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Transcrição

Introdução às Redes ATM
Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães
DCA/FEEC/UNICAMP
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP.
1
Princípios do ATM
• Princípios básicos
– arquitetura comutada ponto a ponto;
– comutação de pacote;
– comutação rápida de pacote;
– reserva de recursos;
– multiplexação por divisão do tempo assíncrona;
2
RDSI - Padronização e Modelo de Referência
• 1988 Æ adoção do ATM pelo ITU-T como o modo de transferência da
RDSI-FL;
• 1990 Æ definição dos serviços oferecidos;
arquitetura em camadas da rede ATM;
definição das camadas da arquitetura;
funcionamento da rede;
princípios de operação e manutenção;
3
• Quando o ITU-T optou pelo desenvolvimento da RDSI-FL definiu a
tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode) como a tecnologia de
base;
– o ATM consiste na tecnologia melhor posicionada para atender os
vários perfis de tráfego que estarão circulando pela RDSI-FL;
• A opção pelo ATM colocou inovações tecnológicas importantes para
o Setor de Telecomunicações
– o ATM é fundamentalmente uma tecnologia baseada na
comutação de pacotes
• o ATM emula adequadamente a comutação de circuito;
– necessidade de adequar a infra-estrutura da rede de acesso às
taxas elevadas do ATM;
4
– Na realidade o ATM representa um compromisso entre a
comutação de circuito e a comutação de pacote tradicionais
(como o X.25 e o Frame-Relay);
H1
H1
H
1
H1
Circuito virtual
Tabela de roteamento
interna
tronco
H1
H1
H1
comutador
5
RDSI-FL: Modelo de Referência
Plano do
Usuário
Plano de
Controle
Camadas
Superiores
Camada de
Adaptação
Camadas
Superiores
Camada de
Adaptação
Plano de
Gerenciamento
dos Planos
Camada ATM
Camada Física
Plano de
Gerenciamento
das Camadas
6
• Planos do Modelo
– Plano do usuário
• associado à transferência das informações do usuário;
– Plano de controle
• associado à transferência das informações de sinalização;
– Plano de gerenciamento
• responsável pelas informações de gerenciamento das
camadas e dos planos;
7
RDSI-FL: Plano do Usuário
Para usuário remoto
TCP/IP, etc
Para usuário remoto
AAL
ATM
FÍSICO
ATM
FÍSICO
UNI
Plano do Usuário
8
RDSI-FL: Plano de Gerenciamento
TCP/IP, etc
TCP/IP, etc
AAL
AAL
ATM
ATM
FÍSICO
FÍSICO
UNI
Plano de Gerenciamento
9
Q.2931
Q.2931
SSCF
SSCF
SSCOP
AAL CP
SSCOP
AAL CP
ATM
ATM
FÍSICO
FÍSICO
SAAL
SAAL
RDSI-FL: Plano de Controle
UNI
Plano de Controle
10
Camadas
AAL
SubCamadas
CS
SAR
Funções
• Convergência
• Quebra e Remontagem
• Controle genérico de fluxo;
• Inserção e remoção de cabeçalho;
• Interpretação de VPI/VCI;
• comutação VP e/ou VC
ATM
TC
FÍSICA
PM
• Desacoplamento de taxa de célula;
• Geração e verificação de HEC;
• Delineamento de células;
•Geração e recuperação de quadros;
• Transmissão pelo meio físico;
• Conversão eletro-ótica;
11
Camada Física
• Subcamada de meio físico (PM)
– alinhamento dos bits;
– sinalização na linha;
– conversão eletro-ótica;
– Tecnologias associadas
• SDH; PDH; FDDI; fluxo de células; outras estruturas;
• Subcamada de convergência (TC)
– desacoplamento da taxa de transmissão;
– controle de erros do cabeçalho;
– delineamento de células;
– geração e recuperação de quadros;
12
Camada ATM
•
•
•
•
•
Multiplexação e demultiplexação de células;
Adição e remoção do cabeçalho das células;
Comutação de células;
Controle genérico de fluxo (Uni);
Formato das células:
13
Camada ATM: Formato das Células
UNI
1
2
3
4
5
NNI
6
GFC
VPI
VPI
VCI
7
8
1
2
4
5
6
7
8
VPI
VPI
VCI
VCI
3
VCI
VCI
PT
CLP
VCI
PT
HEC
HEC
48 bytes
48 bytes
CLP
14
Camada ATM: Formato das Células
• GFC: usado pelo mecanismo de controle de fluxo genérico na UNI;
• VPI (Virtual Path Identifier)/VCI (Virtual Channel Indentifier): rótulo da
conexão;
• PT (Payload Type): indica o tipo da informação contida na célula e se a
célula sofreu congestionamento;
• CLP (Cell Loss Priority): indica a prioridade no caso da necessidade de
descarte de célula;
• HEC (Header Error Check): utilizado na deteção de erros e eventual
correção de erro de 1 bit no cabeçalho.
15
Camada de Adaptação
• ITU-T dividiu as classes de tráfego segundo a sua natureza
– VBR (Variable Bit Rate) ou CBR (Constant Bit Rate);
– necessidade ou não de manter a relação temporal da informação
no destino;
• Definição dos tipos de serviços para suportar os diferentes tipos de
tráfego
– para cada tipo de de serviço definem-se as suas caracteríscas
• classe de tráfego a qual se destina;
• formato da unidade de informação;
• funções para mapeamento das unidades de informação em células
ATM;
16
Camada de Adaptação
• A camada de adaptação (AAL) divide-se em 2 subcamadas:
– Subcamada de Convergência
• dependente do tipo de serviço
– multiplexação;
– deteção de perdas;
– recuperação da informação temporal original no destino;
– Subcamada SAR (Segmentation and Reassembly);
• quebra do fluxo de informações em fragmentos para colocação
em células ATM;
• remontagem de fluxo a partir das células recebidas;
17
Sinalização e Controle de Tráfego
• Funções de sinalização
– estabelecimento e encerramento de conexões virtuais;
– negociação de parâmetros de qualidade de serviço de
uma conexão;
– adição e remoção de conexões em uma chamada;
– adição e remoção de participantes em uma conexão;
18
Sinalização e Controle de Tráfego
• Controle de Tráfego
– controle de admissão de conexões;
– controle de parâmetros de uso;
– controle de prioridades;
– controle de congestionamento.
19
Operação e Manutenção
• Operação e Manutenção
– monitoramento de desempenho;
– deteção de falhas e defeitos;
– proteção do sistema;
– informações sobre falhas ou desempenhos;
– localização de falhas.
20
Padronização das Redes ATM
• Fórum ATM
– 1991 Æ início com 5 empresas fabricantes;
– 1998 Æ >> 1000 empresas fabricantes, usuários,
operadoras de telecomunicações, etc.;
• ITU-T (International Telegraph Union Telecommunications);
• ANSI (American National Standard);
• IETF (Internet Engineering Task Force).
21
Redes ATM: Camada Física
• Objetivo da camada física
– colocação de células em um meio físico para transmissão;
Subcamada
Convergência
de
Transmissão - TC
Subcamada
Dependente do
Meio Físico - PMD
Geração e verificação do HEC
Embaralhamento/Desembaralhamento de célula
Delimitação de célula (HEC)
Funções
B-ISDN
Identificação do sinal de caminho
Justificativa de frequência
Processamento do apontador
Multiplexação
Embaralhamento/Desembaralhamento
Geração/recuperação do quadro de transmissão
Funções
SDH/SONET
Temporização de bit, código de linha,
meio físico
22
Redes ATM: Camada Física
• Características da camada física
– suporta vários tipos com relação ao meio de
transmissão
•
•
•
•
fibra ótica (mono-modo; multi-modo);
cabo coaxial;
par trançado;
sem fio;
– estrutura de transmissão proposta pelo ITU-T para o
ATM
• SDH/SONET;
23
Camada Física: Interfaces Públicas & Privadas
UNI
PÚBLICA
B-ICI
REDE
PÚBLICA
USUÁRIO
ATM
REDE
PÚBLICA
UNI
PRIVADA
NNI
PRIVADA
USUÁRIO
ATM
REDE OU
COMUTADOR
PRIVADO
REDE OU
COMUTADOR
PRIVADO
Interfaces ATM
24
Camada Física: Terminações RDSI-FL
B-TE1
B-TE2
B-TA
R
B-NT2
SB
Sistema
final ATM
B-LT
B-ET
B-NT1
TB
UB
Comutador
ATM
Privado
Comutador
ATM
Público
UNI Privada
Sistema
final ATM
UNI Pública
25
Camada Física ATM
• Caminhos Virtuais - VPs (Virtual Paths) e Canais Virtuais
- VCs (Virtual Channels)
– Uma interface ATM suporta múltiplas VPCs (Virtual
Path Connections)
• cada VPC contém múltiplos VCCs;
• tipos de comutadores
– comutadores de VP & VC;
– comutadores de VP
» cross-connects.
26
Camada Física ATM
1
4
VC
VPI=1
VCI=50
2
VCI=51
VP
5
VCI=60
VC
VPI=2
3
6
Interface
Física
27
Camada Física ATM: Subcamada PMD
• Inclui o próprio meio físico;
• Tipos de meio físico previstos para o ATM
– par trançado UTP/STP (unshielded/shielded); cabo
coaxial; fibra monomodo & multimodo; comunicação
sem fio;
• principais características
– transferência e alinhamento dos bits;
– codificação de linha;
– conversão eletro-ótica;
– modulação/demodulação.
28
• Todas as funções da subcamada PMD dependem das
características do meio físico
– variam de meio para meio => subcamada PMD é
dependente do meio físico;
– todos os bits são idênticos => qualquer informação de
enquadramento ou controle pertencem à subcamada
TC;
– a subcamada PMD oferece uma interface lógica para a
subcamada TC => a subcamada TC é independente
das características do meio físico;
29
Interfaces Públicas
Padrão
Meio Físico
SDH STM-4
Taxa
(Mbps)
622.080
Par coaxial
Par coaxial
Par coaxial
Par coaxial
TP/coaxial
Com prim ento de onda
ou resistência
1300 µm nominal
2-60 Km
1300 µm nominal C
15-60 Km
1300 µm nominal 2Km
75 ohm s
1310 µm
15 Km
75 ohm s
75 ohm s
75 ohm s
75 ohm s
110/75 ohm
SDH STM-1
155.520
9 µm SM
SDH STM-1
SDH STM-1
SONET STS-1
155.520
155.520
51.840
62.5 µm MM
Par coaxial
SM
PDH E4
PDH DS3
PDH E3
PDH E2
PDH J2
139.264
44.736
34.368
8.448
6.312
PDH E1
PDH DS1
2.048
1.544
TP/coaxial
Par trançado
120/75 ohm
100 ohm DSX-1
HDB3
AMI/B8ZS
Inv erse m ux
nx1.544
Par trançado
100 ohm DSX-1
AMI/B8ZS
Inv erse m ux
nx2.048
TP/coaxial
120/75 ohm
HDB3
9 µm SM
Técnica de
codificação
NRZ
Tipo do
conector
SC(FC)
NRZ
SC
NRZ
CMI
NRZ
SC(FC)
BNC
SC(FC)
CMI
B3ZS
HDB3
HDB3
B6ZS/B8ZS
BNC
BNC
BNC
BNC
RJ-45
BNC
8pin/BNC
RJ-45
RJ-48
RJ-45
RJ-48
8pin/BNC
30
Interfaces Privadas
P a d rã o
M e io F ís ic o
S D H S T M -4
T ax a
(M b p s)
6 2 2 .0 8
M M (L E D )
C o m p rim e n to d e o n d a
o u re sistê n c ia
1 3 0 0 n m n om in a l
T é c n ic a d e
c o d ific a ç ã o
NRZ
T ip o d o
c o n e c to r
S C (S T )
S D H S T M -4
6 2 2 .0 8
M M (L a se r)
1 780
3 0 0 n m n om in a l
NRZ
S C (S T )
S D H S T M -1
S D H S T M -1
1 5 5 .5 2
1 5 5 .5 2
UTP5
S T P (T ip e 1 )
100 ohm s
150 ohm s
NRZ
NRZ
S D H S T M -1
S D H S T M -1
1 5 5 .5 2
1 5 5 .5 2
100 ohm s
6 5 0 n m n om in al
6 4 -C A P
NRZ
C a n a l d e F ib ra
T A X I (F D D I)
SO NE T STS1
1 5 5 .5 2
100
5 1 .8 4
UTP3
F ib ra d e
P lá stic o
6 2 .5 µ m M M
6 2 .5 µ m M M
S M , M M , c o ax
1300 nm
1300 nm
1 3 1 0 n m /7 5 o hm s
8 B /1 0 B
N R Z /4 B /5 B
N R Z /C M I
SO N E T STS1
5 1 .8 4
6 5 0 n m n om in al
NRZ
SO NE T STS1
SO NE T STS1
SO NE T STS1
A T M 2 5 D e sk to p
F lux o d e c é lula
5 1 .8 4
2 5 .9 2
1 2 .9 6
2 5 .6
2 5 .6
F ib ra d e
P lá stic o
UTP3
UTP3
UTP3
UTP3
UTP3
R J -4 5
M IC
9 p in D
R J -4 5
PN
(J IS F 0 7 )
SC
M IC
S C (S T )
BNC
PN
(J IS F 0 7 )
R J -4 5
R J -4 5
R J -4 5
R J -4 5
V á rio s
F lux o d e c é lula
1 5 5 .5 2
M M, STP
V á rio s
100
100
100
100
100
ohm s
ohm s
ohm s
ohm s
ohm s
1 6 -C A P
4 -C A P
2 -C A P
NRZI
NRZI
4 B /5 B
8 B /1 0 B
V á rio s
31
Camada Física ATM: Subcamada TC
• Pode operar com diferentes meios físicos;
• objetivo principal
– passar as células da camada ATM para o meio físico;
• adaptar a camada ATM em uma estrutura de transmissão
particular;
• a subcamada TC permite que a camada ATM seja
completamente independente do meio de transmissão;
32
• Funções da subcamada TC
– geração e verificação do HEC
• permite a deteção de erro;
• correção de 1 bit invertido;
• questão: o erro é corrigível?
– 1 bit -> sim!
– > de 1 bit -> irrecuperável!
– Delineamento de célula
• identifica em um fluxo de bits ou bytes onde começa e termina
uma célula;
– utilização do HEC;
33
Delineamento de célula : Delineamento de célula
HUNT
HEC correto
encontrado
HEC incorreto
encontrado
PRESYNC
x HECs corretos encontrados
sucessivamente
y HECs incorretos
encontrados
sucessivamente
SYNC
34
Delineamento de célula: Procedimento
•
•
•
•
Estado inicial -> HUNT;
HUNT -> monitora uma janela de 5 bytes para o fluxo de bits recebido;
– verifica a correção do HEC;
– quando uma sequência correta é identificada passa para o estado
PRESYNC;
PRESYNC -> procura confirmar o sincronismo;
– a cada 53 bytes o receptor verifica a correção dos últimos 5 bytes;
– após x cabeçalhos corretos o receptor assume que o sincronismo foi
atingido -> passa para o estado SYNC;
– caso chegue uma célula com cabeçalho incorreto -> retorna ao estado
HUNT;
SYNC -> fluxo de células em sincronismo;
– uma sequência com y células erradas => perda de sincronismo -> retorna
ao estado HUNT.
35
• Embaralhamento (scrambling)
– corresponde ao embaralhamento dos bits do campo de informação da
célula
• objetivo: evitar longas sequências de 0’s ou 1’s;
• Geração e recuperação de quadros
– hierarquia síncrona -> SDH ou PDH;
• utilização de TDM síncrono para criação de uma hierarquia a partir de um
sinal básico;
• no caso do ATM utiliza-se a forma assíncrona para alocação do sinal
básico;
• a subcamada TC é responsável pela criação da estrutura dos quadros
cíclicos para transmissão e recuperação das células nos quadros;
• na transmissão de fluxo de células não há enquadramento;
36
TDM Síncrono: Hierarquias Digitais
STS-48n/OC-48n
STS-48/OC-48
1..4n
STS-12/OC-12
1..4
1..4
1..12
PDH Europeu/CEPT
DS4 (274.176 Mbps)
E4 (139.264 Mbps)
DS3 (44.736 Mbps)
1..6
DS2/J2 (6.312 Mbps)
DS0 (64 Kbps)
STM-1
155.52 Mbps
1..3
PDH
Estados Unidos e Japão
DS1/J1 (1.544 Mbps)
STM-4
622.08 Mbps
1..4
1..3
STM-12
2.488 Gbps
1..4n
1..4
STS-3/OC-3
STS-1/OC-1
51.84 Mbps
STM-12n
2.488n Gbps
1..7
1..28
1..4
1..4
1..7
1..16
1..28
E3 (34.368 Mbps)
1..4
E2 (8.448 Mbps)
1..4
1..64
1..24
1..4
E1 (2.048 Mbps)
1..16
1..30
DS0 (64 Kbps)
37
Comutação ATM
• Comutador Æ presente na infra-estrutura de comunicação
desde as primeiras redes telefônicas;
• Tipos de comutação
– Comutação Temporal;
– Comutação Espacial.
38
Comutação ATM
• Comutação de células ATM
– células são transportadas através de conexões;
– conexão fim a fim ATM Æ conexão com canal virtual (VCC- Virtual
Channel Connection);
• VCC <=> concatenação de VCLs (Virtual Channel Link);
– Labels VPI/VCI Æ significado local no enlace;
39
Comutação ATM
Tabela de Comutação
Cent
Psai
Csai
Cestado
=
Cent
Cent =
Csai =
Psai =
Cestado =
Carga
Csai
Carga
VPI/VCI da célula na porta de entrada;
VPI/VCI da célula na porta de saída p/ próximo hop;
Porta de saída no comutador;
Informações de estado da conexão, incluindo parâmetros de tráfego.
40
Comutação ATM
Tabela de Comutação
– As entradas na tabela de comutação são iniciadas no momento
do estabelecimento da conexão;
• Redução do processamento nos nós de comutação
– roteamento de vários VCCs pelo mesmo caminho
=> as tabelas de comutação não precisam conter uma entrada para
cada VCC estabelecida Æ uma entrada pode representar um
conjunto de VCCs;
• conexão de caminho virtual (VPC - Virtual Path Connecion) Æ VCCs
comutados em conjunto;
VPCs = concatenação de VPLs (Virtual Path Links);
41
Exemplo: Funcionamento de um conjunto de comutadores
VP e VC
A
B
C
VCI = n
VCI = m
VC
VP
VPI = x1
VC
VP
VPI = x2
VP
VPI = x3
VP
VPI = y1
VPC x
VC
VP
VP
VPI = y2
VP
VPI = y3
VPC y
VCC
42
Mapeamento dos VPIs e VCIs no interior do comutador
VCI 14
VCI 14
VCI 15
VCI 14
VCI 15
VPI 7
VPI 4
VCI 14
VCI 15
VCI 15
VCI 14
VCI 88
VCI 15
VCI 23
VPI 7
VCI 23
VCI 14
VPI 7
VPI 10
VCI 88
VCI 15
43
Comutação ATM
• Um comutador ATM pode ser descrito através do seguinte modelo:
CAC
SONET/SDH
MG
ME
MS
SONET/SDH
Malha de
Comutação
ME
MS
ME - Módulo de Entrada;
MS - Módulo de Saída;
CAC - Controle de Admissão
de Conexão;
MG - Módulo de Gerenciamento (OAM);
44
Comutação ATM
• Módulos de Entrada (MES)
– recebe o sinal e extrai o fluxo de células ATM;
– para cada célula
•
•
•
•
•
deteção de erro (HEC);
validação e tradução dos valores VPI/VCI;
determinação da porta de saída;
enviar células de sinalização para a CAC e células OAM para o MG;
realizar as funções UPC (Usage Parameter Control) / UNC (Usage
Network Control) para cada VPC/VCC;
• adição de um tag especificando o roteamento interno e parâmetros
de desempenho para uso somente na malha de comutação;
45
Comutação ATM
• Módulos de Saída (MSs)
– prepara o fluxo de células ATM para a transmissão física;
– para cada célula
•
•
•
•
remove e processa o tag interno;
em alguns casos realiza a tradução dos valores VPI/VCI;
geração do campo HEC;
inclusão de células vindas da CAC ou do MG com o fluxo de células
de saída;
• desacoplamento da taxa de células;
• mapeamento das células na carga SONET/SDH e geração do
overhead SONET/SDH;
46
Comutação ATM
• Malha de Comutação (Cell Switch Fabric)
– responsável pelo roteamento das células;
– várias arquiteturas são possíveis;
• Controle de Admissão de Conexão (CAC)
– estabelece, modifica e encerra conexões de caminho/canal virtual
•
•
•
•
•
•
•
responsável pela execução dos protocolos de sinalização;
suporta camada de adaptação de sinalização (SAAL);
interface com a rede de sinalização;
negociação/renegociação dos contratos de tráfego;
alocação de recursos, incluindo seleção de rota;
geração dos parâmetros de UPC/NPC;
a implementação da CAC pode ser centralizada ou distribuída.
47
Comutação ATM
• Módulo de Gerenciamento (MG)
– processa as informações de OAM das camadas física e ATM do
comutador;
– responsável pela configuração dos componentes do comutador;
– complexo devido ao amplo espectro de atividades relacionadas
ao comutador;
– os níveis das funções de gerenciamento implementadas em um
comutador podem variar bastante.
48
Comutação ATM
• Malha de Comutação (Switch Fabric)
– responsável pela transferência de células entre os
blocos funcionais do comutador;
– classificação
• divisão do tempo
– um recurso (barramento ou memória) é multiplexado entre pares
de portas de entrada e portas de saída baseado em espaços
discretos (slots) de tempo;
• divisão do espaço
– o comutador pode suportar múltiplas conexões ao mesmo tempo
49
Tipos de Comutação - Classificação
Malha de
Comutação ATM
Divisão Espacial
Divisão Temporal
Memória
Compartilhada
Caminhos
Múltiplos
Caminho
Único
Meio
Compartilhado
Banayan
Aumentada
Anel
Barramento
Matriz
Banayan
Ordenada
Banayan
Recirculação
Planos
Paralelos
Delta
Carga
Compartilhada
50
Comutação Temporal
• Todas as células fluem através de uma única via de comunicação
compartilhada por todos as portas de entrada e saída
– barramento;
– anel;
– memória comum;
• A vazão da via de comunicação define a capacidade máxima de
comutação do elemento;
• Facilidade de implementação dos mecanismos de
broadcast/multicast;
51
Comutação Temporal: Memória
Compartilhada
• As células recebidas são escritas em uma RAM;
• Células são lidas da RAM e escritas na saída;
• Os buffers de saída pertencem a um pool representado por um buffer
comum
– grandes rajadas de tráfego direcionadas a uma mesma porta de
saída podem ser absorvidas com mais facilidade;
• A memória tem que ser N (supondo N portas de entrada e todas com
a mesma velocidade) vezes mais rápida do que a velocidade da porta
– dificuldade de escalabilidade;
– o controlador da memória deve processar as células na mesma
taxa da memória => dificuldade de implementar funções como
escalonamento, multicasting, etc.
52
Comutação Temporal: Memória
Compartilhada
Cabeçalhos
Lê/Escreve
1
.
.
.
N
Controlador
Memória
1
.
.
.
N
53
Comutação Temporal: Meio Compartilhado
• O meio compartilhado pode ser:
– anel;
– barramento;
– barramento dual;
• Exemplo: barramento
– células recebidas são difundidas sequencialmente no barramento
TDM na forma round-robin;
– os filtros de endereço (FE), baseados no tag colocado pelo
módulo de entrada, passam as células para o buffer de saída;
– a velocidade do barramento deverá ser N vezes a velocidade das
portas de entrada para eliminar a fila de entrada;
54
Comutação Temporal: Meio Compartilhado
– Broadcasting fácil de ser implementado;
– os filtros de endereço e os buffers de saída devem operar na
velocidade do meio compartilhado;
• limita a escalabilidade do comutador;
– diferentemente da memória compartilhada, os buffers de saída
não são compartilhados => maior número de buffers;
Portas
55
Arquitetura Completamente Interconectada
• Existem caminhos independentes entre os N2 pares possíveis de
portas de entrada e saída;
• As células recebidas são difundidas para todas as saídas em
barramentos separados;
– filtros passam as células apropriadas para as filas de saída;
• Vantagens:
– o armazenamento ocorre na saída;
– multicasting e broadcasting naturais;
– os filtros e os buffers necessitam operar na velocidade da porta;
• como o hardware opera na mesma velocidade, a arquitetura é
escalável;
56
Arquitetura Completamente Interconectada
• Problema -> crescimento quadrático dos buffers;
– arquitetura Knockout -> ao invés de N buffers na saída (supondo
N portas) utiliza-se um número fixo de buffers L o que leva a um
total de N x L.
BARRAMENTO DE DIFUSÃO
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
PORTAS DE SAÍDA
PORTAS DE ENTRADA
4
7
6
BUFFERS DE SAÍDA
REGISTRO DE DESLOCAMENTO
CONCENTRADOR
5
57
Comutação Espacial
• Vários caminhos são oferecidos entre as portas de entrada e saída;
– os caminhos podem operar em paralelo Æ várias células podem
ser comutadas simultaneamente;
– necessidade de um roteamento interno à malha de comutação
(switch fabric);
• roteamento próprio
– na porta de entrada o comutador adiciona um campo provisório que
identifica a porta de saída desejada;
– na porta de saída o campo é retirado;
• roteamento baseado no rótulo;
– o VPI e VCI da célula são utilizados diretamente como informação
interna de roteamento;
– não tira proveito das características internas da interconexão entre as
portas de entrada e saída Æ menos eficiente;
58
Comutação Espacial
• Múltiplas células comutadas simultaneamente
– conflitos entre células por um mesmo caminho;
– conflitos entre células em portas de saída;
• Solução
– mecanismos de contenção;
– armazenamento temporário (bufferização);
• Contenção interna à malha de comutação Æ bloqueio (blocked);
• Classificação
– caminho único Æ possui um único caminho entre qualquer par de
portas de entrada e saída;
– caminhos múltiplos Æ ∃+ de um caminho;
59
Comutação Espacial: Comutador Crossbar
• Formado por contactos que, quando fechados, conectam um caminho
horizontal a um caminho vertical -> cria uma conexão entre uma porta
de entrada e uma porta de saída;
• Permite a transferência em paralelo entre pares de portas de entrada
e saída disjuntos;
• Possui controle complexo e custo proporcional a N2, onde N
corresponde ao total de portas do comutador.
60
Comutação Espacial: Comutador Crossbar
Controle
61
Comutação Espacial: Comutação MultiEstágio
• Utiliza elementos simples de comutação organizados em múltiplos
estágios;
a0
a0
N portas de entrada
=> N = bK, onde
K= no. de estágios;
b = no. de portas do
elemento de comutação;
a1
a1
b1
b1
a0
a0
K = logbN
=> complexidade ~ N logbN
Trocado
b0
Elemento de
Comutação
2x2
b0
b0
a1
b0
Broadcast
Inferior
b1
Direto
a1
b1
a0
a1
b0
Broadcast
Superior
b1
62
Comutação Espacial: Arquitetura
Delta/Banayan
• Propriedade de auto-roteamento
– baseada nos bits de endereço da porta de saída;
– utiliza a arquitetura Perfect-Shuffle;
– Ex. no estágio 1 o bit mais à esquerda do endereço da porta de
saída é usado para definir o estado do elemento de comutação.
Elemento de
Comutação 2x2
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
63
Comutação Espacial: Arquitetura
Delta/Banayan
110
6
0
1
2
001
1
3
4
5
6
7
64
Arquitetura Delta/Banayan: Conflito
5
5
0
1
6
0
1
4
5
2
7
3
5
4
1
1
65
Arquitetura Delta/Banayan: Conflito
• Conflitos podem ocorrer internamente ao comutador ou na porta de
saída;
– tentativas de solução
• instalar uma rede de distribuição/ordenação antes do comutador;
• recircular as células que não conseguiram alcançar a porta de saída
devido a conflito;
• utilizar buffers nos elementos de comutação;
• aumentar a banda interna relativamente às portas de entrada;
• utilizar um protocolo entre os estágios do comutador para sincronizar
a transmissão e recepção através dos estágios;
• mecanismo de contenção para evitar que células que tenham a
mesma porta de saída como destino sejam submetidas no mesmo
ciclo;
66
Arquitetura Batcher/Banyan
• Objetivo: colocar um comutador antes do comutador ATM que faça a
permutação das células em uma configuração tal que o comutador
ATM não tenha conflitos;
– o comutador Batcher trabalha com elementos de comutação 2x2
mas que trabalham de forma diferente dos elementos de
comutação utilizados no comutador Banyan/Delta;
• quando o comutador Batcher recebe duas células ele compara
numericamente os endereços de saída (tags) de cada célula;
• roteia a célula com o endereço mais elevado para a porta de saída na
direção da seta do elemento de comutação; o endereço menor roteia
na outra direção;
• caso exista somente uma célula na entrada do elemento de comutação
ela é enviada para a porta oposta à direção da seta.
67
Arquitetura Delta/Banyan: Conflito
• A ordenação na entrada do comutador elimina os conflitos.
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
68
Computer Network 3ed. - A. Tanenbaum
69
Referência: Computer Networks - 3 ed. A. Tanenbaum
70
• Existem 2 problemas com a arquitetura Batcher/ Banyan
– colisões na porta de saída
• solução -> inserir uma armadilha (trap network) entre os comutadores
Batcher e Banyan;
– objetivo: filtrar células com mesmo endereço de saída e utilizar a
recirculação para o próximo ciclo;
Malha de
Comutação
Buffer de
recirculação
Cuidado: manutenção
da ordem das células
em um mesmo circuito
virtual!
– multicasting;
71
Critérios de Seleção de um Comutador ATM
• As características básicas de um comutador ATM a serem
consideradas por um usuário são:
– número e tipo de portas;
– capacidade de tráfego
• é importante avaliar a relação entre a capacidade de tráfego
internamente ao comutador e o número de portas com as respectivas
capacidade;
– probabilidade de bloqueio
• reflete a capacidade do comutador em permitir o estabelecimento
simultâneo de conexões entre as entradas e saídas disponíveis
– quando a capacidade do comutador é suficiente diz-se que ele é não
bloqueante;
72
• Probabilidade de perda ou de inserção de células
– indica a probabilidade de que em um determinado instante células
enviadas a uma mesmo destino cheguem em excesso
• este destino pode ser um caminho comum na malha de comutação
ou uma porta de saída levando ao descarte da célula;
– a probabilidade de inserção de célula ocorre quando uma célula é
entregue errôneamente a um destino;
• Capacidade de armazenamento
– grande capacidade de armazenamento significa uma
probabilidade pequena de descarte de célula mas um atraso
médio com tendência de aumento;
73
• Atraso de comutação
– tempo total de trânsito de uma célula no interior do comutador;
• Jitter
– corresponde à variação do atraso de comutação;
• Suporte a PVC e SVC
– o suporte a SVC implica na execução de protocolos de
sinalização no comutador;
• Número de bits VPI/VCI
– reduz o número de conexões simultâneas que o comutador pode
suportar;
74
• Suporte a conexões ponto-multiponto
– útil nas aplicações envolvendo multicast;
• Suporte a LAN virtual
– permite desvincular a localização física da máquina da sua
localização em grupo de trabalho
• depende da existência de protocolos que permitam a
interoperabilidade de redes locais e o ATM;
• Suporte a AALs
– normalmente no interior da rede, durante a transferência do
tráfego do usuário, os comutadores não necessitam acessar
onformações acima da camada ATM
• por outro lado, devido às funções de gerenciamento e controle, ou
quando o comutador possui portas ATM e não-ATM é necessário o
suporte a protocolos AAL.
75
• Suporte a qualidade de serviço (QoS)
– as classes de QoS estão relacinadas aos protocolos da camada
de adaptação;
• Controle de tráfego
– função típica da gerência do ATM;
• Controle de congestionamento
– envolve o controle na entrada da rede e na alocação de recursos;
– o uso do bit CLP para indicar uma situação de congestionamento;
– descarte de células;
• Gerência de redes
– as soluções atualmente são proprietárias.
76
A Camada ATM
É esponsável pelo processamento de células ATM. Possui
as seguintes funções básicas:
• multiplexação/demultiplexação de células;
• remoção de células desassociadas;
• identificação de células;
• identificação do tipo de carga;
• identificação e tratamento da prioridade da célula;
• gerência de tráfego.
77
Comutação de Pacote X Comutação de
Célula
Pacote:
• tamanho da carga variável;
• cabeçalho de tamanho variável (campos opcionais);
• overhead variável;
• detecção de erros no campo de dados;
• fragmentação e remontagem.
78
Célula
Célula:
• tamanho da carga fixo (48 bytes);
• tamanho do cabeçalho fixo (5 bytes);
• overhead fixo (e alto !);
• detecção de erros no cabeçalho apenas;
• não existe fragmentação e remontagem para células.
79
Célula
Conclusões:
• pacotes provêem maior flexibilidade que células;
• pacotes necessitam poucas ações de controle por byte
transportado;
• a comutação de pacotes apresenta alto nível de indeterminismo e
pouco desempenho (pacotes são comutados por software !);
• a comutação de células é mais determinística;
• células são comutadas por hardware !
80
Conexões ATM
ATM permite o estabelecimento de conexões de forma (semi)
permanente (PVC: Permanent Virtual Circuit) ou de forma
transiente (comutada, SVC: Switched Virtual Circuit). PVCs
são estabelecidos via ação de gerência de rede (SNMP, ILMI),
enquanto SVCs são etabelecidos via sinalização (UNI 3.1/4.0).
81
Conexões ATM
R
IP
PVC
R
IP
nuvem ATM
SVC
C
S
82
Conexões ATM
Dois identificadores são empregados para diferenciar conexões:
• VPI (Virtual Path Identifier): define um “tronco” que agrega múltiplas
conexões virtuais;
• VCI (Virtual Channel Identifier): identifica uma conexão específica
num “tronco”.
A identificação de conexões em dois níveis permite uma comutação
mais rápida e uma gerência mais eficaz (exemplo:
todos os VC num VP são gerenciados conjuntamente).
83
Conexões ATM
canal virtual
caminho
virtual
meio físico
84
Conexões ATM
PVCs e SVCs possuem escôpo limitado ao link:
equipamento
terminal
comutador ATM
VPI=231
VCI=34
equipamento
terminal
comutador ATM
VPI=108
VCI=187
VPI=79
VCI=18
conexão ATM
85
Conexões ATM
Alguns valores de VPIs e VCIs são reservados para conexões
“notáveis”:
• sinalização UNI (VPI = 0, VCI = 5);
• servidor ELAN de configuração (VPI = 0, VCI = 17);
• ILMI (VPI = 0, VCI = 16).
86
A Célula ATM
A célula ATM possui tamanho fixo de 53 bytes, sendo 5 bytes de
cabeçalho e 48 bytes de carga.
Existe uma pequena diferença entre os cabeçalhos de células que
trafegam através das interfaces UNI e NNI.
Nós comutadores alteram determinados campos do cabeçalho da
célula, mantendo intacta sua carga.
Somente o cabeçalho da célula é protegido com CRC.
87
A célula ATM (Interface UNI)
bits
0
1
2
3
4
5
6
7
octeto
GFC
VPI
1
VPI
VCI
2
3
VCI
VCI
PTI
CLP
HEC
4
5
88
A Célula ATM (Interface NNI)
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PTI
CLP
HEC
89
A Célula ATM: GFC
bits
0
1
2
3
GFC
Controle GenéricoVPI
de Fluxo
VCI
Permite a um nó controlador determinar
a taxa de transferência (células/s) para
um nó controlado através
VCI de um esquema tipo START/STOP.
HEC
Quando não utilizado, o campo deve
conter todos os bits 0.
4
5
6
7
octeto
VPI
1
VCI
2
3
PTI
CLP
4
5
90
A Célula ATM: VPI e VCI
0
1
3
2
4
5
6
7
GFC
VPI
1
VPI
VCI
2
Identificador de Circuito Virtual
VCI
Identifica o circuito virtual da
conexão que a célula faz parte
3
VCI
Identificador de Caminho Virtual
PTI
CLP 4
Identifica o caminho virtual da
conexão que a célula faz parte
5
HEC
91
A Célula ATM: PTI
0
Payload Type Identifier
1
2
3
4
GFC
Identifica o tipo de carga que a célula
transporta:
VPI
000: dados, s/ congestionamento, AAI = 0
001: dados, s/ congestionamento, AAI = 1
010: dados, c/ congestionamento, AAI = 0
011: dados, c/ congestionamento,
VCI AAI = 1
100: OAM (Operations, Administration and
Management) no segmento
101: OAM fim-a-fim
110: RM (Resource Management)
111: Reservado
5
6
7
VPI
1
VCI
2
3
VCI
PTI
HEC
CLP
4
5
92
A Célula ATM: CLP
0
1
2
3
4
5
6
7
GFC
VPI
1
VPI
VCI
2
Cell Loss Priority
VCI
Indica o prioridade para descarte
face a congestionamento
PTIou
violação de contrato de tráfego:
HEC
1: alta prioridade p/ descarte
0: baixa prioridade
VCI
3
CLP
4
5
93
A Célula ATM: HEC
0
1
2
3
4
5
6
7
Header Error Check
GFC
VPI
CRC para o cabeçalho apenas.
VPIPol. gerador: x8 + x2 + x +1.
VCI
HEC é utilizado também para
delimitar células
num quadro
VCI
de transmissão (SDH, por ex.)
VCI
PTI
1
2
3
CLP
HEC
4
5
94
A Célula ATM: Tipos de Células
ATM define os seguintes tipos de células:
• células transportando dados de aplicações;
• células de sinalização;
• células de operação, administração e gerência (OAM)
• células de gerência de recursos (RM);
• células não associadas.
A diferenciação entre estes tipos se dá pelos campos
GFC, VPI, VCI, PTI e CLP do cabeçalho.
95
A Célula ATM: Tipos de Células
Tipo
VPI
VCI
PTI
0
0
Qualquer
0
Inválida
Não nulo
0
Qualquer
NE
RM para VC
Qualquer
00000000 00000110
110
0 ou 1
RM para VP
Qualquer
Qualquer, exceto 0,
00000000 00000011
00000000 00000100
00000000 00000110
00000000 00000111
110
0 ou 1
Não Associada
CLP
96
Gerência de Tráfego
Gerência de Tráfego visa cumprir os seguintes objetivos:
1. proteger a rede e os nós terminais de congestionamento a fim
de cumprir os requisitos de desempenho estipulado para a rede;
2. promover o uso eficiente de recursos da rede.
Para cumprir estes objetivos, Gerência de Tráfego é composta
de determinadas funções.
97
Gerência de Tráfego: Funções
Controle de Admissão para novas conexões (CAC: Connection and
Admission Control): visa determinar se uma conexão sendo
requisitada deve ser atendida ou rejeitada por falta de recursos.
Controle em Malha Fechada (Feedback Control): visa regular o
tráfego nas conexões de acordo com o estado dos elementos de
rede.
Controle de Parâmetros de Utilização (UPC: Usage Parameters
Control): visa policiar o tráfego submetido à rede pelos nós terminais
a fim de reagir a possíveis violações dos parâmetros negociados
com a rede.
98
Controle do Descarte de Células: visa determinar quais células
devem ser descartadas quando uma situação de
congestionamento ou violação de parâmetros contratuais é
detectada.
Moldagem do Tráfego (Traffic Shaping): visa moldar o perfil de
tráfego de acordo com as necessidades da rede e parâmetros
contratuais.
Gerência de Recursos de Rede (NRM: Network Resource
Management): determina como recursos são alocados às
diferentes categorias de serviço.
99
Descarte de SDUs: visa promover o descarte de todas as células que
compõem um SDU com o objetivo de evitar tráfego de células inúteis
pela rede (isto é, células que com certeza serão descartadas pela
camada de adaptação).
Controle de Fluxo ABR (Available Bit Rate): visa gerenciar o serviço
ABR onde a banda disponibilizada à conexão varia em função da
disponibilidade de recursos de rede.
100
Categorias de Serviço
A recomendação Traffic Management Specification Version 4.0 do ATM
Fórum define cinco categorias de serviço para a camada ATM:
• Taxa de Bit Constante (CBR: Constant Bit Rate);
• Taxa de Bit Variável para Tempo Real (rt-VBR: real-time Variable Bit
Rate);
• Taxa de Bit Variável (nrt-VBR non real-time Variable Bit Rate);
• Taxa de Bit Não Especificada (UBR: Unspecified Bit Rate);
• Taxa de Bit Disponível (ABR: Available Bit Rate).
101
Categorias de Serviço: Exemplos
CBR: transporte de áudio e vídeo não compactado, emulação de
circuitos síncronos e assíncronos (ISDN B, E1/T1);
rt-VBR: transporte de áudio e vídeo compactado (MPEG, H.261,
etc) para viodeconferência, tele-educação, etc.
nrt-VBR: serviços com banda garantida, confiável, mas sem
restrições de tempo-real (exemplo: Frame Relay sobre ATM);
UBR: serviço confiável de melhor esforço (e-mail, transf. de
arquivos, interconexão de LANs);
ABR: serviço com banda variável para aplicações similares às
acima.
102
Qualidade de Serviço (QoS)
A especificação de gerência de tráfego do ATM Fórum define seis
parâmetros de qualidade de serviço:
1. Atraso Máximo de Célula (maxCTD: maximum Cell Transfer Delay);
2. Variação Pico-a-pico do Atraso Máximo de Célula (peak-to-peak CDV: Cell
Delay Variation);
3. Razão de Perda de Célula (CLR: Cell Loss Ratio);
4. Razão de Erro de Célula (CER: Cell Error Ratio);
5. Razão de Bloco de Células Severamente Corrompido (SECBR: Severely
Errored Cell Block Ratio);
6. Taxa de Células Incorretamente Inseridas (CMR: Cell Misinsertion Rate).
103
Qualidade de Serviço (QoS)
Dos seis parâmetros de QoS, apenas três são negociados com a
rede: maxCTD, peak-to-peak CDV e CLR. Os demais parâmetros
não são negociados, sendo computados apenas para fins de
monitoramento e gerência de rede.
Importante: parâmetros de QoS são negociados/computados para
cada sentido da conexão, e se constituem de uma média ao longo
do tempo.
104
QoS: Parâmetro maxCDV
lado emissor
lado receptor
t1: início da transmissão
do primeiro bit da célula
t2: fim da recepção
do último bit da célula
CDV = t2 - t1
105
QoS: Parâmetro peak-to-peak CDV
Densidade de
Probabilidade
células
atrasadas
T
α
atraso fixo
T
maxCTD
peak-to-peak CDV
106
QoS: Parâmetro CLR
Células perdidas
CLR =
Total de células transmitidas
Célula perdida: célula gerada pelo emissor e
nunca recebida pelo receptor.
107
QoS: Parâmetro CER
Células recebidas com erro
CER =
Total de células recebidas
Célula recebida com erro: células descartadas por
incorreção detectada no campo HEC.
108
QoS: Parâmetro SECBR
SECBR =
Número de blocos severamente corrompidos
Número total de blocos transmitidos
Um bloco é difinido como como o conjunto de células
transmitidas entre duas células OAM consecutivas. O bloco
é definido como severamente corrompido quando um
percentual das células do bloco forem perdidas, recebidas
com erro ou mal-inseridas.
109
QoS: Parâmetro CMR
CMR =
Células mal-inseridas
Intervalo de tempo
Células mal-inseridas: células recebidas por uma
conexão mas não transmitida através da mesma.
110
QoS: Contrato de Tráfego
Um Contrato de Tráfego descreve os parâmetros de QoS
negociados com a rede para uma dada conexão. Estes
parâmetros são garantidos em média e na ausência de falhas,
caso a fonte emissora respeite o perfil de tráfego negociado.
Um perfil de tráfego é descrito por quatro descritores, definidos a
seguir (os descritores de tráfego da fonte).
111
QoS: Descritores de Tráfego da Fonte
Taxa Sustentável de Célula (SCR: Sustainable Cell Rate) - a
quantidade média de células por unidade de tempo que a
fonte pode emitir.
Taxa de Pico de Célula (PCR: Peak Cell Rate) - a
quantidade máxima de células por unidade de tempo qua a
fonte pode emitir durante um surto de tráfego (PCR > SCR).
112
Taxa Mínima de Célula (MCR: Minimum Cell Rate) - a quantidade
média de células por unidade de tempo que a fonte necessita para
o seu correto funcionamento.
Tamanho Máximo de Rajada (MBS: Maximum Burst Size) - a
quantidade máxima de células que a fonte pode emitir à taxa PCR
durante um surto de tráfego (rajada).
113
Células por segundo
Taxa de células emitida pela fonte
PCR
SCR
MBS
MCR
rajada
tempo
114
QoS: Descritores de Tráfego da
Conexão
Um Descritor de Tráfego de Conexão é composto de três
componentes (para cada sentido da conexão):
1. um Descritor de Tráfego da Fonte, utilizado no Controle de
Admissão - CAC;
2. uma estimativa do parâmetro peak-to-peak CDV (CDVT: Cell
Delay Variation Tolerance);
3. uma definição de conformidade de tráfego--política para Controle
de Parâmetros de Utilização (UPC).
.
CDVT não é sinalizado atualmente mas ajustado via gerência de rede ou intrínseco ao equipamento
115
QoS: Especificação de Contrato de
Tráfego
Uma Especificação de Contrato de Tráfego é o elemento utilizado
para negociar as características da conexão através da UNI. Esta
especificação consiste de um Descritor de Tráfego da Conexão e
os parâmetros de QoS segundo a tabela a seguir.
116
QoS: Especificação de Contrato de Tráfego
rt-VBR
nrt-VBR
X
X
X
X
Descritor de
Tráfego da Fonte
PCR
SRC
MBS
CBR
X
X
X
Categoria
de Serviço
UBR
ABR
X (1)
X (2)
X
MCR
Max CTD
Parâmetros de
Qualidade de Serviço
Peak-to-peak
CDV
CLR
X
X
Tol. da Variação do Atraso (CDVT)
(3)
X
X
X
X
X
X
X
X
Mecanismo de Feedback
X
1. A rede pode ou não utilizar este parâmetro para fins de Controle de Admissão e Policiamento de Tráfego.
2. Representa a banda máxima disponível à conexão.
3. CDVT não é sinalizado, sendo usualmente ajustado via gerência de rede ou instrínseco ao equipamento.
117
Determinação de Conformidade
(Policiamento) de Tráfego
Determinação de Conformidade (Policiamento) de Tráfego é o
procedimento pelo qual um comutador ATM determina se o tráfego
produzido por uma fonte numa dada conexão está em
conformidade com o contrato estabelecido para a conexão. O
algoritmo para esta determinação não é normatizado.
118
Policiamento de Tráfego via Algoritmo GCRA
GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) é um procedimento tipo
Leaky Bucket para determinação da conformidade de tráfego.
O algoritmo possui dois parâmetros de entrada: I (incremento) e L (limite) -- GCRA(I,L).
I
L+I
119
Algoritmo GCRA
abertura
da conexão
t0
chegada da
primeira célula
chegada da
célula k
ta(k)
ta(1)
X=0
LCT = ta(1)
evento
tempo
X’ = X - (ta(k) - LCT)
X’ < 0
SIM
NÃO
Célula não
conforme
SIM
X’ = 0
X’ > L
NÃO
X = X’ + I
LCT = ta(k)
Célula em
conformidade
120
Algoritmo GCRA
Os parâmetros I e L são determinados em função dos parâmetros
presentes na Especificação de Contrato de Tráfego.
Para cada sentido da conexão duas instâncias do algoritmo
determina se cada célula está em conformidade ou não com o
perfil negociado nas seguintes situações:
• pico de tráfego, onde a variação máxima do atraso (peak-topeak CDV) deve ser mantida dentro de certo limite;
• tráfego sustentado, onde as rajadas devem se limitar aos
valores negociados.
121
Algoritmo GCRA
Pico de tráfego: GCRA(T, CDVT), onde T = PCR-1
Tráfego sustentado: GCRA(Ts, τs), onde:
Ts =
1
SCR
τs = (MBS - 1)/(Ts - T)
122
Algoritmo GCRA - Exemplo 1
2
1
3
4
T
5
6
7
8
CDVT
3
2
1
0
123
Algoritmo GCRA - Exemplo 2
2
1
T
3
4
5
6
7
8
9
CDVT
célula não conforme
3
2
1
0
124
Controle de Parâmetros de Utilização (UPC)
UPC é um procedimento que tem por objetivo evitar que um tráfego não
conforme numa dada conexão degrade o desempenho de outras
conexões. Quando uma célula é tida como não conforme (pelo algoritmo
GCRA, por exemplo), o procedimento UPC pode:
• “marcar” a célula caso o campo CLP saja 0 (tornando CLP = 1);
• descartar a célula.
A marcação de células é opcional e deve ser especificada no parâmetro
“definição de conformidade de tráfego” do Descritor de Tráfego da
Conexão.
125
UPC: Marcação de Células
CLP=0
GCRA0
descarte
CLP=0+1
CLP=1
GCRA0+1
descarte
CLP=0
GCRA0
marcação
CLP=1
CLP=1
CLP=0+1
GCRA0+1
descarte
126
Controle de Admissão (CAC)
CAC é o procedimento que a rede utiliza para determinar se uma
conexão pode ou não ser estabelecida. Este procedimento utiliza as
informações presentes no Descritor de Tráfego da Conexão (PCR,
SCR, etc.), para determinar:
• se a conexão pode ou não ser estabelecida;
• os parâmetros para policiamento de tráfego e UPC (parâmetros do
GCRA, marcação de células, etc.);
• os recursos necessários à conexão (buffers, capacidade de portas,
etc).
127
CAC: Procedimento
Um procedimento CAC típico utiliza técnicas oriundas da teoria de filas
para estimar de forma conservadora a banda requerida por uma
conexão. O procedimento deve levar em conta:
• o Descritor de Tráfego da Fonte (PCR, SCR, MBS, MCR);
• a Taxa de Perda de Célula (CLR) requisitada;
• a carga atual das portas de entrada e saída para a conexão;
• o tamanho dos buffers disponíveis nestas portas.
128
capacidade da porta
CAC: Alocação de Capacidade à Portas
ABR MCR
VBR PCR
UBR
ABR
VBR SCR
CBR PCR
129
Moldagem de Tráfego
Moldagem de Tráfego é uma atividade complementar ao
policiamento de tráfego que visa “aplainar” o tráfego num perfil
mais homogêneo evitando assim a “compactação” de células
(a causa principal da variação do atraso).
Moldagem de tráfego se dá por sentido de conexão e não
deve permitir a violação dos parâmetros de QoS já negociados
para a conexão.
O procedimento padrão para moldagem de tráfego utiliza o
algoritmo Token Bucket.
130
Moldagem de Tráfego: Algoritmo Token
Bucket
β tokens
Gerador
de Tokens
Port de
entrada
ρ tokens/s
Port de
saída
K células
131
Descarte de SDUs
Descarte de SDUs (Service Data Units), quando
implementado ou disponibilizado, visa o descarte de
todo o segmento de dado que teve uma de suas células
descartadas (evitando assim o transporte inútil das
demais células deste segmento).
Este procedimento utiliza o campo PTI para determinar
os limites do SDU da camada de adaptação tipo 5
(indicador AAI: ATM-user-to-ATM-user Indication).
132
O Serviço ABR
O serviço ABR (Available Bit Rate) tem por objetivo permitir a
utilização da banda “momentânea” disponível na rede por parte
das aplicações que não possuam requisitos rígidos de QoS.
O Descritor de Tráfego da Fonte para o serviço ABR estipula
uma banda mínima (MCR, evenualmente zero) e máxima
permitida (PCR). O serviço oferece baixa taxa de perda de
células para o tráfego em conformidade (ABR não contempla
marcação de células).
133
ABR: Mecanismo de Feedback
Fonte
Nós Intermediários
Destino
congestionamento
adapta
tráfego
processa
célula RM
Célula RM “forward”
Célula RM “forward” com indicativo de congestionamento
Célula RM “backward” com informação para adaptação de tráfego
134
O mecanismo de feedback do serviço ABR considera três
parâmetros, além de MCR e PCR:
• Taxa Permitida de Célula (ACR: Allowed Cell Rate): o valor
corrente da banda permitida para a fonte;
• Taxa Inicial de Célula (ICI: Initial Cell Rate): o valor inicial para
ACR;
• Fator de Incremento de Taxa (RIF: Rate Increase Factor):
incremento sobre ABR (fração de PCR) que a fonte pode utilizar
caso não haja indicativo de congestionamento.
135
O mecanismo de feedback transporta as seguintes variáveis em
células RM (Resource Management):
• Indicador de Congestionamento (CI: Congestion Indicator):
indica a presença de congestionamento no caminho da conexão
ABR;
• Não Incremento (NI: No Increase): proibe a fonte de aumentar
sua taxa de transferência de células;
• Taxa Explícita de Célula (ER: Explicit cell Rate): indica a taxa de
transferência de célula que a fonte deve utilizar.
136
ABR: Nó Fonte
PCR
RIF x PCR
ICR
ECR
MCR
CI = 0
NI = 0
ECR > MCR
CI = 1
NI = 1
ECR < MCR
137
ABR: Nó de Destino
O nó de destino “rebate” as células RM recebidas da fonte
alterando a direção de “forward” para “backward”. Caso a
célula traga um indicativo de congestionamento no campo
PTI do cabeçalho da célula, o indicador CI é ativado na
célula “backward”.
Caso o nó de destino se encontre em situação de
sobrecarga, o mesmo poderá:
• ativar o indicador NI impossibilitando a fonte de aumentar
sua taxa;
• reduzir explicitamente o tráfego via ER.
138
ABR: Nós Intermediários
Um nó intermediário repassa células RM sem mudanças caso o
mesmo não se encontre em situação de sobrecarga. Caso contrário
o nó poderá:
• ativar o indicador de congestionamento “forward” do campo PTI do
cabeçalho da célula;
• ativar os campos CI e/ou NI;
• gerar células RM “backward” com os valores de CI, NI e ER
adequados à sua condição de carga.
139
ABR: Células RM
octetos
5
Cabeçalho ATM
1
Identificador de Protocolo
bits
1
Tipo de Mensagem
2
Taxa Explícita de Célula (ER)
2
Taxa Corrente de Células
1
Direção
1
BECN
1
CI
1
NI
4
Taxa Mínima de Célula (MCR)
Reservado ou
não Utilizado
Reservado ou
não Utilizado
CRC-10
10 bits
140
A Camada de Adaptação
A camada de adaptação ATM (AAL: ATM Adaptation Layer) é o
componente que dá às redes ATM sua característica multiserviço.
Esta camada “adapta” as necessidades das aplicações aos
serviços oferecidos pela camada ATM, por exemplo:
• transmissão de áudio e vídeo com garantia de sinronismo;
• oferecimento de serviços Frame Relay e SMDS sobre ATM;
• estabelecimento de circuitos síncronos e assíncronos;
• emulação de LANs sobre ATM;
• aplicações clássicas de comunicação de dados.
141
Tipos de Camadas de Adaptação
A arquitetura B-ISDN define quatro tipos de camada de
adaptação:
• camada de adaptação tipo 1 (AAL1);
• camada de adaptação tipo 2 (AAL2);
• camada de adaptação tipo 3/4 (AAL3/4);
• camada de adaptação tipo 5 (AAL5).
OBS: A AAL2 ainda não está especificada.
142
AAL: Classes de Serviço
A arquitetura B-ISDN define quatro classes de serviço (A, B, C,
D), com o objetivo de balisar o desenvolvimento de protocolos de
adaptação. A diferenciação destas classes se dá através dos
qualificativos:
• sincronismo fonte/destino (requerido ou não requerido)
• taxa de bit (constante ou váriável);
• orientado a conexão ou sem conexão.
143
AAL: Classes de Serviço
Classes
A
B
C
D
Sincronismo Fonte/Receptor
Requerido
Requerido
Não Requerido
Não Requerido
Taxa de Bit
Constante
Variável
Variável
Variável
Sim
Não
Orientado à Conexão
Serviço da camada ATM
Sim
CBR
Sim
rt-VBR
nrt-VBR
UBR/ABR
144
AAL: Arquitetura
AAL-IDU
AAL-ICI
AAL-SDU
APLICAÇÃO
AAL-UNITDATA
AAL-SDU
SSCS-PDU
CABEÇALHO
FECHO
CARGA
CPCS-UNITDATA
CPCS-PDU
CABEÇALHO
CARGA
CPCS
CPCS-SDU
FECHO
SAR-UNITDATA
SAR-PDU
C CARGA
F
C CARGA
C CARGA
F
SAR
SAR-SDU
CAMADA DE ADAPTAÇÃO
SSCS
AAL-SAP
F
ATM-DATA
ATM-SAP
CAB.
CARGA
ATM-PDU (CÉLULA)
CAB.
CARGA
CAMADA ATM
145
AAL: Subcamada de Segmentação e Remontagem
(SAR)
A subcamada SAR fragmenta e remonta SDUs da
subcamada de convergência. Os fragmentos são
transportados em células ATM através de conexão
ATM com a entidade SAR remota.
Um protocolo de segmentação e remontagem é defindo
para esta subcamada.
146
AAL: Subcamada de Convergência (CS)
A subcamada de convergência provê as seguintes funções:
• transferência de SDUs com a subcamada CS remota;
• interfaceamento com a subcamada SAR;
• interfaceamento com a aplicação;
• manutenção/recuperação do relógio da fonte;
• detecção e correção de erros;
• “bufferização” de SDUs;
• informe de erros e estatísticas.
147
AAL: Subcamada de Convergência (CS)
A subcamada de Convergência pode ser subdividida em
duas partes:
• Subcamada de Convergência Específica do Serviço
(SSCS: Service Specific Convergence Sublayer);
• Parte Comum da Subcamada de Convergência (CPCS:
Common Part Convergence Sublayer);
SSCS
CPCS
SAR
148
AAL Tipo 1 (AAL1)
AAL1 foi concebida para o provimento de serviço classe A.
Assim sendo, a AAL1 deve receber dados à uma taxa
constante e manter o sincronismo entre fonte e receptor.
AAL1 não subdivide a subcamada de convergência em SSCS e
CPCS.
149
AAL1: SAR
A subcamada SAR da AAL1 define o seguinte PDU:
bits
1
3
3
CSI
CONTADOR DE
SEQUÊNCIA
CRC
x3 + x + 1
1
PARIDADE
PAR
47 bytes
CARGA
CABEÇALHO (8 BITS)
150
AAL1: Comunicação SAR/CS
CPCS
SAR-UNITDATA.indication
CSI
(1 bit)
SEQUÊNCIA
(3 bits)
STATUS
(1 bit)
CARGA / CPCS-SDU
(47 bytes)
SAR
CORREÇÃO/DETECÇÃO
DE ERROS
CSI
CONTADOR DE
SEQUÊNCIA
CRC
CHECK
PROCESSAMENTO
DO CABEÇALHO
SAR-PDU
CABEÇALHO
CARGA
ATM-DATA.indication
ATM-SAP
151
AAL1: CS
A subcamada CS da AAL1 provê os seguintes serviços:
• recepção/transmissão de SDUs à taxa constante;
• compensação da variação do atraso de célula;
• tratamento de perdas ou mal-inserção de células;
• sincronização de relógios entre fonte e destino.
A subcamada CS define dois modos de transferência:
estruturado e não-estruturado.
152
AAL1 CS: Modos de Transferência
Modo Estruturado: a subcamada CS recebe um bit ou byte da
aplicação (à taxa constante) e gera um SAR-SDU de exatos 47
bytes. Os dados recebidos são acomodados no SAR-SDU em
sequência, sem vazios.
Modo Não-estruturado: comporta transferência em bytes de
segmentos de no máximo 93 bytes. Utiliza dois formatos de SARPDU: formato P e formato não-P.
153
AAL1 CS: Formatos de SAR-PDUs
47 bytes
8 bits
CSI
=0
CARGA (dados da camada usuária)
CABEÇALHO
SAR-PDU
FORMATO não-P: ocorre nos números de sequência 1,3,5,7
8 bits
CSI
=1
8 bits
PONTEIRO
46 bytes
CARGA (dados da camada usuária)
CABEÇALHO
SAR-PDU
FORMATO P: ocorre nos números de sequência 0,2,4,6
154
AAL1 CS: Exemplo de Transferência Nãoestruturada
0
0
1
17
0
1
2
17
17
0
1
3
4
0
1
1
5
6
17
7
155
AAL1 CS: Recuperação de Relógio da Fonte
Dependendo da existência ou não de um relógio comum acessível
tando à fonte quanto ao destino, a recomendação ITU-T I.363.1
sugere dois mecanismos de recuperação de relógio da fonte:
1. Método do Relógio Adaptativo;
2. Método da Marca de Tempo Residual Síncrona (SRTS:
Synchronous Residual Time Stamp).
OBS: Usualmente o relogio comum é a própria frequência da rede
síncrona (SDH, por exemplo).
156
AAL1 CS: Método do Relógio Adaptativo
Aumente a taxa
de entrega
SAR
Mantenha a taxa
de entrega atual
Diminua a taxa
de entrega
APLICAÇÃO
BUFFER
limite superior
limite inferior
157
AAL CS: SRTS
Terminologia:
fs relógio de serviço local
fn relógio da rede (por exemplo: 155.52 MHz)
fnx relógio derivado do relógio da rede fnx = fn / x
N número de ciclos de fs entre duas sincronizações
T período entre duas sincronizações T = N * fs-1
158
AAL1 CS: SRTS
tolerância
N ciclos de T segundos
fs
Mmin
Mnom
tempo
Mmax
2p
Mq
fnx
tempo
2(p-1)
159
AAL1 CS: SRTS
Idéia básica:
SRTS transmite p no campo CSI dos SAR-PDUs de número 1, 3 5
e 7. Com o valor de p o receptor ajusta seu relógio de forma a gerar
os Mq ciclos da fonte em N ciclos de rede.
T
fs
fn
Latch
1/N
1/x
fnx
p (RTS)
Contador
de p bits
160
AAL1 CS: Algoritmo
y=N
fnx
fs
ε
2(p - 1) > y
fnx =
fs
2k
, k = 0, 1, ...
1 <= fnx/fs < 2
161
AAL2
• Define o transporte do tráfego VBR-RT (real-time);
• Trata-se de um protocolo novo ⇒ anteriormente o tráfego
VBR-RT era transportado pela AAL5;
• Característica: multiplexa vários fluxos de tráfego
– cada amostra recebe um cabeçalho cuja função é
adicionar um número de canal para identificar o fluxo
da camada superior;
– um segundo cabeçalho é utilizado para identificar o
início do fluxo.
• Importância: será utilizado na 3a. Geração da telefonia
móvel (UMTS)
162
AAL2
Amostras
Usuário 1
Usuário 2
Usuário 3
Cabeçalho AAL2 inicial
47 bytes
Segundo cabeçalho AAL2
Cabeçalho da
célula ATM
Cabeçalho da
célula ATM
48 bytes
53 bytes
163
AAL2
6 bits
CID
LI
5 bits
UUI HEC
Usuário 1
Usuário 2
8 bits
5 bits
3 bytes (24 bits)
1 bit
SN
47 bytes
Offset
6 bits
P
1 bit
1 byte
48 bytes
164
AAL2
• Cabeçalho inicial:
– CID: identificador do canal;
– LI: comprimento da carga do pacote;
– UUI (User-to-user Identifier): negocia o MTU (Maximum
Transfer Unit);
• Cabeçalho secundário:
– Offset: identifica o início do próximo pacote dentro do
fluxo;
– P: bit de paridade;
– SN: número de sequência.
165
AAL Tipo 3/4 (AAL3/4)
AAL3/4 surgiu da união das AAL3 e AAL4. Esta camada
de adaptação suporta os serviços classe C e D em
aplicações que requerem banda garantida mas sem
restrições de tempo real (Frame Relay sobre ATM, por
exemplo).
AAL3/4 particiona a subcamada de convergência em
partes específica e comum (SSCS e CPCS).
166
AAL3/4: SAR
A subcamada SAR da AAL3/4 define o seguinte PDU:
bits
CABEÇALHO
DA CÉLULA
2
4
TIPO DE
SEGMENTO
NÚMERO DE
SEQUÊNCIA
10
MID
44 bytes
CARGA
Cabeçalho (2 bytes)
6
IT
10
CRC
Fecho (2 bytes)
167
AAL3/4: SAR
Tipo de Segmento (TS) - indica a posição do segmento transportado
pelo SAR-PDU:
10: BOM (Begin of Message) - primeiro segmento de um CPCS-PDU;
• 00: COM (Continuation of Message) - segmento intermediário;
• 01: EOM (End Of Message) - último segmento;
• 11: SSM (Single Segment Message) - segmento único.
O campo MID (Multiplexer IDentifier) permite multiplexar múltiplas
sessões AAL numa única conexão ATM.
168
AAL3/4: SAR
AAL-SAP
AAL-SAP
MID = x
MID = y
CPCS
MID = z
Máquina de segmentação
e remontagem para MID=x
CPCS
SAR
CPCS
SAR
SAR
MULTIPLEXADOR
AAL
ATM-SAP
ATM
169
AAL3/4: CS
A subcamada CPCS define dois modos de troca de
informação:
1. Modo de Mensagem: os dados do CPCS-SDU são
passados à subcamada CPCS numa única operação;
2. Modo Stream: os dados do CPCS-SDU são passados à
subcamada CPCS numa sequência de operações.
A subcamada CPCS exige que os dados submetidos sejam
múltiplos de 4 bytes.
170
AAL3/4: CPCS
A subcamada CPCS da AAL3/4 define o seguinte PDU:
bytes
1
CPI
2
1
INÍCIO DE
MARCAÇÃO
(Btag)
TAMANHO P/
ALOCAÇÃO DE
BUFFER (BAsize)
CARGA
0-3
1
1
PAD
ALINHAMENTO
FINAL DE
MARCAÇÃO
(Btag)
Cabeçalho (4 bytes)
2
TAMANHO
Fecho (4 bytes)
171
AAL3/4: CPCS
O campo CPI (Common Part Identifier) não é utilizado
atualmente.
Os campos Btag (Beginning tag) e Etag (Ending tag)
“amarram” o cabeçalho ao fecho num mesmo CPCS-PDU
(possuem valores distintos entre diferentes PDUs).
O campo BAsize (Buffer Allocation size) indica o tamanho de
buffer necessário para processar o PDU e possui valor igual
ou superior ao tamanho do PDU (dado pelo campo “tamanho”
do fecho).
172
AAL Tipo 5 (AAL5)
AAL5 visa propiciar um serviço de adaptação de baixo
overhead, de fácil implementação e que atenda a uma vasta
gama de aplicações. AAL5 pode utilizar qualquer conexão
ATM, sendo ABR e UBR as mais comuns.
AAL5 vem substituindo a AAL3/4 em muitas das aplicações
para as quais a AAL3/4 foi concebida.
AAL5 particiona a subcamada de convergência em partes
específica e comum (SSCS e CPCS).
173
AAL5: SAR
A subcamada SAR é responsável pelo baixo overhead da
AAL5. Esta subcamada simplesmente mapeia os parâmetros
da primitiva CPCS-UNITDATA para os parâmetros da camada
ATM e vice-versa.
A subcamada SAR da AAL5 define o seguinte PDU:
48 bytes
PT
CARGA
SAR-PDU
174
AAL5: Comunicação SAR/CPCS
SAR-UNITDATA.indication
CPCS
SAR
CARGA / CPCS-SDU
(48 bytes)
LP (Loss Priority)
M (More)
CI (Congestion Indicator)
SAR-PDU (CARGA)
PTI
CABEÇALHO ATM
ATM-DATA.indication
ATM-SAP
175
AAL5: CPCS
A subcamada CPCS da AAL5 transfere dados em múltiplos de
48 bytes (máximo de 65.535 bytes) segundo o seguinte CPCSPDU:
0 - 47
CARGA
1
1
2
4
CPCS-UU
CPI
TAMANHO
CRC
Fecho (8 bytes)
176
AAL5: CPCS
O campo CPCS-UU transporta de forma transparente 1 byte
de dado entre aplicações. A validade deste campo é indicada
pelo valor de PTI no cabeçalho da célula ATM (AAI: ATM-userto-ATM-user Indication).
O campo CPI (Common Part Indicator) é resevado para uso
futuro.
OBS: A AAL5 não permite multiplexação de várias sessões
sobre uma única conexão ATM.
177
AAL: Sumário (AAL1)
AAL1-SDU
CPCS-PDU
SAR-PDU
CÉLULA
178
AAL: Sumário (AAL3/4)
AAL3/4-SDU
PAD
CPCS-PDU
FECHO
SAR-PDU
CÉLULA
179
AAL: Sumário (AAL5)
AAL5-SDU
CPCS-PDU
PAD
FECHO
SAR-PDU
CÉLULA
180

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