Redes ATM. Instituto Superior Técnico

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1 Redes ATM Instituto Superior Técnico André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/2011

2 Sumário Introdução Princípios do ATM Célula ATM Modelo de referência Camadas ATM Dispositivos ATM Conexões Encaminhamento Qualidade de serviço Classes de serviços Aplicações ATM Benefícios do ATM Defeitos do ATM Perspectivas de futuro André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/2011 2

3 Introdução A tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode) foi a resposta às necessidades crescentes de tráfego multimédia, como voz, vídeo, imagens, dados, etc., surgidos na década de 90. O conceito básico envolvido é a adopção de pequenos pacotes de dados de tamanho fixo denominados de células, que podem ser comutados através de hardware, em alta velocidade. A rede deveria oferecer as mesmas garantias de entrega que as redes de voz e vídeo ofereciam. Teria de ser de capaz de suportar diferentes tipos de tráfego. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/2011 3

4 Princípios do ATM Modo de transferência assíncrono, baseado em células de comprimento fixo. Cada célula contém um cabeçalho e um campo de dados, os quais permitem identificar o canal virtual e o caminho adequado. Técnica de conexão-orientada, usa identificadores de ligação para encaminhar as células pela rede ATM. Informação de sinalização e utilizador são transportados em canais virtuais separados. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/2011 4

5 Princípios do ATM (2) Oferecer uma capacidade de transferência flexível comum a todos os serviços. Funções de adaptação são fornecidas de forma a acomodar os diversos serviços. O campo de informação da célula é transportado transparentemente pela camada ATM. Não há qualquer tipo de processamento (por exemplo, controlo de erros) sobre a informação do campo na camada ATM. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/2011 5

6 Célula ATM Estrutura da célula: Header Payload 5 Bytes 48 Bytes André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/2011 6

7 Célula ATM (2) Cabeçalho (Header): Formato NNI: HEC C L P Formato UNI: PT VCI VPI 5 Bytes HEC C L P PT VCI VPI GFC 5 Bytes André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/2011 7

8 Célula ATM (3) Formatos do cabeçalho: Header Error Control (HEC) - Faz a detecção de erros no cabeçalho. Cell Loss Priority (CLP) - Define a prioridade das células, permitindo que uma célula seja descartada em caso de congestionamento. Payload Type (PT) Indica o tipo de dados contido na célula. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/2011 8

9 Célula ATM (4) Formatos do cabeçalho: Virtual Channel Identifier (VCI) e Virtual Path Identifier (VPI) - Em conjunto, estes dois campos permitem identificar um endereço local na rede. Generic Flow Control (GFC) - Fornece as funções locais que possibilitam o controlo de tráfego. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/2011 9

10 Célula ATM (5) Dados (Payload): Payload 48 Bytes Transporta a informação e formatação. não possui qualquer tipo de André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

11 Gestão de Plano Gestão de Camada Modelo de referencia ATM Funções do Plano de Gestão Plano de Controlo Plano do Utilizador Camadas Superiores Camadas Superiores Camada de Adaptação Camada ATM Camada Física André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

12 Camadas ATM Camada Física Camada ATM Camada de Adaptação Trata do meio físico usado no transporte de células entre pontos da rede. Projectada para ser independente do meio de transmissão. Lida com a transferência de células. Faz a multiplexagem e direccionamento das células. Estabelece e liberta circuitos virtuais. os Realiza o controlo do congestionamento. Faz a conversão entre protocol data units e as células. Permite adaptar os diferentes tipos de tráfego às características das células. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

13 Dispositivos ATM Router ATM endpoints LAN switch Workstation ATM switches ATM network CSU/DSU Fonte: Cisco André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

14 Conexões ATM Característica fundamental: Orientadas para a conexão Ligação virtual: Existem 2 níveis de ligações virtuais: Circuitos virtuais (VC, Virtual circuits) Permanentes (PVCs) ou Comutados (SVCs) Caminhos virtuais (VP, Virtual path) Cada nível possui um identificador próprio: Identificador do circuito virtual (VCI, Virtual circuit identifier) Identificador do caminho virtual (VPI, Virtual path identifier) André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

15 Conexões ATM (2) VC VC VP VP Ligação Física VP VP VC VC Fonte: Cisco Cada célula possui o seu VPI e VCI o que lhe permite associar a um circuito virtual especifico de uma ligação física. Usando VPI/VCI, a Camada ATM consegue multiplexar, desmultiplexar e comutar células de múltiplas ligações. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

16 Conexões ATM (3) Estabelecimento da conexão: Por circuito virtual permanente: O cliente especifica os 2 pontos da ligação O sistema de gestão determina a sequência de switches Escolha de um VPI/VCI para ser usado em cada passo Configuração de cada par de switches adjacentes Por circuito virtual comutado: O transmissor faz um pedido de ligação ao switch Cada par de switches do caminho interage entre si e escolhe o VCI/VPI O transmissor recebe mensagem de estado da ligação André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

17 Encaminhamento Exemplo: Célula A (Dados) viaja pela rede até B Célula B (Vídeo) viaja pela rede até A Tabela de encaminhamento do comutador Z VPI VC I Port. Entrada VPI VCI Port. Saída VPI=10, VCI=55 Célula A 2 X Dados Tabela de encaminhamento do comutador X VPI VCI Port. Entrada VPI VCI Port. Saída Z 3 A VPI=20, VCI=37 Célula B 1 Y Tabela de encaminhamento do comutador Y Vídeo VPI VCI Port. Entrada VPI VCI Port. Saída B André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

18 Qualidade de serviço (QoS) Para satisfazer as exigências dos utilizadores foram criadas estruturas que permitem especificar requisitos de qualidade. As especificações de QoS são dadas quando a conexão é estabelecida e ficam em efeito até ao término da ligação. Os switches têm de garantir a capacidade prometida a partir do momento em que um pedido de conexão seja aprovado. Se um switch não puder cumprir com os requisitos de QoS de um pedido de conexão, esse pedido não será aprovado e uma mensagem de erro será gerada e a conexão será negada. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

19 Classes de serviços O ATM foi desenvolvido para responder a diferentes aplicações e essas foram distribuídas em 4 classes: CBR (Constant bit rate) VBR (Variable bit rate) ABR (Available bit rate) UBR (Unspecified bit rate) Estas classes de serviços servem para responder às exigências das aplicações sobretudo ao nível da latência, perdas e variações de largura de banda. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

20 Classes de serviços (2) Classe de serviço Características Aplicações CBR VBR Fornece um débito binário constante Garante um débito binário com variações definidas Voz Vídeo (sem compressão) Voz Vídeo (comprimidos) ABR Garante uma largura de banda mínima mas que pode ser aumentada consoante o congestionamento da rede Dados UBR Não garante um débito binário Transferência de ficheiros André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

21 Aplicações do ATM No UMTS, o ATM é usado na rede UTRAN para interligar os nós B ao RNC Redes de núcleo dos ISP No ADSL, o ATM é usado na rede de acesso para interligar o DSLAM e a rede de serviço Rede UTRAN no UMTS Aplicações do ATM Redes de acesso no ADSL Fonte: unicomm Vídeo p2p e p2m Redes APON e GPON Fonte: desmontacia André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

22 Benefícios do ATM Bom desempenho dos comutadores Largura de Banda dinâmica para débito em rajada Classes de serviços para multimédia Escalabilidade na velocidade e no tamanho da rede Arquitectura comum para LAN e WAN Acordo entre cliente e fornecedor baseado num padrão internacional André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

23 Defeitos do ATM Custo Custo acrescido devido ao elevado número de serviços oferecidos pelas redes ATM. Latência de Configuração das Conexões O paradigma orientado à conexão introduz um atraso significativo para comunicações distantes. Cell Tax Os cabeçalhos das células impõem uma taxa de 10% sobre todos os dados transferidos. Requerimentos de Especificação de Serviço A escolha dos parâmetros de serviço é feita por um computador. Um aplicativo pode não saber que especificar e pode errar ao escolher requerimentos muito fracos ou muito fortes. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

24 Defeitos do ATM (2) Falta de um Broadcast Eficiente O ATM é uma rede orientada à conexão, como tal, o seu hardware não suporta broadcast ou multicast. Complexidade do QoS Embora o padrão do ATM permita que um computador especifique os parâmetros de QoS quando estabelece uma conexão, impor limites não é trivial. Presunção de Homogeneidade O ATM é projectado para ser um sistema de rede único e universal. Há pouca predisposição para interoperar com outras tecnologias. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

25 Perspectivas de futuro Apesar da tecnologia ATM seguir uma trajectória descendente, o futuro das redes deverá passar pela Fast/Gigabit Ethernet para LANs e ATM para MAN e WAN. Preços dos equipamentos ATM actualmente altos, começarão a ser mais competitivos. Contudo, tecnologias como MPLS que conseguem garantir qualidade de serviço (um dos fortes argumentos do ATM), ocupam neste momento uma papel mais relevante nas novas redes de telecomunicações. André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/

26 FIM André Silva e Tiago Carinhas Redes de Telecomunicações 2010/