ATM - Asynchronous Transfer Mode

1

Transfer Mode

por Fernando Luís Dotti

vide referências bibliográficas para fontes utilizadas nestas transparências

Sumário

n

Introdução

n

Nível Físico

n

Nível ATM

n

Serviços em redes ATM

n

Nível AAL

3

n

Comunicação:

– Rádio

– rede telefônica – cable TV

– rede de telefonia celular – redes de dados

– …

n

--> CUSTOS

Introdução - Motivação

n

Comunicação:

– operadoras mais comuns: companhias de telefonia – adaptações da rede telefônica para dados

– faixa de mercado -> dados

5

n

Custos:

– Por que não condensar tudo em uma infraestrutura única ?

– --> Integração de Serviços

n

Rede apropriada

– remodelar

Introdução - Motivação

n

ISDN (ou RDSI)

– Integrated Service Digital Network.

– ISDN original baseada em redes de telefonia digital -para canais de voz: amostras de 8 bits com freqüência de 8kHz - canais básicos de 64 kbit/s

– diferentes combinações de canais para diferentes necessidades

7

n

B-ISDN (ou RDSI-FL)

– BroadBand-Integrated Service Digital Network.

– Tem o objetivo de fornecer de uma forma padronizada serviços como:

- vídeo sob demanda - interconexão de LANs - televisão ao vivo - vídeo conferência - telefonia.

Introdução - Histórico

n

1984: Proposta de padronização em telecomunicações

- ISDN

n

ISDN = uma rede que provê conectividade digital fim a

fim para suportar uma grande variedade de serviços,

na qual usuários tem acesso por um conjunto limitado

de padrões de interface usuário-rede.

n

B-ISDN = canais de transmissão capazes de suportar

altas taxas.

B-9

(1991)

n

fabricantes de computadores juntaram-se as

companhias telefônicas

n

Membros:

– mais de 700 organizações

– provedores de equipamentos de rede

– fabricantes de semicondutores

– provedores de serviços

– universidades

– usuários

n

As especificações são submetidas ao ITU-T para

aprovações. Ftp://ftp.atmforum.com/pub/specs

Introdução - Problema

n

Tipos de tráfegos a considerar para uma rede

integrada:

n

aplicações sensíveis e insensíveis a

– tempo, vazão e perda de pacotes – combinações:

• sem atraso, perda ok, vazão garantida • sem perda, atraso ok, vazão garantida

11

n

Tráfego elástico:

– pode ajustar-se, em largos intervalos, a mudanças no atraso e vazão, ainda satisfazendo as necessidades da aplicação

n

Tráfego inelástico:

– dificilmente se adapta a mudanças de atraso e vazão – parâmetros “rígidos”: vazão, atraso, variança no

atraso, perda de pacotes

Introdução - Por que ATM ?

n

Uma tecnologia surgida de um consenso

internacional

n

ATM é um método de comunicação usado para

LANs e WANs

n

Acomoda tráfego inelástico (multimídia

tempo-real) e elástico - uma rede para todo tráfego

n

QoS considerada desde o projeto da rede

13

n

capacidade de migração incremental (garantida

pelas padronizações)

n

gerenciamento de rede simplificado por usar a

mesma tecnologia para todos os níveis da rede

em LANs, MAN, WAN public/private)

n

Projeto escalável e flexível em:

– largura de banda – distância geográfica – número de usuários

15

n

Modo de transferência para implementar B-ISDN

n

Modo de transferência: maneira de transmitir e

comutar informação em uma rede

n

Proposta: prover canais de alta velocidade para

a transferência de qualquer tipo de informação

células

– ATM é um comutador de pacotes de alta velocidade

ATM - Arquitetura

Plano de Gerenciamento

Plano de

Controle Plano de Usuário

Níveis Superiores Nível de Adaptação ou AAL Nível de Rede ATM

Subnível AAL de Convergência CS (Convergence Sublayer) Classes que dependem do tipo de Serviço Subnível AAL de Segmentação e Remontagem SAR

(Segmentation and Reassembling) Subnível ATM de Canal Virtual, VC (Virtual Channel)

Subnível ATM de Rota Virtual, VP (Virtual Path) Níveis Superiores dependentes do tipo

de Serviço ou Aplicação

17

n

User Plane

– Transferência de informações do usuário

n

Control Plane

– Funções de controle; estabelecer, supervisionar e liberar uma conexão.

n

Management Plane

– Layer Management – gerência de recursos e parâmetros associados aos protocolos das camadas; OAM.

– Plane Management – gerência de funções associadas ao sistema como um todo, proporcionando coordenação entre os planos.

ATM - Camada Física

n

Dividida em 2 subcamadas

– physical medium e transmission convergence

Plano de

Controle Plano de Usuário Níveis Superiores Nível de Adaptação ou AAL Nível de Rede

Subnível AAL de Convergência CS (Convergence Sublayer) Classes que dependem do tipo de Serviço Subnível AAL de Segmentação e Remontagem SAR

(Segmentation and Reassembling) Subnível ATM de Canal Virtual, VC (Virtual Channel)

Níveis Superiores dependentes do tipo de Serviço ou Aplicação

19

n

Dividida em 2 subcamadas

– physical medium

• bit timing - geração e recepção de sinal apropriado para o meio de transmissão

– transmission convergence

• geração e recuperação de frame • delineação de célula

• geração verificação de HEC

• desacoplamento de taxa de células - insere células vazias se tráfego não alcança taxa do sistema de transmissão

ATM - Camada Física

n

Analogia

– interface de rede

– A camada física e de enlace do OSI corresponde

a física no ATM

21

n

SONET (“Synchronous optical network”)

– Taxas de transmissão definidas como múltiplos de 51.840 MB/s (OC-1 channels)

– Um canal OC-3 é capaz de carregar 3 canais OC-1, ou 155.520 MB/s. OC-12 = 622.080 MB/s

n

SDH (“Synchronous Digital Hierarchy”)

– baseado no SONET

– canais de 155.520 MB/s ou 622.080 MB/s

ATM - Camada Física

n

SDH

– síncrono

• transferência mesmo sem dados

– eqtos trocam frames de tamanho fixo em intervalos fixos de tempo

– SDH a 155.520 Mbit/s

• frame de 9 x 270 bytes a 8 kHz = 155.520 Mbit/s • úteis: 9 x 260 a 8 kHz = 149.260 Mbit/s

23

n Hierarquia Digital Síncrona SDH/SONET

Designação Designação

SONET SDH Taxa Taxa útil

(ANSI) (ITU-T) [Mbit/s] [Mbit/s]

STS-1 (OC-1) - 51,84 50,112 STS-3 (OC-3) STM-1 155,52 150,336 STS-9 (OC-9) STM-3 466,56 451,008 STS-12 (OC-12) STM-4 622,08 601,344 STS-18 (OC-18) STM-6 933,12 902,016 STS-24 (OC-24) STM-8 1244,16 1202,688 STS-36 (OC-36) STM-12 1866,24 1804,o32 STS-48 (OC-48) STM-16 2488,32 2405,376

STS: Sinchronous Transport Signal STM: Sinchronous Transport Module ANSI: American Nacional Standard Institute OC: Optical Carrier

ATM - Camada Física

1 byte H 1 H 2 H 3 S P E - S y n c h r o n o u s P a y l o a d E n v e l o p e 87 bytes 3 bytes 90 bytes S O H Section over H e a d (3 bytes) L O H Line over H e a d (6 bytes) Total de

9 bytes Path overP O H

25 SPE do STS-3 (261 bytes) 9 bytes 270 bytes SOH Section over Head (3 bytes) LOH Line over Head (6 bytes) Total de 9 bytes

SPE de STS-1 SPE de STS-1 SPE de STS-1

Exemplo de STS –3 (155,52 Mbit/s)

ATM - Camada Física

n

Existem, entretanto, interfaces com taxas abaixo

27 Plano de Gerenciamento

Plano de

Controle Plano de Usuário Níveis Superiores Nível de Adaptação ou AAL Nível de Rede ATM Nível Físico PM

Subnível AAL de Convergência CS (Convergence Sublayer) Classes que dependem do tipo de Serviço Subnível AAL de Segmentação e Remontagem SAR

(Segmentation and Reassembling) Subnível ATM de Canal Virtual, VC (Virtual Channel)

Subnível ATM de Rota Virtual, VP (Virtual Path) Subnível de Convergência de Transmissão, TC (Trans. Conv.)

Subnível PM Dependente do Meio, PMD (Physical Medium Dependent) Níveis Superiores dependentes do tipo

de Serviço ou Aplicação

Sub-plano de gerenciamento de camadas

ATM - Camada ATM

n

Tecnologia baseada em comutação (“switched

based technology”)

n

O serviço ATM é também chamado

“cell-relaying”

n

A mensagem é segmentada em tamanho fixo de

53 bytes.

n

As células são transmitidas através de conexões

29

n

Transmissão, chaveamento, recepção

n

controle de congestionamento

n

inserção e retirada de headers das células

n

translação de endereços

ATM - Camada ATM

n

Serviço

31

n

Serviço

de circuito virtual

n

usado em ATM

33 Níveis Superiores AAL ATM FISICO ATM FISICO ATM FISICO Níveis Superiores AAL ATM FISICO REDE ATM Equipamento Terminal (TE) Equipamento Terminal (TE)

Protocolo de Adaptação ATM fim a fim

Nó 1 Nó 2

Interface UNI Interface NNI Interface UNI

ATM - Camada ATM

n

Célula

– pequeno pacote, tamanho fixo

– circuito virtual estabelecido no início - decisão da rota apenas uma vez

– atribuição de label

– uso de label ao invés de endereços - economia – chaveamento em alta velocidade

35

UNI NNI

Tannenbaum: “... gfc ... bug in the standard...”

ATM - Camada ATM

Canal 1 Canal 2 ... Canal n Canal 1 Canal 2 ... C a n a l 1 C a n a l 5 N ã o u s a d o C a n a l 1 C a n a l 7 C a n a l 5 ...

Síncrono

Assíncrono

37

Campos do cabeçalho ATM

n

GFC – Generic Flow Control. 4 bits

.

– Usado pelo mecanismo de controle de fluxo na UNI. É um bug no padrão [TAN97, p. 515]; O controle de fluxo não existe, raramente usado [HAN97, p. 88].

n

VPI – Virtual Path Identifier. 8 bits.

– Usado para direcionar células dentro da rede ATM (roteamento).

n

VCI – Virtual Channel Identifier. 16 bits.

– Mesma função da anterior.

ATM - Camada ATM

Campos do cabeçalho ATM

n

PT – Payload Type. 3 bits.

– Tipo de dados sendo carregado pelas células.

– Separa dados de controle e sinalização, dos dados do usuário.

– Usado para manutenção de um circuito virtual (ou funções de adaptações de serviço).

– O tipo de célula é fornecido pelo usuário, e as

informações sobre o congestionamento são fornecidas pela rede.

39

Codificação do Payload Type Identifier- PTI (3bits)

PTI _{Tipo de Célula Significado}

000 Célula não experimentou Célula continuação de uma SAR-SDU

001 Célula de congestionamento Última Célula de uma SAR-SDU 010 Usuário Célula experimentou Célula continuação de uma SAR-SDU

011 congestionamento Última Célula de uma SAR-SDU

100 Células OAM Célula OAM associada ao fluxo F5 (nível de segmento de VCC ) 101 Operation Administration

& Maintenance Célula OAM associada ao fluxo F5 (fim a fim de uma VCC)

110 Célula RM

Resource Management

Célula com informação de gerenciamento de recursos ( Ex. banda a nível de enlace ou, no serviço ABT - ATM Block Transfer, como delimitador de bloco)

111 Reservado Uso futuro

ATM - Camada ATM

Campos do cabeçalho ATM

n

CLP – Cell Loss Priority. 1 bit.

– Se = 1 a célula tem baixa prioridade. Se = 0, tem alta prioridade e é menos provável para ser descartada.

n

HEC – Header Error Correction. 8 bits.

– Checksum para os 4 octetos do cabeçalho. – É processado na camada física.

41 n

Abstrações

ATM - Camada ATM

Terminologia na Conexão de uma Rota Virtual/Canal Virtual Canal Virtual

VC Virtual Channel Termo genérico para descrever o transporte

unidirecional de células ATM associado a um único identificador VC (VCI)

VCI Virtual Channel

Identifier

Identificador de um determinado enlace VC para um dado VP

VCL Virtual Channel Link Enlace formado desde um ponto de designação

VCI até um ponto onde este VCI é traduzido

VCC Virtual Channel

Connection

Concatenação de diversos VCLs entre dois pontos que podem ser usuário/usuário,

43

Rota Virtual

VP Virtual Path Termo genérico para descrever o transporte

unidirecional de células ATM em VCs associados a um único identificador VP (VPI)

VPI Virtual Path Identifier Identifica um enlace particular VP

VPL Virtual Path Link Um grupo de enlaces VCs, identificado por um

VPI, desde o ponto de designação até o ponto de tradução deste VPI .

VPC Virtual Path Connection Concatenação de VPLs que se estende desde o

ponto de designação dos VCIs até o ponto onde são traduzidos ou removidos. VPCs podem se estender entre usuário/usuário, usuário/rede ou rede/rede.

45 VPL x (VPI l) e VCL s (VCI f) VC Switch B VC Switch A VC Switch C (Cross Connect) A B C VCC 1 VCC 2 VCC 3 VCC 4 X Y Z VCC 3 VCC x VCC y VCC 2 VPC c VPC a VPC c VPC b VPC d VPC d VPC e VPC e VPL w (VPI k) e VCL r (VCI 1) VPC f VPC g VPL y (VPI m) e VCL t (VCI g) VPL z (VPI n ) e VCL u (VCI h)

ATM - Camada ATM

VC Switch VP Switch Porta Porta Porta Porta

47

n

Resumindo VPI e VCI

– O VPI é usado para distinguir diferentes links VP que são multiplexados na camada ATM dentro do mesma camada física numa interface.

– Diferentes links VC dentro de um VPC são identificados pelos seus VCIs individuais

– Dois VCs pertencentes a diferentes VPs na mesma

interface podem ter valores VCIs idênticos.

Conseqüentemente VCI e VPI são necessários para identificar corretamente um VC.

ATM - Camada ATM

n

Canais comutados (SVC – switched virtual

channel), alocados conforme a demanda (ex.:

chamadas telefônicas)

n

Canais permanentes (PVC – Permanent Virtual

Channel), em geral alocados por uma entidade

administrativa de forma estática; permanecem

conectados por meses ou anos

49

n

assegura que a célula seja enviada sobre a

conexão correta (chaveamento – em função dos

identificadores de conexão)

n

equivale a camada de rede (entretanto, muitas

instalações usam a camada ATM como de

enlace, porque o IP vai em cima dela)

n

monitora a taxa de transmissão

n

garante “cell sequence integrity”

ATM - Camada ATM

n

trata do formato da célula e conexões fim a fim

n

multiplexação/desmultiplexação de células;

n

Tradução de VPI/VCI da célula - é executado

nos switches ATM;

n

adiciona/remove os 5 bytes de cabeçalho para a

carga útil;

51

n

OAM - Operation And Maintenance

– usa fluxos de células: fluxos F1 a F5 • fluxos F1 a F3 para o nível físico de ATM • fluxos F4 e F5 para a camada ATM – F4 e F5:

• monitora desempenho: monitoração contínua ou periódica • detecta/localiza falhas: monitoração contínua ou periódica • proteção de sistema: reação à falha, bloqueando sistema

ou chaveando para sistema reserva

• informação sobre desempenho ou falha: resposta a pedidos de informação

ATM - Camada ATM

n

OAM

Conexão de Linha Digital Conexão de Canal Virtual

Conexão de Rota Virtual

Conexão de Rota de Transmissão

Secção entre

Tipos de Fluxos OAM

Nível ATM F5 F4 Nível Físico F3 F2

53

n

OAM

Tipo de OAM Tipo de Função

6 bits reservados CRC de 10 bits 360 bits Campo específico de Função _Payload 48 bytes Cabeçalho VCI

VPI qualquer VCI

VCI H E C

x

Payload Type Identifier (PTI, 3 bits) 0 x 0 Fluxo OAM tipo F4, de segmento* 0 x 0 Fluxo OAM tipo F4, fim a fim** 1 0 0 Fluxo OAM tipo F5, de segmento*** 1 0 1 Fluxo OAM tipo F4, fim a fim***

* VCI deve ser igual a : 0000000000000011 (3) ** VCI deve ser igual a : 0000000000000100 (4) *** VCI qualquer

x : Indica bit disponível para o protocolo

ATM - Camada ATM

n

OAM

Tipo de Célula OAM (4bits)

Valor dos 4 bits

Tipo de função OAM (4bits) Valor dos 4 bits

Gerenciamento de 0001 Sinal de Indicação de Alarme 0000

Falhas Falha de recepção remota 0001

Loopback de células OAM 0010

Teste de continuidade 0100

Gerenciamento 0010 Monitoramento de ida 0000

55

n

Sinalização - capacidades de Sinalização são

usadas para:

– estabelecer, manter e liberar ATM VCCs e VPCs para transferência de informação.

– negociar (ou renegociar) as características de tráfego de uma conexão.

– Logicamente separar canais de sinalização de canais de usuário (VC)

– Mensagens de sinalização serão transmitidas fora de banda em “signaling virtual channels” (SVCs) dedicados

ATM - Camada ATM

n

Estabelecimento de conexão

– protocolo Q.2931 - ITU - control plane – metasinalização: VP 0 , VC 5

– uma vez estabelecido o SVC: uso de mensagens – mensagens: • setup • call proceeding • connect • connect ack • release

57 setup Call proceeding setup Call proceeding setup Call proceeding setup connect connect connect connect Connect ack Connect ack Connect ack Connect ack release Release completed _Release completed _Release completed _Release completed release release release

Source host Switch 1 Switch 2 _{Switch 3 destination host}

ATM - Camada ATM

n

Estabelecimento de conexão

a) o host envia uma mensagem em um circuito virtual especial.

b) a rede responde, confirmando o recebimento

c) solicitação chega ao host destino, que aceita a chamada recebida

– Até que a aceitação (CONNECT) chegue a origem, todos os comutadores confirmam em direção ao destino.

n

A conexão permite que a rede garanta a QoS por

59

ATM - Camada ATM

SAPs e CEPs ATM

SAPs

ENTIDADE ATM

Funções de Gerenciamento de VC de segmento (Fluxo OAM – F5) Funções de Gerenciamento de VC fim a fim (Fluxo OAM – F5) Funções de Gerenciamento de Recursos (Fluxo RM) VCCs _{⇒⇒ VCI e VPI} Codificação por PTI Codificação por VCI e VPI

Funções de Gerenciamento de Rota Física (Fluxo F3) Funções de Gerenciamento de Linha Física (Fluxo F2) Funções de Gerenciamento de Seção de Regeneração (Fluxo F1)

Ponto Final Rota de TransmissÃo

Ponto final de Seção Digital

Enlace de Fibra Ótica

Rota de Transmissão

Linha Digital

Seção de Regeneração Ponto final Seção

de Regeneração PHY SAP e CEP

Funções de Gerenciamento de VP de segmento (Fluxo OAM – F4) Funções de Gerenciamento de VP fim a fim (Fluxo OAM – F4) Funções de Sinalização (Metasinalização – MS) Conexões do tipo B Conexões do tipo A Interações Locais

ATM - Camada ATM

n

Multiplexação ATM e causas do CDV

Célula OAM Nível ATM 48 bytes Nível AAL Conexão A AAL 1 Conexão B AAL 1 VBR Conexão C AAL 5 A A A A B B B C C C C 48 bytes 48 bytes Célula RM C

61 Taxa Tempo Taxa Tempo Taxa Tempo Taxa Tempo CBR Canal virtual com taxa de bit

constante (baixa)

CBR Canal virtual com taxa de bit

constante (alta)

VBR Canal Virtual com taxa de bit

varável

ABR Canal virtual com

taxa de bit em rajada (Avaiable Bit Rate)

Nível ATM multiplexação e rede de transporte Nível Físico STM Sinchronous Transfer Mode

(SDH/SONET) Nível AAL segmentação e remontagem MUX Célula ATM

n

Diferentes serviços - diferentes características de

tráfego - conexões com diferentes requisitos

n

Parâmetros de Qualidade de Serviço

– QoS-NP (network parameters)

• parâmetros de desempenho requeridos da rede • Um conjunto de destes parâmetros forma um

Descritor de Qualidade de Serviço

– Parâmetros fixos da rede - não negociáveis – QoS-UP (user parameters)

63

n

Parâmetros de QoS da rede (NP-Network

Parameters)

– QoS refere-se a uma coleção de parâmetros de desempenho, cujos valores são pertinentes a velocidade ou características de

precisão/confiabilidade da conexão ATM. – parâmetros de controle de chamada

• atraso de conexão, • atraso de desconexão,

• probabilidade de aceitação da conexão

– parâmetros associados à transferência da informação • negociados com a rede no momento da abertura da

conexão

ATM - Caracterização de Serviços

n

Parâmetros da fase de transferência

n

QoS-NP: descrevem as características da rede e

são medidas no receptor (3)

• O percentual de células perdidas. CLR = Lost Cells / Transmitted Cells. – Cell Transfer Delay (CTD)

• tempo médio de transição da origem para destino. Inclui atrasos de propagação, atraso de fila em vários switches intermediários.

65

n

Parâmetros da fase de transferência

n

Parâmetros fixos da rede - não negociáveis

– Cell Error Rate (CER)

• fração de células chegando com bits errados – Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR)

• em bloco de N células M chegam com erro - fração M/N – Cell Missinsertion Rate (CMR)

• células entregues a destino errado devido a erro não detectado no cabeçalho

ATM - Caracterização de Serviços

n

QoS-UP - user parameters

– parâmetros que rede exige contrapartida do usuário -comportamento do usuário

– Peak Cell Rate (PCR)

• taxa instantânea máxima de um usuário – Cell Delay Variation Tolerance (CDVT)

• tolerância máxima do CDV durante rajada – Sustainable Cell Rate (SCR)

• taxa média de células em um intervalo de tempo grande – Maximum Burst Size (MBS)

• numero máximo de células que podem ser enviadas em PCR, ponta a ponta, sem violar SCR

67

TIPO DE PARÂMETRO DE QoS

Abreviatura Significado Observação

PCR Peak Cell Ratio Taxa máxima que usuário pretende transmitir células

QoS-UP

MBS (ou CBS)

Maximum Burst Size (Cell Burst Size)

Número máximo de células que podem ser enviadas, ponta a ponta, na taxa de pico PCR

Descritor de tráfego

Parâmetros relacionados com a

CDVT Cell Delay Variation Tolerance

Especifica quanto de variação pode ser tolerado pela rede na chegada das células durante uma rajada (PCR)

carga a ser oferecida pelo usuário

(Rule based Parameters)

SCR Sustainable Cell Rate Limite superior da taxa média de células medido sobre um intervalo de tempo grande

BT Burst Tolerance Tamanho máximo de rajada que pode ser transmitida na taxa de pico (função de PCR, SCR e MBS)

MCR Minimum Cell Rate É a taxa mínima de células por segundo que o usuário considera aceitável

QoS-NP

CTD Cell Transfer Delay Atraso médio entre fonte e destino (ver figura 3.1)

Descritor de qualidade de serviço

Parâmetros de desempenho da rede

CDV Cell Delay Variation Medida da uniformidade de chegada das células (ver figura 3.1)

(Statistical parameters) CLR Cell Loss Ratio Fração de células que não chegaram para o total de células enviadas

PARÂMETROS FIXOS

CER Cell Error Rate Fração de células que chegam com um ou mais bits errados em relação ao total enviado.

DA REDE (não negociáveis)

SECBR Severely Errored Cell Block Ratio

É a fração de um bloco de N células das quais M ou mais células estão com erro. (fração = M/N)

CMR Cell Missinsertion Rate

Número de células/s que são entregues a um destino errado, devido a erro de cabeçalho não detectado.

ATM - Caracterização de Serviços

n

QoS-NP -

CLR

,

CTD, CDV

CLR = Lost Cells / Transmitted Cells

– Células perdidas, incluindo:

• células que não chegaram - razão: transbordo de buffers no caminho

• células recebidas, mas com cabeçalho inválido • células com conteúdo corrompido por erros – células transmitidas:

69

n

QoS-NP -

CLR,

CTD

, CDV

– tempo médio de transição da origem para destino. Incluindo: • parte fixa: atrasos de propagação

• parte variável: atraso de fila em vários switches intermediários

n

QoS-NP -

CLR, CTD,

CDV

– mede a uniformidade com que as células são entregues. – É a medida de variância de CTD.

ATM - Caracterização de Serviços

n

QoS-NP -

CLR,

CTD, CDV

– função densidade de probabilidade do tempo de chegada de células

• maxCTD leva a um α=probabilidade de perda

α α

1 - αα Células perdidas ou entregues muito tarde Probabilidade de Chegada Células entregues P(atraso <= maxCTD) P(atraso > maxCTD)

71

n

QoS-UP -

PCR, CDVT

, SCR, MBS, BT, MCR

– PCR: taxa máxima que usuário pretende/pode transmitir • especificado em células por segundo

• inverso (1/PCR) = intervalo teórico mínimo entre chegadas de células de uma conexão

– CDVT:

• parâmetro levado em consideração na verificação de conformidade de tráfego, devido à inserção de CDV, durante PCR

P(2)

Legenda:

P = 1/PCR MBS: Maximum Burst Size

δδ: unidade tempo (tempo de inserção de célula)

célula

δδ

P(2)

Diferença < CDVT

ATM - Caracterização de Serviços

n

QoS-UP -

PCR, CDVT,

SCR, MBS, BT

, MCR

– rajada(burst): envio de MBS células à taxa PCR

– ao longo do tempo, rajadas tem que respeitar SCR, logo, se faz necessário um espaçamento entre rajadas – o cálculo deste espaçamento considera BT

– Exemplo:

P (2)

?? MBS (4)

73

n

QoS-UP -

PCR, CDVT,

SCR, MBS, BT

, MCR

MBS x S = tempo necessário para mandar MBS células em SCR = intervalo de tempo, desde o início da última rajada, para o

início da próxima rajada (4x5 = 20) P (2)

?? MBS (4)

Legenda:

P = 1/PCR MBS: Maximum Burst Size

S = 1/SCR δδ: unidade tempo (tempo de inserção de célula)

célula

δδ

S=5

ATM - Caracterização de Serviços

n

QoS-UP -

PCR, CDVT,

SCR, MBS, BT

, MCR

quanto esperar a partir do início da última célula da rajada? BT+S

BT=(MBS-1)(S-P)

P (2)

BT(9) S(5) MBS (4)

Tempo entre duas rajadas consecutivas aceitável (S+BT)

75

n

Categorias de serviços definidas pelo ATM

Forum

– real time services • constant bit rate (CBR) • variable bit rate (rt-VBR) – non real time

• variable bit rate (nrt-VBR) • available bit rate (ABR) • unspecified bit rate (UBR)

ATM - Caracterização de Serviços

n

constant bit rate (CBR)

– real time

– aplicação requer

• taxa fixa e contínua de vazão • atraso máximo limitado

77

n

variable bit rate (rt-VBR)

– real time

– mesmos requisitos de aplicações que CBR só que com taxas variáveis

– bursts - variações bruscas, picos – exemplo:

• vídeos comprimidos

– permite maior flexibilidade que CBR

• a rede pode estatisticamente multiplexar maior número de conexões sobre mesma capacidade e ainda manter a qualidade

ATM - Caracterização de Serviços

n

variable bit rate (nrt-VBR)

– para aplicações “non real time”

– melhorar qualidade em termos de perdas e atraso – especifica: taxa de pico, taxa média e um parâmetro

indicando o tipo de burst que pode ocorrer – rede pode alocar recursos para diminuir atraso e

perdas

– pode ser usado para aplicações com requisitos temporais (apesar de nrt)

79

n

unspecified bit rate (UBR)

– rede usada por tráfegos CBR e os dois tipos de VBR – resto:

• capacidade total não usada

• variação do VBR indica que em determinados momentos a rede não usa toda capacidade

– esta capacidade pode ser disponibilizada para serviços UBR

– serviços que toleram variações de atraso e algumas perdas (tráfego TCP)

– não há comprometimento da rede - best effort service

ATM - Caracterização de Serviços

n

available bit rate (ABR)

– melhoria do UBR

– especificação de taxa de pico (peak cell rate - PCR) e de taxa mínima (minimum cell rate - MCR)

81 SERVIÇO→→ PARAM.↓↓ CBR constant bit rate VBR variable bit rate

(real-time)

VBR variable bit rate (non-real-time) ABR Avaiable bit rate UBR Unspecified bit rate CLR

Cell Loss Rate especificado

não especificado CTD

Cell Transfer Delay

especificado não especificado CDV

Cell Delay Variation

especificado não especificado TD Traffic Descriptors PCR/CDVT PCR/CDVT SCR/BT PCR/CDVT MCR/ACR PCR/CDVT FC Flow Control (congestion)

não sim não

LEGENDA:

PCR: Peak Cell Rate BT: Burst Tolerance CDVT: Cell Delay Variation Tolerance MCR: Minimum Cell Rate SCR: Susteinable Cell Rate ACR: Allowed Cell Rate

QoS

NP

QoS

UP

Célula ATM

ATM - Caracterização de Serviços

n

Categorias de serviços definidas pelo ATM

83

de Tráfego

ATM - Controle de Tráfego

n

Seja:

R: taxa em Mbit/s

P: tempo de propagação em ms

L: comprimento dos dados (pacotes ou células)

a=P.R/L ou seja, o número de células que estão na “tubulação”, desde a fonte até o destino, em um dado instante

n

Temos:

[km] P [ms] T [Mbit/s] L [bit] a LAN Ethernet Par de fios 2,5 0,013 10 12000 0,01 Rede de Pacotes X.25 B 1000 5,55 0,064 4096 0,08

85

n

Assim:

– técnicas de controle utilizadas em outras redes não são válidas para redes ATM de longa distância

– Realimentação lenta - tempo de inserção reduzido, comparado a tempo de propagação

n

Ainda:

– maioria dos tráfegos não são receptivos a ctle. fluxo -como dizer p/ fonte de vídeo enviar com menor taxa? – aplicações muito diversas - esquemas simples de

controle penalizam algum extremo

ATM - Controle de Tráfego

n

Estratégia de controle de tráfego

– dimensão temporal

• longo termo: gerenciamento de recursos

• tempo de duração de conexão: Controle de Admissão de Conexão • tempo de propagação ida/volta: gerência/aloc. rápida de recursos • tempo de inserção de células: Usage Parameter Control (UPC) e

Controle de Prioridade (CLP) – dimensão espacial

Fonte de _{Switch ATM}

Switch ATM Interface

UNI

Interface NNI

87

• Controle de parâmetros de Uso e de Rede

(UPC/NPC),

• Conformação de tráfego (Traffic shaping),

• Controle de prioridade (CLP),

• Controle de admissão de conexão (CAC),

• Controle genérico de fluxo (EFCI)

ATM - Controle de Tráfego

n

Usage Parameter Control (UPC) e

Network Parameter Control (NPC)

– assegurar que células entram na rede de acordo com contrato de tráfego

– controle do parâmetros QoS-UP

• PCR - CBR e VBR

• CDVT - CBR e VBR

• SCR - VBR

• MBS - VBR

89

n

UPC e NPC

– mecanismo de controle de UPC baseado em Balde Furado - Leaky Bucket

• balde com capacidade para K células

• servido por taxa de vazão LCR (leak cell rate) >= PCR • cada célula que chega

balde++

se balde cheio, célula declarada não conforme

pode ser perdida ou marcada com CLP=1 (Cell Loss Priority)

ATM - Controle de Tráfego

n

UPC e NPC

– mecanismo de controle de UPC baseado em Balde Furado - Leaky Bucket

Buffer Rede ATM Celula não conforme: +1 K Sim Fonte Destino Mecanismo UPC Algoritmo do balde furado

91

n

UPC e NPC

– mecanismo de controle de UPC baseado em Balde Furado - Leaky Bucket

– LCR - limite superior para taxa média de células

– LCR e capacidade K - define limite superior para tamanho máximo da rajada durante PCR, ou MBS

K=((MBS-1)(PCR-LCR))/PCR

– monitorar PCR: LCR=PCR

– monitorar SCR: LCR~=SCR; e ter buffer grande para absorver rajadas

ATM - Controle de Tráfego

n

UPC e NPC

– balde furado pode ser empregado para monitorar parâmetros específicos de QoS

• baldes furados em paralelo – ex:

• monitorar SCR: LCR~=SCR; com buffer grande para absorver rajadas

93

n

UPC e NPC

– Generic Cell Rate Algorithm (GCRA) • baseado no balde furado

– GCRA(Incremento, Limite) – aplicado a PCR

• I -> T = 1/PCR (T= Intervalo mínimo entre células)

• L-> τ = CDVT (τ: tempo de variação entre células)

antecipação máxima que pode acontecer c/ célula

ATM - Controle de Tráfego

n

UPC e NPC - GCRA(T,

ττ)

Célula 1 Célula 2 Célula3

T 2T

ττ ττ

Nível máximo de líquido do balde T+ττ T Escoamento linear ( a ) Tempo Líquido T T δδ

95 ( ) ( a ) ( d ) ( ) ( b ) ( ) ( c ) T T ττ T T

Célula 3 esperada para: TAT3 = ta(k) + T

Célula 3 esperada para TAT3 = ta(k) + T ta(k)

Célula 3 esperada para TAT3 = TAT2 +T

Célula 3 esperada para TAT3 =TAT2 = ta(k-1) + T

Célula 2 chegou antes:TAT >> ta(k) + τ Célula não conforme (descartada) ta(k-1) ta(k) ta(k-1) ta(k) ta(k-1) ta(k) ta(k-1) T T T LEGENDA: T : 1/PCR ττ : 1/CDVT TAT : Teoretical Arrival Time ta(k): tempo de chegada da célula

Célula 1 Célula 1 Célula 1 Célula 2 Célula 1 Célula 2 Célula 2 Célula 2 n

UPC e NPC - GCRA(T,

ττ)

n

Conformação de Tráfego (traffic shaping)

– conforma fluxo na saída da fonte para atingir exigências do contrato de tráfego

– usa algoritmo do balde furado, como UPC – Para PCR

• pode ser usado para compensar efeitos do CDV na taxa de PCR

• em vez de marcar ou descartar células, atrasa-as para mandá-las no tempo apropriado

– Para VBR usa conformador de balde furado duplo

97

n

Cell Loss Priority (CLP)

– célula fora do contrato de tráfego é descartada ou tem CLP setado para 1

– células com CLP=1 estão sujeitas a descarte em outro ponto da rede

– usuário pode negociar com rede 2 níveis de prioridade • célula CLP=0 conforme tráfego (CLP=0) passa adiante • célula CLP=0 não conforme tráfego (CLP=0) mas conforme

(CLP=1) é marcada e passada adiante

• célula CLP=0 não conforme tráfego (CLP=0) nem conforme (CLP=1) é descartada

• célula CLP=1 conforme tráfego (CLP=1) passa adiante • célula CLP=1 não conforme tráfego (CLP=1) é descartada

n

Controle de Admissão de Conexão (CAC)

Ganho Estatístico = Nro.Conex.admitidas com multiplex. Estatística

Nro.Conex.admitidas baseadas em PCR

– conexões frequentemente não enviam em PCR – métodos para CBR: considerando ou não CDV – métodos para VBR:

• REM - Rate Envelope Multiplexing (multiplexação envoltória de taxa(?)) • Rate Sharing

99

n

Controle de Admissão de Conexão (CAC)

– métodos para VBR: REM

• principalmente para VBR-rt

• presume buffer pequeno usado na conexão VBR

• procura estimar CLR baseado na taxa agregada (?) e na taxa de transmissão do enlace

• conexão admitida se CLR estimado menor que exigido na conexão

– métodos para VBR: RS

• principalmente em VBR(-nrt)

• uso de buffers para amortecer CLR em caso de rajadas

n

Controle de Admissão de Conexão (CAC)

– métodos de CAC para VBR

– podem usar estimativa de Largura de Banda Efetiva

• estimativa baseada na relação PCR/SCR • LBE entre PCR e SCR

• para buffers pequenos: LBE próximo de PCR • para buffers grandes: LBE próximo de SCR

• propriedades: aditiva e independência ==> simplicidade de CAC • aditiva: cálculo de LBE para n conexões seja a soma da LBE de cada

conexão

• independência: valor da LBE de uma conexão depende somente de seus parâmetros

101

n

Controle por realimentação

Explicit Forward Congestion Indication (EFCI)

– utilizar capacidade ociosa da rede para usuários com tráfego elástico – modula taxa de transmissão entre PCR e MCR declarados

– laço fechado - realimentação

• monitora rota e recebe informação sobre taxa possível – ajuste de taxa da fonte

– realimentação binária (bit indica se existe ou não congestionamento e fonte tem que baixar taxa segundo regra pré-definida) ou explícita (rede indica taxa praticável)

n

Controle por realimentação

Explicit Forward Congestion Indication (EFCI)

ATM - Controle de Tráfego

20 Mbit/s 50 Mbit/s

Sistema Fonte

Switch Switch Switch

Sistema Destino 150 Mbit/s 20 Mbit/s 20 Mbit/s 20 Mbit/s 20 Mbit/s Nó congestionado 20 Mbit/s disponível Nó congestionado 50 Mbit/s disponível

103

n

Serviços genéricos AAL

– Manipulação de erros na transmissão – segmentação e remontagem de mensagens – manipulação de condições de perda

– controle de fluxo

– controle de temporização

n

variação de seu comportamento conforme

serviço específico

ATM - Camada AAL

n

Classificação de serviços

– relação temporal entre origem e destino deve ser mantida ?

– requer cbr ?

105

n

ITU-T propôs uma classificação de serviço

(classe A, B, C e D) que é específico para a AAL.

Type 1,2,3 e 4

– depois fusão de 3 e 4 = 3/4 – depois type 5

– hoje não existe “relação forte” entre as classes de serviços (A;B;C;D) e os tipos de protocolos AAL (1;2;3/4;5).

n

Os pontos finais de cada conexão devem

concordar sobre que AAL eles irão usar, mas a

rede não necessita preocupar-se com isso.

ATM - Camada AAL

n

AAL 5

– mais simplificado e mais eficiente do que o AAL 3/4 – usado também para aplicações de dados

– foi introduzido em razão de seu baixo overhead – usos: frame-relay e IP over ATM

107

n

Classe A: serviço Constant Bit Rate (CBR).

– Exs.: Emulação de circuito (ex.: sinal 2Mbit/s ou 45 Mbit/s), voz a 64Kbit/sec, vídeo a taxa de bit constante. AAL1 dá suporte.

n

Classe B: serviço Variable Bit Rate (VBR-rt).

– Exs.: Vídeo e áudio a taxa de bit variável, telefonia. AAL2 suporta estas aplicações que requerem um limite de atraso na entrega (“required timing relationship”).

ATM - Camada AAL

n

Classe C: servico Connection-oriented data

service - VBR-nrt

– Transferência de dados orientado a conexão. Este serviço tem VBR mas sem limite de atraso na entrega (nrt). Este tipo permite a transferência de frames de dados de usuário de 1 a 65.535 octetos. AAL 3/4 suporta-a.

n

Classe D: serviço Connectionless data service

-ABR, UBR

109

n

Subníveis:

– Segmentation and reassembly (SAR)

• Divide todos os tipos de dados em 48 bytes; inserindo ou extraindo informação na carga útil

– Convergence sublayer (CS)

• Proporciona que os serviços da camada ATM sejam adaptados para os requerimentos das camadas mais altas a AAL

ATM - Camada AAL

Subníveis:

Plano de Gerenciamento

Plano de

Controle Plano de Usuário Níveis Superiores Nível de Adaptação ou AAL Nível de Rede

Subnível AAL de Convergência CS (Convergence Sublayer) Classes que dependem do tipo de Serviço Subnível AAL de Segmentação e Remontagem SAR

(Segmentation and Reassembling) Subnível ATM de Canal Virtual, VC (Virtual Channel)

Níveis Superiores dependentes do tipo de Serviço ou Aplicação

111

113

Camada

AAL

ATM

Camada

AAL

115

Camada

AAL

Bibliografia

n Agradecimento a Juergen Rochol por ceder várias e várias

figuras

n [ROC01] ROCHOL, Juergen. Caracterização e Conformação

de Fluxos de Tráfego ATM no Ambiente do Usuário. Tese de Doutorado. UFRGS. 2001.

n [JAI96] JAIN, R., "Congestion Control and Traffic

Management in ATM Networks: Recent Advances and A Survey", Computer Networks and ISDN Systems, November 1996.

n [SIU95] SIU, Kai-Yeung, JAIN, Raj. A brief overview of ATM:

117

n ATM Forum. http://www.atmforum.com

n Lista. http://cell-relay.indiana.edu/cell-relay/

n “Brief Tutorial”: http://www-ipg.umds.ac.uk

n [AMO98] AMOSS, John, MINOLI, Daniel. IP Applications with

ATM. McGraw-Hill. 1998.

n [CAV92] CAVANAUGH, John D., SALO, Timothy J.

Internetworking with ATM WANs. Minnesota Supercomputer Centre, Inc. December 14, 1992.

n [HAN97] HANDEL, Rainer, HUBER, Manfred N., SCHRÖDER,

Stefan. ATM Networks - Concepts, Protocols and Applications. 3 ed. Addison-Wesley. 1997.