3-ATM

(1)

Cortesia: © Antônio M. Alberti 2005 Sebastião Rodrigues de Aguiar Filho

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Modo de Transferência Assíncrono

Superposição das Redes

9 A rede de telecomunicações atual é uma rede baseada em tecnologias diversas.

Resultado: Uma enorme quantidade de redes para suportar os diversos serviços de

telecomunicações.

(2)

Convergência de Tecnologias

9 Meta: rede mundial única, flexível capaz de transportar todos os serviços

Tecnologias de Comutação

Histórico

9 Comutação de Circuitos

9 Comutação de pacotes

9 Frame Relay

9 Cell Relay

9 A tecnologia de comutação de circuitos permitiu o aparecimento das redes

telefônicas e de dados por circuitos comutados. Com a tecnologia de

comutadores de pacotes surgiu a rede de dados por pacotes comutados.

Evoluindo para o frame Relay e atualmente o Cell relay. Cada uma dessas

tecnologias com sua rede própria.

(3)

Comutação de Circuitos

Rede Digital

(4)

Características da Comutação de Circuitos

9 Conexão do Tipo Ponto-a-Ponto

9 Recursos Dedicados Durante a Conexão

9 Conexão Simples e Transparente

9 Todo Tipo de Serviço

9 Banda de Transmissão de kb/s a Gb/s (comutação em

64k)

9 Banda Disponível corresponde a velocidade do enlace

Comutação de Pacotes

9 O fluxo de dados normalmente é em rajadas (“burst”). A

comutação por pacotes foi desenvolvida para atender a essas

características.

9 Técnica tipo store-and-forward. Neste caso, o comutador espera

acumular um certo número de bytes de dados para enviar para o

destino.

9 Os circuitos físicos são usados de forma não dedicada. Faz-se

várias conexões lógicas multiplexando uma única conexão física.

9 Permite múltiplos usuários compartilharem facilidades e banda da

rede.

9 O tráfego é agregado estatisticamente (TDM estatístico) de modo

a maximizar a utilização de banda de transmissão de acordo com

a demanda.

9 Recebe pacotes de tamanhos variados. Como exemplo tem-se

X.25, cujos pacotes na prática variam de 128-512 bytes.

(5)

Comutação de Pacotes

(6)

Transporte em redes por comutação de pacotes

Várias conexões lógicas são multiplexadas numa única conexão física.

As janelas no tempo são alocadas dinamicamente, sob demanda e

estão disponíveis para qualquer usuário que tenha informação a

transmitir.

Cada transmissão deve conter um rótulo para identificar o dono da

informação.

Comutação de Circuitos

(7)

Características da Comutação por Pacote

9 Conexão do tipo: ponto-a-ponto e ponto-multiponto: Isso

permite a transferência de dados para um ou mais usuários

simultaneamente.

9 Compartilhamento da banda de transmissão: isto ocorre em

função de se utilizar o mesmo circuito físico de forma não

dedicada. Isto permite multiplexar várias conexões lógicas numa

única conexão física.

9 Depende do tipo de protocolo. A rede de pacotes não é

transparente a protocolos. Cada rede de pacotes utiliza

protocolos distintos (por exemplo: X.25, frame relay, Internet).

9 Introdução de atrasos variáveis: é função dos pacotes de

tamanhos variáveis, verificação de erros nó a nó e retransmissão.

9 Bom para dados e ruim para tráfego constante. É adequado a

aplicações com taxa de transmissão variável, tráfego em rajadas.

Não é ideal para aplicações sensíveis a atrasos (ex: voz).

9 Banda e velocidade limitados. Não é considerado bom para

transmissão de dados a alta velocidade, devido aos atrasos

ocorridos em função dos mecanismos de proteção utilizados ao

(8)

Frame Relay

Frame Relay - Características

9 Conexão ponto-a-ponto e ponto-multiponto.

9 Banda de até 34 Mbps. A banda é alocada por demanda.

9 Compartilhamento de banda - trabalha com multiplexação

estatística do sinal.

9 Introduz atrasos variáveis, em função dos pacotes serem de

tamanhos variáveis.

9 Apresenta mecanismo de informação de congestionamento da

rede, e mecanismo de controle, descartando, quando necessário,

quadros marcados com baixa prioridade

9 Vantagens: Bom para dados

9 Desvantagens: Ruim para tráfego DBR (CBR), não suporta

aplicações de tráfego sensível a atrasos.

(9)

Cell Relay

9 Nos comutadores de células, as informações dos usuários são

carregadas em pacotes de comprimento fixo, chamados de

células.

9 Realiza a multiplexação de várias conexões lógicas em uma única

conexão física.

9 As células são transmitidas em fluxo contínuo de bits. Se

nenhuma informação é carregada, células vazias são transmitidas

para manter o fluxo.

9 Suporta todo tipo de tráfego.

(10)

Cell Relay - Características

9 Permite conexão ponto-a-ponto e ponto-multiponto.

9 Compartilhamento de banda -a alocação de banda de

transmissão é realizada sob demanda e compartilhada por várias

conexões.

9 Banda em função exclusivamente do meio físico utilizado (ordem

de Gbps)

9 Células pequenas de Tamanho Fixo (células de 53 bytes).

9 Atrasos pequenos e pouco variáveis -as células de tamanho

pequeno e uniforme. Bom para dados e taxa constante -trata

qualquer tipo de tráfego

.

Cell Relay – Vantagens X Desvantagens

Vantagens:

9 Atrasos determinísticos (células fixas)

9 Suporta todo tipo de serviço (voz, dados, vídeo)

9 Permite transferência de informações de diferentes naturezas

de maneira combinada.

Desvantagens:

9 Não opera de maneira otimizada para nenhum tipo de serviço

9 Requer infra estrutura de comunicação pouco susceptível a

erros e com altas taxas de transmissão

9 Overhead introduzido pela presença do cabeçalho em cada

célula.

(11)

ATM

9 Definição

9 Principais Características

9 Aspectos Fundamentais

9 Arquitetura de Protocolos

9 Gerenciamento de Tráfego

Definição

9 ATM (Asynchronous Transfer Mode ou Modo de

Transferência Assíncrono).

à

Modo de Transferência é o termo usado pelo ITU-T para

descrever a tecnologia que cobre os aspectos de

transmissão

,

multiplexação

e

comutação

.

à

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.

à

O ATM

é uma tecnologia de comutação de pacotes baseada

em circuitos virtuais.

(12)

Principais Características

9 Utiliza pequenos

pacotes

de tamanho

fixo

(53 bytes),

chamados de

células

, para transportar voz, dados e vídeo

sobre uma mesma rede de alta velocidade.

9 A funcionalidade do cabeçalho (5 bytes) das células ATM é

mínimo

.

9 O campo de informações das células ATM é relativamente

pequeno

(48 bytes).

à

Este valor otimiza os fatores conflitantes:

Atraso na rede.

Eficiência de transmissão.

Complexidade de implementação.

ATM

Principais Características

9 Realiza a

adaptação

do fluxo de informações para cada

tipo de serviço.

9 Utiliza

conexões virtuais

para transportar dados entre uma

fonte e um destino, sobre um mesmo enlace físico.

9 De forma geral, não realiza

nenhum

controle de erro

e de

fluxo

na

camada de enlace

(serviço não orientado a

conexão e sem confirmação).

(13)

Principais Características

9 Prove um serviço de transmissão

orientado a conexão

.

à

Uma conexão deve ser estabelecida na rede antes que

qualquer informação seja transmitida entre duas estações.

9 Prove suporte à

qualidade de serviço

.

à

Cada conexão pode ter os seus próprios pré-requisitos de

qualidade de serviço.

à

O suporte de QoS por conexão habilita as redes ATM a

atender

qualquer

tipo atual de tráfego sobre uma mesma

rede.

ATM

Principais Características

9 Possibilita a

alocação dinâmica

de largura de faixa.

à

A alocação de largura de faixa é feita sob demanda.

9 É

independente

da tecnologia de transporte de células.

à

Em principio qualquer meio físico/tecnologia pode ser

utilizada para transportar células ATM.

9 É geograficamente

escalonável

.

à

Pode ser utilizado tanto em redes locais (LANs), como em

redes metropolitanas (MANs) e de longa cobertura (WANs).

(14)

Aspectos Fundamentais

9 Componentes de uma Rede ATM

9 Interfaces

9 Circuitos Virtuais ATM

ATM

Componentes de uma Rede ATM

9 Uma rede ATM consiste essencialmente de

quatro

equipamentos distintos:

à

Terminais Banda Larga (Hosts)

à

Comutadores (Switches)

à

Dispositivos de Borda (Edge Devices)

à

Enlaces (Links)

(15)

Interfaces

9 As seguintes interfaces foram definidas para o ATM:

à

UNI – User-to-Network Interface

à

NNI – Network-to-Network Interface

à

DXI – Data Exchange Interface

à

FUNI – Frame User-to-Network Interface

à

B-ICI – Broadband Intercarrier Interface

ATM / Aspectos Fundamentais

Circuitos Virtuais ATM

9 Estabelecimento dos Circuitos Virtuais

9 Encaminhamento das Células ATM

9 Canais Virtuais x Caminhos Virtuais

9 Classificação dos Circuitos Virtuais

(16)

Estabelecimento dos Circuitos Virtuais

9 Por ser uma tecnologia de

comutação de pacotes

baseada

em

circuitos virtuais

o ATM:

à

É orientado a conexão

.

à

Utiliza uma

rota fixa

para encaminhar todas as células ATM

de um mesmo circuito virtual.

à

Estabelece os circuitos virtuais através do encaminhamento

de

mensagens de sinalização

.

à

Utiliza um

protocolo de roteamento

para enviar as

mensagens de sinalização.

Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Estabelecimento dos Circuitos Virtuais

5. Data

9 O usuário fonte inicia a

transmissão de dados

no formato

de células ATM.

Usuário Final ATM

Usuário Final ATM Comutador ATM Comutador ATM

1 1 ₁ Circuito Virtual 1 Tabela de Encaminha-mento Tabela de Encaminha-mento Célula ATM Cabeçalho identifica o Circuito Virtual 1. SETUP _SETUP SETUP CALL PROCEDING CALL PROCEDING CONNECT CONNECT CONNECT

(17)

Encaminhamento das Células ATM

9 O encaminhamento das células ATM através da rede é

baseado em

dois

elementos:

à

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)

à

Tabela de Encaminhamento

Relaciona o circuito virtual com as

portas de entrada

,

saída

e com os

identificadores virtuais

presentes no cabeçalho das células ATM.

Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Encaminhamento das Células ATM

9 Tabela de Encaminhamento

x

Identificadores Virtuais

Usuário Final

ATM Usuário FinalATM

Comutador ATM Comutador ATM Circuito Virtual 1 Tabela de Encaminha-mento Tabela de Encaminha-mento VPI=5 VCI=32 1 0 2 1 0 2 1 0 2 1 2 0 Entrada Saída Porta VPI VCI Porta VPI VCI

2 6 34 2 7 36 Tabela de Encaminhamento 1 Circuito Virtual Entrada Saída

Porta VPI VCI Porta VPI VCI

2 5 32 2 6 34 Tabela de Encaminhamento 1 Circuito Virtual Portas

Entrada PortasSaída EntradaPortas PortasSaída

VPI=7 VCI=36 VPI=6

VCI=34

(18)

Caminhos Virtuais x Canais Virtuais

9 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

VPL

VCL VCL VCL

VPC

VCC VCC VCC

Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Caminhos Virtuais x Canais Virtuais

9 Funcionamento do Comutador

VCC 1

VP 7

VP 5

VC 32 VC 33 VC 34 VC 35 VC 36 VC 37

Comutador

Porta 1

Porta 2

VCC 2 VCC 3

Célula ATM

Porta 2

Porta 1

Comutador

Ponto de vista físico

Matriz de Comutação

Enlace físico Tabela de

Encaminhamento VPI=5 VCI=33 VPI=5 VCI=32 VPI=7 VCI=35 VPI=8 VCI=37

(19)

Classificação dos Circuitos Virtuais

9 Conexões Virtuais Permanentes (PVC)

à

Neste caso, o estabelecimento da conexão é realizada pelo

operador da rede, através de comandos de gerência,

permanecendo estabelecida enquanto houver interesse de ambas

as partes.

9 Conexões Virtuais Chaveadas (SVC)

à

Neste caso, o estabelecimento/liberação se dá por sinalização,

ficando estabelecida quando do interesse de uma conexão.

9 Conexões Virtuais Semipermanentes (SPVC)

à

Uma soft PVC é constituída de dois tipos de conexões: uma parte

PVC e uma parte SVC. A PVC conecta o usuário ao comutador de

acesso e a SVC ocorre no núcleo da rede.

Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Modelo de Referência de Protocolos da B-ISDN

9 O

Modelo de Referência de Protocolos da B-ISDN

(B-ISDN

PRM – B-ISDN Protocol Reference Model) foi apresentado

pelo ITU-T na Recomendação

I.321 .

(20)

Modelo de Referência de Protocolos da B-ISDN

9 A Figura anterior ilustra o modelo de referência definido

para a B-ISDN, o qual contém 3 planos separados: o plano

do usuário, o plano de controle e o plano de gerência

9 Cada plano é ainda subdividido em camadas: a camada

física, a camada ATM e a camada AAL (“ATM Adaptation

Layer”).

9 O plano do usuário é utilizado para a transferência de

informação fim-a-fim entre usuários.

9 O plano de controle refere-se às funções de controle de

conexões (sinalização). Sinalização é um mecanismo de

troca de mensagens para estabelecimento/liberação de

conexões na rede. O plano de controle é responsável pelo

estabelecimento/liberação das conexões comutadas

(SVCs -“Switched Virtual Connections”).

ATM / Arquitetura de Protocolos

Modelo de Referência de Protocolos da B-ISDN

9 O plano de gerência é responsável por estabelecer/liberar

conexões permanentes (“Permanent Virtual Connections”

-PVCs).

9 O plano de gerência provê funções de operações e

gerenciamento na rede. São definidos dois tipos de

gerenciamento: o gerenciamento de camada (cada

camada é supervisionada e são detectadas falhas e

anomalias específicas de cada camada) e um plano de

gerenciamento relacionado à arquitetura ATM como um

todo.

(21)

9 Esta figura permite uma visualização de como as informações do usuário são tratadas

em cada camada.

9 1 -As diversas fontes de tráfego são entregues na camada superior (aplicação) tais

como; voz, dados, vídeo, multimídia. Cada uma com suas características.

9 2 -A camada AAL faz uma adaptação dessas informações, a fim de que possam ser

tratadas pela camada seguinte.

9 3 -A camada ATM de posse das informações do usuário, já no formato adequado, coloca

o header, multiplexa as informações dos usuários e as mapeia sobre conexões

estabelecidas sobre a camada física.

9 4 -A camada física, por sua vez, trata essas células de forma a se adaptar ao meio de

transmissão sobre o qual elas serão transportadas.

Camada Física

Objetivo

Interfaces Físicas

Camada Física Camada ATM Camada de Adaptação ATM de Sinalização Camada de Adaptação ATM Protocolos de

Sinalização ATM Superiores da RedeCamadas Plano de Gerenciamento Plano de Controle Plano de Usuário Ger enc ia m ent o de P lanos Gerenc ia m ent o de C am adas

ATM

(22)

Objetivo

9 A camada física é a camada responsável pelo acesso das

células ao meio de transmissão, isto é, adapta o fluxo de

células ao meio de transmissão, qualquer que seja a

tecnologia de transporte de bits -Plesiócrono(PDH),

SONET/SDH, transmissão sobre fibras ou par trançado.

Usuário Final ATM Usuário Final ATM Comutador ATM

ATM / Arquitetura de Protocolos / Camada Física

(23)

Camada Física – Geração do HEC

ATM / Arquitetura de Protocolos / Camada Física

Camada Física – Geração do HEC

(24)

Camada Física – Geração do HEC

ATM / Arquitetura de Protocolos / Camada Física

Camada Física – Delineamento de Células

9 Na recepção:No estado de BUSCA, o processo de

delineamento é realizado checando o campo do header bit

a bit. Uma vez encontrado um header válido, o método

entra no estado PRESYNC.

9 No PRESYNC , o processo de delineamento é realizado

verificando-se célula a célula. Se encontra erro, o processo

retorna ao estado de BUSCA.

9 Confirmando-se delta vezes consecutivas, passa para o

estado SINC. Se ocorrem alfa HEC´s inválidos

consecutivos , o sistema volta para o estado de busca.

9 Para SDH, alfa = 7, delta = 6.

(25)

Camada Física – Interfaces Físicas

9 Em princípio, o ATM pode usar qualquer meio

físico/tecnologia capaz de carregar suas células.

ATM / Arquitetura de Protocolos / Camada Física

Camada Física – Mapeamento de Células

(26)

Camada Física – Mapeamento de Células

ATM / Arquitetura de Protocolos / Camada Física

Camada Física – Mapeamento de Células

9 A duração do quadro STM-N é de 125 µs. No STM-1 são

transmitidos (270x9x8) bits a cada 125 µs, que resulta

numa taxa de 155 Mbps.

(27)

Camada Física – Mapeamento de Células

9 Quando mapeadas na SDH, as células são colocadas em

seqüência dentro dos VCs da SDH.

9 Como o tamanho da célula ATM não é múltiplo do quadro

SDH, a última célula inserida terá uma parte de seu

payload no próximo quadro SDH.

9 Quando mapeadas na rede PDH, por exemplo no quadro

de 2 Mbits/s, as células são colocadas seqüencialmente

nos slots 1 a 15 e 17 a 31.

9 O slot 0 é reservado para alinhamento e o slot 16 para

sinalização como no quadro tradicional.

ATM / Arquitetura de Protocolos / Camada Física

Camada Física – Mapeamento de Células

9 No modo “cell based” – baseado em células, as células

são mapeadas diretamente nos meios físicos sem o SDH

ou o PDH.

9 As células são inseridas de forma seqüencial e a cada 26

células, uma célula de OAM (Operação Administração e

Manutenção) é inserida para o gerenciamento da rede.

(28)

Camada Física – Mapeamento de Células

ATM / Arquitetura de Protocolos / Camada Física

Camada Física – Exercícios

1. Considerando que as células ATM são transportadas no sinal

STM1,qual a taxa aproximada para transportar o payload das

células ATM?

Resp.: 135,632 Mbps.

2. Supondo que todo o payload de um sistema STM-1 é ocupado por

células ATM com dados de usuário, qual o tempo aproximado

necessário para transferir um arquivo de 128 kbytes entre 2

usuários?

Resp.: t=7,5 ms

3. Considerando o transporte de um canal de voz a 64kbps no payload

de um sinal STM-1, de quantas em quantas células seria enviada

uma célula do canal de voz?

Resp.: uma célula de voz é transportada a cada 2119 células.

4. Supondo que todo o payload de um sinal STM-1 é ocupado por

células ATM com dados de usuário e o sistema ATM tivesse que

transportar um canal de voz a 64kbps por 15 minutos. Quantas

células seriam enviadas com o canal de voz nos 15 min?

(29)

Camada ATM

9 Objetivo

9 Formato das Células

9 Canais Virtuais x Caminhos Virtuais

Camada Física Camada ATM Camada de Adaptação ATM de Sinalização Camada de Adaptação ATM Protocolos de Sinalização ATM Camadas Superiores da Rede Plano de Gerenciamento Plano de Controle Plano de Usuário Gerenc ia m ent o de P lanos Gerenc ia m ent o de C am adas

ATM / Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Camada ATM

9 A camada ATM é responsável por um

grande número de

funções

, dentre as quais podemos destacar:

à

Identificação da Conexão

à

Multiplexação das Conexões

à

Transmissão das Células Seqüencialmente

à

Processamento do Header

à

Suporte à Sinalização

à

Suporte à Gerência

(30)

Formato das Células ATM

9 Campos do Cabeçalho da Célula UNI:

à

Controle de Fluxo Genérico (GFC - Generic Flow Control)

à

Identificador de Caminho Virtual (VPI - Virtual Path Identifier)

à

Identificador de Conexão Virtual (VCI - Virtual Channel Identifier)

à

Tipo de Carga (PT - Payload Type)

à

Prioridade de Perda de Célula (CLP - Cell Loss Priority)

à

Controle de Erro do Cabeçalho (HEC - Header Error Control)

7 6 5 4 3 2 1 1 VPI VCI VPI 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 VCI VPI VCI VCI PT CLP HEC Campo de Informações 0

Célula UNI

Célula NNI

(31)

Camada ATM – Conexões Virtuais

ATM / Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Camada de Adaptação ATM - AAL

(32)

Classificação de Serviços

9 A Recomendação I.362 classifica os serviços a serem

atendidos pela a AAL e define protocolos designados para

atender cada

classe de serviço

.

ATM / Arquitetura de Protocolos / AAL

Camada de Adaptação ATM - AAL

Desempenho da rede e QoS – Contrato de Tráfego

(33)

Resultados de Transferência de Células ATM

ATM / Arquitetura de Protocolos

9 Considerando-se dois eventos de referência de transferência de

células, CR1e CR2 nos pontos de medida MP1e MP2,

respectivamente, um certo número de resultados de transferência de

células pode ser definido. Uma célula transmitida pode ser transferida

com sucesso, carimbada, errada ou perdida. Uma célula recebida à

qual não corresponde nenhuma célula transmitida é dita ser inserida

incorretamente.

Resultados de Transferência de Células ATM

(34)

9 Razão de Células Erradas (CER)

Razão de Células Perdidas (CLR)

Parâmetros de Desempenho ATM

ATM / Arquitetura de Protocolos

9 Taxa de Células Inseridas Incorretamente (CMR)

• ∆t = intervalo de tempo

• Por definição, uma célula inserida incorretamente é uma

célula recebida que não tem uma célula transmitida

correspondente na conexão considerada. Portanto este

parâmetro de desempenho não pode ser expresso como

razão e sim como taxa

Parâmetros de Desempenho ATM

(35)

Qualidade de Serviço

Quality of Service - QoS

ATM / Arquitetura de Protocolos

Qualidade de Serviço

Quality of Service - QoS

9 U - não especificado

9 D - default