Camadas de Enlace - IC

ATM
 ATM (Asynchronous Transfer Mode) é a tecnologia de
comutação e transporte da arquitetura RDSI-FL
(Rede Digital de Serviços Integrados de Faixa Larga)
 Metas: acesso em alta velocidade para usuários
comerciais e domésticos (155Mbps to 622 Mbps);
suporte para serviços integrados (voz, dados, vídeo,
imagem)
5: Camada de Enlace 5d-1
Circuitos Virtuais ATM
 Foco em capacidade para alocação de banda




(diferente do melhor esforço do IP)
Papel principal de ATM hoje: camada de enlace
“comutada” para IP-sobre-ATM
Transporte ATM utiliza circuitos virtuais: células
(53 bytes) são transportadas em CVs
em IP sobre ATM: CVs permanentes (PVCs) entre
roteadores IP
problema de escalabilidade: N(N-1) CVs entre
todos os pares de roteadores IP
5: Camada de Enlace 5d-2
Circuitos Virtuais ATM (cont)
 CVs comutados (SVCs) são usados para conexões
de curta duração
 Prós da abordagem de CVs ATM:

Consegue garantir desempenho (QoS - qualidade de
serviço) a uma conexão mapeada a um CV (banda, retardo,
jitter)
 Contras da abordagem de CVs ATM:
 Suporte ineficiente para tráfego de datagramas; solução
usando PVCs (um PVC entre cada par de estações) não é
escalável;
 SVC introduz latência excessiva em conexões de duração
muito curta
 Alto custo de processamento de SVCs
5: Camada de Enlace 5d-3
Mapeamento de Endereços ATM
 Interface do roteador (ao enlace ATM) possui dois
endereços: os endereços IP e ATM.
 Para poder rotear um pacote IP através da rede
ATM, o nó IP precisa realizar os seguintes passos:
(a) inspecionar sua tabela de rotas para encontrar o endereço
do próximo roteador IP
(b) depois, usando tabela ATM-ARP, encontrar endereço ATM
do próximo roteador
(c) passar pacote (com endereço ATM) à camada ATM
 Agora, assume o controle a camada ATM layer:
(1) determina a interface e CV em que enviar o pacote
(2) se inexiste CV (para aquele endereço ATM) cria-se um SVC
5: Camada de Enlace 5d-4
Camada Física de ATM
 Duas subcamadas Físicas:
 (a) Subcamada PMD (Physical Medium Dependent)
 (a.1) SONET/SDH: possui estrutura de quadros de
transmissão (como um vasilhame carregando bits);
• sincronização a nível de bit;
• particionamento de banda (TDM);
• diversas taxas de transmissão: OC1 = 51.84 Mbps; OC3 =
155.52 Mbps; OC12 = 622.08 Mbps


(a.2) TI/T3 e E1/E3: possui estrutura de quadros de
transmissão (antiga hierarquia de telefonia - PDH):
1.5 Mbps/ 45 Mbps e 2 Mbps/ 34 Mbps
(a.3) sem estrutura: apenas células (em uso/ociosa)
5: Camada de Enlace 5d-5
Camada Física de ATM (cont)
 Segunda subcamada física
(b) Subcamada TCS (Transmission Convergence
Sublayer): ela adapta a subcamada PMD à camada de
transporte ATM
 Funções da TCS:
 Geração do checksum do cabeçalho: CRC de 8 bits; ele
protege cabeçalho de 4 bytes; permite corrigir erros de 1 bit.
 Delimitação da célula
 Com subcamada PMD “sem estrutura”, transmissão de células
ociosas quando não há células de dados na fila para transmitir
5: Camada de Enlace 5d-6
Camada ATM
 Camada ATM responsável para transportar células
através da rede ATM
 Protocolo da camada ATM define formato do
cabeçalho (5 bytes) da célula ATM;
 carga = 48 bytes;
comprimento total da célula = 53 bytes
5: Camada de Enlace 5d-7
Camada ATM
 VCI (ID de canal virtual): traduzido a cada novo
enlace;
 PT (tipo de carga): indica o tipo de carga (p.ex.
célula de gerenciamento)
 bit CLP (Prioridade de Perda de Células): CLP = 1
significa que a célula é de prioridade baixa, e pode
ser descartada se roteador estiver congestionado
 byte HEC (Checksum de Erros no Cabeçalho)
5: Camada de Enlace 5d-8
Camada de Adaptação ATM (AAL)
 Camada de Adaptação ATM (AAL): “adapta” a
camada ATM às camadas superiores (IP ou
aplicações nativas de ATM)
 AAL é presente apenas nos sistemas terminais, e
não em comutadores
 A camada AAL tem seus próprios campos de
cabeçalho/cauda, transportados em células ATM
5: Camada de Enlace 5d-9
Camada de Adaptação ATM (AAL) [cont]
 Versões diferentes da camada AAL, de acordo
com o serviço a ser transportado por ATM:



AAL1: para serviços CBR (Taxa de Bits Constante) tais
como emulação de circuitos
AAL2: para serviços VBR (Taxa de Bits Variável) tais
como vídeo MPEG
AAL3/4, AAL5: para dados (p.ex., datagramas IP)
5: Camada de Enlace 5d-10
Camada de Adaptação ATM (AAL) [cont]
 Duas subcamadas na AAL para dados:


CPCS: (Common Part) Convergence Sublayer:
encapsula carga (p.ex. datagrama IP) numa
CPCS-PDU, com cabeçalho e/ou cauda.
SAR: Subcamada de Segmentação/Remontagem:
segmenta/remonta a CPCS (às vezes, até 65K
bytes) em segmentos ATM de 48 bytes
 AAL3/4: segmento ATM tem cabeçalho+cauda de 4
bytes => apenas 44 bytes/célula de carga CPCS-PDU
5: Camada de Enlace 5d-11
AAL5 - Simple And Efficient AL (SEAL)
 AAL5: AAL de baixo custo usada para transportar
datagramas IP



elimina cabeçalho e cauda da subcamada SAR; CRC (de 4
bytes) movida para a CPCS-PDU => 48 bytes de carga/célula
PAD (enchimento) garante que comprimento da CPCS-PDU é
múltiplo de 48 bytes (LENGTH inclui PAD bytes)
No destino, células são remontadas baseado no valor do
VCI; AAL-indicate bit (no cabeçalho ATM) delimita a CPCSPDU; se falhar o CRC, PDU é descartada, senão, é passada à
CPCS e daí para o IP
5: Camada de Enlace 5d-12
Viagem de um Datagrama numa rede
IP-sobre-ATM
 Na estação de origem:
 (1) camada IP traduz o endereço IP para o endereço ATM
(using ATM-ARP); depois, passa o datagrama para AAL5
 (2) AAL5 encapsula datagrama e segmenta CPCS-PDU em
células; depois, passa estas células para a camada ATM
 Na rede, a camada ATM move células de comutador
em comutador, seguindo uma CV pré-estabelecido
 Na estação destino, AAL5 remonta células para
recuperar CPCS-PDU original, contendo datagrama;

se CRC bom, datagrama é entregue para o protocolo IP.
5: Camada de Enlace 5d-13
ARP em Redes ATM
 ATM pode rotear células somente se tiver o
endereço ATM do destino

Portanto, IP deve traduzir endereço IP da saída para o
endereço ATM correspondente
 A tradução de endereços IP/ATM é feita pelo ARP
(Address Resolution Protocol)
 Em geral, tabela ATM-ARP não contém todos os
endereços ATM: é preciso determinar alguns deles
 Duas técnicas:


difusão
servidores ARP
5: Camada de Enlace 5d-14
ARP em Redes ATM (cont)
 (1) Difunde o pedido ARP para todos destinos:


(1.a) a mensagem de pedido ARP é difundida para todos
destinos ATM por meio de um CV de difusão especial;
(1.b) o destino ATM que corresponde ao endereço IP
retorna (via CV ponto a ponto) o endereço ATM
correspondente;
 Custo de difusão é proibitivo para grandes redes
ATM.
5: Camada de Enlace 5d-15
ARP em Redes ATM (cont)
 (2) Servidor ARP:


(2.a) roteador IP de origem encaminha pedido ARP para
servidor num CV dedicado (Nota-se: todos estes CVs de
roteadores ao servidor ARP têm o mesmo VPI)
(2.b) servidor ARP responde ao roteador de origem com a
tradução para ATM do endereço IP
 Estações precisam se register junto ao servidor ARP
Comentários: mais escalável do que a abordagem de
difusão ATM (não gera tempestade de difusão).
Porém, requer um servidor ARP, e este pode ser
inundado com pedidos
5: Camada de Enlace 5d-16
X.25 e Frame Relay
 Tecnologias de Longa Distância (como ATM); também,
ambos orientados a Circuito Virtual, como ATM
 X.25 foi criado nos anos 70, com o apoio das
Operadoras de Telecomunicações, como resposta à
tecnologia de datagrama da ARPANET (guerra
religiosa..)
 Frame Relay surgiu da tecnologia RDSI (no final dos
anos 80)
 Tanto X.25 como Frame Relay podem ser usados para
transportar datagramas IP; por isto, são vistos como
Camadas de Enlace pela camada de protocolo IP (e,
portanto, são tratados aqui neste capítulo)
5: Camada de Enlace 5d-17
X.25
 X.25 constrói um CV entre origem e destino para
cada conexão de usuário
 Ao longo do caminho, controle de erro (com
retransmissões) em cada enlace, usando LAP-B,
uma variante do protocolo HDLC
 Adicionalmente, em cada CV, controle de fluxo em
cada enlace individual usando créditos;

congestionamento ocorrendo a um nó intermediário
propaga para a origem através de pressão reversa
(backpressure)
5: Camada de Enlace 5d-18
X.25
 Em conseqüência, pacotes são entregues
confiavelmente e na seqüência ao destino; o controle
de crédito por fluxo garantia compartilhamento justo
 Pondo “inteligência na rede” fazia sentido nos anos
70 (terminais burros sem TCP)
 Hoje, TCP e fibra, praticamente livre de erros,
favorecem deslocar a “inteligência para a borda da
rede”; adicionalmente, roteadores gigabit não
conseguem dar conta do custo do processamento X.25
 Como resultado, X.25 está se tornando extinto
5: Camada de Enlace 5d-19
Frame Relay
 Projetado no final dos anos 80 e muito usado nos
anos 90
 CVs do FR não usam controle de erros
 Controle de fluxo (taxa) é fim a fim; muito
menor custo de processamento do que controle de
fluxo baseado em créditos a cada enlace
5: Camada de Enlace 5d-20
Frame Relay (cont)
 Projetado para interligar rede locais de clientes
corporativos
 Cada CV é como um “cano” carregando tráfego agregado
entre dois roteadores
 Cliente corporativo aluga serviço FR de uma rede pública
de Frame Relay (p.ex, da Embratel ou Telemar)
 Como alternativa, cliente grande pode construir uma
rede Frame Relay particular.
5: Camada de Enlace 5d-21
Frame Relay (cont)
 Frame Relay implementa principalmente CVs
permanentes (fluxos agregados)
 Campo de ID do CV de 10 bits no cabeçalho do
Quadro
 Se IP transportado por cima do FR, o ID do CV que
corresponde ao endereço IP do destino é
procurado na tabela de CVs local
 Comutador FR apenas descarta quadros com CRC
ruim (o TCP retransmite..)
5: Camada de Enlace 5d-22
Frame Relay - Controle de Taxa no CV
 CIR = Committed Information Rate (Taxa de
Informação Comprometida), definida para cada CV
e negociada na hora de criar o CV; o cliente paga
baseado na CIR
 bit DE = bit Discard Eligibility (Eligibilidade de
Descarte) no cabeçalho do Quadro


bit DE = 0: prioridade alta, quadro dentro da taxa
combinada; a rede tenta entregá-lo “custe o que custar”
bit DE = 1: prioridade baixa, quadro “marcado”; a rede o
descarta quando um enlace se torna congestionado (ié,
quando excedido o limiar)
5: Camada de Enlace 5d-23
Frame Relay - CIR e Marcação de Quadros
 Taxa de Acesso: taxa R do enlace de acesso entre
roteador de origem (cliente) e comutador FR de
borda (provedor); 64 kbps < R < 2 Mbps
 Tipicamente, muitos CVs (um por roteador
destino) multiplexados no mesmo tronco de acesso;
cada CV tem sua própria CIR
 Comutador FR de borda mede taxa de tráfego para
cada CV; ele marca (ié. DE  1) os quadros que
excedem a CIR (estes podem ser descartados mais
tarde)
5: Camada de Enlace 5d-24
Frame Relay - Controle de Taxa
 Provedor de Frame Relay “quase” garante taxa CIR (exceto
quando ocorre overbooking)
 Sem garantias de retardo, mesmo p/ tráfego de prioridade alta
 Retardo dependerá em parte do intervalo da medição da taxa,
Tc; quanto maior Tc, maior irregularidade (mais rajadas) pode ter
o tráfego injetado na rede, e maior será o retardo
 Provedor Frame Relay deve realizar um estudo cuidadoso de
engenharia de tráfego antes de comprometer uma CIR, para que
possa sustentar seu compromisso e impedir overbooking
 CIR de Frame Relay é o primeiro exemplo de um modelo de
cobrança que depende da taxa de tráfego numa rede de pacotes
5: Camada de Enlace 5d-25