Redes ATM e B-ISDN
Edgard Jamhour
ATM e FRAME RELAY
• 1. ATM
• 2. FRAME RELAY
• 3. INTEGRAÇÃO DE
ATM/FRAME-RELAY COM IP
• 4. QUALIDADE DE SERVIÇO
SOBRE REDES IP
Introdução
• ATM é uma tecnologia evolutiva destinada a
transmissão em alta-velocidade de voz, video e
dados.
– É baseada nos estudos do Group XVIII da ITU-T e a
ANSI para aplicar tecnologia VLSI para transferência
de dados em redes públicas.
• Oficialmente, o ATM é uma camada do modelo B-ISDN
definido pelo CCITT I.361.
• SIGLAS:
– ITU-T: International Telecommunication Union Telecommunication Standardization
Sector (anteriormente CCITT)
– CCITT: Consultative Committee for International Telegraph and Telephone
– ANSI: American National Standards Institute
– VLSI: very large-scale integration
– B-ISDN: Broadband Integrated Services Digital Network
ATM Forum
• Fundado pela Cisco Systems,
NET/ADAPTIVE, Northern Telecom, e
Sprint em 1991.
• Mecanismo para Criação de padrões para
implantação de ATM:
– Em redes privadas
– Para integração das redes privadas com a
rede pública.
Rede ATM
Rede ATM
NNI
SWITCH
UNI
SWITCH
UNI
NNI
NNI
SWITCH
Padrões ATM
•
Além da ITU-T, outras entidades de padronização participam das
definições das tecnologia ATM. Entre elas: ANSI, IETF e ATM Forum.
– Os padrões para rede ATM podem ser de dois tipos, dependendo da rede
ser pública ou privada, ou se tratarem de padrões de UNI (interface entre o
usuário e a rede) ou NNI (interface entre os nós da rede).
UNI Pública
UNI Privada
NNI Pública
NNI Privada
REDE ATM PÚBLICA
REDE ATM PRIVADAS
Interface entre os
equipamentos
terminais e a rede
Interface entre os
nós da Rede
Tipos de Tráfego
VBR
Tráfego
contínuo
com taxa
variável
Variable Bit Rate
bits
tempo
CBR
bits
Tráfego
contínuo
com taxa
constante
Constant Bit Rate
tempo
CBO
Tráfego
em
rajadas
Constant Bit Rate Oriented
bits
tempo
Técnicas de Comutação
• Qual a técnica de comutação mais apropriada para cada
tipo de tráfego?
– COMUTAÇÃO POR PACOTE
• Utilizado na Internet e em redes de transmissão de dados
– COMUTAÇÃO POR CIRCUITO
• Utilizado em redes convencionais de transmissão de voz.
• Objetivo do ISDN
– Utilizar uma única técnica para transmissão de dados e
informações multimídia.
Comunicação por Circuíto
Central de
Comutação
conexão
2
bits
tempo
3
bits
desconexão
tempo
Comutação por Circuíto =
Modo de Transmissão Síncrono
slot de tempo
...
...
CANAL
1
CANAL
N
CANAL
2
...
quadro de periódico
sincronismo de quadro
CANAL
1
CANAL
2
CANAL
N
...
...
Comunicação por Circuito
Central de
Comutação
Modem
6
Modem
Trafego < Banda
conexão
bits
tempo
7
8
bits
desconexão
tempo
Comutação por Pacotes
pacote
Roteadores
Trafego = Banda
bits
2
tempo
bits
3
tempo
Comutação por Pacotes
Roteadores
bits
Trafego > Banda
6
tempo
bits
7
tempo
B-ISDN e N-ISDN
• Existem dois padrões para Rede Digital de Serviços Integrados:
– Faixa Estreita (RDSI-FE ou N-ISDN)
• N-ISDN: NarrowBand Integrated Services Digital Network
– Faixa Larga (RDSI-FL ou B-ISDN)
• B-ISDN: BroadBand Integrated Services Digital Network
Aplicações
Velocidades
Suportadas por
Canal
Modo de
Transferência
Aplicações de
Banda Estreita
Aplicações de
Banda Larga
RDSI-FE
RDSI-FL
até 2 Mbit/s
155 Mbits/s
STM
ATM
velocidades
superiores
estão sendo
desenvolvidas
Modo de Transmissão Assíncrono
53 bytes
Cabeçalho
Informação
5 bytes
48 bytes
...
t
canal
2
canal
3
canal
2
célula
livre
canal
2
canal
1
canal
2
canal
4
canal
2
canal
3
canal
2
Modos de Conexão numa Rede B-ISDN
RDSI-FL PÚBLICA
Comutador
ATM
adaptador
S=T
U
NNI
NNI
Comutador
ATM
NNI
Comutador
ATM
U
U
gateway
Comutador
ATM
S
LAN, MAN ou WAN
S
adaptador
R
Modos de Conexão numa Rede B-ISDN
1. Usuário ATM privado para Rede ATM
pública
• Modem ATM
2. Rede ATM privada em Rede ATM pública
– A rede ATM privada utiliza um switch ATM.
3. Rede não ATM para Rede ATM pública
– A rede do usuário utiliza um gateway que
efetua a conversão entre o protocolo da rede
local e as células ATM.
Switch ATM
• Um switch ATM realiza duas funções:
– roteamento (comutação espacial) das células
– multiplexagem/demultiplexagem (comutação temporal) das células.
Porta do computador
Enlace com
outro switch
A
B
E
C
F
Equipamento Terminal
Comutador (Switch)
ATM
Comutação Espacial
• Processo que consiste em escolher para qual porta cada
célula que chega no comutador ATM deve ser enviada.
Interligação de dois
comutadores ATM
E
Comutador
ATM
A
B
Comutador
ATM
D
Caminho percorrido
pela célula
C
porta por onde a
célula é recebida
Equipamento
Terminal (TE)
F
Comutação Temporal
• A comutação temporal é realizada pelos comutadores ATM
através da multiplexação das células ATM no tempo.
– Desta forma, uma mesma porta do comutador pode ser utilizada
para transportar células de origens ou destinos diferentes.
Comutador ATM
E
Comutador ATM
enlace entre os
comutadores
A
B
D
C
F
Comutação Temporal
Comutador ATM
E
Possibilidade
de colisão
F
Comutador ATM
A
B
D
C
Comutador ATM
E
F
Comutador ATM
A
B
Fila
D
C
Célula armazenada
temporariamente.
Multiplexação/Demultiplexação no Tempo
Comutador ATM
Fluxo contínuo
de células
E
F
Comutador ATM
A
B
Fila
D
C
Comutador ATM
E
F
Comutador ATM
A
B
D
C
Fila
Comunicação Orientada a Conexão
A comunicação em redes ATM é do tipo orientada a conexão, isto é, um
caminho completo entre o transmissor e o receptor deve ser determinado
antes da primeira células ser transmitida.
Enlace
Físico
TE
REDE ATM
UNI
Comutador
ATM
NNI
Comutador
ATM
tabela de
roteamento
tabela de
roteamento
conexão com
canal virtual
(VCC)
Comutador
ATM
Tabelas de Roteamento
• Na nomenclatura ATM, o caminho entre dois pontos é usualmente
chamado de conexão com canal virtual - VCC.
• O estabelecimento de uma conexão implica que informações de
roteamento são armazenadas nos comutadores que conduzirão as
células ao longo da rede.
Comutador ATM
VCI
VPI
indicação
da porta de
destino
VCI
VPI
Identificador
(VPI ou VCI)
Porta
Porta
célula
ATM
cabeçalho
entrada da
tabela de
roteamento
Tabela de Comutação Interna
VPI e VCI
• As conexões em ATM possuem uma
estrutura hierárquica.
• Elas são definidas por dois valores:
– VPI: Virtual Path Identifier.
• Identificador de Caminho Virtual.
– UNI utilizam VPIs de 8 bits.
– NNI utilizam VPI de 12 bits.
– VCI: Virtual Channel Identifier.
• Identificador de Canal Virtual.
– Os VCI são códigos numéricos de 8 bits.
Canal Virtual e Caminho Virtual
VPI
8 ou 12 bits
Cada VCI identifica um canal
virtual específico dentro de um
caminho virtual.
VCI
16 bits
Um caminho virtual agrupa
canais virtuais que possuem o
mesmo VCI.
Enlace Físico
VC
VC
caminho
virtual
VP
VC
VC
VC
VC
caminho
virtual
VP
Caminhos Virtuais
• Existem dois tipos de switches ATM:
– Comutadoers de canal virtual
– Comutadores de caminho virtual
A
B
equipamento
terminal
comutador de
canal virtual
comutador de
caminho virtual
comutador de
canal virtual
caminho
virtual
VPI =1
caminho
virtual
VPI =1
caminho
virtual
VPI =2
portas
caminho
virtual
VPI =5
caminho
virtual
VPI =1
C
caminho
virtual
VPI =1
D
Comutador de Caminho Virtual
caminho
virtual
canal virtual
VCI VPI
1 1
porta 3
2 1
VPI=1
VCI=1
VCI=1
VCI=3
VCI=2
VPI=4
porta 1
VPI=2
VPI=3
porta 4
VCI=1
VCI=2
VCI=3
VCI=4
VCI=2
VCI=4
VCI=1
VCI=2
1 6
porta 2
2 6
Como a VPI é trocada
nesse ponto, considera-se
que neste ponto termina o
caminho virtual VPI=1 e
começa o caminho virtual
VPI = 6.
VCI
VPI
O valor das VCIs
permanece inalterado,
pois não houve
comutação de canal
virtual.
VPI=5
VPI=6
Os comutadores
de caminho
virtual trocam o
valor da VPI das
células para
colacá-las no
novo caminho.
Tabela de Comutação de Caminho Virtual
Tabela de Comutação da porta 1
caminho de
entrada (VPI)
1
porta de
saída
4
caminho de
saída (VPI)
6
porta 3
VPI=1
VCI=1
VCI=1
VCI=3
VCI=2
VPI=4
porta 1
VPI=2
VPI=3
porta 4
VCI=1
VCI=2
VCI=3
VCI=4
VCI=2
VCI=4
VCI=1
VCI=2
porta 2
Tabela de Comutação da porta 2
caminho de
entrada (VPI)
2
3
porta de
saída
3
4
caminho de
saída (VPI)
4
5
VPI=5
VPI=6
Comutador de Canal Virtual
comutador de canal virtual
Os comutadores de canal
virtual trocam o valor da VCI
das células, reagrupando-as
em novos caminhos.
VCI=2
VCI=1
VCI
VPI
1
2
1
1
VCI=3
VCI=4
VPI=2
VPI=1
VCI=4
4
2
3
3
VCI=2
VPI=3
VCI=3
canal virtual
VCI=1
VPI=4
VPI=5
VCI=2
caminho
virtual
VCI=1
VCI=2
comutador de caminho
virtual
Os comutadores de
canal virtual podem
realizar também
operações de comutação
de caminho virtual.
Tabelas de Comutação
Tabela de Comutação para o Caminho 1
Tabela de Comutação para a Porta 1
caminho de de
entrada (VPI)
1
canal de
entrada (VCI)
1
2
Tabela de
comutação
1
porta de
saída
4
3
comutador de canal virtual
VCI=2
VCI=1
VCI=3
VCI=4
VPI=2
VPI=1
VCI=1
VCI=4
VCI=2
VPI=2
Porta 3
Porta 1
VCI=3
VPI=3
Porta 4
VPI=4
VCI=1
VCI=1
VPI=5
VCI=2
Porta 5
Porta 2
comutador de caminho
virtual
VCI=2
caminho de
saída (VPI)
3
2
canal de
saída (VCI)
3
4
Conexão de Canal Virtual
equipamento
terminal
comutador de
canal virtual
comutador de
canal virtual
comutador de
caminho virtual
VPI =5
VPI =1
A
VPI =2
VPI =3
...
VPI =4
VPI =7
VPI =6
B
VPI =9
D
VPI =8
C
comutador
de caminho
virtual
VPL
VPL
VPL
VPC
VPL
VPL
VPC
VCC
comutador
de canal
virtual
VPL
VPC
Conexão de Canal Virtual
•
Enlace de caminho virtual (VPL):
– corresponde ao segmento da conexão entre duas comutações
por caminho virtual, isto é, o segmento da conexão que a célula
percorre com o mesmo VPI.
•
Conexão de caminho virtual (VPC):
– corresponde a uma concatenação de VPLs sem comutação de
canal virtual, isto é, o segmento da conexão que a célula
percorre com o mesmo valor de VCI.
•
Conexão com canal virtual (VCC):
– corresponde a uma concatenação de VPCs que forma um
caminho completo entre os equipamentos terminais que vão
efetuar a comunicação.
Seqüência de Comunicação
1) Uma rede ATM é uma malha que oferece uma série de caminhos
alternativos para interligar os equipamentos terminais.
C
B
A
2) Para que os equipamentos terminais A e B possam se comunicar, uma
conexão com canal virtual (VCC), com caminho definido, precisa ser
estabelecida.
VCC entre A e B
C
B
A
3) Uma conexão com canal virtual é definida como sendo uma concatenação
de enlaces de caminho virtual (VPL). Cada VPL é definida por um código VPI
específico. A concatenação das VPIs é feita através de informações de
comutação armazenadas em cada um dos comutadores que participam da
conexão.
VPLs da conexão
entre A e B
C
B
VPI=2,
VCI=2
A
VPI=1,
VCI=1
VPI=6,
VCI=4
VPI=5,
VCI=3
VPI=3,
VCI=2
VPI=4,
VCI=3
4) Como várias conexões podem ser estabelecidas simultaneamente, o
mesmo enlace físico e a mesma porta do comutador podem ser
compartilhados por várias conexões. O estabelecimento de uma nova
conexão entre A e C ilustra essa situação.
VPI=7,
VCI=7
VPLs da conexão
entre A e B
VPLs da conexão
entre A e D
C
VPI=6,
VCI=6
VPI=3,
VCI=5
VPI=2,
VCI=5
VPI=1,
VCI=5
A
VPI=1,
VCI=1
B
VPI=2,
VCI=2
VPI=5,
VCI=6
VPI=6,
VCI=4
VPI=5,
VCI=3
VPI=3,
VCI=2
VPI=4,
VCI=3
5) A estação transmissora precisa conhecer apenas os identificadores da
conexão com o primeiro comutador. Esta informação é passada pelo
comutador a estação quando do estabelecimento da conexão.
VPI=7,
VCI=7
VPLs da conexão
entre A e B
VPLs da conexão
entre A e D
C
VPI=6,
VCI=6
VPI=3,
VCI=5
VPI=2,
VCI=3
VPI=1,
VCI=2
A
VPI=1,
VCI=1
VPI=1 e VCI=2
B
VPI=2,
VCI=4
VPI=5,
VCI=5
VPI=6,
VCI=4
VPI=5,
VCI=3
VPI=3,
VCI=6
VPI=4,
VCI=6
VPI=6 e VCI=4
6) Os comutadores decidem para onde enviar a célula com base em tabelas
internas. Ao sair pela porta do comutador o valor do VPI e VCI da célula é
alterado para indicar o próximo caminho a ser seguido. Ao chegar no
destinatário, a célula guarda apenas a identificação do última VPL.
VPI=7,
VCI=7
VPLs da conexão
entre A e B
VPLs da conexão
entre A e D
C
VPI=6,
VCI=6
VPI=2 e VCI=3
VPI=7 e VCI=7
VPI=3,
VCI=5
VPI=2,
VCI=3
VPI=1,
VCI=2
A
VPI=1,
VCI=1
B
VPI=2,
VCI=4
VPI=5,
VCI=5
VPI=6,
VCI=4
VPI=5,
VCI=3
VPI=3,
VCI=6
VPI=4,
VCI=6
7) O processo para o terminal A enviar uma célula ao terminal B é
semelhante. Para isto, basta criar uma célula com os identificadores VPI=1
e VCI=1.
VPI=7,
VCI=7
VPLs da conexão
entre A e B
VPLs da conexão
entre A e D
C
VPI=6,
VCI=6
VPI=3,
VCI=5
VPI=2,
VCI=3
VPI=1,
VCI=2
A
VPI=1,
VCI=1
VPI=1 e VCI=1
B
VPI=2,
VCI=4
VPI=5,
VCI=5
VPI=5,
VCI=3
VPI=3,
VCI=6
VPI=2 e VCI=4
VPI=6,
VCI=4
VPI=4,
VCI=6
VPI=6 e VCI=4
8) Observe que ao longo da VCC as VCI e VPI das células são
trocadas constantemente. Por isso, não existe um identificador único de
conexão para todo o caminho. Quando a conexão é desfeita, a
informação das VCI e VPI utilizadas é apagada das tabelas de
roteamento.
VPLs da conexão
entre A e B
VPI=7,VCI=7
VPLs da conexão
entre A e D
C
VPI=5,VCI=3
VPI=2,VCI=5
VPI=3,VCI=5
4 6
B
VPI=1,VCI=5
VPI=2, VCI=2
2 3
A
VPI=5,
VCI=6
VPI=6,VCI=4
2 2
1 1 VPI=1,VCI=1
célula
VPI=5,VCI=3
VPI=3,VCI=2
3 4
3 6
VPI=4,VCI=3
Conexão Ponto a Ponto e Multi-Ponto
ATM tem suporte para multicast.
A mesma célula é
copiada para vários
caminhos diferentes.
A célula é copiada para
um único caminho de
destino.
...
ponto a ponto
ponto a multiponto
Equipamento terminal.
ATM e OSI
MODELO DE REFERÊNCIA
OSI
Camada de Aplicação
MODELO ATM EM
CAMADAS
Protocolos Superiores
não ATM
Camada de Apresentação
Camada de Sessão
Camada de Transporte
Camada de Rede
Camada de Enlace de Dados
Camada de Adaptação ao
ATM - AAL
Camada ATM
Camada Física
Camada Física
Modelo em Camadas
• Os protocolos e especificações que regem o funcionamento de uma
rede ATM são comumente referenciados através de um modelo em
três camadas funcionais:
– camada física
– camada ATM
– camada de adaptação ao ATM
• Não existe uma correspondência direta entre as camadas do modelo
ATM e do modelo OSI.
– Muitos autores consideram que as redes ATM realizam funções relativas
apenas as camadas física e de enlace de dados do modelo OSI.
– Entretanto, os comutadores ATM realizam também operações de
comutação espacial (roteamento), função tipicamente associada a
camada de rede.
Camada Física
• A camada física define os padrões de funcionamento de
mecanismos diretamente dependentes do meio físico
utilizado.
• As funções da camada física (ATM physical layer) estão
logicamente divididas em duas subcamadas:
– a subcamada de convergência de transmissão
– a subcamada de meio físico.
Subcamada de meio
físico
Camada
Física
Subcamada de
convergência de
transmissão
Subcamada de meio físico
• Especifica as características mecânicas,
elétricas e óticas dos meios de
transmissão adotados.
• Atualmente, os meios físicos padronizadas
para as redes ATM são:
– SONET (Syncronous Optical Network)/SDH
– PDH: T3/E3
– FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 100Mbits/s
– Fibras ópticas para 155 Mbits/s.
Camada ATM
A comunicação da camada
ATM com as camadas
adjacentes é feita através
de primitivas de serviço.
Camada de Adaptação ao ATM
A camada ATM (ATM Layer) realiza realiza
quatro funções principais:
Camada ATM
Camada Física
1) Multiplexação e demultiplexação de células.
2) Translação de VPI e VCI
3) Geração e extração de cabeçalhos
4) Controle Geral de Fluxo -GFC
Células ATM
• Nas redes ATM todas as informações são
transportadas na forma de células. Uma célula
ATM é pequena estrutura de dados, com
tamanho fixo de 53 bytes.
• cabeçalho (5 bytes)
• campo de informação (48 bytes).
• Numa comunicação ATM:
– o transmissor precisa fragmentar toda a informação
transmitida em células
– o receptor, extrair o cabeçalho e reagrupar as células
para reconstruir a informação original.
Células UNI e NNI
• A estrutura do cabeçalho das células ATM é diferente
quando a comunicação é realizada através de uma
interface entre:
– equipamento terminal e a rede (UNI)
• VPI (identificador de caminho virtual): 8 bits
– entre os nós (comutadores) da rede (NNI)
• VPI (identificador de caminho virtual): 12 bits
switch
UNI
NNI
swtich
Célula ATM
8
7
6
5
4
3
2
GCF
VPI
VPI (continuação)
VCI
1
PT
7
6
5
4
3
2
1
VPI
VPI (continuação)
VCI (continuação)
VCI (continuação)
8
VCI
VCI (continuação)
CLP
VCI (continuação)
PT
HEC
HEC
Campo de Informação (48 bytes)
Campo de Informação (48 bytes)
Célula na Interface entre o Usuário e a
Rede (UNI)
Célula na Interface entre os
Comutadores da Rede (NNI)
CLP
Camada de Adaptação - AAL
• Na nomenclatura OSI, os protocolos de
camadas diferentes se comunicam entre si
através mensagens denominadas Unidades de
Dados de Serviço (SDU), geralmente muito
maiores que uma célula.
– A tarefa básica da camada AAL (ATM Adaptation
Layer) é segmentar a SDU em células quando da
transmissão e recompor as células na SDU quando
da recepção, tornando a transmissão por células
transparente para as camadas superiores.
IP (SDU)
AAL
Camada de Adaptação - AAL
• As funções da camada AAL estão
logicamente divididas em duas
subcamadas:
– subcamada de segmentação e recomposição
– subcamada de convergência.
Camada de Adaptação ao
ATM
AAL
Subcamada de
convergência
Subcamada de
segmentação e
recomposição
Camada AAL
Camadas
Superiores
Dados do Usuário
CS
CS-PDU
Cabeçalho
CS-SDU
PAD
Fecho
SAR-PDU
SAR SDU
SAR
SAR SDU
SAR SDU
SAR SDU
48 bytes
Camada
ATM
Célula ATM
48 bytes
Célula ATM
Célula ATM
Célula ATM
AAL
5
Camada AAL
• Subcamada de Segmentação e Recomposição:
(Segmentation and Reassembly Sublayer)
– Decompor as mensagens (SDU) oriundas das
camadas superiores em células
– Recompor as mensagens vindas da camada ATM e
enviá-las para as camadas superiores.
• Subcamada de convergência: (Convergence
Sublayer)
– Desempenha funções relacionadas a camada de
transporte do modelo OSI, como por exemplo:
• detecção de perda de células
• multiplexação de serviços.
Classificação das AAL
• A gama de protocolos e serviços prestados pelas camadas
superiores é muito ampla, levando também a uma grande
diversidade de protocolos para a camada AAL.
• A ITU-T propôs uma classificação dos protocolos da AAL em cinco
tipos, denominados AAL 0, AAL 1, AAL 2, AAL 3/4 e AAL 5.
• Cada tipo de protocolo desempenha funções relacionadas a classes
de serviço padronizadas.
SDU
SDU
Camadas Superiores
(Protocolos não ATM)
Camada de
Adaptação ao ATM AAL
Camada ATM
células
Os protocolos AAL podem ser
de 5 tipos:
AAL 0
AAL 1
AAL 2
AAL 3/4
AAL 5
Classes de Serviço
• O termo classe de serviço foi criado pela ITU-T para
classificar os diferentes tipos de protocolos da camada
AAL.
• As classes de serviço procuram exprimir as diferenças
fundamentais entre os protocolos, e são definidas em
função de três características principais:
– a taxa de bits,
– o modo de conexão
– a necessidade ou não de manter-se uma relação de temporal
entre o transmissor e o receptor.
• A ITU-T padronizou 4 classes de serviço, denominadas
A, B, C e D.
Classes de Serviço
Características
Classe A
Classe B
Classe C
Classe D
Relação temporal
entre o transmissor e
o receptor
Necessária
Necessária
Não é
necessária
Não é
Necessária
Taxa de bits
Constante
Variável
Variável
Variável
Modo de Conexão
Orientado a
Conexão
Orientado a
Conexão
Orientado a
Conexão
Não
Orientado a
Conexão
Exemplo
Tráfego
telefônico e
vídeo não
compactado.
Transmissão
de áudio ou
vídeo com
compressão
Email
DNS
Tipos de AAL
•
•
A ITU-T propôs a classificação dos protocolos da camada de adaptação ao
ATM (AAL) em cinco tipos, denominados 0, 1, 2, 3/4 e 5.
Os tipos diferenciam-se entre si, pelo tipo de classe de serviço ao qual se
destinam.
Tipo de AAL
Classes de Serviço
AAL 0
Nenhuma
AAL 1
A
AAL 2
B
AAL 3/4
CeD
AAL 5
CeD
AAL Tipo 0
• Na AAL tipo 0, o campo de informação da célula ATM é
passado diretamente a camada superior, sem nenhum
tipo de tratamento. As funções da AAL são delegadas aos
protocolos das camadas superiores.
Camadas Superiores
Na AAL tipo 0,
os dados da
camada superior
são convertidos
diretamente em
células.
CS
SAR
Camada ATM
células
AAL tipo 0
AAL Tipo 1
•
A AAL tipo 1 é utilizada na transmissão de informações com taxa constante (CBR),
em modo orientado a conexão e mantendo as informações de sincronismo temporal
entre o transmissor e o receptor. As aplicações típicas para o protocolo AAL tipo 1 são
a transferência de sinais de vídeo e áudio não compactados. As principais funções
exercidas pela camada AAL são:
–
–
–
segmentação e recomposição da informação do usuário
compensação da variação de retardo
recuperação do relógio do transmissor
fluxo
contínuo
de bits
Camadas Superiores
CS
CS-PDU
47 bytes
Cabeçalho
1 byte
SAR-SDU
47 bytes
SAR
SAR-PDU (48 bytes)
Camada ATM
Célula ATM
cabeçalho
5 bytes
campo de informação
48 bytes
AAL tipo 1
AAL Tipo 2
• O protocolo AAL 2 é utilizado para prestar serviços da
classe B: taxa de bits variável, comunicação orientada a
conexão e sincronismo entre o transmissor e o receptor.
• As aplicações típicas suportadas pela AAL tipo 2 são a
transmissão de áudio e vídeo compactados.
Camadas Superiores
AAL tipo 2
Serviços
classe B
Camada ATM
AAL Tipo 3/4
• A AAL tipo 3/4 oferece:
– dois modos de serviço de transporte:
• modo de mensagem
• modo de fluxo
– dois tipos de operação:
• operação assegurada
• operação não assegurada.
– Uma característica importante da AAL tipo 3/4 refere-se a sua
capacidade de multiplexar conexões.
• A multiplexação de conexões consiste a criar várias conexões
virtuais, ao nível da camada AAL, sobre uma única conexão ATM.
• As conexões virtuais são identificadas pelo campo MID (Multiplexing
Identification), com 10 bits de comprimento, contido no cabeçalho da
CS-PDU.
AAL Tipo 3/4
Camadas
Superiores
Dados do Usuário
CS
CS-PDU
Cabeçalho
CS-SDU
PAD
Fecho
SAR-PDU
SAR SDU
SAR
SAR SDU
SAR SDU
SAR SDU
44 bytes
Camada
ATM
Célula ATM
48 bytes
Célula ATM
Célula ATM
Célula ATM
AAL
3/4
AAL Tipo 5
• O protocolo AAL tipo 5 foi projetado para realizar as
mesmos serviços que o protocolo AAL 3/4, mas de
maneira mais simples.
• A única característica do AAL tipo 3/4 que não é
realizado pelo ALL tipo 5 é a multiplexação de conexões.
• Os tipos de AAL 3/4 e 5 diferem também na maneira que
a segmentação é feita.
• As SAR-PDU não possuem nem cabeçalho nem fecho,
mostrando a simplificação feita na camada SAR.
AAL Tipo 5
Camadas
Superiores
Dados do Usuário
CS
CS-PDU
Cabeçalho
CS-SDU
PAD
Fecho
SAR-PDU
SAR SDU
SAR
SAR SDU
SAR SDU
SAR SDU
48 bytes
Camada
ATM
Célula ATM
48 bytes
Célula ATM
Célula ATM
Célula ATM
AAL
5
Categorias de Serviço ATM
• Para facilitar a descrição de serviços ATM, o ATM Forum definiu 5
categorias de serviço, que representam os principais tipos de
aplicações executadas sobre a rede ATM:
– CBR: Constant Bit Rate
• Transmissão de áudio e vídeo não compactados
– RT-VBR: Real Time Variable Bit Rate
• Transmissão de áudio e vídeo compactados
– NRT-VBR: Non Real Time Variable Bit Rate
• A taxa média deve ser garantida: reservas de passagem aérea
– ABR: Available Bit Rate
• Necessita de uma banda passante mínima garantida, e banda
passante adicional para suportar os picos ocasionais.
– UBR: Unspecified Bit Rate
• Aplicações totalmente assíncronas, como email.
Categorias de Serviço ATM
Característica do
Serviço
CBR
RT-VBR
NRT-VBR
ABR
UBR
Banda Passante
Garantida
Garantida
Garantida
Opcional
Não
Garantida
Tipo de Tráfego
Suportado
Tempo
Real
Tempo
Real
Em
Rajadas
Em
Rajadas
Em
Rajadas
Realimentação sobre
congestionamento
Não
Não
Não
Sim
Não
QoS e Características de Tráfego
• Qualidade de Serviço:
– QoS. Quality of Service.
• Vários parâmetros compõe a qualidade do serviço,
como: retardo, variação de retardo, taxa de perda
de células, etc.
• Características de Tráfego:
– Exemplos de parâmetros de tráfego:
•
•
•
•
•
Taxa média de transferência de células
Taxa de pico de geração de células
Duração de um pico
Explosividade (burtiness)
Tipo de fonte (telefone, videofone, etc.).
Descritores de Tráfego
• Os descritores de tráfego contém uma lista
de parâmetros enviados pelo equipamento
terminal para a rede, quando uma nova
conexão é solicitada.
– A rede analisa o descritor de tráfego, e
estabelece a conexão solicitada
somente se existirem recursos
suficientes para satisfazer o volume de
tráfego previsto.
• Os parâmetros relacionados ao descritor de tráfego são
os seguintes:
– PCR: Peak cell rate.
• Taxa de pico de geração de células.
– SCR: Sustainable cell rate.
• Taxa média máxima de geração de células.
– MBS: Maximum burst size.
• Duração máxima de uma rajada.
– MCR: Minimum cell rate.
• Taxa mínima de geração de células.
– CDVT: Cell Delay Variation Tolerance.
• Tolerância da variação de retardo da célula.
Descritores de Tráfego
• PCR:
– Peak cell rate. Taxa de pico de geração de células
• Determina o limite superior de tráfego que pode ser enviado pelo
equipamento terminal através da conexão. PCR corresponde a um valor
instantâneo definido por PCR = 1/T, onde T é o menor intervalo de
transmissão entre duas células
• SCR:
– Sustainable cell rate. Taxa média máxima de geração de células
• Determina o limite superior para o tráfego médio que pode ser enviado pelo
equipamento terminal através da conexão. O tráfego médio é calculado
sobre um intervalo de tempo pré-determinado, muito superior ao tempo de
transmissão de uma célula.
• MBS:
– Maximum burst size. Duração máxima de uma rajada.
• Número máximo de células que podem ser enviadas continuamente na taxa
de transferência de pico (PCR).
Descritores de Tráfego
•
MCR:
– Minimum cell rate. Taxa mínima de geração de células
•
• Parâmetro definido para os serviços do tipo ABR.
• Ele define a taxa mínima de tráfego que deverá estar sempre
disponível para o equipamento terminal.
CDVT:
– Cell Delay Variation Tolerance. Tolerância da variação de retardo
da célula.
• Determina a variação máxima no atraso (isto é, o tempo que leva
para célula ir do equipamento terminal de origem ao equipamento
terminal de destino) que pode ser introduzido pela rede, incluindo
UNI e NNI.
• Observe que, ao contrário dos demais parâmetros, o CDBT não se
refere ao tráfego gerado pelo equipamento terminal, mas sim a um
requisito feito para a rede.
Qualidade de Serviço
ATRASO
VARIÁVEL
ACEITÁVEL
densidade de
probabilidade
MÁXIMO ATRASO
ACEITÁVEL
1-
ATRASO
FIXO

ATRASO
CÉLULAS
PERDIDAS
ppCDV
maxCTD
Estabelecimento da Conexão
Descritor de tráfego, o tipo de
serviço (CBR, RT-VBR, NRT-VBR,
ABR ou UBR e QoS desejada.
Solicita conexão
Usuário
(Equipamento
Terminal)
Confirma conexão
OU
REDE
Nega conexão
Se a conexão
puder ser
satisfeita com a
QoS solicitada.
Se a conexão não puder
ser satisfeita com a QoS
solicitada.
Conexões ATM
• As conexões ATM podem ser de dois tipos:
– Conexões Dinâmicas (SVC - Switched Virtual Circuits):
• Estabelecidas automaticamente por meio de um protocolo de
sinalização, e não requerem intervenção manual.
• A conexão possui intervalo finito, sendo necessárias uma fase de
estabelecimento e outra para liberação da conexão.
– Conexões Permanentes (PVC - Permanent Virtual Circuits):
• Estabelecidas através de algum tipo de mecanismo externo,
envolvendo normalmente a intervenção manual dos operadores da
rede.
• Uma função importante das conexões permanentes é servir de
apoio ao estabelecimento de conexões dinâmicas.
• Os equipamentos terminais iniciam o pedido de estabelecimento de
uma conexão enviando uma mensagem de sinalização para a rede
através da PVC com os identificadores VPI = 0 e VCI = 5.
Sinalização
Conceito: Designação genérica
dinamicamente as conexões ATM.
para
as
funções
REDE ATM
Sinalização na UNI
Comutador
ATM
Comutador
ATM
NNI
Sinalização na NNI
Mensagens trocadas
entre o usuário
(equipamento
terminal) e a rede.
Mensagens trocadas
internamente na rede.
Comutador
ATM
que
controlam
Sinalização
• A sinalização é implementada através de
mensagens padronizadas, trocadas entre os
equipamentos terminais e os comutadores, e
pelos comutadores entre si.
– PROTOCOLO DE SINALIZAÇÃO
• As mensagens de sinalização são transportadas
em conexões próprias, separadas das conexões
utilizadas para transportar as informações dos
usuários.
Protocolo de Sinalização
• As principais funções do protocolo de
sinalização são:
– atribuição dos identificadores VPI e VCI
aos canais e caminhos que compõe a
conexão,
– definição das características de tráfego
e da qualidade de serviço, QoS,
oferecida na conexão.
Estabelecimento da Conexão
1. SETUP
2. CALL
PROCEEDING
(opcional)
REDE ATM
6. CONNECT
7. CONNECT
ACK
8. CONNECT
ACK
5. CONNECT
4. CALL
PROCEEDING
(opcional)
3. SETUP
Estabelecimento da Conexão
REDE ATM
1
Comutador
1
2
6
Equipamento
Terminal A
5
Comutador
2
4
3
Equipamento
Terminal B
Sinalização
•
CALL SETUP
– Essa mensagem contém o endereço do destinatário: o
equipamento terminal B, os descritores de tráfego e o
parâmetros de QoS.
– O comutador 1 analisa a mensagem recebida. Se houver
entrada para o endereço do equipamento terminal B em sua
tabela de roteamento e se o QoS solicitado puder ser satisfeito,
ele estabelece uma conexão virtual com o equipamento terminal
A e encaminha a requisição para o comutador 2.
– Nesse momento os identificadores VPI e VCI são definidos para
a conexão entre o equipamento terminal A e o comutador 1.
•
CALL PROCEEDING
– O comutador 1 comunica ao equipamento terminal A que a
conexão está em andamento enviado, opcionalmente, essa
mensagem.
Sinalização
•
CALL CONNECT
–
–
–
•
Ao receber a mensagem de sinalização do comutador 1, o comutador 2
analisa se pode satisfazer o QoS solicitada. Se puder, ele estabelece
uma conexão com comutador 1 e encaminha a requisição para o
equipamento terminal B.
Ao receber a mensagem de sinalização do comutador 2, o
equipamento terminal B analisa se pode satisfazer o QoS solicitada. Se
puder, ele confirma o estabelecimento da conexão enviado uma
mensagem CALL CONNECT ao comutador 2.
A confirmação do estabelecimento da conexão é propagada até o
equipamento terminal A, completando o estabelecimento da conexão.
Se algum dos equipamentos que participam da conexão não puder
satisfazer o QoS solicitada, a conexão é rejeitada.
–
Por exemplo, se o comutador 2 não puder estabelecer a conexão com
o equipamento terminal B, a mensagem de rejeição é enviada pelo
comutador 1, que por sua ver notifica o equipamento terminal A.
Controle de Admissão de Conexões - CAC
• Mecanismo implementado através do protocolo
de sinalização, no momento em que o usuário
solicita o estabelecimento de uma nova
conexão.
– Uma vez que o tráfego gerado pela conexão pode ser
variável (VBR, ABR ou UBR), a decisão tomada pela
rede quanto a aceitação ou não de uma nova conexão
é baseada em critérios estatísticos.
– O tráfego é estimado utilizando os parâmetros do
descritor de tráfego.
CAC
Descritor de tráfego, o tipo de
serviço (CBR, RT-VBR, NRT-VBR,
ABR ou UBR e QoS desejada.
Solicita conexão
Usuário
(Equipamento
Terminal)
Confirma conexão
OU
REDE
Nega conexão
Se a conexão
puder ser
satisfeita com a
QoS solicitada.
Se a conexão não puder
ser satisfeita com a QoS
solicitada.
Policiamento
• O policiamento é um mecanismo de controle de tráfego
que visa evitar que os usuários provoquem o
congestionamento da rede gerando mais tráfego do que
haviam negociado no momento do estabelecimento da
conexão.
– O policiamento é implementado pela rede através do descarte
das células gerados em excesso na conexão.
– A função de policiamento é geralmente exercida pelo comutador
ao qual o equipamento terminal está diretamente conectado.
• Várias estratégias de policiamento são possíveis.
– A mais comum consiste simplesmente em limitar a taxa média de
transmissão de células que prosseguem na conexão a um valor
máximo pré-determinado, descartando o excedente, numa
estratégia conhecida como leaky bucket (balde furado).
Policiamento
Células transmitidas pelo
equipamento terminal.
Comutador
ATM
Policiamento: se
o tráfego
ultrapassar o
limite as células
são descartadas.
REDE
ATM
Comutador
ATM
As células que não
são descartadas
prosseguem
normalmente seu
caminho.
Controle de Congestionamento
• Mesmo adotando métodos preventivos de controle de
admissão de conexões e policiamento, é
estatisticamente possível que a rede ATM entre numa
condição de congestionamento, devido a natureza
variável do tráfego manipulado.
• O congestionamento é definido como a condição na qual
a rede não é capaz de manter a QoS das conexões já
estabelecidas.
• A notificação de congestionamento é feita segundo duas
estratégias:
– Notificação de Congestionamento Explícita para Frente: FECN
– Notificação de Congestionamento Explícita para Traz: BECN
Flags de Congestionamento
• FECN: Forward Explicit Congestion Notification.
– Nessa estratégia, o primeiro comutador que detecta o
congestionamento seta o campo Payload Type,
contido no cabeçalho das células para indicar o
congestionamento.
– Quando o receptor detecta o recebimento das células
com indicação de congestionamento ele envia uma
mensagem ao transmissor para notificar o
congestionamento e reduzir a taxa de transmissão.
– A notificação se propaga deste o receptor até a
origem, a notificação de congestionamento pode
demorar muito tempo.
Flags de Congestionamento
• BECN: Backward Explicit Congestion
Notification.
– O primeiro comutador que detecta o
congestionamento envia a notificação diretamente
para o equipamento terminal transmissor.
– Essa estratégia permite notificar o congestionamento
mais rapidamente, mas introduz uma complexidade
adicional no nó de comutação.
FeedBack de Congestionamento
Transmissor.
Primeiro comutador a detectar
o congestionamento.
FECN
Comutador
ATM
REDE
ATM
BECN
Comutador
ATM
FECN
Receptor
ANEXOS
Camada Física
Camada ATM
Endereçamento
Camada Física
• A camada física define os padrões de funcionamento de
mecanismos diretamente dependentes do meio físico
utilizado.
• As funções da camada física (ATM physical layer) estão
logicamente divididas em duas subcamadas:
– a subcamada de convergência de transmissão
– a subcamada de meio físico.
Subcamada de meio
físico
Camada
Física
Subcamada de
convergência de
transmissão
Subcamada de meio físico
• Especifica as características mecânicas,
elétricas e óticas dos meios de
transmissão adotados.
• Atualmente, os meios físicos padronizadas
para as redes ATM são:
– SONET (Syncronous Optical Network)/SDH
– PDH: T3/E3
– FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 100Mbits/s
– Fibras ópticas para 155 Mbits/s.
Subcamada de meio físico
•
Além das especificações físicas, essa subcamada é responsável por enviar
e receber um fluxo contínuo de bits, com as informações de temporização
necessárias para sincronizar a transmissão e a recepção.
A troca de células entre
equipamentos com relógios
independentes requer que
informações de sincronismo sejam
inseridas junto com o dados
transmitidos.
REDE ATM
relógios
independentes.
UNI
Por envolver distâncias geralmente pequenas, a
UNI pode ser implementada usando tanto meios
ótimos quanto elétricos.
Por envolver distâncias longas, a NNI é geralmente
implementada através de fibras óticas.
Comutador
ATM
NNI
Comutador
ATM
Comutador
ATM
Estruturas de Transmissão do ATM
• Denominação dada a estrutura física, meios de
transmissão e equipamentos, utilizados para transportar
as células ATM.
Estrutura de
Transmissão
Sinal Básico
PDH
DS-1(T1)
DS-3(T3)
E1
E2
E3
STM-1
STM-4c
SDH
Baseada em
Células
FDDI
TAXI
Taxa de
Transmissão
Mbps
1,544
44,736
2,048
34,368
139,264
155,52
622,08
155,52
622,08
25,6
100
Interface
Orgão
Normalizador
UNI
ANSI
UNI
ETSI
UNI/NNI
NNI
UNI
ITU-T
UNI privativa
UNI privativa
IBM
ATM Forum
ITU-T
Estruturas Baseadas em PDH
•
•
•
A utilização da infra-estrutura da telefonia digital existente como meio de transporte
de células ATM permite reduzir o impacto de investimentos para implementação de
serviços RDSI-FL.
As técnicas de TDM (Time Division Multiplexing), notadamente aquelas baseadas em
estruturas hierárquicas, são amplamente utilizadas para implantação de serviços de
telefonia digital.
Nessa técnica, várias células ATM são encapsuladas dentro de um único quadro,
ficando transparente para o meio físico a segmentação em células.
64 Kbps
T1
1
64 Kbps
2
MUX
1544 Kbps
T2
1
...
1544 Kbps
64 Kbps
24
2
1544 Kbps
1544 Kbps
3
4
MUX
6312 Kbps
T3
1
6312 Kbps
2
...
6312 Kbps
Hierarquia Norte Americada de Sinais Digitais
7
MUX
44736 Kbps
Comparação de Hierarquias
• As hierarquias de sinais digitais americana (T1), européia
(E1) e japonesa estão entre as mais difundidas. A
hierarquia adotada no Brasil é a européia.
• Ela permite transmitir 30 canais de voz em um sinal
básico E1 de 2,048 Mbps.
Nível
1
2
3
4
EUA
1,544 Mbps (T-1)
6,312 Mbps (T-2)
44,736 Mbps (T-3)
274,176 Mbps (T-4)
Europa
2,048 Mbps (E-1)
8,488 Mbps (E-2)
34,368 Mbps (E-3)
139,264 Mbps (E-4)
Japão
1,544 Mbps
6,312 Mbps
32,064 Mbps
97,728 Mbps
SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
•
•
Para possibilitar a interconexão de redes de hierarquia T e E, a ITU-T propôs uma
nova e única hierarquia digital para NNI denominada SDH (Synchronous Digital
Hierarchy).
A SDH nasceu da definição da SONET que incluía uma hierarquia de sinais digitais
para redes baseadas em fibras óticas.
155,52 x N
Mbps
xN
Sinal
STM-1
155,52
Mbps
Sinal básico para o
padrão SDH
Usado no Brasil
x3
Sinal
STS-1
51,84 Mbps
x7
Sinal básico para o
padrão SONET
Usado nos EUA
6,312 Mbps
x3
x2
1,544 Mbps
2,048 Mbps
Transporte de Células ATM: SONET
O campo utilizado para transportar a informação.
As células ATM são transportadas nesse campo.
Elas são simplesmente concatenadas da direita
para esquerda, de cima para baixo, linha a linha.
O campo de overhead contém
diversos bits de controle para
delimitação do quadro e da região
de carga, paridade, etc.
Carga
Overhead
9 linhas
...
célula ATM
...
3 bytes
célula ATM
célula ATM
...
87 bytes
O bits que compõe o quadro são transmitidos linha a
linha, de cima para baixo, da esquerda para direita.
...
STS-1 (sinal básico SONET)
Quadros de 810 bytes
8000 quadros/s
(58,84 Mbits/s)
Transporte de Células: SDH
•
•
O sinal básico do SHD é formado pela concatenação de 3 sinais STS-1c. Dessa
maneira, o padrão SDH trabalha com uma taxa básica 3 vezes superior ao padrão
SONET. Genericamente, a multiplexação dos sinais SONET recebem a denominação
STS-2, STS-3, ..., STM-N, de acordo com o número de quadros multiplexados.
Quando a multiplexação é feita mantendo os bytes do overhead e da carga
separados, acrescenta-se a letra "c" como sufixo da denominação do sinal, como no
caso do STS-3c. O STS-3c foi definido pela ITU-T como o sinal básico para o SDH,
renomeando-o STM-1.
Carga
9 linhas
STM-1 (sinal básico SDH)
Três sinais STS-1c
(155,52 Mbits/s)
9 bytes
261 bytes
Sinal STS-3c, corespondente ao STM-1
Estruturas Baseadas em Células
• Na estrutura baseada em células, as células ATM são
enviadas diretamente através do meio físico de
transmissão, sem serem encapsuladas em quadros.
• Essa técnica é bastante simples, e foi desenvolvida
principalmente para facilitar a conexão dos
equipamentos terminais (do usuário) com a rede ATM
(UNI).
• Atualmente 3 velocidades de transmissão estão
padronizadas: 155,52 Mbps, 622,08 Mbps e 25,6 Mbps.
• A taxa de 25,6 Mbps é uma proposta da IBM para
implementar UNI privativas aproveitando a infra-estrutura
existente de redes Token Ring.
Estruturas Baseadas em Células
•
•
•
A técnica baseada em células prevê a inclusão de células de sincronismo,
inseridas diretamente pela camada física.
As células de sincronismo diferenciam-se das células com informação (geradas
pela camada ATM) pois utilizam padrões de bits reservados em seu cabeçalho,
que nunca ocorrem nas células ATM com informação.
As células são inseridas pela camada física em intervalos não superiores a 26
células ATM.
Célula inserida pela
camada física.
...
Cabeçalho com um padrão de bits reservado
para identificar o sincronismo.
Células geradas pela camada ATM.
...
O número máximo de células ATM entre duas células
físicas não pode ser superior a 26.
...
Estruturas Baseadas em FDDI
• Devido ao seu grande interesse prático, o ATM Forum
definiu o padrão para implementação de redes ATM
utilizando a infra-estrutura de redes FDDI, com taxas de
100 Mbps.
• A proposta do ATM Forum mantém a codificação 4 entre
5 do padrão FDDI original.
– A codificação 4 entre 5 permite que caracteres especiais
funcionem como células ociosas e como delimitadores de
células, simplificando o processo de sincronização da rede.
• A padrão de interface de redes ATM sobre estruturas
FDDI é denominado TAXI (Transparent asynchronous
transmitter/receiver interface).
Codificação 4 entre 5
• Princípio de codificação em que os dados são agrupados em
seqüências de 4 bits. Cada conjunto de 4 bits é substituído por um
símbolo equivalente de 5 bits, de acordo com uma tabela de
codificação.
• A introdução de um bit a mais permite garantir que nunca haverão
mais de 3 zeros consecutivos. Esta característica, em combinação
com a codificação NRZI, garante a presença de transições regulares
no sinal transmitido, facilitando a sincronização entre o transmissor e
o receptor.
Células de sincronismo
cabeçalho
00000
0000
0001
…
1111
Informação
…
Controle
11111
dados
TAXI (Transparent asynchronous
transmitter/receiver interface).
• A especificação TAXI levou ao desenvolvimento de
circuitos integrados para placas adaptadoras de rede
que conectam os equipamentos terminais a rede.
Equipamento
terminal.
A
Concentrador
B
C
TAXI é o padrão de interface para
transmitir células ATM sobre a
infra-estrutura de redes FDDI.
fibras multimodo.
Subcamada de Convergência de Transmissão
• Responsável por cinco funções principais:
1. Controle de erros.
2. Delineamento das fronteiras das células.
3. Embaralhamento e desembaralhamento.
4. Desacoplamento da taxa de transmissão em
relação a taxa de geração de células.
5. Encapsular as células em quadros (frames)
compatíveis com uma implementação
específica do meio físico.
1) Controle de Erros
• Geração e a verificação dos bits de controle de erro
contido no campo HEC, Header Error Control, no
cabeçalho das células.
– Duas ações podem ser tomadas em caso de erro: recuperação
de erros simples ou descarte da célula em caso de erros
múltiplos
Campo de informação (48 bytes)
cabeçalho (5 bytes)
Dados do Cabeçalho
incluídos no cálulo
do HEC
HEC
(1 byte)
2) Delineamento das fronteiras das células
• Técnicas de Delineamento:
– delineamento através de códigos especiais
• O começo de uma célula pode ser marcado através de uma
seqüência especial de bits, desde que esta seqüência nunca
se apareça no cabeçalho ou no campo de informação da
célula
– delineamento através de quadros de sincronismo
– delineamento através do campo HEC
fluxo de bits
10101010101110101010101001000101010101000010010101010101110101010101010001
...
...
fluxo identificado como células
Delineamento através de HEC
• Quando as células são enviadas diretamente através do meio físico,
o campo HEC é utilizado para detectar a fronteira da célula.
– Um algoritmo analisa o fluxo de bits recebidos através de uma janela de
tamanho igual a 5 bytes (exatamente o tamanho do cabeçalho).
– O cálculo do HEC é feito sobre os 4 primeiros bytes da janela e
comparado com o quinto byte (supostamente o campo HEC).
Suposto HEC
Procura
Cabeçalho
janela de 5 bytes
1
2
3
4
A janela
corresponde a um
cabeçalho.
5
fluxo de bytes
 cabeçalhos
consecutivos acusaram
erro de HEC.
A janela não
corresponde a um
cabeçalho.
Estado de
PréSincronismo
 cabeçalhos
consecutivos foram
encontrados.
Estado de
Sincronismo
3) Embaralhamento e Desembaralhamento
• As seqüências de bits transmitidos no campo de informação podem
eventualmente coincidir com os bits do cabeçalho, levando a
interpretações errôneas no processo de identificação dos limites da
célula.
– Para evitar que isso aconteça, os dados do campo de informação
passam por um processo de embaralhamento antes serem transmitidos.
– Quando a célula ATM é recebida, o campo de informação é
desembaralhado, restaurando os dados originais.
Apenas o campo de informação
passa pelo processo de
embaralhamento.
cabeçalho (5 bytes)
HEC
Campo de informação (48 bytes)
4) Desacoplamento da taxa de transmissão em
relação a taxa de geração de células.
• Nas redes ATM, as células são transmitidas num fluxo contínuo,
definido pela taxa de transmissão do meio físico.
• A subcamada de convergência é responsável por inserir células
ociosas (vazias), mantendo o fluxo contínuo de células.
• As células vazias são descartadas assim que chegam num nó
(comutador) da rede.
5) Encapsular as células em quadros compatíveis com
uma implementação específica do meio físico.
• Encapsulando as células ATM nos quadros, é possível
transportar as células ATM através de meios físicos
existentes.
– PDH, SDH, FDDI, etc.
Overhead
...
...
Carga
célula ATM
célula ATM
... célula ATM ...
Overhead
...
Carga
... célula ATM célula ATM
... célula ATM
...
...
...
Camada ATM
•
A camada ATM agrupa o conjunto de funções responsáveis
estabelecer conexões virtuais e transportar células através da rede,
utilizando as informações contidas no cabeçalho das células.
1. Multiplexação e demultiplexação de células de diferences
conexões virtuais.
2. Alteração dos valores de VPI e VCI das células quando elas
atravessam os comutadores ATM.
3. Extração ou inclusão do cabeçalho da célula quando a célula é
enviada ou recebida da camada de adaptação ao ATM.
4. Implementação dos mecanismos de controle de fluxo, visando
evitar congestionamento, nas interfaces entre o usuário e a rede
(UNI).
Camada ATM
A comunicação da camada
ATM com as camadas
adjacentes é feita através
de primitivas de serviço.
Camada de Adaptação ao ATM
A camada ATM (ATM Layer) realiza realiza
quatro funções principais:
Camada ATM
Camada ATM
1) Multiplexação e demultiplexação de células.
2) Translação de VPI e VCI
3) Geração e extração de cabeçalhos
4) Controle Geral de Fluxo -GFC
Células ATM
• Nas redes ATM todas as informações são
transportadas na forma de células. Uma célula
ATM é pequena estrutura de dados, com
tamanho fixo de 53 bytes.
• cabeçalho (5 bytes)
• campo de informação (48 bytes).
• Numa comunicação ATM:
– o transmissor precisa fragmentar toda a informação
transmitida em células
– o receptor, extrair o cabeçalho e reagrupar as células
para reconstruir a informação original.
Células UNI e NNI
• A estrutura do cabeçalho das células ATM é diferente
quando a comunicação é realizada através de uma
interface entre:
– equipamento terminal e a rede (UNI)
• VPI (identificador de caminho virtual): 8 bits
– entre os nós (comutadores) da rede (NNI)
• VPI (identificador de caminho virtual): 12 bits
switch
UNI
NNI
swtich
Célula ATM
8
7
6
5
4
3
2
GCF
VPI
VPI (continuação)
VCI
1
PT
7
6
5
4
3
2
1
VPI
VPI (continuação)
VCI (continuação)
VCI (continuação)
8
VCI
VCI (continuação)
CLP
VCI (continuação)
PT
HEC
HEC
Campo de Informação (48 bytes)
Campo de Informação (48 bytes)
Célula na Interface entre o Usuário e a
Rede (UNI)
Célula na Interface entre os
Comutadores da Rede (NNI)
CLP
Célula ATM
• VPI: Virtual Path Identifier (Identificador de
Caminho Virtual).
– Este campo tem 8 bits de comprimento numa célula
UNI e 12 bits numa célula NNI.
– Observe que o campo é mais longo nas células NNI,
permitindo o estabelecimento de um número maior de
caminhos virtuais entre os comutadores.
• VCI: Virtual Channel Identifier (Identificador de
Canal Virtual).
– Este campo tem 16 bits de comprimento tanto na UNI
quanto na NNI.
GFC
•
GCF: Generic Flow Control (Controle Genérico de Fluxo).
– Um campo de 4 bits, existente apenas nas células UNI.
– Sua utilização está prevista para efetuar o controle de fluxo de células para evitar
o congestionamento da comunicação entre o equipamento terminal e o
comutador.
Campo GCF (4 bits)
existe apenas na célula UNI
O controle de fluxo é necessário,
pois se os equipamentos terminais
emitirem muitas células poderá
haver um congestionamento no
enlace que liga os terminais a rede
ATM.
GCF
REDE DO
USUÁRIO
Cabeçalho (5 bytes)
UNI
Comutador
ATM
O fluxo transmitido por cada
equipamento terminal é
controlado pelo GFC.
REDE ATM
UNI
O fluxo que vem da rede
não é controlado pelo
GFC.
EQUIPAMENTOS TERMINAIS
Célula ATM
• PT: Payload Type
– (Tipo de Carga Útil).
– Campo de 3 bits.
– Indica o tipo de informação contida na célula:
• dados do usuário ou
• gerência de rede,
– Indica informações sobre congestionamento
– outras indicações de interesse do usuário.
Interpretação do Campo PT (Payload Type)
000
A célula não passou por um nó de congestionamento.
A célula não completa um bloco de informação (ATM-user-to-user indication = 0).
001
A célula não passou por um nó de congestionamento.
A célula completa um bloco de informação (ATM-user-to-user indication = 1).
010
A célula passou por um nó de congestionamento.
A célula não completa um bloco de informação (ATM-user-to-user indication = 0).
011
A célula passou por um nó de congestionamento.
A célula completa um bloco de informações (ATM-user-to-user indication = 1).
100
Célula usada em operações de OAM (Operação e Manutenção).
Inclui funções de análise de desempenho, detecção e localização de falhas e
proteção do sistema (exclusão de unidades defeituosas).
101
Célula usada em operações de OAM (Operação e Manutenção).
110
Célula de gerenciamento de recursos.
111
Reservado para uso futuro.
Células ATM
• CLP: Cell Loss Priority (Prioridade de Perda de
Célula).
– Campo de 1 bit, setado pelo usuário ou pela própria
rede para indicar células de mais baixa prioridade.
– As células com CLP setado são as primeiras a serem
descartadas pelos comutadores em caso de
congestionamento da rede ATM.
• HEC: Header Error Control (Controle de Erro do
Cabeçalho).
– Código de 8 bits para controle de erro relativo apenas
aos dados do cabeçalho.
– Garante a correção de erros simples ou a detecção de
erros múltiplos no cabeçalho.
Endereçamento
• Para que os equipamentos terminais possam se
comunicar, eles precisam ser associados a
endereços que os identifiquem de maneira única
na rede.
– Esses endereços são utilizados apenas na fase de
estabelecimento da conexão.
– Uma vez estabelecida a conexão, todo o processo de
roteamento das células é feito com base nos
identificadores de canal virtual e de caminho virtual.
– Os endereços ATM são identificadores de 20 bytes,
definidos segundo três possíveis formatos
padronizados, denominados: E.164, DCC e ICD.
Endereços ATM
1
FORMATO AFI
E.164
1
FORMATO AFI
DCC
1
FORMATO AFI
ICD
8
2
2
6
1
E.164
RD
AREA
ESI
SEL
2
1
3
2
2
2
6
1
DCC
DFI
AA
RESERVA
DO.
RD
AREA
ESI
SEL
2
1
3
2
2
6
1
ICD
DFI
AA
RD
AREA
ESI
SEL
2
RESERVA
DO.
Endereços ATM
• De acordo com o ATM Forum, os equipamentos
projetados para redes públicas devem ser compatíveis
com o formato E.164.
• Os equipamentos destinados a redes privadas devem
ser compatíveis com os três tipos de endereços.
• Os endereços ATM são estruturas complexas que
contém, além das informações de endereço
propriamente ditas, informações de controle que
identificam as autoridades responsáveis por registrar os
endereços e evitar duplicidades.
Endereços ATM
• FORMATO E.164: Formato de endereço definido pela ITU-T,
utilizado tanto em redes públicas quanto privadas. Esse formato
utiliza números telefônicos internacionais, segundo o padrão RDSI
faixa estreita, para identificar os equipamentos terminais.
• FORMATO DCC: Formato de endereço definido pelo IEEE, utilizado
apenas em redes privadas. Esse formato utiliza o código do país
como a parte mais significativa do endereço do terminal, e não utiliza
números telefônicos.
• FORMATO ICD: Formato de endereço definido pela ISO, utilizado
apenas em redes privadas. Esse formato utiliza o código de uma
organização internacional como a parte mais significativa do
endereço, e não utiliza números telefônicos.
• AFI: Authority and Format Identifier. (Identificador de Formato e
Autoridade). Identificador de 1 byte que define o formato utilizado
pelo endereço. Este campo assume o valor 39 no formato DCC, 47
no formato ICD e 45 no formato ITU-T.
Endereços ATM
• E.164: Código de 8 bytes, que corresponde a um número telefônico
internacional definido segundo o padrão RDSI faixa estreita. O
campo E.164 pode conter até 15 dígitos codificados em BCD
(decimal codificado em binário).
• RD: Routing Domain. (Domínio de Roteamento). Identifica um
domínio de roteamento.
• AREA: Area Identifier. (Identificador de Área). Identifica um
subdomínio de roteamento dentro do RD.
• ESI: End System Identifier. (Identificador de Sistema Terminal).
Identifica o equipamento terminal dentro de uma AREA. Nas
aplicações de redes locais, o campo ESI pode ser o endereço MAC
(Media Access Control - padrão IEEE 802) da placa de rede do
equipamento terminal. Essa estratégia permite definir facilmente os
endereços ATM para os computadores de uma LAN.
• SEL: Selector. Campo de 1 byte, sem significado de roteamento.
Pode ser utilizado pelos equipamentos terminais como complemento
do seu endereço local.
Endereços ATM
• DCC: Data Country Code. (Codigo do País). Código de 2 bytes que
identifica o país para o qual o endereço é registrado. Os códigos dos
países são dados pela norma ISO 3166.
• DFI: Domain Specific Part Format Identifier. (Identificador da Parte
de Domínio Específico). Determina o formato da parte menos
significativa do endereço nos formatos IEEE e ISO.
• AA: Administrative Authority. (Autoridade Administrativa). Identifica a
organização responsável por atribuir a parte menos significativa do
endereço nos formatos IEEE e ISO.
• ICD: International Code Designator. (Designador de Código
Internacional). Código de 2 bytes que identifica uma organização
internacional para o qual o endereço é registrado. Os códigos das
organizações internacionais são definidos pelo British Standars
Institute.