Tutorial ATM

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© Antônio M. Alberti 2010

Engenharia Elétrica

Modalidade Eletrônica

EE218 – Redes de Telecomunicações III

ATM


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ATM

� Definição

� Principais Características

� Componentes de uma Rede ATM

� Interfaces

� Canais Virtuais

� Caminhos Virtuais

� Caminhos Virtuais x Canais Virtuais

� Classificação dos Circuitos Virtuais

� Estabelecimento dos Circuitos Virtuais

� Arquitetura de Protocolos� Camada de Adaptação, ATM e Física

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Definição� ATM (Asynchronous Transfer Mode ou Modo de Transferência Assíncrono).� Modo de Transferência é o termo usado pelo ITU-T para descrever a tecnologia que cobre os aspectos de transmissão, multiplexação e comutação.

� O Modo de Transferência Assíncrono é uma tecnologia que utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados de células, para transmitir, multiplexar e comutar tráfegos de voz, vídeo, imagens e dados sobre uma mesma rede de alta velocidade.

� O ATM é uma tecnologia de comutação de pacotes baseada em circuitos virtuais.

AT

M


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Principais Características

� Utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo (53 bytes), chamados de células, para transportar voz, dados e vídeo sobre uma mesma rede de alta velocidade.

� A funcionalidade do cabeçalho (5 bytes) das células ATM émínimo.

� O campo de informações das células ATM é relativamente pequeno (48 bytes).� Este valor otimiza os fatores conflitantes:

� Atraso na rede.

� Eficiência de transmissão.

� Complexidade de implementação.

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M

3


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� Realiza a adaptação do fluxo de informações para cada tipo de serviço.

� Utiliza conexões virtuais para transportar dados entre uma fonte e um destino, sobre um mesmo enlace físico.

� De forma geral, não realiza nenhum controle de erro e defluxo na camada de enlace (serviço não orientado a conexão e sem confirmação).

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M


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� Prove um serviço de transmissão orientado a conexão.� Uma conexão deve ser estabelecida na rede antes que qualquer informação seja transmitida entre duas estações.

� Prove suporte à qualidade de serviço.� Cada conexão pode ter os seus próprios pré-requisitos de qualidade de serviço.

� O suporte de QoS por conexão habilita as redes ATM a atender qualquer tipo atual de tráfego sobre uma mesma rede.

AT

M

4


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� Possibilita a alocação dinâmica de largura de faixa.� A alocação de largura de faixa é feita sob demanda.

� É independente da tecnologia de transporte de células.� Em principio qualquer meio físico/tecnologia pode ser utilizada para transportar células ATM.

� É geograficamente escalonável.� Pode ser utilizado tanto em redes locais (LANs), como em redes metropolitanas (MANs) e de longa cobertura (WANs).

AT

M


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Componentes de uma Rede ATM

� Uma rede ATM consiste essencialmente de quatroequipamentos distintos:� Terminais Banda Larga (Hosts)

� Comutadores (Switches)

� Dispositivos de Borda (Edge Devices)

� Enlaces (Links)

IBM Interphase 5575 PCI – 155 Mbps Alcatel Omni PS5-250

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M

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Interfaces

� As seguintes interfaces foram definidas para o ATM:� UNI – User-to-Network Interface

� NNI – Network-to-Network Interface

� DXI – Data Exchange Interface

� FUNI – Frame User-to-Network Interface

� B-ICI – Broadband Intercarrier Interface

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M


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Canais Virtuais

� Uma conexão de canal virtual (VCC – Virtual Channel

Connection) é um circuito virtual onde o encaminhamento das células é feito baseado no valor dos campos VPI e VCI de cada célula.

� Um canal virtual (VC – Virtual Channel) entre dois pontos em uma VCC é chamado de enlace de canal virtual (VCL –Virtual Channel Link).

� Portanto, uma VCC é uma concatenação de um ou mais VCs.

AT

M

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Canais Virtuais

� Cada VCL é identificado por um único VCI.

� Portanto, o VCI é um identificador local que pode ser inserido, trocado ou removido em cada VCL de um VCC.

� Um VPC pode conter vários VCCs, assim como um VPLpode conter vários VCLs.

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M


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Canais Virtuais

� VCs, VCCs e VCLs.

VCL VCL VCL

VCC ou Circuito Virtual

VCC - Virtual Channel Connection VCL - Virtual Channel Link

Usuário FinalATM

Usuário FinalATM

Comutador ATM Comutador ATM

Tabela deEncaminha-mento


VPI=5VCI=32

10

210

210

212

0

VPI=7VCI=36

VPI=6VCI=34

VC A VC B VC C

VC - Virtual Channel

AT

M

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Caminhos Virtuais

� Uma conexão de caminho virtual (VPC – Virtual Path

Connection) é um circuito virtual onde o encaminhamento das células é feito baseado no valor dos campos VPI de cada célula.

� Um caminho virtual (VP – Virtual Channel) entre dois pontos em uma VPC é chamado de enlace de caminho virtual (VPL – Virtual Path Link).

� Portanto, uma VPC é uma concatenação de um ou mais VPs.

AT

M


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Caminhos Virtuais

� O campo VPI das células ATM é atribuído, trocado ou removido em cada VPL.

� Cada VPL é identificado por um único VPI.

� Portanto, o VPI é um identificador local que pode ser inserido, trocado ou removido em cada VPL de um VPC.

AT

M

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Caminhos Virtuais

� VPs, VPCs e VPLs.

VPL VPL VPL

VPC

VPC - Virtual Path Connection VPL - Virtual Path Link

Usuário FinalATM

Usuário FinalATM




VPI=5VCI=32

10

210

210

212

0

VPI=7VCI=36

VPI=6VCI=34

VP A VP B VP C

VP - Virtual Path

AT

M


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Caminhos Virtuais x Canais Virtuais

� Cada canal virtual é associado a um caminho virtual.

VCC - Virtual Channel Connection

VCL - Virtual Channel Link

VPC - Virtual Path Connection

VPL - Virtual Path Link

VPLVCL

VCL

VCL

VPCVCC

VCC

VCC

AT

M

9


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Caminhos Virtuais x Canais Virtuais

� Funcionamento do Comutador

VCC 1

VP 8

VP 7VP 5

VP 6

VC 32

VC 33

VC 34

VC 35

VC 36

VC 37

Comutador

Ponto de vista lógico

Porta 1 Porta 2

VCC 2

VCC 3

Célula ATM

Porta 2Porta 1

Comutador

Ponto de vista físico

Matrizde

Comutação

Enlace físico Tabela deEncaminhamento

VPI=5

VCI=33

VPI=5

VCI=32

VPI=7

VCI=35

VPI=8

VCI=37

AT

M


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Encaminhamento das Células ATM

� O encaminhamento das células ATM através da rede ébaseado em dois elementos:� Cabeçalho das Células ATM

� Identificam o circuito virtual a que as células pertencem através de dois identificadores virtuais:• Identificador de Caminho Virtual (VPI – Virtual Path Identifier)

• Identificador de Canal Virtual (VCI – Virtual Channel Identifier)

� Tabela de Encaminhamento� Relaciona o circuito virtual com as portas de entrada, saída e com os identificadores virtuais presentes no cabeçalho das células ATM.

AT

M

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Encaminhamento das Células ATM

� Tabela de Encaminhamento x Identificadores Virtuais

Usuário FinalATM

Usuário FinalATM


Circuito Virtual 1



VPI=5VCI=32

10

210

210

212

0

Entrada Saída

Porta PortaVPI VCI VPI VCI

2 6 34 2 7 36

Tabela de Encaminhamento

1

CircuitoVirtual

Entrada Saída

Porta PortaVPI VCI VPI VCI

2 5 32 2 6 34

Tabela de Encaminhamento

1

CircuitoVirtual

PortasEntrada

PortasSaída

PortasEntrada

PortasSaída

VPI=7VCI=36

VPI=6VCI=34


AT

M


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Classificação dos Circuitos Virtuais

� Os circuitos virtuais ATM podem ser classificados de acordo com a forma como são estabelecidos no tempo:� Conexões Virtuais Permanentes

� PVCs – Permanent Virtual Connections

� Conexões Virtuais Chaveadas� SVCs – Switched Virtual Connections

� Conexões Virtuais Semi Permanentes� SPVCs – Soft Permanent Virtual Connections

AT

M

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Estabelecimento dos Circuitos Virtuais

� Por ser uma tecnologia de comutação de pacotes baseada em circuitos virtuais o ATM:� É orientado a conexão.

� Utiliza uma rota fixa para encaminhar todas as células ATM de um mesmo circuito virtual.

� Estabelece os circuitos virtuais através do encaminhamento de mensagens de sinalização.

� Utiliza um protocolo de roteamento para enviar as mensagens de sinalização.

AT

M


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1. Setup� As mensagens de sinalização são encaminhadas pela rede

utilizando-se um protocolo de roteamento. Elas possuem o endereço ATM do destinatário e o contrato de tráfego. A rede verifica em cada nó se pode aceitar o novo circuito virtual.

Usuário FinalATM

Usuário FinalATM


Mensagem deSinalização

SETUP SETUP SETUP

AT

M

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2. Call Proceding� O destinatário indica para a rede que o procedimento de

estabelecimento do circuito virtual teve inicio. A rede também avisa o usuário fonte.

Usuário FinalATM

Usuário FinalATM


Mensagem deSinalização

SETUP SETUP SETUP

CALLPROCEDING

CALLPROCEDING

AT

M


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3. Connect� O destinatário indica para a rede que aceita o novo circuito

virtual. A rede também avisa o usuário fonte.

Usuário FinalATM

Usuário FinalATM


SETUP SETUP SETUP

CALLPROCEDING

CALLPROCEDING

CONNECTCONNECTCONNECT

Circuito Virtual 1



AT

M

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4. Connect Acknowledge� A rede envia uma mensagem para o destinatário ATM

avisando que o circuito virtual está completo.

Usuário FinalATM

Usuário FinalATM


SETUP SETUP SETUP

CALLPROCEDING

CALLPROCEDING


CONNECT ACK CONNECT ACK

Circuito Virtual 1



AT

M


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5. Data� O usuário fonte inicia a transmissão de dados no formato

de células ATM.

Usuário FinalATM

Usuário FinalATM


DATA

1 1 1

Circuito Virtual 1



Célula ATMCabeçalhoidentifica oCircuito Virtual 1.

SETUP SETUP SETUP

CALLPROCEDING

CALLPROCEDING


CONNECT ACK CONNECT ACK

AT

M

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Classificação dos Circuitos Virtuais

Usuário Final ATM

Usuário Final ATM

Usuário Final ATM

Usuário Final ATM

Usuário Final ATM

- Ponto a ponto- Unidirecional/Bidirecional

- Ponto para multiponto- Unidirecional

Comutador ATM

Comutador ATM

AT

M


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Arquitetura de Protocolos

� Camada de Adaptação ATM

� Camada ATM

� Camada Física

AT

M

Camada Física

Camada ATM

Camada deAdaptação ATM de

Sinalização

Camada deAdaptação ATM

Protocolos deSinalização ATM

CamadasSuperiores da Rede

Plano de Gerenciamento

Plano deControle

Plano deUsuário

Gerenciam

ento de Planos

Gerenciam

ento de Cam

adas

O Modelo de Referência de Protocolos foi apresentado pelo ITU-T na Recomendação I.321.

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Camada de Adaptação ATM

� A AAL atua na adaptação do fluxo de informações das camadas superiores à camada ATM e vice-versa.

� A AAL funciona como uma camada de ligação entre os serviços oferecidos pela camada ATM e os serviços solicitados pelas camadas superiores da rede.

� A fim de atender diferentes tipos de serviço, a AAL suporta múltiplos protocolos.

AT

M /

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los


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Camada de Adaptação ATM

� A Recomendação I.362 classifica os serviços a serem atendidos pela a AAL e define protocolos designados para atender cada classe de serviço.

Aspecto Classe A Classe B Classe C Classe D

Relacão temporal

entre fonte e destino

Requerida Requerida Não requerida Não requerida

Taxa de bits Constante Variável Variável Variável

Modo de conexão Orientado a

conexão

Orientado

a conexão

Orientado a

conexão

Não orientado a

conexão

Protocolo AAL 1 AAL 2 AAL ¾ e AAL 5 AAL ¾ e AAL 5

AT

M /

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

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Subcamadas

� A AAL é dividida em duas subcamadas:� Subcamada de Convergência (CS – Convergence Sublayer)

� Subcamada de Segmentação e Remontagem (SAR –Segmentation and Reassembly Sublayer)

Arq

uite

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de

Pro

toco

los

/ AA

L


32

Subcamada de Convergência

� Descreve os serviços e funções necessárias para a conversão entre protocolos ATM e não ATM.

� A Recomendação I.362 divide novamente esta subcamada em:� Subcamada de Convergência de Serviços Específicos (SSCS – Service Specific Convergence Sublayer)� Foi projetada para suportar aspectos específicos de um aplicativo.

� Subcamada de Convergência de Serviços Comuns (CPCS –Common Part Convergence Sublayer)� Foi projetada para suportar funções genéricas comuns a mais de um tipo de aplicativo.

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

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/ AA

L

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Subcamada de Segmentação e Remontagem

� É responsável pela fragmentação das CPCS-SDUs de informação em SAR-PDUs na fonte, e pela remontagemdessas SAR-PDUs em CPCS-PDUs no destino.

� A SAR acrescenta cabeçalhos e trailers nos fragmentos da CPCS-SDU e encaminha as SAR-PDUs de 48 bytes para a camada ATM.

� No destino, cada campo de informação da célula éextraído na camada ATM e convertido para o PDU apropriado.

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ AA

L


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Estrutura Geral das Subcamadas

� Transmissão AAL-SDU

SSCS-PDUHeader

SSCS-PDUTrailer

SSCS-PDUHeader

SSCS-PDUHeader

Payload SSCS-PDU

CPCS-SDUCPCS-PDUHeader

CPCS-PDUTrailer

CPCS-PDUPayload

CPCS-PDUHeader

CPCS-PDUTrailer

AAL-SDU

SAR-SDUSAR-PDUHeader

SAR-PDUTrailer

CPCS-PDU

SAR-PDUPayload

SAR-PDUTrailer

SAR-PDUHeader SAR-PDU

CPCS

SAR

SSCS

Arq

uite

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de

Pro

toco

los

/ AA

L


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� Recepção AAL-SDU

SSCS-PDUHeader

SSCS-PDUTrailer

SSCS-PDUHeader

SSCS-PDUHeader

Payload SSCS-PDU

CPCS-SDUCPCS-PDUHeader

CPCS-PDUTrailer

CPCS-PDUPayload

CPCS-PDUHeader

CPCS-PDUTrailer

AAL-SDU

SAR-SDUSAR-PDUHeader

SAR-PDUTrailer

CPCS-PDU

SAR-PDUPayload

SAR-PDUTrailer

SAR-PDUHeader SAR-PDU

CPCS

SAR

SSCS

Estrutura Geral das SubcamadasA

rqui

tetu

ra d

e P

roto

colo

s / A

AL



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AAL 1 – Protocolo da SAR

� Campo SN� Divide-se em dois sub-campos:

� Convergence Sublayer Indicator (CSI) – 1 bit utilizado para indicar se as funções de recuperação de sincronismo e recuperação de estrutura serão necessárias no receptor.

� Sequence Count (SC) – 3 bits que carregam uma numeração de seqüência utilizada para detecção de perda e inserção de células.

SAR-PDU PayloadSN SNP

4 bits4 bits 47 bytes

48 bytes

SN = Sequence Number

SNP = Sequence Number Protection

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ AA

L

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AAL 1 – Protocolo da SAR

� Campo SNP� Divide-se em dois sub-campos:

� Cyclic Redundancy Check (CRC) – Serve para proteger o campo SN. Utiliza um código CRC de 3 bits. Permite a detecção e correção de erros simples no campo SN.

� Bit de Paridade Par – Serve para proteger os 7 bits do cabeçalho (CSI+SC+CRC). Utiliza 1 bit de paridade par.

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ AA

L


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AAL 1 – Protocolo da CS

� Modo Não Estruturado� Não reconhece a estrutura do quadro de um sinal sendo transportado.

� Os sinais são transportados de forma transparente pelo ATM.

CPCS-SDUSN

48 bytes

47 bytes

SNP

4 bits 4 bits

SAR-PDUArq

uite

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de

Pro

toco

los

/ AA

L

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39

AAL 1 – Protocolo da CS

� Modo Estruturado� Reconhece a estrutura do quadro de um sinal sendo transportado.

� Utiliza um ponteiro (P) para identificar o inicio da estrutura.

� Este ponteiro é armazenado no primeiro byte do payload da SAR-PDU.

� O restante da SAR-PDU é preenchido com informações do usuário.

CPCS-SDUSN

48 bytes

46 bytes

SNP

4 bits 4 bits

P

1 byte

SAR-PDU

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ AA

L


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AAL 1 – O Serviço de Emulação de Circuitos

� O Cenário de Utilização:

ATM

Comutador Comutador

PABX

E1 E1

AAL1 AAL1VCC CBR

São Paulo Rio de Janeiro

Arq

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de

Pro

toco

los

/ AA

L

21


41

Serviço de Emulação de Circuitos Não Estruturado

� Exemplo de

Transmissão� Se as amostras

forem retiradas

de um quadro E1,

tem-se uma

amostra a cada

T = 125/32 µs =

3.9 µs.

CPCS

Fila de CPCS-SDUs

SAR

SAR-PDU

ATM

CPCS-SDU

CPCS-SDU

CPCS-SDU

CPCS-SDU

CPCS-SDU

CPCS-SDU

SN

48 bytes

47 bytes

SNP

4 bits 4 bits

CPCS-SDU

48 bytes

Header

5 bytes

Célula ATM

CPCS-SDUSN SNP

Amostras de voz:(1 byte por amostra)

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ AA

L


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Serviço de Emulação de Circuitos Não Estruturado

� Exemplo de

Recepção� Se as amostras

forem entregues

a um quadro E1,

é necessário se

entregar 8000

bytes por

segundo =

256 kBytes/seg =

2,048 Mbps.

CPCS

Fila de CPCS-SDUs

SAR

SAR-PDU

ATM

CPCS-SDU

CPCS-SDU

CPCS-SDU

CPCS-SDU

CPCS-SDU

CPCS-SDU

Célula ATM

Entrega das amostras no destinatário.

CPCS-SDUSN

48 bytes

SNPHeader

5 bytes

CPCS-SDUSN

48 bytes

47 bytes

SNP

4 bits 4 bitsArq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ AA

L

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Camada ATM

� A camada ATM é responsável por um grande número de funções, dentre as quais podemos destacar:� Geração e extração dos cabeçalhos das células.

� Multiplexação e demultiplexação de AAL-PDUs em células ATM.

� Comutação das células ATM.

� Discriminação das células ATM.

� Gerenciamento de tráfego.

� Gerência da rede.

AT

M /

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los


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Camada ATM

� Campos do Cabeçalho da Célula ATM:� Controle de Fluxo Genérico (GFC - Generic Flow Control)� Identificador de Caminho Virtual (VPI - Virtual Path Identifier)� Identificador de Conexão Virtual (VCI - Virtual Channel Identifier)� Tipo de Carga (PT - Payload Type)� Prioridade de Perda de Célula (CLP - Cell Loss Priority)� Controle de Erro do Cabeçalho (HEC - Header Error Control)

7 6 5 4 3 2 1

1VPI

VCIVPI

GFC

VCI

VCI PT CLP

HEC

Campo de Informações

0

2

3

4

5

6-53

bits

octetos

7 6 5 4 3 2 1

VPI

VCIVPI

VCI

VCI PT CLP

HEC

Campo de Informações

0

Célula UNI Célula NNI

AT

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Arq

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de

Pro

toco

los

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Formato das Células ATM

� Identificador de Caminho Virtual� Serve para identificar o caminho virtual que está sendo utilizado pelas células de uma determinada conexão ATM.

� Possui 8 bits na UNI e 12 bits na NNI, o que permite que mais conexões possam ser estabelecidas no interior da rede.

� Permite identificar até 28 (256) caminhos virtuais na UNI e 212 (4096) caminhos virtuais na NNI.

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ Cam

ada

AT

M


46


� Identificador de Conexão Virtual� Serve para identificar a conexão virtual que está sendo utilizado pelas células de uma determinada conexão ATM.

� Possui 16 bits em ambas as interfaces.

� Permite identificar até 216 (65536) conexões virtuais.

Arq

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de

Pro

toco

los

/ Cam

ada

AT

M

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47


� Tipo de Carga� Este campo de 3 bits é usado para indicar qual o tipo de carga que está sendo transportada em uma célula ATM.

AUU = ATM-user-to-ATM-user indication

Valor binário Significado

000 Célula de dados de usuário. Congestionamento não experimentado. AUU= 0.

001 Célula de dados de usuário. Congestionamento não experimentado. AUU = 1.

010 Célula de dados de usuário. Congestionamento experimentado. AUU = 0.

011 Célula de dados de usuário. Congestionamento experimentado. AUU = 1.

100 Célula associada ao fluxo OAM F5 de segmento

101 Célula associada ao fluxo OAM F5 fim a fim

110 Célula de gerenciamento de recursos

111 Reservado para funções futuras

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ Cam

ada

AT

M


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� Prioridade de Perda de Célula� Este bit é usado para sinalizar quando uma célula está de acordo com um contrato de tráfego preestabelecido (CLP = 0) ou passível de ser descartada quando ocorre um congestionamento na rede (CLP = 1).

Arq

uite

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de

Pro

toco

los

/ Cam

ada

AT

M

25


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� Controle de Erro do Cabeçalho� Permite detectar e corrigir erros no cabeçalho das células.

� Utiliza códigos de conferência de redundância cíclica (CRC – Cyclic Redundancy Codes).

� Na transmissão, o código CRC é calculado sobre os 32 bits

do cabeçalho da célula a serem protegidos e armazenadono campo HEC.

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ Cam

ada

AT

M


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� Controle de Erro do Cabeçalho (cont.)� Na recepção, um novo código CRC é calculado e comparado com o código presente no campo HEC.

� Se ambos os códigos forem iguais, é assumido que nenhum erro ocorreu durante a transmissão.

� Se os códigos forem diferentes, é assumido que houveram erros.

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ Cam

ada

AT

M

26


51

Camada ATM

� Categorias de Serviço� Taxa de Bits Constante

� CBR – Constant Bit Rate

� Taxa de Bits Variável em Tempo Real� rt-VBR – Real-Time Variable Bit Rate

� Taxa de Bits Variável não em Tempo Real� nrt-VBR – Non-Real-Time Variable Bit Rate

� Taxa de Bits Disponível� ABR – Available Bit Rate

� Taxa de Bits Não Especificada� UBR – Unspecified Bit Rate

� Taxa de Frame Garantida� GFR – Guaranteed Frame Rate

AT

M /

Arq

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tura

de

Pro

toco

los


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Camada Física

� A camada física é responsável pela transmissão das células entre dois equipamentos ATM através de um enlace físico específico.

Usuário Final ATM Usuário Final ATM

Comutador ATM

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

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Interfaces Físicas

� Em principio o ATM pode usar qualquer meio físico/tecnologia capaz de carregar suas células.

Descrição Taxa (Mbps) Especificação

ATM 25.6 Mb sobre UTP-3 25.6 ATM Forum

51.84 Mb SONET STS-1 sobre UTP-3 51.84 ATM Forum

TAXI 100 Mb sobre MMF 100 ATM Forum

155 Mb FibreChannel sobre MMF 155.52 ATM Forum

155 Mb SONET STS-3c sobre SMF/MMF 155.52 ITU-T I.432

155 Mb SONET STS-3c sobre UTP-3 155.52 ATM Forum

155 Mb SONET STS-3c sobre UTP-5 155.52 ATM Forum

DS-1 1.544 ITU-T G.804

DS-3 44.736 ITU-T G.703

E1 2.048 ATM Forum

E3 34.368 ATM Forum

E4 139.264 ATM Forum

622 Mb SONET STS-12c 622.08 ATM Forum

Arq

uite

tura

de

Pro

toco

los

/ Cam

ada

Fís

ica

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