Introdução à Tecnologia ATM Marco Antônio Chaves Câmara LOGIC Engenharia Ltda mcamara@logicsoft.com.br

Agenda do Tutorial Aplicações & Banda Larga Introdução ao ATM Configuração e Modelo de Referência As Camadas Outras Características

Aplicações & Banda Larga Sistemas de Comunicação Típicos O que é “banda larga” ? Tipos de serviço Classes de Tráfego Tipo de serviço define requisitos do meio de comunicação Redes hoje & Aplicações para banda larga

Sist. de Comunicação Típicos Voz Rede telefônica Transmissão de Dados Redes de pacotes Vídeo TV a cabo e broadcast Para unificar os ambientes ?

Que é Serviço de Banda Larga ? Todo serviço que exige canais de comunicação capazes de suportar taxas superiores às taxas primárias do RDSI-FE Chamada também de broadband Acesso Primário RDSI-FE (Redes Digitais de Serviços Integrados - Faixa Estreita) T1 = 1,544 MBps E1 = 2,048 MBps Também chamada de B-ISDN

Serviço Conversacional Transferência fim-a-fim em tempo real; Vídeo-conferência

Serviço de Recuperação Recuperação remota de informações Vídeo-texto, video-on-demand

Serviço de Mensagem Armazenamento temporário de mensagens Store-and-forward Não são em tempo real Correio de vídeo & Correio multimídia

Serviço de Distribuição Sem controle Broadcasting : cotação de bolsas, TV etc Com controle Acesso a documentos selecionados; locação de vídeos

Características Específicas Longos Altas taxas Transferência contínua Sincronismo

Características Específicas Longos Serviços de Banda larga geralmente envolvem grande quantidade de informação. Altas taxas Transferência contínua Sincronismo

Características Específicas Longos Altas taxas Além da grande quantidade, as informações precisam ser entregues em um tempo reduzido. Transferência contínua Sincronismo

Características Específicas Longos Altas taxas Transferência contínua Alguns serviços exigem a transferência constante de informação, como no caso do áudio, por exemplo. Sincronismo

Características Específicas Longos Altas taxas Transferência contínua Sincronismo Exige-se que os tempos de apresentação correspondam ao tempo da origem, ou mesmo que dois tipos diferentes de informação estejam sincronizadas.

Um exemplo : TV Televisão comum Televisão - estúdio Normal = 120 MBps Comprimido = 3 a 6 MBps Televisão - estúdio Normal = 216 MBps Comprimido = 10 a 30 MBps Televisão de alta resolução Normal = 1500 MBps Comprimido = 20 a 30 MBps Fonte : IEEE Communications Magazine, Abril 1992

Classes de Tráfego CBR Rajadas (bursty) VBR

Classes de Tráfego CBR Rajadas (bursty) VBR Constant Bit Rate Contínuo e constante Taxa média = Taxa de pico Rajadas (bursty) VBR

Classes de Tráfego CBR Rajadas (bursty) VBR Períodos de pico intercalados com silêncio (nenhum tráfego) Taxa média não tem significado VBR

Classes de Tráfego CBR Rajadas (bursty) VBR Variable Bit Rate Contínuo, porém variável

Tráfego por Aplicação Texto Imagem Fixa Áudio Vídeo

Tráfego por Aplicação Texto Imagem Fixa Áudio Vídeo Bursty Baixa tolerância a erros Sincronismo não é crítico Imagem Fixa Áudio Vídeo

Tráfego por Aplicação Texto Imagem Fixa Áudio Vídeo Bursty Sincronismo não é crítico Erros em imagens matriciais Erros em imagens vetoriais Áudio Vídeo

Tráfego por Aplicação Texto Imagem Fixa Áudio Vídeo CBR Sensível ao sincronismo Sensibilidade média a erros Vídeo

Tráfego por Aplicação Texto Imagem Fixa Áudio Vídeo CBR Sincronismo crítico Baixa sensibilidade a erros

Aplicações Especiais Técnicas críticas para o tratamento de erros Compressão (eliminam-se dados desnecessários) Compactação (não se eliminam dados) Interpretação automática dos dados (medicina) Prioridade de perda Aplicação estabelece o que pode ser desprezado em situações críticas

Ethernet Redes hoje & Broadband Ausência de Sincronismo Dificuldades para tráfegos contínuos Desempenho cai com o aumento de tráfego Ethernet

Redes hoje & Broadband Tratamento de prioridades existe, mas não é perfeito Não há garantia de sincronismo Dificuldades para tráfego em rajada Token Ring

Redes hoje & Broadband Taxa de transferência elevada Não há garantia de sincronismo, exceto no FDDI II FDDI

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Introdução ao ATM ? ? Histórico Comutação Rápida RDSI-FL Limitações do STM SDH ATM - Solução ? ? ? ? ?

Histórico do ATM Integração de serviços surge quando as redes de telefonia evoluiram para a comunica-ção de dados; Comutação de circuitos é substituída pela comutação de pacotes; Multiplexação no tempo e transmissão síncrona. O TDM já previa integração dados/voz; 1962 1996

Histórico do ATM RDSI introduz o conceito da comunicação digital de ponta a ponta; Começa-se a analisar a integração da RDSI às redes atuais; Frame-relay reduz o tempo de chaveamento, através da simplificação do processo; Tecnologia cell-relay promete mais velocidade e integração facilitada 1962 1996

Histórico do ATM ATM Forum 1992 - 1ª Versão UNI 1993 - UNI 3.0 Criação em 1991: Adaptive Corporation Cisco System, Inc. Sprint Corporation Northern Telecom Ltd. 1992 - 1ª Versão UNI 1993 - UNI 3.0 1994 - Classical IP and ARP over ATM (IETF) 1962 1996

Comutação Rápida A idéia : Simplificar o trabalho da camada de enlace, passando suas funções para as camadas superiores; Eliminar a camada 3 para o fluxo nominal. Enlace Rede Rede Física

Comutação Rápida Implementando : Enlace Rede Rede Física Reduzem-se as funções das camadas 2 e 3 controles passam a funcionar fim a fim (transporte); Informações de sinalização seguem por circuitos virtuais separados; O roteamento é feito no momento da conexão (criação do circuito virtual). Enlace Rede Rede Física

Comutação Rápida Implementando : Enlace Rede Rede Física Reduzem-se as funções das camadas 2 e 3 controles passam a funcionar fim a fim (transporte); Informações de sinalização seguem por circuitos virtuais separados; O roteamento é feito no momento da conexão (criação do circuito virtual). Enlace Rede Rede Física

A existência do link virtual vai garantir que, após o estabelecimento da conexão, todas as informações posteriores sejam encaminhadas sem roteamento.

Comutação Rápida As técnicas : Unidades de informação com tamanho variável Frame Relay Unidades de informação com tamanho fixo Cell Relay Enlace Rede Rede Física

RDSI-FL Faixa Larga Baseada na tecnologia cell-relay Objetivos Também conhecida como B-ISDN Baseada na tecnologia cell-relay Objetivos Oferecer gama ampla de serviços Interfaces de acesso padronizadas

STM Limitações do STM O que é STM ? Os canais Estruturas de Acesso Atendendo ao RDSI-FL STM

O que é STM ? Synchronous Transfer Mode Linhas de transmissão são canais síncro-nos multiplexados no tempo (TDM) Modo de transferência utilizado pelo RDSI-FE (Seria possível usá-lo para o RDSI-FL ?)

Os canais Canal B = 64 KBps Canal D = 16, 64 KBps Canais H Canais Hierarquia(MBps) 2048 1544 H0 384 KBps H1 1920 KBps 1536 KBps H2 32.768 KBps 43.000~45000 H4 132.032~138.240

Estruturas de Acesso Acesso Básico Acesso Primário Dois canais B + um canal D (16 KBps) Taxa de 192 KBps Acesso Primário T1: 23 canais B + um canal D (64 K) E1: 30 canais B + um canal D (64K) Acesso com canais H ? Problemas de gerenciamento de canais Necessidade de alta velocidade no chaveamento de canais provocaria perda de performance

Atendendo ao RDSI-FL Se simplificarmos o chaveamento Perda da capacidade de transmissão dos canais Se utilizarmos totalmente os canais Chaveamento complexo causa perda de performance Esquemas alternativos novamente geram mais complexidade

SDH Synchronous Digital Hierarchy Hierarquias digitais Os diferentes padrões Unificação dos padrões SDH & SONET Synchronous Digital Hierarchy

Hierarquias Digitais Sinais Básicos Confome mostrado na figura, diversos sinais básicos são multiplexados em cascata, com cada saída representando um nível hierárquico diferente Níveis hierárquicos superiores exigem meios físicos com maior banda de passagem Multiplexação normalmente não atende a um padrão muito claro (definida pelos fabricantes)

Os diferentes padrões Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias : Americana - T1 Européia - E1 Japonesa Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Os diferentes padrões Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias : Americana - T1 Européia - E1 Japonesa Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Os diferentes padrões Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias : Americana - T1 Européia - E1 Japonesa Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Os diferentes padrões Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias : Americana - T1 Européia - E1 Japonesa Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Os diferentes padrões Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias : Americana - T1 Européia - E1 Japonesa Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Os diferentes padrões Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias : Americana - T1 Européia - E1 Japonesa Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.

Unificação dos padrões Esforço do BBTG (BroadBand Task Group) do ITU-T O SDH seria padrão para a RDSI-FL A Bell havia criado um padrão para hierarquiais digitais e multiplexação SDH

SDH & SONET O padrão da Bell (SONET) é aprovado para a NNI, e depois para a UNI Taxa Básica de 51,84 MBps do SONET vira 155,52 no SDH 155,52 MBps x3 51,84 MBps x7 6,312 MBps x4 x3 1,544 MBps 2,048 MBps

ATM - A solução ? Assynchronous Transfer Mode Baseada em pequenas células de 53 bytes Suporta diferentes tipos de tráfego, com alta taxa de transferência Escolhido como modo de transferência para a RDSI-FL

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

Config. de Referência B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-TE2 B-TA RB SB TB UB Define o ambiente do usuário, ou melhor, a conexão do usuário à rede. Esta interface é chamada de UNI (User Network Interface)

Config. de Referência B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-TE2 B-TA RB SB TB UB Os blocos representam funções realizadas por equipamentos presentes no ambiente do usuário.

Config. de Referência ? B-TE1 B-NT2 B-NT1 ? B-TE2 B-TA RB SB TB UB Entre os blocos estão os pontos de referência, que são as interfaces entre equipamentos. A interface com o usuário não é representada.

Config. de Referência B-TE1 B-NT2 B-NT1 Rede B-TE2 B-TA RB SB TB UB Do lado direito da figura, conecta-se a linha de comunicação, que interliga o ambiente de usuário ao resto da rede.

Config. de Referência NT1 - Network Terminal 1 B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-TE2 B-TA RB SB TB UB NT1 - Network Terminal 1 Representa a camada 1 da rede Uma interface TB para conexão com NT2

Config. de Referência NT2 : MUX/DEMUX de células B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-TE2 B-TA RB SB TB UB NT2 : MUX/DEMUX de células Permite a concentração de vários equipamen-tos, como podemos ver na figura

Config. de Referência Interfaces S e T são definidas pela norma UNI B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-TE2 B-TA RB SB TB UB Interfaces S e T são definidas pela norma UNI É obrigatória a obediência aos padrões estabelecidos na norma

Config. de Referência B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-TE2 B-TA RB SB TB UB TE1 (Terminal Equipment) - terminal que aten-de às condições especificadas no ATM-UNI Não é necessária conversão para acesso ao NT2

Config. de Referência B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-TE2 B-TA RB SB TB UB TE2 - terminal que não atende às condições especificadas no ATM-UNI É necessária a conversão para acesso ao NT2

Config. de Referência B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-TE2 B-TA RB SB TB UB TA (Terminal Adapter) - Adapta a interface do terminal TE2 ao padrão UNI exigido pelo NT2.

{ { { Config. de Referência Privada Pública UNI B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-TA { RB SB TB UB { Privada Pública UNI

Modelo de Referência Define quatro planos Gerência Planos Gerência Camadas Controle Usuário

Modelo de Referência Gerência dos Planos Não está dividido em camadas Faz o gerenciamento de todos os planos, inclusive o próprio

Modelo de Referência Gerência das Camadas Trata do fluxo de informações de operação e manutenção de cada camada Gerenciamento de recursos e parâmetros de protocolos

Modelo de Referência Plano de Controle Sinalização de conexões Funções de controle

Modelo de Referência Plano do Usuário Dividido em camadas Transferência da informação propriamente dita entre os usuários

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As Camadas Camada de Adaptação Camada ATM Camada Física

As Camadas Camada de Adaptação Camada ATM Camada Física Primeira camada fim-a-fim no ATM AAL (ATM Adaptation Layer) Dividida nas subcamadas CS e SAR CS (Convergência) SAR (Quebra e Remontagem) Camada ATM Camada Física

As Camadas Camada de Adaptação Camada ATM Camada Física Comum aos planos de controle e usuário Presente em todos os equipamentos da rede Não possui subcamadas Camada Física

As Camadas Camada de Adaptação Camada ATM Camada Física Comum aos planos de controle e usuário Presente em todos os equipamentos da rede Dividida nas subcamadas TC e PM TC (Convergência de Transmissão) e PM (Mídia Física)

A Camada Física Como ocorre a Transmissão A subcamada TC A subcamada PM

Como ocorre a Transmissão TC recebe um fluxo de células São inseridos os delimitadores É gerado o HEC do cabeçalho Os bits são en- tregues a PM O fluxo é trans- formado em bits Os bits são transmitidos

A subcamada TC Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células Geração e verificação do HEC Delineamento das células Embaralhamento

A subcamada TC Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células Preenchimento automático para tráfego bursty Geração e verificação do HEC Delineamento das células Embaralhamento

A subcamada TC Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células Geração e verificação do HEC Polinômio gerador : X8 + X2 + X + 1 Erros no HEC causam descarte da célula Só a garantia de correção para erros em um bit Em fibra ótica, normalmente pode-se corrigir Delineamento das células Embaralhamento

A subcamada TC Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células Geração e verificação do HEC Delineamento das células Abandonadas as técnicas de padrão de bits e codificação inválida O HEC é usado para sincronismo Embaralhamento

A subcamada TC Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células Geração e verificação do HEC Delineamento das células Embaralhamento Realizado na parte de dados da célula. Mantém-se o cabeçalho intacto Evita seqüências indesejáveis (0s, 1s e HEC)

A subcamada PM Definida pelo ITU-T apenas para a NNI e interface TB da UNI Estudos do ITU-T procuram adequar a SB às redes locais já existentes Células SDH FDDI etc

A Camada ATM As funções da Camada Formato da Célula

As funções da Camada Adição e remoção do cabeçalho Chaveamento e encaminhamento Campos VPI e VCI do cabeçalho Meio Físico contém VPI que contém VCI GFC Controle Genérico do Fluxo Presente no cabeçalho apenas na UNI

 Cabeçalho  Dados Formato da Célula Bytes 1 2 3 4 5 53 GFC VPI VPI VCI 2  Cabeçalho  Dados VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5 48 bytes de dados 53

Formato da Célula Bytes 1 GFC - Generic Flow Control Apenas na UNI VPI - Virtual Path Identifier VCI - Virtual Channel Identifier PT - Payload Type CLP - Cell Loss Priority HEC - Header Error Control GFC VPI 1 VPI VCI 2 VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5 48 bytes de dados 53

Formato da Célula Bytes 1 2 Representam 90% da célula 3 GFC VPI 1 VPI VCI 2 Representam 90% da célula Header = 10% (Overhead ?) Diversos formatos : Vídeo Voz Dados O tamanho é fixo ! VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5 48 bytes de dados 53

A Camada de Adaptação Classes de Serviços Os tipos de AAL

Classes de Serviço A AAL utiliza os serviços das camadas inferiores para oferecer serviços com características específicas (classes) Atributos permitem modificações no tipo de serviço : VBR ou CBR Presença do Sincronismo Cada serviço específico é oferecido por um tipo de AAL

Os tipos de AAL AAL 0 AAL 1 AAL 2 AAL 3/4 AAL 5

Os tipos de AAL AAL 0 Camada AAL não existe AAL 1 AAL 2 AAL 3/4 AAL 5

Os tipos de AAL AAL 0 AAL 1 AAL 2 AAL 3/4 AAL 5 Realiza serviços da classe A AAL 2 AAL 3/4 AAL 5

Os tipos de AAL AAL 0 AAL 1 AAL 2 AAL 3/4 AAL 5 Realiza serviços da classe B. Ainda não é utilizada AAL 3/4 AAL 5

Os tipos de AAL AAL 0 AAL 1 AAL 2 AAL 3/4 AAL 5 Realizam os serviços das classes C e D Combinadas durante a definição das normas AAL 5

Os tipos de AAL AAL 0 AAL 1 AAL 2 AAL 3/4 AAL 5 Realiza serviços das classes C e D, porém de forma mais simples

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Outras características Sinalização Plano de Gerenciamento Plano do Usuário

Sinalização Realizada pelo plano de controle Estabelece, mantém e libera dinamicamente conexões VCCs e VPCs Oferece suporte a configurações ponto-a-ponto, multiponto e difusão Permite modificar configurações do tráfego existente

Plano Gerenciamento Responsável pelo OAM Fases existentes : Operation, Administration and Maintenance Fases existentes : Monitoração de Desempenho Detecção de falhas e defeitos Proteção do Sistema Informação de falha ou desempenho Localização de falhas

Plano Gerenciamento ILMI Informações da MIB Interim Local Management Interface Define informações que serão coletadas pelos agentes Informações da MIB Camada Física VCCs e VPCs Estatísticas dos VCCs e VPCs Registro de endereços

Plano do Usuário Redes Virtuais Interconecção entre redes locais e remotas Emulação de LAN IP over ATM Frame Relay over ATM

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Switches ATM As características técnicas As aplicações típicas Comparativos

Dúvidas ? LogicSoft Marco Antônio C. Câmara Tel. (071) 351-1264 FAX (071) 351-1460 Internet mcamara@logicsoft.com.br

Detalhes ? Bibliografia - Livros Redes de Computadores 2a.Edição - Editora Campus Luis Fernando Gomes Soares Guido Lemos Sérgio Colcher Emerging Communications Technologies Uyless Black Prentice Hall

Detalhes ? Bibliografia - Livros ATM User-Network Interface Specification Prentice Hall The ATM Forum

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