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Introdução à Introdução à Tecnologia ATMTecnologia ATM

Marco Antônio Chaves Marco Antônio Chaves CâmaraCâmara

LOGIC Engenharia LtdaLOGIC Engenharia Ltda

mcamara@logicsoft.com.brmcamara@logicsoft.com.br

Agenda do Tutorial

• Aplicações & Banda Larga

• Introdução ao ATM

• Configuração e Modelo de Referência

• As Camadas

• Outras Características

Aplicações & Banda Larga

• Sistemas de Comunicação Típicos

• O que é “banda larga” ?

• Tipos de serviço

• Classes de Tráfego

• Tipo de serviço define requisitos do meio de comunicação

• Redes hoje & Aplicações para banda larga

Sist. de Comunicação Típicos

• Voz– Rede telefônica

• Transmissão de Dados– Redes de pacotes

• Vídeo– TV a cabo e broadcast

• Para unificar os ambientes ?

Que é Serviço de Banda Larga ?

•Todo serviço que exige canais de comunicação capazes de suportar taxas superiores às taxas primárias do RDSI-FE– Chamada também de broadband– Acesso Primário RDSI-FE (Redes Digitais de Serviços

Integrados - Faixa Estreita)

•T1 = 1,544 MBps

•E1 = 2,048 MBps

•Também chamada de B-ISDN

Serviço Conversacional

•Transferência fim-a-fim em tempo real;

•Vídeo-conferência

Serviço de Recuperação

•Recuperação remota de informações

•Vídeo-texto, video-on-demand

Serviço de Mensagem

•Armazenamento temporário de mensagens–Store-and-forward

•Não são em tempo real

•Correio de vídeo & Correio multimídia

Serviço de Distribuição

•Sem controle–Broadcasting : cotação de bolsas, TV etc

•Com controle–Acesso a documentos selecionados; locação de vídeos

Características Específicas

•Longos

•Altas taxas

•Transferência contínua

•Sincronismo

Características Específicas

•Longos– Serviços de Banda larga geralmente

envolvem grande quantidade de informação.

•Altas taxas

•Transferência contínua

•Sincronismo

Características Específicas

•Longos

•Altas taxas– Além da grande quantidade, as

informações precisam ser entregues em um tempo reduzido.

•Transferência contínua

•Sincronismo

Características Específicas

•Longos

•Altas taxas

•Transferência contínua– Alguns serviços exigem a

transferência constante de informação, como no caso do áudio, por exemplo.

•Sincronismo

Características Específicas

•Longos

•Altas taxas

•Transferência contínua

•Sincronismo– Exige-se que os tempos de

apresentação correspondam ao tempo da origem, ou mesmo que dois tipos diferentes de informação estejam sincronizadas.

Um exemplo : TV

•Televisão comum– Normal = 120 MBps

– Comprimido = 3 a 6 MBps

•Televisão - estúdio– Normal = 216 MBps

– Comprimido = 10 a 30 MBps

•Televisão de alta resolução– Normal = 1500 MBps

– Comprimido = 20 a 30 MBpsFonte : IEEE Communications Magazine, Abril 1992

Classes de Tráfego

•CBR

•Rajadas (bursty)

•VBR

Classes de Tráfego

•CBR–Constant Bit Rate

–Contínuo e constante

–Taxa média = Taxa de pico

•Rajadas (bursty)

•VBR

Classes de Tráfego

•CBR

•Rajadas (bursty)–Períodos de pico intercalados

com silêncio (nenhum tráfego)

–Taxa média não tem significado

•VBR

Classes de Tráfego

•CBR

•Rajadas (bursty)

•VBR–Variable Bit Rate

–Contínuo, porém variável

Tráfego por Aplicação

•Texto

•Imagem Fixa

•Áudio

•Vídeo

Tráfego por Aplicação

•Texto–Bursty

–Baixa tolerância a erros

–Sincronismo não é crítico

•Imagem Fixa

•Áudio

•Vídeo

Tráfego por Aplicação

•Texto

•Imagem Fixa–Bursty

–Sincronismo não é crítico

–Erros em imagens matriciais

–Erros em imagens vetoriais

•Áudio

•Vídeo

Tráfego por Aplicação

•Texto

•Imagem Fixa

•Áudio–CBR

–Sensível ao sincronismo

–Sensibilidade média a erros

•Vídeo

Tráfego por Aplicação

•Texto

•Imagem Fixa

•Áudio

•Vídeo–CBR

–Sincronismo crítico

–Baixa sensibilidade a erros

Aplicações Especiais

•Técnicas críticas para o tratamento de erros– Compressão (eliminam-se dados

desnecessários)

– Compactação (não se eliminam dados)

– Interpretação automática dos dados (medicina)

•Prioridade de perda– Aplicação estabelece o que pode ser

desprezado em situações críticas

Redes hoje & Broadband

•Ausência de Sincronismo

•Dificuldades para tráfegos contínuos

•Desempenho cai com o aumento de tráfego

EthernetEthernet

Redes hoje & Broadband

•Tratamento de prioridades existe, mas não é perfeito

•Não há garantia de sincronismo

•Dificuldades para tráfego em rajada

TokenRing

Redes hoje & Broadband

•Taxa de transferência elevada

•Não há garantia de sincronismo, exceto no FDDI II

FDDI

Agenda do Tutorial

• Aplicações & Banda Larga

• Introdução ao ATM

• Configuração e Modelo de Referência

• As Camadas

• Outras Características

Introdução ao ATM

•Histórico

•Comutação Rápida

•RDSI-FL

•Limitações do STM

•SDH

•ATM - Solução ?

? ?

?

?

Histórico do ATM

• Integração de serviços surge quando as redes de telefonia evoluiram para a comunica-ção de dados;

• Comutação de circuitos é substituída pela comutação de pacotes;

• Multiplexação no tempo e transmissão síncrona. O TDM já previa integração dados/voz;

1962

1962

19621996

Histórico do ATM

• RDSI introduz o conceito da comunicação digital de ponta a ponta;

• Começa-se a analisar a integração da RDSI às redes atuais;

• Frame-relay reduz o tempo de chaveamento, através da simplificação do processo;

• Tecnologia cell-relay promete mais velocidade e integração facilitada

1962

1962

19621996

Histórico do ATM

• ATM Forum– Criação em 1991:

• Adaptive Corporation

• Cisco System, Inc.

• Sprint Corporation

• Northern Telecom Ltd.

• 1992 - 1ª Versão UNI

• 1993 - UNI 3.0

• 1994 - Classical IP and ARP over ATM (IETF)

1962

1962

19621996

Comutação Rápida

Rede Rede

•A idéia :– Simplificar o trabalho da camada de

enlace, passando suas funções para as camadas superiores;

– Eliminar a camada 3 para o fluxo nominal.

Física

Enlace

Comutação Rápida

Rede Rede

• Implementando :– Reduzem-se as funções das camadas 2 e 3

controles passam a funcionar fim a fim (transporte);

– Informações de sinalização seguem por circuitos virtuais separados;

– O roteamento é feito no momento da conexão (criação do circuito virtual).

Física

Enlace

Comutação Rápida

Rede Rede

• Implementando :– Reduzem-se as funções das camadas 2 e 3

controles passam a funcionar fim a fim (transporte);

– Informações de sinalização seguem por circuitos virtuais separados;

– O roteamento é feito no momento da conexão (criação do circuito virtual).

Física

Enlace

A existência do A existência do linklink virtual virtual vai garantir que, após ovai garantir que, após oestabelecimento da conexão, todas as informaçõesestabelecimento da conexão, todas as informaçõesposteriores sejam encaminhadas sem roteamento.posteriores sejam encaminhadas sem roteamento.

Comutação Rápida

Rede Rede

•As técnicas :– Unidades de informação com tamanho

variável•Frame Relay

– Unidades de informação com tamanho fixo•Cell Relay

Física

Enlace

RDSI-FL

•Faixa Larga– Também conhecida como B-ISDN

•Baseada na tecnologia cell-relay

•Objetivos– Oferecer gama ampla de serviços

– Interfaces de acesso padronizadas

Limitações do STM

•O que é STM ?

•Os canais

•Estruturas de Acesso

•Atendendo ao RDSI-FL

STMSTM

O que é STM ?

•Synchronous Transfer Mode

•Linhas de transmissão são canais síncro-nos multiplexados no tempo (TDM)

•Modo de transferência utilizado pelo RDSI-FE (Seria possível usá-lo para o RDSI-FL ?)

Os canais

•Canal B = 64 KBps

•Canal D = 16, 64 KBps

•Canais H Canais Hierarquia(MBps)

2048 1544 H0 384 KBps

H1 1920 KBps 1536 KBps

H2 32.768 KBps 43.000~45000

H4 132.032~138.240

Estruturas de Acesso

•Acesso Básico– Dois canais B + um canal D (16 KBps)

– Taxa de 192 KBps

•Acesso Primário– T1: 23 canais B + um canal D (64 K)

– E1: 30 canais B + um canal D (64K)

•Acesso com canais H ?– Problemas de gerenciamento de canais

– Necessidade de alta velocidade no chaveamento de canais provocaria perda de performance

Atendendo ao RDSI-FL

•Se simplificarmos o chaveamento– Perda da capacidade de transmissão dos

canais

•Se utilizarmos totalmente os canais– Chaveamento complexo causa perda de

performance

– Esquemas alternativos novamente geram mais complexidade

SDH

•Hierarquias digitais

•Os diferentes padrões

•Unificação dos padrões

•SDH & SONET

SynchronousSynchronousDigitalDigital

HierarchyHierarchy

Hierarquias Digitais

• Confome mostrado na figura, diversos sinais básicos são multiplexados em cascata, com cada saída representando um nível hierárquico diferente

• Níveis hierárquicos superiores exigem meios físicos com maior banda de passagem

• Multiplexação normalmente não atende a um padrão muito claro (definida pelos fabricantes)

SinaisBásicos

Os diferentes padrões

•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :

–Americana - T1

–Européia - E1

– Japonesa

•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Os diferentes padrões

•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :

–Americana - T1

–Européia - E1

– Japonesa

•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Nível Taxa (em MBps)1 1.544 2 6.312 3 44.736 4 274.176

Os diferentes padrões

•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :

–Americana - T1

–Européia - E1

– Japonesa

•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Os diferentes padrões

•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :

–Americana - T1

–Européia - E1

– Japonesa

•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Nível Taxa (em MBps)1 2.048 2 8.448 3 34.368 4 139.264

Os diferentes padrões

•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :

–Americana - T1

–Européia - E1

– Japonesa

•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Os diferentes padrões

•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :

–Americana - T1

–Européia - E1

– Japonesa

•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Nível Taxa (em MBps)1 2.048 2 6.312 3 32.064 4 97.728

Unificação dos padrões

•Esforço do BBTG (BroadBand Task Group) do ITU-T

•O SDH seria padrão para a RDSI-FL

•A Bell havia criado um padrão para hierarquiais digitais e multiplexação

SDH

SDH & SONET

•O padrão da Bell (SONET) é aprovado para a NNI, e depois para a UNI

•Taxa Básica de 51,84 MBps do SONET vira 155,52 no SDH

155,52 MBps

51,84 MBps

6,312 MBps

1,544 MBps 2,048 MBps

x4 x3

x7

x3

ATM - A solução ?

•Assynchronous Transfer Mode

•Baseada em pequenas células de 53 bytes

•Suporta diferentes tipos de tráfego, com alta taxa de transferência

•Escolhido como modo de transferência para a RDSI-FL

Agenda do Tutorial

• Aplicações & Banda Larga

• Introdução ao ATM

• Configuração e Modelo de Referência

• As Camadas

• Outras Características

Config. de Referência

•Define o ambiente do usuário, ou melhor, a conexão do usuário à rede. Esta interface é chamada de UNI (User Network Interface)

RedeUNIUNI

Config. de Referência

•Define o ambiente do usuário, ou melhor, a conexão do usuário à rede. Esta interface é chamada de UNI (User Network Interface)

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB TTBB UUBB

Config. de Referência

•Os blocos representam funções realizadas por equipamentos presentes no ambiente do usuário.

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB TTBB UUBB

Config. de Referência

•Entre os blocos estão os pontos de referência, que são as interfaces entre equipamentos. A interface com o usuário não é representada.

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB TTBB UUBB

?

?

Config. de Referência

•Do lado direito da figura, conecta-se a linha de comunicação, que interliga o ambiente de usuário ao resto da rede.

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

Rede

RRBB SSBB TTBB UUBB

Config. de Referência

•NT1 - Network Terminal 1

•Representa a camada 1 da rede

•Uma interface TB para conexão com NT2

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB TTBB UUBB

Config. de Referência

•NT2 : MUX/DEMUX de células

•Permite a concentração de vários equipamen-tos, como podemos ver na figura

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB TTBB UUBB

Config. de Referência

• Interfaces S e T são definidas pela norma UNI

•É obrigatória a obediência aos padrões estabelecidos na norma

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB TTBB UUBB

Config. de Referência

•TE1 (Terminal Equipment) - terminal que aten-de às condições especificadas no ATM-UNI

•Não é necessária conversão para acesso ao NT2

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB TTBB UUBB

Config. de Referência

•TE2 - terminal que não atende às condições especificadas no ATM-UNI

•É necessária a conversão para acesso ao NT2

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB TTBB UUBB

Config. de Referência

•TA (Terminal Adapter) - Adapta a interface do terminal TE2 ao padrão UNI exigido pelo NT2.

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB TTBB UUBB

Config. de Referência

B-TE1 B-NT2 B-NT1

B-TE2 B-TA

RRBB SSBB

{TTBB UUBB{ {

UNI

PúblicaPrivada

Modelo de Referência

•Define quatro planos– Gerência Planos

– Gerência Camadas

– Controle

– Usuário

Modelo de Referência

•Gerência dos Planos– Não está dividido

em camadas

– Faz o gerenciamento de todos os planos, inclusive o próprio

Modelo de Referência

•Gerência das Camadas– Trata do fluxo de

informações de operação e manutenção de cada camada

– Gerenciamento de recursos e parâmetros de protocolos

Modelo de Referência

•Plano de Controle– Sinalização de

conexões

– Funções de controle

Modelo de Referência

•Plano do Usuário– Dividido em

camadas

– Transferência da informação propriamente dita entre os usuários

Agenda do Tutorial

• Aplicações & Banda Larga

• Introdução ao ATM

• Configuração e Modelo de Referência

• As Camadas

• Outras Características

As Camadas

•Camada de Adaptação

•Camada ATM

•Camada Física

As Camadas

•Camada de Adaptação– Primeira camada fim-a-fim no ATM

– AAL (ATM Adaptation Layer)

– Dividida nas subcamadas CS e SAR•CS (Convergência)

•SAR (Quebra e Remontagem)

•Camada ATM

•Camada Física

As Camadas

•Camada de Adaptação

•Camada ATM– Comum aos planos de controle e usuário

– Presente em todos os equipamentos da rede

– Não possui subcamadas

•Camada Física

As Camadas

•Camada de Adaptação

•Camada ATM

•Camada Física– Comum aos planos de controle e usuário

– Presente em todos os equipamentos da rede

– Dividida nas subcamadas TC e PM•TC (Convergência de Transmissão) e PM (Mídia

Física)

A Camada Física

•Como ocorre a Transmissão

•A subcamada TC

•A subcamada PM

Como ocorre a Transmissão

TC recebe umfluxo de células

É gerado o HECdo cabeçalho

O fluxo é trans-formado em bits

São inseridos osdelimitadores

Os bits são en-tregues a PM

Os bits sãotransmitidos

A subcamada TC

•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células

•Geração e verificação do HEC

•Delineamento das células

•Embaralhamento

A subcamada TC

•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células– Preenchimento automático para tráfego

bursty

•Geração e verificação do HEC

•Delineamento das células

•Embaralhamento

A subcamada TC

•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células

•Geração e verificação do HEC– Polinômio gerador : X8 + X2 + X + 1

– Erros no HEC causam descarte da célula•Só a garantia de correção para erros em um bit

•Em fibra ótica, normalmente pode-se corrigir

•Delineamento das células

•Embaralhamento

A subcamada TC

•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células

•Geração e verificação do HEC

•Delineamento das células– Abandonadas as técnicas de padrão de bits e

codificação inválida

– O HEC é usado para sincronismo

•Embaralhamento

A subcamada TC

•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células

•Geração e verificação do HEC

•Delineamento das células

•Embaralhamento– Realizado na parte de dados da célula.

Mantém-se o cabeçalho intacto

– Evita seqüências indesejáveis (0s, 1s e HEC)

A subcamada PM

•Definida pelo ITU-T apenas para a NNI e interface TB da UNI

•Estudos do ITU-T procuram adequar a SB às redes locais já existentes

– Células

– SDH

– FDDI

– etc

A Camada ATM

•As funções da Camada

•Formato da Célula

As funções da Camada

•Adição e remoção do cabeçalho

•Chaveamento e encaminhamento–Campos VPI e VCI do cabeçalho

–Meio Físico contém VPI que contém VCI

•GFC–Controle Genérico do Fluxo

–Presente no cabeçalho apenas na UNI

Formato da CélulaFormato da Célula

CabeçalhoCabeçalho

DadosDados

BytesBytes

GFCGFC VPIVPI

VPIVPI VCIVCI

VCIVCI

VCIVCI PTPT CLPCLP

HECHEC

48 bytes de dados48 bytes de dados

1122334455

5353

Formato da CélulaFormato da Célula

GFC - Generic Flow ControlApenas na UNI

VPI - Virtual Path IdentifierVCI - Virtual Channel

IdentifierPT - Payload TypeCLP - Cell Loss PriorityHEC - Header Error Control

BytesBytes

GFCGFC VPIVPI

VPIVPI VCIVCI

VCIVCI

VCIVCI PTPT CLPCLP

HECHEC

48 bytes de dados48 bytes de dados

1122334455

5353

Formato da CélulaFormato da Célula

• Representam 90% da célula– Header = 10% (Overhead ?)

• Diversos formatos :– Vídeo

– Voz

– Dados

• O tamanho é fixo !

BytesBytes

GFCGFC VPIVPI

VPIVPI VCIVCI

VCIVCI

VCIVCI PTPT CLPCLP

HECHEC

48 bytes de dados48 bytes de dados

1122334455

5353

A Camada de Adaptação

•Classes de Serviços

•Os tipos de AAL

Classes de Serviço

• A AAL utiliza os serviços das camadas inferiores para oferecer serviços com características específicas (classes)

• Atributos permitem modificações no tipo de serviço :– VBR ou CBR

– Presença do Sincronismo

• Cada serviço específico é oferecido por um tipo de AALClasse A Classe B Classe C Classe D

Sincronismo entre Origem e Destino

Obrigatório ObrigatórioNão

obrigatórioNão

obrigatório

Taxa de Transferência Constante Variável Variável Variável

Modo de ConexãoOrient.à Conexão

Orient.à Conexão

Orient.à Conexão

Sem conexão

Camada de Adaptação Utilizada

AAL1 AAL2 AAL3-5 AAL3-5

Os tipos de AAL

•AAL 0

•AAL 1

•AAL 2

•AAL 3/4

•AAL 5

Os tipos de AAL

•AAL 0– Camada AAL não existe

•AAL 1

•AAL 2

•AAL 3/4

•AAL 5

Os tipos de AAL

•AAL 0

•AAL 1– Realiza serviços da classe A

•AAL 2

•AAL 3/4

•AAL 5

Os tipos de AAL

•AAL 0

•AAL 1

•AAL 2– Realiza serviços da classe B. Ainda

não é utilizada

•AAL 3/4

•AAL 5

Os tipos de AAL

•AAL 0

•AAL 1

•AAL 2

•AAL 3/4– Realizam os serviços das classes C e D

– Combinadas durante a definição das normas

•AAL 5

Os tipos de AAL

•AAL 0

•AAL 1

•AAL 2

•AAL 3/4

•AAL 5– Realiza serviços das classes C e D,

porém de forma mais simples

Agenda do Tutorial

• Aplicações & Banda Larga

• Introdução ao ATM

• Configuração e Modelo de Referência

• As Camadas

• Outras Características

Outras características

•Sinalização

•Plano de Gerenciamento

•Plano do Usuário

Sinalização

•Realizada pelo plano de controle

•Estabelece, mantém e libera dinamicamente conexões VCCs e VPCs

•Oferece suporte a configurações ponto-a-ponto, multiponto e difusão

•Permite modificar configurações do tráfego existente

Plano Gerenciamento

•Responsável pelo OAM– Operation, Administration and Maintenance

•Fases existentes :– Monitoração de Desempenho

– Detecção de falhas e defeitos

– Proteção do Sistema

– Informação de falha ou desempenho

– Localização de falhas

Plano Gerenciamento

• ILMI– Interim Local Management Interface

– Define informações que serão coletadas pelos agentes

• Informações da MIB– Camada Física

– VCCs e VPCs

– Estatísticas dos VCCs e VPCs

– Registro de endereços

Plano do Usuário

•Redes Virtuais

• Interconecção entre redes locais e remotas

•Emulação de LAN

• IP over ATM

•Frame Relay over ATM

Agenda do Tutorial

• Aplicações & Banda Larga

• Introdução ao ATM

• Configuração e Modelo de Referência

• As Camadas

• Outras Características

SwitchesSwitches ATM ATM

•As características técnicas

•As aplicações típicas

•Comparativos

Dúvidas ?Dúvidas ?

LogicSoftLogicSoftMarco Antônio C. CâmaraTel. (071) 351-1264FAX (071) 351-1460Internet mcamara@logicsoft.com.br

Detalhes ?

Bibliografia - Livros

• Redes de Computadores2a.Edição - Editora CampusLuis Fernando Gomes SoaresGuido LemosSérgio Colcher

• Emerging Communications TechnologiesUyless BlackPrentice Hall

Detalhes ?

Bibliografia - Livros

• ATM User-Network Interface SpecificationPrentice HallThe ATM Forum

Detalhes ?

Bibliografia - links

http://www.cisco.com/warp/public/614/12.htmlhttp://mmlab.snu.ac.kr/~yjim/research/atm-basics.htmlhttp://www.cs.rutgers.edu/~murdocca/IS/bshaw/basics.html