ATM - Asynchronous Transfer Mode

ATM - Asynchronous Transfer Mode por Fernando Luís Dotti vide referências bibliográficas para fontes utilizadas nestas transparências 1 Sumário Introdução Nível Físico Nível ATM Serviços em redes ATM Nível AAL Gerência de Tráfego 2 1

Introdução - Motivação Comunicação: Rádio rede telefônica cable TV rede de telefonia celular redes de dados --> CUSTOS 3 Introdução - Motivação Comunicação: operadoras mais comuns: companhias de telefonia adaptações da rede telefônica para dados faixa de mercado -> dados --> Rede não apropriada 4 2

Introdução - Motivação Custos: Por que não condensar tudo em uma infraestrutura única? --> Integração de Serviços Rede apropriada remodelar 5 Introdução - Motivação ISDN (ou RDSI) Integrated Service Digital Network. ISDN original baseada em redes de telefonia digital - para canais de voz: amostras de 8 bits com freqüência de 8kHz - canais básicos de 64 kbit/s diferentes combinações de canais para diferentes necessidades 6 3

Introdução - Motivação B-ISDN (ou RDSI-FL) BroadBand-Integrated Service Digital Network. Tem o objetivo de fornecer de uma forma padronizada serviços como: - vídeo sob demanda - interconexão de LANs - televisão ao vivo - vídeo conferência - telefonia. 7 Introdução - Histórico 1984: Proposta de padronização em telecomunicações - ISDN ISDN = uma rede que provê conectividade digital fim a fim para suportar uma grande variedade de serviços, na qual usuários tem acesso por um conjunto limitado de padrões de interface usuário-rede. B-ISDN = canais de transmissão capazes de suportar altas taxas. CCITT selecionou ATM como o paradigma para o B- ISDN Jun/89: escolhido 48+5 8 4

Introdução - Histórico - ATM Forum (1991) fabricantes de computadores juntaram-se as companhias telefônicas Membros: mais de 700 organizações provedores de equipamentos de rede fabricantes de semicondutores provedores de serviços universidades usuários As especificações são submetidas ao ITU-T para aprovações. Ftp://ftp.atmforum.com/pub/specs 9 Introdução - Problema Tipos de tráfegos a considerar para uma rede integrada: todos! aplicações sensíveis e insensíveis a tempo, vazão e perda de pacotes combinações: sem atraso, perda ok, vazão garantida sem perda, atraso ok, vazão garantida... variedade de dispositivos de comunicação multiserviço - ou multimídia 10 5

Introdução - Problema Tráfego elástico: pode ajustar-se, em largos intervalos, a mudanças no atraso e vazão, ainda satisfazendo as necessidades da aplicação Tráfego inelástico: dificilmente se adapta a mudanças de atraso e vazão parâmetros rígidos : vazão, atraso, variança no atraso, perda de pacotes 11 Introdução - Por que ATM? Uma tecnologia surgida de um consenso internacional ATM é um método de comunicação usado para LANs e WANs Acomoda tráfego inelástico (multimídia temporeal) e elástico - uma rede para todo tráfego QoS considerada desde o projeto da rede ATM é disponível sobre várias velocidades compatibilidade com os atuais cabeamentos 12 6

Introdução - Por que ATM? capacidade de migração incremental (garantida pelas padronizações) gerenciamento de rede simplificado por usar a mesma tecnologia para todos os níveis da rede em LANs, MAN, WAN public/private) Projeto escalável e flexível em: largura de banda distância geográfica número de usuários 13 ATM 14 7

ATM Modo de transferência para implementar B-ISDN Modo de transferência: maneira de transmitir e comutar informação em uma rede Proposta: prover canais de alta velocidade para a transferência de qualquer tipo de informação uso de pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados células ATM é um comutador de pacotes de alta velocidade 15 ATM - Arquitetura Plano de Gerenciamento Sub-plano de gerenciamento de camadas Níveis Superiores Nível de Adaptação ou AAL Nível de Rede ATM Nível Físico PM Plano de Controle Plano de Usuário Níveis Superiores dependentes do tipo de Serviço ou Aplicação Subnível AAL de Convergência CS (Convergence Sublayer) Classes que dependem do tipo de Serviço Subnível AAL de Segmentação e Remontagem SAR (Segmentation and Reassembling) Subnível ATM de Canal Virtual, VC (Virtual Channel) Subnível ATM de Rota Virtual, VP (Virtual Path) Subnível de Convergência de Transmissão, TC (Trans. Conv.) Subnível PM Dependente do Meio, PMD (Physical Medium Dependent) 16 8

ATM - Arquitetura User Plane Transferência de informações do usuário Control Plane Funções de controle; estabelecer, supervisionar e liberar uma conexão. Management Plane Layer Management gerência de recursos e parâmetros associados aos protocolos das camadas; OAM. Plane Management gerência de funções associadas ao sistema como um todo, proporcionando 17 coordenação entre os planos. ATM - Camada Física Dividida em 2 subcamadas physical medium e transmission convergence Níveis Superiores Plano de Controle Plano de Gerenciamento Sub-plano de gerenciamento de camadas Plano de Usuário Níveis Superiores dependentes do tipo de Serviço ou Aplicação Nível de Adaptação ou AAL Nível de Rede ATM Nível Físico PM Subnível AAL de Convergência CS (Convergence Sublayer) Classes que dependem do tipo de Serviço Subnível AAL de Segmentação e Remontagem SAR (Segmentation and Reassembling) Subnível ATM de Canal Virtual, VC (Virtual Channel) Subnível ATM de Rota Virtual, VP (Virtual Path) Subnível de Convergência de Transmissão, TC (Trans. Conv.) Subnível PM Dependente do Meio, PMD (Physical Medium Dependent) 18 9

ATM - Camada Física Dividida em 2 subcamadas physical medium bit timing - geração e recepção de sinal apropriado para o meio de transmissão transmission convergence geração e recuperação de frame delineação de célula geração verificação de HEC desacoplamento de taxa de células - insere células vazias se tráfego não alcança taxa do sistema de transmissão 19 ATM - Camada Física Analogia interface de rede A camada física e de enlace do OSI corresponde a física no ATM 20 10

ATM - Camada Física SONET ( Synchronous optical network ) Taxas de transmissão definidas como múltiplos de 51.840 MB/s (OC-1 channels) Um canal OC-3 é capaz de carregar 3 canais OC-1, ou 155.520 MB/s. OC-12 = 622.080 MB/s SDH ( Synchronous Digital Hierarchy ) baseado no SONET canais de 155.520 MB/s ou 622.080 MB/s 21 ATM - Camada Física SDH síncrono transferência mesmo sem dados eqtos trocam frames de tamanho fixo em intervalos fixos de tempo SDH a 155.520 Mbit/s frame de 9 x 270 bytes a 8 khz = 155.520 Mbit/s úteis: 9 x 260 a 8 khz = 149.260 Mbit/s 22 11

ATM - Camada Física Hierarquia Digital Síncrona SDH/SONET Designação Designação SONET SDH Taxa Taxa útil (ANSI) (ITU-T) [Mbit/s] [Mbit/s] STS-1 (OC-1) - 51,84 50,112 STS-3 (OC-3) STM-1 155,52 150,336 STS-9 (OC-9) STM-3 466,56 451,008 STS-12 (OC-12) STM-4 622,08 601,344 STS-18 (OC-18) STM-6 933,12 902,016 STS-24 (OC-24) STM-8 1244,16 1202,688 STS-36 (OC-36) STM-12 1866,24 1804,o32 STS-48 (OC-48) STM-16 2488,32 2405,376 STS: Sinchronous Transport Signal ANSI: American Nacional Standard Institute STM: Sinchronous Transport Module OC: Optical Carrier 23 ATM - Camada Física 90 bytes 3 bytes 1 byte 87 bytes SOH Section over Head (3 bytes) SPE - Synchronous Payload Envelope Total de 9 bytes LOH Line over Head (6 bytes) H1 H2 H3 POH Path over Head Exemplo de STS 1 (51,84 Mbit/s) 24 12

ATM - Camada Física 270 bytes 9 bytes SPE do STS-3 (261 bytes) Total de 9 bytes SOH Section over Head (3 bytes) LOH Line over Head (6 bytes) SPE de STS-1 SPE de STS-1 SPE de STS-1 Exemplo de STS 3 (155,52 Mbit/s) 25 ATM - Camada Física Existem, entretanto, interfaces com taxas abaixo dessas: 100; 51.84; 45; 34; 25.6; 6; 2; 1.5 Mbit/s. 26 13

ATM - Camada ATM Níveis Superiores Nível de Adaptação ou AAL Nível de Rede ATM Nível Físico PM Plano de Controle Plano de Gerenciamento Sub-plano de gerenciamento de camadas Plano de Usuário Níveis Superiores dependentes do tipo de Serviço ou Aplicação Subnível AAL de Convergência CS (Convergence Sublayer) Classes que dependem do tipo de Serviço Subnível AAL de Segmentação e Remontagem SAR (Segmentation and Reassembling) Subnível ATM de Canal Virtual, VC (Virtual Channel) Subnível ATM de Rota Virtual, VP (Virtual Path) Subnível de Convergência de Transmissão, TC (Trans. Conv.) Subnível PM Dependente do Meio, PMD (Physical Medium Dependent) 27 ATM - Camada ATM Tecnologia baseada em comutação ( switched based technology ) O serviço ATM é também chamado cellrelaying A mensagem é segmentada em tamanho fixo de 53 bytes. As células são transmitidas através de conexões de circuitos virtuais; 28 14

ATM - Camada ATM Transmissão, chaveamento, recepção controle de congestionamento inserção e retirada de headers das células translação de endereços 29 ATM - Camada ATM Serviço datagrama 30 15

ATM - Camada ATM Serviço de circuito virtual usado em ATM 31 ATM - Camada ATM 32 16

ATM - Camada ATM Níveis Superiores AAL REDE ATM Protocolo de Adaptação ATM fim a fim Níveis Superiores AAL ATM ATM ATM ATM FISICO FISICO FISICO FISICO Equipamento Terminal (TE) Nó 1 Nó 2 Interface UNI Interface NNI Interface UNI Equipamento Terminal (TE) 33 ATM - Camada ATM Célula pequeno pacote, tamanho fixo circuito virtual estabelecido no início - decisão da rota apenas uma vez atribuição de label uso de label ao invés de endereços - economia chaveamento em alta velocidade 34 17

ATM - Camada ATM UNI NNI Tannenbaum:... gfc... bug in the standard... 35 ATM - Camada ATM 1 Canal 2 Canal... Canal n 1 Canal 2 Canal... Síncrono 1 Canal 5 Canal usado Não 1 Canal 7 Canal 5 Canal... Assíncrono 36 18

ATM - Camada ATM Campos do cabeçalho ATM GFC Generic Flow Control. 4 bits. Usado pelo mecanismo de controle de fluxo na UNI. É um bug no padrão [TAN97, p. 515]; O controle de fluxo não existe, raramente usado [HAN97, p. 88]. VPI Virtual Path Identifier. 8 bits. Usado para direcionar células dentro da rede ATM (roteamento). VCI Virtual Channel Identifier. 16 bits. Mesma função da anterior. 37 ATM - Camada ATM Campos do cabeçalho ATM PT Payload Type. 3 bits. Tipo de dados sendo carregado pelas células. Separa dados de controle e sinalização, dos dados do usuário. Usado para manutenção de um circuito virtual (ou funções de adaptações de serviço). O tipo de célula é fornecido pelo usuário, e as informações sobre o congestionamento são fornecidas pela rede. Ex.: uma célula enviada com o PTI 000 pode chegar com 010 em caso de ocorrência de situação de congestionamento ao longo do caminho. 38 19

ATM - Camada ATM Codificação do Payload Type Identifier- PTI (3bits) PTI Tipo de Célula Significado 000 Célula não experimentou Célula continuação de uma SAR-SDU 001 Célula de congestionamento Última Célula de uma SAR-SDU 010 Usuário Célula experimentou Célula continuação de uma SAR-SDU 011 congestionamento Última Célula de uma SAR-SDU 100 Células OAM Célula OAM associada ao fluxo F5 (nível de segmento de VCC ) 101 Operation Administration & Maintenance Célula OAM associada ao fluxo F5 (fim a fim de uma VCC) 110 Célula RM Resource Management 111 Reservado Uso futuro Célula com informação de gerenciamento de recursos ( Ex. banda a nível de enlace ou, no serviço ABT - ATM Block Transfer, como delimitador de bloco) 39 ATM - Camada ATM Campos do cabeçalho ATM CLP Cell Loss Priority. 1 bit. Se = 1 a célula tem baixa prioridade. Se = 0, tem alta prioridade e é menos provável para ser descartada. HEC Header Error Correction. 8 bits. Checksum para os 4 octetos do cabeçalho. É processado na camada física. 40 20

ATM - Camada ATM Abstrações Caminhos virtuais Canais virtuais Links Conexões 41 ATM - Camada ATM Terminologia na Conexão de uma Rota Virtual/Canal Virtual Canal Virtual VC Virtual Channel Termo genérico para descrever o transporte unidirecional de células ATM associado a um único identificador VC (VCI) VCI Virtual Channel Identifier Identificador de um determinado enlace VC para um dado VP VCL Virtual Channel Link Enlace formado desde um ponto de designação VCC Virtual Channel Connection VCI até um ponto onde este VCI é traduzido Concatenação de diversos VCLs entre dois pontos que podem ser usuário/usuário, usuário/rede ou rede/rede 42 21

ATM - Camada ATM Rota Virtual VP Virtual Path Termo genérico para descrever o transporte unidirecional de células ATM em VCs associados a um único identificador VP (VPI) VPI Virtual Path Identifier Identifica um enlace particular VP VPL Virtual Path Link Um grupo de enlaces VCs, identificado por um VPI, desde o ponto de designação até o ponto de tradução deste VPI. VPC Virtual Path Connection Concatenação de VPLs que se estende desde o ponto de designação dos VCIs até o ponto onde são traduzidos ou removidos. VPCs podem se estender entre usuário/usuário, usuário/rede ou rede/rede. 43 ATM - Camada ATM 44 22

ATM - Camada ATM A VCC 2 VCC 1 VPC a VC Switch A VPC c VP Switch (Cross Connect) VPC e VC Switch B B VPL w (VPI k) e VCL r (VCI 1) VPC d VCC 3 C VCC 4 VPC b VPL x (VPI l) e VCL s (VCI f) VPL y (VPI m) e VCL t (VCI g) VPC c VPC d VPC e VPC f VCC 3 X VCC x VPC g Y VC Switch C VCC y VPL z (VPI n ) e VCL u (VCI h) Z VCC 2 45 ATM - Camada ATM VP Switch VC Switch Porta Porta Porta Porta 46 23

ATM - Camada ATM Resumindo VPI e VCI - [HAN97, p. 91] O VPI é usado para distinguir diferentes links VP que são multiplexados na camada ATM dentro do mesma camada física numa interface. Diferentes links VC dentro de um VPC são identificados pelos seus VCIs individuais Dois VCs pertencentes a diferentes VPs na mesma interface podem ter valores VCIs idênticos. Conseqüentemente VCI e VPI são necessários para identificar corretamente um VC. 47 ATM - Camada ATM Canais comutados (SVC switched virtual channel), alocados conforme a demanda (ex.: chamadas telefônicas) Canais permanentes (PVC Permanent Virtual Channel), em geral alocados por uma entidade administrativa de forma estática; permanecem conectados por meses ou anos 48 24

ATM - Camada ATM assegura que a célula seja enviada sobre a conexão correta (chaveamento em função dos identificadores de conexão) equivale a camada de rede (entretanto, muitas instalações usam a camada ATM como de enlace, porque o IP vai em cima dela) monitora a taxa de transmissão garante cell sequence integrity 49 ATM - Camada ATM trata do formato da célula e conexões fim a fim multiplexação/desmultiplexação de células; Tradução de VPI/VCI da célula - é executado nos switches ATM; adiciona/remove os 5 bytes de cabeçalho para a carga útil; responsável pelo endereçamento global; Endereço tem 20 bytes (ex.: autoridade adm., país, nº ISDN, nº único) 50 25

ATM - Camada ATM OAM - Operation And Maintenance usa fluxos de células: fluxos F1 a F5 fluxos F1 a F3 para o nível físico de ATM fluxos F4 e F5 para a camada ATM F4 e F5: monitora desempenho: monitoração contínua ou periódica detecta/localiza falhas: monitoração contínua ou periódica proteção de sistema: reação à falha, bloqueando sistema ou chaveando para sistema reserva informação sobre desempenho ou falha: resposta a pedidos de informação 51 ATM - Camada ATM Tipos de Fluxos OAM OAM Conexão de Canal Virtual Nível ATM F5 Conexão de Rota Virtual F4 Conexão de Rota de Transmissão Nível Físico F3 Conexão de Linha Digital Secção entre Regeneradores F2 F1 Ponto de Terminação de Conexão Ponto de Concatenação de Conexão Concatenação 52 26

ATM - Camada ATM 0 0 0 0 VPI qualquer OAM VPI qualquer VCI Tipo de OAM VCI H E C PTI VCI Tipo de Função 360 bits Campo específico de Função x Cabeçalho Payload Type Identifier (PTI, 3 bits) 0 x 0 Fluxo OAM tipo F4, de segmento* 0 x 0 Fluxo OAM tipo F4, fim a fim** 1 0 0 Fluxo OAM tipo F5, de segmento*** 1 0 1 Fluxo OAM tipo F4, fim a fim*** Payload 48 bytes * VCI deve ser igual a : 0000000000000011 (3) ** VCI deve ser igual a : 0000000000000100 (4) *** VCI qualquer x : Indica bit disponível para o protocolo 6 bits reservados CRC de 10 bits 53 ATM - Camada ATM OAM Tipo de Célula OAM (4bits) Valor dos 4 bits Tipo de função OAM (4bits) Valor dos 4 bits Gerenciamento de 0001 Sinal de Indicação de Alarme 0000 Falhas Falha de recepção remota 0001 Loopback de células OAM 0010 Teste de continuidade 0100 Gerenciamento 0010 Monitoramento de ida 0000 de Performance Monitoramento de volta 0001 Monitoramento/Relatório 0010 Ativação/Desativação 1000 Monitoramento de Performance 0000 Verificação de continuidade 0001 54 27

ATM - Camada ATM Sinalização - capacidades de Sinalização são usadas para: estabelecer, manter e liberar ATM VCCs e VPCs para transferência de informação. negociar (ou renegociar) as características de tráfego de uma conexão. Logicamente separar canais de sinalização de canais de usuário (VC) Mensagens de sinalização serão transmitidas fora de banda em signaling virtual channels (SVCs) dedicados 55 ATM - Camada ATM Estabelecimento de conexão protocolo Q.2931 - ITU - control plane metasinalização: VP 0, VC 5 uma vez estabelecido o SVC: uso de mensagens mensagens: setup call proceeding connect connect ack release release completed 56 28

ATM - Camada ATM Estabelecimento de conexão Source host setup Call proceeding connect Connect ack Switch 1 Switch 2 Switch 3 setup Call proceeding connect Connect ack setup Call proceeding connect Connect ack setup connect Connect ack destination host release Release completed release Release completed release Release completed release Release completed 57 ATM - Camada ATM Estabelecimento de conexão (resumo [TAN, p. 452]) a) o host envia uma mensagem em um circuito virtual especial. b) a rede responde, confirmando o recebimento c) solicitação chega ao host destino, que aceita a chamada recebida Até que a aceitação (CONNECT) chegue a origem, todos os comutadores confirmam em direção ao destino. A conexão permite que a rede garanta a QoS por limitar o número de VCs - controle de admissão Multicast (ADD PARTY): anexa um outro destino ao circuito virtual retornado pela chamada anterior (grupo de multicast). 58 29

GERENCIAMENTO de CAMADAS Serviços de Gerenciamento de Camadas (Protocolos de Nível Superior) ATM - Camada ATM Interações Locais Funções de Gerenciamento de VC de segmento (Fluxo OAM F5) Funções de Gerenciamento de VC fim a fim (Fluxo OAM F5) Funções de Gerenciamento de Recursos (Fluxo RM) Funções de Gerenciamento de VP de segmento (Fluxo OAM F4) Funções de Gerenciamento de VP fim a fim (Fluxo OAM F4) Funções de Sinalização (Metasinalização MS) SAPs PLANO de CONTROLE Serviços de Sinalização (Protocolos de Nível Superior) Conexões do tipo B Conexões do tipo A Codificação por PTI PLANO de USUÁRIO Serviços de Usuário (Protocolos de Nível Superior) SAPs e CEPs ATM Codificação por VCI e VPI VCCs Serviço 1 Serviço 2 VCI e VPI ENTIDADE ATM Funções de Gerenciamento de Rota Física (Fluxo F3) PHY SAP e CEP Ponto Final Rota de TransmissÃo Rota de Transmissão Funções de Gerenciamento de Linha Física (Fluxo F2) Funções de Gerenciamento de Seção de Regeneração (Fluxo F1) Ponto final de Seção Digital Linha Digital Seção de Regeneração Ponto final Seção de Regeneração Enlace de Fibra Ótica 59 ATM - Camada ATM Multiplexação ATM e causas do CDV Conexão A AAL 1 Conexão B AAL 1 VBR 48 bytes 48 bytes 48 bytes Conexão C AAL 5 Nível AAL A A A A B Célula OAM B Nível ATM C C C Célula RM B C C Nível Físico A C C B C C C A A B B Célula Célula Redundância do Nível Físico RM OAM A Célula Idle 60 30

ATM - Camada ATM Diferentes serviços convergem para conexões virtuais distintas em um mesmo meio físico Taxa Taxa Taxa Taxa Tempo Tempo Tempo Tempo CBR Canal virtual com taxa de bit constante (baixa) CBR Canal virtual com taxa de bit constante (alta) VBR Canal Virtual com taxa de bit varável ABR Canal virtual com taxa de bit em rajada (Avaiable Bit Rate) Nível AAL segmentação e remontagem MUX Nível ATM multiplexação e rede de transporte Célula ATM Nível Físico STM Sinchronous Transfer Mode (SDH/SONET) 61 ATM - Caracterização de Serviços Diferentes serviços - diferentes características de tráfego - conexões com diferentes requisitos Parâmetros de Qualidade de Serviço QoS-NP (network parameters) parâmetros de desempenho requeridos da rede Um conjunto de destes parâmetros forma um Descritor de Qualidade de Serviço Parâmetros fixos da rede - não negociáveis QoS-UP (user parameters) parâmetros relacionados com a carga a ser oferecida pela fonte Um conjunto de destes parâmetros forma um Descritor de Tráfego da Fonte 62 31

ATM - Caracterização de Serviços Parâmetros de QoS da rede (NP-Network Parameters) QoS refere-se a uma coleção de parâmetros de desempenho, cujos valores são pertinentes a velocidade ou características de precisão/confiabilidade da conexão ATM. parâmetros de controle de chamada atraso de conexão, atraso de desconexão, probabilidade de aceitação da conexão parâmetros associados à transferência da informação negociados com a rede no momento da abertura da conexão 63 ATM - Caracterização de Serviços Parâmetros da fase de transferência QoS-NP: descrevem as características da rede e são medidas no receptor (3) Cell Loss Ratio (CLR) O percentual de células perdidas. CLR = Lost Cells / Transmitted Cells. Cell Transfer Delay (CTD) tempo médio de transição da origem para destino. Inclui atrasos de propagação, atraso de fila em vários switches intermediários. Cell Delay Variation (CDV) mede a uniformidade com que as células são entregues. É a medida de variância de CTD. 64 32

ATM - Caracterização de Serviços Parâmetros da fase de transferência Parâmetros fixos da rede - não negociáveis Cell Error Rate (CER) fração de células chegando com bits errados Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR) em bloco de N células M chegam com erro - fração M/N Cell Missinsertion Rate (CMR) células entregues a destino errado devido a erro não detectado no cabeçalho 65 ATM - Caracterização de Serviços QoS-UP - user parameters parâmetros que rede exige contrapartida do usuário - comportamento do usuário Peak Cell Rate (PCR) taxa instantânea máxima de um usuário Cell Delay Variation Tolerance (CDVT) tolerância máxima do CDV durante rajada Sustainable Cell Rate (SCR) taxa média de células em um intervalo de tempo grande Maximum Burst Size (MBS) numero máximo de células que podem ser enviadas em PCR, ponta a ponta, sem violar SCR Burst Tolerance (BT) tamanho máximo da rajada de células enviadas em PCR Minimum Cell Rate (MCR) taxa mínima desejada 66 33

ATM - Caracterização de Serviços TIPO DE PARÂMETRO DE QoS Abreviatura Significado Observação PCR Peak Cell Ratio Taxa máxima que usuário pretende transmitir células MBS (ou CBS) Maximum Burst Size (Cell Burst Size) Número máximo de células que podem ser enviadas, ponta a ponta, na taxa de pico PCR QoS-UP Descritor de tráfego CDVT Cell Delay Variation Especifica quanto de variação pode ser tolerado pela rede na Parâmetros relacionados com a Tolerance chegada das células durante uma rajada (PCR) carga a ser oferecida pelo usuário SCR Sustainable Cell Rate Limite superior da taxa média de células medido sobre um (Rule based Parameters) intervalo de tempo grande BT Burst Tolerance Tamanho máximo de rajada que pode ser transmitida na taxa de pico (função de PCR, SCR e MBS) MCR Minimum Cell Rate É a taxa mínima de células por segundo que o usuário considera aceitável CTD Cell Transfer Delay Atraso médio entre fonte e destino (ver figura 3.1) QoS-NP Descritor de qualidade de serviço CDV Cell Delay Variation Medida da uniformidade de chegada das células (ver figura 3.1) Parâmetros de desempenho da rede (Statistical parameters) CLR Cell Loss Ratio Fração de células que não chegaram para o total de células enviadas CER Cell Error Rate Fração de células que chegam com um ou mais bits errados PARÂMETROS FIXOS em relação ao total enviado. DA REDE SECBR Severely Errored Cell É a fração de um bloco de N células das quais M ou mais (não negociáveis) Block Ratio células estão com erro. (fração = M/N) CMR Cell Missinsertion Número de células/s que são entregues a um destino 67 errado, Rate devido a erro de cabeçalho não detectado. ATM - Caracterização de Serviços QoS-NP - CLR, CTD, CDV CLR = Lost Cells / Transmitted Cells Células perdidas, incluindo: células que não chegaram - razão: transbordo de buffers no caminho células recebidas, mas com cabeçalho inválido células com conteúdo corrompido por erros células transmitidas: número de células conformes - de acordo com descritor de tráfego 68 34

ATM - Caracterização de Serviços QoS-NP - CLR, CTD, CDV tempo médio de transição da origem para destino. Incluindo: parte fixa: atrasos de propagação parte variável: atraso de fila em vários switches intermediários QoS-NP - CLR, CTD, CDV mede a uniformidade com que as células são entregues. É a medida de variância de CTD. 69 ATM - Caracterização de Serviços QoS-NP - CLR, CTD, CDV função densidade de probabilidade do tempo de chegada de células maxctd leva a um α=probabilidade de perda Probabilidade de Chegada P(atraso <= maxctd) P(atraso > maxctd) 1 - a Células entregues a Células perdidas ou entregues muito tarde Mínimo atraso fixo CTD CDV maxctd CDV: Cell Delay Variation CTD: Cell Transfer Delay a é a probabilidade de que células excedam o valor máximo de atraso Tempo de Transferência 70 35

ATM - Caracterização de Serviços QoS-UP - PCR, CDVT, SCR, MBS, BT, MCR PCR: taxa máxima que usuário pretende/pode transmitir especificado em células por segundo inverso (1/PCR) = intervalo teórico mínimo entre chegadas de células de uma conexão CDVT: parâmetro levado em consideração na verificação de conformidade de tráfego, devido à inserção de CDV, durante PCR P(2) P(2) d Diferença < CDVT Legenda: P = 1/PCR MBS: Maximum Burst Size d: unidade tempo (tempo de inserção de célula) célula 71 ATM - Caracterização de Serviços QoS-UP - PCR, CDVT, SCR, MBS, BT, MCR rajada(burst): envio de MBS células à taxa PCR ao longo do tempo, rajadas tem que respeitar SCR, logo, se faz necessário um espaçamento entre rajadas o cálculo deste espaçamento considera BT Exemplo: MBS (4) P (2) d?? Legenda: P = 1/PCR MBS: Maximum Burst Size S = 1/SCR d: unidade tempo (tempo de inserção de célula) célula 72 36

ATM - Caracterização de Serviços QoS-UP - PCR, CDVT, SCR, MBS, BT, MCR MBS x S = tempo necessário para mandar MBS células em SCR = intervalo de tempo, desde o início da última rajada, para o início da próxima rajada (4x5 = 20) MBS (4) S=5 P (2) d?? Legenda: P = 1/PCR MBS: Maximum Burst Size S = 1/SCR d: unidade tempo (tempo de inserção de célula) célula 73 ATM - Caracterização de Serviços QoS-UP - PCR, CDVT, SCR, MBS, BT, MCR quanto esperar a partir do início da última célula da rajada? BT+S BT=(MBS-1)(S-P) P (2) MBS (4) d BT (9) S (5) Tempo entre duas rajadas consecutivas aceitável (S+BT) Legenda: P = 1/PCR MBS: Maximum Burst Size S = 1/SCR d: unidade tempo (tempo de inserção de célula) BT: Burst Tolerance) célula 74 37

ATM - Caracterização de Serviços Categorias de serviços definidas pelo ATM Forum real time services constant bit rate (CBR) variable bit rate (rt-vbr) non real time variable bit rate (nrt-vbr) available bit rate (ABR) unspecified bit rate (UBR) 75 ATM - Caracterização de Serviços constant bit rate (CBR) real time aplicação requer taxa fixa e contínua de vazão atraso máximo limitado comum para : áudio e vídeo não comprimidos 76 38

ATM - Caracterização de Serviços variable bit rate (rt-vbr) real time mesmos requisitos de aplicações que CBR só que com taxas variáveis bursts - variações bruscas, picos exemplo: vídeos comprimidos permite maior flexibilidade que CBR a rede pode estatisticamente multiplexar maior número de conexões sobre mesma capacidade e ainda manter a qualidade 77 ATM - Caracterização de Serviços variable bit rate (nrt-vbr) para aplicações non real time melhorar qualidade em termos de perdas e atraso especifica: taxa de pico, taxa média e um parâmetro indicando o tipo de burst que pode ocorrer rede pode alocar recursos para diminuir atraso e perdas pode ser usado para aplicações com requisitos temporais (apesar de nrt) 78 39

ATM - Caracterização de Serviços unspecified bit rate (UBR) rede usada por tráfegos CBR e os dois tipos de VBR resto: capacidade total não usada variação do VBR indica que em determinados momentos a rede não usa toda capacidade esta capacidade pode ser disponibilizada para serviços UBR serviços que toleram variações de atraso e algumas perdas (tráfego TCP) não há comprometimento da rede - best effort service 79 ATM - Caracterização de Serviços available bit rate (ABR) melhoria do UBR especificação de taxa de pico (peak cell rate - PCR) e de taxa mínima (minimum cell rate - MCR) capacidade não usada pode ser usada por UBR 80 40

ATM - Caracterização de Serviços SERVIÇOfi PARAM.fl CLR Cell Loss Rate CBR constant bit rate VBR variable bit rate (real-time) especificado VBR variable bit rate (non-real-time) ABR Avaiable bit rate UBR Unspecified bit rate não especificado QoS NP QoS UP CTD Cell Transfer Delay CDV Cell Delay Variation TD Traffic Descriptors FC Flow Control (congestion) PCR/CDVT especificado especificado PCR/CDVT SCR/BT não especificado PCR/CDVT MCR/ACR não especificado PCR/CDVT não sim não LEGENDA: PCR: Peak Cell Rate BT: Burst Tolerance CDVT: Cell Delay Variation Tolerance MCR: Minimum Cell Rate SCR: Susteinable Cell Rate ACR: Allowed Cell Rate 81 ATM - Caracterização de Serviços Categorias de serviços definidas pelo ATM Forum Célula ATM 82 41

ATM - Controle de Tráfego 83 ATM - Controle de Tráfego Seja: R: taxa em Mbit/s P: tempo de propagação em ms L: comprimento dos dados (pacotes ou células) a=p.r/l ou seja, o número de células que estão na tubulação, desde a fonte até o destino, em um dado instante Temos: variação do fator a em relação a diversas arquiteturas de redes [STA 95] Rede Meio Dist. [km] P [ms] T [Mbit/s] L [bit] LAN Ethernet Par de fios 2,5 0,013 10 12000 0,01 Rede de Pacotes X.25 B 1000 5,55 0,064 4096 0,08 Frame Relay E1 1000 5,55 2,048 64000 0,17 Anel de fibra - FDDI Fibra 50 0,277 100 64000 0,43 Rede MAN - DQDB CATV 200 1,11 155 424 406,1 ATM STM1 1000 5,55 155 424 2030,7 ATM STM4 1000 5,55 622 424 8149,0 a 84 42

ATM - Controle de Tráfego Assim: técnicas de controle utilizadas em outras redes não são válidas para redes ATM de longa distância Realimentação lenta - tempo de inserção reduzido, comparado a tempo de propagação Ainda: maioria dos tráfegos não são receptivos a ctle. fluxo - como dizer p/ fonte de vídeo enviar com menor taxa? aplicações muito diversas - esquemas simples de controle penalizam algum extremo 85 ATM - Controle de Tráfego Estratégia de controle de tráfego dimensão temporal longo termo: gerenciamento de recursos tempo de duração de conexão: Controle de Admissão de Conexão tempo de propagação ida/volta: gerência/aloc. rápida de recursos tempo de inserção de células: Usage Parameter Control (UPC) e Controle de Prioridade (CLP) dimensão espacial Fonte de Tráfego Traffic Shaper Interface UNI UPC-Usage Parameter Control Switch ATM Scheduler Interface NNI Switch ATM (EFCI) Explicit Congestion Indication Scheduler Destino Domínio de Usuário Domínio de Rede 86 43