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Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 1
Introdução às Redes ATM
Profs. Eleri Cardozo & Mauricio MagalhãesDCA/FEEC/UNICAMP
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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;
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RDSI - Padronização e Modelo de Referência
• 1988 Æ adoção do ATM pelo ITU-T como o modo de transferência daRDSI-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;
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Introdução às Redes ATM• Quando o ITU-T optou pelo desenvolvimento da RDSI-FL definiu a
tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode) como a tecnologia debase;– 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 àstaxas elevadas do ATM;
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Introdução às Redes ATM
– Na realidade o ATM representa um compromisso entre acomutação de circuito e a comutação de pacote tradicionais(como o X.25 e o Frame-Relay);
H1
H1
H1
H1
H1
H1
H1
Circuito virtual
tronco
comutador
Tabela de roteamentointerna
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RDSI-FL: Modelo de Referência
CamadasSuperiores
CamadasSuperiores
Camada deAdaptação
Camada deAdaptação
Camada ATM
Camada Física
Plano deControle
Plano doUsuário
Plano deGerenciamento
dos Planos
Plano deGerenciamentodas Camadas
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RDSI-FL: Modelo de Referência
• 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;
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RDSI-FL: Plano do Usuário
TCP/IP, etc
ATM
FÍSICO
AAL
ATM
FÍSICO
Para usuário remoto
Para usuário remoto
UNI
Plano do Usuário
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RDSI-FL: Plano de Gerenciamento
TCP/IP, etc
ATM
FÍSICO
AAL
UNI
Plano de Gerenciamento
TCP/IP, etc
ATM
FÍSICO
AAL
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RDSI-FL: Plano de Controle
Q.2931SSCF
SSCOPAAL CP
ATM
FÍSICO
SA
AL
UNI
Plano de Controle
Q.2931
SSCFSSCOP
AAL CP
ATM
FÍSICO
SA
AL
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RDSI-FL: Modelo de Referência
Camadas Sub-Camadas
Funções
CS
SARAAL
• Convergência
• Quebra e Remontagem
ATM
• Controle genérico de fluxo;• Inserção e remoção de cabeçalho;• Interpretação de VPI/VCI;• comutação VP e/ou VC
• 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;
FÍSICA
TC
PM
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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;
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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:
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Camada ATM: Formato das Células
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
48 bytes
UNI1 2 3 4 5 6 7 8
VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
48 bytes
NNI1 2 3 4 5 6 7 8
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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.
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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;
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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;
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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;
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Sinalização e Controle de Tráfego
• Controle de Tráfego– controle de admissão de conexões;– controle de parâmetros de uso;– controle de prioridades;– controle de congestionamento.
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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.
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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).
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Redes ATM: Camada Física
• Objetivo da camada física– colocação de células em um meio físico para transmissão;
SubcamadaConvergência
deTransmissão - TC
SubcamadaDependente do
Meio Físico - PMD
Geração e verificação do HECEmbaralhamento/Desembaralhamento de célulaDelimitação de célula (HEC)
Identificação do sinal de caminho
Justificativa de frequênciaProcessamento do apontadorMultiplexaçãoEmbaralhamento/DesembaralhamentoGeração/recuperação do quadro de transmissão
Temporização de bit, código de linha,meio físico
FunçõesB-ISDN
Funções SDH/SONET
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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 oATM
• SDH/SONET;
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Camada Física : Interfaces Públicas & Privadas
USUÁRIO ATM
USUÁRIOATM
UNIPÚBLICA B-ICI
UNI PRIVADA
NNI PRIVADA
REDE OUCOMUTADOR
PRIVADO
REDE OUCOMUTADOR
PRIVADO
REDEPÚBLICA
REDEPÚBLICA
Interfaces ATM
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Camada Física: Terminações RDSI-FL
B-TE1B-TE2 B-TA
B-LTB-ET
R SB TB UB
Sistemafinal ATM
ComutadorATM
Privado
ComutadorATM
Público
Sistemafinal ATM
B-NT2 B-NT1
UNI Pública
UNI Privada
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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.
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Camada Física ATM
VC
VP
VC
VPI=1
VPI=2
VCI=50
VCI=51
VCI=60
1
2
3
4
5
6
Interface Física
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Camada Física ATM: Subcamada PMD
• Inclui o próprio meio físico;• Tipos de meio físico previstos para o ATM
– par trançado UTP/STP (unshielded/shielded); cabocoaxial; fibra monomodo & multimodo; comunicaçãosem fio;
• principais características– transferência e alinhamento dos bits;– codificação de linha;– conversão eletro-ótica;– modulação/demodulação.
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Camada Física ATM: Subcamada PMD
• Todas as funções da subcamada PMD dependem dascaracterísticas 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 subcamadaTC;
– a subcamada PMD oferece uma interface lógica para asubcamada TC => a subcamada TC é independentedas características do meio físico;
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Camada Física ATM: Subcamada PMD
Interfaces PúblicasPadrão Taxa
(Mbps)Meio Físico Comprimento de onda
ou resistênciaTécnica decodificação
Tipo doconector
SDH STM-4 622.080 9 µm SM 1300 µm nominal2-60 Km
NRZ SC(FC)
SDH STM-1 155.520 9 µm SM 1300 µm nominal C15-60 Km
NRZ SC
SDH STM-1 155.520 62.5 µm MM 1300 µm nominal 2Km NRZ SC(FC)SDH STM-1 155.520 Par coaxial 75 ohms CMI BNC
SONET STS-1 51.840 SM 1310 µm15 Km
NRZ SC(FC)
PDH E4 139.264 Par coaxial 75 ohms CMI BNCPDH DS3 44.736 Par coaxial 75 ohms B3ZS BNCPDH E3 34.368 Par coaxial 75 ohms HDB3 BNCPDH E2 8.448 Par coaxial 75 ohms HDB3 BNCPDH J2 6.312 TP/coaxial 110/75 ohm B6ZS/B8ZS RJ-45
BNCPDH E1 2.048 TP/coaxial 120/75 ohm HDB3 8pin/BNC
PDH DS1 1.544 Par trançado 100 ohm DSX-1 AMI/B8ZS RJ-45RJ-48
Inverse mux nx1.544 Par trançado 100 ohm DSX-1 AMI/B8ZS RJ-45RJ-48
Inverse mux nx2.048 TP/coaxial 120/75 ohm HDB3 8pin/BNC
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Camada Física ATM: Subcamada PMDInterfaces Privadas
P adrão T ax a(M bps)
M eio F ís ico C om prim en to de ondaou resistênc ia
T écn ica decod ificação
T ipo doconec to r
S D H S TM -4 622.08 M M (LE D ) 1300 nm nom ina l N R Z S C (S T )
S D H S TM -4 622.08 M M (Laser) 1300 nm nom ina l N R Z S C (S T )
S D H S TM -1 155.52 U T P 5 100 ohm s N R Z R J-45S D H S TM -1 155.52 S T P (T ipe1) 150 ohm s N R Z M IC
9p inDS D H S TM -1 155.52 U T P 3 100 ohm s 64-C A P R J-45S D H S TM -1 155.52 F ibra de
P lástico650 nm nom inal N R Z P N
(J IS F 07)C anal de F ib ra 155.52 62 .5 µm M M 1300 nm 8B /10B S C
T A XI (F D D I) 100 62 .5 µm M M 1300 nm N R Z /4B /5B M ICS O N E T ST S 1 51 .84 S M , M M , coax 1310 nm /75 ohm s N R Z /C M I S C (S T )
B N CS O N E T ST S 1 51 .84 F ibra de
P lástico650 nm nom inal N R Z P N
(J IS F 07)S O N E T ST S 1 51 .84 U T P 3 100 ohm s 16-C A P R J-45S O N E T ST S 1 25 .92 U T P 3 100 ohm s 4-C A P R J-45S O N E T ST S 1 12 .96 U T P 3 100 ohm s 2-C A P R J-45
A T M 25 D esk top 25 .6 U T P 3 100 ohm s N R Z I R J-45F lux o de cé lula 25 .6 U T P 3 100 ohm s N R Z I
4B /5BV ários
F lux o de cé lula 155.52 M M , S T P V ários 8B /10B V ários
780
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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;
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Camada Física ATM: Subcamada TC
• 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;
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Delineamento de célula : Delineamento de célula
HUNT
PRESYNC
SYNC
HEC incorretoencontrado
x HECs corretos encontradossucessivamente
HEC corretoencontrado
y HECs incorretosencontradossucessivamente
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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 estadoPRESYNC;
• 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 estadoHUNT;
• SYNC -> fluxo de células em sincronismo;
– uma sequência com y células erradas => perda de sincronismo -> retornaao estado HUNT.
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Camada Física ATM: Subcamada TC
• 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 umsinal básico;
• no caso do ATM utiliza-se a forma assíncrona para alocação do sinalbásico;
• a subcamada TC é responsável pela criação da estrutura dos quadroscíclicos para transmissão e recuperação das células nos quadros;
• na transmissão de fluxo de células não há enquadramento;
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TDM Síncrono: Hierarquias Digitais
1..24
1..28 1..4 1..28
1..7 1..7
1..6
1..12 1..3 1..3
1..30
1..64 1..4 1..16
1..16
1..4 1..4
1..4
1..4
1..4
1..4n
1..4
1..4
1..4n
DS0 (64 Kbps)
DS1/J1 (1.544 Mbps)
DS2/J2 (6.312 Mbps)
DS3 (44.736 Mbps)
DS4 (274.176 Mbps)
51.84 MbpsSTS-1/OC-1
STS-3/OC-3
STS-12/OC-12
STS-48/OC-48
STS-48n/OC-48n
DS0 (64 Kbps)
E1 (2.048 Mbps)
E2 (8.448 Mbps)
E3 (34.368 Mbps)
E4 (139.264 Mbps)
PDHEstados Unidos e Japão PDH Europeu/CEPT
155.52 Mbps
622.08 Mbps
2.488 Gbps
2.488n Gbps STM-12n
STM-12
STM-4
STM-1
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Comutação ATM
• Comutador Æ presente na infra-estrutura de comunicaçãodesde as primeiras redes telefônicas;
• Tipos de comutação– Comutação Temporal;– Comutação Espacial.
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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;
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Comutação ATMTabela de Comutação
Cent Psai Csai Cestado
Cent Carga
=
Csai Carga
Cent = VPI/VCI da célula na porta de entrada;Csai = VPI/VCI da célula na porta de saída p/ próximo hop; Psai = Porta de saída no comutador;Cestado = Informações de estado da conexão, incluindo parâmetros de tráfego.
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Comutação ATMTabela de Comutação
– As entradas na tabela de comutação são iniciadas no momentodo 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 paracada VCC estabelecida Æ uma entrada pode representar umconjunto de VCCs;
• conexão de caminho virtual (VPC - Virtual Path Connecion) Æ VCCscomutados em conjunto;
VPCs = concatenação de VPLs (Virtual Path Links);
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Exemplo: Funcionamento de um conjunto de comutadoresVP e VC
VP
VC
VP
VC
VP
VC
VP VP VP VP
VPI = x1 VPI = x2 VPI = x3 VPI = y1 VPI = y2 VPI = y3
A B C
VPC x VPC y
VCC
VCI = n VCI = m
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Mapeamento dos VPIs e VCIs no interior do comutador
VPI 7 VPI 4
VPI 7
VPI 7
VPI 10
VCI 14
VCI 15
VCI 14
VCI 15
VCI 14VCI 14VCI 15 VCI 15
VCI 14
VCI 14
VCI 15
VCI 15
VCI 23
VCI 23
VCI 88
VCI 88
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Comutação ATM
• Um comutador ATM pode ser descrito através do seguinte modelo:
Malha deComutação
ME
ME
MS
MS
CAC MG
SONET/SDH SONET/SDH
ME - Módulo de Entrada;MS - Módulo de Saída;CAC - Controle de Admissão de Conexão;MG - Módulo de Gerenciamento (OAM);
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• 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;
Comutação ATM
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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 célulasde saída;
• desacoplamento da taxa de células;• mapeamento das células na carga SONET/SDH e geração do
overhead SONET/SDH;
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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.
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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.
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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 espaçosdiscretos (slots) de tempo;
• divisão do espaço– o comutador pode suportar múltiplas conexões ao mesmo tempo
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Tipos de Comutação - Classificação
Malha de Comutação ATM
Divisão Temporal Divisão Espacial
MemóriaCompartilhada
Barramento
Anel
CaminhoÚnico
CaminhosMúltiplos
Matriz
Banayan
BanayanOrdenada
Delta
BanayanAumentada
PlanosParalelos
CargaCompartilhada
Recirculação
MeioCompartilhado
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Comutação Temporal
• Todas as células fluem através de uma única via de comunicaçãocompartilhada por todos as portas de entrada e saída– barramento;– anel;– memória comum;
• A vazão da via de comunicação define a capacidade máxima decomutação do elemento;
• Facilidade de implementação dos mecanismos debroadcast/multicast;
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Comutação Temporal: MemóriaCompartilhada
• 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 comoescalonamento, multicasting, etc.
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Comutação Temporal: MemóriaCompartilhada
Memória
Controlador
Lê/Escreve
Cabeçalhos
1
N
1
N
.
.
.
.
.
.
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 54
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;
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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 saídanão são compartilhados => maior número de buffers;
Portas
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Arquitetura Completamente Interconectada
• Existem caminhos independentes entre os N2 pares possíveis deportas de entrada e saída;
• As células recebidas são difundidas para todas as saídas embarramentos 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 éescalável;
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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 umtotal de N x L.
0 1 2 3 4 5 6 7
01234567
BARRAMENTO DE DIFUSÃO
CONCENTRADORREGISTRO DE DESLOCAMENTO
BUFFERS DE SAÍDA
PORTAS DE ENTRADA
PORTAS DE SAÍDA
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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 queidentifica 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 asportas de entrada e saída Æ menos eficiente;
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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 deportas de entrada e saída;
– caminhos múltiplos Æ ∃+ de um caminho;
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Comutação Espacial: Comutador Crossbar
• Formado por contactos que, quando fechados, conectam um caminhohorizontal a um caminho vertical -> cria uma conexão entre uma portade entrada e uma porta de saída;
• Permite a transferência em paralelo entre pares de portas de entradae saída disjuntos;
• Possui controle complexo e custo proporcional a N2, onde Ncorresponde ao total de portas do comutador.
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Comutação Espacial: Comutador Crossbar
Controle
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Comutação Espacial: Comutação Multi-Estágio
Elemento de Comuta ção
2 x 2
a0
a1
b0
b1
a0
a1
b0
b1
a0
a1
b0
b1
a0
a1
b0
b1
a0
a1
b0
b1
Direto
Trocado
BroadcastInferior
BroadcastSuperior
N portas de entrada=> N = bK, onde K= no. de estágios;b = no. de portas do elemento de comuta ção;
K = log bN => complexidade ~ N log bN
• Utiliza elementos simples de comutação organizados em múltiplosestágios;
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Comutação Espacial: ArquiteturaDelta/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.
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
Elemento deComutação 2x2
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Comutação Espacial: ArquiteturaDelta/Banayan
0
1
2
3
4
5
6
7
6
1
110
001
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Arquitetura Delta/Banayan: Conflito
5
0
6
2
7
3
1
1
5
1
5
0
4 5
1
4
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Arquitetura Delta/Banayan: Conflito
• Conflitos podem ocorrer internamente ao comutador ou na porta desaída;– tentativas de solução
• instalar uma rede de distribuição/ordenação antes do comutador;
• recircular as células que não conseguiram alcançar a porta de saídadevido 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 sincronizara transmissão e recepção através dos estágios;
• mecanismo de contenção para evitar que células que tenham amesma porta de saída como destino sejam submetidas no mesmociclo;
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Arquitetura Batcher/Banyan
• Objetivo: colocar um comutador antes do comutador ATM que faça apermutação das células em uma configuração tal que o comutadorATM não tenha conflitos;– o comutador Batcher trabalha com elementos de comutação 2x2
mas que trabalham de forma diferente dos elementos decomutação utilizados no comutador Banyan/Delta;
• quando o comutador Batcher recebe duas células ele comparanumericamente os endereços de saída (tags) de cada célula;
• roteia a célula com o endereço mais elevado para a porta de saída nadireção da seta do elemento de comutação; o endereço menor roteiana outra direção;
• caso exista somente uma célula na entrada do elemento de comutaçãoela é enviada para a porta oposta à direção da seta.
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• A ordenação na entrada do comutador elimina os conflitos.
Arquitetura Delta/Banyan: Conflito
0
1
2
3
4
5
7
1
2
3
4
5
7
6
0
6
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Arquitetura Batcher/Banyan
Computer Network 3ed. - A. Tanenbaum
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Arquitetura Batcher/Banyan
Referência: Computer Networks - 3 ed. A. Tanenbaum
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Arquitetura Batcher/Banyan
Malha deComutação
Buffer derecirculação
• Existem 2 problemas com a arquitetura Batcher/ Banyan– colisões na porta de saída
• solução -> inserir uma armadilha (trap network) entre os comutadoresBatcher e Banyan;
– objetivo: filtrar células com mesmo endereço de saída e utilizar arecirculação para o próximo ciclo;
– multicasting;
Cuidado: manutençãoda ordem das células em um mesmo circuitovirtual!
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Critérios de Seleção de um Comutador ATM
• As características básicas de um comutador ATM a seremconsideradas por um usuário são:– número e tipo de portas;– capacidade de tráfego
• é importante avaliar a relação entre a capacidade de tráfegointernamente ao comutador e o número de portas com as respectivascapacidade;
– 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;
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Critérios de Seleção de um Comutador ATM
• 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 éentregue errôneamente a um destino;
• Capacidade de armazenamento– grande capacidade de armazenamento significa uma
probabilidade pequena de descarte de célula mas um atrasomédio com tendência de aumento;
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Critérios de Seleção de um Comutador ATM
• 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 podesuportar;
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Critérios de Seleção de um Comutador ATM
• 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 acessaronformações acima da camada ATM
• por outro lado, devido às funções de gerenciamento e controle, ouquando o comutador possui portas ATM e não-ATM é necessário osuporte a protocolos AAL.
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Critérios de Seleção de um Comutador ATM
• 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.
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A Camada ATM
É esponsável pelo processamento de células ATM. Possuias 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.
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Comutação de Pacote X Comutação deCélula
Pacote:
• tamanho da carga variável;
• cabeçalho de tamanho variável (campos opcionais);
• overhead variável;
• detecção de erros no campo de dados;
• fragmentação e remontagem.
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Comutação de Pacote X Comutação deCélula
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.
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Comutação de Pacote X Comutação deCélula
Conclusões:
• pacotes provêem maior flexibilidade que células;
• pacotes necessitam poucas ações de controle por bytetransportado;
• a comutação de pacotes apresenta alto nível de indeterminismo epouco desempenho (pacotes são comutados por software !);
• a comutação de células é mais determinística;
• células são comutadas por hardware !
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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).
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Conexões ATM
IPR
IPRPVC
SVC
nuvem ATM
C S
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Conexões ATM
Dois identificadores são empregados para diferenciar conexões:
• VPI (Virtual Path Identifier): define um “tronco” que agrega múltiplasconexões virtuais;
• VCI (Virtual Channel Identifier): identifica uma conexão específicanum “tronco”.
A identificação de conexões em dois níveis permite uma comutaçãomais rápida e uma gerência mais eficaz (exemplo:todos os VC num VP são gerenciados conjuntamente).
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Conexões ATM
caminhovirtual
meio físico
canal virtual
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Conexões ATM
PVCs e SVCs possuem escôpo limitado ao link:
comutador ATM
VPI=231VCI=34
VPI=108VCI=187
VPI=79VCI=18
comutador ATMequipamentoterminal
equipamentoterminal
conexão ATM
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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).
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A Célula ATM
A célula ATM possui tamanho fixo de 53 bytes, sendo 5 bytes decabeçalho e 48 bytes de carga.
Existe uma pequena diferença entre os cabeçalhos de células quetrafegam através das interfaces UNI e NNI.
Nós comutadores alteram determinados campos do cabeçalho dacélula, mantendo intacta sua carga.
Somente o cabeçalho da célula é protegido com CRC.
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A célula ATM (Interface UNI)
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PTI CLP
HEC
1 2 3 4 5 6 70
1
2
3
4
5
bits octeto
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A Célula ATM (Interface NNI)
VPI
VPI VCI
VCI
VCI PTI CLP
HEC
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A Célula ATM: GFC
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PTI CLP
HEC
1 2 3 4 5 6 70
1
2
3
4
5
bits octeto
Controle Genérico de Fluxo
Permite a um nó controlador determinara taxa de transferência (células/s) paraum nó controlado através de um esque-ma tipo START/STOP.
Quando não utilizado, o campo deveconter todos os bits 0.
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A Célula ATM: VPI e VCI
GFC VPI
VPI VCI
3 4 5 6 7
1
2
VCI
VCI PTI CLP
HEC
3
4
5
1 20
Identificador de Caminho Virtual
Identifica o caminho virtual da conexão que a célula faz parte
Identificador de Circuito Virtual
Identifica o circuito virtual da conexão que a célula faz parte
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A Célula ATM: PTI
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PTI CLP
HEC
1 2 3 4 5 6 70
1
2
3
4
5
Payload Type Identifier
Identifica o tipo de carga que a célulatransporta:
000: dados, s/ congestionamento, AAI = 0001: dados, s/ congestionamento, AAI = 1010: dados, c/ congestionamento, AAI = 0011: dados, c/ congestionamento, AAI = 1100: OAM (Operations, Administration and Management) no segmento101: OAM fim-a-fim110: RM (Resource Management)111: Reservado
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A Célula ATM: CLP
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PTI CLP
HEC
1 2 3 4 5 6 70
1
2
3
4
5
Cell Loss Priority
Indica o prioridade para descarteface a congestionamento ouviolação de contrato de tráfego:
1: alta prioridade p/ descarte0: baixa prioridade
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 94
A Célula ATM: HEC
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PTI CLP
HEC
1 2 3 4 5 6 70
1
2
3
4
5
Header Error Check
CRC para o cabeçalho apenas.Pol. gerador: x8 + x2 + x +1.HEC é utilizado também paradelimitar células num quadro de transmissão (SDH, por ex.)
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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 camposGFC, VPI, VCI, PTI e CLP do cabeçalho.
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A Célula ATM: Tipos de Células
VPITipo VCI PTI CLP
Não Associada 0 0 Qualquer 0
Inválida 0Não nulo Qualquer NE
RM para VC Qualquer 00000000 00000110 110 0 ou 1
RM para VP Qualquer Qualquer, exceto 0,00000000 0000001100000000 00000100
00000000 0000011100000000 00000110
110 0 ou 1
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Gerência de Tráfego
Gerência de Tráfego visa cumprir os seguintes objetivos: 1. proteger a rede e os nós terminais de congestionamento a fimde 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 compostade determinadas funções.
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Gerência de Tráfego: Funções
Controle de Admissão para novas conexões (CAC: Connection andAdmission Control): visa determinar se uma conexão sendorequisitada deve ser atendida ou rejeitada por falta de recursos.
Controle em Malha Fechada (Feedback Control): visa regular otráfego nas conexões de acordo com o estado dos elementos derede.
Controle de Parâmetros de Utilização (UPC: Usage ParametersControl): visa policiar o tráfego submetido à rede pelos nós terminaisa fim de reagir a possíveis violações dos parâmetros negociadoscom a rede.
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Gerência de Tráfego: Funções
Controle do Descarte de Células: visa determinar quais célulasdevem ser descartadas quando uma situação decongestionamento ou violação de parâmetros contratuais édetectada.
Moldagem do Tráfego (Traffic Shaping): visa moldar o perfil detráfego de acordo com as necessidades da rede e parâmetroscontratuais.
Gerência de Recursos de Rede (NRM: Network ResourceManagement): determina como recursos são alocados àsdiferentes categorias de serviço.
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 100
Gerência de Tráfego: Funções
Descarte de SDUs: visa promover o descarte de todas as células quecompõem um SDU com o objetivo de evitar tráfego de células inúteispela rede (isto é, células que com certeza serão descartadas pelacamada de adaptação).
Controle de Fluxo ABR (Available Bit Rate): visa gerenciar o serviçoABR onde a banda disponibilizada à conexão varia em função dadisponibilidade de recursos de rede.
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 101
Categorias de Serviço
A recomendação Traffic Management Specification Version 4.0 do ATMFórum 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 BitRate);
• 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).
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Categorias de Serviço: Exemplos
CBR: transporte de áudio e vídeo não compactado, emulação decircuitos 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 semrestrições de tempo-real (exemplo: Frame Relay sobre ATM);
UBR: serviço confiável de melhor esforço (e-mail, transf. dearquivos, interconexão de LANs);
ABR: serviço com banda variável para aplicações similares àsacima.
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Qualidade de Serviço (QoS)
A especificação de gerência de tráfego do ATM Fórum define seisparâmetros 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: CellDelay 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: SeverelyErrored Cell Block Ratio);
6. Taxa de Células Incorretamente Inseridas (CMR: Cell Misinsertion Rate).
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Qualidade de Serviço (QoS)
Dos seis parâmetros de QoS, apenas três são negociados com arede: maxCTD, peak-to-peak CDV e CLR. Os demais parâmetrosnão são negociados, sendo computados apenas para fins demonitoramento e gerência de rede.
Importante: parâmetros de QoS são negociados/computados paracada sentido da conexão, e se constituem de uma média ao longodo tempo.
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QoS: Parâmetro maxCDV
t1: início da transmissãodo primeiro bit da célula
t2: fim da recepçãodo último bit da célula
lado emissor lado receptor
CDV = t2 - t1
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QoS: Parâmetro peak-to-peak CDV
T
maxCTD
Densidade deProbabilidade
atraso fixo T
peak-to-peak CDV
célulasatrasadas
α
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QoS: Parâmetro CLR
Células perdidas
Total de células transmitidasCLR =
Célula perdida: célula gerada pelo emissor enunca recebida pelo receptor.
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QoS: Parâmetro CER
Células recebidas com erro
Total de células recebidasCER =
Célula recebida com erro: células descartadas porincorreção detectada no campo HEC.
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QoS: Parâmetro SECBR
Número de blocos severamente corrompidos
Número total de blocos transmitidosSECBR =
Um bloco é difinido como como o conjunto de célulastransmitidas entre duas células OAM consecutivas. O blocoé definido como severamente corrompido quando umpercentual das células do bloco forem perdidas, recebidascom erro ou mal-inseridas.
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QoS: Parâmetro CMR
Células mal-inseridas
Intervalo de tempoCMR =
Células mal-inseridas: células recebidas por umaconexão mas não transmitida através da mesma.
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QoS: Contrato de Tráfego
Um Contrato de Tráfego descreve os parâmetros de QoSnegociados com a rede para uma dada conexão. Estesparâmetros 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 aseguir (os descritores de tráfego da fonte).
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QoS: Descritores de Tráfego da Fonte
Taxa Sustentável de Célula (SCR: Sustainable Cell Rate) - aquantidade média de células por unidade de tempo que afonte pode emitir.
Taxa de Pico de Célula (PCR: Peak Cell Rate) - aquantidade máxima de células por unidade de tempo qua afonte pode emitir durante um surto de tráfego (PCR > SCR).
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QoS: Descritores de Tráfego da Fonte
Taxa Mínima de Célula (MCR: Minimum Cell Rate) - a quantidademédia de células por unidade de tempo que a fonte necessita parao seu correto funcionamento.
Tamanho Máximo de Rajada (MBS: Maximum Burst Size) - aquantidade máxima de células que a fonte pode emitir à taxa PCRdurante um surto de tráfego (rajada).
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QoS: Descritores de Tráfego da Fonte
Células por segundo
tempo
MCR
PCR
SCR
rajada
MBS
Taxa de células emitida pela fonte
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QoS: Descritores de Tráfego daConexão
Um Descritor de Tráfego de Conexão é composto de trêscomponentes (para cada sentido da conexão):
1. um Descritor de Tráfego da Fonte, utilizado no Controle deAdmissão - CAC;
2. uma estimativa do parâmetro peak-to-peak CDV (CDVT: CellDelay Variation Tolerance);
3. uma definição de conformidade de tráfego--política para Controlede Parâmetros de Utilização (UPC).
CDVT não é sinalizado atualmente mas ajustado via gerência de rede ou intrínseco ao equipamento.
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QoS: Especificação de Contrato deTráfego
Uma Especificação de Contrato de Tráfego é o elemento utilizadopara negociar as características da conexão através da UNI. Estaespecificação consiste de um Descritor de Tráfego da Conexão eos parâmetros de QoS segundo a tabela a seguir.
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QoS: Especificação de Contrato de Tráfego
Descritor deTráfego da Fonte
Tol. da Variação do Atraso (CDVT)
Parâmetros deQualidade de Serviço
Mecanismo de Feedback
Categoriade Serviço
PCR
SRCMBS
MCR
CBR rt-VBR nrt-VBR UBR ABR
X
X
X X XX
X
X
X
X
XXX
Max CTD
Peak-to-peakCDV
CLR
X
XXX
XXX
X
(1) (2)
(3)
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.
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Determinação de Conformidade(Policiamento) de Tráfego
Determinação de Conformidade (Policiamento) de Tráfego é oprocedimento pelo qual um comutador ATM determina se o tráfegoproduzido por uma fonte numa dada conexão está emconformidade com o contrato estabelecido para a conexão. Oalgoritmo para esta determinação não é normatizado.
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Policiamento de Tráfego via Algoritmo GCRA
GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) é um procedimento tipoLeaky 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
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Algoritmo GCRA
X’ = X - (ta(k) - LCT)
X’ < 0
X’ = 0X’ > L
X = X’ + ILCT = ta(k)
NÃO
SIM
NÃO
Célula nãoconforme
Célula emconformidade
SIM
ta(k) tempo
chegada dacélula k
ta(1)
chegada daprimeira célula
aberturada conexão
X = 0LCT = ta(1)
t0
evento
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Algoritmo GCRA
Os parâmetros I e L são determinados em função dos parâmetrospresentes na Especificação de Contrato de Tráfego.
Para cada sentido da conexão duas instâncias do algoritmodetermina se cada célula está em conformidade ou não com operfil negociado nas seguintes situações:
• pico de tráfego, onde a variação máxima do atraso (peak-to-peak CDV) deve ser mantida dentro de certo limite;
• tráfego sustentado, onde as rajadas devem se limitar aosvalores negociados.
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Algoritmo GCRA
Pico de tráfego: GCRA(T, CDVT), onde T = PCR-1
Tráfego sustentado: GCRA(Ts, τs), onde:
SCR
1Ts =
τs = (MBS - 1)/(Ts - T)
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Algoritmo GCRA - Exemplo 1
CDVT
1 2 3 4 5 6 7 8
T
1
2
3
0
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Algoritmo GCRA - Exemplo 2
CDVT
1 2 3 4 5 6 7 8
T
9
célula não conforme
1
2
3
0
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Controle de Parâmetros de Utilização (UPC)
UPC é um procedimento que tem por objetivo evitar que um tráfego nãoconforme numa dada conexão degrade o desempenho de outrasconexões. Quando uma célula é tida como não conforme (pelo algoritmoGCRA, 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 daConexão.
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UPC: Marcação de Células
CLP=0 GCRA0
GCRA0+1CLP=1 CLP=0+1
descarte
descarte
CLP=0 GCRA0
GCRA0+1CLP=1 CLP=0+1
descarte
CLP=1
marcação
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Controle de Admissão (CAC)
CAC é o procedimento que a rede utiliza para determinar se umaconexão pode ou não ser estabelecida. Este procedimento utiliza asinformações 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 doGCRA, marcação de células, etc.);
• os recursos necessários à conexão (buffers, capacidade de portas,etc).
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CAC: Procedimento
Um procedimento CAC típico utiliza técnicas oriundas da teoria de filaspara estimar de forma conservadora a banda requerida por umaconexão. 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.
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CAC: Alocação de Capacidade à Portas
CBR PCR
VBR SCR
ABR MCR
VBR PCR UBR
ABR
capa
cida
de d
a po
rta
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Moldagem de Tráfego
Moldagem de Tráfego é uma atividade complementar aopoliciamento de tráfego que visa “aplainar” o tráfego num perfilmais homogêneo evitando assim a “compactação” de células(a causa principal da variação do atraso).
Moldagem de tráfego se dá por sentido de conexão e nãodeve permitir a violação dos parâmetros de QoS já negociadospara a conexão.
O procedimento padrão para moldagem de tráfego utiliza oalgoritmo Token Bucket.
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Moldagem de Tráfego: Algoritmo TokenBucket
Geradorde Tokens
ρ tokens/s
β tokens
K célulasPort deentrada
Port desaída
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Descarte de SDUs
Descarte de SDUs (Service Data Units), quandoimplementado ou disponibilizado, visa o descarte detodo o segmento de dado que teve uma de suas célulasdescartadas (evitando assim o transporte inútil dasdemais células deste segmento).
Este procedimento utiliza o campo PTI para determinaros limites do SDU da camada de adaptação tipo 5(indicador AAI: ATM-user-to-ATM-user Indication).
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O Serviço ABR
O serviço ABR (Available Bit Rate) tem por objetivo permitir autilização da banda “momentânea” disponível na rede por partedas aplicações que não possuam requisitos rígidos de QoS.
O Descritor de Tráfego da Fonte para o serviço ABR estipulauma banda mínima (MCR, evenualmente zero) e máximapermitida (PCR). O serviço oferece baixa taxa de perda decélulas para o tráfego em conformidade (ABR não contemplamarcação de células).
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ABR: Mecanismo de Feedback
processacélula RM
congestionamento
adaptatráfego
Fonte Nós Intermediários Destino
Célula RM “forward”
Célula RM “forward” com indicativo de congestionamento
Célula RM “backward” com informação para adaptação de tráfego
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ABR: Mecanismo de Feedback
O mecanismo de feedback do serviço ABR considera trêsparâmetros, além de MCR e PCR:
• Taxa Permitida de Célula (ACR: Allowed Cell Rate): o valorcorrente da banda permitida para a fonte;• Taxa Inicial de Célula (ICI: Initial Cell Rate): o valor inicial paraACR;• Fator de Incremento de Taxa (RIF: Rate Increase Factor):incremento sobre ABR (fração de PCR) que a fonte pode utilizarcaso não haja indicativo de congestionamento.
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ABR: Mecanismo de Feedback
O mecanismo de feedback transporta as seguintes variáveis emcélulas RM (Resource Management):
• Indicador de Congestionamento (CI: Congestion Indicator):indica a presença de congestionamento no caminho da conexãoABR;• Não Incremento (NI: No Increase): proibe a fonte de aumentarsua taxa de transferência de células;• Taxa Explícita de Célula (ER: Explicit cell Rate): indica a taxa detransferência de célula que a fonte deve utilizar.
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ABR: Nó Fonte
CI = 0NI = 0 ECR > MCR CI = 1
NI = 1ECR < MCR
PCR
MCR
ICR
ECR
RIF x PCR
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ABR: Nó de Destino
O nó de destino “rebate” as células RM recebidas da fontealterando a direção de “forward” para “backward”. Caso acélula traga um indicativo de congestionamento no campoPTI do cabeçalho da célula, o indicador CI é ativado nacélula “backward”.
Caso o nó de destino se encontre em situação desobrecarga, o mesmo poderá:• ativar o indicador NI impossibilitando a fonte de aumentarsua taxa;• reduzir explicitamente o tráfego via ER.
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ABR: Nós Intermediários
Um nó intermediário repassa células RM sem mudanças caso omesmo não se encontre em situação de sobrecarga. Caso contrárioo nó poderá:
• ativar o indicador de congestionamento “forward” do campo PTI docabeçalho da célula;• ativar os campos CI e/ou NI;• gerar células RM “backward” com os valores de CI, NI e ERadequados à sua condição de carga.
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ABR: Células RM
Cabeçalho ATM
Identificador de Protocolo
Tipo de Mensagem
Taxa Explícita de Célula (ER)
Taxa Mínima de Célula (MCR)
CRC-10
5
1
1
2
Taxa Corrente de Células2
Reservado ounão Utilizado
10 bits
Direção
BECN
CI
NI
Reservado ounão Utilizado
1
1
1
4
1
bits
octetos
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A Camada de Adaptação
A camada de adaptação ATM (AAL: ATM Adaptation Layer) é ocomponente que dá às redes ATM sua característica multiserviço.Esta camada “adapta” as necessidades das aplicações aosserviços 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.
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Tipos de Camadas de Adaptação
A arquitetura B-ISDN define quatro tipos de camada deadaptação:
• 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.
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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 deadaptação. A diferenciação destas classes se dá através dosqualificativos:
• sincronismo fonte/destino (requerido ou não requerido)
• taxa de bit (constante ou váriável);
• orientado a conexão ou sem conexão.
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AAL: Classes de Serviço
Sincronismo Fonte/Receptor
Taxa de Bit
Orientado à Conexão
A B C DClasses
Requerido Requerido Não Requerido Não Requerido
Constante Variável Variável Variável
Sim NãoSim Sim
Serviço da camada ATM CBR nrt-VBRrt-VBR UBR/ABR
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AAL: ArquiteturaAAL-IDU
AAL-UNITDATA
AAL-ICI AAL-SDU
AAL-SAP
AAL-SDU
CABEÇALHO CARGA FECHOSSCS-PDU
CPCS-SDU
CABEÇALHO FECHOCARGACPCS-PDU
CPCS-UNITDATA
SAR-UNITDATA
SAR-SDU
C CARGA F
ATM-SAP
ATM-DATA
SAR-PDU
ATM-PDU (CÉLULA)
SS
CS
CP
CS
SA
R
CA
MA
DA
DE
AD
AP
TA
ÇÃ
O
CAMADA ATM
APLICAÇÃO
CAB. CARGA
C CARGA F C CARGA F
CAB. CARGA
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AAL: Subcamada de Segmentação e Remontagem(SAR)
A subcamada SAR fragmenta e remonta SDUs dasubcamada de convergência. Os fragmentos sãotransportados em células ATM através de conexãoATM com a entidade SAR remota.
Um protocolo de segmentação e remontagem é defindopara esta subcamada.
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 147
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.
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AAL: Subcamada de Convergência (CS)
A subcamada de Convergência pode ser subdividida emduas partes:
• Subcamada de Convergência Específica do Serviço(SSCS: Service Specific Convergence Sublayer);
• Parte Comum da Subcamada de Convergência (CPCS:Common Part Convergence Sublayer);
SAR
CPCS
SSCS
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AAL Tipo 1 (AAL1)
AAL1 foi concebida para o provimento de serviço classe A.Assim sendo, a AAL1 deve receber dados à uma taxaconstante e manter o sincronismo entre fonte e receptor.
AAL1 não subdivide a subcamada de convergência em SSCS eCPCS.
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AAL1: SAR
A subcamada SAR da AAL1 define o seguinte PDU:
CSI CONTADOR DESEQUÊNCIA
CRCx3 + x + 1
PARIDADEPAR
1 3 3 1 47 bytes
CABEÇALHO (8 BITS)
CARGA
bits
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 151
AAL1: Comunicação SAR/CS
ATM-SAP
CABEÇALHO CARGASAR-PDU
PROCESSAMENTODO CABEÇALHO
CORREÇÃO/DETECÇÃODE ERROS
CSI(1 bit)
CONTADOR DESEQUÊNCIA
CSICRCCHECK
SEQUÊNCIA(3 bits)
STATUS(1 bit)
CARGA / CPCS-SDU(47 bytes)
ATM-DATA.indication
SAR
CPCSSAR-UNITDATA.indication
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 152
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.
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 153
AAL1 CS: Modos de Transferência
Modo Estruturado: a subcamada CS recebe um bit ou byte daaplicação (à taxa constante) e gera um SAR-SDU de exatos 47bytes. Os dados recebidos são acomodados no SAR-SDU emsequência, sem vazios.
Modo Não-estruturado: comporta transferência em bytes desegmentos de no máximo 93 bytes. Utiliza dois formatos de SAR-PDU: formato P e formato não-P.
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 154
AAL1 CS: Formatos de SAR-PDUs
CABEÇALHOSAR-PDU
CARGA (dados da camada usuária)
8 bits
CSI= 0
47 bytes
CABEÇALHOSAR-PDU
CARGA (dados da camada usuária)
8 bits
CSI= 1
46 bytes
PONTEIRO
8 bits
FORMATO P: ocorre nos números de sequência 0,2,4,6
FORMATO não-P: ocorre nos números de sequência 1,3,5,7
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 155
AAL1 CS: Exemplo de Transferência Não-estruturada
0
1 17
0
1 17
0
1 17
0
1 17
0
1
2
3
5
4
7
6
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 156
AAL1 CS: Recuperação de Relógio da Fonte
Dependendo da existência ou não de um relógio comum acessíveltando à fonte quanto ao destino, a recomendação ITU-T I.363.1sugere 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 redesíncrona (SDH, por exemplo).
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 157
AAL1 CS: Método do Relógio Adaptativo
SAR
limite inferiorlimite superior
Diminua a taxa de entrega
Aumente a taxa de entrega
Mantenha a taxa de entrega atual
APLICAÇÃOBUFFER
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 158
AAL CS: SRTS
Terminologia:
fs relógio de serviço localfn relógio da rede (por exemplo: 155.52 MHz)fnx relógio derivado do relógio da rede fnx = fn / xN número de ciclos de fs entre duas sincronizaçõesT período entre duas sincronizações T = N * fs-1
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 159
AAL1 CS: SRTS
tolerânciaN ciclos de T segundos
Mmin Mmax
fs
Mnom
2p
Mq
fnx
2(p-1)
tempo
tempo
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 160
AAL1 CS: SRTS
Idéia básica:
SRTS transmite p no campo CSI dos SAR-PDUs de número 1, 3 5e 7. Com o valor de p o receptor ajusta seu relógio de forma a geraros Mq ciclos da fonte em N ciclos de rede.
1/Nfs
1/xfn Contador
de p bits
fnx
T
Latchp (RTS)
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 161
AAL1 CS: Algoritmo
y = N εfs
fnx
2(p - 1) > y
fnx =
fs2k
, k = 0, 1, ...
1 <= fnx/fs < 2
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 162
AAL2
• Define o transporte do tráfego VBR-RT (real-time);
• Trata-se de um protocolo novo ⇒ anteriormente o tráfegoVBR-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 fluxoda camada superior;
– um segundo cabeçalho é utilizado para identificar oinício do fluxo.
• Importância: será utilizado na 3a. Geração da telefoniamóvel (UMTS)
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AmostrasUsuário 1 Usuário 2 Usuário 3
Cabeçalho AAL2 inicial
Segundo cabeçalho AAL247 bytes
48 bytesCabeçalho dacélula ATM
Cabeçalho dacélula ATM
53 bytes
AAL2
Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 164
CID LI UUI HEC
6 bits 5 bits
8 bits 5 bits3 bytes (24 bits)
Usuário 1 Usuário 2
47 bytes
48 bytes
1 bitSN
P6 bits
Offset
1 bit
1 byte
AAL2
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• 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 dofluxo;
– P: bit de paridade;– SN: número de sequência.
AAL2
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AAL Tipo 3/4 (AAL3/4)
AAL3/4 surgiu da união das AAL3 e AAL4. Esta camadade adaptação suporta os serviços classe C e D emaplicações que requerem banda garantida mas semrestrições de tempo real (Frame Relay sobre ATM, porexemplo).
AAL3/4 particiona a subcamada de convergência empartes específica e comum (SSCS e CPCS).
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AAL3/4: SAR
A subcamada SAR da AAL3/4 define o seguinte PDU:
CABEÇALHODA CÉLULA
TIPO DESEGMENTO
NÚMERO DESEQUÊNCIA
MID IT CRCCARGA
44 bytes4 10 10bits 62
Cabeçalho (2 bytes) Fecho (2 bytes)
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AAL3/4: SAR
Tipo de Segmento (TS) - indica a posição do segmento transportadopelo 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 múltiplassessões AAL numa única conexão ATM.
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AAL3/4: SAR
SAR
CPCS
SAR
CPCS
SAR
CPCS
MID = x
MID = z
MID = y
AAL-SAP AAL-SAP
MULTIPLEXADOR
ATM-SAP
Máquina de segmentaçãoe remontagem para MID=x
AAL
ATM
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AAL3/4: CS
A subcamada CPCS define dois modos de troca deinformação:1. Modo de Mensagem: os dados do CPCS-SDU sãopassados à subcamada CPCS numa única operação;2. Modo Stream: os dados do CPCS-SDU são passados àsubcamada CPCS numa sequência de operações.
A subcamada CPCS exige que os dados submetidos sejammúltiplos de 4 bytes.
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AAL3/4: CPCS
A subcamada CPCS da AAL3/4 define o seguinte PDU:
CPIINÍCIO DE
MARCAÇÃO(Btag)
ALINHA-MENTO TAMANHOPAD
1 1
CARGATAMANHO P/
ALOCAÇÃO DEBUFFER (BAsize)
FINAL DEMARCAÇÃO
(Btag)
1 12 20 - 3bytes
Cabeçalho (4 bytes) Fecho (4 bytes)
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AAL3/4: CPCS
O campo CPI (Common Part Identifier) não é utilizadoatualmente.
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 debuffer necessário para processar o PDU e possui valor igualou superior ao tamanho do PDU (dado pelo campo “tamanho”do fecho).
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AAL Tipo 5 (AAL5)
AAL5 visa propiciar um serviço de adaptação de baixooverhead, de fácil implementação e que atenda a uma vastagama de aplicações. AAL5 pode utilizar qualquer conexãoATM, sendo ABR e UBR as mais comuns.
AAL5 vem substituindo a AAL3/4 em muitas das aplicaçõespara as quais a AAL3/4 foi concebida.
AAL5 particiona a subcamada de convergência em partesespecífica e comum (SSCS e CPCS).
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AAL5: SAR
A subcamada SAR é responsável pelo baixo overhead daAAL5. Esta subcamada simplesmente mapeia os parâmetrosda primitiva CPCS-UNITDATA para os parâmetros da camadaATM e vice-versa.
A subcamada SAR da AAL5 define o seguinte PDU:
CARGAPT
SAR-PDU
48 bytes
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AAL5: Comunicação SAR/CPCS
ATM-SAP
SAR-PDU (CARGA)
M (More)LP (Loss Priority)
CARGA / CPCS-SDU(48 bytes)
ATM-DATA.indication
SAR
CPCSSAR-UNITDATA.indication
CABEÇALHO ATM
PTI
CI (Congestion Indicator)
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AAL5: CPCS
A subcamada CPCS da AAL5 transfere dados em múltiplos de48 bytes (máximo de 65.535 bytes) segundo o seguinte CPCS-PDU:
CRCTAMANHOCPCS-UU CPICARGA
0 - 47 4211
Fecho (8 bytes)
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AAL5: CPCS
O campo CPCS-UU transporta de forma transparente 1 bytede dado entre aplicações. A validade deste campo é indicadapelo valor de PTI no cabeçalho da célula ATM (AAI: ATM-user-to-ATM-user Indication).
O campo CPI (Common Part Indicator) é resevado para usofuturo.
OBS: A AAL5 não permite multiplexação de várias sessõessobre uma única conexão ATM.
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AAL: Sumário (AAL1)
AAL1-SDUCPCS-PDU
SAR-PDU
CÉLULA
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AAL: Sumário (AAL3/4)
CPCS-PDU
PAD
FECHO
AAL3/4-SDU
CÉLULA
SAR-PDU
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AAL: Sumário (AAL5)
CPCS-PDU
PAD FECHO
AAL5-SDU
SAR-PDU
CÉLULA