1. INTRODUÇÃO AO ATM. O nome ATM vem de ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE.

Transcrição

1 1. INTRODUÇÃO AO ATM O nome ATM vem de ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE. O Protocolo ATM vem se tornando a cada dia que passa o mas importante no meio das Telecomunicações Mundiais. Tudo leva a crer que desempenhará o papel de maior importância nas redes de alta velocidade. No Brasil o protocolo ATM tem se tornado destaque, na implantação de sistemas corporativos em grandes companhias, além de criar discussões e ambição na sua implantação pelas operadoras públicas de telecomunicações. Esta em andamento uma verdadeira revolução nas atividades ligadas a telecomunicações, fazendo com que redes específicas voltadas para determinados tipos de serviço, dêem lugar a sistemas de comunicações baseadas em redes de alta velocidade, capazes de suportar a integração de múltiplos serviços. A crescente popularização da rede mundial INTERNET nos últimos anos mostra a grande modificação no relacionamento particular e profissional do homem. O ATM esta intimamente relacionado com as ISDN (Integrated Services Digital Network) que suportam trafego diversos como: voz, imagem, vídeo, e dados em um mesmo meio. As redes ATM, de tecnologia digital, representam uma evolução das tradicionais redes telefônicas, baseadas em grande parte em técnicas de transmissão analógicas. As redes ATM trouxeram a inovação de poder trafegar em um mesmo meio físico voz e dados. As redes N-ISDN (band Integrated Services Digital network) utilizam esquemas de TDM, TIME DIVISION MULTIPLEXING (Multiplexação por Divisào de Tempo), com amostragem periódica das informações do usuário, conhecidas como STM, SYNCHRONOUS TRANSFER MODE (Modo síncrono de transferência). O TDM, há muito tempo é empregado em telecomunicações, define em modo pelo qual múltiplos fluxos de informação compartilham um meio físico de transmissão comum, através do particionamento do tempo em intervalos descritos chamados de Janelas de Tempo, que são ocupadas pelos usuários individuais. Durante o Período de ocupação de uma janela, o usuário tem acesso a toda largura de faixa disponível.no modo STM a amostragem das informações dos usuários ocorre em tempos repetitivos, nos quais os canais dos usuários se sucedem respeitando uma ordem fixa determinada ( dedicada ). Janela de tempo X Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal N X Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal N X Estrutura Periódica Delimitador Os canais não trazem qualquer tipo de identificação. 1

2 A tecnologia ATM se difere da STM por não Ter uma relação entre um canal particular e o tempo de ocorrência de uma informação no meio. As janelas não são reservadas ou dedicadas a usuários individuais. Quando não há usuários prontos para transmitir informações ocorrem períodos de inatividade no meio de transmissão. Os pacotes ATM são identificados por um cabeçalho. Na tecnologia ATM a conexão aos usuários é lógica, e não física, como a utilizada nos serviços tradicionais de comunicações telefônicas de voz, o que permite várias conexões compartilhar os mesmos recursos físicos, otimizando o seu uso. As tecnologias de comutação rápida de pacotes (fast packt switching) conhecidas são Frame Relay e Cell Relay. Na tecnologia Frame Relay os dados a serem transmitidos são agrupados em unidades lógicas chamadas pacotes, que tem tamanho variável dentro de um limite máximo fixado. No pacote o bloco de dados é chamado PAYLOAD o qual é acrescentado de um overhead necessário a sua identificação e controle. A tecnologia ATM tem semelhanças com o Frame Relay, só que a transmissão dos dados é feita em unidades lógicas de tamanho fixo chamadas células (cell relay). O tamanho da célula do ATM levou algum tempo a ser definido porque os Estados Unidos queriam definir a célula com uma grande carga útil (payload) para melhorar a eficiência do protocolo e por outro lado o Japão e a Europa queriam células pequenas que melhorariam o controle do retardo da rede que assegura uma melhor qualidade no serviço de voz. 2

3 Após alguns anos em 1990 foi definido que o ATM teria 48 bytes de payload (carga útil) e 5 bytes de cabeçalho formando uma célula de 53 bytes. Cabeçalho Payload 5 bytes 48 bytes Célula ATM O ATM vem sendo especificado por um consórcio industrial que reúne fabricantes, fornecedores de serviços e usuários de ATM, chamado ATM Forum. A principal preocupação da ATM foram a interoperabilidade de produtos e serviços. Um dos documentos mais importantes gerado pelo ATM é a especificação de uma interface entre a rede ATM e um equipamento de usuários ( ATM User- Network Interface Specificacion ), conhecida como UNI 3.1 (versão 3.1). Do mesmo modo como na redes telefônicas, as redes ATM são orientadas à conexão. Isto significa que um circuito virtual precisa ser estabelecido através da rede, entre os pontos envolvidos numa comunicação, antes de qualquer transferência de dados entre esses pontos. Fundamentalmente, há dois tipos de conexões, ou circuitos virtuais, ATM: os PVCs, Permanent Virtual Ciruits (Circuitos Virtuais Permanentes), os SVCs, Switched Virtual Circuits (Circuitos Virtuais Comutados). As conexões PVCs são estabelecidas através da intervenção manual da administração da rede permanecem inalteradas até uma nova intervenção. As conexões do tipo SVCs são estabelecidas automaticamente, por meio de um protocolo de sinalização, não requerendo intervenção manual. Após o termino da comunicação a conexão é liberada. Em primeiro lugar, emprego das entidades de tamanho fixo torna mais fácil a previsão de retardos na rede. Serviços sensíveis a retardo, como voz, vídeo, normalmente impõem fortes restrições aos máximos retardos admissíveis entre os extremos envolvidos na comunicação. Outro importante conceito associado às especificações da tecnologia ATM é o de QoS, Quality of service (Qualidade de Serviços). O ATM Forum define QoS como um conjunto de parâmetros de desempenho tais como retardo, variação de retardo, taxa de perda de células. Importante lembrar que o QoS um usuário pode solicitar uma classe de QoS logo este é um parâmetro configurável no protocl oatm. 3

4 Na figura acima apresentamos um exemplo de uma rede ATM com diferentes dispositivos e diferentes conexões. TE (Terminal Equipments) - São equipamentos do usuário como computadores e estações de trabalho. SWITCH - Como o próprio nome do dispositivo sugere, da idéia básica da chave ou interruptor, que permite interligar diferentes pontos da rede e alterar essas conexões conforme a necessidade. GATEWAYS Conforme a ilustração sugere, o gateway propicia a integração entre uma rede não-atm e uma rede ATM. UNI A User Network Interface, define a interface entre o TE e o switch. NNI A Network to Netowrk Interface, define a interface entre switches. 4

5 2- MODELO DE CAMADAS ATM SIMPLIFICADO O ATM deveria se adequar ao modelo de referência OSI, entretanto isso não ocorre conforme observamos na figura a seguir. APLICAÇÃO CAMADA DE ADAPTAÇÃO DO ATM SUBCAMADA DE CONVERGÊNCIA SUBCAMADA DE SEGMENTAÇÃO E REPOSIÇÃO CAMADA ATM CAMADA FÍSICA SUBCAMADA DE CONVERGÊNCIA DE TRANSMISSÃO SUBCAMADA DE MEIO FÍSICO 2.1 CAMADA FÍSICA SUBCAMADA DE MEIO FÍSICO Especifica as características mecânicas, elétricas e óticas dos meios de transmissão adotados, bem como o sincronismo necessário à transmissão e recepção de bits SUBCAMADA DE CONVERGÊNCIA DE TRANSMISSÃO Especifica as funções destinadas à geração e composição dos conjuntos de bits, à geração e verificação dos bits de controle de erro, ao delineamento dos conjuntos de bits, ao desacoplamento entre as taxas de transferência e ao transporte dos conjuntos especiais ed bits destinados às tarefas de operação, administração e manutenção. 2.2 CAMADA ATM Especifica as funções dedicadas à comutação especial e temporal dos conjuntos de bits, à geração, extração e adaptação dos bits correspondentes ao cabeçalho da célula e ao controle de tráfego. 2.3 CAMADA DE ADAPTAÇÃO AO ATM SUBCAMADA DE SEGMENTAÇÃO E RECOMPOSIÇÃO 5

6 Especifica as funções dedicadas a decompor as mensagens oriundas das camadas superiores, de forma a adaptá-las para o envio à camada adjacente inferior (camada ATM) equivalente, as funções dedicadas a recompor as mensagens, a partir dos conjuntos de bits recebidos da camada inferior SUBCAMDA DE CONVERGÊNCIA Especifica as funções dedicadas a propiciar serviços típicos da camada de transporte do modelo OSI às aplicações das camadas superiores. 3- MODELO DE CAMADAS ATM SEGUNDO ITU-T 6

7 3.1 CAMADA FÍSICA A especificação UNI versão 3.1 do ATM Forum estabelece quatro diferentes padrões. O mais importante deste é o SONET STS-3c que prevê uma operação 155 Mb/s. O padrão SONET (Synchronous Optical Network = Rede Ótica Síncrona) foi iniciativa americana visando à interligação de centrais telefônicas com troncos à base de fibras óticas. A resposta européia veio através ITU-T na forma d padrão SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Estes dois padrões se eqüivalem. A freqüência básica de operação SONET é de 51,84 Mb/s chamada STS-1, quando tratar de ligação por sinais elétricos e OC-1 quando ligação poe sinais óticos. Na realidade os níveis são STS-n e OC-n, onde n é o multiplicador aplicado a freqüência. Como exemplo OC-3 = 3x51,84 Mb/s = 155,52 Mb/s. A maior freqüência de operação prevista no padrão corresponde ao nível OC-48 (2.488,32 Mb/s). A freqüência básica de operação do SDH é 155,52 Mb/s, correspondente ao nível STM-1 (ou OC-3 no SONET). A maior freqüência de operação prevista no padrão corresponde ao nível STM-16 (2.488,32 Mb/s). O modo de operação STM-1 e OC-3 definem na especificação UNI conexões com cabo coaxial de até 200m ou com fibra ótica de até 2 km de comprimento. Um frame STN-1 é composto de 9 octetos x 270 octetos = octetos. Na rede de telefonia digital é preciso fazer a transmissão uma taxa mínima de frames/s para garantir a qualidade de transmissão de voz. Logo chegamos a uma taxa de 155,52 Mb/s octetos/frame x frames/segundo x 8 bits/octetos =155,52 Mb/s. 7

8 3.2 CAMADA ATM A principal função da camada ATM é direcionar as informações recebidas, ou seja, enviá-las às camadas superiores, caso tenham chegado ao seu destino final, ou em caso contrário, remetê-las para o próximo ponto de rede segundo a conexão anteriormente estabelecida. As informações que circulam entre a camada física e a camada ATM estão em forma de células ATM com 53 bytes. Estas células têm dois formatos possíveis, diferentes apenas pelos seus cabeçalhos. Estas são as interfaces UNI e NNI. CABEÇALHO UNI BITS GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC CABEÇALHO NNI BITS VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC GFC (Generic Flow Control) O controle Genérico de Fluxo é um campo de 4 bits, previsto apenas na célula UNI, para utilização no controle de fluxo de células, como forma de evitar congestionamento VPI (Virtual Path Identifier) O campo Identificador de Caminho Virtual tem 8 bits de comprimento no cabeçalho UNI e 12 bits no cabeçalho da célula NNI. Sua função é servir como parte mais significativa do código que identifica a conexão. Este é formado hierarquicamente elo par VPI + VCI, com VPI representando a parcela mais alta nessa hierarquia. Repare que este campo mais longo no cabeçalho NNI. Fazendo-se ma analogia com a rede telefônica comum, um número maior de troncos, já que se tratam de ligações entre switches. 8

9 3.2.3.VCI (Virtual Channel Identifier ) O campo Identificador de Canal Virtual é um campo de 16 bits indica o tipo de informação contida na célula: Dados do usuário ou de gerência da rede, acompanhados de informações sobre eventuais congestionamentos encontrados no caminho ou de outras indicações de interesse do usuário CPL ( Cell Loss Priority ) O campo Prioridade de Perda de Célula de 1 bit, alterado pelo usuário ou pela própria rede para identificar células de mais baixa prioridade. Em função de problemas de tráfego essas células estão sujeitas a serem descartadas pela rede antes das outras HEC ( Header Error Control ) O campo controle de Erro do Cabeçalho de 8 bits é usado para controle de erro relativo apenas ao cabeçalho. 3.3 Camada de Adaptação ao ATM É responsável por gerar, a partir de uma mensagem com um tamanho que depende da aplicação, pacotes de 48 bytes, que serão entregues a camada ATM, através das duas sub camadas de convergência e segmentação. 4. Protocolo de Sinalização 9

10 Sinalização é a designação genérica para as funções que controlam dinamicamente conexões ATM. Estas funções são implementadas por um protocolo, chamado de protocolo de sinalização. O ATM forum na especificação UNI 3.1 definiu como Fases do Protocolo de Sinalização. As principais capacidades incluídas nesta versão do protocolo de sinalização são : Estabelecimento, sob demanda, de conexões comutadas. Estabelecimento de conexões ponto-a-ponto e ponto-multiponto. Estabelecimento de conexões com requisitos simétricos ou assimétricos de faixa de passagem. Funcionamento baseado na troca de mensagens que carregam IES (elementos de informação), ou seja, estruturas de dados, com os parâmetros da conexão. Suporte a três classes de serviço de transporte; X, A, C. Atribuição dos identificadores VPI e VCI. Canal fora de banda único, estático e pré-definido para o tráfego de todas as mensagens de sinalização. No caso da UNI 3.1, foi definido o canal VPI=0, VCI=5 como o canal específico e fixo para o tráfego de mensagens de sinalização. Recuperação de error. Um mecanismo de registro para troca de informações de endereço através da UNI. 4.1 CLASSE DE SERVIÇO DE TRANSPORTE As classes de serviço de transporte suportadas pela Fase 1 são : CLASSE A: serviço orientado á conexão, com taxa fixa de bits e requisitos de tempo entre os pontos finais de comunicações. CLASSE C: Serviço orientado á conexão, com taxa variável de bits e sem requisitos de tempo entre os pontos finais da comunicação. CLASSE X: Serviço orientado á conexão, no qual todos os parâmetros de tráfego são definidos pelo usuário. 10

11 4.2 CLASSES DE QoS DEFINIDAS NA FASE 1 CLASSE ZERO : Suporta um tipo de serviço do tipo melhor esforço também chamado Classe de QoS não especificada, pois não há quantificação de qualquer dos parâmetros de qualidade. CLASSE 1 : Suporta um serviço que emita um circuito de taxa de bits constante com restrições de atraso estabelecidas para cada célula. Pode ser estabilizada, por exemplo, em aplicações que usem uma fonte de sinais de vídeo sem compressão de dados. CLASSE 2 : Suportam um serviço que emita um circuito de taxa variável de bits e com restrições de atraso, com o utilizado em aplicações de teleconferência. CLASSE 3 :Suporta os requisitos de tráfego de um serviço orientado à conexão, com taxa variável de bits e sem restrições de atraso aplicado às células. Esta classe foi criada para dar suporte à interoperação com protocolos orientados à conexão como o Frame relay. CLASSE 4: Suporta os requisitos de um serviço não orientado à conexão, com taxa variável de bits e sem restrições de atraso. 5- FORMATOS DOS ENDEREÇOS ATM No caso de redes privadas, o usuário tem liberdade de definir seus endereços, enquanto em uma rede pública o usuário deve se submeter à autoridade que forneceu o serviço de rede. Ou seja em redes públicas o usuário recebe o endereço que será utilizado em seu TE. O endereço ATM possui 20 bytes. 11