UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ

Transcrição

1 UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ PROTOCOLO ATM Asynchronous Transfer Mode Elton Coelho A. Gonçalves Henry R. X. de andrade Marvin Thomaz do Nascimento Rafael Albino Ribeiro Wendel Viegas W. Duarte

2 Contents 1 Introdução 3 2 Cenário Histórico 4 3 Caracteristicas 4 4 Funcionamento do protocolo ATM 5 5 Células Comutação por célula Como Funciona? Serviços ATM PVCs SVCs Camadas ATM Camada Física PMD TC Camada ATM Camada AAL (ATM Adaptation Layer) Subcamadas AAL CS(Convergence Sublayer) SAR(Segmentation and Reassembly Sublayer) Protocolos AAL AAL AAL AAL AAL Interfaces UNI NNI

3 9 QoS Vantagens Desvantagens Referências Questionário 15 2

4 1 Introdução A tecnologia Asynchronous Transfer Mode (ATM), foi desenvolvida devido às tendências na área de redes. O parâmetro mais relevante é o grande número de serviços emergentes de comunicação com diferentes, algumas vezes desconhecidas, necessidades e características. Nesta era da informação, usuários requisitam cada vez mais um número grande de serviços. Dentre estes serviços que são esperados no futuro podemos citar alguns deles: High Definition TV, HDTV, vídeo conferência, transferência de dados com alta performance, multimídia, videofonia, biblioteca de vídeos, educação a distância, vídeo sob demanda e telemedicina. Este largo espectro de serviços introduz a necessidade de uma rede universal com uma flexibilidade suficiente para suportar esta demanda. Dois outros fatores que estão relacionados com o desenvolvimento da tecnologia ATM são a rápida evolução das tecnologias de semicondutores e componentes ópticos e a evolução das idéias de concepção de sistemas de comunicação que transfere para a borda da rede as funções complexas de transporte da informação, ex. definição de rotas. Assim sendo, tanto a necessidade de flexibilidade nas redes de comunicações, como o progresso tecnológico e conceitual de sistemas, levaram ao desenvolvimento das bases da tecnologia ATM. Com o passar dos anos, diante do surgimento de novas tecnologias de alta performance em redes (principalmente Fast Ethernet e Gigabitethernet) e o uso cada vez maior de aplicações baseadas em IP, a visão geral da tecnologia ATM passou por várias fases. Nos últimos anos a opnião dos técnicos e engenheiros mudou sobre a tecnologia: de mais uma planificação para empresas de telefonia à inevitável utilização futura em todos os tipos de telecomuicações; de uma complexa tecnologia fadada a ser substituída pela Gigabit Ethernet à uma promissora perspectiva de ser parte importante na ligação entre redes locais (LAN). A motivação para este estudo, está no fato da utilização da tecnologia ATM em dois projetos da Coordenação de Atividades Técnicas (CAT/CBPF) que envolvem redes metropolitanas e Internet: RedeRio de Computadores, FAPERJ e Redes Metropolitanas de Alta Velocidade (REMAV/RNP). 3

5 2 Cenário Histórico Modo de transmissão de alta velocidade. Surgiu em 1990, é um protocolo que foi padronizado para troca de pacotes pequenos e com tamanho fixo, permitindo a transferência de dados, voz, áudio e vídeo em tempo real. 3 Caracteristicas O ATM é uma tecnologia escalonável, de múltiplos serviços, alta velocidade, com taxas de transmissão que chegam a 622 Mbps,capaz de fornecer serviços com diversas características de transferência. Pode oferecer serviços com taxas de bits variáveis ou constantes, serviços isócronos (voz e vídeo) ou assíncronos (dados) e fornecer suporte a serviços orientados a conexão ou sem conexão. A estrutura para comutação ATM é independente da taxa de dados e fornece suporte à comutação da rede pública e à LAN a taxas altíssimas. Uma rede ATM é composta por: Equipamentos de usuários (PCs, estações de trabalho, servidores, computadores de grande porte, PABX, etc.) e suas respectivas aplicações; Equipamentos de acesso com interface ATM (roteadores de acesso, hubs, switches, bridges, etc.); Equipamentos de rede (switches, roteadores de rede, equipamentos de transmissão com canais E1 / T1 ou de maior banda, etc.); A conversão dos dados para o protocolo ATM é feita pelos equipamentos de acesso. Os frames gerados são enviados aos equipamentos de rede, cuja função é basicamente transportar esse frames até o seu destino, usando os procedimentos roteamento próprios do protocolo; A rede ATM é sempre representada por uma nuvem, já que ela não é uma simples conexão física entre 2 pontos distintos; A conexão entre esses pontos é feita através de rotas ou canais virtuais (virtual path / channel) configurados com uma determinada banda; A alocação de banda física na rede é feita célula a célula, quando da transmissão dos dados. 4

6 4 Funcionamento do protocolo ATM O protocolo ATM encapsula os dados em pacotes de tamanho fixo de 53 bytes. No ATM estes pacotes são denominados de células. Uma célula é análoga a um pacote de dados, à exceção que numa das células ATM nem sempre contém a informação de endereçamento de camada superior nem informação de controle de pacote. Este tipo de transmissão de dados é escalável, permitindo que as suas células de 53 bytes possam ser transportadas de uma LAN para outra através de uma WAN. A velocidade do ATM começa em 25Mbps e vai até Mbps (com uso de fibra ótica). Estas velocidades são possíveis porque o ATM foi desenhado para ser implementado por hardware em vez de software, sendo assim são conseguidas velocidades de processamento mais altas. 5 Células 5.1 Comutação por célula A comutação por célula é considerada a evolução técnica da comutação por pacotes. Esse tipo de comutação foi criada em um período onde a transmissão digital de longa distância apresentava taxas altas de erro, e com isso eram requeridos mecanismos de detecção e recuperação de tais erros ao nível da camada de 5

7 enlace e camada de rede. Foi criada visando taxas de transmissão mais altas e maior facilidade de se obter uma baixa de erros em tais transmissões.para tanto se utilizam de mecanismos de controle de erros bastante simplificados, os quais deixam a cargo dos protocolos superiores residentes nos sistemas finais, a tarefa de exercer o controle mais extensivo. Tais quadros possuem um tamanho pequeno e são denominados células. 5.2 Como Funciona? As mensagens quebradas em blocos de informações menores, as quais trafegam pela rede, são chamadas células. A comutação de células caracteristicamente faz uso da alta confiabilidade dos meios atuais de transmissão, assim como a multiplexação de diversas conexões lógicas sobre uma única física.devido as células serem de tamanho fixo, o overhead de seu processamento é reduzido. A alocação de banda transmissão tem por base a demanda, portanto, é feita dinamicamente. Na comutação de células, suporta-se tráfego com taxa transmissão de bit constante e/ou variável, assim como também suporta serviços de dados(texto e imagem estática), voz e vídeo, as aplicações são sensíveis a atrasos.também é possível a interação entre redes e sistemas de comunicação, e por oferecer serviços de forma integrada como comunicação de dados, vídeo e voz, permite-se a redução de números de redes de transmissão. Nessa comutação é permitida igualmente a transferência de informações de naturezas diferentes de maneira combinada. Também existe o fácil suporte a multicast, como por exemplo, serviço de televisão a cabo. São implementados mecanismos de controle de congestionamento de rede, exceto, em casos necessários, os quadros de prioridade baixa, no entanto,mecanismos de correção de erros não são implementados, assim como os de controle de fluxo fim-a-fim, porém como existe uma espécie de controle de fluxo fim-a-fim indireto na implementação da canalização virtual. A infraestrutura requerida de comunicação é pouco suscetível a erros, com taxas altas de transmissão. Os campos VCI (Virtual Chanel Identifier) e VPI(Virtual Path Identifier) são os campos necessários para que os comutadores possam efetuar a comutação das células. O campo PT identifica o tipo de célula, que pode ser: 6

8 Qualquer nó congestionado pode modificar, assim que recebe a célula, o seu cabeçalho de forma a indicar que a célula passou por um nó em congestionamento. O campo CLP(Cell Loss Priority) indica a prioridade para o descarte de células pelos comutadores. O valor CLP=1 para uma célula implica em que, caso o nó tenha que descartar, esta célula será descartada primeiro. O campo HEC(Header Error Check) é utilizado para a verificação de erros de transmissão. O HEC permite à camada física a verificação da integridade do cabeçalho. O campo GFC aparece somente no cabeçalho das células UNI. Algumas alternativas para uso deste campo seriam para marcar como ociosa a célula, ou para marcá-la como sendo de informação de manutenção e operação da camada física. Interface UNI - Funciona entre o equipamento do usuário e a terminação da rede. GFC (4bits) VPI (8bits) VCI (16bits) PTI (3bits) CLP (1bits) HEC (8bits) PAYLOAD (48bits) Interface NNI - Funciona entre a infraestrutura de transmissão e o nó da rede. VPI (12bits) VCI (16bits) PTI (13bits) CLP (1bits) 7

9 HEC (8bits) PAYLOAD (48bits) 6 Serviços ATM O ATM fornece três tipos de serviço, o PVC (Circuitos Permanentes Comutados), SVC (Circuitos Virtuais Comutados) e serviço sem uma conexão. 8

10 6.1 PVCs Os PVCs são usados de forma extensiva pelos provedores de serviços ATM públicos para criar e estabelecer uma infraestrutura complexa baseada em ATM para suas redes internas. Em muitos casos, a infraestrutura ATM interna da rede é construída usando-se PVCs com conexões ponta-a-ponta reais em SVCs. Os PVCs também podem ser úteis em algumas redes ATM privadas com estes tipos de situação: Uma grande rede local universitária migrando para um backbone ATM de velocidade mais alta. Em configurações de backbones, as conexões normalmente representam alguns caminhos de comutação estáticos configuráveis que raramente mudam, portanto, a configuração permanente de circuitos ATM é aceitável. Uma pequena rede de longa distância com um número limitado de locais, cada um necessitando de uma conexão contínua dedicada de alta velocidade que garanta uma qualidade de serviço fixa entre os locais. Com um circuito permanentemente estabelecido, os comutadores ATM nos dois locais da rede de longa distância não causam latência nem sobrecarga adicional com a utilização de sinalização de chamada ou pelo estabelecimento de uma conexão e sua interrupção sempre que os dados de tráfego da célula ATM são enviados pela rede. Os dados enviados podem ser encaminhados diretamente pelos PVCs estabelecidos entre cada local. 6.2 SVCs Na prática, a maioria das conexões SVC usam vários comutadores intermediários. Nos casos em que mais comutadores intermediários são usados, eles encaminham mensagens SETUP, CONNECT e RELEASE para seu comutador vizinho downstream e retransmitem mensagens de confirmação (CONNECT ACK, RELEASE ACK) de volta para o comutador vizinho upstream. 7 Camadas ATM Assim como o modelo OSI, o ATM também tem o seu modelo de camadas e é dividido em 3 camadas: 9

11 7.1 Camada Física Como no modelo OSI, essa camada é a que cuida do transporte das células de nó em no na rede. Ela é dividida em duas subcamadas: PMD Physical Medium Dependent é nessa camada que é feita a transformação do bit para sinais elétricos, telefônicos, luminosos, entre outros ou vice versa TC Transmission Convergence é a camada que faz um passo antes da anterior, ela pega as células e transforma em bits para passar a PMD ou vice versa. Além disso, é usada para gerar e verificar as frequências para o HEC e adaptar o ritmo da célula. 7.2 Camada ATM Camada responsável principalmente pelas células, nela é realizado o controle do fluxo, multiplexação ou demultiplexação de células, tratamento dos cabeçalhos das células e roteamento das células baseados nas informações do VCI e VPI tratando assim de todo o trafego de entrada e saída ajudando a minimizar o processamento e aumentar a eficiência do protocolo sem ajuda de outras camadas superiores. 7.3 Camada AAL (ATM Adaptation Layer) Camada de adaptação. Essa camada ficou com a função de tirar das camadas superiores a responsabilidade de reagrupar ou dividir os dados das células para mandar à camada de aplicação usando alguns protocolos e subcamadas. 7.4 Subcamadas AAL CS(Convergence Sublayer) Subcamada de convergência. Oferece a interface para a aplicação convertendo e preparando a informação de usuário para ATM, de acordo com o tipo de serviço e controla as conexões virtuais. A CS também detecta células perdidas e inseridas por engano ou erro. 10

12 7.4.2 SAR(Segmentation and Reassembly Sublayer) Subcamada de segmentação e de reagrupamento. Lida diretamente com células. Sua função de reagrupar as células e com possibilidade de acrescentar cabeçalhos e caudas. Dependendo do protocolo pode exercer a função de multiplexagem de ligações e detecção de erros. 7.5 Protocolos AAL AAL 1 Suporta o serviço orientado a conexão em que a taxa de bits é constante AAL 2 Suporta um serviço orientado a conexão em que a taxa de bits é variável, mas requer um atraso limitado para a entrega AAL 3 4 Serviço de transferência de arquivos orientado a conexão com taxa de bits variável mas sem necessitar de atraso, em geral, aplicações de rede de dados, onde a conexão é configurada antes de os dados serem transferidos. Essas funções também podem ser gerenciadas pelo protocolo AAL AAL 5 Serviço de dados sem conexão. Normalmente usado em conexões de transferência em que a conexão não é configurada antes dos arquivos serem transferidos. Pode ser também gerenciada pelo protocolo AAL Interfaces Na camada ATM, existem duas interfaces distintas: a UNI (User Network Interface) e a NNI (Network-Network Interface). 11

13 8.1 UNI Define o limite entre um host e uma rede ATM (em muitos casos, entre o cliente e a concessionária de comunicações). Protocolo UNI da ATM, provê múltiplas classes de serviços e reserva de largura de banda, durante o estabelecimento de uma conexão virtual comutada. Define a interoperabilidade entre o equipamento do usuário e a porta do comutador ATM. A UNI privada define uma interface ATM entre o equipamento do usuário e um computador ATM privado. 8.2 NNI Diz respeito à comunicação entre dois comutadores ATM ( roteadores na tecnologia ATM. 9 QoS A tecnologia ATM é a mais adequada para interligação de LAN?s em alta velocidade, onde o maior interesse de tráfego está fora de um segmento da LAN, ou ainda, quando o volume de transações requer taxas superiores a 2 Mbps. 12

14 9.1 Vantagens O tamanho da célula é definido por um fórum internacional, permitindo sua uniformização e uma arquitetura não proprietária; Os comutadores ATM (switches) são muito rápidos e mais baratos que os roteadores; Permite rodar com qualidade impecável aplicações de vídeo e áudio, mesmo com outros aplicativos gerando tráfego; Permite reservar banda para as aplicações e, por isso, é o mais indicado para aplicações multimídia.; Altíssima confiabilidade; Excelente custo/benefício; Comutação de células; Excelente desempenho, com suporte a QoS (Quality Of Service); Arquitetura modular, com facilidade de ampliação; Arquitetura aberta, seguindo padronização internacional; Oferece altas taxas de transferência : 2, 25, 34, 155 e 622 Mbps; Compatibilidade com tecnologias existentes: Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, Token Ring, Frame-Relay, E1, E3, SDH, entre outras; Excelente aplicação para videoconferência. 9.2 Desvantagens Altos custos de implementação; As células ATM possuem grande overhead, o que diminui a capacidade efetiva de transmissão da rede; A falta de padronização dos protocolos de camadas superiores; Existem poucas provedoras de meio público interligadas por backbones ATM. 13

15 10 Referências Sites: pt.kioskea.net 14

16 11 Questionário 1. Quando surgiu o ATM? 2. Qual símbolo representa o ATM? Por quê? 3. O que compõe uma rede ATM? 4. Quais os equipamentos de rede usados? 5. Qual função dos equipamentos de rede? 6. Quais os 3 serviços aferecidos pelo ATM? 7. Como funciona o serviço SVC? 8. Como funciona o serviço PVC? 9. Qual a função de um dispositivo DTE? 10. Cite 2 vantagens e 2 desvantagens do protocolo ATM: 11. Quais as principais características de uma rede ATM? 12. De que é composta uma rede ATM? 13. Como é representada uma rede ATM? 14. Quais os serviços que uma rede ATM pode oferecer? 15. O que o protocolo ATM faz com os dados? 16. Qual é a velocidade máxima que uma rede ATM pode atingir? 17. Por que o protocolo ATM alcança essas velocidades? 18. O que é comutação por célula e como funciona? 19. Quais os campos de uma célula ATM na interface UNI? 20. Quais as diferentes entre as interfaces UNI e NNI? 21. Qual a função dos campos VCI e VPI em uma célula? 22. Qual o tamanho de uma célula ATM e como são divididos os bits? 15