redes atm estrutura do trabalho conceito histórico características básicas modo de operação...
TRANSCRIPT
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