Como última medida, una red FR debe descartar tramas para enfrentar la congestión. No hay manera de evitar esta situación. Debido a que cada switch FR de la red posee una capacidad finita de memoria disponible para el encolamiento de tramas (Figura 4), resulta posible que se produzca el desbordamiento de una cola, siendo necesario el descarte de la última trama arribada o alguna otra.
La manera más simple de enfrentar la congestión es que la red FR descarte tramas de manera arbitraria, sin tener en cuenta la fuente de una trama particular. En este caso, debido a que no existe ninguna forma de premiar a un sistema final que transmite a la tasa acordada, la mejor estrategia para cualquier sistema final será la de transmitir tramas tan rápidamente como le resulte posible. Esto, por supuesto, exacerba el problema de la congestión.
Figura 4 Interacción de las colas dentro de una red de datos
A los fines de ofrecer una asignación de recursos más equitativa, el servicio FR bearer incluye el concepto de una tasa de información comprometida CIR (committed information rate). Esta es una tasa, expresada en bits por segundo, que la red se compromete a garantizarle a una conexión particular. Cualquier dato transmitido por encima del CIR es vulnerable de ser descartado en caso de congestión. A pesar del uso del término “comprometido”, no existe garantía que aún el CIR sea satisfecho. En casos de congestión extrema, la red se puede ver forzada a proveerle a una conexión dada un servicio por debajo del CIR. Sin embargo, llegado el momento de descartar tramas, la red elegirá tramas de aquellas conexiones que se encuentran excediendo su CIR antes de descartar tramas de conexiones que se encuentran dentro del suyo.
En teoría, cada switch FR deberá administrar sus acciones de tal manera que el total de los CIRs no exceda su capacidad. Además, el total de los CIRs no deberán exceder la tasa de datos existente en la interfaz usuario-red, conocida como la tasa de acceso. La limitación impuesta por la tasa de datos se puede expresar de la siguiente manera:
Σi CIRi,j≤ Tasa_de_Accesoj
donde:
CIRi,j= Tasa de información comprometida por conexión i sobre el canal j
Tasa_de_Accesoj = Tasa de acceso de usuario del canal j; un canal es un canal TDM con una tasa de datos fija entre el usuario y la red
Las consideraciones que se hagan acerca de la capacidad del switch FR pueden dar por resultado la selección de valores menores para ciertos CIRs.
En el caso de conexiones permanentes de FR, el CIR correspondiente a cada conexión se debe establecer en el momento en que se acuerda la conexión entre el usuario y la red. Para el caso de conexiones conmutadas, el parámetro CIR se negocia durante la fase de establecimiento del protocolo de control de llamada.
El CIR provee una manera de discriminar cuáles tramas se descartarán durante la fase de congestión.
El mecanismo de discriminación emplea el bit DE (discard eligibility) de la trama LAPF (Figura 2). El switch FR al cual se conecta la estación de usuario realiza una función de medición (Figura 5).
Si el usuario se encuentra enviando datos por debajo del CIR, el switch FR no alterará el bit DE de las tramas que arriban a él. Si la tasa excede el CIR, dicho switch FR establecerá este bit sólo en las tramas en exceso y luego las reenviará; tales tramas pueden seguir su camino hasta el destino final o pueden ser descartadas si encuentran congestión. Finalmente, se define una tasa máxima, de tal manera que todas aquellas tramas por encima del máximo serán descartadas por el switch FR de entrada a la red.
Figura 5. Operación del CIR
El CIR, por sí mismo, no provee mucha flexibilidad en lo que se refiere a la administración de las tasas de tráfico. En la práctica, un switch FR realiza mediciones de tráfico sobre cada conexión lógica durante un intervalo de tiempo específico para esa conexión y luego toma decisiones en base a la cantidad de datos recibidos durante ese intervalo. Se requieren, además, dos parámetros adicionales, asignados en el caso de las conexiones permanentes y negociados en el caso de las conexiones conmutadas:
- Tamaño de ráfaga comprometido (Bc): la cantidad máxima de datos que la red acuerda en transferir, bajo condiciones normales, medida durante un intervalo T. Estos datos pueden ser contiguos o no (es decir, estos datos pueden aparecer en una trama o en varias tramas).
- Tamaño de ráfaga en exceso (Be): la cantidad máxima de datos por encima de Bc que la red intentará transferir, bajo condiciones normales, medida durante un intervalo T. Estos datos no se encuentran garantizados en el sentido que la red no se compromete a entregarlos bajo condiciones normales. Dicho de otra manera, los datos que representan Be son entregados con una probabilidad menor que los datos dentro de Bc.
Las cantidades Bc y CIR se encuentran relacionadas. Debido a que Bc es la cantidad de datos comprometida que el usuario puede transmitir a lo largo de un tiempo T, y CIR es la tasa a la cual se pueden transmitir los datos comprometidos, se tiene que:
T = Bc/CIR
La Figura 6, basada en una figura de la Recomendación ITU-T I.370, ilustra la relación entre estos parámetros. En cada gráfico, la línea sólida representa la cantidad acumulada de bits de información transferidos sobre una conexión dada desde el tiempo T=0. La línea punteado etiquetada como “Tasa de Acceso” representa la tasa de datos del canal que contiene esta conexión. La línea punteada etiquetada “CIR” representa la tasa de información comprometida medida durante un intervalo T.
Se debe observar que cuando se está transmitiendo una trama, la línea sólida es paralela a la línea “tasa de acceso”; cuando se transmite una trama por un canal, éste está dedicado a la transmisión de dicha trama. Cuando no se está transmitiendo ninguna trama, la línea sólida es horizontal.
La Fig. 6a muestra un ejemplo en el que se han transmitido tres tramas durante el intervalo de medición, y el número total de bits contenido en las tres tramas es menor que Bc. Notemos que durante la transmisión de la primer trama, la tasa temporaria real de transmisión excede el CIR.
Esto no tiene consecuencias porque el switch FR sólo tiene en cuenta el número acumulado de bits a lo largo de todo el intervalo.
En la Fig. 6b, la última trama que se transmite durante el intervalo hace que dicho número exceda Bc. En concordancia con esto, el bit DE de esa trama será establecido por el switch FR.
En la Fig. 6c, la tercera trama excede Bc y por lo tanto está marcada para su potencial descarte.
La cuarta trama excede Bc + Be y se descarta.
Figura 6. Ilustración de la relación entre los Parámetros de Congestión
Procedimientos para evitar la congestión con Señalización Explícita
Resulta deseable la utilización de toda la capacidad disponible en una red FR y aún así reaccionar ante la congestión y hacerlo de una manera equitativa. Esta es la finalidad de las técnicas explícitas para evitar la congestión. En términos generales, cuando emplean estos procedimientos, la red alerta a los sistemas finales acerca del crecimiento de la congestión dentro de la red y los sistemas finales toman acciones para reducir la carga entregada a la red.
A medida que se fueron desarrollando los estándares para los procedimientos explícitos, se consideraron dos estrategias. Un grupo consideró que la congestión siempre ocurre lentamente y casi siempre en los switches FR de salida. Otro grupo analizó los casos en los cuales la congestión crece muy rápidamente en los switches FR internos y era requerida una rápida y decidida acción para evitar la congestión en la red. Se analizarán las dos soluciones que se reflejan en las técnicas explícitas evitar la congestión Forward y Backward, respectivamente.
Para el caso de la señalización explícita, se proveen dos bits del campo Address. Estos bits pueden ser establecidos por cualquier switch FR que detecte congestión. Si un switch FR recibe una trama en la cual uno o ambos bits están establecidos, no debe modificarlos antes de reenviar la trama. En consecuencia, los bits constituyen señales enviadas por la red al usuario final. Veamos la función específica de cada uno de ellos:
Notificación explícita de congestión backward (BECN)
Notifica al usuario que se deberán iniciar los procedimientos para evitar la congestión; el procedimiento se aplicará sobre el tráfico que fluye en sentido opuesto al de la trama recibida. Indica que las tramas que transmite el usuario sobre esa conexión lógica pueden encontrar recursos congestionados.
Notificación explícita de congestión forward (FECN)
Notifica al usuario que se deberán iniciar los procedimientos para evitar la congestión; el procedimiento se aplicará sobre el tráfico que fluye en el mismo sentido de la trama recibida. Indica que esa trama, sobre esa conexión lógica, ha encontrado recursos congestionados.
Analicemos de qué manera utilizan estos bits la red y el usuario. En primer lugar, para que la red responda, resulta necesario que cada switch FR monitoree el nivel de encolamiento. Si las longitudes de las colas comienzan a crecer alcanzando un nivel peligroso, entonces se deberán establecer alguno o ambos bits FECN y BECN para tratar de reducir el flujo de tramas que atraviesa dicho switch FR. La elección de uno u otro bit puede estar determinada en que si los usuarios finales sobre una conexión lógica dada están preparados para responder a uno u otro de estos bits, lo cual se puede determinar en tiempo de la configuración. En cualquier caso, el switch FR cuenta con opciones para decidir cuáles conexiones lógicas deberán ser alertadas acerca de la congestión. Si la congestión se está volviendo bastante seria, deberían ser notificadas todas las conexiones lógicas que pasan por un switch FR. En los momentos iniciales de la congestión, el switch FR podría notificar solamente a los usuarios correspondientes a aquellas conexiones que están generando la mayor parte del tráfico.
La respuesta del usuario está determinada por el receptor de las señales BECN o FECN. El procedimiento más simple es la respuesta a la señal BECN: el usuario simplemente reduce la tasa a la cual están siendo transmitidas las tramas hasta que cesa de recibir la señal. La respuesta a un FECN es algo más compleja, dado que requiere que el usuario que la recibe notifique a su par remoto en esa conexión la necesidad de restringir su flujo de tramas. Las funciones núcleo que se utilizan en el protocolo FR no soportan este tipo de indicaciones; en consecuencia, se debe realizar en una capa superior, como por ejemplo, la capa de transporte. El control de flujo también lo podría llevar a cabo el protocolo de control LAPF u algún otro protocolo de control de enlace que se implemente por encima de la subcapa FR. El protocolo de control LAPF resulta particularmente útil debido a que incluye mejoras a LAPD que le permiten al usuario ajustar el tamaño de la ventana.