tutorial atm
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© Antônio M. Alberti 2010
Engenharia Elétrica
Modalidade Eletrônica
EE218 – Redes de Telecomunicações III
ATM
© Antônio M. Alberti 2010
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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.
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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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Principais Características
� 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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Principais Características
� 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.
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Principais Características
� 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).
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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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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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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.
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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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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
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
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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.
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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.
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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
Comutador ATM Comutador ATM
Tabela deEncaminha-mento
Tabela deEncaminha-mento
VPI=5VCI=32
10
210
210
212
0
VPI=7VCI=36
VPI=6VCI=34
VP A VP B VP C
VP - Virtual Path
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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
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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
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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.
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Encaminhamento das Células ATM
� Tabela de Encaminhamento x Identificadores Virtuais
Usuário FinalATM
Usuário FinalATM
Comutador ATM Comutador ATM
Circuito Virtual 1
Tabela deEncaminha-mento
Tabela deEncaminha-mento
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
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CircuitoVirtual
PortasEntrada
PortasSaída
PortasEntrada
PortasSaída
VPI=7VCI=36
VPI=6VCI=34
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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
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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.
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Estabelecimento dos Circuitos Virtuais
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
Comutador ATM Comutador ATM
Mensagem deSinalização
SETUP SETUP SETUP
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Estabelecimento dos Circuitos Virtuais
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
Comutador ATM Comutador ATM
Mensagem deSinalização
SETUP SETUP SETUP
CALLPROCEDING
CALLPROCEDING
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Estabelecimento dos Circuitos Virtuais
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
Comutador ATM Comutador ATM
SETUP SETUP SETUP
CALLPROCEDING
CALLPROCEDING
CONNECTCONNECTCONNECT
Circuito Virtual 1
Tabela deEncaminha-mento
Tabela deEncaminha-mento
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Estabelecimento dos Circuitos Virtuais
4. Connect Acknowledge� A rede envia uma mensagem para o destinatário ATM
avisando que o circuito virtual está completo.
Usuário FinalATM
Usuário FinalATM
Comutador ATM Comutador ATM
SETUP SETUP SETUP
CALLPROCEDING
CALLPROCEDING
CONNECTCONNECTCONNECT
CONNECT ACK CONNECT ACK
Circuito Virtual 1
Tabela deEncaminha-mento
Tabela deEncaminha-mento
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Estabelecimento dos Circuitos Virtuais
5. Data� O usuário fonte inicia a transmissão de dados no formato
de células ATM.
Usuário FinalATM
Usuário FinalATM
Comutador ATM Comutador ATM
DATA
1 1 1
Circuito Virtual 1
Tabela deEncaminha-mento
Tabela deEncaminha-mento
Célula ATMCabeçalhoidentifica oCircuito Virtual 1.
SETUP SETUP SETUP
CALLPROCEDING
CALLPROCEDING
CONNECTCONNECTCONNECT
CONNECT ACK CONNECT ACK
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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
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Arquitetura de Protocolos
� Camada de Adaptação ATM
� Camada ATM
� Camada Física
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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.
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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
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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)
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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)
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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
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/ AA
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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.
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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
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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.
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Pro
toco
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/ Cam
ada
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Formato das Células ATM
� 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.
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de
Pro
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/ Cam
ada
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Formato das Células ATM
� 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
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de
Pro
toco
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/ Cam
ada
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Formato das Células ATM
� 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).
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Pro
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/ Cam
ada
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Formato das Células ATM
� 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.
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Pro
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/ Cam
ada
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Formato das Células ATM
� 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.
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/ Cam
ada
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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
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de
Pro
toco
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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
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© Antônio M. Alberti 2010
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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
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