Redes ATM
Estrutura do Trabalho
Conceito
Histórico
Características Básicas
Modo de Operação
Integração com outras Tecnologias
Tendências para o Futuro
Conceito
“O Modo de Transferência Assíncrono(ATM) é
uma tecnologia desenvolvida para transportar
diversos tipos de dados, como voz e vídeo, em
ambientes locais ou remotos, provendo uma
plataforma única de comunicação tanto para
usuários finais quanto para provedores de
serviços, com garantia de qualidade e pequenos
atrasos”
Histórico
Transporte específico de informações
Tecnologia analógica
Redes de Comunicação  Comutação de Pacotes
Interligação de Redes
Tecnologia Digital
Redes Digitais de Serviços Integrados de Faixa
Estreita (RDSI-FE)
Redes Digitais de Serviços Integrados de Faixa
Larga
Aplicações Banda Larga
Serviços Conversacionais
Serviços de Recuperação
Serviços de Mensagens
Serviços de Distribuição
Tipos de Tráfegos
Tráfego Contínuo com Taxa de Transmissão
Tráfego em Rajadas
Tráfego Contínuo com Taxa Variável
Características das Mídias
TIPO DE
MÍDIA
TRÁFEGO
Texto
Rajado
Imagem
Gráfica
Rajado
Áudio
Contínuo
com taxa
constante.
Vídeo
Contínuo
com taxa
constante
RETARDO
MÁXIMO DE
TRANSFERÊNCIA
Não é problema.
VARIAÇÃO
ESTATÍSTICA
DO RETARDO
Não é
problema.
Não é problema. Não é
problema.
Deve ser tratado
em aplicações de
comunicação
interativa em
tempo real.
Possui grande
importância.
TOLERÂNCIA DE ERROS
Não deve existir.
Deve ser
compensada.
Formato Matricial – pode
existir
Formato Vetorial – não deve
existir
Pode existir, sendo
classificadas como alta.
Deve ser
compensada.
Pode existir, sendo
classificadas como alta.
Categoria de Serviços
Inúmeras tentativas até determinar com
alguma precisão quais serviços oferecer
Necessidade de otimizar os comutadores e as
placas adaptadoras para algumas ou todas as
categorias
Classes de Serviços
CLASSE
CBR
RT-VBR
NRT-VBR
ABR
UBR
DESCRIÇÃO
Constant bit rate
Variable bit rate: real time
Variable bir rate: non-real-time
Available bit rate
Unspecified rate
Classe CBR
Emula um fio de cobre ou uma fibra ótica
Não há qualquer verificação, controle de fluxo
ou outro processamento
Essencial para os sistemas que utilizam
transmissão de bits síncronos com taxa
constante
Pode ser usada em outros fluxos de áudio e
vídeo interativos
Classe RT-VBR
Usada em serviços taxa de bit variáveis e
extrema necessidade de tempo real
Fundamental que não se introduza nenhuma
alteração no padrão de chegada da célula
Tolera célula ou bit perdido ocasionalmente,
ignorando-os
Classe NRT-VBR
Basicamente possui as mesmas características
da RT-VBR, com a diferença de que não
trabalha com aplicações em tempo real
Classe ABR
Projetada para tráfego em rajada
Variação da largura de banda é praticamente
desconhecida
Única categoria de serviço em que a rede
oferece um feedback em termos de taxa ao
transmissor
Classe UBR
Não apresenta garantias e não oferece feedback
sobre o congestionamento
Adequada na transmissão de pacotes IP
As aplicações devem fazer seu próprio controle
de fluxo e erros
Quadro Resumo
CARACTERÍSTICA DO SERVIÇO CBR
RT-VBR
NRT-VBR ABR
UBR
Garantia de largura de banda
Sim
Sim
Sim
Opcional
Não
Adequado para tráfego em
Sim
Sim
Não
Não
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Não
Não
Não
Sim
Não
tempo real
Adequado para tráfego em
rajadas
Feedback sobre
congestionamento
Qualidade de Serviço
• Acordo entre o cliente e a concessionária
de telecomunicações
• Partes do contrato:
▫ Tráfego a ser oferecido
▫ O serviço acordado
▫ As exigências legais
Qualidade de Serviço
Parâmetro
Acrônimo Significado
Peak cell rate
PCR
Taxa máxima em que as células podem ser enviadas
Sustained cell rate
SCR
A taxa média ao longo do prazo
Minimum cell rate
MCR
A taxa mínima aceitável
Cell delay variation
CDVT
Variação máxima no tempo de transmissão da célula
tolerance
Cell loss ratio
CLR
A fração de células perdidas ou entregues tarde demais
Cell transfer delay
CTD
Tempo (médio e máximo) necessário para entrega da
célula
Cell delay variation
CDV
A variância nos tempos de entrega de células
Cell error rate
CER
A fração de células entregues sem erros
Severely-errored cell
SECBR
A fração de blocos de rajada de erros
block ratio
Cell misinsertion rate
CMR
A fração de células entregues no destino correto
Interface
• São as conexões entre dois elementos
quaisquer da rede
• Pode ser:
▫ UNI (User-Network Interface)
▫ NNI (Network-Network Interface)
A Célula
53 Bytes
Info.
Controle
(Cabeçalho
ou
Header)
5 Bytes
CARGA
(payload)
Informação útil
+
Info. Controle
das camadas superiores
48 Bytes
A Célula UNI
Generic Flow Control
(Não usado)
bits
8
7
6
5
4
3
2
GFC
VPI
VPI
VCI
1
Bytes
1 Payload Type Indicator
(Tipo da célula)
2
VCI
Virtual Path Indentifier
Virtual Channel Identifier
3
PTI
HEC
CLP
VCI
4
5
Cell Loss Priority
(Prioridade)
(Endereçamento)
CARGA
Header Error Check
(Correção de erro
do cabeçalho)
A Célula NNI
bits
8
7
6
5
4
3
2
1
Bytes
VPI
VPI
1 Payload Type Indicator
(Tipo da célula)
2
VCI
VCI
Virtual Path Indentifier
Virtual Channel Identifier
3
PTI
HEC
CLP
VCI
4
5
Cell Loss Priority
(Prioridade)
(Endereçamento)
CARGA
Header Error Check
(Correção de erro
do cabeçalho)
A Célula UNI
Generic Flow Control
(Não usado)
bits
7
6
5
4
3
2
1
Bytes
GFC
VPI
1
VPI
VCI
2
VCI
VCI
3
PTI
HEC
CARGA
CLP
8
4
5
GFC
• O objetivo desse campo, só presente nas
células da UNI, seria de controlar a
quantidade de dados que entra na rede para
evitar congestionamentos. Porém, essa
funcionalidade está no campo PT. Na
verdade, esse campo não está em uso
• O NNI ignora o GFC e utiliza o espaço com
outras informações
A Célula UNI
bits
7
6
5
4
3
2
1
Bytes
GFC
VPI
1
VPI
VCI
2
VCI
VCI
3
PTI
HEC
CLP
8
4
5
Cell Loss Priority
(Prioridade)
CARGA
CLP
• Possibilita atribuir prioridade à célula
• Pode ser atribuído pela aplicação ou
pelos comutadores
• CLP = 1 : candidata ao descarte
• CLP = 0 : não descartar
A Célula UNI
bits
7
6
5
4
3
2
1
Bytes
GFC
VPI
1
VPI
VCI
2
VCI
VCI
3
PTI
HEC
CARGA
CLP
8
4
5
Header Error Check
(Correção de erro
do cabeçalho)
HEC
• Verifica erros somente no cabeçalho
• Pode corrigir 1 bit errado
• Aplica um algoritmo polinomial nos 4 1os bytes e
confere com o 5o
A Célula UNI
bits
8
7
6
5
4
3
2
1
Bytes
GFC
VPI
1
VPI
VCI
2
VCI
Virtual Path Indentifier
Virtual Channel Identifier
3
PTI
HEC
(Endereçamento)
CARGA
CLP
VCI
4
5
VPI/VCI
• Utilizado para fazer a comutação
• Células NNI possuem maior disponibilidade
de VPI’s
• O par VPI/VCI
▫ Tem validade somente em um enlace
▫ É suficiente para identificar uma conexão,
depois de estabelecida
A Célula NNI
bits
7
6
5
4
3
2
1
Bytes
VPI
VPI
1 Payload Type Indicator
(Tipo da célula)
2
VCI
VCI
VCI
3
PTI
HEC
CARGA
CLP
8
4
5
PTI
Codificação do PTI Significado
000
Células de dados do usuário, sem congestionamento, tipo de célula 0
(ATM-user-to-user indication = 0).
001
Células de dados do usuário, sem congestionamento, tipo de célula 1.
010
Células de dados do usuário, com congestionamento, tipo de célula 0.
011
Células de dados do usuário, com congestionamento, tipo de célula 1.
100
Informações de manutenção entre os computadores adjacentes.
101
Informações de manutenção entre os computadores de origem e de
destino.
110
Célula de gerenciamento de recursos (usada para controle de
congestionamento com ABR).
111
Reservado para uma futura função.
Como estabelecer uma conexão ?
A
B
?
?
Solicitação de
estabelecimento de
conexão com B
?
Roteamento
Sinalização
Estabelecimento de conexão
1. Circuitos Virtuais Permanentes
2. Circuitos Virtuais Comutados
• Para se estabelecer uma conexão são necessárias
duas funções básicas:
▫ Sinalização
▫ Roteamento
Sinalização
• Necessária devido a natureza orientada à
conexão do ATM
• Objetivo:
– Alocar / desalocar recursos (VPI/VCI, banda,
etc.) no estabelecimento / liberação das
conexões ATM
Roteamento
• Objetivo
– Localizar a estação destino e selecionar o
melhor caminho possível para atingi-lo
Estabelecimento de conexão
Host Origem
Comutador 1
Comutador 2
Host Destino
Host Origem
Comutador 1
Comutador 2
Host Destino
SETUP
SETUP
RELEASE
CALL
PROCED.
CALL
PROCED.
SETUP
CONNECT
CONNECT
CONNECT
CONNECT ACK
CONNECT ACK
CONNECT ACK
RELEASE
RELEASE
COMPLETE.
RELEASE
RELEASE
COMPLETO
RELEASE
COMPLETO
Estabelecimento de conexão
Mensagem
Significado quando enviada pelo host
Significado quando enviada pela rede
SETUP
Estabeleça um circuito
Chamada recebida
CALL
Aceito a chamada recebida
A sua solicitação de chamada foi aceita
Obrigado por aceitar
Obrigado por fazer a chamada
CONNECT ACK Obrigado por aceitar
Obrigado por fazer a chamada
RELEASE
Favor encerrar a chamada
O outro lado já teve o suficiente
RELEASE
Confirmação de RELEASE
Confirmação de RELEASE
PROCEEDING
CONNECT
COMPLETE
Endereçamento
• 20 Bytes divididos entre os níveis de
roteamento
• Países - Domínios - Áreas - Sist. Terminais
• Formatos :
1. ITU-T : E.164
2. IEEE 802 : DCC
3. OSI : ICD
Endereçamento
1
8
AFI
2
E.164
2
1
3
2
6
1
RD AREA
ESI
SEL
2
AFI
DCC DFI
AA
Reserv RD AREA
ESI
SEL
AFI
ICD
AA
Reserv RD AREA
ESI
SEL
DFI
Endereçamento
Campo Descrição de Identificação
AFI
Formatação que endereço obedece
DCC
País para o qual o endereço é registrado
ICD
Organização Internacional para o qual o endereço é registrado
E.164
AA
Numeração internacional para RDSI e numeração telefônica – Até 15 dígitos em
formato BCD
Uma organização responsável pela parte restante do endereço
RD
O Domínio de roteamento. Único para cada valor do campo E.164 ou
DCC+DFI+AA ou ICD+DFI+AA
AREA
Subdomínio de roteamento dentro do RD
ESI
Identifica um sistema terminal dentro de uma área;
SEL
Não é utilizado pelo roteamento, podendo ser usado pelo sistema terminal.
Endereçamento
AFI
Authority and Format Identifier
DCC
Data Country Code
RD
Routing Domain
DFI
Domain Specific part Format Identifier
ESI
End System Identifier
AA
Administrative Authority
SEL
NSAP Seletor
ICD
International Code Desigator
O Modelo ATM
Plano de
Gerenciamento
Plano de
Controle
Plano do
Usuário
Camadas Superiores
Q.2931
Camadas Superiores
MPEG-2 ->TCP/IP
Camada de Adaptação (AAL)
Camada ATM
Camada Física
SDH, SONET
Gerenciamento dos
Planos
Gerenciamento de
Camadas
As Camadas do Modelo ATM
Cam. Super.
Adaptação
ATM
Física
Faz o mapeamento dos dados do
usuário para as células ATM,
introduzindo os dados de controle
necessários, para o suporte de
diferentes tipos de tráfegos
Provê o transporte dos dados, efetuando
a multiplexação e comutação de
células através das conexões virtuais
Provê a transmissão das células ATM entre dois
equipamentos em um determinado meio físico
A Camada Física
Transmission Convergence (TC)
• Gera e confere o HEC
• Insere células para continuidade do fluxo
(desacoplamento de taxa)
• Detecta a borda da célula e efetua sincronismo
• Mapeamento de célula (SONET/SDH, PDH,
ADSL, HFC, sem fio, etc.)
Protoc. Aplic.
Adaptação
ATM
Física
TC
PM
Physical Medium (PM)
Conectores, mídia, codificação, temporização
A Camada ATM
Transferir células pelas conexões préestabelecidas, de acordo com o contrato
• Gera, extrai e interpreta o cabeçalho da célula
(menos o HEC)
• Traduz o par VCI / VPI nos comutadores
• Identifica o tipo de célula
• Usuário
• Controle
• Identifica a prioridade da célula
Protoc. Aplic.
Adaptação
ATM
Física
A Camada AAL
Faz o mapeamento dos dados do usuário para as células ATM,
introduzindo os dados de controle necessários
para o suporte de diferentes tipos de tráfegos
Convergence Sublayer (CS)
• Identifica perda e a inserção indevida de
células nos pacotes
•Controla a temporização e sequência dos
pacotes
• Oferece conversões que variam de
acordo com o serviço escolhido
Protoc. Aplic.
Adaptação
ATM
Física
CS
SAR
Segmentation and Reassembly (SAR)
• Divide o conteúdo dos dados (pacotes)
para o transporte em células
• Monta os pacotes concatenando a
carga das células
A Camada AAL
Serviço
Parâmetro
Classe A
Compensação
Tempo
Taxa de bit
Classe B
Classe C
Requer
Não Requer
Variável
Constante
Modo
Conexão
Classe D
Não orientado
a conexão
Orientado a conexão
Exemplo de
Aplicação
Emulação
de circuito de
vídeo ou
voz
Tipo de AAL
AAL-1
Vídeo VBR
Tranferência
de dados
orientado a
conexão
Tranferência
de dados
não orientada
a conexão
ALL-2
AAL-3/4
AAL-5
AAL-3/4
A Camada AAL
Dados da aplicação:
pacote IP, quadro MPEG etc.
Pacote AAL
HEADER
Dados da aplicação:
pacote IP, quadro MPEG etc.
TRAILER
Célula - Payload
Célula - Payload
Célula - Payload
H
H
H
48 Bytes
48 Bytes
48 Bytes
Subcamada
de
Convergência
Subcamada
de
Segmentação e
Remontagem
A Camada AAL
• É importante notar que as funções da camada
de adaptação não são processadas no centro
da rede, mas sim nos equipamentos de ponta.
As Camadas do Modelo ATM
Equipamento
de ponta
Aplicação
MPEG-2
Transporte
TCP
Rede
IP
Adaptação
AAL
fim-a-fim
Equipamento
de ponta
Aplicação
MPEG-2
Transporte
TCP
Rede
IP
Adaptação
AAL
Comutador
Comutador de
centro da rede
Comutador de
centro da rede
Comutador
ATM
ATM
ATM
ATM
ATM
ATM
Física
SDH/SONET
Física
SDH/SONET
Física
SDH/SONET
Física
SDH/SONET
Física
SDH/SONET
Física
SDH/SONET
UNI
Privado
UNI
Público
PNNI
ou
B-ICI
UNI
Público
Rede I
UNI
Privado
Rede II
Centro da Rede Privada \
Rede Pública
Características das
redes atuais
• Não orientadas a conexão
• Unidade de transmissão de tamanho
variável (quadros)
• Endereços de 48 bits (MAC)
• Utilização de meio compartilhado
• Facilidade para transmissão de
mensagens broadcast
Características da rede ATM
• Redes orientadas a conexão
• Unidade de transmissão de tamanho fixo
(células de 53 bytes)
• Endereços NSAP OSI de 20 bytes
• Dificuldades Broadcast/Multicast
– Ausência de endereços específico para
broadcast/multicast
– orientado à conexão
• Suporte a qualidade de serviço
Como utilizar ATM em
redes locais?
• Backbone
▫ Introdução de equipamentos ATM na
borda
▫ Transparência para aplicações existentes
▫ Aumento nas taxas de transmissão
somente no backbone
▫ Sem garantia de qualidade de serviço
• Desktop
▫ Aplicações que utilizem ATM diretamente
▫ Integração com tecnologias existentes
ATM no backbone
Switch ATM
ATM
Switch Ethernet
c/ UpLink ATM
Ethernet
ATM
Switch Ethernet
c/ UpLink ATM
Ethernet
Aplicações que utilizem ATM
diretamente
• Única maneira de explorar todas as
funcionalidades ATM fim a fim
• Suporta qualidade de serviço
• “Não existem” aplicações para ATM
nativo
• Comunicação somente entre hosts que
possuam interface ATM
• Winsock 2.0 permite a utilização do ATM
nativo
Integração com tecnologias existentes
 Manutenção das aplicações existentes
 Tira proveito da banda fornecida pelo
ATM
 Não suporta qualidade de serviço
 Permite a comunicação entre hosts ATM
e não-ATM
 Duas soluções padronizadas:
 Classical IP
 LAN Emulation
Classical IP
 ARP Server (endereço IP x ATM)
 Máquinas pertencentes a uma mesma subrede é denominado Logical IP Subnet (LIS)
 Uma LIS sempre possui um servidor ARP
 Vantagem:
 Melhor desempenho que LANE
(encapsulamento)
 Desvantagens:
 Não suporta broadcast
 Suporta somente o protocolo IP
 Comunicação entre subredes necessita
roteamento externo
Classical IP
Estrutura
ATM
Aplicações
IP
CLIP
AAL5
ATM
Física
Switch
ATM
ATM
Switch
Ethernet c/
UpLink ATM
Ethernet
IP
ATM
Física Física
CLIP
AAL5 MAC
ATM
Física Física
Aplicações
IP
MAC
Física
Classical IP
Classical IP
Funcionamento
N
Estação deseja
transmitir
Existe VCC
estabelecido
S
Transmite
End. ATM
está em
cache
N
Requisita end.
ATM ao ARP
Server com SVC
S
Estabele VCC
com destino
Recebe endereço
ATM destino
LAN Emulation
• Conversão de endereço MAC para
endereços ATM
• Suporte a broadcast
• Funciona para outros protocolos de rede
(IPX, Apple Talk, DECNet etc.)
• Suporte a broadcast/multicast
• Mapeamento direto para VLANs
LAN Emulation
Estrutura
ATM
ATM
Switch
ATM
Ethernet
Switch Ethernet c/
uplink ATM
Aplicações
TCP/IP
LLC
LANE
AAL5
ATM
Física
Aplicações
ATM
Física Física
Bridging
LANE
AAL5 MAC
ATM
Física Física
TCP/IP
LLC
MAC
Física
Quadro LAN Emulation
CRC
60 a 1514 bytes
44 bytes
bytes
Quadro Ethernet - Tamanho máximo 1518 bytes
LANE ID
Quadro LAN Emulation
60 a 1514 bytes
2 bytes
Quadro LAN Emulation - Tamanho máximo 1516 bytes
Arquitetura LAN Emulation
• O LAN Emulation possui uma arquitetura
cliente servidor
▫ Cliente LAN Emulation
 Intercepta operações de acesso e converte em
operações LAN Emulation
 Toda máq. na ELAN devem possuir uma
instância LEC
 Cada LEC possui um endereço MAC
▫ Servidor LAN Emulation
 LECS (LAN Emulation Configuration Server)
 LES (LAN Emulation Server)
 BUS (Broadcast and Unknown Server)
Tipos de LECs
LEC
LEC
servidor
ATM
ATM
Backbone ATM
ATM
ATM
LEC-proxy
Switch
ethernet
LEC
Ethernet
servidor
LAN Emulation Service
• Responsável pela tradução de
endereços MAC para endereços ATM
• Possui tabela de mapeamento entre
endereços MAC e ATM
• Toda ELAN tem que ter um único LES
• O LAN Emulation Service pode ser
implementado em estações,
comutadores ATM, dispositivos de
borda, etc
Cadastro na LANE
LECS
LEC
LES
1
5’
LEC
5’
2
BUS
3
5’
LEC
4’
5’
LEC
4
5
LEC
1)Obtenção do endereço ATM do LES
2)Cadastro na ELAN desejada
3)Resolução do endereço MAC destino
em endereço ATM
4)Estabelecimento de conexão fim a fim
com o LEC destino
4’) Envio de mensagem broadcast ao bus
5)Transmissão dos dados
5’) Transmissão broadcast do BUS para
os demais LECs na rede
Transmissão LANE
Estação A quer
transmitir para B
É mensagem de
broadcast ou
multicast
S
Envia pacote
para o BUS
Estabelece
conexão
N
Obtém endereço
ATM de B
S
Verifica
se
existe concexão
estabelecida com
B
S
N
Endereço ATM
de B está na tabela
de A
N
Envia LE-ARP
para LES
Transmite
quadro
Considerações Finais
• Vantagens
▫ Rápida
▫ Transparente
▫ Eficiente
• Desvantagens
▫ Custo de Implantação
▫ Incompatibilidade com produtos