William Stallings Data and Computer Communications 7 th

William Stallings Data and Computer Communications 7 th Edition ATM Asynchronous Transfer Mode 1

Arquitetura de Protocolo l Existe uma similaridade entre o ATM e comutação de pacotes (x. 25 e frame relay) – – l l 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 – – l 2 Transfere dados em pequenas porções discretas Múltiplas conexões lógicas sobre uma simples conexão física Reduz overhead Eficiência Taxa de dados (camada física) 25. 6 Mbps até 622. 08 Mbps

Arquitetura de Protocolo 3

Modelo de Plano Referência l Plano de Usuário – l Plano de controle – l 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 l l – 4 Desempenha a função de gerenciamento principal do sistema Coordena todos os planos existentes no sistema Gerenciamento de camadas l Define os recursos e parâmetros existentes dentro das entidades dos protocolos

Conexão lógica ATM l Canal Virtual (VCC) – – – Semelhante ao circuito X. 25 Unidade básica de comutação Usado entre dois usuários finais l l VCC são usados também para user-network: – l l 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 l 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 l 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 Qo. S mínimos necessários

Estabelecendo Chamadas Virtuais 9

Usuários VCC l Entre usuários finais – – – Transporte de dados para usuários finais Sinalização de controle VPC providencia o capacidade global l l Entre usuários e a rede – l 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 l Qo. S (Qualidade de Serviço) – l Comutado e semi-permanente conexões de canal – – l l – – Negociado para cada VCC É monitorado pela rede, para que os parâmetros são sejam violados Qo. S 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 – l Cells loss ratio VCCs restritos para o uso da rede

Sinalização de Controle - VCC l 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 l No ATM é necessário um mecanismo de controle para estabelecer e interromper os VPCs e VCCs – – l 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” l l – Canal virtual de sinalização de “User to user” l 13 Para sinalização de controle Usado para configurar VCCs no transporte de dados l 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 l Semi-permanente VPC – l Controle Customizado: – l 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 l l l 14 Network to Network User-to-network User-to-user

Células ATM l l l 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 l Controle Genérico de Fluxo – – – l Virtual path identifier – l 17 Define o tipo de dados. Ex: dados ou gerenciamento de rede Cell loss priority – l É usado para identificar e rotear os VCCs Payload type – l 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 – l 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) l l Controle de tráfego para “user to network interface” (UNI) para aliviar as cargas de curto período (overload) Existe dois tipos de procedimentos de controle: – – l l Cada conexão deve ser especificada sempre com ou sem GFC Sujeito à Controle de Fluxo – – 18 l 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 l Terminal equipment (TE) inicializa duas variáveis – – TRANSMIT flag to 1 GO_CNTR (credit counter) to 0 l l l 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 l 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 l l – l 20 l 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 l l 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 l 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 l 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 l Taxas alcançadas: – – l I. 432 define dois tipos de estruturas de transporte física: – – 27 622. 08 Mbps 155. 52 Mbps 51. 84 Mbps 25. 6 Mbps Camada física baseada em células Camada física baseada SDH

Camada física baseada em célula l Não usa framing (formato) – l 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 l l 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 l l l 33 Impõe uma estrutura sobre a stream ATM Ex: para suportar 155. 52 Mbps 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 l Real time – – l 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 l O que é importante: – – 36 delay Variação do delay (jitter)

CBR l l l 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) l Para aplicações sensíveis – – l Exemplos: Vídeo Comprimidos – – – l 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 l l l Pode ser capaz de oferecer um serviço baseado em fluxo de tráfego razoável Oferece Qo. S em área de serviços de loss e delay Especificação dos sistemas finais ao uso do Qo. S: – – 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 l Opção adicional além de CBR e VBR: – – l Para aplicações que podem tolerar algumas perdas de células ou variações de atrasos – l l 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 l l 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) l l Desenhado para suportar IP sub-redes de backbone Melhor serviço que UBR para tráfego baseado em frame – l Otimiza o tratamento de frames baseado em tráfego passando de LAN através rota de um backbones ATM – – l l 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 l l Suporte para protocolo de transferência não baseados em ATM PCM (voz) – – l 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 l 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 l 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) l – 46 IPX, Apple. Talk, DECNET Emulação de LAN

O Protocolo AAL l Camadas: – Convergence sublayer (CS) l l – Segmentation and re-assembly sublayer (SAR) l – 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: l l l 47 Suporte para aplicações específicas Todos os usuários de AAL são atachados ao SAP (service access point), que é um endereço da aplicação l Type 1 Type 2 Type 3/4 Type 5

Protocolos AAL 48

Segmentação e Remontagem de PDU 49

ALL Tipo 1 l l l 50 Fonte CBR Pacotes SAR e desempacotamento de bits Blocos acompanhados com números sequenciais

ALL Tipo 2 l l 51 VBR Aplicações Analógicas

AAL Type 3/4 l l 52 Aplicações baseadas em comunicação orientadas em conexões ou não Modo de mensagem ou modo stream

AAL Type 5 l 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 l l 56 Stallings Chapter 11 ATM Forum Web site