Ramón Durán Blanco

Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ingeniería. Apartado 47100. Caracas 1041A. Venezuela

La necesidad de la emulación LAN sobre ATM aparece porque la generación actual de aplicaciones LAN están construidas en base a los servicios proveídos por LANs de medio de transmisión compartido tales como Ethernet y Token Ring, y ATM no provee directamente tales servicios.

Casi todas las aplicaciones basadas en LAN, incluyendo los sistemas operativos de red, asumen que la LAN está en capacidad de:

• Deliberar datagramas a destinos individuales de acuerdo a una dirección MAC única, sin la necesidad de establecer algún tipo de conexión a esa dirección.
• Deliberar datagramas a todas las estaciones de la LAN o a un grupo específico de estaciones, a través de un tipo especial de dirección MAC que indique broadcast o multicast.

Las redes ATM no ofrecen directamente alguno de estos servicios. Las redes ATM deliberan data sobre Conexiones de Canal Virtual (VCC) las cuales necesitan ser establecidas entre pares de estaciones finales antes de que cualquier información sea enviada. Las redes ATM requieren que sean establecidas VCCs punto a multipunto entre grupos de estaciones para que data multicast o broadcast pueda ser transmitida. Tenemos entonces, que las redes ATM son "orientadas a conexión", y por el contrario las LANs ofrecen deliberación de datos "no orientadas a conexión".

La emulación LAN provee la "capa de conversión" que enmascara la complejidad de realizar la conexión a aplicaciones que esperan deliberación de datos sin conexiones. La emulación LAN soporta también la transmisión de formatos Ethernet y Token Ring de frame familiares sobre redes ATM, logrando de esta manera que las aplicaciones sean capaces de operar sobre ATM sin alguna modificación.

The need for LAN emulation Over ATM arises because the current generation of LAN applications are all architected around the services provided by shared-media LANs like Ethernet and Token Ring, and these services are not provided directly by ATM networks.

Almost all LAN-based network applications, including network operating systems, assume that the LAN is capable of:

• The delivery of datagrams to individual destinations according to a unique MAC address, without the necessity for any kind of connection set-up to that to that address.
• The delivery of broadcast datagrams to all stations on the LAN or a specified group of stations, by mean of a special kind of MAC destination address indicating broadcast or multicast.

ATM Networks do not directly offer either of these services. ATM networks deliver data on Virtual Channel Connections (VCCs) which need to be set up between pairs of end stations before any data can be sent. And ATM Networks require point-to-multipoint VCCs to be set up between groups of stations in order to broadcast or multicast data to be sent. So ATM networks are "connection-oriented", by contrast with LANs which offer "connectionless" data delivery.

LAN Emulation provides the "conversion layer" that masks the complexities of ATM connection set-up from the applications that expect connectionless data delivery. LAN Emulation also supports the transmission of the famililar Ethernet and Token Ring frame formats, so that network applications are able to operate over ATM without any modification whatsoever.

Las redes ATM consisten de estaciones finales y switches, todos conectados por enlaces físicos punto a punto. Los switches tienen múltiples puertos que soportan tanto a estaciones finales como a otros switches.

Cuando una estación desea comunicarse con otra estación, ésta debe emitir una señal al switch al cual está conectada, informando que requiere una conexión de canal virtual (VCC- Virtual Channel Connection) a la estación destino. Esto lo hace hablando con el switch usando un protocolo de señalización , el cual es análogo al marcado telefónico.

Similar a como sucede en una red telefónica, los switches cooperan para localizar un destino de acuerdo a la dirección ATM especificada por la estación que llama, y entonces realizar la VCC.

La culminación exitosa de esta actividad es señalizada por la estación, incluyendo un número de canal conocido como el identificador de canal virtual (VCI). La estación que llama podrá ahora enviar datos a la estación destino. En las redes ATM la data es enviada en celdas de 48 bytes de longitud, con un encabezado de 5 bytes. Las celdas son direccionadas por la información del VCI en la cabecera de cada celda, la cual es interpretada por los switches ATM para enrutarlas a la destinación correcta.

Cuando una aplicación de red Ethernet o Token Ring en una estación de trabajo final desea enviar data por la LAN, esta envía un frame al adaptador de red a través de una interfaz estándar de software. El frame contiene la dirección MAC destino, la cual debe ser única para cada estación, o una dirección multicast o broadcast, y esta es la información suficiente para que el adaptador de red transmita el frame en la LAN y para que éste alcance su destino.

Esta es la interfaz que debe ser emulada por el adaptador ATM si queremos operar la aplicación exitosamente sobre la red ATM sin modificaciones.

Operando bajo esta interfaz, el adaptador debe ejecutar los siguientes pasos para soportar la aplicación en el envío de un frame a través de la red.

• Para la dirección MAC destino especificada, el adaptador debe determinar si un VCC ya existe hacia la estación, para permitir que la data sea transmitida. Esto lo hace manteniendo una tabla de asignaciones entre las direcciones MAC y los VCCs que ya existen.
• Si no existe un VCC que corresponda a la dirección MAC, el adaptador de red debe realizar uno antes de transmitir data. Esto lo hace en un proceso de dos estados. Primero, realiza un proceso de resolución de dirección, el cual lo posibilita a aprender la dirección ATM de la estación destino que corresponde a la dirección MAC especificada. Entonces, envía señales dentro de la red ATM especificando que requiere que se establezca un VCC hacia esa dirección ATM. Habiendo establecido exitosamente el VCC (el cual es conocido como "Data Direct VCC"), el adaptador actualiza su tabla de asignaciones de direcciones MAC.
• Una vez que la estación ha establecido en que VCC debe ser transmitido el frame, esta lo toma, y le añade un encabezado de Emulación LAN de 2 bytes, y lo divide en una conjunto de celdas de 48 bytes. Cada celda con un encabezado de 5 bytes añadido, conteniendo el Identificador de Canal Virtual (VCI) relevante al VCC. Ahora, estas celdas pueden ser transmitidas a través de la red.
• En el lado terminal de la conexión las celdas son recibidas y reensambladas para crear el frame de datos Ethernet o Token Ring original. Este es pasado a la aplicación corriendo en la estación final tal como si hubiese sido recibido de una red Token Ring o Ethernet.

En este punto puede ser útil clarificar la diferencia entre dirección MAC y dirección ATM. Cada estación en una red ATM debe tener una dirección ATM. Esta es la dirección que debe ser especificada cuando ocurre la señalización en la red ATM requiriendo que se establezca un VCC a un destino en particular. Además, cada estación que desea participar en la Emulación LAN debe tener una dirección MAC, la cual es similar a una dirección Ethernet o Token Ring. Este es la diección por la cual la aplicación reconoce a la estación. La dirección ATM de una estación y su dirección MAC emulada no son las mismas. En verdad, es posible para una estación ATM emular múltiples estaciones Ethernet y Token Ring simultáneamente, es decir, tener múltiples direcciones MAC asociadas.

La Emulación LAN puede ser usada también en bridges o dispositivos de switcheo LAN para permitir que segmentos físicos Ethernet o Token Ring se interconecten con tales dispositivos, o con estaciones finales, a través de una red ATM. En este contexto, un bridge o un switch LAN puede ser visto como un tipo especial de estación final que representa un largo número de direcciones MAC distintas, las cuales son las estaciones Ethernet o Token Ring conectadas al dispositivo.

Los bridges y Switches LAN proveen conectividad entre segmentos LAN del mismo tipo. Típicamente, un bridge es un dispositivo de dos puertos que conecta dos segmentos Ethernet o Token Ring, y un switch LAN es dispositivo multi-puerto para interconectar segmentos del mismo tipo.

Un bridge (de aquí en adelante denominaremos bridge tanto a un bridge propiamente dicho, como a un switch LAN) opera transfiriendo frames de un segmento LAN a otro de acuerdo a la dirección MAC destino o información de enrutamiento presente en los frames. Un brigde puede ser usado para transferir frames de un segmento físico Ethernet o Token Ring a uno emulado. Esto simplemente requiere que el bridge tenga una interfaz ATM que soporte Emulación LAN.

En un bridge con Emulación LAN, el bridge recibe frames de un(os) segmento(s) físico(s) conectados a él y aplica reglas normales de bridging lógico para determinar si pasar el frame al otro segmento o no. Si un frame necesita ser pasado a otro segmento, entonces el bridge examina su dirección MAC destino y busca en la tabla de asignaciones de VCCs. Desde este punto en adelante, el proceso de enviar un frame a través de la red ATM es idéntico al descrito anteriormente para el caso de estaciones de trabajo.

El proceso de resolución de direcciones requiere un proceso operativo adicional en la red ATM, este servicio es conocido como Servidor de Emulación LAN (LES), y un protocolo para comunicarse con el LES, el cual es conocido como Protocolo de Resolución de Direcciones para Emulación LAN (LE_ARP). Las estaciones o bridges son conocidos como Cliente de Emulación LAN (LEC).

Cuando un LEC necesita saber la dirección ATM de otro LEC (del cual se conoce su dirección MAC), este envía la solicitud al LES usando el protocolo LE_ARP. Si el LES conoce la dirección ATM que coincide con con la dirección MAC, este responde al LEC con esta información. Si el LES no lo conoce directamente, este redirige la petición a todos los LECs que conoce para que ellos puedan responder directamente si conocen la dirección MAC. Algunos de estos LECs pueden ser bridges, y ellos reponderán a la petición hecha si la dirección MAC coincide con alguna dentro de los segmentos manejados por él.

Para que esto trabaje es necesario que cada LEC tenga un VCC con el LES al cual enviar las peticones LE_ARP, y del cual recibir respuestas. Este VCC es conocido con "VCC de Control Directo", y es establecido por cada LEC cuando se une a la LAN emulada. El proceso de unión es hecho cuando una estación final o un bridge que implementa Emulación LAN arranca. Durante el proceso de unión, un LEC intercambiará información con el LES, de manera tal que el LES pueda mantener una tabla de detalles de todos los LECs activos actualmente en la LAN emulada.

En el proceso de unión el LES le asigna a un código de identidad de 2 bytes, que es único para este Cliente de Emulación, este código es conocido como LECID. Este código será usado como el encabezado a ser añadido a todos los frames Ethernet o Token Ring antes de que sea segmentado en celdas.

El Forum ATM, ha establecido y publicado los estándares y especificaciones para la Emulación LAN sobre ATM. Tales estándares son LANE 1.0 y LANE 2.0.

LANE 1.0 no soporta característica alguna de QoS; provee un servicio restricto de Promedio de Bit no Especificado (Unspecified Bit Rate – UBR).

LANE 2.0 permite al administrador de la red asignar por LEC parámetros hasta para 8 políticas de calidad de servicio. Cada LAN emulada puede ser configurada hasta con ocho parámetros de Calidad de Servicio, por ejemplo, cada nivel de prioridad podría ser asignado a un Promedio Constante de Bit (Constant Bit Rate, CBR), Promedio Variable de Bit (Variable Bit Rate, VBR), Promedio de Bit Disponible (Avalaible Bit Rate, ABR) o Promedio de Bit no Especificado (Unspecified Bit Rate, UBR), definiendo los parámetros de tráfico para cada uno. Así, si dos LECs en una LAN emulada desean soportar completamente todas los 8 prioridades, ellos deberían establecer ocho VCs distintos entre ellos, cada uno con un conjunto de parámetros de tráfico diferente.

Las especificaciones de Emulación LAN sobre ATM que han sido desarrollados por el sub-grupo de trabajo de Emulación LAN del Forum ATM ofrece un mecanismo flexible para que las redes actuales puedan desenvolverse hacia las redes ATM del futuro sin la necesidad de que los protocolos y aplicaciones existentes sean modificadas. El esquema soporta implementaciones de Backbone, Servidores ATM y hosts conectados directamente y grupos de computación de alto rendimiento y escalables.

La importancia de la Emulación LAN es que provee la funcionalidad esencial requerida para soportar las aplicaciones existentes sobre una red ATM, y para integrar backbones ATM y grupos de trabajo con las infraestructuras Ethernet y Token Ring existentes.