Redes de Computadores

(1)

Faculdade de Informática - PUCRS

Fernando Luís Dotti

ATM - Asynchronous Transfer

Mode

(2)

Redes de Computadores 3

Fernando Luís Dotti

Sumário

z

Introdução

z

Nível Físico

z

Nível ATM

z

Serviços em redes ATM

z

Nível AAL

z

Gerência de Tráfego

Introdução - Motivação

z

Comunicação:

y Rádio

y rede telefônica

y cable TV

y rede de telefonia celular y redes de dados

y …

(3)

z

Comunicação:

y operadoras mais comuns: companhias de telefonia

y adaptações da rede telefônica para dados

y faixa de mercado -> dados

z

--> Rede não apropriada

Introdução - Motivação

z

Custos:

y Por que não condensar tudo em uma infraestrutura única ?

y --> Integração de Serviços

z

Rede apropriada

(4)

Introdução - Motivação

z

ISDN (ou RDSI)

y Integrated Service Digital Network.

y 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

y diferentes combinações de canais para diferentes necessidades

Introdução - Motivação

z

B-ISDN (ou RDSI-FL)

y BroadBand-Integrated Service Digital Network.

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

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

(5)

z 1984: Proposta de padronização em telecomunicações - ISDN z 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.

z B-ISDN = canais de transmissão capazes de suportar altas taxas.

z CCITT selecionou ATM como o paradigma para o B-ISDN

z Jun/89: escolhido 48+5

Introdução - Histórico - ATM Forum (1991)

z

fabricantes de computadores juntaram-se as companhias

telefônicas

z

Membros:

y mais de 700 organizações

y provedores de equipamentos de rede

y fabricantes de semicondutores

y provedores de serviços

y universidades

(6)

Introdução - Problema

z

Tipos de tráfegos a considerar para uma rede integrada:

y todos !

z

aplicações sensíveis e insensíveis a

y tempo, vazão e perda de pacotes

y combinações:

n sem atraso, perda ok, vazão garantida n sem perda, atraso ok, vazão garantida n ...

z

variedade de dispositivos de comunicação

z

multiserviço - ou multimídia

Introdução - Problema

z

Tráfego elástico:

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

z

Tráfego inelástico:

y dificilmente se adapta a mudanças de atraso e vazão

y parâmetros “rígidos”: vazão, atraso, variança no atraso, perda

(7)

z

Uma tecnologia surgida de um consenso internacional

z

ATM é um método de comunicação usado para LANs e

WANs

z

Acomoda tráfego inelástico (multimídia tempo-real) e

elástico - uma rede para todo tráfego

z

QoS considerada desde o projeto da rede

z

ATM é disponível sobre várias velocidades

z

compatibilidade com os atuais cabeamentos

Introdução - Por que ATM ?

z

capacidade de migração incremental (garantida pelas

padronizações)

z

gerenciamento de rede simplificado por usar a mesma

tecnologia para todos os níveis da rede em LANs, MAN,

WAN public/private)

z

Projeto escalável e flexível em:

– largura de banda y distância geográfica y número de usuários

(8)

ATM

z

Modo de transferência para implementar

B-ISDN

z

Modo de transferência: maneira de transmitir e

comutar informação em uma rede

z

Proposta: prover canais de alta velocidade para

a transferência de qualquer tipo de informação

y uso de pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados células

(9)

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 - Arquitetura

z

User Plane

y Transferência de informações do usuário

z

Control Plane

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

z

Management Plane

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

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

(10)

ATM - Camada Física

z

Dividida em 2 subcamadas

y physical medium e transmission convergence Plano de Gerenciamento

Plano de

ATM - Camada Física

z

Dividida em 2 subcamadas

y physical medium

n bit timing - geração e recepção de sinal apropriado

para o meio de transmissão

y transmission convergence

n geração e recuperação de frame n delineação de célula

n geração verificação de HEC

n desacoplamento de taxa de células - insere células

vazias se tráfego não alcança taxa do sistema de transmissão

(11)

z

Analogia

y interface de rede

y A camada física e de enlace do OSI corresponde a física no ATM

ATM - Camada Física

z

SONET (“Synchronous optical network”)

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

y Um canal OC-3 é capaz de carregar 3 canais OC-1, ou 155.520

MB/s. OC-12 = 622.080 MB/s

z

SDH (“Synchronous Digital Hierarchy”)

y baseado no SONET

(12)

ATM - Camada Física

z

SDH

y síncrono

n transferência mesmo sem dados

y eqtos trocam frames de tamanho fixo em intervalos fixos de

tempo

y SDH a 155.520 Mbit/s

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

ATM - Camada Física

z 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

(13)

1 byte

H 1 H 2 H 3

SPE - Synchronous Payload Envelope

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 over}P O H

H e a d

Exemplo de STS –1 (51,84 Mbit/s)

ATM - Camada Física

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)

(14)

ATM - Camada Física

z

Existem, entretanto, interfaces com taxas abaixo dessas:

100; 51.84; 45; 34; 25.6; 6; 2; 1.5 Mbit/s.

ATM - Camada ATM

Plano de

(15)

z

Tecnologia baseada em comutação (“switched based

technology”)

z

O serviço ATM é também chamado “cell-relaying”

z

A mensagem é segmentada em tamanho fixo de 53 bytes.

z

As células são transmitidas através de conexões de

circuitos virtuais;

ATM - Camada ATM

z

Transmissão, chaveamento, recepção

z

controle de congestionamento

z

inserção e retirada de headers das células

(16)

ATM - Camada ATM

z

Serviço

datagrama

ATM - Camada ATM

z

Serviço

de circuito virtual

(17)

ATM - Camada ATM

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

(18)

ATM - Camada ATM

z

Célula

y pequeno pacote, tamanho fixo

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

y atribuição de label

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

ATM - Camada ATM

UNI NNI

(19)

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

ATM - Camada ATM

Campos do cabeçalho ATM

z

GFC – Generic Flow Control. 4 bits

.

y 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].

z

VPI – Virtual Path Identifier. 8 bits.

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

z

VCI – Virtual Channel Identifier. 16 bits.

(20)

ATM - Camada ATM

Campos do cabeçalho ATM

z

PT – Payload Type. 3 bits.

y Tipo de dados sendo carregado pelas células.

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

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

y O tipo de célula é fornecido pelo usuário, e as informações sobre o congestionamento são fornecidas pela rede.

y Ex.: uma célula enviada com o PTI 000 pode chegar com 010 em caso de ocorrência de situação de

congestionamento ao longo do caminho.

ATM - Camada ATM

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)

(21)

Campos do cabeçalho ATM

z

CLP – Cell Loss Priority. 1 bit.

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

z

HEC – Header Error Correction. 8 bits.

y Checksum para os 4 octetos do cabeçalho.

y É processado na camada física.

ATM - Camada ATM

z

Abstrações

y Caminhos virtuais y Canais virtuais

y Links

(22)

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, usuário/rede ou rede/rede

ATM - Camada ATM

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.

(23)

ATM - Camada ATM

VPL x (VPI l) e VCL s (VCI f) VC Switch B VC Switch A VC Switch C VP Switch (Cross Connect) A B C VCC 1 VCC 2 VCC 3 VCC 4 X Y Z VCC 3 VCC x VCC y 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)

(24)

ATM - Camada ATM

VC Switch VP Switch Porta Porta Porta Porta

ATM - Camada ATM

z

Resumindo VPI e VCI - [HAN97, p. 91]

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

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

y 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.

(25)

z

Canais comutados (SVC – switched virtual channel),

alocados conforme a demanda (ex.: chamadas

telefônicas)

z

Canais permanentes (PVC – Permanent Virtual Channel),

em geral alocados por uma entidade administrativa de

forma estática; permanecem conectados por meses ou

anos

ATM - Camada ATM

z

assegura que a célula seja enviada sobre a conexão

correta (chaveamento – em função dos identificadores de

conexão)

z

equivale a camada de rede (entretanto, muitas instalações

usam a camada ATM como de enlace, porque o IP vai em

cima dela)

z

monitora a taxa de transmissão

(26)

ATM - Camada ATM

z

trata do formato da célula e conexões fim a fim

z

multiplexação/desmultiplexação de células;

z

Tradução de VPI/VCI da célula - é executado nos switches

ATM;

z

adiciona/remove os 5 bytes de cabeçalho para a carga útil;

z

responsável pelo endereçamento global;

z

Endereço tem 20 bytes (ex.: autoridade adm., país, nº

ISDN, nº único)

ATM - Camada ATM

z

OAM - Operation And Maintenance

y usa fluxos de células: fluxos F1 a F5

n fluxos F1 a F3 para o nível físico de ATM n fluxos F4 e F5 para a camada ATM

y F4 e F5:

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

ou chaveando para sistema reserva

n informação sobre desempenho ou falha: resposta a

(27)

z

OAM

Conexão de Linha Digital Conexão de Canal Virtual

Conexão de Rota Virtual

Conexão de Rota de Transmissão

Secção entre Regeneradores Nível ATM F5 F4 Nível Físico F3 F2 F1

Ponto de Terminação de Conexão Ponto de Concatenação de Conexão Concatenação

ATM - Camada ATM

z

OAM

PTI

Tipo de OAM Tipo de Função

360 bits Campo específico de Função _Payload 48 bytes Cabeçalho 0 0 0 0 VCI VPI qualquer 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

(28)

ATM - Camada ATM

z

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

de Performance Monitoramento de volta 0001

Monitoramento/Relatório 0010

Ativação/Desativação 1000 Monitoramento de Performance 0000

Verificação de continuidade 0001

ATM - Camada ATM

z

Sinalização - capacidades de Sinalização são usadas

para:

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

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

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

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

(29)

z

Estabelecimento de conexão

y protocolo Q.2931 - ITU - control plane

y metasinalização: VP 0 , VC 5

y uma vez estabelecido o SVC: uso de mensagens y mensagens: n setup n call proceeding n connect n connect ack n release n release completed

ATM - Camada ATM

z

Estabelecimento de conexão

setup Call proceeding setup Call proceeding setup Call proceeding setup connect connect connect connect Connect ack Connect ack Connect ack Connect ack release Release release release

(30)

ATM - Camada ATM

z

Estabelecimento de conexão (resumo [TAN, p. 452])

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

y Até que a aceitação (CONNECT) chegue a origem, todos os

comutadores confirmam em direção ao destino.

z A conexão permite que a rede garanta a QoS por limitar o número de VCs - controle de admissão

z Multicast (ADD PARTY): anexa um outro destino ao circuito

virtual retornado pela chamada anterior (grupo de multicast).

ATM - Camada ATM

SAPs e CEPs ATM

SAPs

PLANO de CONTROLE Serviços de Sinalização

(Protocolos de Nível Superior)

PLANO de USUÁRIO Serviços de Usuário

(Protocolos de Nível Superior)

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) Serviço 1 Serviço 2 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 GERENCIAMENTO de CAMADAS Serviços de Gerenciamento de Camadas

(31)

z

Multiplexação ATM e causas do CDV

Célula OAM Nível ATM 48 bytes Nível AAL Nível Físico 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 Célula RM Redundância do Nível Físico

Célula Idle Célula OAM A A A C C B C C C A B B

ATM - Camada ATM

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 AAL segmentação e remontagem MUX

(32)

z

Diferentes serviços diferentes características de tráfego

-conexões com diferentes requisitos

z

Parâmetros de Qualidade de Serviço

y QoS-NP (network parameters)

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

Descritor de Qualidade de Serviço

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

n parâmetros relacionados com a carga a ser oferecida pela fonte n Um conjunto de destes parâmetros forma um

Descritor de Tráfego da Fonte

ATM - Caracterização de Serviços

z

Parâmetros de QoS da rede (NP-Network Parameters)

y QoS refere-se a uma coleção de parâmetros de

desempenho, cujos valores são pertinentes a velocidade ou características de precisão/confiabilidade da conexão ATM.

y parâmetros de controle de chamada

n atraso de conexão, n atraso de desconexão,

n probabilidade de aceitação da conexão

y parâmetros associados à transferência da informação

n negociados com a rede no momento da abertura da

(33)

z

Parâmetros da fase de transferência

z

QoS-NP: descrevem as características da rede e são

medidas no receptor (3)

y Cell Loss Ratio (CLR)

n O percentual de células perdidas.

CLR = Lost Cells / Transmitted Cells. y Cell Transfer Delay (CTD)

n tempo médio de transição da origem para destino. Inclui atrasos de

propagação, atraso de fila em vários switches intermediários. y Cell Delay Variation (CDV)

n mede a uniformidade com que as células são entregues. É a medida

de variância de CTD.

ATM - Caracterização de Serviços

z

Parâmetros da fase de transferência

z

Parâmetros fixos da rede - não negociáveis

y Cell Error Rate (CER)

n fração de células chegando com bits errados

y Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR)

n em bloco de N células M chegam com erro - fração M/N

y Cell Missinsertion Rate (CMR)

n células entregues a destino errado devido a erro não detectado no

(34)

ATM - Caracterização de Serviços

z

QoS-UP - user parameters

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

y Peak Cell Rate (PCR)

n taxa instantânea máxima de um usuário

y Cell Delay Variation Tolerance (CDVT)

n tolerância máxima do CDV durante rajada

y Sustainable Cell Rate (SCR)

n taxa média de células em um intervalo de tempo grande

y Maximum Burst Size (MBS)

n numero máximo de células que podem ser enviadas em PCR, ponta a

ponta, sem violar SCR y Burst Tolerance (BT)

n tamanho máximo da rajada de células enviadas em PCR

y Minimum Cell Rate (MCR) taxa mínima desejada

ATM - Caracterização de Serviços

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.

(35)

z

QoS-NP -

CLR

,

CTD, CDV

CLR = Lost Cells / Transmitted Cells y Células perdidas, incluindo:

n células que não chegaram - razão: transbordo de buffers no caminho n células recebidas, mas com cabeçalho inválido

n células com conteúdo corrompido por erros

y células transmitidas:

n número de células conformes - de acordo com descritor de tráfego

ATM - Caracterização de Serviços

z

QoS-NP -

CLR, CTD, CDV

y tempo médio de transição da origem para destino. Incluindo:

n parte fixa: atrasos de propagação

n parte variável: atraso de fila em vários switches intermediários

z

QoS-NP -

CLR, CTD, CDV

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

(36)

ATM - Caracterização de Serviços

z

QoS-NP -

CLR, CTD, CDV

y função densidade de probabilidade do tempo de chegada de células

n maxCTD leva a um α=probabilidade de perda

α 1 - α

M ínimo C D V

Células perdidas ou entregues muito tarde

C T D Tempo de Transferência Probabilidade de Chegada Células entregues

C D V : Cell Delay Variation C T D : Cell Transfer Delay

atraso fixo

maxCTD P(atraso <= maxCTD)

P(atraso > maxCTD)

α é a probabilidade de que células excedam o valor máximo de atraso

ATM - Caracterização de Serviços

z

QoS-UP -

PCR, CDVT, SCR, MBS, BT, MCR

y PCR: taxa máxima que usuário pretende/pode transmitir

n especificado em células por segundo

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

conexão

y CDVT:

n 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

δ: unidade tempo (tempo de inserção de célula)

célula

δ

P(2)

(37)

z

QoS-UP -

PCR, CDVT, SCR, MBS, BT, MCR

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

y ao longo do tempo, rajadas tem que respeitar SCR,

logo, se faz necessário um espaçamento entre rajadas y o cálculo deste espaçamento considera BT

y Exemplo:

P (2)

?? MBS (4)

Legenda:

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

célula

δ

ATM - Caracterização de Serviços

z

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:

célula

δ

(38)

ATM - Caracterização de Serviços

z

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) Legenda:

BT: Burst Tolerance) célula

Tempo entre duas rajadas consecutivas aceitável (S+BT)

δ

ATM - Caracterização de Serviços

z

Categorias de serviços definidas pelo ATM Forum

y real time services

n constant bit rate (CBR) n variable bit rate (rt-VBR)

y non real time

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

(39)

z

constant bit rate (CBR)

y real time

y aplicação requer

n taxa fixa e contínua de vazão n atraso máximo limitado

y comum para : áudio e vídeo não comprimidos

ATM - Caracterização de Serviços

z

variable bit rate (rt-VBR)

y real time

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

y bursts - variações bruscas, picos

y exemplo:

n vídeos comprimidos

y permite maior flexibilidade que CBR

n a rede pode estatisticamente multiplexar maior número de

(40)

ATM - Caracterização de Serviços

z

variable bit rate (nrt-VBR)

y para aplicações “non real time”

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

indicando o tipo de burst que pode ocorrer

y rede pode alocar recursos para diminuir atraso e perdas

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

ATM - Caracterização de Serviços

z

unspecified bit rate (UBR)

y rede usada por tráfegos CBR e os dois tipos de VBR

y resto:

n capacidade total não usada

n variação do VBR indica que em determinados momentos

a rede não usa toda capacidade

y esta capacidade pode ser disponibilizada para serviços UBR

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

(41)

z

available bit rate (ABR)

y melhoria do UBR

y especificação de taxa de pico (peak cell rate - PCR) e de

taxa mínima (minimum cell rate - MCR)

y capacidade não usada pode ser usada por UBR

ATM - Caracterização de Serviços

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

QoS NP QoS

(42)

Célula ATM

ATM - Caracterização de Serviços

z

Categorias de serviços definidas pelo ATM Forum

ATM - Controle

de Tráfego

(43)

z

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

z

Temos:

variação do fator a em relação a diversas arquiteturas de redes [STA 95]

Rede Meio Dist.

[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

Frame Relay E1 1000 5,55 2,048 64000 0,17

Anel de fibra - FDDI Fibra 50 0,277 100 64000 0,43

Rede MAN - DQDB CATV 200 1,11 155 424 406,1

ATM STM1 1000 5,55 155 424 2030,7

ATM STM4 1000 5,55 622 424 8149,0

ATM - Controle de Tráfego

z

Assim:

y técnicas de controle utilizadas em outras redes não são

válidas para redes ATM de longa distância

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

z

Ainda:

y maioria dos tráfegos não são receptivos a ctle. fluxo - como dizer p/ fonte de vídeo enviar com menor taxa?

y aplicações muito diversas - esquemas simples de controle penalizam algum extremo

(44)

ATM - Controle de Tráfego

z

Estratégia de controle de tráfego

y dimensão temporal

n longo termo: gerenciamento de recursos

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

Controle de Prioridade (CLP) y dimensão espacial Fonte de Tráfego Traffic Shaper Scheduler Switch ATM Scheduler Switch ATM Destino Interface UNI

Domínio de Usuário _{Domínio de Rede}

Interface NNI (EFCI) Explicit Congestion Indication UPC-Usage Parameter Control

ATM - Controle de Tráfego

• 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),

(45)

z

Usage Parameter Control (UPC) e

Network Parameter Control (NPC)

y assegurar que células entram na rede de acordo com contrato de

tráfego

y controle do parâmetros QoS-UP

n PCR - CBR e VBR n CDVT - CBR e VBR n SCR - VBR n MBS - VBR n BT - VBR n MCR - em ABR

y rule based parameters: são verificados segundo regras definidas

ATM - Controle de Tráfego

z

UPC e NPC

y mecanismo de controle de UPC baseado em Balde Furado

-Leaky Bucket

n balde com capacidade para K células

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

balde++

se balde cheio, célula declarada não conforme

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

(46)

ATM - Controle de Tráfego

z

UPC e NPC

y mecanismo de controle de UPC baseado em Balde Furado -Leaky Bucket Buffer Overflow? Rede ATM Celula não conforme: - descarta ou - marca CLP=1 Célula conforme +1 K LCR Não Sim Fonte Destino Mecanismo UPC Algoritmo do balde furado (Leaky Bucket) LEGENDA

K: capacidade máxima do balde LCR: cell leak rate

ATM - Controle de Tráfego

z

UPC e NPC

y mecanismo de controle de UPC baseado em Balde Furado

-Leaky Bucket

y LCR - limite superior para taxa média de células

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

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

y monitorar PCR: LCR=PCR

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

(47)

z

UPC e NPC

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

n baldes furados em paralelo

y ex:

n monitorar SCR: LCR~=SCR; com buffer grande para

absorver rajadas

n monitorar PCR: LCR=PCR; com buffer pequeno

ATM - Controle de Tráfego

z

UPC e NPC

y Generic Cell Rate Algorithm (GCRA)

n baseado no balde furado

y GCRA(Incremento, Limite)

y aplicado a PCR

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

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

(48)

ATM - Controle de Tráfego

z

UPC e NPC - GCRA(T,

τ)

Célula 1 Célula 2 Célula3

T 2T

τ τ

0 T 2T

Nível máximo de líquido do balde T+τ T Escoamento linear ( a ) ( b ) Tempo Tempo Líquido T T δ

(a) processo de chegada de células

(b) modelo do balde furado - capacidade máxima corresponde a “líquido” equivalente ao tempo T+τ

ATM - Controle de Tráfego

( ) ( a ) ( d ) ( ) ( b ) ( ) ( c ) T T τ 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) T T T LEGENDA: T : 1/PCR τ : 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

z

UPC e NPC - GCRA(T,

τ)

(49)

z

Conformação de Tráfego (traffic shaping)

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

y usa algoritmo do balde furado, como UPC

y Para PCR

n pode ser usado para compensar efeitos do CDV na taxa de PCR n em vez de marcar ou descartar células, atrasa-as para mandá-las

no tempo apropriado

y Para VBR usa conformador de balde furado duplo (Dual Leaky Buket Shaper - DLBS)

n um conforma PCR

n outro conforma SCR, considerando BT

z

Cell Loss Priority (CLP)

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

y células com CLP=1 estão sujeitas a descarte em outro ponto da rede y usuário pode negociar com rede 2 níveis de prioridade

n célula CLP=0 conforme tráfego (CLP=0) passa adiante n célula CLP=0 não conforme tráfego (CLP=0) mas conforme

(CLP=1) é marcada e passada adiante

n célula CLP=0 não conforme tráfego (CLP=0) nem conforme

(CLP=1) é descartada

(50)

z

Controle de Admissão de Conexão (CAC)

Ganho Estatístico = Nro.Conex.admitidas com multiplex. Estatística Nro.Conex.admitidas baseadas em PCR

y conexões frequentemente não enviam em PCR

y métodos para CBR: considerando ou não CDV

y métodos para VBR:

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

ATM - Controle de Tráfego

z

Controle de Admissão de Conexão (CAC)

y métodos para VBR: REM

n principalmente para VBR-rt

n presume buffer pequeno usado na conexão VBR

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

enlace

n conexão admitida se CLR estimado menor que exigido na conexão y métodos para VBR: RS

n principalmente em VBR(-nrt)

n uso de buffers para amortecer CLR em caso de rajadas

(51)

z

Controle de Admissão de Conexão (CAC)

y métodos de CAC para VBR

y podem usar estimativa de Largura de Banda Efetiva

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

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

n propriedades: aditiva e independência ==> simplicidade de CAC

n aditiva: cálculo de LBE para n conexões seja a soma da LBE de cada conexão n independência: valor da LBE de uma conexão depende somente de seus

parâmetros

z

Controle por realimentação

Explicit Forward Congestion Indication (EFCI)

y Serviço ABR (Available Bit Rate): ajustar taxa à rede

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

y laço fechado - realimentação

n monitora rota e recebe informação sobre taxa possível

y ajuste de taxa da fonte

y 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)

(52)

z

Controle por realimentação

Explicit Forward Congestion Indication (EFCI)

y Serviço ABR (Available Bit Rate): ajustar taxa à rede

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 Célula de Dados Célula RM Nó congestionado 20 Mbit/s disponível Nó congestionado 50 Mbit/s disponível

ATM - Camada AAL

z

Serviços genéricos AAL

y Manipulação de erros na transmissão

y segmentação e remontagem de mensagens

y manipulação de condições de perda

y controle de fluxo

y controle de temporização

z

variação de seu comportamento conforme serviço

(53)

z

Classificação de serviços

y relação temporal entre origem e destino deve ser mantida ?

y requer cbr ?

y Orientado a conexão ou não ?

ATM - Camada AAL

z

ITU-T propôs uma classificação de serviço (classe A, B, C

e D) que é específico para a AAL.

y Inicialmente - um protocolo para cada classe: Type 1,2,3 e 4

y depois fusão de 3 e 4 = 3/4

y depois type 5

y 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).

z

Os pontos finais de cada conexão devem concordar sobre

(54)

ATM - Camada AAL

z

AAL 5

y mais simplificado e mais eficiente do que o AAL 3/4

y usado também para aplicações de dados

y foi introduzido em razão de seu baixo overhead

y usos: frame-relay e IP over ATM

ATM - Camada AAL

z

Classe A: serviço Constant Bit Rate (CBR).

y 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.

z

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

y 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”).

(55)

z

Classe C: servico Connectionoriented data service

-VBR-nrt

y 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.

z

Classe D: serviço Connectionless data service - ABR,

UBR

y Ex.: switched multimegabit data service – SMDS, aplicações

de rede sem conexão. AAL 3/4 e AAL5 suportam esta classe de serviço; estas AALs são de interesse para redes IP

ATM - Camada AAL

z

Subníveis:

y Segmentation and reassembly (SAR)

n Divide todos os tipos de dados em 48 bytes; inserindo ou

extraindo informação na carga útil

y Convergence sublayer (CS)

n Proporciona que os serviços da camada ATM sejam

adaptados para os requerimentos das camadas mais altas a AAL

(56)

ATM - Camada AAL

Subníveis:

Plano de

(57)

ATM

Camada

AAL

(58)

ATM

Camada

AAL

ATM

Camada

AAL

(59)

z [ROC01] ROCHOL, Juergen. Caracterização e Conformação de Fluxos de Tráfego ATM no Ambiente do Usuário. Tese de Doutorado. UFRGS. 2001.

z Agradecimento a Juergen Rochol por ceder várias figuras

z [JAI96] JAIN, R., "Congestion Control and Traffic Management in ATM Networks: Recent Advances and A Survey", Computer Networks and ISDN Systems, November 1996.

z [SIU95] SIU, Kai-Yeung, JAIN, Raj. A brief overview of ATM: Protocol Layers, LAN Emulation, and Traffic Management. ACM Computer Communications Review, April 1995.

z [TAN97] TANENBAUM, Andrew S. Computer Networks. 3a ed. Prentice Hall. 1997.

Bibliografia

z ATM Forum. http://www.atmforum.com z Lista. http://cell-relay.indiana.edu/cell-relay/ z “Brief Tutorial”: http://www-ipg.umds.ac.uk

z [AMO98] AMOSS, John, MINOLI, Daniel. IP Applications with ATM. McGraw-Hill. 1998.

z [CAV92] CAVANAUGH, John D., SALO, Timothy J. Internetworking with ATM WANs. Minnesota Supercomputer Centre, Inc. December 14, 1992.

z [HAN97] HANDEL, Rainer, HUBER, Manfred N., SCHRÖDER, Stefan. ATM Networks - Concepts, Protocols and Applications. 3 ed. Addison-Wesley. 1997.