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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


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;


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;


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;


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


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



• 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;


RDSI-FL: Plano do Usuário

TCP/IP, etc

ATM

FÍSICO

AAL

ATM

FÍSICO

Para usuário remoto

Para usuário remoto

UNI

Plano do Usuário


RDSI-FL: Plano de Gerenciamento

TCP/IP, etc

ATM

FÍSICO

AAL

UNI

Plano de Gerenciamento

TCP/IP, etc

ATM

FÍSICO

AAL


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



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


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;


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:


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


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.


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;


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;


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;


Sinalização e Controle de Tráfego

• Controle de Tráfego– controle de admissão de conexões;– controle de parâmetros de uso;– controle de prioridades;– controle de congestionamento.


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.


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).


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


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;


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


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


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.


Camada Física ATM

VC

VP

VC

VPI=1

VPI=2

VCI=50

VCI=51

VCI=60

1

2

3

4

5

6

Interface Física


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.



• 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;



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


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


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;



• 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;


Delineamento de célula : Delineamento de célula

HUNT

PRESYNC

SYNC

HEC incorretoencontrado

x HECs corretos encontradossucessivamente

HEC corretoencontrado

y HECs incorretosencontradossucessivamente


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.



• 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;


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


Comutação ATM

• Comutador Æ presente na infra-estrutura de comunicaçãodesde as primeiras redes telefônicas;

• Tipos de comutação– Comutação Temporal;– Comutação Espacial.


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;


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.


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);


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


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


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);


• 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


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;


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.


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.


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


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


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;


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.


Comutação Temporal: MemóriaCompartilhada

Memória

Controlador

Lê/Escreve

Cabeçalhos

1

N

1

N

.

.

.

.

.

.


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;


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


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;


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


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;


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;


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.


Comutação Espacial: Comutador Crossbar

Controle


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;


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


Comutação Espacial: ArquiteturaDelta/Banayan

0

1

2

3

4

5

6

7

6

1

110

001


Arquitetura Delta/Banayan: Conflito

5

0

6

2

7

3

1

1

5

1

5

0

4 5

1

4


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;


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.


• 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



Computer Network 3ed. - A. Tanenbaum



Referência: Computer Networks - 3 ed. A. Tanenbaum



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!


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;



• 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;



• 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;



• 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.



• 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.


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.


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.



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.



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 !


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).


Conexões ATM

IPR

IPRPVC

SVC

nuvem ATM

C S


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).


Conexões ATM

caminhovirtual

meio físico

canal virtual


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


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).


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.


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


A Célula ATM (Interface NNI)

VPI

VPI VCI

VCI

VCI PTI CLP

HEC


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.


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


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


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


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.)


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.


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


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.


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.



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.



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.


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).


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.


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).


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.


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


QoS: Parâmetro peak-to-peak CDV

T

maxCTD

Densidade deProbabilidade

atraso fixo T

peak-to-peak CDV

célulasatrasadas

α


QoS: Parâmetro CLR

Células perdidas

Total de células transmitidasCLR =

Célula perdida: célula gerada pelo emissor enunca recebida pelo receptor.


QoS: Parâmetro CER

Células recebidas com erro

Total de células recebidasCER =

Célula recebida com erro: células descartadas porincorreção detectada no campo HEC.


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.


QoS: Parâmetro CMR

Células mal-inseridas

Intervalo de tempoCMR =

Células mal-inseridas: células recebidas por umaconexão mas não transmitida através da mesma.


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).


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).



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).



Células por segundo

tempo

MCR

PCR

SCR

rajada

MBS

Taxa de células emitida pela fonte


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.


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.


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.


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.


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


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


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.


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)


Algoritmo GCRA - Exemplo 1

CDVT

1 2 3 4 5 6 7 8

T

1

2

3

0


Algoritmo GCRA - Exemplo 2

CDVT

1 2 3 4 5 6 7 8

T

9

célula não conforme

1

2

3

0


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.


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


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).


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.


CAC: Alocação de Capacidade à Portas

CBR PCR

VBR SCR

ABR MCR

VBR PCR UBR

ABR

capa

cida

de d

a po

rta


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.


Moldagem de Tráfego: Algoritmo TokenBucket

Geradorde Tokens

ρ tokens/s

β tokens

K célulasPort deentrada

Port desaída


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).


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).


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



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.



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.


ABR: Nó Fonte

CI = 0NI = 0 ECR > MCR CI = 1

NI = 1ECR < MCR

PCR

MCR

ICR

ECR

RIF x PCR


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.


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.


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


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.


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.


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.


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


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


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.


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.


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


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.


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


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


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.


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.


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


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


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).


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


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


AAL1 CS: SRTS

tolerânciaN ciclos de T segundos

Mmin Mmax

fs

Mnom

2p

Mq

fnx

2(p-1)

tempo

tempo


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)


AAL1 CS: Algoritmo

y = N εfs

fnx

2(p - 1) > y

fnx =

fs2k

, k = 0, 1, ...

1 <= fnx/fs < 2


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)


AmostrasUsuário 1 Usuário 2 Usuário 3

Cabeçalho AAL2 inicial

Segundo cabeçalho AAL247 bytes

48 bytesCabeçalho dacélula ATM

Cabeçalho dacélula ATM

53 bytes

AAL2


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


• 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


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).


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)


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.


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


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.


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)


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).


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).


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


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)


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)


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.


AAL: Sumário (AAL1)

AAL1-SDUCPCS-PDU

SAR-PDU

CÉLULA


AAL: Sumário (AAL3/4)

CPCS-PDU

PAD

FECHO

AAL3/4-SDU

CÉLULA

SAR-PDU


AAL: Sumário (AAL5)

CPCS-PDU

PAD FECHO

AAL5-SDU

SAR-PDU

CÉLULA

introdução às redes atm -...

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