comutadores atm revisão de conceitos mestrado tecnológico...

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4/16/2004 1 Comutadores ATM Mestrado Tecnológico -IPT [email protected] 4/16/2004 2 I - Introdução 4/16/2004 3 Revisão de Conceitos Tipos de Conexão ATM VCC - Virtual channel connection VPC VPC VPC VPC Virtual path connection User A User B ATM A ATM B ATM C 4/16/2004 4 Revisão de Conceitos Virtual Path Switches VCI=14 VPI=5 VPI=7 VPI=4 VPI=9 User A User B VP SW VP SW VP SW 4/16/2004 5 Revisão de Conceitos Virtual Channel Switches VPI=5 VPI=7 VPI=4 VPI=9 User A User B VP SW VC SW VP SW VCI=14 VCI=23 4/16/2004 6 Revisão de Conceitos Translação de VPIs VPI=7 VPI=4 VCI=14 VCI=15 VCI=15 VCI=14 VCI=14 VCI=15 VCI=14 VCI=15

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4/16/20041

Comutadores ATMMestrado Tecnológico -IPT

[email protected]

4/16/20042

I - Introdução

4/16/20043

Revisão de Conceitos

Tipos de Conexão ATM

VCC - Virtual channel connection

VPC VPC VPC VPCVirtual pathconnection

User A User BATM A ATM B ATM C

4/16/20044

Revisão de Conceitos

Virtual Path Switches

VCI=14

VPI=5 VPI=7 VPI=4 VPI=9

User A User BVP SW VP SW VP SW

4/16/20045

Revisão de Conceitos

Virtual Channel Switches

VPI=5 VPI=7 VPI=4 VPI=9

User A User BVP SW VC SW VP SW

VCI=14 VCI=23

4/16/20046

Revisão de Conceitos

Translação de VPIs

VPI=7 VPI=4VCI=14

VCI=15 VCI=15

VCI=14

VCI=14 VCI=15 VCI=14VCI=15

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4/16/20047

Revisão de Conceitos

Comutação VPI/VCI

VPI=7

VPI=7

VCI=14

VCI=15

VCI=23

VPI=10

VCI=88

VCI=14VCI=15

VCI=23

VCI=88

4/16/20048

Revisão de Conceitos

Comutação Espacial e Temporal

a

b

c

d

w

x

y

z

1

2

3

4

4

2

1

3

4 3 2 1a w

1 2 4 3

entrada saída

entrada saída

t TimeSwitch

Space Switch

4/16/20049

II - Tecnologias de Comutação

4/16/200410

Princípio de Comutação

Tabela de TranslaçãoHeader/link

xxyz

xyss

I1I2

In

Cabeçalhos de Entrada

Cabeçalhosde Saída

célula

dado cabeçalho

t

nkk

njl

ggm

O1O2

Oq

dados

filas

4/16/200411

Tabela de Translação

Porta de Entrada

Time slot Porta de Saída

Timeslot

I1 X Y Z

O1 Oq O2

k m l

In x y s

O1 O2 Oq

n i g

4/16/200412

Operação de Roteamento

a

b

c

d

w

x

y

z

Rout.Table

VPI=8

VPI=6

VPI In Port In VPI Out Port Out

6 b 8 z

etcetc etc etc

VPI=Virtual Path Identifier

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4/16/200413

Roteamento e Translação de Cabeçalho

info 4 info 1

info 4 info 1

info 4 info 1

info 4 info 1

a

b

c

d

info

info

info

info

w

x

y

z

info 6 info 7

info 4 info 5

info 6 info 6

info 7 info 8fila

fila

fila

fila

Port in header Port out header

Incomingheaders

Outgoingheaders

a 1 x 5abbc

4 w 6223

yyz

668

Switchingfabric

4/16/200414

Comutador ATM

IM

IM

OM

OM

ATM/SONET

4/16/200415

Comutador ATM

IM

IM

OM

OM

ATM/SONET

ATM/SONET

CAC

Rede de Sinalização

4/16/200416

Comutador ATM

IM

IM

OM

OM

ATM/SONET

ATM/SONET

CAC SM

OS/TMN

4/16/200417

Subsistemas

Módulos de EntradaMódulos de SaídaNúcleo de ComutaçãoControle de Admissão de ConexãoGerenciamento de Sistema

4/16/200418

Módulos de Entrada

Conversão de sinais (óptico->elétrico)Recuperação do fluxo de bits digitaisprocessamento do overhead SONETDelineamento de CélulasDesacoplamento de Taxas de CélulasPreparação das células p/ o roteamento

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4/16/200419

Módulo de Entrada (cont.)

Preparação p/ roteamento:– verificação de erro no HEC– validação e translação dos valores VPI/VCI– determinação da porta de saída destino– possível sorting das células de sinalização

(gerenciamento) e roteamento p/ o CAC (SM)– controle de parâmetros de uso/rede p/ cada VPC/VCC a

ser policiado– Adição de um tag interno

4/16/200420

Módulos de Saída

Remoção e Processamento do tag interno de cada célulaPossível translação dos valores VPI/VCIgeração do campo HECPossível inserção das çélulas de sinalização e gerenciamentoDesacoplamento da taxa de célulasmapeamento das células no campo de dados do SONETgeração do overhead SONETConversão de sinais (elétrica-> óptica)

4/16/200421

Núcleo de Comutação

Armazenamento de células (buffers)Concentração e Multiplexação de TráfegoRedundância p/ tolerância a falhasMulticasting ou broadcastingEscalonamento de Células baseado em prioridades de atrasoDescarte seletivo de células baseado em prioridades de perdamonitoração de congest. e ativação de EFCI

4/16/200422

Controle de Admissão de Conexão

Funções: estabelecimento, modificação e terminação de conexõesprotocolos de sinalização de alto nívelnegociar contrato de tráfego com usuáriosrequerindo novos VPCs/VCCsalocação de recursos p/ VPCs/VCCs, incluindo rotageração de parâmetros UPC/NPC

4/16/200423

Gerenciamento de Sistemas

OAM a nível físico e a nível ATMGerenciamento de configurações dos componentes do comutadormedição de uso dos recursos p/ bilhetagemgerenciamento de tráfegoadministração de uma base de informações de gerenciamentointerface c/ sistemas de operações ou TMNsuporte de gerenciamento de rede

4/16/200424

Núcleo de Roteamento

Componentes:– Buffers + Cell Switch Fabric

Dificuldades– Multicasting, Tolerância a Falhas, Prioridades de atraso

e perdaTipos básicos– memória compartilhada, meio compartilhado, crossbar,

totalmente interconectado, divisão espacial

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4/16/200425

Disciplinas de Enfileiramento

Enfileiramento de Entrada

Filas de Entrada Lógica deArbitração

Switching TransferMedium

1 1

N N

4/16/200426

Enfileiramento de Saída

SwitchingTransferMedium

Filas deSaída

1 1

N N

4/16/200427

Enfileiramento Central

12

N

12

N

Fila CentralSW TransferMedium 1

SW TransferMedium 2

4/16/200428

Memória Compartilhada

controle

switchmux demux

4/16/200429

Características

A favor:– melhor utilização de recursos

Contra:– velocidade requerida de memória– idem, controlador de memória– dificuldade na implementação de broadcast/multicast

Ex. – Hitachi – AT&T GCNS-2000

4/16/200430

Barramento Compartilhado

BarramentoEntradas/

saídas

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4/16/200431

Características

Tipos de Meio Compartilhado:– barramento– múltiplos barramentos– anel

facilidade de implementação de multicastEx:

– IBM’s PARIS, NEC’s ATOM, IBM’s plaNET, NET Adaptive’s ATMX, Fore System’s ASX-100, Siemens’s EWSM

4/16/200432

Crossbar

saídas

entradas

4/16/200433

Totalm/ Interc. (Knockout SW)

FIFO

concentrador

saídas

entradas

4/16/200434

Características

Suporte a multicast/broadcastenfileiramento de saídatodo o HW opera à mesma velocidade; filtros de endereçose filas operando na velocidade das portasboa escalabilidadeEx:

– Fujitsu’s bis matrix switch– célula de comutação do Fujitsu FETEX-150– GTE Government System’s SPANet

4/16/200435

Divisão Espacial

4/16/200436

Características

Elevada Escalabilidadebaseado em redes de interconexão multiestágio(MIN’s), especialmente do tipo BanyanEx:

– Bellcore Sunshine– Newbridge 36150 MainStreet– SynOptics LattisCell– Alcatel 1100

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4/16/200437

3-stage folded delta network1

0111110

011010

101

100

001

000

4/16/200438

Resolução Endereços

1111110

011010101

100

001

000

010

0

4/16/200439

Problema: Bloqueio Interno1

111110

011010101

100

001

000

010

0

011

4/16/200440

Bloqueio Interno

Soluções:– armazenadores (buffers) – adição de uma rede de ordenamento (sorting)– recirculating buffer– uso de MIN’s c/ múltiplos caminhos

múltiplos BanyansBenesClos

4/16/200441

Múltiplos Caminhos - Parallel Banyan Switch

4/16/200442

III - Tipos de Comutadores

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4/16/200443

Funções do Comutador

3 Funções Básicas:– Roteamento de células (comutação espacial)– enfileiramento de células– translação de cabeçalhos (comutação de cabeçalhos)

4/16/200444

Funcionalidades Básicas

Comutação– transporte dos campos de informação

roteamento - “comutação espacial”– translação dos cabeçalhos

analogia com “comutação temporal”

Concentração/Multiplexação– MULTIPLEXAÇÃO: “merging”estatístico dos diferentes canais virtuais (cell streams)

num único stream ATM.

Expansão/DemultiplexaçãoBuffers

4/16/200445

Definições

Switching Fabric– SW Fabr = Blocos Básicos Comut. + topol.

Bloco Construtivo Básico de Comutação– Blocos Básicos Comut.= elementos de comutação

Sistema de Comutação– Em geral -> Sist. Com. = Comutador ATM

4/16/200446

IV - Requisitos de Comutação

4/16/200447

Taxas de Informação

Transportar diversos tipos de informação com diferentes requisitos de banda:– dezenas de kilobits -> centenas de megabits– ex:

telecontrole: dezenas de kilobitstransmissão HDTV: 150 Mbit/s

4/16/200448

Suporte a Broadcast/Multicast

Diferentemente dos comutadores clássicos STM e de pacotes, os comutadores ATM devem proversuporte a:– broadcast– multicast

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4/16/200449

Desempenho

throughputprobabilidade de bloqueiotaxa de erro de bitsatraso de comutação: 10 - 1000 usprobabilidade de inserção/perda de células (*)

– perda no comutador: 10-8 a 10-11

– erro de inserção: ~ 1000 X menor do que prob. de perda de cel.jitter no atraso (*): < 100 us

(*) características próprias dos comutadores ATM

4/16/200450

V - Blocos Construtivos Básicos

4/16/200451

Parâmetros de Implement.

Tamanho das Filas– depende dos req. desemp. (cell loss ratio; load; delay) e princípio de

enfileiramento

Velocidade da Memória– depende do princípio de enfileiramento, tamanho (N) e velocidade dos links

de entrada e saída

Controle da Memória– depende principalmente do princípio de enfileiramento

4/16/200452

Elem. Com. Knockout

Broadcast Buses

Inputs

Outputs

12

N

1 2 N

Interfaces c/ Barram.

4/16/200453

Interface c/ Barramento

1 2 L

concentrador

deslocador

1 2 L

1 2 3 N

CellBuffer

Filtros deCélulas

BufferCompartilhado

Entradas

1 saída

4/16/200454

Concentrador1 2 3 4 5 6 7 8

D D D

Outputs

Inputswinner looser