Redes ATM

Estrutura do Trabalho

ConceitoHistóricoCaracterísticas BásicasModo de OperaçãoIntegração com outras TecnologiasTendências para o Futuro

Conceito

“O Modo de Transferência Assíncrono(ATM) é uma tecnologia desenvolvida para transportar diversos tipos de dados, como voz e vídeo, em ambientes locais ou remotos, provendo uma plataforma única de comunicação tanto para usuários finais quanto para provedores de serviços, com garantia de qualidade e pequenos atrasos”

HistóricoTransporte específico de informaçõesTecnologia analógicaRedes de Comunicação Comutação de

PacotesInterligação de RedesTecnologia DigitalRedes Digitais de Serviços Integrados de

Faixa Estreita (RDSI-FE) Redes Digitais de Serviços Integrados de

Faixa Larga

Aplicações Banda Larga

Serviços ConversacionaisServiços de RecuperaçãoServiços de MensagensServiços de Distribuição

Tipos de Tráfegos

Tráfego Contínuo com Taxa de Transmissão

Tráfego em RajadasTráfego Contínuo com Taxa Variável

Características das Mídias

TIPO DE

MÍDIATRÁFEGO RETARDO

MÁXIMO DE

TRANSFERÊNCIA

VARIAÇÃO

ESTATÍSTICA

DO RETARDO

TOLERÂNCIA DE ERROS

Texto Rajado Não é problema. Não éproblema.

Não deve existir.

ImagemGráfica

Rajado Não é problema. Não éproblema.

Formato Matricial – podeexistirFormato Vetorial – não deveexistir

Áudio Contínuocom taxaconstante.

Deve ser tratadoem aplicações decomunicaçãointerativa emtempo real.

Deve sercompensada.

Pode existir, sendoclassificadas como alta.

Vídeo Contínuocom taxaconstante

Possui grandeimportância.

Deve sercompensada.

Pode existir, sendoclassificadas como alta.

Categoria de Serviços

Inúmeras tentativas até determinar com alguma precisão quais serviços oferecer

Necessidade de otimizar os comutadores e as placas adaptadoras para algumas ou todas as categorias

Classes de Serviços

CLASSE DESCRIÇÃO

CBR Constant bit rateRT-VBR Variable bit rate: real timeNRT-VBR Variable bir rate: non-real-timeABR Available bit rateUBR Unspecified rate

Classe CBR

Emula um fio de cobre ou uma fibra óticaNão há qualquer verificação, controle de

fluxo ou outro processamentoEssencial para os sistemas que utilizam

transmissão de bits síncronos com taxa constante

Pode ser usada em outros fluxos de áudio e vídeo interativos

Classe RT-VBR

Usada em serviços taxa de bit variáveis e extrema necessidade de tempo real

Fundamental que não se introduza nenhuma alteração no padrão de chegada da célula

Tolera célula ou bit perdido ocasionalmente, ignorando-os

Classe NRT-VBR

Basicamente possui as mesmas características da RT-VBR, com a diferença de que não trabalha com aplicações em tempo real

Classe ABR

Projetada para tráfego em rajadaVariação da largura de banda é

praticamente desconhecidaÚnica categoria de serviço em que a

rede oferece um feedback em termos de taxa ao transmissor

Classe UBR

Não apresenta garantias e não oferece feedback sobre o congestionamento

Adequada na transmissão de pacotes IPAs aplicações devem fazer seu próprio

controle de fluxo e erros

Quadro Resumo

CARACTERÍSTICA DO SERVIÇO CBR RT-VBR NRT-VBR ABR UBR

Garantia de largura de banda Sim Sim Sim Opcional Não

Adequado para tráfego em

tempo real

Sim Sim Não Não Não

Adequado para tráfego em

rajadas

Não Não Sim Sim Sim

Feedback sobre

congestionamento

Não Não Não Sim Não

Qualidade de Serviço

•Acordo entre o cliente e a concessionária de telecomunicações

•Partes do contrato:▫Tráfego a ser oferecido▫O serviço acordado▫As exigências legais

Qualidade de ServiçoParâmetro Acrônimo Significado

Peak cell rate PCR Taxa máxima em que as células podem ser enviadas

Sustained cell rate SCR A taxa média ao longo do prazo

Minimum cell rate MCR A taxa mínima aceitável

Cell delay variation

tolerance

CDVT Variação máxima no tempo de transmissão da célula

Cell loss ratio CLR A fração de células perdidas ou entregues tarde demais

Cell transfer delay CTD Tempo (médio e máximo) necessário para entrega da

célula

Cell delay variation CDV A variância nos tempos de entrega de células

Cell error rate CER A fração de células entregues sem erros

Severely-errored cell

block ratio

SECBR A fração de blocos de rajada de erros

Cell misinsertion rate CMR A fração de células entregues no destino correto

Interface

•São as conexões entre dois elementos quaisquer da rede

•Pode ser:▫ UNI (User-Network Interface)▫ NNI (Network-Network Interface)

A Célula

Info.Controle

(Cabeçalhoou

Header)

Info.Controle

(Cabeçalhoou

Header)

CARGA(payload)

Informação útil +

Info. Controle das camadas superiores

CARGA(payload)

Informação útil +

Info. Controle das camadas superiores

53 Bytes

5 Bytes 48 Bytes

A Célula UNI

8 7 6 5 4 3 2 1bits

1

2

3

4

5

Bytes

VCI

VCI

VCI PTI

GFC

VPI

VPI

HEC

CL

P

CARGA

Generic Flow Control(Não usado)

Virtual Path IndentifierVirtual Channel Identifier

(Endereçamento)

Payload Type Indicator(Tipo da célula)

Cell Loss Priority(Prioridade)

Header Error Check(Correção de erro

do cabeçalho)

A Célula NNIA Célula NNI

8 7 6 5 4 3 2 1bits

1

2

3

4

5

Bytes

VCI

VCI

VCI PTI

VPI

VPI

HEC

CL

P

CARGA

Virtual Path IndentifierVirtual Channel Identifier

(Endereçamento)

Payload Type Indicator(Tipo da célula)

Cell Loss Priority(Prioridade)

Header Error Check(Correção de erro

do cabeçalho)

A Célula UNIA Célula UNI

8 7 6 5 4 3 2 1bits

1

2

3

4

5

Bytes

VCI

VCI

VCI PTI

GFC

VPI

VPI

HEC

CL

P

CARGA

Generic Flow Control(Não usado)

GFC

•O objetivo desse campo, só presente nas células da UNI, seria de controlar a quantidade de dados que entra na rede para evitar congestionamentos. Porém, essa funcionalidade está no campo PT. Na verdade, esse campo não está em uso

•O NNI ignora o GFC e utiliza o espaço com outras informações

A Célula UNIA Célula UNI

8 7 6 5 4 3 2 1bits

1

2

3

4

5

Bytes

VCI

VCI

VCI PTI

GFC

VPI

VPI

HEC

CL

P

CARGA

Cell Loss Priority(Prioridade)

CLP

•Possibilita atribuir prioridade à célula•Pode ser atribuído pela aplicação ou

pelos comutadores•CLP = 1 : candidata ao descarte•CLP = 0 : não descartar

A Célula UNIA Célula UNI

8 7 6 5 4 3 2 1bits

1

2

3

4

5

Bytes

VCI

VCI

VCI PTI

GFC

VPI

VPI

HEC

CL

P

CARGA Header Error Check(Correção de erro

do cabeçalho)

HEC

•Verifica erros somente no cabeçalho•Pode corrigir 1 bit errado•Aplica um algoritmo polinomial nos 4 1os

bytes e confere com o 5o

A Célula UNIA Célula UNI

8 7 6 5 4 3 2 1bits

1

2

3

4

5

Bytes

VCI

VCI

VCI PTI

GFC

VPI

VPI

HEC

CL

P

CARGA

Virtual Path IndentifierVirtual Channel Identifier

(Endereçamento)

VPI/VCI

•Utilizado para fazer a comutação•Células NNI possuem maior

disponibilidade de VPI’s•O par VPI/VCI

▫Tem validade somente em um enlace ▫É suficiente para identificar uma

conexão, depois de estabelecida

A Célula NNIA Célula NNI

8 7 6 5 4 3 2 1bits

1

2

3

4

5

Bytes

VCI

VCI

VCI PTI

VPI

VPI

HEC

CL

P

CARGA

Payload Type Indicator(Tipo da célula)

PTIPTICodificação do PTI Significado

000 Células de dados do usuário, sem congestionamento, tipo de célula 0

(ATM-user-to-user indication = 0).

001 Células de dados do usuário, sem congestionamento, tipo de célula 1.

010 Células de dados do usuário, com congestionamento, tipo de célula 0.

011 Células de dados do usuário, com congestionamento, tipo de célula 1.

100 Informações de manutenção entre os computadores adjacentes.

101 Informações de manutenção entre os computadores de origem e de

destino.

110 Célula de gerenciamento de recursos (usada para controle de

congestionamento com ABR).

111 Reservado para uma futura função.

Como estabelecer uma conexão ?

Sinalização

Roteamento?

?

?

Solicitação de estabelecimento de conexão com B

A B

Estabelecimento de conexão

1. Circuitos Virtuais Permanentes2. Circuitos Virtuais Comutados

•Para se estabelecer uma conexão são necessárias duas funções básicas:▫Sinalização▫Roteamento

Sinalização

• Necessária devido a natureza orientada à conexão do ATM

• Objetivo:– Alocar / desalocar recursos (VPI/VCI, banda,

etc.) no estabelecimento / liberação das conexões ATM

Roteamento

• Objetivo– Localizar a estação destino e selecionar o

melhor caminho possível para atingi-lo

Host Origem Host DestinoComutador 1 Comutador 2SETUP

SETUP

SETUP

CONNECT

CALLPROCED.

CALLPROCED.

CONNECT

CONNECT

CONNECT ACK

CONNECT ACK

CONNECT ACK

Host Origem Host DestinoComutador 1 Comutador 2

RELEASE

RELEASE

RELEASERELEASECOMPLETE.

RELEASECOMPLETO RELEASE

COMPLETO

Estabelecimento de conexão

Estabelecimento de conexão

Mensagem Significado quando enviada pelo host Significado quando enviada pela rede

SETUP Estabeleça um circuito Chamada recebida

CALL

PROCEEDING

Aceito a chamada recebida A sua solicitação de chamada foi aceita

CONNECT Obrigado por aceitar Obrigado por fazer a chamada

CONNECT ACK Obrigado por aceitar Obrigado por fazer a chamada

RELEASE Favor encerrar a chamada O outro lado já teve o suficiente

RELEASE

COMPLETE

Confirmação de RELEASE Confirmação de RELEASE

Endereçamento

•20 Bytes divididos entre os níveis de roteamento

•Países - Domínios - Áreas - Sist. Terminais

•Formatos :1. ITU-T : E.1642. IEEE 802 : DCC3. OSI : ICD

Endereçamento

1 8 2 2 6 1

AFI E.164 RD AREA ESI SEL

2 1 3 2

AFI DCC DFI AA Reserv RD AREA ESI SEL

AFI ICD DFI AA Reserv RD AREA ESI SEL

Endereçamento

Campo Descrição de Identificação

AFI Formatação que endereço obedece

DCC País para o qual o endereço é registrado

ICD Organização Internacional para o qual o endereço é registrado

E.164 Numeração internacional para RDSI e numeração telefônica – Até 15 dígitos emformato BCD

AA Uma organização responsável pela parte restante do endereço

RD O Domínio de roteamento. Único para cada valor do campo E.164 ou

DCC+DFI+AA ou ICD+DFI+AA

AREA Subdomínio de roteamento dentro do RD

ESI Identifica um sistema terminal dentro de uma área;

SEL Não é utilizado pelo roteamento, podendo ser usado pelo sistema terminal.

Endereçamento

AFI Authority and Format Identifier DCC Data Country Code

RD Routing Domain DFI Domain Specific part Format Identifier

ESI End System Identifier AA Administrative Authority

SEL NSAP Seletor ICD International Code Desigator

O Modelo ATM

Camada FísicaSDH, SONET

Camada ATM

Camada de Adaptação (AAL)

Plano de Controle

Plano do Usuário

Gerencia-mento de Camadas

Camadas SuperioresMPEG-2 ->TCP/IP

Camadas SuperioresQ.2931

Plano de Gerenciamento Gerencia-

mento dos Planos

As Camadas do Modelo ATM

Física

ATM

Adaptação

Provê a transmissão das células ATM entre doisequipamentos em um determinado meio físico

Provê o transporte dos dados, efetuandoa multiplexação e comutação de

células através das conexões virtuais

Faz o mapeamento dos dados do usuário para as células ATM,

introduzindo os dados de controle necessários, para o suporte de

diferentes tipos de tráfegos Cam. Super.

A Camada Física

ATM

Adaptação

Aplic.Protoc.

FísicaPM

TC

Physical Medium (PM)Conectores, mídia, codificação,

temporização

Transmission Convergence (TC)• Gera e confere o HEC• Insere células para continuidade do fluxo (desacoplamento de taxa)• Detecta a borda da célula e efetua sincronismo• Mapeamento de célula (SONET/SDH, PDH, ADSL, HFC, sem fio, etc.)

A Camada ATM

ATM

Adaptação

Aplic.Protoc.

Física

Transferir células pelas conexões pré-estabelecidas, de acordo com o contrato

• Gera, extrai e interpreta o cabeçalho da célula (menos o HEC)• Traduz o par VCI / VPI nos comutadores• Identifica o tipo de célula

• Usuário• Controle

• Identifica a prioridade da célula

A Camada AAL

ATM

Adaptação

Aplic.Protoc.

SAR

CS

Física

Convergence Sublayer (CS)• Identifica perda e a inserção indevida de

células nos pacotes•Controla a temporização e sequência dos pacotes• Oferece conversões que variam de acordo com o serviço escolhido

Faz o mapeamento dos dados do usuário para as células ATM, introduzindo os dados de controle necessários para o suporte de diferentes tipos de tráfegos

Segmentation and Reassembly (SAR)• Divide o conteúdo dos dados (pacotes) para o transporte em células• Monta os pacotes concatenando a carga das células

A Camada AAL

Serviço

Parâmetro

CompensaçãoTempo

Taxa de bit Constante

Modo Não orientadoConexão a conexão

Emulação Tranferência TranferênciaExemplo de de circuito de de dados de dadosAplicação vídeo ou orientado a não orientada

voz conexão a conexão

AAL-3/4AAL-5

Classe A Classe B Classe C Classe D

AAL-3/4

Requer Não Requer

Variável

Orientado a conexão

Tipo de AAL

Vídeo VBR

AAL-1 ALL-2

A Camada AAL

Dados da aplicação:pacote IP, quadro MPEG etc.

Dados da aplicação:pacote IP, quadro MPEG etc.

Pacote AAL

HEADER TRAILERSubcamada

deConvergência

Célula - Payload48 Bytes

Célula - Payload48 Bytes

Célula - Payload48 Bytes

H H HSubcamada

deSegmentação eRemontagem

A Camada AAL

•É importante notar que as funções da camada de adaptação não são processadas no centro da rede, mas sim nos equipamentos de ponta.

As Camadas do Modelo ATM

AplicaçãoMPEG-2

TransporteTCP

RedeIP

AdaptaçãoAAL

ATM

FísicaSDH/SONET

ATM

FísicaSDH/SONET

ATM

FísicaSDH/SONET

AplicaçãoMPEG-2

TransporteTCP

RedeIP

AdaptaçãoAAL

ATM

FísicaSDH/SONET

ATM

FísicaSDH/SONET

ATM

FísicaSDH/SONET

centro da rede

Equipamento de ponta

Equipamento de ponta

UNI Privado

UNI Público

PNNI ou

B-ICI

UNIPúblico

UNI Privado

fim-a-fim

Rede I Rede II

Centro da Rede Privada \Rede Pública

Comutador centro da rede

Comutador de Comutador de Comutador

Características dasredes atuais•Não orientadas a conexão•Unidade de transmissão de tamanho

variável (quadros)•Endereços de 48 bits (MAC)•Utilização de meio compartilhado•Facilidade para transmissão de

mensagens broadcast

Características da rede ATM• Redes orientadas a conexão

• Unidade de transmissão de tamanho fixo (células de 53 bytes)

• Endereços NSAP OSI de 20 bytes

• Dificuldades Broadcast/Multicast– Ausência de endereços específico para

broadcast/multicast– orientado à conexão

• Suporte a qualidade de serviço

Como utilizar ATM em redes locais?•Backbone

▫Introdução de equipamentos ATM na borda

▫Transparência para aplicações existentes▫Aumento nas taxas de transmissão

somente no backbone▫Sem garantia de qualidade de serviço

•Desktop▫Aplicações que utilizem ATM

diretamente▫Integração com tecnologias existentes

ATM no backboneSwitch ATM

Switch Ethernet c/ UpLink ATMSwitch Ethernet

c/ UpLink ATM

ATM

EthernetEthernet

ATM

Aplicações que utilizem ATM diretamente

•Única maneira de explorar todas as funcionalidades ATM fim a fim

•Suporta qualidade de serviço•“Não existem” aplicações para ATM

nativo•Comunicação somente entre hosts

que possuam interface ATM•Winsock 2.0 permite a utilização do

ATM nativo

Integração com tecnologias existentesManutenção das aplicações existentesTira proveito da banda fornecida pelo ATM

Não suporta qualidade de serviçoPermite a comunicação entre hosts ATM e não-ATM

Duas soluções padronizadas:Classical IPLAN Emulation

Classical IPARP Server (endereço IP x ATM)Máquinas pertencentes a uma mesma

sub-rede é denominado Logical IP Subnet (LIS)

Uma LIS sempre possui um servidor ARPVantagem:

Melhor desempenho que LANE (encapsulamento)

Desvantagens:Não suporta broadcastSuporta somente o protocolo IPComunicação entre subredes necessita

roteamento externo

Classical IP Estrutura

FísicaATM

AAL5CLIP

IPAplicações

Física

IPAplicações

MAC

Física

ATM

FísicaFísica Física FísicaATM

AAL5

CLIPIP

Física

MAC

ATM ATM EthernetSwitch Ethernet c/

UpLink ATM

Switch ATM

Classical IP

Classical IPFuncionamento

Estação deseja transmitir

End. ATM está em cache

Transmite

Requisita end. ATM ao ARP

Server com SVC

S

N

Recebe endereço ATM destino

S

N

Estabele VCC com destino

Existe VCC estabelecido

LAN Emulation

•Conversão de endereço MAC para endereços ATM

•Suporte a broadcast•Funciona para outros protocolos de

rede (IPX, Apple Talk, DECNet etc.)•Suporte a broadcast/multicast•Mapeamento direto para VLANs

LAN EmulationEstrutura

FísicaATM

AAL5LANELLCTCP/IP

Aplicações

Física

LLCTCP/IP

Aplicações

MAC

Física

ATM

Física Física FísicaATM

AAL5

LANE

FísicaFísica

MAC

Bridging

ATM ATM Ethernet

Switch Ethernet c/ uplink ATM

Switch ATM

Quadro LAN Emulation

Quadro Ethernet - Tamanho máximo 1518 bytesQuadro Ethernet - Tamanho máximo 1518 bytes

60 a 1514 bytes60 a 1514 bytes 4 bytes4 bytes

CRCCRC

2 bytes2 bytes

LANE IDLANE IDQuadro LAN EmulationQuadro LAN Emulation

4 bytes4 bytes

Quadro LAN Emulation - Tamanho máximo 1516 bytesQuadro LAN Emulation - Tamanho máximo 1516 bytes

60 a 1514 bytes60 a 1514 bytes

Arquitetura LAN Emulation

•O LAN Emulation possui uma arquitetura cliente servidor▫Cliente LAN Emulation

Intercepta operações de acesso e converte em operações LAN Emulation

Toda máq. na ELAN devem possuir uma instância LEC

Cada LEC possui um endereço MAC▫Servidor LAN Emulation

LECS (LAN Emulation Configuration Server) LES (LAN Emulation Server) BUS (Broadcast and Unknown Server)

Tipos de LECs

Backbone ATMBackbone ATM

LECLEC

LECLEC

LEC-proxyLEC-proxy

servidorservidor

LECLEC

servidorservidor

Switch ethernet

Switch ethernet

EthernetEthernet

ATMATM

ATMATMATMATM

ATMATM

LAN Emulation Service

•Responsável pela tradução de endereços MAC para endereços ATM

•Possui tabela de mapeamento entre endereços MAC e ATM

•Toda ELAN tem que ter um único LES•O LAN Emulation Service pode ser

implementado em estações, comutadores ATM, dispositivos de borda, etc

Cadastro na LANE

LECS

LES

BUS

LEC LEC

LEC

LEC

LEC1

23

4’

4

5

5’

5’

5’

5’

1)Obtenção do endereço ATM do LES2)Cadastro na ELAN desejada3)Resolução do endereço MAC destino em endereço ATM4)Estabelecimento de conexão fim a fim com o LEC destino4’) Envio de mensagem broadcast ao bus5)Transmissão dos dados5’) Transmissão broadcast do BUS para os demais LECs na rede

Transmissão LANE

É mensagem de broadcast ou

multicast

Estação A quer transmitir para B

S

N

S

N

Estabelece conexão

Envia pacote para o BUS

Endereço ATM de B está na tabela

de A

S

Envia LE-ARP para LES

Obtém endereço ATM de B

Transmite quadro

NVerifica se existe concexão

estabelecida com B

Considerações Finais

•Vantagens

▫Rápida

▫Transparente

▫Eficiente

•Desvantagens

▫Custo de Implantação

▫Incompatibilidade com produtos