Introdução às Redes ATM

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1 Introdução às Redes ATM Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães DCA/FEEC/UNICAMP Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 1 Princípios do ATM Princípios básicos arquitetura comutada ponto a ponto; comutação de pacote; comutação rápida de pacote; reserva de recursos; multiplexação por divisão do tempo assíncrona; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 2

2 RDSI - Padronização e Modelo de Referência 1988 Æ adoção do ATM pelo ITU-T como o modo de transferência da RDSI-FL; 1990 Æ definição dos serviços oferecidos; arquitetura em camadas da rede ATM; definição das camadas da arquitetura; funcionamento da rede; princípios de operação e manutenção; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 3 Introdução às Redes ATM Quando o ITU-T optou pelo desenvolvimento da RDSI-FL definiu a tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode) como a tecnologia de base; o ATM consiste na tecnologia melhor posicionada para atender os vários perfis de tráfego que estarão circulando pela RDSI-FL; A opção pelo ATM colocou inovações tecnológicas importantes para o Setor de Telecomunicações o ATM é fundamentalmente uma tecnologia baseada na comutação de pacotes o ATM emula adequadamente a comutação de circuito; necessidade de adequar a infra-estrutura da rede de acesso às taxas elevadas do ATM; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 4

3 Introdução às Redes ATM Na realidade o ATM representa um compromisso entre a comutação de circuito e a comutação de pacote tradicionais (como o X.25 e o Frame-Relay); H 1 H 1 H 1 H1 Circuito virtual Tabela de roteamento interna tronco H 1 H 1 H 1 comutador Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 5 RDSI-FL: Modelo de Referência Plano de Controle Plano do Usuário Camadas Superiores Camada de Adaptação Camadas Superiores Camada de Adaptação Plano de Gerenciamento dos Planos Camada ATM Camada Física Plano de Gerenciamento das Camadas Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 6

4 RDSI-FL: Modelo de Referência Planos do Modelo Plano do usuário associado à transferência das informações do usuário; Plano de controle associado à transferência das informações de sinalização; Plano de gerenciamento responsável pelas informações de gerenciamento das camadas e dos planos; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 7 RDSI-FL: Plano do Usuário TCP/IP, etc AAL ATM FÍSICO UNI Para usuário remoto Para usuário remoto ATM FÍSICO Plano do Usuário Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 8

5 RDSI-FL: Plano de Gerenciamento TCP/IP, etc AAL TCP/IP, etc AAL ATM FÍSICO UNI ATM FÍSICO Plano de Gerenciamento Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 9 RDSI-FL: Plano de Controle SAAL Q.2931 SSCF SSCOP AAL CP ATM FÍSICO UNI Q.2931 SSCF SSCOP AAL CP ATM FÍSICO SAAL Plano de Controle Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 10

6 RDSI-FL: Modelo de Referência Camadas AAL ATM Sub- Camadas CS SAR Convergência Funções Quebra e Remontagem Controle genérico de fluxo; Inserção e remoção de cabeçalho; Interpretação de VPI/VCI; comutação VP e/ou VC FÍSICA TC PM Desacoplamento de taxa de célula; Geração e verificação de HEC; Delineamento de células; Geração e recuperação de quadros; Transmissão pelo meio físico; Conversão eletro-ótica; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 11 Camada Física Subcamada de meio físico (PM) alinhamento dos bits; sinalização na linha; conversão eletro-ótica; Tecnologias associadas SDH; PDH; FDDI; fluxo de células; outras estruturas; Subcamada de convergência (TC) desacoplamento da taxa de transmissão; controle de erros do cabeçalho; delineamento de células; geração e recuperação de quadros; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 12

7 Camada ATM Multiplexação e demultiplexação de células; Adição e remoção do cabeçalho das células; Comutação de células; Controle genérico de fluxo (Uni); Formato das células: Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 13 Camada ATM: Formato das Células UNI NNI GFC VPI VPI VPI VCI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC VCI VCI PT CLP HEC 48 bytes 48 bytes Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 14

8 Camada ATM: Formato das Células GFC: usado pelo mecanismo de controle de fluxo genérico na UNI; VPI (Virtual Path Identifier)/VCI (Virtual Channel Indentifier): rótulo da conexão; PT (Payload Type): indica o tipo da informação contida na célula e se a célula sofreu congestionamento; CLP (Cell Loss Priority): indica a prioridade no caso da necessidade de descarte de célula; HEC (Header Error Check): utilizado na deteção de erros e eventual correção de erro de 1 bit no cabeçalho. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 15 Camada de Adaptação ITU-T dividiu as classes de tráfego segundo a sua natureza VBR (Variable Bit Rate) ou CBR (Constant Bit Rate); necessidade ou não de manter a relação temporal da informação no destino; Definição dos tipos de serviços para suportar os diferentes tipos de tráfego para cada tipo de de serviço definem-se as suas caracteríscas classe de tráfego a qual se destina; formato da unidade de informação; funções para mapeamento das unidades de informação em células ATM; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 16

9 Camada de Adaptação A camada de adaptação (AAL) divide-se em 2 subcamadas: Subcamada de Convergência dependente do tipo de serviço multiplexação; deteção de perdas; recuperação da informação temporal original no destino; Subcamada SAR (Segmentation and Reassembly); quebra do fluxo de informações em fragmentos para colocação em células ATM; remontagem de fluxo a partir das células recebidas; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 17 Sinalização e Controle de Tráfego Funções de sinalização estabelecimento e encerramento de conexões virtuais; negociação de parâmetros de qualidade de serviço de uma conexão; adição e remoção de conexões em uma chamada; adição e remoção de participantes em uma conexão; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 18

10 Sinalização e Controle de Tráfego Controle de Tráfego controle de admissão de conexões; controle de parâmetros de uso; controle de prioridades; controle de congestionamento. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 19 Operação e Manutenção Operação e Manutenção monitoramento de desempenho; deteção de falhas e defeitos; proteção do sistema; informações sobre falhas ou desempenhos; localização de falhas. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 20

11 Padronização das Redes ATM Fórum ATM 1991 Æ início com 5 empresas fabricantes; 1998 Æ >> 1000 empresas fabricantes, usuários, operadoras de telecomunicações, etc.; ITU-T (International Telegraph Union - Telecommunications); ANSI (American National Standard); IETF (Internet Engineering Task Force). Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 21 Redes ATM: Camada Física Objetivo da camada física colocação de células em um meio físico para transmissão; Subcamada Convergência de Transmissão - TC Subcamada Dependente do Meio Físico - PMD Geração e verificação do HEC Embaralhamento/Desembaralhamento de célula Delimitação de célula (HEC) Identificação do sinal de caminho Justificativa de frequência Processamento do apontador Multiplexação Embaralhamento/Desembaralhamento Geração/recuperação do quadro de transmissão Temporização de bit, código de linha, meio físico Funções B-ISDN Funções SDH/SONET Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 22

12 Redes ATM: Camada Física Características da camada física suporta vários tipos com relação ao meio de transmissão fibra ótica (mono-modo; multi-modo); cabo coaxial; par trançado; sem fio; estrutura de transmissão proposta pelo ITU-T para o ATM SDH/SONET; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 23 Camada Física: Interfaces Públicas & Privadas UNI PÚBLICA B-ICI USUÁRIO ATM REDE PÚBLICA REDE PÚBLICA UNI PRIVADA USUÁRIO ATM REDE OU COMUTADOR PRIVADO NNI PRIVADA REDE OU COMUTADOR PRIVADO Interfaces ATM Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 24

13 Camada Física: Terminações RDSI-FL B-TE1 B-TE2 B-TA B-NT2 B-NT1 B-LT B-ET R SB TB UB Sistema final ATM UNI Privada Comutador ATM Privado Comutador ATM Público Sistema final ATM UNI Pública Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 25 Camada Física ATM Caminhos Virtuais - VPs (Virtual Paths) e Canais Virtuais - VCs (Virtual Channels) Uma interface ATM suporta múltiplas VPCs (Virtual Path Connections) cada VPC contém múltiplos VCCs; tipos de comutadores comutadores de VP & VC; comutadores de VP» cross-connects. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 26

14 Camada Física ATM VPI=1 1 VC 4 VCI=50 VCI=51 2 VP 5 VCI=60 VPI=2 3 VC 6 Interface Física Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 27 Camada Física ATM: Subcamada PMD Inclui o próprio meio físico; Tipos de meio físico previstos para o ATM par trançado UTP/STP (unshielded/shielded); cabo coaxial; fibra monomodo & multimodo; comunicação sem fio; principais características transferência e alinhamento dos bits; codificação de linha; conversão eletro-ótica; modulação/demodulação. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 28

15 Camada Física ATM: Subcamada PMD Todas as funções da subcamada PMD dependem das características do meio físico variam de meio para meio => subcamada PMD é dependente do meio físico; todos os bits são idênticos => qualquer informação de enquadramento ou controle pertencem à subcamada TC; a subcamada PMD oferece uma interface lógica para a subcamada TC => a subcamada TC é independente das características do meio físico; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 29 Camada Física ATM: Subcamada PMD Interfaces Públicas Padrão Taxa (Mbps) Meio Físico Comprimento de onda ou resistência Técnica de codificação Tipo do conector SDH STM µm SM 1300 µm nominal NRZ SC(FC) 2-60 Km SDH STM µm SM 1300 µm nominal C NRZ SC Km SDH STM µm MM 1300 µm nominal 2Km NRZ SC(FC) SDH STM Par coaxial 75 ohms CMI BNC SONET STS SM 1310 µm NRZ SC(FC) 15 Km PDH E Par coaxial 75 ohms CMI BNC PDH DS Par coaxial 75 ohms B3ZS BNC PDH E Par coaxial 75 ohms HDB3 BNC PDH E Par coaxial 75 ohms HDB3 BNC PDH J TP/coaxial 110/75 ohm B6ZS/B8ZS RJ-45 BNC PDH E TP/coaxial 120/75 ohm HDB3 8pin/BNC PDH DS Par trançado 100 ohm DSX-1 AMI/B8ZS RJ-45 RJ-48 Inverse mux nx1.544 Par trançado 100 ohm DSX-1 AMI/B8ZS RJ-45 RJ-48 Inverse mux nx2.048 TP/coaxial 120/75 ohm HDB3 8pin/BNC Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 30

16 Camada Física ATM: Subcamada PMD Interfaces Privadas Padrão Taxa Meio Físico Comprimento de onda Técnica de Tipo do (Mbps) ou resistência codificação conector SDH STM MM (LED) 1300 nm nominal NRZ SC(ST) SDH STM MM (Laser) 1300 nm nominal NRZ SC(ST) SDH STM UTP5 100 ohms NRZ RJ-45 SDH STM STP (Tipe1) 150 ohms NRZ MIC 9pinD SDH STM UTP3 100 ohms 64-CAP RJ-45 SDH STM Fibra de Plástico 650 nm nominal NRZ PN (JIS F07) Canal de Fibra µm MM 1300 nm 8B/10B SC TAXI (FDDI) µm MM 1300 nm NRZ/4B/5B MIC SONET STS SM, MM, coax 1310 nm/75 ohms NRZ/CMI SC(ST) BNC SONET STS Fibra de Plástico 650 nm nominal NRZ PN (JIS F07) SONET STS UTP3 100 ohms 16-CAP RJ-45 SONET STS UTP3 100 ohms 4-CAP RJ-45 SONET STS UTP3 100 ohms 2-CAP RJ-45 ATM25 Desktop 25.6 UTP3 100 ohms NRZI RJ-45 Fluxo de célula 25.6 UTP3 100 ohms NRZI Vários 4B/5B Fluxo de célula MM, STP Vários 8B/10B Vários Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP Camada Física ATM: Subcamada TC Pode operar com diferentes meios físicos; objetivo principal passar as células da camada ATM para o meio físico; adaptar a camada ATM em uma estrutura de transmissão particular; a subcamada TC permite que a camada ATM seja completamente independente do meio de transmissão; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 32

17 Camada Física ATM: Subcamada TC Funções da subcamada TC geração e verificação do HEC permite a deteção de erro; correção de 1 bit invertido; questão: o erro é corrigível? 1 bit -> sim! > de 1 bit -> irrecuperável! Delineamento de célula identifica em um fluxo de bits ou bytes onde começa e termina uma célula; utilização do HEC; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 33 Delineamento de célula : Delineamento de célula HUNT HEC correto encontrado HEC incorreto encontrado PRESYNC y HECs incorretos encontrados sucessivamente SYNC x HECs corretos encontrados sucessivamente Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 34

18 Delineamento de célula: Procedimento Estado inicial -> HUNT; HUNT -> monitora uma janela de 5 bytes para o fluxo de bits recebido; verifica a correção do HEC; quando uma sequência correta é identificada passa para o estado PRESYNC; PRESYNC -> procura confirmar o sincronismo; a cada 53 bytes o receptor verifica a correção dos últimos 5 bytes; após x cabeçalhos corretos o receptor assume que o sincronismo foi atingido -> passa para o estado SYNC; caso chegue uma célula com cabeçalho incorreto -> retorna ao estado HUNT; SYNC -> fluxo de células em sincronismo; uma sequência com y células erradas => perda de sincronismo -> retorna ao estado HUNT. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 35 Camada Física ATM: Subcamada TC Embaralhamento (scrambling) corresponde ao embaralhamento dos bits do campo de informação da célula objetivo: evitar longas sequências de 0 s ou 1 s; Geração e recuperação de quadros hierarquia síncrona -> SDH ou PDH; utilização de TDM síncrono para criação de uma hierarquia a partir de um sinal básico; no caso do ATM utiliza-se a forma assíncrona para alocação do sinal básico; a subcamada TC é responsável pela criação da estrutura dos quadros cíclicos para transmissão e recuperação das células nos quadros; na transmissão de fluxo de células não há enquadramento; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 36

19 TDM Síncrono: Hierarquias Digitais STS-48n/OC-48n 2.488n Gbps STM-12n STS-48/OC n 1..4n Gbps STM-12 STS-12/OC Mbps STM-4 STS-3/OC-3 STS-1/OC Mbps Mbps STM-1 PDH Estados Unidos e Japão PDH Europeu/CEPT DS4 ( Mbps) DS3 ( Mbps) DS2/J2 (6.312 Mbps) DS1/J1 (1.544 Mbps) DS0 (64 Kbps) E4 ( Mbps) E3 ( Mbps) E2 (8.448 Mbps) E1 (2.048 Mbps) DS0 (64 Kbps) Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 37 Comutação ATM Comutador Æ presente na infra-estrutura de comunicação desde as primeiras redes telefônicas; Tipos de comutação Comutação Temporal; Comutação Espacial. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 38

20 Comutação ATM Comutação de células ATM células são transportadas através de conexões; conexão fim a fim ATM Æ conexão com canal virtual (VCC- Virtual Channel Connection); VCC <=> concatenação de VCLs (Virtual Channel Link); Labels VPI/VCI Æ significado local no enlace; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 39 Comutação ATM Tabela de Comutação C ent P sai C sai C estado = C ent Carga C sai Carga C ent = VPI/VCI da célula na porta de entrada; C sai = VPI/VCI da célula na porta de saída p/ próximo hop; P sai = Porta de saída no comutador; C estado = Informações de estado da conexão, incluindo parâmetros de tráfego. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 40

21 Comutação ATM Tabela de Comutação As entradas na tabela de comutação são iniciadas no momento do estabelecimento da conexão; Redução do processamento nos nós de comutação roteamento de vários VCCs pelo mesmo caminho => as tabelas de comutação não precisam conter uma entrada para cada VCC estabelecida Æ uma entrada pode representar um conjunto de VCCs; conexão de caminho virtual (VPC - Virtual Path Connecion) Æ VCCs comutados em conjunto; VPCs = concatenação de VPLs (Virtual Path Links); Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 41 Exemplo: Funcionamento de um conjunto de comutadores VP e VC A B C VC VCI = n VC VCI = m VC VP VP VP VP VP VP VP VPI = x1 VPI = x2 VPI = x3 VPI = y1 VPI = y2 VPI = y3 VPC x VPC y VCC Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 42

22 Mapeamento dos VPIs e VCIs no interior do comutador VCI 14 VCI 15 VCI 15 VCI 14 VCI 14 VPI 7 VPI 4 VCI 14 VCI 15 VCI 15 VCI 14 VCI 15 VCI 88 VCI 23 VPI 7 VCI 23 VCI 14 VCI 15 VPI 7 VPI 10 VCI 88 Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 43 Comutação ATM Um comutador ATM pode ser descrito através do seguinte modelo: CAC MG SONET/SDH ME - Módulo de Entrada; MS - Módulo de Saída; CAC - Controle de Admissão de Conexão; MG - Módulo de Gerenciamento (OAM); ME ME Malha de Comutação MS MS SONET/SDH Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 44

23 Comutação ATM Módulos de Entrada (MES) recebe o sinal e extrai o fluxo de células ATM; para cada célula deteção de erro (HEC); validação e tradução dos valores VPI/VCI; determinação da porta de saída; enviar células de sinalização para a CAC e células OAM para o MG; realizar as funções UPC (Usage Parameter Control) / UNC (Usage Network Control) para cada VPC/VCC; adição de um tag especificando o roteamento interno e parâmetros de desempenho para uso somente na malha de comutação; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 45 Comutação ATM Módulos de Saída (MSs) prepara o fluxo de células ATM para a transmissão física; para cada célula remove e processa o tag interno; em alguns casos realiza a tradução dos valores VPI/VCI; geração do campo HEC; inclusão de células vindas da CAC ou do MG com o fluxo de células de saída; desacoplamento da taxa de células; mapeamento das células na carga SONET/SDH e geração do overhead SONET/SDH; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 46

24 Comutação ATM Malha de Comutação (Cell Switch Fabric) responsável pelo roteamento das células; várias arquiteturas são possíveis; Controle de Admissão de Conexão (CAC) estabelece, modifica e encerra conexões de caminho/canal virtual responsável pela execução dos protocolos de sinalização; suporta camada de adaptação de sinalização (SAAL); interface com a rede de sinalização; negociação/renegociação dos contratos de tráfego; alocação de recursos, incluindo seleção de rota; geração dos parâmetros de UPC/NPC; a implementação da CAC pode ser centralizada ou distribuída. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 47 Comutação ATM Módulo de Gerenciamento (MG) processa as informações de OAM das camadas física e ATM do comutador; responsável pela configuração dos componentes do comutador; complexo devido ao amplo espectro de atividades relacionadas ao comutador; os níveis das funções de gerenciamento implementadas em um comutador podem variar bastante. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 48

25 Comutação ATM Malha de Comutação (Switch Fabric) responsável pela transferência de células entre os blocos funcionais do comutador; classificação divisão do tempo um recurso (barramento ou memória) é multiplexado entre pares de portas de entrada e portas de saída baseado em espaços discretos (slots) de tempo; divisão do espaço o comutador pode suportar múltiplas conexões ao mesmo tempo Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 49 Tipos de Comutação - Classificação Malha de Comutação ATM Divisão Temporal Divisão Espacial Memória Compartilhada Meio Compartilhado Barramento Anel Matriz Banayan Caminho Único Banayan Ordenada Banayan Aumentada Delta Planos Paralelos Caminhos Múltiplos Carga Compartilhada Recirculação Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 50

26 Comutação Temporal Todas as células fluem através de uma única via de comunicação compartilhada por todos as portas de entrada e saída barramento; anel; memória comum; A vazão da via de comunicação define a capacidade máxima de comutação do elemento; Facilidade de implementação dos mecanismos de broadcast/multicast; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 51 Comutação Temporal: Memória Compartilhada As células recebidas são escritas em uma RAM; Células são lidas da RAM e escritas na saída; Os buffers de saída pertencem a um pool representado por um buffer comum grandes rajadas de tráfego direcionadas a uma mesma porta de saída podem ser absorvidas com mais facilidade; A memória tem que ser N (supondo N portas de entrada e todas com a mesma velocidade) vezes mais rápida do que a velocidade da porta dificuldade de escalabilidade; o controlador da memória deve processar as células na mesma taxa da memória => dificuldade de implementar funções como escalonamento, multicasting, etc. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 52

27 Comutação Temporal: Memória Compartilhada Cabeçalhos Controlador 1 Lê/Escreve 1... Memória... N N Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 53 Comutação Temporal: Meio Compartilhado O meio compartilhado pode ser: anel; barramento; barramento dual; Exemplo: barramento células recebidas são difundidas sequencialmente no barramento TDM na forma round-robin; os filtros de endereço (FE), baseados no tag colocado pelo módulo de entrada, passam as células para o buffer de saída; a velocidade do barramento deverá ser N vezes a velocidade das portas de entrada para eliminar a fila de entrada; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 54

28 Comutação Temporal: Meio Compartilhado Broadcasting fácil de ser implementado; os filtros de endereço e os buffers de saída devem operar na velocidade do meio compartilhado; limita a escalabilidade do comutador; diferentemente da memória compartilhada, os buffers de saída não são compartilhados => maior número de buffers; Portas Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 55 Arquitetura Completamente Interconectada Existem caminhos independentes entre os N 2 pares possíveis de portas de entrada e saída; As células recebidas são difundidas para todas as saídas em barramentos separados; filtros passam as células apropriadas para as filas de saída; Vantagens: o armazenamento ocorre na saída; multicasting e broadcasting naturais; os filtros e os buffers necessitam operar na velocidade da porta; como o hardware opera na mesma velocidade, a arquitetura é escalável; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 56

29 Arquitetura Completamente Interconectada Problema -> crescimento quadrático dos buffers; arquitetura Knockout -> ao invés de N buffers na saída (supondo N portas) utiliza-se um número fixo de buffers L o que leva a um total de N x L BARRAMENTO DE DIFUSÃO PORTAS DE SAÍDA PORTAS DE ENTRADA BUFFERS DE SAÍDA REGISTRO DE DESLOCAMENTO CONCENTRADOR Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 57 Comutação Espacial Vários caminhos são oferecidos entre as portas de entrada e saída; os caminhos podem operar em paralelo Æ várias células podem ser comutadas simultaneamente; necessidade de um roteamento interno à malha de comutação (switch fabric); roteamento próprio na porta de entrada o comutador adiciona um campo provisório que identifica a porta de saída desejada; na porta de saída o campo é retirado; roteamento baseado no rótulo; o VPI e VCI da célula são utilizados diretamente como informação interna de roteamento; não tira proveito das características internas da interconexão entre as portas de entrada e saída Æ menos eficiente; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 58

30 Comutação Espacial Múltiplas células comutadas simultaneamente conflitos entre células por um mesmo caminho; conflitos entre células em portas de saída; Solução mecanismos de contenção; armazenamento temporário (bufferização); Contenção interna à malha de comutação Æ bloqueio (blocked); Classificação caminho único Æ possui um único caminho entre qualquer par de portas de entrada e saída; caminhos múltiplos Æ + de um caminho; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 59 Comutação Espacial: Comutador Crossbar Formado por contactos que, quando fechados, conectam um caminho horizontal a um caminho vertical -> cria uma conexão entre uma porta de entrada e uma porta de saída; Permite a transferência em paralelo entre pares de portas de entrada e saída disjuntos; Possui controle complexo e custo proporcional a N 2, onde N corresponde ao total de portas do comutador. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 60

31 Comutação Espacial: Comutador Crossbar Controle Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 61 Comutação Espacial: Comutação Multi- Estágio Utiliza elementos simples de comutação organizados em múltiplos estágios; a0 b0 N portas de entrada => N = b K, onde K= no. de estágios; b = no. de portas do elemento de comutação; K = log b N => complexidade ~ N log b N a0 a1 a0 a1 Elemento de Comutação 2 x 2 b0 b1 b0 Direto b1 a1 a0 a1 a0 a1 Trocado b1 b0 Broadcast Inferior b1 b0 Broadcast Superior b1 Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 62

32 Comutação Espacial: Arquitetura Delta/Banayan Propriedade de auto-roteamento baseada nos bits de endereço da porta de saída; utiliza a arquitetura Perfect-Shuffle; Ex. no estágio 1 o bit mais à esquerda do endereço da porta de saída é usado para definir o estado do elemento de comutação. Elemento de Comutação 2x Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 63 Comutação Espacial: Arquitetura Delta/Banayan Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 64

33 Arquitetura Delta/Banayan: Conflito Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 65 Arquitetura Delta/Banayan: Conflito Conflitos podem ocorrer internamente ao comutador ou na porta de saída; tentativas de solução instalar uma rede de distribuição/ordenação antes do comutador; recircular as células que não conseguiram alcançar a porta de saída devido a conflito; utilizar buffers nos elementos de comutação; aumentar a banda interna relativamente às portas de entrada; utilizar um protocolo entre os estágios do comutador para sincronizar a transmissão e recepção através dos estágios; mecanismo de contenção para evitar que células que tenham a mesma porta de saída como destino sejam submetidas no mesmo ciclo; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 66

34 Arquitetura Batcher/Banyan Objetivo: colocar um comutador antes do comutador ATM que faça a permutação das células em uma configuração tal que o comutador ATM não tenha conflitos; o comutador Batcher trabalha com elementos de comutação 2x2 mas que trabalham de forma diferente dos elementos de comutação utilizados no comutador Banyan/Delta; quando o comutador Batcher recebe duas células ele compara numericamente os endereços de saída (tags) de cada célula; roteia a célula com o endereço mais elevado para a porta de saída na direção da seta do elemento de comutação; o endereço menor roteia na outra direção; caso exista somente uma célula na entrada do elemento de comutação ela é enviada para a porta oposta à direção da seta. Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 67 Arquitetura Delta/Banyan: Conflito A ordenação na entrada do comutador elimina os conflitos Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 68

35 Arquitetura Batcher/Banyan Computer Network 3ed. - A. Tanenbaum Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 69 Arquitetura Batcher/Banyan Referência: Computer Networks - 3 ed. A. Tanenbaum Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 70

36 Arquitetura Batcher/Banyan Existem 2 problemas com a arquitetura Batcher/ Banyan colisões na porta de saída solução -> inserir uma armadilha (trap network) entre os comutadores Batcher e Banyan; objetivo: filtrar células com mesmo endereço de saída e utilizar a recirculação para o próximo ciclo; Malha de Comutação Buffer de recirculação Cuidado: manutenção da ordem das células em um mesmo circuito virtual! multicasting; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 71 Critérios de Seleção de um Comutador ATM As características básicas de um comutador ATM a serem consideradas por um usuário são: número e tipo de portas; capacidade de tráfego é importante avaliar a relação entre a capacidade de tráfego internamente ao comutador e o número de portas com as respectivas capacidade; probabilidade de bloqueio reflete a capacidade do comutador em permitir o estabelecimento simultâneo de conexões entre as entradas e saídas disponíveis quando a capacidade do comutador é suficiente diz-se que ele é não bloqueante; Introdução às Redes ATM - Profs. Eleri Cardozo & Mauricio Magalhães - DCA/FEEC/UNICAMP. 72

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