwd_Count por conexión [i] y por enlace [link], ya sea que se han enviado N2vc celdas río debajo de la conexión [i] o N2link celdas por el enlace.
• El transmisor actualiza sus registros y continua transmitiendo siempre que se cumplan las condiciones de cero pérdida de celdas. Si alguna de las dos no se cumple, se detiene la transmisión.

Una de las deficiencias de los anteriores esquemas basados en créditos ha sido la reservación de memoria por conexión. Esto ha hecho que los costos aumenten drásticamente al implementar esquemas basados en créditos en conmutadores que manejen una gran cantidad de VCs por enlace, debido a  los requerimientos de memoria.

El QFC prevé la posibilidad de poder configurar de manera estática ó dinámica el manejo de la memoria ABR en el conmutador, logrando así proporcionar soluciones a bajo costo.
Llamaremos Buffer Sharing a la cualidad de poder compartir la memoria reservada entre las conexiones. En QFC se definen principalmente dos modelos de manejo de memoria: Sin Buffer Sharing y  con Buffer Sharing.

QFC sin Buffer Sharing: Este representa el modelo de manejo de memoria estático, donde cada conexión dispone de Limitvc celdas disponibles en memoria en todo momento, ya que ese espacio existe y se encuentra reservado y ninguna otra conexión podrá hacer uso de él. Típicamente se dice que no existe Buffer Sharing cuando:

Esto resulta muy conveniente si sabemos de antemano que el número de VCs que maneja el conmutador es pequeño.

QFC con Buffer Sharing: Cuando el número de VCs es muy grande (por ejemplo: 1000VCs) es posible que la cantidad de memoria que QFC deba reservar sea muy alta y resulte bastante costoso implementar este esquema en determinados ambientes (ejem: WAN). Buffer Sharing prevé estos casos y, basándose en que las conexiones nunca consumen la longitud total de su cola, permite que las conexiones compartan la utilización de la memoria de manera dinámica. Se dice que existe Buffer Sharing cuando:

Para entender esto de una forma más clara, refirámonos a las siguientes gráficas:
 
 

Véase el cuadro externo con línea gruesa como la cantidad de memoria reservada para el enlace (Limit_link) y a los cuadros pequeños de línea delgada como la cantidad de memoria reservada para la conexión [i]. Es el esquema de la izquierda, si el número de conexiones aumenta, limit_link deberá aumentar también. En cambio si aplicamos Buffer Sharing, si el número de conexiones aumenta, podemos mantener limit_link fijo aumentando el factor de compartición, reduciendo así los costos.
Si se sabe que para garantizar la utilización del enlace en 100%, debíamos reservar en el conmutador:
Utilizando Buffer Sharing podemos disminuir la cantidad de memoria de la siguiente forma: