5: Camada de Enlace 5d-1 ATM ATM (Asynchronous Transfer Mode) é a tecnologia de comutação e transporte da arquitetura RDSI-FL (Rede Digital de Serviços

5: Camada de Enlace 5d-1

ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode) é a tecnologia de comutação e transporte da arquitetura RDSI-FL (Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Larga)

Metas: acesso em alta velocidade para usuários comerciais e domésticos (155Mbps to 622 Mbps); suporte para serviços integrados (voz, dados, vídeo, imagem)


Circuitos Virtuais ATM

Foco em capacidade para alocação de banda (diferente do melhor esforço do IP)

Papel principal de ATM hoje: camada de enlace “comutada” para IP-sobre-ATM

Transporte ATM utiliza circuitos virtuais: células (53 bytes) são transportadas em CVs

em IP sobre ATM: CVs permanentes (PVCs) entre roteadores IP

problema de escalabilidade: N(N-1) CVs entre todos os pares de roteadores IP


Circuitos Virtuais ATM (cont)

CVs comutados (SVCs) são usados para conexões de curta duração

Prós da abordagem de CVs ATM: Consegue garantir desempenho (QoS - qualidade de

serviço) a uma conexão mapeada a um CV (banda, retardo, jitter)

Contras da abordagem de CVs ATM: Suporte ineficiente para tráfego de datagramas;

solução usando PVCs (um PVC entre cada par de estações) não é escalável;

SVC introduz latência excessiva em conexões de duração muito curta

Alto custo de processamento de SVCs


Mapeamento de Endereços ATM

Interface do roteador (ao enlace ATM) possui dois endereços: os endereços IP e ATM.

Para poder rotear um pacote IP através da rede ATM, o nó IP precisa realizar os seguintes passos:

(a) inspecionar sua tabela de rotas para encontrar o endereço do próximo roteador IP

(b) depois, usando tabela ATM-ARP, encontrar endereço ATM do próximo roteador

(c) passar pacote (com endereço ATM) à camada ATM

Agora, assume o controle a camada ATM layer:(1) determina a interface e CV em que enviar o pacote(2) se inexiste CV (para aquele endereço ATM) cria-se um SVC


Camada Física de ATM

Duas subcamadas Físicas:

(a) Subcamada PMD (Physical Medium Dependent) (a.1) SONET/SDH: possui estrutura de quadros de

transmissão (como um vasilhame carregando bits); • sincronização a nível de bit; • particionamento de banda (TDM); • diversas taxas de transmissão: OC1 = 51.84 Mbps; OC3

= 155.52 Mbps; OC12 = 622.08 Mbps (a.2) TI/T3 e E1/E3: possui estrutura de quadros de

transmissão (antiga hierarquia de telefonia - PDH): 1.5 Mbps/ 45 Mbps e 2 Mbps/ 34 Mbps

(a.3) sem estrutura: apenas células (em uso/ociosa)


Camada Física de ATM (cont)

Segunda subcamada física

(b) Subcamada TCS (Transmission Convergence Sublayer): ela adapta a subcamada PMD à camada de transporte ATM

Funções da TCS: Geração do checksum do cabeçalho: CRC de 8 bits; ele

protege cabeçalho de 4 bytes; permite corrigir erros de 1 bit.

Delimitação da célula Com subcamada PMD “sem estrutura”, transmissão de

células ociosas quando não há células de dados na fila para transmitir


Camada ATM

Camada ATM responsável para transportar células através da rede ATM

Protocolo da camada ATM define formato do cabeçalho (5 bytes) da célula ATM;

carga = 48 bytes; comprimento total da célula = 53 bytes


Camada ATM

VCI (ID de canal virtual): traduzido a cada novo enlace;

PT (tipo de carga): indica o tipo de carga (p.ex. célula de gerenciamento)

bit CLP (Prioridade de Perda de Células): CLP = 1 significa que a célula é de prioridade baixa, e pode ser descartada se roteador estiver congestionado

byte HEC (Checksum de Erros no Cabeçalho)


Camada de Adaptação ATM (AAL)

Camada de Adaptação ATM (AAL): “adapta” a camada ATM às camadas superiores (IP ou aplicações nativas de ATM)

AAL é presente apenas nos sistemas terminais, e não em comutadores

A camada AAL tem seus próprios campos de cabeçalho/cauda, transportados em células ATM


Camada de Adaptação ATM (AAL) [cont]

Versões diferentes da camada AAL, de acordo com o serviço a ser transportado por ATM: AAL1: para serviços CBR (Taxa de Bits Constante)

tais como emulação de circuitos AAL2: para serviços VBR (Taxa de Bits Variável) tais

como vídeo MPEG AAL3/4, AAL5: para dados (p.ex., datagramas IP)


Camada de Adaptação ATM (AAL) [cont]

Duas subcamadas na AAL para dados:

CPCS: (Common Part) Convergence Sublayer: encapsula carga (p.ex. datagrama IP) numa CPCS-PDU, com cabeçalho e/ou cauda.

SAR: Subcamada de Segmentação/Remontagem: segmenta/remonta a CPCS (às vezes, até 65K bytes) em segmentos ATM de 48 bytes

AAL3/4: segmento ATM tem cabeçalho+cauda de 4 bytes => apenas 44 bytes/célula de carga CPCS-PDU


AAL5 - Simple And Efficient AL (SEAL)

AAL5: AAL de baixo custo usada para transportar datagramas IP elimina cabeçalho e cauda da subcamada SAR; CRC (de

4 bytes) movida para a CPCS-PDU => 48 bytes de carga/célula

PAD (enchimento) garante que comprimento da CPCS-PDU é múltiplo de 48 bytes (LENGTH inclui PAD bytes)

No destino, células são remontadas baseado no valor do VCI; AAL-indicate bit (no cabeçalho ATM) delimita a CPCS-PDU; se falhar o CRC, PDU é descartada, senão, é passada à CPCS e daí para o IP


Viagem de um Datagrama numa rede

IP-sobre-ATM Na estação de origem:

(1) camada IP traduz o endereço IP para o endereço ATM (using ATM-ARP); depois, passa o datagrama para AAL5

(2) AAL5 encapsula datagrama e segmenta CPCS-PDU em células; depois, passa estas células para a camada ATM

Na rede, a camada ATM move células de comutador em comutador, seguindo uma CV pré-estabelecido

Na estação destino, AAL5 remonta células para recuperar CPCS-PDU original, contendo datagrama; se CRC bom, datagrama é entregue para o protocolo IP.


ARP em Redes ATM

ATM pode rotear células somente se tiver o endereço ATM do destino Portanto, IP deve traduzir endereço IP da saída para o

endereço ATM correspondente

A tradução de endereços IP/ATM é feita pelo ARP (Address Resolution Protocol)

Em geral, tabela ATM-ARP não contém todos os endereços ATM: é preciso determinar alguns deles

Duas técnicas: difusão servidores ARP


ARP em Redes ATM (cont)

(1) Difunde o pedido ARP para todos destinos:

(1.a) a mensagem de pedido ARP é difundida para todos destinos ATM por meio de um CV de difusão especial;

(1.b) o destino ATM que corresponde ao endereço IP retorna (via CV ponto a ponto) o endereço ATM correspondente;

Custo de difusão é proibitivo para grandes redes ATM.


ARP em Redes ATM (cont)

(2) Servidor ARP:

(2.a) roteador IP de origem encaminha pedido ARP para servidor num CV dedicado (Nota-se: todos estes CVs de roteadores ao servidor ARP têm o mesmo VPI)

(2.b) servidor ARP responde ao roteador de origem com a tradução para ATM do endereço IP

Estações precisam se register junto ao servidor ARP

Comentários: mais escalável do que a abordagem de difusão ATM (não gera tempestade de difusão). Porém, requer um servidor ARP, e este pode ser inundado com pedidos


X.25 e Frame Relay

Tecnologias de Longa Distância (como ATM); também, ambos orientados a Circuito Virtual, como ATM

X.25 foi criado nos anos 70, com o apoio das Operadoras de Telecomunicações, como resposta à tecnologia de datagrama da ARPANET (guerra religiosa..)

Frame Relay surgiu da tecnologia RDSI (no final dos anos 80)

Tanto X.25 como Frame Relay podem ser usados para transportar datagramas IP; por isto, são vistos como Camadas de Enlace pela camada de protocolo IP (e, portanto, são tratados aqui neste capítulo)


X.25

X.25 constrói um CV entre origem e destino para cada conexão de usuário

Ao longo do caminho, controle de erro (com retransmissões) em cada enlace, usando LAP-B, uma variante do protocolo HDLC

Adicionalmente, em cada CV, controle de fluxo em cada enlace individual usando créditos; congestionamento ocorrendo a um nó intermediário

propaga para a origem através de pressão reversa (backpressure)


X.25

Em conseqüência, pacotes são entregues confiavelmente e na seqüência ao destino; o controle de crédito por fluxo garantia compartilhamento justo

Pondo “inteligência na rede” fazia sentido nos anos 70 (terminais burros sem TCP)

Hoje, TCP e fibra, praticamente livre de erros, favorecem deslocar a “inteligência para a borda da rede”; adicionalmente, roteadores gigabit não conseguem dar conta do custo do processamento X.25

Como resultado, X.25 está se tornando extinto


Frame Relay

Projetado no final dos anos 80 e muito usado nos anos 90

CVs do FR não usam controle de erros Controle de fluxo (taxa) é fim a fim; muito

menor custo de processamento do que controle de fluxo baseado em créditos a cada enlace


Frame Relay (cont)

Projetado para interligar rede locais de clientes corporativos

Cada CV é como um “cano” carregando tráfego agregado entre dois roteadores

Cliente corporativo aluga serviço FR de uma rede pública de Frame Relay (p.ex, da Embratel ou Telemar)

Como alternativa, cliente grande pode construir uma rede Frame Relay particular.


Frame Relay (cont)

Frame Relay implementa principalmente CVs permanentes (fluxos agregados)

Campo de ID do CV de 10 bits no cabeçalho do Quadro

Se IP transportado por cima do FR, o ID do CV que corresponde ao endereço IP do destino é procurado na tabela de CVs local

Comutador FR apenas descarta quadros com CRC ruim (o TCP retransmite..)


Frame Relay - Controle de Taxa no CV

CIR = Committed Information Rate (Taxa de Informação Comprometida), definida para cada CV e negociada na hora de criar o CV; o cliente paga baseado na CIR

bit DE = bit Discard Eligibility (Eligibilidade de Descarte) no cabeçalho do Quadro bit DE = 0: prioridade alta, quadro dentro da taxa

combinada; a rede tenta entregá-lo “custe o que custar”

bit DE = 1: prioridade baixa, quadro “marcado”; a rede o descarta quando um enlace se torna congestionado (ié, quando excedido o limiar)


Frame Relay - CIR e Marcação de Quadros

Taxa de Acesso: taxa R do enlace de acesso entre roteador de origem (cliente) e comutador FR de borda (provedor); 64 kbps < R < 2 Mbps

Tipicamente, muitos CVs (um por roteador destino) multiplexados no mesmo tronco de acesso; cada CV tem sua própria CIR

Comutador FR de borda mede taxa de tráfego para cada CV; ele marca (ié. DE 1) os quadros que excedem a CIR (estes podem ser descartados mais tarde)


Frame Relay - Controle de Taxa

Provedor de Frame Relay “quase” garante taxa CIR (exceto quando ocorre overbooking)

Sem garantias de retardo, mesmo p/ tráfego de prioridade alta

Retardo dependerá em parte do intervalo da medição da taxa, Tc; quanto maior Tc, maior irregularidade (mais rajadas) pode ter o tráfego injetado na rede, e maior será o retardo

Provedor Frame Relay deve realizar um estudo cuidadoso de engenharia de tráfego antes de comprometer uma CIR, para que possa sustentar seu compromisso e impedir overbooking

CIR de Frame Relay é o primeiro exemplo de um modelo de cobrança que depende da taxa de tráfego numa rede de pacotes

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