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IP sobre ATM
Augusto Casaca
IST/INESC
([email protected])
INESC
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INDICE
1. IP e ATM: cooperantes ou competidores?
2. IP sobre ATM: modelo clássico
3. Multiprotocolo sobre ATM (MPOA)
4. Integração IP-ATM por comutação de etiquetas
5. Qualidade de Serviço em IP
6. Conclusões
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Everything over IP
and
IP over everything
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1. IP e ATM: COOPERANTES OU COMPETIDORES?
IP (Internet Protocol)
• Protocolo para interligação de redes.
• Pacotes de comprimento variável.
• Fornece um serviço sem conexão.
• Endereçamento próprio.
• Mecanismos de encaminhamento próprios (e.g. OSPF)
• Existência de Multicasting.
• Maioria das aplicações corre sobre IP.
• Reserva de recursos na rede e falta de garantias para a Qualidade de
Serviço são um problema.
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ATM (Asynchronous Transfer Mode)
• Modo de transferência de informação baseado na comutação de pacotes
de comprimento fixo (53 octetos).
• Possibilidade de suportar IP ou outros protocolos da camada de rede.
• Fornece um serviço orientado à conexão.
• Endereçamento próprio.
• Mecanismos de encaminhamento próprios (e.g. PNNI).
• Vários tipos de serviço ATM (DBR, SBR, ABR,…).
• Várias classes de Qualidade de Serviço.
• Capacidade de suportar aplicações directamente.
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• Potencialmente ATM e IP podem competir entre si.
Rede Universal baseada em ATM
Rede Universal baseada em IP
• Co-existência de IP e ATM vai ser uma realidade.
• IP sobre ATM para as aplicações que correm sobre IP.
• Aplicações específicas requerendo garantias de Qualidade de
Serviço podem:
- correr directamente em ATM
- utilizar novas funcionalidades de IP em definição
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2. IP sobre ATM: MODELO CLÁSSICO
• Este modelo foi criado no IETF.
• Adoptou-se um modelo overlay:
• ATM é considerado como um protocolo da camada 2.
• IP corre sobre a infraestrutura ATM sem modificações nos
routers e nos sistemas terminais.
• Encaminhamento/Endereçamento IP e ATM são
independentes.
• IP permite a conectividade entre redes com diferentes protocolos na
camada 2.
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• A estrutura clássica das redes IP é preservada.
• Numa LIS (Logical IP Subnet) todos os membros têm o mesmo netid.
• Qualquer pacote IP destinado para fora da sub-rede original, passa por
um router.
LIS A
C
LIS B
LIS C
C
C
C
R
C
R
C
C
C
Computador
R
Router
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Resolução de Endereços (RFC 1577)
• É preciso um mecanismo para converter endereços IP em endereços
ATM.
• Cada LIS contém um único Servidor ATM ARP (Address Resolution
Protocol).
Cliente B
Rede ATM
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Cliente A
Servidor
ATM ARP
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Encapsulamento dos pacotes IP (RFC 1483)
• Os pacotes IP são encapsulados numa PDU AAL5.
Pacote IP
0xAA-AA-03 0x00-00-00
(LLC)
(OUI)
0x08-00
Pacote
Encapsulado
(PID)
AAL5 SDU
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Multicasting
• Multicasting não ocorre naturalmente numa rede ATM.
• É necessário ter um Servidor de Resolução de Endereços Multicast
(MARS).
Subrede IP
MARS2
MARS1
Rede ATM
Cluster 1
Router
IPmc
H1
H2
Router
IPmc
Cluster 2
H3
H4
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Optimização do Encaminhamento
• Problema no modelo clássico: qualquer pacote encaminhado entre
sistemas que pertençam a LIS distintas tem de passar por um router.
• A solução é o NHRP (Next Hop Resolution Protocol).
NHS1
Pedi
d
Resp o
osta
NHS2
NHS3
NHS4
Rede
NBMA
LIS1
LIS2
LIS3
LIS4
Conexão directa
Sistema
Origem
Sistema
Destino
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3. MULTIPROTOCOLO SOBRE ATM (MPOA)
• Modelo desenvolvido no ATM Forum.
• Pretende-se obter conectividade completa ao nível da camada 3 em
redes ATM
• É uma evolução da Emulação de LANs (LANE) e do modelo clássico
IP sobre ATM.
• MPOA integra LANE para comunicação interna à LIS e NHRP para
resolução de endereços.
• Baseia-se no modelo overlay
• MPOA utiliza os protocolos de sinalização e de roteamento ATM.
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• Elementos básicos de MPOA são:
Edge Device - suporta interfaces LAN para clientes de LANE
MPOA Host - sistema ATM que suporta MPOA
MPOA Router - router convencional que suporta MPOA.
• É utilizada uma arquitectura cliente-servidor
• Funções principais: configuração, registo e descoberta, resolução de
endereços destino, gestão das conexões e transferência de dados.
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Comunicação entre elementos MPOA
Edge Device
ou
MPOA Host
MPOA Router
Servidor(es)
MPOA
Cliente(s) MPOA
NHS
LAN
Emulada
Cliente(s)
LANE
Cliente(s)
LANE
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4. INTEGRAÇÃO IP-ATM POR COMUTAÇÃO DE
ETIQUETAS
• Objectivo: evitar a complexidade inerente ao modelo clássico IP sobre
ATM.
• O modelo overlay não é utilizado.
• São usados endereços e protocolos de roteamento IP juntamente com
comutação de etiquetas (tipo ATM)
• Etiqueta: pequeno conjunto de bits, de comprimento fixo e não
estruturado. Transportada no cabeçalho de uma trama (nível 2)
ou num campo suplementar entre os cabeçalhos de níveis 2 e 3
de um pacote.
• Em ATM a etiqueta pode ser transportada no campo VPI/VCI.
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• Comutadores ATM enviam pacotes para a rede utilizando
“substituição de etiquetas” (label swapping), mas o mecanismo para
construir as tabelas de encaminhamento é controlado pelo protocolo
IP.
• Sob o ponto de vista de controlo de comutador, os comutadores ATM
comportam-se como routers IP.
• Eliminou-se a necessidade de mapeamento entre IP e ATM ao nível
do controlo, não se usando a sinalização ATM.
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COMUTAÇÃO IP
(IP Switching)
• Desenvolvido pela Ipsilon.
• Distinto do Modelo Clássico e de MPOA.
• Admite que IP é o único protocolo a considerar na camada rede.
• A actual tecnologia dos routers apresenta limitações de velocidade.
• Objectivo: realizar encaminhamento IP com a velocidade de
comutação ATM.
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Comutador IP
Software
IP
Controlador do
Comutador IP
Software de gestão
do Comutador ATM
Hardware
ATM
Comutador
ATM
Conceito
Realização
• O software de um router IP é integrado no hardware de um
comutador ATM.
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Operação do Comutador IP
Cont rolador do
Comut ador IP
Nó a
mont ant e
Comutador
AT M
Controlador do
COmutador IP
Nó a
jusant e
Nó a
montante
Comut ador IP
Redirecciona
Comutador
AT M
Nó a
jusante
Comutador IP
a) Modo Store and forward
c) Redireccionamento para jusante
Controlador do
Comutador IP
Cont rolador do
Comut ador IP
Redirecciona
Nó a
mont ant e
Comutador
AT M
Nó a
jusant e
Comut ador IP
b) Redireccionament o para mont ant e
Nó a
montante
Comutador
AT M
Nó a
jusante
Comutador IP
d) Modo Cut-through
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COMUTAÇÃO DE MARCAS
(Tag Switching)
• É uma proposta da CISCO.
• Tag Switching não está restringido a utilizar só tecnologia ATM.
• Uma marca (conjunto de bits) é associada com o endereço destino. É
o equivalente a uma etiqueta.
• Os pacotes que vão para um certo destino têm um prefixo constituído
por uma marca à medida que são comutados na rede.
• Os comutadores de marcas tomam decisões rápidas para o envio de
pacotes através do mecanismo de substituição de etiquetas.
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• Componentes do Comutador de marcas
• Envio de pacotes
• A marca é utilizada como um apontador para a TIB (Tag
Information Base).
• Cada entrada na TIB consiste de :
marca de entrada: marca de saída, interface de saída, info
sobre ligação de saída.
• Para cada igualdade: a marca do pacote é substituída pela marca
de saída e a informação da ligação de saída substitui a existente
no pacote.
• O pacote é enviado para a interface de saída.
• Controlo
• Gera ligações de marcas a caminhos na rede.
• Distribui informação sobre as ligações pelos comutadores de
marcas.
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Arquitectura de comutação de marcas para ATM
TER
TER
TS
TER
TS
Protocolo de distribuição de
marcas
TS
TS
TER
TER
TS
Tag Switch
TER
TER
TER
Tag Edge Router
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The Internet has met its
enemy,
and its name is QoS
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5. QUALIDADE DE SERVIÇO EM IP
SERVIÇOS INTEGRADOS/CLASSES DE SERVIÇO
Serviço Garantido: garante um determinado ritmo e atraso máximo na
comunicação
Serviço com Carga Controlada: serviço equivalente ao best effort numa
rede pouco carregada
Serviço Best Effort: serviço tradicional da Internet (sem garantias)
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RSVP
• Resource Reservation Protocol (RSVP) é usado pelas aplicações num
ambiente IP para reservar recursos numa rede ao longo do caminho
estabelecido pelo algoritmo de encaminhamento.
• Os nós da rede, quando recebem uma mensagem RSVP, executam uma
espécie de “Controlo de Aceitação da Conexão” e reservam os recursos
necessário (soft-state).
• RSVP é um protocolo simplex.
• É orientado para o receptor.
• Usado para comunicações unicast e multicast.
• É feito um controlo de tráfego para fluxos IP semelhante ao que é feito
pela sinalização para fluxos de células ATM.
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• O uso de RSVP numa rede IP sobre ATM, requer o mapeamento das
mensagens RSVP em mensagens de sinalização ATM.
• Para realizar uma reserva na rede:
• Sessão - fluxo de dados identificado pelo receptor.
• Especificação de Fluxo - contém os requisitos de Qualidade de
Serviço da aplicação
• Especificação de filtro - determina os pacotes a que se aplica
a especificação de fluxo.
• Um descriptor de fluxo contém: Especificação de fluxo e
Especificação de filtro.
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Fluxo de mensagens RSVP
Resv
R3
Emissor
R1
Receptor 2
R2
Path
Receptor 3
R4
Ri
Receptor 1
Receptor 4
Router
• Descriptor de fluxo é transmitido como um parâmetro de RSVP.
• Mensagens RSVP transportadas dentro de pacotes IP.
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6. CONCLUSÕES
• IP e ATM representam duas filosofias diferentes para redes de
informação.
• A convergência de redes IP e ATM não atingiu ainda a estabilidade.
• Tem-se, no entanto, progredido para obter uma integração eficiente de
IP e ATM.
• Se essa integração fôr bem sucedida, significa uma melhoria
considerável nos serviços Internet.
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• O modelo clássico de IP sobre ATM é uma solução testada. Foi
melhorado com multicasting (MARS) e encaminhamento optimizado
(NHRP).
• MPOA é um protocolo complexo, baseado no conhecido conceito de
Emulação de LANs. Pode ser, no entanto, uma boa solução para
integrar protocolos da camada 3 sobre ATM.
• Comutação IP e Comutação de Marcas são soluções proprietárias.
• O grupo MPLS (Multiprotocol Label Switching) no IETF pretende
normalizar uma tecnologia que integre o paradigma de “substituição
de etiquetas” com o encaminhamento ao nível de camada de rede.
• IP sobre SDH é uma opção.
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• Reserva de recursos e falta de garantias de Qualidade de Serviço são
um problema em redes IP.
• Definição de Classes de Serviço IP e RSVP são uma primeira
tentativa para resolver este problema.
• RSVP pode ter problemas em redes de grandes dimensões.
• Existe uma outra proposta em estudo no IETF para reserva de
recursos em redes IP (Serviços Diferenciados).
• Embora a maioria das aplicações corra em IP, é possível desenvolver
novas aplicações que corram directamente sobre ATM com as
inerentes garantias de Qualidade de Serviço.
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