ATM (Modo de Transferência Assíncrono)
Parte - I
Por:
Marcelo Monteiro
Vinícius M. A. Branco
UFMS - CCET - DCT
Bacharelado em Análise de Sistemas - 1999
ATM (Modo de Transferência Assíncrono)
Parte - I
Introdução
Padronização e Modelo de Referência
Descrição das Camadas
Descrição dos Planos Complementares
ATM e Redes Locais (Parte II)
Introdução
Origem


1984 - Primeiros Esforços
1988 - Série I do ITU
 N-ISDN (NarrowBand Integrated Services Digital Networks)
ou
RDSI-FE (Redes Digitais de Serviços Integrados de Faixa
Estreita)
 B-ISDN ou RDSI-FL
ATM



Dificuldades
Início dos anos 90 - Advento da Internet
1992 - WWW
Introdução
Aplicações

Integração de Serviços
 Minimizar recursos físicos
 Minimizar custos de prestação de serviço

Multimídia
 Mídias simultâneas
 Sincronismo

Interconexão de alta velocidade em ambientes locais
Introdução
Aplicações
Pelo ITU, os Serviços de Banda Larga:
 Requerem canais com taxas maiores que a N-ISDN
(E1 - 2,048 Mbps).
 Classificação:
 Serviços Conversacionais (Transferência fim a fim em tempo
real)
 Serviços de Recuperação (Recuperação de informação
armazenada remotamente)
 Serviços de Mensagem (Comunicação via unidades de
armazenamento)
 Serviços de Distribuição (Com e Sem Controle do Usuário)
Introdução
Comutação
Tipos de comutação:
 Comutação de Pacotes
 Fragmentação das mensagens em unidades menores
(“Pacotes”)
 Tamanho Variável

Melhor adaptação ao tamanho da mensagem.
 Tamanho Fixo


Comutação simplificada
Menor tamanho de “buffer” em cada nó.
Introdução
Comutação
Tipos de comutação:
 Comutação de Pacotes
 Circuito Virtual







Existência de uma conexão.
Caminho lógico.
A mesma rota para todas os pacotes a serem transmitidas.
Mecanismo de controle de erros e fluxo.
Pré - alocação de recursos.
Endereçamento não complexo.
Sequenciamento Natural
Introdução
Comutação
Tipos de comutação:
 Comutação de Pacotes
 Datagrama






Inexistência de uma conexão.
Roteamento em cada nó.
Possibilidade de pacotes de uma mensagem seguirem caminhos
diferentes.
Possibilidade de chegada dos pacotes em ordem diferente da
transmissão.
Escolha da melhor rota.
Armazenamento em “buffer” em cada nó para retransmissão
(store and foward).
Introdução
Comutação
Tipos de comutação:
 Comutação de Circuitos








Caminho físico.
Rota de comunicação dedicada.
Estabelecimento da conexão, transmissão e desconexão.
Rejeita novas conexões em caso de congestionamento.
Conexões já estabelecidas não sofrem degradação.
Não detecta erros.
Banda total disponível para transmissão do usuário.
Telefonia analógica, Linhas dedicadas.
Introdução
ATM
Modo de Transferência Assíncrono







Padronização ITU - T
International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector.
Integração de serviços e interconexão em alta velocidade.
Serviços com necessidades diferentes.
Comutação de pacotes, orientado a conexão (Circuito Virtual).
Pacotes nomeados como “células”.
Padronização para o uso com FDDI, SONET.
Fibra Óptica, Par Trançado Cat. 5 ou Cabo Coaxial.
Introdução
ATM
Modo de Transferência Assíncrono
 155,52 a 622,08 Mbps.em fibra optica.
 Ligação ponto a ponto unidirecional.
 Assíncrona



Melhor utilização entre brechas de transmissão.
Possibilidade de transmissão de células de fontes diferentes
aleatoriamente.
Não provê controle de erros no nível de enlace, (podendo haver
tratamento em camadas superiores).
Padronização



Padronização do B-ISDN iniciou-se no 8º Período de
Estudo (1985-1988) do (Broad-Band Task Group) do
SG18 do ITU-T
1988 - 1ª Recomendação aprovada (I.121) - Inclusão
da adoção do ATM
Encontro em novembro de 1990:






Definição dos serviços oferecidos
Arquitetura em Camadas para redes ATM
Definição das camadas
Funcionamento e princípios de operação e manutenção
Inclusão da Mudança do paradigma STM para ATM
I.374 - Suporte a serviços multimídia
Padronização
Órgãos Integrados na Padronização


Credenciados na criação e promulgação de padrões:
ITU-T e ISO
Não credenciados:
ATM Forum e IETF (Internet Engineering Task
Force)
Padronização
Hierarquias Digitais de Sinais
1
Canais de
Voz
2
24
T1
MUX
T2
2
7
MUX
T3
Padronização
Hierarquias Digitais de Sinais


No início, STM proposto como M. de Transferência
- Estruturas de acesso de canais de taxas mais
elevadas (canais H) tinham que ser definidas
Principal obstáculo para definição:
 Diferentes Hierarquias: Americana (T1), Européia (E1) e
japonesa - PDH



Necessidade de Unificação - SDH
Paralelamente: SONET (Synchronous Optical
Network) - Taxa de sinal básico: 51,84 Mbps
SDH: 155,52 Mbps
Padronização
Interface Usuário-Rede
B-TE1
B-NT2
B-NT1
B-TA
RB



SB
TB
Network Termination
Terminal Adapters
TE - Terminal Equipment
UB
Modelo de Referência
Plano de
Controle
Plano do
Usuário
Camadas
Superiores
Camadas
Superiores
Camada de
Adaptação
Camada de
Adaptação
Camada ATM
Camada Física
Gerenciamento
dos Planos
Plano de
Gerenciamento
das Camadas
Modelo de Referência
Diferentes serviços convergem para conexões virtuais distintas em um mesmo meio físico
Taxa
Taxa
Taxa
Tempo
CBR
Canal virtual
com taxa de bit
constante
(baixa)
Tempo
CBR
Canal virtual
com taxa de bit
constante
(alta)
Taxa
Tempo
VBR
Canal Virtual
com taxa de bit
varável
ABR
Canal virtual com
taxa de bit em
rajada
(Avaiable Bit Rate)
Nível AAL
segmentação e
remontagem
MUX
Célula ATM
Nível ATM
multiplexação e
rede de
transporte
Nível Físico
STM
Sinchronous Transfer Mode
(SDH/SONET)
Descrição das Camadas
Camada Física


Está presente em todos os equipamentos
Subdivisões
 Subcamada de meio físico (Physical Medium - PM)
 Subcamada de convergência de transmissão (Transmission
Convergence - TC)
TC
PHY
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
Descrição das Camadas
Camada Física

Na Geração de Recuperação de Quadros:
 Estruturas baseadas em TDM síncrono - PDH e SDH
 Estruturas baseadas em células
 Estruturas baseadas no FDDI

Desacoplamento da Taxa de Células - geração de
células ociosas
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM




Responsável pelo encaminhamento das células na rede.
Multiplexação e Demultiplixação das células.
Adição e Remoção dos cabeçalhos das células.
Chaveamento e encaminhamento das células baseado nas
informações do cabeçalho da célula.
 Controle genérico de fluxo ( GFC ) na UNI ( Interface Usuário
Rede).
 Oferece serviço de envio e recebimento de mensagens.

Primitivas : prioridade de perda, indicação de congestionamento,
 ATM - User- to User.
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM
 Primitivas para gerenciamento trocadas entre a camada e a
entidade de gerenciamento.
 Estabelecimento e liberação de conexões virtuais atráves de
sinalização.
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM
Formato de células ATM



A célula ATM possui um tamanho fixo de 53 bytes, sendo
5 bytes para cabeçalho e 48 bytes para transporte de
informações de usuários.
Tamanho relativamente pequeno implica em menor
quantidade de “buffer ” em cada nó da rede.
O cabeçalho difere em dois tipos de interface, uma usada
na comunicação Usuário - Rede ( UNI), e outra para troca
de informações entre nós da rede ( NNI).
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM
Formato de células ATM
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM
Formato de células ATM

GFC (Generic Flow Control), usado para o controle de fluxo
nas interfaces usuáriorede.

PTI (Payload Type), que indica o tipo de informação contida
na célula e se a célula sofreu atrasos devido à
congestionamentos nos buffers dos nós da rede.

CLP (Cell Loss Priority), que indica a prioridade de descarte
das células por congestionamento. Um buffer considerado
cheio para células com baixa prioridade pode ainda receber
células de maior prioridade.
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM
Formato de células ATM

HEC (Header Error Check), que é utilizado para a detecção de
erros do cabeçalho, não existe um campo que garanta a
integridade dos dados, camadas superiores de cuidar disto.

VPI (Virtual Path Identifier) e o VCI (Virtual Channel
Identifier), que formam o rótulo no cabeçalho utilizado pelos
comutadores para encaminhar as células ao enlace de destino.

O VPI identifica qual o caminho virtual(rota) da célula, e o
VCI qual o canal, podemos ter vários canais dentro de um
mesmo caminho.
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM
Comutação de Células ATM







Comutador formado por várias portas associadas a linhas
físicas.
Informações sobre rotas das células obtidas durante a
sinalização de conexão.
Células transportadas por conexões.
Conexão fim a fim Circuito Virtual ( VCC ).
Uma VCC é formada pela concatenação de conexões virtuais
entre enlaces de rede, denominadas VCL.
Tabela de relação VCL - Porta Física VCC
Utilização de VCC já existente no caso de destinos iguais.
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM
Comutação de Células ATM
 Usando apenas VPI, com VCI transparente.
VCI VPI
Seleciona entrada na
tabela a partir do
rótulo de chegada.
Tabelas de comutação
Porta i ( uma para cada porta
de entrada ).
Porta
VPI
n
k
Troca
VPI
Tabela da porta i
Retransmite
pela porta
adequada.
Porta n
VCI VPI
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM
Comutação de Células ATM
Usando apenas VPI + VCI
Tabelas
de VCI
VPI
Porta VCI
VPI
Porta VCI
.
n
k
VPI
VPI
VCI VPI
Porta i
Tabelas
de VPI
Porta n
VCI VPI
DESCRIÇÃO DE CAMADAS
Camada ATM
VCs
VP
VCs
VP
VCs
VP
TP
Meio de transmissão
físico
VP : Rota Virtual
VC : Canal Virtual
TP : Transmission Path (Ex.: par trançado, fibra ótica, ou canal digital SDH)
Descrição das Camadas
Camada de Adaptação - AAL


Compatibilizar e oferecer os serviços desejados
pela camadas superiores, efetuando as adaptações
necessárias.
Primeira camada fim a fim:
AAL
AAL
ATM
Física
ATM
Física
ATM
Física
Comutador
Comutador
AAL
AAL
ATM
Física
Descrição das Camadas
Camada de Adaptação - AAL

Subdivisões
 Subcamada de convergência (Convergence Sublayer - CS)
 Subcamada de segmentação e remontagem (Segmentation and
Reassembly Sublayer - SAR)
AAL

CS
SAR
CS:
 Recuperação de erros e transmissão;
 Tratamento de perdas e duplicação de células;
 Controle de fluxo e controle de sincronismo
Descrição das Camadas
Camada de Adaptação - AAL

Classes de Serviços:
Descrição dos Planos Complementares
Plano de Controle

É o responsável pela sinalização necessária para
ativar, manter e desativar chamadas e conexões:
 Controle de admissão de conexões
 Policiamento
 Controle de congestionamento


Roteamento - complexidade concentrada no
estabelecimento da conexão
Endereçamento (também durante a conexão):
 Endereço formado por 20 octetos
 Hierarquizado (País, Domínio, Área, Terminal)
 Traz o formato (E.164, DCC, ICD)
Descrição dos Planos Complementares
Plano de Controle

Qualidade de Serviço (Quality of Service - QoS):
 Leva-se em consideração parâmetros mensuráveis e/ou
observáveis (retardo, sensibilidade à variação estatística do
retardo, taxa de perda de células, ...)
 Enfoque no usuário

Desempenho da Rede (Network Performance - NP):
 Parâmetros do provedor de serviço (projeto, configuração,
operação e manutenção)
 Enfoque na infraestrutura de comunicação.

Na conexão: Contrato de Tráfego, Parâmetro de
Tráfego (fonte, picos e taxas médias, etc)
Descrição dos Planos Complementares
Plano de Controle


Congestionamento - estado que degrada a QoS
Tentativas de evitá-lo:
 Preventivo: Controle de Tráfego
 Reativo: Controle de Congestionamento

Controle de Tráfego e Congestionamento





Gerenciamento de recursos da rede (de acordo com o serviço)
Controle de admissão de conexão
Controle baseados em feedback
Policiamento (UPC e NPC)
Controle de prioridades ou descarte de células
PLANO DE GERENCIAMENTO
Plano de Gerenciamento
Operação, Administração e Manutenção







Recomendação I.610.
Funções de operação e manutenção
Administration and Maintenance - OAM).
Monitoramento de Perfomance
Detecção de Falhas e Defeitos
Proteção do Sistema.
Informação sobre Falhas ou Desempenho.
Localização de Falhas.
(
Operation
PLANO DE GERENCIAMENTO
Plano de Gerenciamento
Níveis Hierárquicos para funções





Nível de Canal Virtual.
Nível de Caminho virtual.
Nível de caminho de transmissão.
Nível de seção digital.
Nível de seção de regenerador
PLANO DE GERENCIAMENTO
Plano de Gerenciamento
Gerenciamento
Gerenciamento de configuração
 Adição e Remoção de módulos de um comutador.
 Habilitação e desabilitação de módulos ou portas do
comutador.
 Detecção e Relato de mudanças na configuração dos
comutadores.
 Gerenciamento de Falhas
 Detecção automática de erros de software e hardware.
 Monitoramento de parâmetros críticos.
 Teste sobre módulos de hardware, enlace físicos, portas.
PLANO DE GERENCIAMENTO
Plano de Gerenciamento
Gerenciamento
 Coleta de Dados Estatísticos
 Número de células transmitidas e recebidas por porta.
 Número de células recebidas com erro por porta.
 Número de células por conexão.
 Número de células descartadas por conexão.
PLANO DE GERENCIAMENTO
Plano de Gerenciamento
Gerenciamento

Gerenciamento de conexões Chaveadas





Endereços de chamador e chamado.
Instante do Estabelecimento.
Características da chamada (QoS, taxa de pico solicitada).
Número total de células transmitidas e recebidas
Causa e diagnóstico do rompimento da conexão.
PLANO DE GERENCIAMENTO
Plano de Gerenciamento
Gerenciamento
 Gerenciamento de conexões Permanentes


Monitorar conexão.
Restabelecer conexões rompidas..