Chapter 11 ATM

William Stallings
Data and Computer
Communications
7th Edition
ATM
Asynchronous Transfer
Mode
1
Arquitetura de Protocolo

Existe uma similaridade entre o ATM e comutação de pacotes
(x.25 e frame relay)
–
–


O fluxo de dados em cada canal lógico é fixo através de
pequenos pacotes chamados células
Possui erros mínimos e pouca necessidade para controle de
fluxo
–
–

2
Transfere dados em pequenas porções discretas
Múltiplas conexões lógicas sobre uma simples conexão física
Reduz overhead
Eficiência
Taxa de dados (camada física) 25.6Mbps até 622.08Mbps
Arquitetura de Protocolo
3
Modelo de Plano Referência

Plano de Usuário
–

Plano de controle
–

é responsável pela transferência de informações do usuário e do controle
associado a esta transferência, tais como controle de fluxo e recuperação
de erros
é responsável pelo controle da chamada e pelas funções de controle das
conexões. Ele cuida de toda a sinalização referente ao estabelecimento,
supervisão e liberação de chamadas e conexões.
Plano de gerenciamento
–
Gerenciamento de planos


–
4
Desempenha a função de gerenciamento principal do sistema
Coordena todos os planos existentes no sistema
Gerenciamento de camadas

Define os recursos e parâmetros existentes dentro das entidades dos
protocolos
Conexão lógica ATM

Canal Virtual (VCC)
–
–
–
Semelhante ao circuito X.25
Unidade básica de comutação
Usado entre dois usuários finais




VCC são usados também para user-network:
–


5
Full duplex
Variable-rate
Fixed size cells
Troca de dados de controle
VCC são usados na troca de dados entre network-network
(Gerenciamento e roteamento)
Virtual path connection (VPC)
–
Junção de VCC com o mesmo ponto de destino
Conexões ATM
6
Vantagens do VPC

A junção de VCC em VPC, visa a redução
de custo de controle, facilitando o
gerenciamento de apenas poucos VPCs:
–
–
–
–
–
7
Arquitetura simplificada
Maior desempenho de rede e confiabilidade
Processamento reduzido
Tempo de setup menor
Serviços de redes avançados
Setup

O processo de setup são desacoplados
entre o VCC e VPC:
–
–
8
O mecanismo de Controle para o VPC inclui
cálculo de roteamento, alocação de capacidade,
armazenamento de informações sobre as
conexões
O setup do VCC acontece pela identificação do
VPC com o destino desejado, capacidade e QoS
mínimos necessários
Estabelecendo
Chamadas
Virtuais
9
Usuários VCC

Entre usuários finais
–
–
–
Transporte de dados para usuários finais
Sinalização de controle
VPC providencia o capacidade global


Entre usuários e a rede
–

Sinalização de controle
Entre entidades de Redes
–
10
A organização do VCC é definido pelo usuário, limitado pelo
capacidade do VPC
–
Gerenciamento de tráfego
Roteamento
Características

QoS (Qualidade de Serviço)
–

Comutado e semi-permanente conexões de canal
–
–


–
–
Negociado para cada VCC
É monitorado pela rede, para que os parâmetros são sejam violados
QoS são verificados, VCCs podem ser criados e recusados pela rede
Somente para VPC:
–
11
Serviços sob demanda
Semi-permanente, conexões de longa duração
Integridade de Sequência de célula
Negociação de parâmetros de tráfegos e monitoramento de uso
–

Cells loss ratio
VCCs restritos para o uso da rede
Sinalização de Controle - VCC

Existe 4 métodos usados para estabelecer e
interromper os VPCs e VCCs:
–
–
–
–
12
Canal Semipermanente VCC
Meta-signaling channel
User-to-network signaling virtual
User-to-user signaling virtual
Sinalização de Controle - VCC

No ATM é necessário um mecanismo de controle para estabelecer e
interromper os VPCs e VCCs
–
–
–
–

É usado um canal separado para esta finalidade
VCC semi-permanente para troca de dados entre usuário-usuário não é
necessário utilizar um mecanismo desse tipo
Este canal especial é chamado de Meta-signaling channel
É implementado através de um canal semi-permanente entre o usuário e a
rede para controle de sinalização
Através do Meta-signaling Channel é possivel criar e liberar:
–
Canal virtual de sinalização de “User to network”


–
Canal virtual de sinalização de “User to user”

13
Para sinalização de controle
Usado para configurar VCCs no transporte de dados

Atua dentro dos limites de pre-estabelecido VPC
Usado para dois usuários finais, sem a necessidade da intervenção da rede
como um todo, para estabelecer ou liberar a conexão VCC
Sinalização de Controle - VPC

Semi-permanente VPC
–

Controle Customizado:
–

Não há necessidade de controle de sinalização, pois é realizado
um acordo prévio
Neste caso, através de uma sinalização VCC, um usuário solicita
um canal VPC para a rede, conforme suas exigências
Controle de Rede:
–
A própria rede define suas VPCs para sua necessidades de
comunicação



14
Network to Network
User-to-network
User-to-user
Células ATM






15
Tamanho fixo
5 bytes de cabeçalho
48 bytes de informação
O tamanho pequeno reduz o tempo de espera de fila
para dar vez as células de alta prioridades
Pequenas células trazem maior eficiência no
processo de comutação
Este processo simplificado é fácil de implementar
em hardware
Formato das células ATM
16
Header Format

Controle Genérico de Fluxo
–
–
–

Virtual path identifier
–

17
Define o tipo de dados. Ex: dados ou gerenciamento de rede
Cell loss priority
–

É usado para identificar e rotear os VCCs
Payload type
–

Campo de roteamento dos VPC. É maior para interface “Network-Network”, pois inclui tanto
as necessidades do user-network, mas também da própria rede
Virtual channel identifier
–

Presente apenas no “user to network interface”
O controle de fluxo é usado somente nesta situação
Define entre outras coisas os parâmetros de qualidade
Define o nível de prioridade da célula, se 1 ela é de alta prioridade e não deve ser descartado
a não ser que não haja alternativa
Header error control
–
Usado para controle de erro e sincronização
Generic Flow Control (GFC)


Controle de tráfego para “user to network interface”
(UNI) para aliviar as cargas de curto período (overload)
Existe dois tipos de procedimentos de controle:
–
–


Cada conexão deve ser especificada sempre com ou
sem GFC
Sujeito à Controle de Fluxo
–
–

18
Transmissão controlada
Transmissão não controlada
Dividido em grupos A (padrão)
Ou grupo B
O controle de fluxo é no sentido assinante- rede
–
É controlado pelo lado da rede
Grupo A

Terminal equipment (TE) inicializa duas
variáveis
–
–
TRANSMIT flag to 1
GO_CNTR (credit counter) to 0



19
Se TRANSMIT=1 células de conexões não controladas
podem ser enviadas a qualquer hora
Se TRANSMIT=0 nenhuma célula pode ser enviada
(controlada ou não controlada)
Se um sinal HALT for recebido, TRANSMIT é setado
para 0 e permanece assim até receber um outro sinal
NO_HALT
Grupo A

Se TRANSMIT=1 e não há nenhuma célula para ser
transmitido em qualquer das conexões não controladas,
acontece:
–
Se GO_CNTR>0, TE pode enviar células numa conexão
controlada


–

20

As células são marcadas como controladas para mostrar que estão
em uma conexão controlada
GO_CNTR é decrementado
Se GO_CNTR=0, TE não pode enviar dados numa conexão
controlada
TE configura GO_CNTR com o valor GO_VALUE após o
recebimento do sinal
GO_CNTR = Null, não tem efeito
Uso do HALT




21
Usado normalmente para limitar a taxa de
dados efetivos do ATM
Pode ser cíclico
Consegue reduzir a taxa de dados pelo uso
da técnica half (metade), através do uso do
HALT em 50% do tempo
Usado para regular os padrões durante as
conexões
Dois modelos de FILA

Uso de dois Contadores separados:
–
–
22
GO_CNTR_A, GO_VALUE_A,GO_CNTR_B,
GO_VALUE_B
Oferece dois grupos separados de serviços
Header Error Control



23
Usa 8 bits para: error control field
É calculado a partir dos 32 bits restante do
cabeçalho
É capaz de corrigir alguns erros no
cabeçalho
HEC, Operação de Recebimento
24
Tratamento
de erros
25
Impacto dos Erros de Bits
aleatório x Desempenho HEC
26
Transmissão de células ATM

Taxas alcançadas:
–
–
–
–

I.432 define dois tipos de estruturas de transporte
física:
–
–
27
622.08Mbps
155.52Mbps
51.84Mbps
25.6Mbps
Camada física baseada em células
Camada física baseada SDH
Camada física baseada em célula

Não usa framing (formato)
–

Sincronização é realizado usando o HEC
–
–
–
28
Para a transmissão baseada em células, há um fluxo contínuo das células
ATM sem a divisão em quadros
Ao se iniciar uma transmissão, o receptor assume um estado de HUNT
("busca" ou "caça"), onde o HEC é calculado e comparado com o HEC da
célula recebida. Caso haja coincidência entre os HEC's, o estado de
PRESYNC é assumido.
Neste estado, o reconhecimento ocorre a nível de células. Se houver o
reconhecimento de x células consecutivas, o receptor assume que o
sincronismo foi atingido, o delineamento das células foi encontrado e ele
passa para o estado SYNC.
Caso em uma das x células houver um erro no cabeçalho, o receptor
assume que o sincronismo não foi atingido e retorna ao estado de busca
(HUNT). Se o receptor que já está no estado SYNC receber y células
consecutivas com erro, ele considera que houve perda de sincronismo e
também retorna ao estado de busca.
Diagrama de estados de Delineamento
de células
29
Camada física baseada em célula


30
Valores muito grandes para (Alpha) implicam
em demora para o estabelecimento do
estado de sincronismo, porém há uma
segurança muito grande em relação a erros
na delimitação dos quadros.
Valores muito grandes de (Phi) resultam em
atrasos muito grandes no reconhecimento de
uma perda de sincronismo, porém implica
em boa garantia contra falso sincronismo.
Impacto dos erros de bits
aleatórios sobre o desempenho no
delineamento de células
31
Tempo de Aquisição X Bit Error Rate
32
SDH Based Physical Layer






33
Impõe uma estrutura sobre a stream ATM
Ex: para suportar 155.52Mbps
Usa STM-1 (STS-3) frame
Pode transportar dados ATM e STM
payloads
Suporta conexões comutados por circuitos
usando canais SDH
Padrão de técnicas de multiplexação SDH
podem combinar muitas stream ATMs
STM-1 para SDH-Baseado em
transmissão de células ATM
34
Categorias de Serviços ATM

Real time
–
–

Non-real time
–
–
–
–
35
Constant bit rate (CBR)
Real time variable bit rate (rt-VBR)
Non-real time variable bit rate (nrt-VBR)
Available bit rate (ABR)
Unspecified bit rate (UBR)
Guaranteed frame rate (GFR)
Serviço: Real Time

O que é importante:
–
–
36
delay
Variação do delay (jitter)
CBR



Disponibilidade contínua de taxa de dados
fixa
Limite superior sobre o atraso
Usado para audio e vídeo não comprimidos
–
–
–
37
Conferência de Vídeo
Áudio Interativo
A/V para distribuição e distribution and
recuperação
rt-VBR (Real Time)

Para aplicações sensíveis
–
–

Exemplos: Vídeo Comprimidos
–
–
–

38
Possui restrições fortes em relação ao Delay e ao jitter
Aplicações rt-VBR transmitem em uma taxa que varia com
o tempo
Produz variações de tamanhos para os frames de imagens
Para taxas de frames constantes(sem compressão)
Também para taxas de dados que variam (comprimidos)
Pode multiplexar conexões statisticamente
nrt-VBR



Pode ser capaz de oferecer um serviço baseado em
fluxo de tráfego razoável
Oferece QoS em área de serviços de loss e delay
Especificação dos sistemas finais ao uso do QoS:
–
–
–
–
39
Picos na taxas de células (Peak cell rate)
Definido em Taxa média sustentável
Medida de como o trafego irá fluir
Exemplo de uso: reservas áreas, transações bancárias,etc
UBR

Opção adicional além de CBR e VBR:
–
–

Para aplicações que podem tolerar algumas perdas
de células ou variações de atrasos
–


40
Nenhum recurso é dedicado
Extensão de VBR
Ex: tráfego baseado em TCP
Transferência de células baseadas em fila FIFO
Serviço de melhor esforço - Best efforts service
ABR




41
Especifica aplicações com pico de taxas de
célula - peak cell rate (PCR) e mínimos
taxas de células - minimum cell rate (MCR)
Recurso alocado para dar pelo menos MCR
Reserva de capacidade compartilhado com
muitos outras fontes de ARB
Ex: conexões de LAN
Guaranteed Frame Rate (GFR)


Desenhado para suportar IP sub-redes de backbone
Melhor serviço que UBR para tráfego baseado em frame
–

Otimiza o tratamento de frames baseado em tráfego passando de
LAN através rota de um backbones ATM
–
–


Usado por empresas, transporta dados em geral e para redes de ISP
Consolida e extende o IP sobre WAN
ABR é difícil de ser implementado entre roteadores sobre redes ATM
GFR, melhor alternativa para tráfegos de origem Ethernet
–
–
42
Incluindo IP e Ethernet
A rede é ciente dos limites de frame/packet. Quando congestionados,
todas as células das frames são descartados, para garantir os serviços
mínimos para os outros
Frames adicionais podem ser transportados se não houver
congestionamento
ATM Bit Rate Services
43
AAL - ATM Adaptation Layer


Suporte para protocolo de transferência não
baseados em ATM
PCM (voz)
–
–

IP
–
–
–
44
Montagem de bits sobre as células
Remontagem em um fluxo constante
Mapeia pacotes IP em células ATM
Fragmenta pacotes IP
Usa LAPF (Link Access Procedure for Frame Mode Beare
Services) sobre ATM para guardar e adaptar todas as
características da infraestrutura IP
Adaptation Layer Services

O serviço de Adaptação de camada oferece:
–
–
–
–
45
Cuida dos erros de transmissão
Segmentação e remontagem
Cuida das perdas e de erros de inserção de
células
Controle de fluxo e timing
Tipos de aplicações suportados

Os serviços podem ser:
–
–
–
–
–
Emulação de circuito
VBR pra voz e video
Serviços de dados em geral
IP sobre ATM
Encapsulamento de múltiplos protocolos sobre
ATM (MPOA)

–
46
IPX, AppleTalk, DECNET
Emulação de LAN
O Protocolo AAL

Camadas:
–
Convergence sublayer (CS)


–
Segmentation and re-assembly sublayer (SAR)

–
Responsável pelo empacotamento e desempacotamento dos
dados recebidos ou enviados para a camada CS para e a
partir de células com 48 bytes
Tipos de serviços:



47
Suporte para aplicações específicas
Todos os usuários de AAL são atachados ao SAP (service
access point), que é um endereço da aplicação

Type 1
Type 2
Type 3/4
Type 5
Protocolos AAL
48
Segmentação e Remontagem de
PDU
49
ALL Tipo 1



50
Fonte CBR
Pacotes SAR e desempacotamento de bits
Blocos acompanhados com números
sequenciais
ALL Tipo 2


51
VBR
Aplicações Analógicas
AAL Type 3/4


52
Aplicações baseadas em comunicação
orientadas em conexões ou não
Modo de mensagem ou modo stream
AAL Type 5

53
Serviço de transporte baseado em conexão
orientado para a stream para camadas mais
altas
CPCS
PDUs
54
Exemplo de transmissão AAL 5
55
Required Reading


56
Stallings Chapter 11
ATM Forum Web site