Este tutorial apresenta os conceitos básicos do protocolo ATM, suas características e aplicações.

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1 Asynchronous Transfer Mode (ATM) Este tutorial apresenta os conceitos básicos do protocolo ATM, suas características e aplicações. Huber Bernal Filho Engenheiro de Teleco (MAUÁ 79), tendo atuado nas áreas de Redes de Dados e Multisserviços, Sistemas Celulares e Sistemas de Supervisão e Controle. Ocupou posições de liderança na Pegasus Telecom (Gerente - Planejamento de Redes), na Compaq (Consultor - Sistemas Antifraude) e na Atech (Coordenador - Projeto Sivam). Atuou também na área de Sistemas de Supervisão e Controle como coordenador de projetos em empresas líderes desse mercado. Tem vasta experiência internacional, tendo trabalhado em projetos de Teleco nos EUA e de Sistemas de Supervisão e Controle na Suécia. Atualmente dedica-se à Teleco e à prestação de serviços de consultoria em telecomunicações. hbernal@teleco.com.br Categoria: Banda Larga Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 20 minutos Publicado em: 11/08/2003 1

2 ATM: O que é? O ATM é uma tecnologia de comunicação de dados de alta velocidade usada para interligar redes locais, metropolitanas e de longa distância para aplicações de dados, voz, áudio, e vídeo. Basicamente a tecnologia ATM fornece um meio para enviar informações em modo assíncrono através de uma rede de dados, dividindo essas informações em pacotes de tamanho fixo denominados células (cells). Cada célula carrega um endereço que é usado pelos equipamentos da rede para determinar o seu destino. A tecnologia ATM utiliza o processo de comutação de pacotes, que é adequado para o envio assíncrono de informações com diferentes requisitos de tempo e funcionalidades, aproveitando-se de sua confiabilidade, eficiência no uso de banda e suporte a aplicações que requerem classes de qualidade de serviço diferenciadas. Histórico No fim da década de 80 e início da década de 90, vários fatores combinados demandaram a transmissão de dados com velocidades mais altas: A evolução das redes transmissão para a tecnologia digital em meios elétricos, ópticos e rádio; A descentralização das redes e o uso de aplicações cliente / servidor; A migração das interfaces de texto para interfaces gráficas; O aumento do tráfego do tipo rajada (bursty) nas aplicações de dados e o conseqüente aumento do uso de banda; O aumento da capacidade de processamento dos equipamentos de usuário (PCs, estações de trabalho, terminais Unix, entre outros); A demanda por protocolos mais confiáveis e com serviços mais abrangentes. Nessa época consolidava-se o desenvolvimento das tecnologias ISDN e Frame Relay. Entretanto, a crescente necessidade de uso banda e de classes de serviços diferenciadas, de acordo com o tipo de aplicação, levou ao desenvolvimento das tecnologias ATM e B-ISDN (Broadband-ISDN), com padrões e recomendações elaborados por órgão internacionais de Telecomunicações e suportados pela indústria mundial. Rede ATM 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 2

3 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. A figura a seguir apresenta uma rede ATM. Vantagens e Restrições A tecnologia ATM oferece vários benefícios, quando comparada com outras tecnologias: Emprega a multiplexação estatística, que otimiza o uso de banda; Faz o gerenciamento dinâmico de banda; O custo de processamento das suas células de tamanho fixo é baixo; Integra vários tipos diferentes de tráfego (dados, Voz e vídeo); Garante a alocação de banda e recursos para cada serviço; Possui alta disponibilidade para os serviços; Suporta múltiplas classes de Qualidade de Serviço (QoS); Atende a aplicações sensíveis ou não a atraso e perda de pacotes; Aplica-se indistintamente a redes públicas e privadas; Pode compor redes escaláveis, flexíveis e com procedimentos de recuperação automática de falhas; Pode interoperar com outros protocolos e aplicações, tais como Frame Relay, TCP/IP, DSL, Gigabit Ethernet. tecnologia wireless, SDH / SONET, entre outros. Entretanto, sua utilização irrestrita tem encontrado alguns obstáculos: Outras tecnologias, tais como Fast Ethernet, Gibabit Ethernet e TCP/IP, têm sido adotadas com grande freqüência em redes de dados; O uso de interfaces ATM diretamente aplicadas em PC s, estações de trabalho e servidores de alto desempenho não tem sido tão grande como se esperava a princípio. 3

4 ATM: Características A tecnologia ATM utiliza a multiplexação e comutação de pacotes para prover um serviço de transferência de dados orientado a conexão, em modo assíncrono, para atender as necessidades de diversos tipos de aplicações de dados, voz, áudio e vídeo. Diferentemente dos protocolos X.25 e Frame Relay, entre outros, o ATM utiliza um pacote de tamanho fixo denominado célula (cell). Uma célula possui 53 bytes, sendo 48 para a informação útil e 5 para o cabeçalho. Cada célula ATM enviada para a rede contém uma informação de endereçamento que estabelece uma conexão virtual entre origem e destino. Este procedimento permite ao protocolo implementar as características de multiplexação estatística e de compartilhamento de portas. Na tecnologia ATM as conexões de rede são de 2 tipos: UNI (User-Network Interface), que é a conexão entre equipamentos de acesso ou de usuário e equipamentos de rede, e NNI (Network Node Interface), que é a conexão entre equipamentos de rede. No primeiro caso, informações de tipo de serviço são relevantes para a forma como estes serão tratados pela rede, e referem-se a conexões entre usuários finais. No segundo caso, o controle de tráfego é função única e exclusiva das conexões virtuais configuradas entre os equipamentos de rede. O protocolo ATM foi concebido através de uma estrutura em camadas, porém sem a pretensão de atender ao modelo OSI. A figura abaixo apresenta sua estrutura e compara com o modelo OSI. No modelo ATM todas as camadas possuem funcionalidades de controle e de usuário (serviços), conforme apresentado na figura. A descrição de cada camada e apresentada a seguir: Física: provê os meios para transmitir as células ATM. A sub-camada TC (Transmission Convergence) mapeia as células ATM no formato dos frames da rede de transmissão (SDH, SONET, PDH, etc.). A sub-camada PM (Physical Medium) temporiza os bits do frame de acordo com o relógio de transmissão. ATM: é responsável pela construção, processamento e transmissão das células, e pelo processamento das conexões virtuais. Esta camada também processa os diferentes tipos e classes de serviços e controla o tráfego da rede. Nos equipamentos de rede esta camada trata todo o tráfego de entrada e saída, minimizando o processamento e aumentando a eficiência do protocolo sem necessitar de outras camadas superiores. 4

5 AAL: é responsável pelo fornecimento de serviços para a camada de aplicação superior. A sub-camada CS (Convergence Sublayer) converte e prepara a informação de usuário para o ATM, de acordo com o tipo de serviço, além de controlar as conexões virtuais. A sub-camada SAR (Segmentation and Reassembly) fragmenta a informação para ser encapsulada na célula ATM. A camada AAL implementa ainda os respectivos mecanismos de controle, sinalização e qualidade de serviço. Os parágrafos a seguir descrevem as conexões virtuais, a célula ATM e os tipos de serviços. Conexões Virtuais (Virtual Connections) A tecnologia ATM é baseada no uso de conexões virtuais. O ATM implementa essas conexões virtuais usando 3 conceitos: TP (Transmission Path): é a rota de transmissão física (por exemplo, circuitos das redes de transmissão SDH/SONET) entre 2 equipamentos da rede ATM. VP (Virtual Path): é a rota virtual configurada entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. O VP usa como infraestrutura os TP s. Um TP pode ter um ou mais VP s. Cada VP tem um identificador VPI (Virtual Paths Identifier), que deve ser único para um dado TP. VC (Virtual Channel): é o canal virtual configurado também entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. O VC usa como infraestrutura o VP. Um VP pode ter um ou mais VC s, Cada VC tem um identificador VCI (Virtual Channel Identifier), que também deve ser único para um dado TP. A figura a seguir ilustra esses conceitos. A partir desses conceitos, definem-se 2 tipos de conexões virtuais: VPC (Virtual Paths Connection): é a conexão de rota virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VPC é uma coleção de VP s configuradas para interligar origem e destino. VCC (Virtual Channel Connection): é a conexão de canal virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VCC é uma coleção de VC s configuradas para interligar origem e destino. Essas conexões são sempre bidirecionais, embora a banda em cada direção possa ter taxas distintas ou até mesmo zero. Aos serem configuradas, apenas os identificadores VPI/VCI nas conexões UNI da origem e do destino tem os mesmos valores. Nas conexões NNI entre equipamentos os valores de VPI/VCI são definidos em função da disponibilidade de VP s ou VC s, conforme mostra a figura a seguir. 5

6 O ATM é um protocolo orientado a conexão. A rede estabelece uma conexão através de um procedimento de sinalização, ou seja, um pedido de estabelecimento de conexão é enviado pela origem até o destinatário através da rede. Se o destinatário concorda com a conexão, um VCC/VPC é estabelecido na rede, definido o VPI/VCI da conexão entre as UNI de origem e de destino, e alocando os recursos dos VP s e/ou VC s ao longo da rota. Como o ATM usa a técnica de roteamento para enviar as células, ao configurar um VPC ou VCC, o sistema usa como parâmetros os endereços ATM dos equipamentos de origem e destino, e o VPI/VCI adotado. Essas informações são então enviadas para as tabelas de roteamento dos equipamentos de rede, que usam para encaminhar as células. Em cada equipamento as células dos VPC s são encaminhadas de acordo com o seu VPI, e as células dos VCC s de acordo com a combinação VPI/VCI. A partir dessas conexões virtuais o ATM implementa todos os seus serviços. Em especial, o ATM implementa também os circuitos virtuais (VC) mais comuns, quais sejam: PVC (Permanent Virtual Circuit): esse circuito virtual é configurado pelo operador na rede através do sistema de Gerência de Rede, como sendo uma conexão permanente entre 2 pontos. Seu encaminhamento através dos equipamentos da rede pode ser alterado ao longo do tempo devido à falhas ou reconfigurações de rotas, porém as portas de cada extremidade são mantidas fixas e de acordo com a configuração inicial. SVC (Switched Virtual Circuit): esse circuito virtual disponibilizado na rede de forma automática, sem intervenção do operador, como um circuito virtual sob demanda, para atender, entre outras, as aplicações de Voz que estabelecem novas conexões a cada chamada. O estabelecimento de uma chamada é comparável ao uso normal de telefone, onde a aplicação de usuário especifica um número de destinatário para completar a chamada, e o SVC é estabelecido entre as portas de origem e destino. Estrutura da Célula A célula do protocolo ATM utiliza a estrutura simplificada com tamanho fixo de 53 bytes apresentada na figura a seguir. 6

7 O campo de Cabeçalho carrega as informações de controle do protocolo. Devido a sua importância, possui mecanismo de detecção e correção de erros para preservar o seu conteúdo. Ele é composto por 5 bytes com as seguintes informações: VPI (Virtual Path Identifier), com 12 bits, representa o número da rota virtual até o destinatário da informação útil, e tem significado local apenas para a porta de origem. Nas conexões UNI o VPI pode ainda ser dividido em 2 campos: o GFC (Generic Flow Control), com 4 bits, que identifica o tipo de célula para a rede, e o VPI propriamente dito, com 8 bits. VCI (Virtual Channel Identifier), com 16 bits, representa o número do canal virtual dentro de uma rota virtual específica. Também se refere ao destinatário da informação útil e tem significado local apenas para a porta de origem. PT (Payload Type), com 3 bits, identifica o tipo de informação que a célula contém: de usuário, de sinalização ou de manutenção. CLP (Cell Loss Priority), com 1 bit, indica a prioridade relativa da célula. Células de menor prioridade são descartadas antes que as células de maior prioridade durante períodos de congestionamento. HEC (Header Error Check), com 8 bits, é usado para detectar e corrigir erros no cabeçalho. O campo de Informação Útil, com 384 bits(48 bytes) carrega as informações de usuário ou de controle do protocolo. A informação útil é mantida intacta ao longo de toda a rede, sem verificação ou correção de erros. A camada ATM do protocolo considera que essas tarefas são executadas pelos protocolos das aplicações de usuário ou pelos processos de sinalização e gerenciamento do próprio protocolo para garantir a integridade desses dados. Quando é informação de usuário, o conteúdo desse campo é obtido a partir da fragmentação da informação original executada na camada AAL de acordo com o serviço. O campo pode ainda servir de preenchimento nulo, nos casos de serviços da taxa constante de bits. Quando a informação é de controle do protocolo, o primeiro byte é usado como campo de controle e os demais bytes contem informação de sinalização, configuração e gerenciamento da rede. Classes de Serviços O tratamento dos diversos tipos de serviços do ATM é feito na camada AAL. Para tanto foram definidos tipos de serviços, baseado na qualidade de serviço esperada: CBR, VBR, ABR e UBR. O serviço CBR (Constant Bit Rate) é aplicado a conexões que necessitam de banda fixa (estática) devido aos requisitos de tempo bastante apertados entre a origem e o destino. Aplicações típicas deste serviço são: áudio interativo (telefonia), distribuição de áudio e vídeo (televisão, pay-per-view, etc), áudio e vídeo on demand, e emulação de circuitos TDM. O serviço VBR (Variable Bit Rate) pode ser de tempo real ou não. Na modalidade tempo real (rt-vbr), é aplicado a conexões que tem requisitos apertados de tempo entre origem e destino, porém a taxa de bits pode variar. Aplicações típicas deste serviço são voz com taxa variável de bits e vídeo comprimido (MPEG, por exemplo). Na modalidade não tempo real (nrt-vbr), o VBR pode ser utilizado com ou sem conexão, a destina-se a conexões que, embora críticas e com requisitos de tempo apertados, podem aceitar variações na taxa de bits. Aplicações típicas deste serviço são os sistemas de reserva de aviação, home banking, emulação de LAN s e interligação de redes com protocolos diversos (interação com redes Frame Relay, etc.). 7

8 O serviço ABR (Available Bit Rate) é aplicado a conexões que transportam tráfego em rajadas que podem prescindir da garantia de banda, variando a taxa de bits de acordo com a disponibilidade da rede ATM. Aplicações típicas deste serviço também são as interligações entre redes (com protocolo TCP/IP, entre outros) e a emulação de LAN s onde os equipamentos de interfaces têm funcionalidades ATM. O serviço UBR (Unspecified Bit Rate) é aplicado a conexões que transportam tráfego que não tem requisitos de tempo real e cujos requisitos e atraso ou variação do atraso são mais flexíveis. Aplicações típicas deste serviço também são as interligações entre redes e a emulação de LAN s que executam a transferência de arquivos e s. 8

9 ATM: Sinalização e Controle A tecnologia ATM foi desenvolvida para ser um recurso abrangente de rede de dados, com serviços confiáveis e de qualidade garantida, a partir de um único meio de acesso. Para implementar esses requisitos suas premissas foram a simplicidade do frame (célula) e mecanismos de sinalização e controle de tráfego e congestionamento confiáveis. Sinalização Os mecanismos de sinalização do protocolo ATM são parte dos seus mecanismos de controle. As funções principais definidas são as seguintes: Estabelecimento e finalização de conexões ponto a ponto; Seleção e alocação de VPI/VCI; Solicitação de classe de qualidade de serviço; Identificação de solicitante de conexão; Gerenciamento básico de erros; Notificação de informações na solicitação de conexões; Especificação de parâmetros de tráfego. O ATM possui procedimentos de sinalização específicos para essas funções baseados no envio de mensagens a partir dos equipamentos de acesso (ou de usuário) de origem para os equipamentos de destino, a fim de negociar ao longo da rede o estabelecimento de conexões. È basicamente uma evolução dos procedimentos de estabelecimento de chamadas dos sistemas de telefonia convencional aplicados às redes de dados, com sinalizações indicando se a conexão pode ser efetuada ou não, se ela deve ou não ser terminada de forma normal ou anormal e o estado da conexão. Sua duração pode ser variável, para uma conexão estabelecida sob demanda e de forma automática, ou permanente, para uma conexão configurada pelo operador que deve estar sempre disponível. A partir desse conjunto de funções podem ser estabelecidas as diversas funcionalidades dos serviços existentes no ATM. Entre elas podemos citar: Estabelecimento de conexões ponto-a-ponto; Estabelecimento de conexões ponto-multiponto; Estabelecimento de conexões multiponto-multiponto; Estabelecimento de conexões multicast (um para muitos unidirecional). Congestionamento A capacidade de transporte da Rede ATM é limitada pela sua banda disponível. Conforme o tráfego a ser transportado aumenta, a banda vai sendo alocada até o limiar onde não é possível receber o tráfego adicional. Quando atinge esse limiar, a rede é considerada congestionada, embora ainda possa transportar todo o tráfego entrante. Caso os equipamentos de usuário continuem a enviar tráfego adicional, a rede é levada ao estado de congestionamento severo, o que provoca a perda de células por falta de banda. Nesse estado, os procedimentos de reenvio de pacotes perdidos dos equipamentos usuários concorrem com o tráfego existente e a rede entra em acentuado processo de degradação. 9

10 O ATM possui os seguintes mecanismos de gerenciamento de congestionamento: Alocação de Recursos: evita que ocorra o congestionamento fazendo o controle severo de alocação dos recursos de armazenamento (buffers) dos equipamentos e de banda, e recusando as solicitações de novas conexões. UPC (Usage Parameter Control): se o processo de controle do uso da rede indicar estado de descarte, os equipamentos situados na periferia da rede não aceitam novo tráfego evitando o congestionamento. CAC (Connection Admission Control): caso o parâmetro de admissão de novas conexões estiver selecionado para cheio, não serão aceitas novas conexões onde não se possa garantir a qualidade de serviços com os recursos existentes. Além disso, outros mecanismos para evitar o congestionamento estão inseridos no próprio protocolo ou nos processos de gerenciamento do sistema, conforme descrito a seguir: Aviso Explícito de Congestionamento: este mecanismo utiliza o bit EFCI (Explicit Foward Congestion Indication) do campo PT do cabeçalho da célula, descrito anteriormente, para avisar os equipamentos de usuários e de rede sobre o estado da rede. O equipamento que se encontra em estado de congestionamento ou na iminência de entrar nesse estado, ativa o bit. Desta forma podem ser iniciados procedimentos de controle de fluxo para diminuir o tráfego até que este se normalize. Alteração de Prioridade da Célula: caso o processo de verificação de uso da rede verificar a ocorrência de congestionamento, este pode ativar o bit CLP do cabeçalho das células, forçando o seu descarte até a rede se normalize. Controle de Estabelecimento de Conexões: o processo de admissão de novas conexões atinge o estado de sobrecarregado e recusa as chamadas até que a rede se normalize. Algoritmos de Controle de Fluxo: em alguns sistemas ATM são usados algoritmos de controle de fluxo, baseados em janelas de tempo de resposta de envio de células, taxa de envio variável de células ou quantidade de células para envio, os quais permitem ao sistema obter um feedback do estado de congestionamento de forma implícita e agir para normalizar o problema. 10

11 ATM: Padrões e Recomendações No período de 1984 a 1988 os órgãos internacionais de padronização ITU-T (Europa) e ANSI (EUA), entre outros, estabeleceram uma série de recomendações com técnicas para transmissão, comutação e sinalização e controle para implementar redes inteligentes baseadas em fibra óptica. Nesse período definiu-se o uso do protocolo ATM e das redes de transmissão SDH / SONET como base para os serviços Broadband-ISDN (B-ISDN). Em 1991 empresas do segmento industrial formaram o ATM Fórum, com o objetivo de promover a implementação e uso da tecnologia ATM. Foram formados então comitês para abordar os aspectos técnicos, de mercado e de usuários finais. Em 1996 o ATM Fórum publicou o Anchorage Accord, que contém o conjunto fundamental de especificações do ATM, assim como as especificações para migração para redes ATM e implementação futura de novos serviços, totalizando mais de 60 recomendações. Esse acordo tinha como objetivo proporcionar uma base sólida para fornecedores e usuário planejarem investimentos na nova tecnologia. Desde então o padrão ATM tem sido consolidado, e outros órgãos internacionais têm interagido com o ATM Fórum para viabilizar especificações bilaterais visando a interação dos protocolos ou serviços. Como exemplo podem ser citados: o FR Fórum, para viabilizar a interação do Frame Relay com o ATM, e o IETF, para viabilizar a interação do TCP/IP e MPLS com o ATM. Um sumário dos padrões e recomendações definidos pelos principais órgãos internacionais é apresentado nas tabelas e parágrafos a seguir. 11

12 ITU-T A tabela a seguir apresenta as principais recomendações do ITU-T para o ATM. Como foi mencionado anteriormente, existe sempre uma estreita relação entre o B-ISDN e o ATM, e algumas recomendações citadas, embora tenham como objetivo outros protocolos ou serviços, especificam a interação desses com o ATM. Recom. Título I.113 Vocabulary of Terms for Broadband Aspect of ISDN I.121 Broadband Aspects of ISDN I.150 B-ISDN Asynchronous Transfer Mode Functional Characteristics I.211 B-ISDN Service Aspects I.311 B-ISDN General Network Aspects I.321 B-ISDN Protocol Reference Model and Application I.327 B-ISDN Functional Architecture I.356 B-ISDN ATM Layer cell transfer performance I.361 B-ISDN ATM Layer Specification I.362 B-ISDN ATM Adaptation Layer (AAL) Functional Description I.363 B-ISDN ATM Adaptation Layer (AAL) Specification I.364 Support of Broadband Connectionless Data Service on B-ISDN I Frame Relay Service Specific Convergence Sublayer (FR-SSCS) I Service specific co-ordination function to provide CONS I Service specific co-ordination function to provide COTS I.371 Traffic Control and Congestion Control in B-ISDN I.413 B-ISDN User-Network Interface I.430 Basic User-Network Interface - layer 1 specification I B-ISDN UNI - physical layer specification General Aspects I B-ISDN UNI - Physical Layer Specification for kbit/s and kbit/s I B-ISDN UNI - Physical Layer Specification for 1544 kbit/s and 2048 kbit/s I B-ISDN UNI - Physical Layer Specification for kbit/s I.555 Frame Relay Bearer Service Interworking I.580 General Arrangements for Internetworking between B-ISDN and 64 kbit/s Based on ISDN I.610 B-ISDN Operation and Maintenance Principles and Functions 12

13 Maiores detalhes podem ser pesquisados no site do ITU-T indicado no fim do tutorial. ANSI A tabela a seguir apresenta os principais padrões do ANSI, adaptados para o ambiente dos EUA a partir das recomendações do ITU-T. Mais uma vez, e como foi mencionado anteriormente, existe sempre uma estreita relação entre o B-ISDN e o ATM, e algumas recomendações citadas, embora tenham como objetivo outros protocolos ou serviços, especificam a interação desses com o ATM. Padrão Título T1.624 B-ISDN UNI: Rates and Formats Specifications T1.627 B-ISDN ATM Funcionality and Specificatons T1.629 B-ISDN ATM Adaptation Layer 3/4 Commom Part Funcionality and Specification T1.630 B-ISDN - Adaptation Layer for Constant Bit Rate Services Funcionality and Specification T1.633 Frame Relay Bearer Service Interworking T1.634 Frame Relay Service Specific Convergence Sublayer (FR-SSCS) T1.636 B-ISDN ATM Adaptation Layer Type 5 Maiores detalhes podem ser pesquisados no site do ANSI indicado no fim do tutorial. ATM Fórum Como foi mencionado anteriormente, o Anchorage Accord constitui a pedra fundamental do ATM para o ATM Fórum. Existem ainda nesse fórum diversos Grupos de Trabalho dedicados a especificar e atualizar as recomendações referentes a interfaces e protocolos, serviços e redes. Entre eles poderíamos citar: AIC/ATM-IP Collaboration (formerly LanE); Architecture; B-ICI; Control Signalling Policy Routing, Version 1.0; Data Exchange Interface; Directory and Naming Services; Frame-based ATM; ILMI (Integrated Local Mgmt. Interface); Network Management; Physical Layer; P-NNI; Routing and Addressing; Residential Broadband; Service Aspects and Applications; Security; Signaling; Testing; 13

14 Traffic Management; Voice & Telephony over ATM; User-Network Interface (UNI). A lista das recomendações elaboradas por cada grupo pode ser pesquisada com maiores detalhes no site do ATM Fórum indicado no fim do tutorial. FR Fórum A tabela a seguir apresenta os principais IA s do FR Fórum. Seu objetivo é basicamente definir a interação entre os protocolos ATM e Frame Relay. IA FRF.5 FRF.8 Título Frame Relay/ATM PVC Network Interworking Implementation Agreement Frame Relay/ATM PVC Service Interworking Implementation Agreement Maiores detalhes podem ser pesquisados no site do FR Fórum indicado no fim do tutorial. IETF A tabela a seguir apresenta os principais RFC s do IETF. Seu objetivo é basicamente definir a interação entre os protocolos ATM e TCP/IP e MPLS. RFC 1483 Multiprotocol Encapsulation over ATM 1577 Classical IP over ATM Título Maiores detalhes podem ser pesquisados no site do FR Fórum indicado no fim do tutorial. 14

15 ATM: Aplicações As aplicações típicas da tecnologia ATM são apresentadas a seguir. Interligação de Redes Corporativas A interligação das redes corporativas (LAN) de vários escritórios compondo uma rede WAN, é uma aplicação típica para o uso da tecnologia ATM. O tráfego usual das redes de dados é normalmente de 2 tipos: interativo (comando resposta), ou seja, solicitação de usuários e aplicações clientes e respostas de aplicações servidoras, e por rajadas (bursty), quando grandes quantidades de dados são transferidas de forma não contínua. O ATM, através de roteadores instalados nos escritórios, permite utilizar uma porta única em cada escritório para compor redes do tipo malha (meshed) onde a comunicação de um escritório com todos os outros é possível sem a complexidade do uso de múltiplas portas e múltiplos circuitos dedicados. Como serviços adicionais, o ATM pode ainda oferecer, na mesma estrutura, os serviços de voz e mesmo de vídeo conferência ponto a ponto ou ponto multiponto. O transporte de Voz, fax e sinais de modens analógicos sobre ATM atende os requisitos de atraso (delay) específicos para esse tipo de aplicação, já que pode ser definida a qualidade de serviço necessária. Para a maioria dos administradores de rede de Voz e dados, a possibilidade de transportar a Voz proveniente de PABX s, sinais de fax e de modens, e dados através da mesma porta ATM e usando procedimentos comuns de gerenciamento e manutenção atende os requisitos de redução de custos e de complexidade das grandes redes corporativas. Os sistemas de vídeo conferência podem fazer uso dos serviços de tempo real do ATM para vídeo comprimido, utilizando parte da banda alocada para cada escritório, com pleno atendimento os seus requisitos de tempo e taxa de bits. Interligação com Sistemas Legados 15

16 A tecnologia ATM possui facilidades de encapsulamento de múltiplos protocolos. O protocolo da tecnologia SNA pode ser utilizado sobre o ATM para interligar computadores de grande porte com escritórios, agências bancárias, caixas eletrônicos e outras aplicações onde o acesso a esses computadores de missão crítica se faz de forma remota. O tempo de latência (delay), as taxas de transferência de dados, a disponibilidade e o gerenciamento de rede oferecidos pela rede ATM, torna esse tipo de aplicação de missão crítica viável e com custos aceitáveis. Estas funcionalidades permitem aos roteadores e até mesmo os dispositivos de acesso Frame Relay (FRAD), que fornecem a conectividade de rede, suportarem o tráfego de sistemas SNA, sensíveis a atrasos (delays), e de redes LAN simultaneamente com o desempenho adequado. Ainda nesse mesmo ambiente, os equipamentos de acesso ATM possuem interfaces prontas para o protocolo SDLC, e para sistemas BSC. Interação ATM - Frame Relay Para buscar aumentar a interoperabilidade do ATM com outros protocolos de dados, ATM Fórum e o FR Fórum desenvolveram padrões para interligar equipamentos dessas tecnologias através de PVC s. Foram padronizadas duas formas de interoperabilidade. A primeira, chamada de Frame Relay/ATM Network Interworking for PVC s, padroniza uma funcionalidade responsável pelo encapsulamento dos PVC s para que os mesmos possam ser transportados indistintamente nas redes da 2 tecnologias. Seu uso típico ocorre quando a rede Frame Relay tem com núcleo uma rede ATM, para otimizar ainda mais o uso de banda e a segurança. A figura a seguir apresenta esta solução. 16

17 A segunda forma de interoperabilidade, chamada de Frame Relay/ATM Service Interworking for PVC s, padroniza uma funcionalidade responsável pela conversão dos protocolos (FR <--> ATM), que pode ser incorporada tantos aos equipamentos de acesso como aos equipamentos da rede. Seu uso típico ocorre quando o usuário possui redes Frame Relay em alguns escritórios que devem se interligar com a rede ATM da matriz. A figura a seguir apresenta esta solução. Redes Públicas Os prestadores de serviços de telecomunicações possuem múltiplas redes com diversos protocolos e interfaces para oferecer serviços de dados ao mercado. Os sistemas de transmissão têm sido padronizados na sua maioria com a tecnologia SDH (ou SONET). As redes de acesso TDM mais novas possuem funcionalidades para oferecer acesso usando o protocolo frame relay, além dos circuitos TDM. Além disso existem as redes de acesso a internet e de serviços IP. Alguns operadores já têm implantado redes de dados com o núcleo (core) ATM para aumentar a eficiência de uso de banda em sua rede como um todo, além de oferecer também diretamente os serviços ATM. Estas redes permitem oferecer serviços de transporte de dados, voz, áudio e imagem, implementando inclusive as atuais VPN s. 17

18 ATM: Considerações Finais A concepção e o desenvolvimento do ATM podem ser analisados sob os diferentes aspectos apresentados a seguir: Interface e protocolo: implementou uma forma de comutar tráfego com taxas constantes e variáveis de bits ao longo de um mesmo meio de transmissão; Tecnologia: proporcionou o desenvolvimento de padrões de hardware e software para implementar funcionalidades de multiplexação, conexão cruzada (cross-connect) e comutação para redes; Plataforma multisserviços: permitiu oferecer uma forma integrada de acesso de custo aceitável para aplicações de dados, voz, áudio e vídeo, e mesmo para sistemas legados; Infraestrutura de rede: definiu uma arquitetura escalável que pode ser empregada no núcleo (core) de redes de dados (Frame Relay, IP, e etc) e mesmo de voz, otimizando os recursos das redes de transmissão. A aplicação do ATM em redes corporativas privadas e em redes públicas de serviços tem sido uma constante em todo o mundo. Para tanto foram desenvolvidos alguns procedimentos para garantir que tanto as corporações como os prestadores de serviços possam obter o melhor desempenho da plataforma ATM. Ao decidir pelo uso e contratação de serviços ATM, as corporações devem estar preparadas para definir parâmetros de níveis de serviço que serão objeto de acordo a ser negociado com os prestadores de serviços. Para cada VPC ou VCC devem ser definidos: As classes de qualidade de serviço (QoS) que a rede deve oferecer; Os parâmetros de tráfego que especificam o fluxo de células ATM a ser ofertado (máxima taxa de pico, tráfego máximo de rajada, etc.); As regras de verificação de conformidade usadas para interpretar os parâmetros de tráfego; A regra para definir e identificar a conformidade das conexões de rede. Por outro lado, os prestadores de serviços devem estar preparados para responder os seguintes questionamentos e requisitos das corporações: Acesso: tipos e velocidades, interfaces para outras redes (Frame Relay, IP, e legados), arquitetura do acesso entre o Cliente e a rede; Rede: detalhes da topologia, atraso e latência (normal e pico), parâmetros de confiabilidade e redundância de equipamentos e da rede e tempo médio de reparo (MTTR); Serviços oferecidos: PVC e SVC, serviço puro de células ATM, classes de serviços (AAL 1 a 5), interoperabilidade com outros protocolos (Frame Relay, IP, e legados), conexões ponto a ponto e ponto-multiponto, parâmetros de serviços monitorados e garantidos, preços diferenciados para serviços de menor prioridade; Equipamentos de Acesso: lista de equipamentos certificados na rede (quando forem de responsabilidade do Cliente), opção de aluguel do equipamento como parte do serviço ofertado com ou sem upgrade garantido; Operação de rede: tipo de protocolo de gerenciamento de rede (SNMP, CMIP, etc.), formas de integração do gerenciamento de rede/serviços junto com a rede do Cliente, formas de controle de congestionamento de tráfego da rede, etc.; Preços e prazos: preços e formas de faturamento de serviços, prazos de provisionamento para primeiro serviço e novos serviços adicionais, taxas de instalação, contratos de manutenção de serviços e equipamentos. 18

19 Referências ANSI American National Standards Institute, órgão americano responsável pelo desenvolvimento de padronização para telecomunicações. ITU The International Telecommunication Union, órgão europeu responsável pelo desenvolvimento de padronização para telecomunicações. ATM Fórum ATM Fórum, órgão responsável pelo treinamento, promoção e implementação do ATM, de acordo com os padrões e recomendações internacionais. FR Fórum Frame Relay Fórum, órgão responsável pelo treinamento, promoção e implementação do Frame Relay, de acordo com os padrões e recomendações internacionais. IETF The Internet Engineering Task Force, órgão responsável pelo desenvolvimento de padronização para a Internet (RFC). 19

20 ATM: Teste seu Entendimento 1. Qual alternativa melhor representa as vantagens do ATM: Emprega a multiplexação estatística, que otimiza o uso de banda. Suporta múltiplas classes de Qualidade de Serviço (QoS). O custo de processamento das células de tamanho fixo é baixo. Todas as anteriores. 2. A função básica da camada AAL do protocolo ATM é: Fazer a adaptação da célula ATM para o meio físico. Construir, processar e transmitir células. Executar o roteamento das células nos equipamentos da rede ATM. Fornecer os serviços ATM para a camada de aplicação do usuário. 3. Quais dos questionamentos abaixo os prestadores de serviços ATM devem estar preparados para responder? Quais os tipos de serviços oferecidos? Quais são os protocolos que interoperam com a rede ATM? Quais equipamentos de acesso são compatíveis com a rede ATM? Todas as anteriores. 20