IP sobre ATM Augusto Casaca IST/INESC (Augusto.Casaca@inesc.pt)

INDICE 1. IP e ATM: cooperantes ou competidores? 2. IP sobre ATM: modelo clássico 3. Multiprotocolo sobre ATM (MPOA) 4. Conceito de Comutação de Etiquetas 5. Comutação IP (IP Switching) 6. Comutação de Marcas (Tag Switching) 7. RSVP 8. Conclusões

1. IP e ATM: COOPERANTES OU COMPETIDORES? IP (Internet Protocol) Protocolo para interligação de redes (camada 3). Pacotes de comprimento variável. Fornece um serviço sem conexão. Endereçamento próprio. Mecanismos de encaminhamento próprios. Existência de Multicasting. Maioria das aplicações corre sobre IP. Reserva de recursos e falta de garantias para a Qualidade de Serviço são um problema.

ATM (Asynchronous Transfer Mode) Modo de transferência baseado na comutação de pacotes de comprimento fixo (53 octetos). Possibilidade de suportar todos os protocolos das camadas superiores. Fornece um serviço orientado à conexão. Endereçamento próprio. Mecanismos de encaminhamento próprios. Vários tipos de serviço ATM (DBR, SBR, ABR, UBR,…). Várias classes de Qualidade de Serviço. Capacidade de suportar directamente aplicações.

Potencialmente ATM e IP podem competir entre si. Visões extremistas são possíveis: Rede Universal baseada em ATM Rede Universal baseada em IP Co-existência de IP e ATM é a solução mais provável. IP sobre ATM para as aplicações existentes. ATM é usado para enviar pacotes IP ao longo da rede. Novas aplicações requerendo garantias de Q. de S. podem correr directamente em ATM.

2. IP sobre ATM: MODELO CLÁSSICO Este modelo foi criado no IETF. Adopta um modelo overlay: ATM é considerado como um protocolo da camada 2. IP corre sobre a infraestrutura ATM sem modificações nos routers e nos sistemas terminais. Encaminhamento/Endereçamento IP e ATM são independentes. IP permite a conectividade entre redes com diferentes protocolos na camada 2.

A estrutura clássica das redes IP é preservada. Numa LIS (Logical IP Subnet) todos os membros têm o mesmo netid. Qualquer pacote IP destinado para fora da sub-rede original, passa por um router.

Resolução de Endereços (RFC 1577) É preciso um mecanismo para converter endereços IP em endereços ATM. Cada LIS contém um único Servidor ATM ARP (Address Resolution Protocol). Rede ATM Servidor ATM ARP Cliente B Cliente A 3 5 2 4 1

Encapsulamento dos pacotes IP (RFC 1483) Os pacotes IP são encapsulados numa PDU AAL5 (Encapsulamento LLC/SNAP). Pacote IP Pacote Encapsulado 0xAA-AA-03 0x00-00-00 0x08-00 (LLC) (OUI) (PID) AAL5 SDU

Multicasting Em multicasting, os dados são entregues simultaneamente a um grupo de utilizadores. Multicasting não ocorre naturalmente numa rede ATM. É necessário ter um Servidor de Resolução de Endereços Multicast (MARS); MARS2 Subrede IP MARS1 Rede ATM Router IPmc Cluster 1 Router IPmc Cluster 2 H1 H4 H2 H3

Optimização do Encaminhamento Problema no modelo clássico: qualquer pacote encaminhado entre sistemas que pertençam a LIS distintas tem de passar por um router. A solução é o NHRP (Next Hop Resolution Protocol).

3. MULTIPROTOCOLO SOBRE ATM (MPOA) Suporta qualquer protocolo da camada de rede (camada 3) sobre ATM. Desenvolvido no ATM Forum. É uma evolução da Emulação de LANs (LANE). Em LANE, a comunicação entre subredes faz-se através de routers. MPOA usa o mecanismo NHRP para obter uma conectividade directa entre sistemas pertencentes a subredes distintas.

Objectivo principal: obtenção de uma conectividade completa (extremidade-a-extremidade) ao nível da camada 3 em redes ATM. MPOA integra LANE para comunicação interna à LIS e NHRP para resolução de endereços. MPOA utiliza os protocolos de sinalização ATM. MPOA baseia-se no modelo overlay. Elementos básicos de MPOA são: Edge Device - suporta interfaces LAN para clientes de LANE MPOA Host - sistema ATM que suporta MPOA MPOA Router - router convencional que suporta MPOA.

Comunicação entre elementos MPOA Edge Device ou MPOA Host MPOA Router Servidor(es) Cliente(s) MPOA NHS MPOA LAN Emulada Cliente(s) Cliente(s) LANE LANE Arquitectura cliente-servidor Funções principais: configuração, registo e descoberta, resolução de endereços destino, gestão das conexões e transferência de dados.

4. CONCEITO DE COMUTAÇÃO DE ETIQUETAS (Label Switching) Objectivo: evitar a complexidade inerente ao modelo clássico IP sobre ATM (diferentes endereçamentos, mecanismos de encaminhamento e alocação de recursos nos dois protocolos). O modelo overlay não é utilizado. Etiqueta: pequeno conjunto de bits, de comprimento fixo e não estruturado. Transportada no cabeçalho de uma trama (nível 2) ou num campo suplementar entre os cabeçalhos de níveis 2 e 3 de um pacote. Em ATM a etiqueta pode ser transportada nos campos VPI ou VCI. Em Frame Relay pode ser transportada no campo DLCI.

Comutadores ATM enviam pacotes para a rede utilizando “substituição de etiquetas” (label swapping), mas o mecanismo para construir as tabelas de encaminhamento é controlado pelo protocolo IP. Sob o ponto de vista de controlo de comutador, os comutadores ATM comportam-se como routers IP. Eliminou-se a necessidade de mapeamento entre IP e ATM ao nível do controlo.

5. COMUTAÇÃO IP (IP Switching) Desenvolvido pela Ipsilon. Distinto do Modelo Clássico e de MPOA. Admite que IP é o único protocolo a considerar na camada rede. A actual tecnologia dos routers apresenta limitações de velocidade. Objectivo: realizar encaminhamento IP com a velocidade de comutação ATM.

Comutador IP Software IP Controlador do Comutador IP Software de gestão do Comutador ATM Comutador Hardware ATM ATM Realização Conceito O software de um router IP é integrado no hardware de um comutador ATM. Não utiliza sinalização ATM.

Operação do Comutador IP

6. COMUTAÇÃO DE MARCAS (Tag Switching) É uma proposta da CISCO. Tag Switching não está restringido a utilizar só tecnologia ATM. Uma marca (conjunto de bits) é associada com o endereço destino. É o equivalente a uma etiqueta. Os pacotes que vão para um certo destino têm um prefixo constituído por uma marca à medida que são comutados na rede. Os comutadores de marcas tomam decisões rápidas para o envio de pacotes através do mecanismo de substituição de etiquetas.

Componentes do Comutador de marcas Envio de pacotes A marca é utilizada como um apontador para a TIB (Tag Information Base). Cada entrada na TIB consiste de : marca de entrada: marca de saída, interface de saída, info sobre ligação de saída. Para cada igualdade: a marca do pacote é substituída pela marca de saída e a informação da ligação de saída substitui a existente no pacote. O pacote é enviado para a interface de saída. Controlo Gera ligações de marcas a caminhos na rede ou a fluxos de informação. Distribui informação sobre as ligações pelos comutadores de marcas.

Arquitectura de comutação de marcas para ATM

7. RSVP Resource Reservation Protocol (RSVP) é usado pelas aplicações num ambiente IP para reservar recursos numa rede ao longo do caminho estabelecido pelo algoritmo de encaminhamento. Os nós da rede, quando recebem uma mensagem RSVP, executam uma espécie de “Controlo de Aceitação da Conexão” (CAC) e reservam os recursos necessário (soft-state). RSVP é um protocolo simplex. É orientado para o receptor. Usado para comunicações unicast e multicast. É feito um controlo de tráfego para fluxos IP semelhante ao que é feito pela sinalização para fluxos de células ATM.

O uso de RSVP numa rede IP sobre ATM, requer o mapeamento das mensagens RSVP em mensagens de sinalização ATM. Para realizar uma reserva na rede: Sessão - fluxo de dados identificado pelo receptor. Especificação de Fluxo - contém os requisitos de Q. de S. da aplicação Especificação de filtro - determina os pacotes a que se aplica a especificação de fluxo. Um descriptor de fluxo contém: Especificação de fluxo e Especificação de filtro.

Fluxo de mensagens RSVP Resv Receptor 1 R 3 Receptor 2 Emissor R R 1 2 Path Receptor 3 R 4 Receptor 4 R Router i Descriptor de fluxo é transmitido como um parâmetro de RSVP. Mensagens RSVP transportadas dentro de pacotes IP.

8. CONCLUSÕES IP e ATM representam duas filosofias diferentes para redes de informação. A convergência de redes IP e ATM não atingiu ainda a estabilidade. Tem-se, no entanto, progredido para obter uma integração eficiente de IP e ATM. Se essa integração fôr bem sucedida, significa uma melhoria considerável nos serviços Internet.

O modelo clássico de IP sobre ATM é uma solução testada O modelo clássico de IP sobre ATM é uma solução testada. Foi melhorado com multicasting (MARS) e encaminhamento optimizado (NHRP). MPOA é um protocolo complexo, baseado no conhecido conceito de Emulação de LANs. Pode ser, no entanto, uma boa solução para integrar protocolos da camada 3 sobre ATM. Comutação IP e Comutação de Marcas são soluções proprietárias. Outras soluções proprietárias existem: CSR (Toshiba) e ARIS (IBM). O grupo MPLS (Multiprotocol Label Switching) no IETF pretende normalizar uma tecnologia que integre o paragdigma de “substituição de etiquetas” com o encaminhamento ao nível de camada de rede.

Reserva de recursos e falta de garantias de Q. de S Reserva de recursos e falta de garantias de Q. de S. são um problema em redes IP. RSVP é uma primeira tentativa para resolver este problema. Porém, RSVP parece ter problemas em redes de grandes dimensões. Existem outras propostas em estudo no IETF para reserva de recursos em rede IP (e.g. serviços diferenciados). Embora a maioria das aplicações corra em IP, é possível desenvolver novas aplicações que corram directamente sobre ATM; isto dará garantias de Q. de S. às aplicações.