Redes ATM e B-ISDN Edgard Jamhour.

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1 Redes ATM e B-ISDN Edgard Jamhour

2 3. INTEGRAÇÃO DE ATM/FRAME-RELAY COM IP
ATM e FRAME RELAY 1. ATM 2. FRAME RELAY 3. INTEGRAÇÃO DE ATM/FRAME-RELAY COM IP 4. QUALIDADE DE SERVIÇO SOBRE REDES IP

3 Introdução ATM é uma tecnologia evolutiva destinada a transmissão em alta-velocidade de voz, video e dados. É baseada nos estudos do Group XVIII da ITU-T e a ANSI para aplicar tecnologia VLSI para transferência de dados em redes públicas. Oficialmente, o ATM é uma camada do modelo B-ISDN definido pelo CCITT I.361. SIGLAS: ITU-T: International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (anteriormente CCITT) CCITT: Consultative Committee for International Telegraph and Telephone ANSI: American National Standards Institute VLSI: very large-scale integration B-ISDN: Broadband Integrated Services Digital Network

4 ATM Forum Fundado pela Cisco Systems, NET/ADAPTIVE, Northern Telecom, e Sprint em 1991. Mecanismo para Criação de padrões para implantação de ATM: Em redes privadas Para integração das redes privadas com a rede pública.

5 Rede ATM Rede ATM NNI SWITCH SWITCH UNI UNI NNI NNI SWITCH

6 Padrões ATM Além da ITU-T, outras entidades de padronização participam das definições das tecnologia ATM. Entre elas: ANSI, IETF e ATM Forum. Os padrões para rede ATM podem ser de dois tipos, dependendo da rede ser pública ou privada, ou se tratarem de padrões de UNI (interface entre o usuário e a rede) ou NNI (interface entre os nós da rede).

7 Tipos de Tráfego Tráfego contínuo com taxa variável
Variable Bit Rate Tráfego contínuo com taxa variável Tráfego contínuo com taxa constante Constant Bit Rate Constant Bit Rate Oriented Tráfego em rajadas

8 Técnicas de Comutação Qual a técnica de comutação mais apropriada para cada tipo de tráfego? COMUTAÇÃO POR PACOTE Utilizado na Internet e em redes de transmissão de dados COMUTAÇÃO POR CIRCUITO Utilizado em redes convencionais de transmissão de voz. Objetivo do ISDN Utilizar uma única técnica para transmissão de dados e informações multimídia.

9 Comunicação por Circuíto

10 Comutação por Circuíto = Modo de Transmissão Síncrono

11 Comunicação por Circuito
Trafego < Banda

12 Comutação por Pacotes Trafego = Banda

13 Comutação por Pacotes Trafego > Banda

14 B-ISDN e N-ISDN Existem dois padrões para Rede Digital de Serviços Integrados: Faixa Estreita (RDSI-FE ou N-ISDN) N-ISDN: NarrowBand Integrated Services Digital Network Faixa Larga (RDSI-FL ou B-ISDN) B-ISDN: BroadBand Integrated Services Digital Network

15 Modo de Transmissão Assíncrono

16 Modos de Conexão numa Rede B-ISDN
RDSI-FL PÚBLICA Comutador NNI Comutador ATM ATM adaptador U S=T NNI NNI U Comutador ATM U gateway Comutador ATM LAN, MAN ou WAN S S adaptador R

17 Modos de Conexão numa Rede B-ISDN
Usuário ATM privado para Rede ATM pública Modem ATM Rede ATM privada em Rede ATM pública A rede ATM privada utiliza um switch ATM. Rede não ATM para Rede ATM pública A rede do usuário utiliza um gateway que efetua a conversão entre o protocolo da rede local e as células ATM.

18 Switch ATM Um switch ATM realiza duas funções:
roteamento (comutação espacial) das células multiplexagem/demultiplexagem (comutação temporal) das células.

19 Comutação Espacial Processo que consiste em escolher para qual porta cada célula que chega no comutador ATM deve ser enviada.

20 Comutação Temporal A comutação temporal é realizada pelos comutadores ATM através da multiplexação das células ATM no tempo. Desta forma, uma mesma porta do comutador pode ser utilizada para transportar células de origens ou destinos diferentes.

21 Comutação Temporal

22 Multiplexação/Demultiplexação no Tempo

23 Comunicação Orientada a Conexão
A comunicação em redes ATM é do tipo orientada a conexão, isto é, um caminho completo entre o transmissor e o receptor deve ser determinado antes da primeira células ser transmitida.

24 Tabelas de Roteamento Na nomenclatura ATM, o caminho entre dois pontos é usualmente chamado de conexão com canal virtual - VCC. O estabelecimento de uma conexão implica que informações de roteamento são armazenadas nos comutadores que conduzirão as células ao longo da rede.

25 VPI e VCI As conexões em ATM possuem uma estrutura hierárquica.
Elas são definidas por dois valores: VPI: Virtual Path Identifier. Identificador de Caminho Virtual. UNI utilizam VPIs de 8 bits. NNI utilizam VPI de 12 bits. VCI: Virtual Channel Identifier. Identificador de Canal Virtual. Os VCI são códigos numéricos de 8 bits.

26 Canal Virtual e Caminho Virtual

27 Caminhos Virtuais Existem dois tipos de switches ATM:
Comutadoers de canal virtual Comutadores de caminho virtual

28 Comutador de Caminho Virtual

29 Tabela de Comutação de Caminho Virtual

30 Comutador de Canal Virtual

31 Tabelas de Comutação

32 Conexão de Canal Virtual

33 Conexão de Canal Virtual
Enlace de caminho virtual (VPL): corresponde ao segmento da conexão entre duas comutações por caminho virtual, isto é, o segmento da conexão que a célula percorre com o mesmo VPI. Conexão de caminho virtual (VPC): corresponde a uma concatenação de VPLs sem comutação de canal virtual, isto é, o segmento da conexão que a célula percorre com o mesmo valor de VCI. Conexão com canal virtual (VCC): corresponde a uma concatenação de VPCs que forma um caminho completo entre os equipamentos terminais que vão efetuar a comunicação.

34 Seqüência de Comunicação
1) Uma rede ATM é uma malha que oferece uma série de caminhos alternativos para interligar os equipamentos terminais.

35 2) Para que os equipamentos terminais A e B possam se comunicar, uma conexão com canal virtual (VCC), com caminho definido, precisa ser estabelecida.

36 3) Uma conexão com canal virtual é definida como sendo uma concatenação de enlaces de caminho virtual (VPL). Cada VPL é definida por um código VPI específico. A concatenação das VPIs é feita através de informações de comutação armazenadas em cada um dos comutadores que participam da conexão.

37 4) Como várias conexões podem ser estabelecidas simultaneamente, o mesmo enlace físico e a mesma porta do comutador podem ser compartilhados por várias conexões. O estabelecimento de uma nova conexão entre A e C ilustra essa situação.

38 5) A estação transmissora precisa conhecer apenas os identificadores da conexão com o primeiro comutador. Esta informação é passada pelo comutador a estação quando do estabelecimento da conexão. VPI=6 e VCI=4 VPI=1 e VCI=2

39 6) Os comutadores decidem para onde enviar a célula com base em tabelas internas. Ao sair pela porta do comutador o valor do VPI e VCI da célula é alterado para indicar o próximo caminho a ser seguido. Ao chegar no destinatário, a célula guarda apenas a identificação do última VPL.

40 7) O processo para o terminal A enviar uma célula ao terminal B é semelhante. Para isto, basta criar uma célula com os identificadores VPI=1 e VCI=1.

41 8) Observe que ao longo da VCC as VCI e VPI das células são trocadas constantemente. Por isso, não existe um identificador único de conexão para todo o caminho. Quando a conexão é desfeita, a informação das VCI e VPI utilizadas é apagada das tabelas de roteamento.

42 Conexão Ponto a Ponto e Multi-Ponto
ATM tem suporte para multicast.

43 ATM e OSI

44 Modelo em Camadas Os protocolos e especificações que regem o funcionamento de uma rede ATM são comumente referenciados através de um modelo em três camadas funcionais: camada física camada ATM camada de adaptação ao ATM Não existe uma correspondência direta entre as camadas do modelo ATM e do modelo OSI. Muitos autores consideram que as redes ATM realizam funções relativas apenas as camadas física e de enlace de dados do modelo OSI. Entretanto, os comutadores ATM realizam também operações de comutação espacial (roteamento), função tipicamente associada a camada de rede.

45 Subcamada de meio físico Subcamada de convergência de transmissão
Camada Física A camada física define os padrões de funcionamento de mecanismos diretamente dependentes do meio físico utilizado. As funções da camada física (ATM physical layer) estão logicamente divididas em duas subcamadas: a subcamada de convergência de transmissão a subcamada de meio físico. Subcamada de meio físico Camada Física Subcamada de convergência de transmissão

46 Subcamada de meio físico
Especifica as características mecânicas, elétricas e óticas dos meios de transmissão adotados. Atualmente, os meios físicos padronizadas para as redes ATM são: SONET (Syncronous Optical Network)/SDH PDH: T3/E3 FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 100-Mbits/s Fibras ópticas para 155 Mbits/s.

47 Camada ATM Camada de Adaptação ao ATM Camada ATM Camada Física
A camada ATM ( ATM Layer ) realiza realiza quatro funções principais: 1) Multiplexação e demultiplexação de células . 2) Translação de VPI e VCI 3) Geração e extração de cabeçalhos 4) Controle Geral de Fluxo -GFC A comunicação da camada ATM com as camadas adjacentes é feita através de primitivas de serviço.

48 Células ATM Nas redes ATM todas as informações são transportadas na forma de células. Uma célula ATM é pequena estrutura de dados, com tamanho fixo de 53 bytes. cabeçalho (5 bytes) campo de informação (48 bytes). Numa comunicação ATM: o transmissor precisa fragmentar toda a informação transmitida em células o receptor, extrair o cabeçalho e reagrupar as células para reconstruir a informação original.

49 Células UNI e NNI A estrutura do cabeçalho das células ATM é diferente quando a comunicação é realizada através de uma interface entre: equipamento terminal e a rede (UNI) VPI (identificador de caminho virtual): 8 bits entre os nós (comutadores) da rede (NNI) VPI (identificador de caminho virtual): 12 bits switch NNI UNI swtich

50 Célula ATM

51 Camada de Adaptação - AAL
Na nomenclatura OSI, os protocolos de camadas diferentes se comunicam entre si através mensagens denominadas Unidades de Dados de Serviço (SDU), geralmente muito maiores que uma célula. A tarefa básica da camada AAL (ATM Adaptation Layer) é segmentar a SDU em células quando da transmissão e recompor as células na SDU quando da recepção, tornando a transmissão por células transparente para as camadas superiores. IP (SDU) AAL

52 Camada de Adaptação - AAL
As funções da camada AAL estão logicamente divididas em duas subcamadas: subcamada de segmentação e recomposição subcamada de convergência. Subcamada de convergência Camada de Adaptação ao ATM AAL Subcamada de segmentação e recomposição

53 Camada AAL

54 Camada AAL Subcamada de Segmentação e Recomposição: (Segmentation and Reassembly Sublayer) Decompor as mensagens (SDU) oriundas das camadas superiores em células Recompor as mensagens vindas da camada ATM e enviá-las para as camadas superiores. Subcamada de convergência: (Convergence Sublayer) Desempenha funções relacionadas a camada de transporte do modelo OSI, como por exemplo: detecção de perda de células multiplexação de serviços.

55 Classificação das AAL A gama de protocolos e serviços prestados pelas camadas superiores é muito ampla, levando também a uma grande diversidade de protocolos para a camada AAL. A ITU-T propôs uma classificação dos protocolos da AAL em cinco tipos, denominados AAL 0, AAL 1, AAL 2, AAL 3/4 e AAL 5. Cada tipo de protocolo desempenha funções relacionadas a classes de serviço padronizadas.

56 Classes de Serviço O termo classe de serviço foi criado pela ITU-T para classificar os diferentes tipos de protocolos da camada AAL. As classes de serviço procuram exprimir as diferenças fundamentais entre os protocolos, e são definidas em função de três características principais: a taxa de bits, o modo de conexão a necessidade ou não de manter-se uma relação de temporal entre o transmissor e o receptor. A ITU-T padronizou 4 classes de serviço, denominadas A, B, C e D.

57 Classes de Serviço Características Classe A Classe B Classe C Classe D
Características Classe A Classe B Classe C Classe D Relação temporal entre o transmissor e o receptor Necessária Não é necessária Não é Necessária Taxa de bits Constante Variável Modo de Conexão Orientado a Conexão Não Orientado a Conexão Exemplo Tráfego telefônico e vídeo não compactado. Transmissão de áudio ou vídeo com compressão DNS

58 Tipos de AAL A ITU-T propôs a classificação dos protocolos da camada de adaptação ao ATM (AAL) em cinco tipos, denominados 0, 1, 2, 3/4 e 5. Os tipos diferenciam-se entre si, pelo tipo de classe de serviço ao qual se destinam. Tipo de AAL Classes de Serviço AAL 0 Nenhuma AAL 1 A AAL 2 B AAL 3/4 C e D AAL 5

59 AAL Tipo 0 Na AAL tipo 0, o campo de informação da célula ATM é passado diretamente a camada superior, sem nenhum tipo de tratamento. As funções da AAL são delegadas aos protocolos das camadas superiores.

60 AAL Tipo 1 A AAL tipo 1 é utilizada na transmissão de informações com taxa constante (CBR), em modo orientado a conexão e mantendo as informações de sincronismo temporal entre o transmissor e o receptor. As aplicações típicas para o protocolo AAL tipo 1 são a transferência de sinais de vídeo e áudio não compactados. As principais funções exercidas pela camada AAL são: segmentação e recomposição da informação do usuário compensação da variação de retardo recuperação do relógio do transmissor

61 AAL Tipo 2 O protocolo AAL 2 é utilizado para prestar serviços da classe B: taxa de bits variável, comunicação orientada a conexão e sincronismo entre o transmissor e o receptor. As aplicações típicas suportadas pela AAL tipo 2 são a transmissão de áudio e vídeo compactados.

62 AAL Tipo 3/4 A AAL tipo 3/4 oferece:
dois modos de serviço de transporte: modo de mensagem modo de fluxo dois tipos de operação: operação assegurada operação não assegurada. Uma característica importante da AAL tipo 3/4 refere-se a sua capacidade de multiplexar conexões. A multiplexação de conexões consiste a criar várias conexões virtuais, ao nível da camada AAL, sobre uma única conexão ATM. As conexões virtuais são identificadas pelo campo MID (Multiplexing Identification), com 10 bits de comprimento, contido no cabeçalho da CS-PDU.

63 AAL Tipo 3/4

64 AAL Tipo 5 O protocolo AAL tipo 5 foi projetado para realizar as mesmos serviços que o protocolo AAL 3/4, mas de maneira mais simples. A única característica do AAL tipo 3/4 que não é realizado pelo ALL tipo 5 é a multiplexação de conexões. Os tipos de AAL 3/4 e 5 diferem também na maneira que a segmentação é feita. As SAR-PDU não possuem nem cabeçalho nem fecho, mostrando a simplificação feita na camada SAR.

65 AAL Tipo 5

66 Categorias de Serviço ATM
Para facilitar a descrição de serviços ATM, o ATM Forum definiu 5 categorias de serviço, que representam os principais tipos de aplicações executadas sobre a rede ATM: CBR: Constant Bit Rate Transmissão de áudio e vídeo não compactados RT-VBR: Real Time Variable Bit Rate Transmissão de áudio e vídeo compactados NRT-VBR: Non Real Time Variable Bit Rate A taxa média deve ser garantida: reservas de passagem aérea ABR: Available Bit Rate Necessita de uma banda passante mínima garantida, e banda passante adicional para suportar os picos ocasionais. UBR: Unspecified Bit Rate Aplicações totalmente assíncronas, como .

67 Categorias de Serviço ATM
Característica do Serviço CBR RT-VBR NRT-VBR ABR UBR Banda Passante Garantida Opcional Não Garantida Tipo de Tráfego Suportado Tempo Real Em Rajadas Realimentação sobre congestionamento Não Sim

68 QoS e Características de Tráfego
Qualidade de Serviço: QoS. Quality of Service. Vários parâmetros compõe a qualidade do serviço, como: retardo, variação de retardo, taxa de perda de células, etc. Características de Tráfego: Exemplos de parâmetros de tráfego: Taxa média de transferência de células Taxa de pico de geração de células Duração de um pico Explosividade (burtiness) Tipo de fonte (telefone, videofone, etc.).

69 Descritores de Tráfego
Os descritores de tráfego contém uma lista de parâmetros enviados pelo equipamento terminal para a rede, quando uma nova conexão é solicitada. A rede analisa o descritor de tráfego, e estabelece a conexão solicitada somente se existirem recursos suficientes para satisfazer o volume de tráfego previsto.

70 Os parâmetros relacionados ao descritor de tráfego são os seguintes:
PCR: Peak cell rate. Taxa de pico de geração de células. SCR: Sustainable cell rate. Taxa média máxima de geração de células. MBS: Maximum burst size. Duração máxima de uma rajada. MCR: Minimum cell rate. Taxa mínima de geração de células. CDVT: Cell Delay Variation Tolerance. Tolerância da variação de retardo da célula.

71 Descritores de Tráfego
PCR: Peak cell rate. Taxa de pico de geração de células Determina o limite superior de tráfego que pode ser enviado pelo equipamento terminal através da conexão. PCR corresponde a um valor instantâneo definido por PCR = 1/T, onde T é o menor intervalo de transmissão entre duas células SCR: Sustainable cell rate. Taxa média máxima de geração de células Determina o limite superior para o tráfego médio que pode ser enviado pelo equipamento terminal através da conexão. O tráfego médio é calculado sobre um intervalo de tempo pré-determinado, muito superior ao tempo de transmissão de uma célula. MBS: Maximum burst size. Duração máxima de uma rajada. Número máximo de células que podem ser enviadas continuamente na taxa de transferência de pico (PCR).

72 Descritores de Tráfego
MCR: Minimum cell rate. Taxa mínima de geração de células Parâmetro definido para os serviços do tipo ABR. Ele define a taxa mínima de tráfego que deverá estar sempre disponível para o equipamento terminal. CDVT: Cell Delay Variation Tolerance. Tolerância da variação de retardo da célula. Determina a variação máxima no atraso (isto é, o tempo que leva para célula ir do equipamento terminal de origem ao equipamento terminal de destino) que pode ser introduzido pela rede, incluindo UNI e NNI. Observe que, ao contrário dos demais parâmetros, o CDBT não se refere ao tráfego gerado pelo equipamento terminal, mas sim a um requisito feito para a rede.

73 Qualidade de Serviço

74 Estabelecimento da Conexão

75 Conexões ATM As conexões ATM podem ser de dois tipos:
Conexões Dinâmicas (SVC - Switched Virtual Circuits): Estabelecidas automaticamente por meio de um protocolo de sinalização, e não requerem intervenção manual. A conexão possui intervalo finito, sendo necessárias uma fase de estabelecimento e outra para liberação da conexão. Conexões Permanentes (PVC - Permanent Virtual Circuits): Estabelecidas através de algum tipo de mecanismo externo, envolvendo normalmente a intervenção manual dos operadores da rede. Uma função importante das conexões permanentes é servir de apoio ao estabelecimento de conexões dinâmicas. Os equipamentos terminais iniciam o pedido de estabelecimento de uma conexão enviando uma mensagem de sinalização para a rede através da PVC com os identificadores VPI = 0 e VCI = 5.

76 Sinalização Conceito: Designação genérica para as funções que controlam dinamicamente as conexões ATM.

77 Sinalização A sinalização é implementada através de mensagens padronizadas, trocadas entre os equipamentos terminais e os comutadores, e pelos comutadores entre si. PROTOCOLO DE SINALIZAÇÃO As mensagens de sinalização são transportadas em conexões próprias, separadas das conexões utilizadas para transportar as informações dos usuários.

78 Protocolo de Sinalização
As principais funções do protocolo de sinalização são: atribuição dos identificadores VPI e VCI aos canais e caminhos que compõe a conexão, definição das características de tráfego e da qualidade de serviço, QoS, oferecida na conexão.

79 Estabelecimento da Conexão

80 Estabelecimento da Conexão

81 Sinalização CALL SETUP CALL PROCEEDING
Essa mensagem contém o endereço do destinatário: o equipamento terminal B, os descritores de tráfego e o parâmetros de QoS. O comutador 1 analisa a mensagem recebida. Se houver entrada para o endereço do equipamento terminal B em sua tabela de roteamento e se o QoS solicitado puder ser satisfeito, ele estabelece uma conexão virtual com o equipamento terminal A e encaminha a requisição para o comutador 2. Nesse momento os identificadores VPI e VCI são definidos para a conexão entre o equipamento terminal A e o comutador 1. CALL PROCEEDING O comutador 1 comunica ao equipamento terminal A que a conexão está em andamento enviado, opcionalmente, essa mensagem.

82 Sinalização CALL CONNECT
Ao receber a mensagem de sinalização do comutador 1, o comutador 2 analisa se pode satisfazer o QoS solicitada. Se puder, ele estabelece uma conexão com comutador 1 e encaminha a requisição para o equipamento terminal B. Ao receber a mensagem de sinalização do comutador 2, o equipamento terminal B analisa se pode satisfazer o QoS solicitada. Se puder, ele confirma o estabelecimento da conexão enviado uma mensagem CALL CONNECT ao comutador 2. A confirmação do estabelecimento da conexão é propagada até o equipamento terminal A, completando o estabelecimento da conexão. Se algum dos equipamentos que participam da conexão não puder satisfazer o QoS solicitada, a conexão é rejeitada. Por exemplo, se o comutador 2 não puder estabelecer a conexão com o equipamento terminal B, a mensagem de rejeição é enviada pelo comutador 1, que por sua ver notifica o equipamento terminal A.

83 Controle de Admissão de Conexões - CAC
Mecanismo implementado através do protocolo de sinalização, no momento em que o usuário solicita o estabelecimento de uma nova conexão. Uma vez que o tráfego gerado pela conexão pode ser variável (VBR, ABR ou UBR), a decisão tomada pela rede quanto a aceitação ou não de uma nova conexão é baseada em critérios estatísticos. O tráfego é estimado utilizando os parâmetros do descritor de tráfego.

84 CAC

85 Policiamento O policiamento é um mecanismo de controle de tráfego que visa evitar que os usuários provoquem o congestionamento da rede gerando mais tráfego do que haviam negociado no momento do estabelecimento da conexão. O policiamento é implementado pela rede através do descarte das células gerados em excesso na conexão. A função de policiamento é geralmente exercida pelo comutador ao qual o equipamento terminal está diretamente conectado. Várias estratégias de policiamento são possíveis. A mais comum consiste simplesmente em limitar a taxa média de transmissão de células que prosseguem na conexão a um valor máximo pré-determinado, descartando o excedente, numa estratégia conhecida como leaky bucket (balde furado).

86 Policiamento

87 Controle de Congestionamento
Mesmo adotando métodos preventivos de controle de admissão de conexões e policiamento, é estatisticamente possível que a rede ATM entre numa condição de congestionamento, devido a natureza variável do tráfego manipulado. O congestionamento é definido como a condição na qual a rede não é capaz de manter a QoS das conexões já estabelecidas. A notificação de congestionamento é feita segundo duas estratégias: Notificação de Congestionamento Explícita para Frente: FECN Notificação de Congestionamento Explícita para Traz: BECN

88 Flags de Congestionamento
FECN: Forward Explicit Congestion Notification. Nessa estratégia, o primeiro comutador que detecta o congestionamento seta o campo Payload Type, contido no cabeçalho das células para indicar o congestionamento. Quando o receptor detecta o recebimento das células com indicação de congestionamento ele envia uma mensagem ao transmissor para notificar o congestionamento e reduzir a taxa de transmissão. A notificação se propaga deste o receptor até a origem, a notificação de congestionamento pode demorar muito tempo.

89 Flags de Congestionamento
BECN: Backward Explicit Congestion Notification. O primeiro comutador que detecta o congestionamento envia a notificação diretamente para o equipamento terminal transmissor. Essa estratégia permite notificar o congestionamento mais rapidamente, mas introduz uma complexidade adicional no nó de comutação.

90 FeedBack de Congestionamento
FECN

91 Camada Física Camada ATM Endereçamento
ANEXOS Camada Física Camada ATM Endereçamento

92 Subcamada de meio físico Subcamada de convergência de transmissão
Camada Física A camada física define os padrões de funcionamento de mecanismos diretamente dependentes do meio físico utilizado. As funções da camada física (ATM physical layer) estão logicamente divididas em duas subcamadas: a subcamada de convergência de transmissão a subcamada de meio físico. Subcamada de meio físico Camada Física Subcamada de convergência de transmissão

93 Subcamada de meio físico
Especifica as características mecânicas, elétricas e óticas dos meios de transmissão adotados. Atualmente, os meios físicos padronizadas para as redes ATM são: SONET (Syncronous Optical Network)/SDH PDH: T3/E3 FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 100-Mbits/s Fibras ópticas para 155 Mbits/s.

94 Subcamada de meio físico
Além das especificações físicas, essa subcamada é responsável por enviar e receber um fluxo contínuo de bits, com as informações de temporização necessárias para sincronizar a transmissão e a recepção.

95 Estruturas de Transmissão do ATM
Denominação dada a estrutura física, meios de transmissão e equipamentos, utilizados para transportar as células ATM.

96 Estruturas Baseadas em PDH
A utilização da infra-estrutura da telefonia digital existente como meio de transporte de células ATM permite reduzir o impacto de investimentos para implementação de serviços RDSI-FL. As técnicas de TDM (Time Division Multiplexing), notadamente aquelas baseadas em estruturas hierárquicas, são amplamente utilizadas para implantação de serviços de telefonia digital. Nessa técnica, várias células ATM são encapsuladas dentro de um único quadro, ficando transparente para o meio físico a segmentação em células.

97 Comparação de Hierarquias
As hierarquias de sinais digitais americana (T1), européia (E1) e japonesa estão entre as mais difundidas. A hierarquia adotada no Brasil é a européia. Ela permite transmitir 30 canais de voz em um sinal básico E1 de 2,048 Mbps.

98 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
Para possibilitar a interconexão de redes de hierarquia T e E, a ITU-T propôs uma nova e única hierarquia digital para NNI denominada SDH (Synchronous Digital Hierarchy). A SDH nasceu da definição da SONET que incluía uma hierarquia de sinais digitais para redes baseadas em fibras óticas. Usado no Brasil Usado nos EUA

99 Transporte de Células ATM: SONET
STS-1 (sinal básico SONET) Quadros de 810 bytes 8000 quadros/s (58,84 Mbits/s)

100 Transporte de Células: SDH
O sinal básico do SHD é formado pela concatenação de 3 sinais STS-1c. Dessa maneira, o padrão SDH trabalha com uma taxa básica 3 vezes superior ao padrão SONET. Genericamente, a multiplexação dos sinais SONET recebem a denominação STS-2, STS-3, ..., STM-N, de acordo com o número de quadros multiplexados. Quando a multiplexação é feita mantendo os bytes do overhead e da carga separados, acrescenta-se a letra "c" como sufixo da denominação do sinal, como no caso do STS-3c. O STS-3c foi definido pela ITU-T como o sinal básico para o SDH, renomeando-o STM-1. STM-1 (sinal básico SDH) Três sinais STS-1c (155,52 Mbits/s)

101 Estruturas Baseadas em Células
Na estrutura baseada em células, as células ATM são enviadas diretamente através do meio físico de transmissão, sem serem encapsuladas em quadros. Essa técnica é bastante simples, e foi desenvolvida principalmente para facilitar a conexão dos equipamentos terminais (do usuário) com a rede ATM (UNI). Atualmente 3 velocidades de transmissão estão padronizadas: 155,52 Mbps, 622,08 Mbps e 25,6 Mbps. A taxa de 25,6 Mbps é uma proposta da IBM para implementar UNI privativas aproveitando a infra-estrutura existente de redes Token Ring.

102 Estruturas Baseadas em Células
A técnica baseada em células prevê a inclusão de células de sincronismo, inseridas diretamente pela camada física. As células de sincronismo diferenciam-se das células com informação (geradas pela camada ATM) pois utilizam padrões de bits reservados em seu cabeçalho, que nunca ocorrem nas células ATM com informação. As células são inseridas pela camada física em intervalos não superiores a 26 células ATM.

103 Estruturas Baseadas em FDDI
Devido ao seu grande interesse prático, o ATM Forum definiu o padrão para implementação de redes ATM utilizando a infra-estrutura de redes FDDI, com taxas de 100 Mbps. A proposta do ATM Forum mantém a codificação 4 entre 5 do padrão FDDI original. A codificação 4 entre 5 permite que caracteres especiais funcionem como células ociosas e como delimitadores de células, simplificando o processo de sincronização da rede. A padrão de interface de redes ATM sobre estruturas FDDI é denominado TAXI (Transparent asynchronous transmitter/receiver interface).

104 Células de sincronismo
Codificação 4 entre 5 Princípio de codificação em que os dados são agrupados em seqüências de 4 bits. Cada conjunto de 4 bits é substituído por um símbolo equivalente de 5 bits, de acordo com uma tabela de codificação. A introdução de um bit a mais permite garantir que nunca haverão mais de 3 zeros consecutivos. Esta característica, em combinação com a codificação NRZI, garante a presença de transições regulares no sinal transmitido, facilitando a sincronização entre o transmissor e o receptor. Células de sincronismo Informação 00000 … 11111 cabeçalho dados 0000 0001 … 1111 Controle

105 TAXI (Transparent asynchronous transmitter/receiver interface).
A especificação TAXI levou ao desenvolvimento de circuitos integrados para placas adaptadoras de rede que conectam os equipamentos terminais a rede.

106 Subcamada de Convergência de Transmissão
Responsável por cinco funções principais: Controle de erros. Delineamento das fronteiras das células. Embaralhamento e desembaralhamento. Desacoplamento da taxa de transmissão em relação a taxa de geração de células. Encapsular as células em quadros (frames) compatíveis com uma implementação específica do meio físico.

107 1) Controle de Erros Geração e a verificação dos bits de controle de erro contido no campo HEC, Header Error Control, no cabeçalho das células. Duas ações podem ser tomadas em caso de erro: recuperação de erros simples ou descarte da célula em caso de erros múltiplos

108 2) Delineamento das fronteiras das células
Técnicas de Delineamento: delineamento através de códigos especiais O começo de uma célula pode ser marcado através de uma seqüência especial de bits, desde que esta seqüência nunca se apareça no cabeçalho ou no campo de informação da célula delineamento através de quadros de sincronismo delineamento através do campo HEC

109 Delineamento através de HEC
Quando as células são enviadas diretamente através do meio físico, o campo HEC é utilizado para detectar a fronteira da célula. Um algoritmo analisa o fluxo de bits recebidos através de uma janela de tamanho igual a 5 bytes (exatamente o tamanho do cabeçalho). O cálculo do HEC é feito sobre os 4 primeiros bytes da janela e comparado com o quinto byte (supostamente o campo HEC).

110 3) Embaralhamento e Desembaralhamento
As seqüências de bits transmitidos no campo de informação podem eventualmente coincidir com os bits do cabeçalho, levando a interpretações errôneas no processo de identificação dos limites da célula. Para evitar que isso aconteça, os dados do campo de informação passam por um processo de embaralhamento antes serem transmitidos. Quando a célula ATM é recebida, o campo de informação é desembaralhado, restaurando os dados originais.

111 4) Desacoplamento da taxa de transmissão em relação a taxa de geração de células.
Nas redes ATM, as células são transmitidas num fluxo contínuo, definido pela taxa de transmissão do meio físico. A subcamada de convergência é responsável por inserir células ociosas (vazias), mantendo o fluxo contínuo de células. As células vazias são descartadas assim que chegam num nó (comutador) da rede.

112 5) Encapsular as células em quadros compatíveis com uma implementação específica do meio físico.
Encapsulando as células ATM nos quadros, é possível transportar as células ATM através de meios físicos existentes. PDH, SDH, FDDI, etc. Carga Overhead Carga Overhead ... ... ... célula ATM célula ATM ... célula ATM célula ATM ... ... ... ... ... ... célula ATM célula ATM

113 Camada ATM A camada ATM agrupa o conjunto de funções responsáveis estabelecer conexões virtuais e transportar células através da rede, utilizando as informações contidas no cabeçalho das células. Multiplexação e demultiplexação de células de diferences conexões virtuais. Alteração dos valores de VPI e VCI das células quando elas atravessam os comutadores ATM. Extração ou inclusão do cabeçalho da célula quando a célula é enviada ou recebida da camada de adaptação ao ATM. Implementação dos mecanismos de controle de fluxo, visando evitar congestionamento, nas interfaces entre o usuário e a rede (UNI).

114 Camada ATM

115 Células ATM Nas redes ATM todas as informações são transportadas na forma de células. Uma célula ATM é pequena estrutura de dados, com tamanho fixo de 53 bytes. cabeçalho (5 bytes) campo de informação (48 bytes). Numa comunicação ATM: o transmissor precisa fragmentar toda a informação transmitida em células o receptor, extrair o cabeçalho e reagrupar as células para reconstruir a informação original.

116 Células UNI e NNI A estrutura do cabeçalho das células ATM é diferente quando a comunicação é realizada através de uma interface entre: equipamento terminal e a rede (UNI) VPI (identificador de caminho virtual): 8 bits entre os nós (comutadores) da rede (NNI) VPI (identificador de caminho virtual): 12 bits switch NNI UNI swtich

117 Célula ATM

118 Célula ATM VPI: Virtual Path Identifier (Identificador de Caminho Virtual). Este campo tem 8 bits de comprimento numa célula UNI e 12 bits numa célula NNI. Observe que o campo é mais longo nas células NNI, permitindo o estabelecimento de um número maior de caminhos virtuais entre os comutadores. VCI: Virtual Channel Identifier (Identificador de Canal Virtual). Este campo tem 16 bits de comprimento tanto na UNI quanto na NNI.

119 GFC GCF: Generic Flow Control (Controle Genérico de Fluxo).
Um campo de 4 bits, existente apenas nas células UNI. Sua utilização está prevista para efetuar o controle de fluxo de células para evitar o congestionamento da comunicação entre o equipamento terminal e o comutador.

120 Célula ATM PT: Payload Type (Tipo de Carga Útil). Campo de 3 bits.
Indica o tipo de informação contida na célula: dados do usuário ou gerência de rede, Indica informações sobre congestionamento outras indicações de interesse do usuário.

121 Interpretação do Campo PT (Payload Type)
000 A célula não passou por um nó de congestionamento. A célula não completa um bloco de informação (ATM-user-to-user indication = 0). 001 A célula não passou por um nó de congestionamento. A célula completa um bloco de informação (ATM-user-to-user indication = 1). 010 A célula passou por um nó de congestionamento. 011 A célula passou por um nó de congestionamento. A célula completa um bloco de informações (ATM-user-to-user indication = 1). 100 Célula usada em operações de OAM (Operação e Manutenção). Inclui funções de análise de desempenho, detecção e localização de falhas e proteção do sistema (exclusão de unidades defeituosas). 101 Célula usada em operações de OAM (Operação e Manutenção). 110 Célula de gerenciamento de recursos. 111 Reservado para uso futuro.

122 Células ATM CLP: Cell Loss Priority (Prioridade de Perda de Célula).
Campo de 1 bit, setado pelo usuário ou pela própria rede para indicar células de mais baixa prioridade. As células com CLP setado são as primeiras a serem descartadas pelos comutadores em caso de congestionamento da rede ATM. HEC: Header Error Control (Controle de Erro do Cabeçalho). Código de 8 bits para controle de erro relativo apenas aos dados do cabeçalho. Garante a correção de erros simples ou a detecção de erros múltiplos no cabeçalho.

123 Endereçamento Para que os equipamentos terminais possam se comunicar, eles precisam ser associados a endereços que os identifiquem de maneira única na rede. Esses endereços são utilizados apenas na fase de estabelecimento da conexão. Uma vez estabelecida a conexão, todo o processo de roteamento das células é feito com base nos identificadores de canal virtual e de caminho virtual. Os endereços ATM são identificadores de 20 bytes, definidos segundo três possíveis formatos padronizados, denominados: E.164, DCC e ICD.

124 Endereços ATM

125 Endereços ATM De acordo com o ATM Forum, os equipamentos projetados para redes públicas devem ser compatíveis com o formato E.164. Os equipamentos destinados a redes privadas devem ser compatíveis com os três tipos de endereços. Os endereços ATM são estruturas complexas que contém, além das informações de endereço propriamente ditas, informações de controle que identificam as autoridades responsáveis por registrar os endereços e evitar duplicidades.

126 Endereços ATM FORMATO E.164: Formato de endereço definido pela ITU-T, utilizado tanto em redes públicas quanto privadas. Esse formato utiliza números telefônicos internacionais, segundo o padrão RDSI faixa estreita, para identificar os equipamentos terminais. FORMATO DCC: Formato de endereço definido pelo IEEE, utilizado apenas em redes privadas. Esse formato utiliza o código do país como a parte mais significativa do endereço do terminal, e não utiliza números telefônicos. FORMATO ICD: Formato de endereço definido pela ISO, utilizado apenas em redes privadas. Esse formato utiliza o código de uma organização internacional como a parte mais significativa do endereço, e não utiliza números telefônicos. AFI: Authority and Format Identifier. (Identificador de Formato e Autoridade). Identificador de 1 byte que define o formato utilizado pelo endereço. Este campo assume o valor 39 no formato DCC, 47 no formato ICD e 45 no formato ITU-T.

127 Endereços ATM E.164: Código de 8 bytes, que corresponde a um número telefônico internacional definido segundo o padrão RDSI faixa estreita. O campo E.164 pode conter até 15 dígitos codificados em BCD (decimal codificado em binário). RD: Routing Domain. (Domínio de Roteamento). Identifica um domínio de roteamento. AREA: Area Identifier. (Identificador de Área). Identifica um subdomínio de roteamento dentro do RD. ESI: End System Identifier. (Identificador de Sistema Terminal). Identifica o equipamento terminal dentro de uma AREA. Nas aplicações de redes locais, o campo ESI pode ser o endereço MAC (Media Access Control - padrão IEEE 802) da placa de rede do equipamento terminal. Essa estratégia permite definir facilmente os endereços ATM para os computadores de uma LAN. SEL: Selector. Campo de 1 byte, sem significado de roteamento. Pode ser utilizado pelos equipamentos terminais como complemento do seu endereço local.

128 Endereços ATM DCC: Data Country Code. (Codigo do País). Código de 2 bytes que identifica o país para o qual o endereço é registrado. Os códigos dos países são dados pela norma ISO 3166. DFI: Domain Specific Part Format Identifier. (Identificador da Parte de Domínio Específico). Determina o formato da parte menos significativa do endereço nos formatos IEEE e ISO. AA: Administrative Authority. (Autoridade Administrativa). Identifica a organização responsável por atribuir a parte menos significativa do endereço nos formatos IEEE e ISO. ICD: International Code Designator. (Designador de Código Internacional). Código de 2 bytes que identifica uma organização internacional para o qual o endereço é registrado. Os códigos das organizações internacionais são definidos pelo British Standars Institute.