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TP312 - Redes Frame Relay e ATM
Prof. Carlos Roberto dos Santos
Conteúdo
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• Introdução
• Redes Frame-Relay
–
–
–
–
Características;
Quadro Frame-Relay;
Operação do DLCI;
Circuitos FrameRelay;
– Controle de
Congestionamento;
– Aplicações
• Redes ATM
–
–
–
–
–
Redes Atuais;
Redes Modernas;
Padronização/Histórico;
Definições Básicas;
Modelo de Referência em
Camadas para o ATM;
• Camada Física;
• Camada ATM;
• Camada de Adaptação;
– Sinalização;
– Controle de Tráfego e
Congestionamento;
– Voz sobre ATM
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Critérios de Avaliação
• A Nota Final (NF) obtida
• Prova para casa;
irá gerar um Conceito de
• Entrega Individual;
acordo com a seguinte
• Prazo de 15 dias
tabela:
(entrega dia 22/05
– Se NF ≥ 85; A;
– Se 70 ≤ NF < 85; B;
aula do prof. Edson);
– Se 50 ≤ NF < 70; C;
• Não haverá
– Se NF ≤ 50; D
substitutiva/segunda
chamada;
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INTRODUÇÃO
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Introdução - Tipos de Redes
• X25
• Frame Relay
• ATM
• MPLS
• IP
Introdução - Arquitetura
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Aplicação
Telnet
Transporte
FTP
HTTP
TFTP
TCP
SNMP
DNS
UDP
Rede
IP
Enlace
Ethernet
Token
Ring
Token
Bus
PPP
Frame
Relay
ATM
Física
F.O.
UTP
W.L.
STP
Coaxial
Satélite
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FRAME RELAY
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DEFINIÇÃO (FRAME RELAY FORUM)
• Frame relay is a high-speed communications technology
that is used in hundreds of networks throughout the world
to connect LAN, Internet and even voice applications.
• Simply put, frame relay is a way of sending information
over a wide area network (WAN) that divides the
information into frames or packets. Each frame has an
address that the network uses to determine the destination
of the frame. The frames travel through a series of switches
within the frame relay network and arrive at their
destination.
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Frame Relay - Características
• Projetada no final da década de 80.
• Disseminada na década de 90.
• Evolução da rede X.25 atendendo a evolução dos meios de
transmissão e dos computadores.
• Opera com circuito virtual.
• No protocolo Frame Relay uma série de funções, que
existiam nos protocolos anteriores (ex.: X.25), são
minimizadas ou eliminadas.
• A Rede Frame Relay é concebida para eliminar e/ou
combinar muitas operações residentes nas camadas 2 e 3 de
um modelo de 7 camadas convencional. Esta abordagem
resulta em aumento de vazão e diminuição de atraso (se
comparado com X25)
• Vem perdendo terreno para as redes IP, ATM, MPLS.
Frame Relay - Características
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Comutação por
Circuito
Comutação por
Pacotes
Frame Relay
Multiplexação de
slots de tempo
SIM
NÃO
NÃO
Multiplexação
estatística
NÃO
SIM
SIM
Compartilhamento
de porta
NÃO
SIM
SIM
Alta velocidade por
R$
SIM
NÃO
SIM
MUITO BAIXO
ALTO
BAIXO
Atraso
ATM X Frame-Relay
• ATM e Frame-Relay
– Comunicação Orientada a Conexão
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• Connecion-Oriented
• Ambas as tecnologias permitem dividir a banda de
um enlace físico através de circuitos virtuais.
• ATM:
– VPI e VCI
• FRAME RELAY
– DLCI
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Rede Frame Relay
H
U
B
switch
switch
switch
switch
FRAD
HUB
roteador
HOST
PAD
Rede Frame Relay
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Dispositivos de rede
(switches)
Bridge
FRAD: Frame Relay Access Device
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• Dispositivo responsável pela integração do frame relay
com o protocolo da camada 3, como o IP, por exemplo.
• Na transmissão o FRAD:
– Formata as informações na forma de quadros frame relay antes de
enviá-los para o switch
• Na recepção o FRAD:
– Retira os dados dos quadros recebidos do switch e entrega para o
dispositivo do usuário em seu formato original.
• O FRAD pode ser implementado:
– Como um dispositivo standalone ou embutido num roteador,
switch, multiplexador ou dispositivo similar.
Quadro Frame-Relay
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Estrutura do Quadro Frame Relay
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Quadro Frame-Relay
bytes
1
2a4
n
2
1
Flag
Endereço
Informação
FCS
Flag
Quadro Frame-Relay
1
2a4
n
2
1
Flag
Endereço
Informação
FCS
Flag
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bytes
8
7
0
1
6
1
5
1
4
3
2
1
1
1
1
0
Quadro Frame-Relay
1
2
n
2
1
Flag
Endereço
Informação
FCS
Flag
8
7
6
5
4
3
DLCI
(mais significativo)
2
1
C/R EA
BECN
DLCI
(menos significativo)
FECN
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bytes
DE EA
Quadro Frame-Relay
1
3
n
2
1
Flag
Endereço
Informação
FCS
Flag
8
7
6
5
4
3
DLCI
(mais significativo)
2
1
C/R EA
BECN
DLCI
FECN
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bytes
DE EA
DLCI ou controle
(menos significativo)
D/C EA
Quadro Frame-Relay
1
4
n
2
1
Flag
Endereço
Informação
FCS
Flag
8
7
6
5
4
3
DLCI
(mais significativo)
DLCI
DLCI ou controle
(menos significativo)
2
1
C/R EA
BECN
DLCI
FECN
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bytes
DE EA
EA
D/C EA
Quadro Frame-Relay
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bytes
1
2a4
n
2
1
Flag
Endereço
Informação
FCS
Flag
n
...
4
3
2
1
DADOS COM INSERÇÃO DE BITS
Quadro Frame-Relay
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bytes
1
2a4
n
2
1
Flag
Endereço
Informação
FCS
Flag
16 15
...
3
2
P(x) = x16 + x12 + x5 + x0
1
Quadro Frame-Relay
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bytes
1
2a4
n
2
1
Flag
Endereço
Informação
FCS
Flag
8
7
0
1
6
1
5
1
4
3
2
1
1
1
1
0
Quadro Frame-Relay
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• DLCI: Data Link Connection Identifier
– Número de 10 bits
– DLCI indica a porta em que a rede de destino está
conectada.
• Normalmente o termo “porta” refere-se a porta
física de um roteador.
• Todavia, as redes frame-relay podem ser
implementadas também em switches ou bridges.
Operação do DLCI (exemplo)
Tabelas de
roteamento
Mapeiam os
indicadores DLCI
de um switch para
outro
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Circuitos Frame-Relay
Os DLCI tem
apenas significado
local. O DLCI no
destino pode ser
diferente da origem
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Operação do DLCI (exemplo)
• Roteador 1 envia tráfego para três LANs
conectadas aos roteadores 2, 3 e 4.
• O tráfego consiste de três quadros com os
seguintes destinos:
– DLCI 100: roteador 2
– DLCI 101: roteador 4
– DLCI 102: roteador 3
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Operação do DLCI (exemplo)
Princípios do Frame-Relay
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• PRINCÍPIOS
– Não aloca banda dos circuitos até que os dados sejam
realmente enviados pelo meio físico.
– Se houver algum erro num quadro recebido, então o
quadro é descartado.
– Não tenta retransmitir informações.
– Não tenta corrigir erros.
• BAIXO DELAY DE PROPAGAÇÃO
– Utiliza a banda disponível de maneira eficiente
– Não perde tempo na entrega dos quadros.
Velocidade do Frame-Relay
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• O serviço frame-relay é oferecido
normalmente como:
– Frações de canais T1/E1
– Taxas completas de T1/E1
• Alguns vendedores oferecem frame
relay até taxas T3:
– 45 Mbp.
Pilha ATM/Frame-Relay
• Princípio:
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– Concentrar as funções nas camadas físicas e de enlace
PILHA OSI
PILHA ATM/FRAME-RELAY
REDE
Funções eliminadas
ou movidas para
outras camadas
ENLACE
ENLACE
FÍSICA
FÍSICA
Estratégia de Roteamento Frame-Relay
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•
•
Princípio:
– Se houver um problema, descarte os dados.
Cada nó da rede frame-relay (switch):
1. Verifica o integridade do quadro através do campo
FCS (Frame Check Sequence). Se houver um erro,
descarta o quadro.
2. Procura o DLCI do quadro na sua tabela de
roteamento interna. Se não encontrar, descarta o
quadro.
3. Envia o quadro para o porta do próximo nó frame
relay, conforme definido na tabela de roteamento
interna.
Protocolo Frame-Relay
FRAME VÁLIDO ?
CAMADA 1
Não
Sim
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Testa o campo FCS
Discarta
DLCI conhecido ?
CAMADA 2
Sim
Não
Discarta
CAMADA 3
Envia Frame para Camada 3
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Circuitos Frame Relay
• Frame Relay trabalho com Circuitos Virtuais (VC).
– Um VC é um caminho bidirecional entre dois pontos,
construído por software, que simula uma linha física.
• Os circuitos virtuais podem ser de dois tipos:
– PVC: Permanent Virtual Circuits
• Caminhos fixos configurados pelo operador do
sistema.
– SVC: Switched Virtual Circuits
• Caminhos criados automaticamente por um
protocolo de sinalização (Q.933).
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PVC: Permanent Virtual Circuits
• Caminhos fixos configurados pelo operador do
sistema.
• Os caminhos são definidos pelos pontos de origem
e destino.
• O trajeto exato pode variar de tempos em tempos
se for adotada uma estratégia de re-roteamento
automático.
• A definição dos caminhos é feita através de uma
análise global do tráfego e da banda disponível na
rede.
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SVC: Switched Virtual Circuits
• Caminhos criados automaticamente por um protocolo de
sinalização (Q.933).
• Os SVC são criados dinamicamente, baseados na
requisição feitas por vários usuários.
• A rede se encarrega de avaliar o uso de banda gerado por
cada usuário e cobrar de acordo.
• A implementação de SVC é mais complexa que PVC, e
não foi suportada na primeira geração de equipamentos
frame-relay.
Congestionamento
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• O congestionamento numa rede frame-relay pode
acontecer por duas razões:
1. Receiver Congestion:
• Um nó recebe mais quadros do que pode processar.
2. Line Congestion:
• Um nó precisa enviar mais quadros para uma dada linha numa
velocidade superior ao que a linha permite.
• Em ambos os casos os nós descartam os quadros
por “estouro de buffer”.
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Nó
Frame-Relay
BUFFER
RECEPÇÃO
Congestionamento
Os quadros que
chegam quando o
buffer de recepção
está cheio são
descartados.
Nó
Frame-Relay
Os quadros que
precisam ser
enviados quando o
buffer de transmissão
está cheio são
descartados.
BUFFER
TRANSMISSÃO
Nó
Frame-Relay
Sinalização no Frame-Relay
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•
A sinalização no Frame-Relay define três
mecanismos principais:
1. Mecanismos de controle de congestionamento.
2. Controle de estado dos circuitos permanentes (PVC).
3. Sinalização para criação de circuitos comutados
(SVC).
Controle de Congestionamento
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•
•
Implementação opcional no Frame-Relay
Necessidade do controle de congestionamento:
1. Quando ocorre descarte de quadros devido ao
congestionamento, os computadores poderão
retransmitir os dados perdidos.
2. A retransmissão aumentará o congestionamento da
rede.
3. A rede entra num estado de redução de “througput
real”, pois parte significativa do tráfego que circula na
rede é retransmissão.
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Controle de Congestionamento
• A) Fase em que deve
ser iniciado o controle
de congestionamento
• B) Nesta fase a rede
não pode mais garantir
a banda dos circuitos
virtuais.
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Controle de Congestionamento
• Mecanismos associados ao controle de
congestionamento:
– Explicit Congestion Notification
– Implicit Congestion Notification
– Discard Eligibility
Explicit Congestion Notification
• Utiliza os bits:
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– FECN (Forward Explicit Congestion Notification)
– BECN (Backward Explicit Congestion Notification)
Controle de Congestionamento
•
Suponha que o nó B está entrando em congestionamento:
1. O nó B determina que está entrando em congestionamento
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•
seu buffer está ficando cheio.
2. O nó B informa ao nó C que está entrando em
congestionamento
•
setando o bit FECN dos quadros que são enviados na direção de C.
3. O nó B informa ao nó A que está entrando em
congestionamento
•
–
setando o bit BECN dos quadros que são enviados na direção de A.
O bits FECN e BECN são setados nos quadros de todas as
DLCI’s que estão passando pelo nó saturado.
Implicit Congestion Notification
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• Ao receber as mensagens FECN e BECN:
– Todos os dispositivos de rede deverão reduzir a geração
de informações para evitar o congestionamento.
– Os equipamentos terminais deverão reduzir a geração
de tráfego para evitar congestionamento na rede local.
• Os equipamentos terminais que não falam FrameRelay diretamente, reduzem seu tráfego por um
controle de congestionamento implícito,
implementado por protocolos de alto nível, como
o TCP.
Implicit Congestion Notification
No TCP os computadores podem transmitir apenas uma quantidade limitada de dados
sem receber confirmação. Quando a confirmação não é recebida, o emissor assume
que o buffer do receptor está cheio e reduz a velocidade de transmissão.
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•
ACK bytes recebidos
Buffer disponível
JANELA
TCP
JANELA
TCP
Buffer disponível
ACK bytes recebidos
LAN
REDE FRAME-RELAY
Controle de Congestionamento
• Se os terminais dos usuários não reduzirem o tráfego gerado durante o
período de congestionamento:
– Seus quadros deverão ser DESCARTADOS.
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• PROBLEMA:
– Uma estratégia de descarte randômica não é adequada pois pode levar a
retransmissão de muitos dados.
A PARA B
C PARA D
E PARA F
SEGMENTO TCP
SEGMENTO TCP
SEGMENTO TCP
A1 A2 A3
B1 B2 B3
C1 C2 C3
descarte
descarte
descarte
CIR - Committed Information Rate
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• Para determinar quais quadros devem ser
descartados utiliza-se o CIR (Committed
Information Rate).
– O CIR é a informação da capacidade média do circuito
virtual em bits por segundo.
– A média é calculada num intervalo mínimo Tc.
• Quando um usuário contrata um canal junto a um
provedor de serviço frame relay, ele especifica um
CIR dependendo da capacidade de rede que ele
estima precisar.
CIR - Committed Information Rate
bits/s
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CIR
tempo
CIR = média no intervalo Tc
Discard Eligibility
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• No cabeçalho dos quadros frame relay existe um bit denominado
Discard Eligibility (DE). Os quadros com DE=1 serão os primeiros a
serem descartados em caso de congestionamento.
Discard Eligibility
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• Quando a taxa de bits transmitida por uma rede superar o seu CIR
contratado, o próprio roteador da rede do usuário ou o switch da rede
frame relay devem setar DE=1.
LAN
Seta DE=1
quando o controle
é feito pela rede
do usuário.
Seta DE=1, se o
controle é feito
pela rede do
provedor.
Discard Eligibility
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• Os quadros com DE = 1 são os primeiros a serem descartados.
• Se o descarte dos quadros com DE=1 não for suficiente, os quadros
com DE=0 são descartados indiscriminadamente.
bits/s
DE=1
CIR
DE=0
tempo
Interconexão de Redes LAN
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• Abordagem tradicional
Interconexão de Redes LAN
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• Abordagem Frame-Relay
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Voz e Dados sobre Frame Relay
TCP/IP sobre Frame Relay
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• O Frame Relay foi projetado para transportar protocolos de
camada superior
• É um suplemento ideal para o TCP/IP
Referência bibliográficas
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• Livro Básico
– Emerging Communications Technologies (second edition) - Uyless
Black - Prentice Hall, 1997.
• Outras Referências
– Frame Relay: redes, protocolos & serviços - Antonio José
Figueiredo Enne - Axcel Books, 1998.
– The Basic Guide to Frame Relay Networking – www.frforum.com
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ATM
Nunca Subestime
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“I think there’s a world market for maybe 5 computers”
Thomas Watson, IBM chairman, 1943
“Computers in the future will weigh no more than 1.5 tons”
Prediction in Popular Mechanics, 1949
“There is no reason why anyone would want to have a computer in
their home”
Ken Olson, DEC chairman, 1977
“640K (RAM) ought to be enough for anybody”
Bill Gates Microsoft chairman, 1981
Redes de Telecomunicações Atuais
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• Redes de telefonia tradicional (PSTN)
• Redes de comutação de pacotes
• Redes de TV
– Broadcast
– Cabo
– Satélite
• Redes privadas
– Voz (PABX)
– Dados (LAN Ethernet)
Desvantagens
• Redes específicas
– Cada rede transporta um tráfego específico.
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• Pouco flexíveis
– Redes especializadas tem grande dificuldade de se
adaptarem à novos serviços.
• Ineficientes
– Recursos disponíveis em uma rede não podem ser
utilizados em outra rede.
Redes Modernas
• Flexibilidade
– Capacidade de se adaptar às mudanças tecnológicas.
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• Eficiência na utilização dos recursos disponíveis
– Todos os recursos disponíveis podem ser
compartilhados à todos os serviços.
• Mais baratas
– Desde que uma única rede tem que ser projetada,
implementada e mantida o custo total tende a ser
menor.
Facilitadores
• Evolução Tecnológica
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– Tecnologia de Semicondutores
– Tecnologia Óptica
• Evolução do Conceito de Sistemas
Requisitos de Desempenho - Natureza do Tráfego
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CBR - Constant Bit Rate
VBR - Variable Bit Rate
Burst - Tráfego em rajadas
Alocação de Banda
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• Taxa média (perda de qualidade)
Alocação de Banda
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• Taxa de pico (ineficiência)
Transparência Semântica
• DETERMINA A POSSIBILIDADE DA REDE
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TRANSPORTAR A INFORMAÇÃO LIVRE DE ERRO
=> O NÚMERO DE ERROS PONTO A PONTO
INTRODUZIDO PELA REDE É ACEITÁVEL PARA O
SERVIÇO.
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Transparência Semântica
• Packet Error Rate: PER = No pacotes errados / No pacotes
enviados
• Packet Loss Rate: PLR = No pacotes perdidos / No pacotes
enviados
• Packet Inserted Rate: PIR = No pacotes inseridos / No
pacotes enviados
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Transparência Temporal
• DETERMINA A CAPACIDADE DA REDE
TRANSPORTAR A INFORMAÇÃO DA FONTE ATÉ O
DESTINO EM UM TEMPO MENOR POSSÍVEL,
ACEITÁVEL PARA O SERVIÇO;
• PODE SER DEFINIDA COMO A AUSÊNCIA DE
ATRASO E DE JITTER NA REDE.
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Parâmetros para Alguns Serviços
Serviço
BER
PLR
PIR
Atraso
Telefonia
10-7
10-3
10-3
25/500 ms
Transmissão de
dados
10-7
10-6
10-6
1000 ms
Vídeo
10-6
10-8
10-8
1000 ms
Áudio Hifi
10-5
10-7
10-7
1000 ms
Controle de
processo
10-5
10-3
10-3
1000 ms
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RDSI - FE
• RDSI = Rede Digital de Serviços Integrados - Faixa
Estreita
• Uso de infra-estruturas de rede separadas
• Integração somente nas interfaces
• Baixas taxas de transmissão(Faixa Estreita).
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RDSI - FL
• Rede Digital de Serviços Integrados - Faixa Larga
• Altas taxas de transmissão(inicialmente 150 e 600 Mbps)
• Tanto o acesso como a transmissão na rede são integrados
(Rede ATM)
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Requisitos a serem satisfeitos
•
•
•
•
•
Requisito multimídia
Qualidade de serviço
Temporização
Sincronização
Aspectos de sinalização
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Fatores para o Desenvolvimento
• A emergente demanda por serviços faixa larga
• A disponibilidade de tecnologias de alta velocidade de
transmissão, chaveamento e processamento de sinais
• A capacidade de melhor processamento de imagens e
dados
Necessidades de Mercado
• Assinantes Residenciais
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– Vídeo telefonia, CATV, TV on-demand, HDTV, Vídeo
Shoping, Educação à distância, etc.
• Assinantes Comerciais
– Vídeo telefonia, Interconexão de LANs, Telemedicina,
Controle visual de processos, etc.
Largura de Banda
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Frame Relay – 2Mbits/s
67 min.
1GB
52 seg.
ATM – 155 Mbits/s
Padronização/Breve Histórico
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• ITU-T (antigo CCITT)
• Fórum ATM
•
•
•
•
•
1983 – Publicação dos primeiros artigos sobre o ATM
1987 - ITU-T escolhe o ATM para RDSI - FL
1990 - ITU-T lança 13 recomendações
1992 – Instalação da primeira LAN ATM
1993 – Instalação da primeira WAN ATM
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ATM: Definição
• ATM (Asynchronous Transfer Mode ou Modo de
Transferência Assíncrono).
– Modo de Transferência é o termo usado pelo ITU-T
para descrever a tecnologia que cobre os aspectos de
transmissão, multiplexação e comutação.
– O Modo de Transferência Assíncrono é uma tecnologia
que utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo,
chamados de células, para transmitir, multiplexar e
comutar tráfegos de voz, vídeo, imagens e dados sobre
uma mesma rede de alta velocidade.
– O ATM é uma tecnologia de comutação de pacotes
baseada em circuitos virtuais.
Principais Características
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• Utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo (53 bytes),
chamados de células, para transportar voz, dados e vídeo sobre
uma mesma rede de alta velocidade.
• A funcionalidade do cabeçalho (5 bytes) das células ATM é
mínimo.
• O campo de informações das células ATM é relativamente
pequeno (48 bytes).
– Este valor otimiza os fatores conflitantes:
• Atraso na rede.
• Eficiência de transmissão.
• Complexidade de implementação.
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ATM - Definições básicas
• Um canal não é identificado pela posição fixa de
seus slots em uma estrutura recorrente no tempo.
– Tira proveito da ATDM (Asynchronous Time
Division Multiplexer) alocando, dinamicamente,
partes da banda passante de acordo com a
demanda dos serviços.
– Um canal ATM passa a ser identificado por um
rótulo que representa a conexão lógica
estabelecida para o transporte de segmentos de
informação de um mesmo serviço.
– A taxa de transmissão de um serviço passa a ser
determinada pelo número de células no tempo.
ATM – Definições Básicas
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• Multiplexação Assíncrona X Síncrona
ATM - Definições básicas
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Efeitos do Tráfego - ATM x STM
• STM (Synchronous Transfer Mode).
– Banda disponível ao usuário FIXA.
– Excesso de tráfego oferecido causa BLOQUEIO.
– Depois da conexão estabelecida a QoS permanece constante.
• ATM (Asynchronous Transfer Mode).
–
–
–
–
Banda disponível sob demanda.
Sensibilidade da QoS em relação ao perfil de tráfego.
Ganho estatístico no dimensionamento da rede.
Necessidade de um Contrato de Tráfego e de sua Supervisão.
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ATM - Definições básicas
• Segmentação e Montagem das Células
Conceito do ATM
Diferentes serviços convergem para conexões virtuais distintas em um mesmo meio físico
Taxa
Taxa
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Tempo
CBR
Canal virtual
com taxa de bit
constante
(baixa)
Taxa
Tempo
CBR
Canal virtual
com taxa de bit
constante
(alta)
Taxa
Tempo
VBR
Canal Virtual com
taxa de bit varável
Tempo
ABR
Canal virtual com
taxa de bit em rajada
(Avaiable Bit Rate)
Nível AAL
segmentação e
remontagem
Nível ATM
multiplexação e
rede de
transporte
MUX
Célula ATM
Nível Físico
STM
Sinchronous Transfer Mode
(SDH/SONET)
ATM - Definições básicas
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A VISÃO ATM
VÍDEO
DADOS
VOZ
REDE
ATM
DADOS
A Rede ATM transporta blocos de informação (células) com baixo delay
e alta velocidade
Dispositivos terminais convertem tráfego original para/de células
ATM - Definições básicas
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• Não existe proteção contra erros ou controle de tráfego na rede.
– A não proteção de erros é permitida uma vez que os enlaces são de
alta qualidade.
– A perda de pacotes devido à overflow dos buffers, problema típico
para a rede ATM, é minimizada à valores aceitáveis da ordem de 10-8
a 10-12, através da adequada alocação de recursos e
dimensionamento dos buffers.
• ATM opera no modo orientado à conexão.
– Antes da transferência da informação de um terminal para o destino, é
realizada a fase de estabelecimento de conexão virtual (lógica),
verificando se a disponibilidade recursos da rede é adequada para a
necessidade, caso contrário, a sessão é descartada e não se inicia.
– Este modo orientado à conexão permite à rede garantir em todas as
transmissões uma minimização da PLR.
– Com o encerramento da transmissão os recursos são colocados em
disponibilidade para outras conexões.
ATM - Definições básicas
•
A funcionalidade do cabeçalho é reduzida.
– Permite um rápido processamento na rede devido a um número limitado de
funções, causando um atraso de processamento e atraso de filas pequeno.
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– Principal função é identificar a conexão virtual, por um identificador
selecionado na fase de estabelecimento de conexão, e garantir o correto
roteamento do pacote.
– Permite a multiplexagem de diversas conexões virtuais em um mesmo
enlace: células com diferentes identificadores.
– Erros no cabeçalho causarão roteamento indevido e conseqüentemente
perda de pacotes. Desta forma, um bit errado no cabeçalho ocasionará n
bits errados ( n igual ao tamanho do pacote): Duplicação do erro, onde
pode encaminhar a célula para um destino existente, porém errado.
– Técnicas de detecção e correção de erros, no cabeçalho, são implementadas
para reduzir o efeito de multiplicação de erros.
ATM - Definições básicas
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• O comprimento do payload é pequeno.
– Reduz o tamanho dos buffers e o atraso de filas no
nós de chaveamento, garantindo um atraso total e
variação estatística do atraso adequados à
implementação de serviços de tempo real.
A CÉLULA ATM
Cabeçalho
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5 bytes
Payload
48 bytes
• pacote pequeno
• tamanho fixo - comutação eficiente por hardware
• conexão virtual, permite a multiplexação assíncrona
de pacotes
• cabeçalho contém informação do circuito virtual
• payload pode ser voz, vídeo, dados
Nomenclatura das Interfaces
NNI
UNI
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UNI
UNI
UNI
NNI
Nomenclatura das Interfaces
REDE ATM 1
REDE ATM2
NNI
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NNI
NNI
NNI
NNI
NNI
PNNI
NNI
NNI
NNI
NNI
UNI
PNNI - PRIVATE NETWORK-NETWORK INTERFACE
UNI
O protocolo ATM – modelo de referência
Plano do Usuário: Transporta Informação do Usuário
Plano de Controle: Sinalização, operação e manutenção
Gerência de Camadas: Gerência individual de cada uma das camadas
Gerência de Planos: Gerência individual de cada um dos planos
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Plano de
Controle
Plano do
Usuário
Camadas Superiores
Camadas Camadas
Superiores Superiores
Camada AAL
Camada de Camada de
Adaptação Adaptação
Camada ATM
Camada ATM
Camada Física
Camada Física
Plano de
Gerenciamento
dos Planos
Plano de
Gerenciamento
das Camadas
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Camadas
O modelo de protocolos ATM na rede
Célula
Célula
Usuário
Usuário
AAL
AAL
ATM
ATM
ATM
ATM
PHY
PHY
PHY
PHY
REDE ATM
REDE ATM
O Modelo de Referência do ATM
CAMADAS
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AAL
SUBCAMADAS
CS
Convergência
SAR
Segmentação e Remontagem
Controle Genérico de Fluxo
Inserção e remoção de Cabeçalho
Interpretação de VPI/VCI
Multiplexação e Demultiplexação de Células
ATM
TC
PHY
Física
FUNÇÕES
PM
Desacoplamento de Taxa de células
Geração e verificação de HEC
Delineamento de células
Geração e Recuperação de frames
Transmissão pelo meio físico
Conversão eletro-ótica
Camada Física - Sub camadas
Camada AAL
TC -Transmission Convergence
Camada ATM
PMD -Physical Medium Dependent
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Camada Física
PMD
•Transmissão e alinhamento de bits
•Codificação, conversão eletro-ótpca-eletro
TC
•Mapeamento da célula na estrutura de transmissão (PDH, SDH, FDDI, Células)
•Delineamento de Células
•Fluxo de OAM de transmissão
•Geração e verificação de HEC
•Adaptação da taxa do usuário (inserção de células vazias (idle))
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Sub Camada PMD – Interfaces Suportadas
•
•
•
•
SDH/SONET
PDH
Interface baseada no FDDI
Baseado em células
Sub Camada PMD – Interfaces Suportadas
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Sinal Básico
Estrutura
Interface
Órgão
DS-1 (T1)
Taxa
(Mbps)
1,544
PDH
UNI
ANSI
E1
2,048
PDH
UNI
ETSI
DS-3 (T3)
44,736
PDH
UNI
ANSI
E3
34,368
PDH
UNI
ETSI
E4
139,264
PDH
UNI
ETSI
SDH STM-1
155,52
SDH
UNI/NNI
ITU-T
SDH STM-4c
622,08
SDH
UNI/NNI
ITU-T
Baseado em
Células
Baseado em
Células
Baseado em
Células
FDDI PMD
155,52
Canal Limpo
UNI
ITU-T
622,08
Canal Limpo
UNI
ITU-T
25,6
Canal Limpo
UNI (privativa)
IBM
100
Código Blocado
UNI (privativa) ATM Fórum
A Sub Camada TC
• É responsável por oferecer um conjunto de serviços à
camada ATM, realizando funções como:
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– Controle de erros no cabeçalho;
– Delineamento de Células;
– Desacoplamento da Taxa de transmissão.
erro múltiplo
(célula descartada)
nenhum
erro
MODO
CORREÇÃO
nenhum erro
MODO
DETEÇÃO
erro
(célula
descartada)
erro simples
(correção)
A Sub Camada TC
•Delineamento de Célula
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Veirificação
por Byte
HEC Correto
Verificação
por Célula
Pre-SYNCH
This Graphic is the Property
of Quill Training Services
HUNT
HEC Incorreto
d
HEC corretos
a
HEC incorretos
consecutivos
SYNCH
consecutivos
Verificação
por Célula
A Sub Camada TC
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• Inserção de células vazias
– Realizada quando não há células válidas a transmitir , para que seja
mantido o sincronismo.
– Nas células vazias , o HEC é calculado , permitindo um correto
delineamento das mesmas.
– O conteúdo do campo de informação é 01101010 repetido 48 vezes
Byte 1
Byte 2
Byte 3
Byte 4
Byte 5
00000000 00000000 00000000 00000000 01010010 01101010 01101010 01:::::
(HEC)
Cabeçalho da célula vazia
A camada ATM
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• Responsável pelas funções
– Multiplexação e Demultiplexação
de Células.
– Adição e remoção do cabeçalho da
célula (header).
– Chaveamento (comutação) e
encaminhamento de célula.
– Controle Genérico de Fluxo na
Interface Usuário Rede - UNI
Camada AAL
Camada ATM
Camada Física
IN
OUT
Cabeçalho das Células nas interfaces UNI e NNI
UNI – Interface Usuário / Rede  NNI – Interface Rede / Rede
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8
1
Bits
GFC
VPI
VPI
VCI
8
1º Byte
VPI
VPI
VCI
PTI
HEC
Payload
48 Bytes
Célula UNI
CLP
VCI
2º Byte
3º Byte
VCI
VCI
VCI
1
Bits
PTI
HEC
Payload
48 Bytes
Célula NNI
CLP 4º Byte
5º Byte
Definição dos elementos da célula
 GFC – Controle de Fluxo Genérico : controle o fluxo de
células na rede.
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 PT – Tipo de payload – indica se a célula transporta
informação de usuário ou de gerência.
 CLP – Prioridade de perda da célula: indica o nível de
prioridade da célula em caso de necessidade de descarte
 HEC – Verificação de Erro de Cabeçalho: utilizado para
verificar erro no cabeçalho
 Payload – a carga efetiva transportada, que pode ser voz
(áudio) , dados ou imagem
Campo GFC
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• Utilizado para controle de fluxo na UNI.
• Modos de operação:
– Controlado : o GFC é utilizado (Apenas ITU-T)
– Não controlado : o GFC não é utilizado (ATM-Fórum e
ITU-T)
• Modo Controlado:
– Um crédito N é atribuído a cada um dos terminais que
acessa uma determinada UNI, em função da banda
alocada ao terminal. Este crédito corresponde ao número
de células (N) que este terminal pode enviar durante um
determinado intervalo de tempo T . A cada T segundos ,
a UNI envia um reset , restabelecendo o crédito N.
Campo GFC
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B-TE1
5 células
Reset
N=5
B1
1 célula
B-TE2
Reset B2
Reset B3
N=1
B-NT2
UPC
UNI
3 células
B-TE3
Obs.: Reset enviado a cada T segundos .
N=3
Campo CLP
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• Utilizado para indicar o nível de prioridade de
descarte da célula em caso de congestionamento:
– CLP = 0 - menor prioridade de descarte
– CLP = 1 – maior prioridade de descarte
• Pode ser setado pela aplicação ou pelo comutador.
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Campo de PT
• Identifica qual o tipo de informação que está sendo
transportada nos 48 bytes de carga útil :
– Os valores de 000 a 011 , indicam que está sendo
transportada informação de usuário
– Os valores de 100 a 111 , indicam que está sendo
transportada informação de gerência
• Qualquer nó congestionado, assim que recebe uma
célula, pode modificar o seu header de forma a
indicar que a mesma passou por nó em
congestionamento.
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Campo de PT
• 000 – Célula de dados do usuário que não passou
por nó em congestionamento, AAL indicate = 0
• 001 – Célula de dados do usuário que não passou
por nó em congestionamento, AAL indicate = 1
• 010 – Célula de dados do usuário que passou por
nó em congestionamento, AAL indicate = 0
• 011 – Célula de dados do usuário que passou por
nó em congestionamento, AAL indicate = 1
Campos VPI E VCI
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• Necessários para os comutadores efetuarem a comutação
das células.
• Alguns valores são reservados para funções de sinalização e
OAM
• Valores reservados
–
–
–
–
VPI = 0 VCI = 0 a 15
ITU-T
VPI = 0 VCI = 16 a 31 ATM Forum
VPI = 0 VCI = 32
MPLS
VPI = todos VCI = 1 a 5
– Na prática os operadores reservam os VCIs de 0 a 31 de todos os
VPIs.
Virtual Path Identifier - VPI
• Identifica o caminho virtual da célula, no meio de
transmissão
• 8 bits na interface Usuário-Rede (UNI) host-switch
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– Possibilidade de identificar 256 caminhos simultâneos
• 12 bits na interface Rede-Rede (NNI) switch-switch
– Possibilita até 4096 caminhos simultâneos
VPI 42
VPI 36
Meio Físico de Transmissão
“Real”
GFC
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PTI
HEC
Payload
CLP
Virtual Channel Identifier - VCI
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• Identifica o canal virtual da célula em um determinado
caminho virtual
• 16 bits tanto na UNI quanto na NNI
– Possibilita até 65536 (216)canais simultâneos por caminho
virtual
VP
Meio Físico
VC
VC
GFC
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
VP
VC
PTI
HEC
Payload
CLP
Conexões e Comutação ATM
Comutador de VC
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VC
VC
VC
VC
VP
VCI 4
VCI 1
VCI 2
VP
VP
VCI 3
VCI 1
VCI 2
VP
VP
VCI 1
VCI 2
Comutador de VP
Conexões e Comutação ATM
Com o objetivo de se ter rapidez no processo de comutação, a
rede ATM é orientada a conexão, ou seja, é estabelecido um
circuito virtual através da rede entre os pontos envolvidos.
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Há dois tipos de conexões:
 PVC – Permant Virtual Circuit – Circuito Virtual
Permanente.
Conexões estabelecidas de forma permanente, por
processos de gerência
 SVC – Switched Virtual Circuit – Circuito Virtual
Comutado;
Conexões estabelecidas sob demanda, através de
sinalização.
Conexões ATM - SVC
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• SVC - Switched Virtual Connection - Conexão Virtual
Comutada - Conexões estabelecidas sob demanda, através
de sinalização
Conexões ATM- PVC
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• PVC - Permanent Virtual Connection - Conexão Virtual
Permanente
Gerência
de Rede
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Conexões e Comutação ATM
• Para a transferência de informação na rede ATM é
estabelecida uma conexão lógica chamada Virtual Chanel
Connection - VCC.
• Uma VCC é formada pela concatenação de conexões virtuais,
estabelecidas nos vários enlaces físicos da rede, denominadas
de Virtual Chanel Link - VCL.
VCC
A
B
VCL
NÓ ATM
1
NÓ ATM
2
VCL
VCL
NÓ ATM
3
NÓ ATM
4
C
D
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Conexões e Comutação ATM
• Em cada enlace físico da
rede podemos ter diversos
VCL de diversas VCC.
VCLs de VCCs que serão
roteadas por um mesmo
caminho formarão um
Virtual Path Link - VPL e
a concatenação destes uma
Virtual Path Connection VPC.
VP
VC
VC
VP
VC
Meio Físico
Conexões ATM
VPC
VPL
VPL
Comutador ATM
VPL
Comutador ATM
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Usuário Final ATM
Usuário Final ATM
VCL
VCL
VCL
VCC
VCL
VPL
VCL
VCL
VCC - Virtual Channel Connection
VCL - Virtual Channel Link
VPC - Virtual Path Connection
VPL - Virtual Path Link
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Conexões e Comutação ATM
• A utilização de
VPC simplifica a
arquitetura de
comutação e reduz
o tempo de
processamento e
estabelecimento de
novas conexões.
Comutador de VC
VC
VC
VC
VC
VP
VCI 4
VCI 1
VCI 2
VP
VP
VCI 3
VCI 1
VCI 2
VP
VP
VCI 1
VCI 2
Comutador de VP
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Caminho Virtual - Aplicação
Múltiplo canais destinados
a uma localização comum,
podem ser facilmente e
rapidamente comutados
pela rede se eles
compartilham um VPI
comum. Neste caso os
comutadores efetuam
apenas comutação de VP
(VP crossconnect)
Canais
58, 63, 42, 36
ATM
ATM
ATM
Canais
58, 63, 42, 36
ATM
Conexões e Comutação ATM
VPI=7
VCI=1,2,3
A
nó
ATM
1
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VPI=9
VCI=3,4
VPIin
7
9
VPI=5
VCI=1,2,3
VPI=7
VCI=1,2,3
nó
ATM
2
VPIout
5
7
VPIin VPIout
5
7
VPI=7
VCI=3,4
VPI=3
VCI=3,4
C
nó
ATM
3
VPIin VPIout
7 3
B
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Conexões ATM
Virtual Channel Switch
VCI 1
VCI 3
VPI 1
VPI 3
VCI 2
VCI 4
VCI 1
VCI 1
VPI 2
VPI 4
VCI 4
VCI 4
Virtual Path Switch
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Comutador ATM
•
•
•
•
Comutador de alta velocidade.
Comutação por hardware.
Utiliza VPI e VCI para tomar decisões de rotas.
Várias arquiteturas possíveis.
Campo HEC - Header Erro Check
• O controle de erro na rede ATM é feito apenas no
cabeçalho da célula
– Suporta correção de erros em um único bit
– Suporta detecção de erros em múltiplos bits
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• Neste caso a célula é descartada
• Na UNI
– Detecção de erro é mandatório
– Correção de erro é opcional
• O HEC é gerado/verificado na sub camada TC
GFC
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PTI
HEC
Payload
CLP
Campo HEC - Operação
• O HEC é calculado sobre os quatro primeiros bytes do
cabeçalho
• Na transmissão, o HEC é calculado :
– HEC = Resto de [ P(X)*X8 / (X8+X2+X+1)] + 01010101
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• Na recepção, o HEC é verificado :
– S(X) = Resto de P(X)*X8 + (HEC+01010101) / (X8+X2+X+1)
– S(X) = 0 - não há erros
– S(X) > 0 - ocorreu erro simples ou múltiplos
nenhum
erro
erro múltiplo
(célula descartada)
MODO
CORREÇÃO
nenhum erro
erro simples
(correção)
MODO
DETECÇÃO
erro
(célula descartada)
A Camada de Adaptação - AAL
TC - Transmission Convergence
Camada AAL
SAR -Segmentation And Reassembly
Camada ATM
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Camada Física
Usuário
AAL
ATM
PHY
Usuário
AAL
ATM
PHY
ATM
PHY
ATM
PHY
REDE ATM
• É a primeira camada fim-a-fim do protocolo ATM
• Responsável pela adaptação do tráfego do usuário em formato de
células, ou seja, mapear a aplicação do usuário na campo payload de
48 bytes da célula
• É dividida em duas sub camadas: TC e SAR
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Camada de Adaptação ATM
• Realiza a adaptação dos dados gerados pelo serviço do
usuário ao modo de transporte ATM (que é baseado em
células).
• Implementada nos dispositivos de acesso.
• Possui duas sub-camadas.
– Sub-camada de convergência(CS).
– Sub-camada de segmentação e montagem(SAR).
• Para cada tipo de tráfego e dependendo de suas exigências,
existem várias possibilidades de implementação de AAL.
Classes de Serviços ATM
• Classes definidas pelo ITU-T na recomendação I.362
Classe A
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Temporização entre
fonte e destino
Taxa de Bit
Requerida
Constante
Modo de Conexão
Camada de
Adapatação usada
Classe B
Classe C
Não Requerida
Variável
Não orientado
a Conexão
Orientado a Conexão
AAL 1
Classe D
AAL 2
AAL 3/4
AAL 3/4
AAL 5
Exemplo
Voz
Vídeo Frame Realy
IP
X.25
Codificado
Datagrama
Camada de Adaptação ATM
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• Classes de Serviços – QoS.
– CBR (Constant Bit Rate): definido para suportar tráfego com taxa de bit
constante (quantidade fixa de banda) e orientado à conexão (Classe A).
Exemplo: emulação de circuito E1.
– VBR – RT (Variable Bit Rate – Real Time): definido para aplicações
com taxa de bit variável que requerem limites de atraso e variação de
atraso (Classe B). Exemplo: tráfego de voz e video.
– VBR - NRT (Variable Bit Rate – Non Real Time) Definido para suportar
tráfego com taxa de bit variável mas não muito sensível ao jitter.
Exemplo: interconexão de LANs.
– ABR (Available Bit Rate) Definido para tráfego não sensível ao atraso,
ao jitter e a banda disponível. Ele se adapta aos recursos disponíveis.
– UBR (Unspecified Bit Rate) Definido para tráfego de melhor esforço, ou
seja, não possui requisitos de qualidade (não garante banda e atraso).
Camada de Adaptação ATM
• Classes de Serviços – QoS.
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– GFR – Guaranteed Frame Rate
• Provê mecanismo para entrega de quadros.
– Se uma célula de um quadro é perdida, todas a são.
– O serviço aceita (ou rejeita) quadros, garantindo uma taxa de
entrega de quadros (e não de células).
• Utilizado por aplicações (não tempo real) que não podem
especificar parâmetros de tráfego ATM, e que eram
obrigados a utilizar a categoria UBR (sem qualquer
garantia de QoS)
Classes de Serviços e Tipos de AALs
•Mapeamento da aplicação para ATM
•Segmentação e remontagem de payload de 48 bytes
•Tratamento de erros atrasos
AAL 1
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- Acumula bytes em blocos de 48 bytes
- Serviços de taxas constantes sensíveis a atraso
- Voz, E1, nx64kbps, Emulação de circuitos
AAL 2
- Serviços de tempo real em taxa variável
- Serviços sensíveis a atraso
- Vídeo e áudio compactados
AAL 3/4 - Mensagens de dados segmentadas em blocos
- Transferência de dados sensíveis a erro
- Frame Relay, X.25, LAN
AAL 5
- Informações segmentadas em blocos
- Transferência de dados sensíveis a erro, com baixo overhead
Estrutura da camada AAL
AAL SAP
SAP
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Subcamada de Convergência
Específica do Serviço (SSCS)
(pode ser nula)
Fornece funções adicionais
conforme a necessidade de
serviços específicos
CS
Parte Comum da Subcamada
de Convergência (CPCS)
AAL
SAR
Subcamada de Quebra
e Remontagem
SAP
ATM SAP
Adiciona cabeçalhos aos quadros
do usuário e assegura integridade
no nível de quadros
Converte quadros CPCS em
Células. Adiciona cabeçalhos
às células para garantir integridade
no nível de célula
Princípio Geral da Adaptação
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APLICAÇÃO DO USUÁRIO - CAMADA SUPERIOR
H
CS
T
H
T
T :::
H
AAL
SAR
H
H
CS PDU
SAR PDU
48 Bytes
H
H
H
53 Bytes
A sub camada CS não é requerida por todas as AALs
H
H
Unidades de dados
SAP
N+1
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N
PCI
PDU
PCI
SDU
PDU
CEP
•
•
•
•
•
PDU - Protocol Data Unit
SDU - Service Data Unit
SAP - Service Access Point
PCI - Protocol Control Information
CEP - Connection End Point
AAL 1
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•
•
•
•
Para dados classe A (E1, DS1, dados de circuitos de voz).
Mecanismo de detecção de células perdidas.
Dados do usuário são segmentados em pacotes de 47 bytes.
Um cabeçalho de 1 byte é adicionado à informação
contendo dois campos: número de seqüência (SN) e
proteção do número de seqüência (SNP).
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AAL 2
• Transporte de tráfego de taxa de bit variável sensível ao
atraso, tal como VBR de áudio e vídeo (VBR - RT).
• Recebe vários tráfegos de fontes diferentes e multiplexa
tudo junto.
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AAL 3/4
• Inicialmente eram separadas. Viram que implementavam
funções muito parecidas e acabaram agrupando as duas.
• Recomendado para tráfego sensível a perda mas não ao
atraso. Tráfego VBR – NRT.
• Serviços modo fluxo e modo mensagem.
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AAL 5
• Aplicação em fluxos semelhantes ao tratados pela AAL 3/4.
• Implementação mais simples. Overhead menor que na AAL
3/4.
• Mais difundida.
• Recomendada para o tráfego de datagramas IP.
• Recebe o fluxo de dados da camada superior e adiciona um
tail (identificador de fim).
• Possui um campo de PAD para completar as células que não
estiverem cheias.
• Na prática:
– AAL 1 para tráfego CBR.
– AAL 5 para tráfegos VBR, UBR e ABR.
AAL 1
AAL SAP
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AAL SDU
AAL SDU
0/1 byte
Header
Informação
1 byte
Header
47 bytes
Informação
1 bit ou
1 byte
AAL SDU
CS
AAL
CS PDU
SAR PDU
CS
SAR
SAR
ATM-SAP
5 bytes
Header
•
•
•
•
•
ATM
48 bytes
Informação
ATM SDU
Informação
ATM PDU
CS CONVERGENCE SUBLAYER
SAR SEGMENTATION AND REASSEMBLY
PDU PROTOCOL DATA UNIT
SDU SERVICE DATA UNIT
SAP SERVICE ACCESS POINT
ATM
AAL 1
• Sub Camada de Convergência – CS:
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– Realiza o empacotamento (desempacotamento) de amostras (AALSDUs) , podendo adicionar (ou extrair) um byte de cabeçalho para
emulação de circuitos estruturados . A estrutura resultante é
denominada CS-PDU .
• Sub Camada de Segmentação e Remontagem – SAR:
– Adiciona, aos dados recebidos da sub-camada CS, um byte de
cabeçalho para deteção de erros e de perdas/inserção de dados. O
SAR-PDU têm 48 octetos cada, consistindo na carga útil da célula
ATM.
AAL1: Sub-camada SAR
• Deteção de perda e inserção de células
• Descarte de células
• Numeração de sequência
CS
SAR
ATM
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4 bits
SN
CSI
4 bits
SNP
SNC
3 bits
47 bytes
Informação CS SDU
CRC
3 bits
SAR PDU
Parity
•O campo SN (Sequence Number) contém 3 bits que operam como um
contador do número de sequência e 1 bit de indicação da sub-camada de
convergência.
•O campo SNP é utilizado para detectar erros no SN, e consiste de um
CRC de 3 bits e 1 bit de paridade par
• SN Sequence number
CSI Convergence Sublayer Indication
• SNC Sequence number count SNP Sequence number protection
AAL1: Sub-camada SAR
•O campo SN (Sequence Number) contém 3 bits que operam como um
contador do número de sequência e 1 bit de indicação da sub-camada de
convergência.
•O campo SNP é utilizado para detectar erros no SN, e consiste de um
CRC de 3 bits e 1 bit de paridade par
SAP
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CS-PDU
CS
AAL
CSI
1
Seq
3
CRC
3
SAR
PAR
1
SN
SNP
4 bits 4 bits
SAR-SDU
SAR-PDU (48 bytes)
SAP
ATM
Cabeçalho
5 bytes
ATM-SDU
SAP
Célula (53 bytes)
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A Camada AAL2
• Transporte de tráfego de taxa de bit variável sensível ao
atraso, tal como VBR de áudio e vídeo (VBR - RT).
• Recebe vários tráfegos de fontes diferentes e multiplexa
tudo junto.
A Camada AAL2
Amostras
User 1
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Cabeçalho
inicial da AAL2
47 Bytes
Segundo Cabeçalho da AAL2
48 Bytes
Cabeçalho da Célula ATM
53 Bytes
User 2
User 3
Cabeçalhos da AAL2
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3 Bytes
CID
LI
UUI HEC
8 bits
6 bits
5 bits 5 bits
6 bits
1 bit 1 bit
Offset
SN P
User 1
47 Bytes
48 Bytes
User 2
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AAL 3/4
• Inicialmente eram separadas. Viram que implementavam
funções muito parecidas e acabaram agrupando as duas.
• Recomendado para tráfego sensível a perda mas não ao
atraso. Tráfego VBR – NRT.
• Serviços modo fluxo e modo mensagem.
A Camada AAL 3/4
SAP
APLICAÇÃO DO USUÁRIO
CS
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Hcs
PAD Tcs
AAL
SAR
44 Bytes
44 Bytes
48 Bytes
SAP
ATM
53 Bytes
SAP
44 Bytes
Os Cabeçalhos da AAL 3/4
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APLICAÇÃO DO USUÁRIO
1 byte 1 byte
2 bytes
CPI Btag
BASize
1 byte 1 byte
AL
0 a 3 bytes
Etag
Hcs
2 bytes
Length
PAD Tcs
2 bits 4 bits
ST
Segment Type
00 - COM
01 - EOM
10 - BOM
11 - SSM
SN
10 bits
MID
44 Bytes
48 Bytes
6 bits
10 bits
LI
CRC
Camada AAL 3/4
•
•
•
•
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•
•
•
•
•
•
•
•
CPI - Commom part indicator: Indica a unidade (bits ou bytes) para os campo BASize e Lenght
Btag (Beginning Tag) e Etag (Ending Tag): o mesmo valor é atribuído aos dois. Ao efetuar a
remontagem deve-se ter Btag = Etag. A cada PDU construída este valor é incrementado.
BASize - Buffer allocation size: utilizado para informar ao receptor quanto espaço de
armazenamento temporário é necessário ser alocado para a remontagem da CPCS-PDU.
PAD - Campo variável (zero a 3 octetos): adicionado para garantir que o tamanho da CPCSPDU seja um múltiplo de 32 bits (4 bytes), para tornar o processamento final mais eficiente.
AL - Alignment field: utilizado apenas para se ter o Trailer com 32 bits, simplificando o
receptor.
Lenght: especifica o tamanho real (em bytes, se CPI = 0) do payload do CPCS-PDU.
Campos da SAR-PDU
ST - Segmentation Type: indica se a SAR-PDU é o início, fim, continuação ou segmento único
de mensagem
SN - Sequence Number: 04 bits para numerar as SAR-PDU em seqüência (módulo 16).
Utilizado para a verificação da sequência correta no momento da remontagem da SAR-SDU
MID - Multiplexing Identifier: permite multiplexar até 1024 diferentes CPCS-PDU sobre um
único VCC.
LI - Lenght Indicator: especifica quantos octetos de informação existem no payload da SARPDU. Deve ser igual a 44 para todas as SAR-PDUs, com exceção da última, onde pode assumir
qualquer valor entre 4 e 44.
CRC - Cyclic Redundancy Check: calculado sobre toda a SAR-PDU, excetuando-se o próprio
CRC.
Multiplexação de Aplicações em uma conexão
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Aplicação 1 : MID X
Aplicação 2 : MID Y
Aplicação 1 : MID X
Aplicação 2 : MID Y
ATM
• As células das diversas aplicações utilizam o mesmo par
VPI/VCI, ou seja, a mesma conexão.
• Todos os segmentos de mensagens (Células) de uma
mesma aplicação são identificadas pelo mesmo MID.
Camada AAL 5
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• Mais eficiente que a AAL 3/4.
• À exceção da multiplexação, apresenta as mesmas funções
da AAL 3/4.
• A sub-camada CS é subdividida em:
– SSCS- Sub-camada de convergência específica do serviço
– CPCS-Sub-camada de convergência de parte comum
Sub-camadas da AAL 5
SAP
SAP
AAL-SDU
CS
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CPCS-SDU
CPCS-SDU
PAD
Trailler
AAL
SAR-PDU
SAR
SAR-PDU
SAR-PDU
SAP
48 octetos
ATM
Célular
48 octetos
48 octetos
SAP
Formato do CPCS-PDU
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Trailer
CPCS-PDU
CPCS-SDU
PAD
CPCS-UU
CPI
1 a 65.535
0 a 47
1
1
Lenght
2
CRC
4
octetos
Campos do CPCS-PDU
• LEN - Lenght of payload
– indica o número de bytes do campo de informação
• CPI - Commom Part Indicator
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– Não tem aplicação no momento.
• CPCS-UU - User to User Indication
– É reservado para o transporte transparente de informações das
camadas superiores
• PAD
– Campo de comprimento variável (0 a 47), utilizado para que o
tamanho da CPCS-PDU seja um múltiplo de 48 bytes
• CRC
– 32 bits utilizados para deteção de erros
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Operação na sub-camada SAR
• A CPCS-PDU é entregue à sub-camada SAR, tornando-se
a SAR-SDU
• A sub-camada SAR segmenta a SAR-SDU em SAR-PDUs
de 48 octetos sem adicionar qualquer campo de overhead
• A SAR entrega à camada ATM estes segmentos, agora
denominados ATM-SDUs, e indica através de um
parâmetro de primitiva, a última do grupo originado pela
mesma SAR-SDU
• A camada ATM monta as células com o cabeçalho e inclui
no campo PT a indicação de última célula do grupo (PTI =
1).
Transmissão da AAL 5
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• A camada AAL 5 faz uso do campo PTI presente no
cabeçalho da célula ATM
– Bit 1=1 indica que a célula transporta o trailer AAL 5,
ou seja, a última célula daquela PDU
Tcs
0
0
0
GFC
VPI
VPI
VCI
0
0
0
0
0
1
VCI
VCI
PTI
HEC
Payload
CLP
User ou
O&M
EFCI
SDU bit
Sinalização
• É necessária para estabelecer, gerenciar e terminar
circuitos virtuais comutados (SVCs).
• ITU - T
– Q.2931
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• ATM Forum
– UNI V3.0, V3.1 e V4.0
• Sinalizações
– UNI
– NNI
•
•
•
•
Estabelecimento do circuito virtual.
Status do circuito virtual.
Manutenção do circuito virtual.
Liberação do circuito virtual.
Estabelecimento da Chamada - Call Setup
Parte
Chamadora
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UNI
UNI
Parte
Chamada
Liberação da Chamada - Call Release
Parte
Chamadora
Parte
Chamada
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UNI
UNI
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Sinalização UNI - Contrato de Tráfego
• A mensagem de SETUP é segmentada em células usando a camada de
adaptação AAL 5 e enviada no canal de controle com VPI=0 e VCI=5
• Endereço do destino e o contrato de tráfego formam a parte essencial da
mensagem de SETUP
• O contrato de Tráfego entre o usuário e a rede estabelece:
– Reserva de largura de faixa virtual em cada uma das direções
– Classe de QoS para as células em cada uma das direções
Rede
ATM
VPI=0, VCI=5
VPI=0, VCI=5
Sinalização
• PNNI (Private Network-Network Interface)
– Padrão oficial para sinalização NNI
• IISP (Interim Inter-Switch Signalling Protocol)
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– Sinalização utilizada dentro de redes corporativas
• AINI (ATM InterNetworking Interface)
– Sinalização entre sistemas.
• B-ICI (B-ISDN Inter-carrier Interface)
– Sinalização entre sistemas.
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Sinalização
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Exemplo
Controle de Tráfego
• Gerenciamento de Tráfego:
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– Essencial para a operação adequada da rede, garantindose o nível de QoS adequado para cada classe de tráfego
– Envolve:
•
•
•
•
Contrato de tráfego
Controle de admissão de conexão
Traffic Shaping
Policiamento de tráfego
Parâmetros descritores de tráfego
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• São requisitados no momento do
estabelecimento da conexão.
• Dividem-se em:
– Descritores do tráfego da fonte
– Descritores do tráfego (e QoS) da conexão
Descritores de Tráfego
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•
•
•
•
DESCRITORES DO
TRÁFEGO DA FONTE
PCR: Peak Cell Rate (Taxa
de pico de células)
SCR: Sustainable Cell Rate
(taxa média de células)
MBS: Maximum Burst Size
(duração máxima dos surtos)
MCR: Minimum Cell Rate
(taxa mínima de célula)
DESCRITORES DO TRÁFEGO
(QoS) DA CONEXÃO
• CLR: Cell Loss Ratio (taxa de
perda de células)
• CTD: Cell Transfer Delay
(atraso de transferência de
célula)
• CDV:Cell Delay Variation
(variação do atraso de célula)
• CDVT:(Cell Delay Variation
Tolerance) Tolerância à
variação do atraso de célula)
Descritores de Tráfego
• PCR => Quantidade máxima de células por unidade de tempo que
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•
•
•
•
a fonte pode emitir durante um dado período de tempo
SCR => Taxa média ao longo do tempo da quantidade de células
por unidade de tempo que a fonte pode emitir.
MBS => Quantidade máxima de células que uma fonte pode
emitir à taxa PCR durante um surto (rajada) de tráfego.
BT => (Busrt Tolerance): Tempo máximo que a rede aceita
como duração do PCR
MCR => Quantidade mínima de células por unidade de tempo
que uma aplicação necessita para o seu funcionamento.
MCR pode ter valor nulo.
Contrato de tráfego - conteúdo
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• Descritor de tráfego
• Qualidade de serviço acordada
• Aspectos legais
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Policiamento de tráfego
• Monitoração da conformidade do tráfego do
usuário com os parâmetros declarados no contrato
de tráfego realizada pelo algoritmo GCRA
(Generic Cell Rate Algorithm).
• Células não conformes são:
– Remodeladas (Shaping)
– Marcadas como elegível para descarte
– Descartadas
Algoritmo GCRA
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Monitoração do PCR com tolerância CDVT
•
•
•
•
•
•
Delta = CDVT
T = 1/PCR = Intervalo entre chegadas previstas
TAT: Theoretical arrival time
Ta: Arrival time of a cell
Chegada da primeira célula: TAT = Ta + T
Chegada das próximas células
– Se Ta < TAT - Delta: célula não-conforme
– Caso contrário: célula conforme e TAT = máx {Ta,TAT} + T
Algoritmo GCRA
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Monitoração do SCR
•
•
•
•
•
•
Delta = (MBS - 1) (1/SCR - 1/PCR)
T = 1/SCR = Intervalo entre chegadas previstas
TAT: Theoretical arrival time
Ta: Arrival time of a cell
Chegada da primeira célula: TAT = Ta + T
Chegada das próximas células
– Se Ta < TAT - Delta: célula não-conforme
– Caso contrário: célula conforme e TAT = máx {Ta,TAT} + T
Voz Sobre ATM
• Voz
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– Telefonia (Fala)
– Dados na faixa de Voz (Fax, Modem’s de Dados)
• Problemas:
– atrasos de empacotamento/desempacotamento,
transferência
– sincronismo entre origem e destino
Tipos de Adaptação
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PBX
AAL 1
ATM
AAL 2
ATM
Sem Compressão
5 1
47
Voz
•Uso eficiente da banda;
11% de overhead
•Aplicação em redes públicas
para voz CBR
•Eficiente para Emulação
de circuitos
AAL 5
ATM
Com Compressão
5 13
10 3
Voz
20
Voz
3 8
Voz
•Uso ineficiente da banda;
28% de overhead
•Aplicação no transporte de
voz empacotada
•Eficiente na multiplexação
de voz empacotada
5
40
8
Voz
•Uso eficiente da banda;
25% de overhead
•Aplicação no transporte de
voz CBR
•Interface de baixo custo para
desktop
Emulação de Circuitos
• Possibilita que os circuito existentes possam ser mapeados sobre ATM
• Utiliza conexão CBR (Constant Bit Rate) AAL1
• Modo UCE (Unstructured Circuit Emulation - não estruturado)
– Não existe o reconhecimento de estruturas de quadro dos circuitos
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• Modo SCE (Structered Circuit Emulation - Estruturado)
– A estrutura de quadro, por exemplo, 32 timeslot do E1, é reconhecida e
mapeada através da rede ATM
E1
Rede ATM
PBX
E1
PBX
Emulação do circuito E1
conexão CBR
Emulação de Circuito - Não Estruturado
Quadro E1; 32X8 bits = 256 bits
0
30 31
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256 bits
47 bytes = 376 bits
Cabeçalho da camada
AAL1 (1 byte)
Cabeçalho da Célula
ATM (5 bytes)
0
256 bits
47 bytes = 376 bits
30 31
Emulação de Circuito - Estruturado
Quadro n
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0 1 2 3
Quadro n+1
31
0 1 2 3
47 bytes
Quadro n+2
31
53 bytes
Cabeçalho ATM
31
Para preencher totalmente a célula existe
a necessidade de se esperar por 47 quadros
(47 amostras). Compromisso entre
eficiência e atraso
Pode estar vazio
Cabeçalho da AAL1
0 1 2 3
Emulação de Circuito - Estruturado
Quadro n
Quadro n+1
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0 1 2 3 4 5 6 7
31
0 1 2 3 4 5 6 7
Quadro n+2
31
0 1 2 3 4 5 6 7
Emulação de circuito estruturado
possibilita a comutação de sub
taxas de 2 Mbps (N x 64kbps)
47 bytes
Pode estar vazio
Cabeçalho da AAL1
53 bytes
Cabeçalho ATM
31
Referências Bibliográficas
www.inatel.br
•
•
•
•
•
McDYSAN, D., QoS & Traffic Management in IP & ATM Networks,
McGraw-Hill, 2000.
PRYCKER, M. D., Asynchronous Transfer Mode, Solution for
Broadband ISDN, Third Edition, Prentice Hall, 1995.
TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores – 5a edição. Editora
Campus.
MAGALHÃES, Maurício F. e Cardozo, Eleri. Comunicação de
Dados II – Introdução às Redes e Serviços Faixa Larga
KUROSE, James F. e Ross, Keith W. Redes de Computadores e a
Internet. Addison Wesley.