William Stallings Data and Computer Communications 7th Edition

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1 William Stallings Data and Computer Communications 7th Edition
ATM Asynchronous Transfer Mode

2 Arquitetura de Protocolo
Existe uma similaridade entre o ATM e comutação de pacotes (x.25 e frame relay) Transfere dados em pequenas porções discretas Múltiplas conexões lógicas sobre uma simples conexão física O fluxo de dados em cada canal lógico é fixo através de pequenos pacotes chamados células Possui erros mínimos e pouca necessidade para controle de fluxo Reduz overhead Eficiência Taxa de dados (camada física) 25.6Mbps até Mbps

3 Arquitetura de Protocolo

4 Modelo de Plano Referência
Plano de Usuário é responsável pela transferência de informações do usuário e do controle associado a esta transferência, tais como controle de fluxo e recuperação de erros Plano de controle é responsável pelo controle da chamada e pelas funções de controle das conexões. Ele cuida de toda a sinalização referente ao estabelecimento, supervisão e liberação de chamadas e conexões. Plano de gerenciamento Gerenciamento de planos Desempenha a função de gerenciamento principal do sistema Coordena todos os planos existentes no sistema Gerenciamento de camadas Define os recursos e parâmetros existentes dentro das entidades dos protocolos

5 Conexão lógica ATM Canal Virtual (VCC)
Semelhante ao circuito X.25 Unidade básica de comutação Usado entre dois usuários finais Full duplex Variable-rate Fixed size cells VCC são usados também para user-network: Troca de dados de controle VCC são usados na troca de dados entre network-network (Gerenciamento e roteamento) Virtual path connection (VPC) Junção de VCC com o mesmo ponto de destino

6 Conexões ATM

7 Vantagens do VPC A junção de VCC em VPC, visa a redução de custo de controle, facilitando o gerenciamento de apenas poucos VPCs: Arquitetura simplificada Maior desempenho de rede e confiabilidade Processamento reduzido Tempo de setup menor Serviços de redes avançados

8 Setup O processo de setup são desacoplados entre o VCC e VPC:
O mecanismo de Controle para o VPC inclui cálculo de roteamento, alocação de capacidade, armazenamento de informações sobre as conexões O setup do VCC acontece pela identificação do VPC com o destino desejado, capacidade e QoS mínimos necessários

9 Estabelecendo Chamadas Virtuais

10 Usuários VCC Entre usuários finais Entre usuários e a rede
Transporte de dados para usuários finais Sinalização de controle VPC providencia o capacidade global A organização do VCC é definido pelo usuário, limitado pelo capacidade do VPC Entre usuários e a rede Entre entidades de Redes Gerenciamento de tráfego Roteamento

11 Características QoS (Qualidade de Serviço)
Cells loss ratio Comutado e semi-permanente conexões de canal Serviços sob demanda Semi-permanente, conexões de longa duração Integridade de Sequência de célula Negociação de parâmetros de tráfegos e monitoramento de uso Negociado para cada VCC É monitorado pela rede, para que os parâmetros são sejam violados QoS são verificados, VCCs podem ser criados e recusados pela rede Somente para VPC: VCCs restritos para o uso da rede

12 Sinalização de Controle - VCC
Existe 4 métodos usados para estabelecer e interromper os VPCs e VCCs: Canal Semipermanente VCC Meta-signaling channel User-to-network signaling virtual User-to-user signaling virtual

13 Sinalização de Controle - VCC
No ATM é necessário um mecanismo de controle para estabelecer e interromper os VPCs e VCCs É usado um canal separado para esta finalidade VCC semi-permanente para troca de dados entre usuário-usuário não é necessário utilizar um mecanismo desse tipo Este canal especial é chamado de Meta-signaling channel É implementado através de um canal semi-permanente entre o usuário e a rede para controle de sinalização Através do Meta-signaling Channel é possivel criar e liberar: Canal virtual de sinalização de “User to network” Para sinalização de controle Usado para configurar VCCs no transporte de dados Canal virtual de sinalização de “User to user” Atua dentro dos limites de pre-estabelecido VPC Usado para dois usuários finais, sem a necessidade da intervenção da rede como um todo, para estabelecer ou liberar a conexão VCC

14 Sinalização de Controle - VPC
Semi-permanente VPC Não há necessidade de controle de sinalização, pois é realizado um acordo prévio Controle Customizado: Neste caso, através de uma sinalização VCC, um usuário solicita um canal VPC para a rede, conforme suas exigências Controle de Rede: A própria rede define suas VPCs para sua necessidades de comunicação Network to Network User-to-network User-to-user

15 Células ATM Tamanho fixo 5 bytes de cabeçalho 48 bytes de informação
O tamanho pequeno reduz o tempo de espera de fila para dar vez as células de alta prioridades Pequenas células trazem maior eficiência no processo de comutação Este processo simplificado é fácil de implementar em hardware

16 Formato das células ATM

17 Header Format Controle Genérico de Fluxo Virtual path identifier
Presente apenas no “user to network interface” O controle de fluxo é usado somente nesta situação Define entre outras coisas os parâmetros de qualidade Virtual path identifier Campo de roteamento dos VPC. É maior para interface “Network-Network”, pois inclui tanto as necessidades do user-network, mas também da própria rede Virtual channel identifier É usado para identificar e rotear os VCCs Payload type Define o tipo de dados. Ex: dados ou gerenciamento de rede Cell loss priority Define o nível de prioridade da célula, se 1 ela é de alta prioridade e não deve ser descartado a não ser que não haja alternativa Header error control Usado para controle de erro e sincronização

18 Generic Flow Control (GFC)
Controle de tráfego para “user to network interface” (UNI) para aliviar as cargas de curto período (overload) Existe dois tipos de procedimentos de controle: Transmissão controlada Transmissão não controlada Cada conexão deve ser especificada sempre com ou sem GFC Sujeito à Controle de Fluxo Dividido em grupos A (padrão) Ou grupo B O controle de fluxo é no sentido assinante- rede É controlado pelo lado da rede

19 Grupo A Terminal equipment (TE) inicializa duas variáveis
TRANSMIT flag to 1 GO_CNTR (credit counter) to 0 Se TRANSMIT=1 células de conexões não controladas podem ser enviadas a qualquer hora Se TRANSMIT=0 nenhuma célula pode ser enviada (controlada ou não controlada) Se um sinal HALT for recebido, TRANSMIT é setado para 0 e permanece assim até receber um outro sinal NO_HALT

20 Grupo A Se TRANSMIT=1 e não há nenhuma célula para ser transmitido em qualquer das conexões não controladas, acontece: Se GO_CNTR>0, TE pode enviar células numa conexão controlada As células são marcadas como controladas para mostrar que estão em uma conexão controlada GO_CNTR é decrementado Se GO_CNTR=0, TE não pode enviar dados numa conexão controlada TE configura GO_CNTR com o valor GO_VALUE após o recebimento do sinal GO_CNTR = Null, não tem efeito

21 Uso do HALT Usado normalmente para limitar a taxa de dados efetivos do ATM Pode ser cíclico Consegue reduzir a taxa de dados pelo uso da técnica half (metade), através do uso do HALT em 50% do tempo Usado para regular os padrões durante as conexões

22 Dois modelos de FILA Uso de dois Contadores separados:
GO_CNTR_A, GO_VALUE_A,GO_CNTR_B, GO_VALUE_B Oferece dois grupos separados de serviços

23 Header Error Control Usa 8 bits para: error control field
É calculado a partir dos 32 bits restante do cabeçalho É capaz de corrigir alguns erros no cabeçalho

24 HEC, Operação de Recebimento

25 Tratamento de erros

26 Impacto dos Erros de Bits aleatório x Desempenho HEC

27 Transmissão de células ATM
Taxas alcançadas: 622.08Mbps 155.52Mbps 51.84Mbps 25.6Mbps I.432 define dois tipos de estruturas de transporte física: Camada física baseada em células Camada física baseada SDH

28 Camada física baseada em célula
Não usa framing (formato) Para a transmissão baseada em células, há um fluxo contínuo das células ATM sem a divisão em quadros Sincronização é realizado usando o HEC Ao se iniciar uma transmissão, o receptor assume um estado de HUNT ("busca" ou "caça"), onde o HEC é calculado e comparado com o HEC da célula recebida. Caso haja coincidência entre os HEC's, o estado de PRESYNC é assumido. Neste estado, o reconhecimento ocorre a nível de células. Se houver o reconhecimento de x células consecutivas, o receptor assume que o sincronismo foi atingido, o delineamento das células foi encontrado e ele passa para o estado SYNC. Caso em uma das x células houver um erro no cabeçalho, o receptor assume que o sincronismo não foi atingido e retorna ao estado de busca (HUNT). Se o receptor que já está no estado SYNC receber y células consecutivas com erro, ele considera que houve perda de sincronismo e também retorna ao estado de busca.

29 Diagrama de estados de Delineamento de células

30 Camada física baseada em célula
Valores muito grandes para (Alpha) implicam em demora para o estabelecimento do estado de sincronismo, porém há uma segurança muito grande em relação a erros na delimitação dos quadros. Valores muito grandes de (Phi) resultam em atrasos muito grandes no reconhecimento de uma perda de sincronismo, porém implica em boa garantia contra falso sincronismo.

31 Impacto dos erros de bits aleatórios sobre o desempenho no delineamento de células

32 Tempo de Aquisição X Bit Error Rate

33 SDH Based Physical Layer
Impõe uma estrutura sobre a stream ATM Ex: para suportar Mbps Usa STM-1 (STS-3) frame Pode transportar dados ATM e STM payloads Suporta conexões comutados por circuitos usando canais SDH Padrão de técnicas de multiplexação SDH podem combinar muitas stream ATMs

34 STM-1 para SDH-Baseado em transmissão de células ATM

35 Categorias de Serviços ATM
Real time Constant bit rate (CBR) Real time variable bit rate (rt-VBR) Non-real time Non-real time variable bit rate (nrt-VBR) Available bit rate (ABR) Unspecified bit rate (UBR) Guaranteed frame rate (GFR)

36 Serviço: Real Time O que é importante: delay
Variação do delay (jitter)

37 CBR Disponibilidade contínua de taxa de dados fixa
Limite superior sobre o atraso Usado para audio e vídeo não comprimidos Conferência de Vídeo Áudio Interativo A/V para distribuição e distribution and recuperação

38 rt-VBR (Real Time) Para aplicações sensíveis
Possui restrições fortes em relação ao Delay e ao jitter Aplicações rt-VBR transmitem em uma taxa que varia com o tempo Exemplos: Vídeo Comprimidos Produz variações de tamanhos para os frames de imagens Para taxas de frames constantes(sem compressão) Também para taxas de dados que variam (comprimidos) Pode multiplexar conexões statisticamente

39 nrt-VBR Pode ser capaz de oferecer um serviço baseado em fluxo de tráfego razoável Oferece QoS em área de serviços de loss e delay Especificação dos sistemas finais ao uso do QoS: Picos na taxas de células (Peak cell rate) Definido em Taxa média sustentável Medida de como o trafego irá fluir Exemplo de uso: reservas áreas, transações bancárias,etc

40 UBR Opção adicional além de CBR e VBR:
Nenhum recurso é dedicado Extensão de VBR Para aplicações que podem tolerar algumas perdas de células ou variações de atrasos Ex: tráfego baseado em TCP Transferência de células baseadas em fila FIFO Serviço de melhor esforço - Best efforts service

41 ABR Especifica aplicações com pico de taxas de célula - peak cell rate (PCR) e mínimos taxas de células - minimum cell rate (MCR) Recurso alocado para dar pelo menos MCR Reserva de capacidade compartilhado com muitos outras fontes de ARB Ex: conexões de LAN

42 Guaranteed Frame Rate (GFR)
Desenhado para suportar IP sub-redes de backbone Melhor serviço que UBR para tráfego baseado em frame Incluindo IP e Ethernet Otimiza o tratamento de frames baseado em tráfego passando de LAN através rota de um backbones ATM Usado por empresas, transporta dados em geral e para redes de ISP Consolida e extende o IP sobre WAN ABR é difícil de ser implementado entre roteadores sobre redes ATM GFR, melhor alternativa para tráfegos de origem Ethernet A rede é ciente dos limites de frame/packet. Quando congestionados, todas as células das frames são descartados, para garantir os serviços mínimos para os outros Frames adicionais podem ser transportados se não houver congestionamento

43 ATM Bit Rate Services

44 AAL - ATM Adaptation Layer
Suporte para protocolo de transferência não baseados em ATM PCM (voz) Montagem de bits sobre as células Remontagem em um fluxo constante IP Mapeia pacotes IP em células ATM Fragmenta pacotes IP Usa LAPF (Link Access Procedure for Frame Mode Beare Services) sobre ATM para guardar e adaptar todas as características da infraestrutura IP

45 Adaptation Layer Services
O serviço de Adaptação de camada oferece: Cuida dos erros de transmissão Segmentação e remontagem Cuida das perdas e de erros de inserção de células Controle de fluxo e timing

46 Tipos de aplicações suportados
Os serviços podem ser: Emulação de circuito VBR pra voz e video Serviços de dados em geral IP sobre ATM Encapsulamento de múltiplos protocolos sobre ATM (MPOA) IPX, AppleTalk, DECNET Emulação de LAN

47 O Protocolo AAL Camadas: Convergence sublayer (CS)
Suporte para aplicações específicas Todos os usuários de AAL são atachados ao SAP (service access point), que é um endereço da aplicação Segmentation and re-assembly sublayer (SAR) Responsável pelo empacotamento e desempacotamento dos dados recebidos ou enviados para a camada CS para e a partir de células com 48 bytes Tipos de serviços: Type 1 Type 2 Type 3/4 Type 5

48 Protocolos AAL

49 Segmentação e Remontagem de PDU

50 ALL Tipo 1 Fonte CBR Pacotes SAR e desempacotamento de bits
Blocos acompanhados com números sequenciais

51 ALL Tipo 2 VBR Aplicações Analógicas

52 AAL Type 3/4 Aplicações baseadas em comunicação orientadas em conexões ou não Modo de mensagem ou modo stream

53 AAL Type 5 Serviço de transporte baseado em conexão orientado para a stream para camadas mais altas

54 CPCS PDUs

55 Exemplo de transmissão AAL 5

56 Required Reading Stallings Chapter 11 ATM Forum Web site