Redes ATM

1. Redes ATM Por Prof. João Bosco Mangueira Sobral

2. Introdução Conexão Camadas Roteamento Comutação Células Interfaces Características ATM LANs Virtuais Categorias de Serviço LAN Emulation Tópicos

3. Introdução a ATM • ATM = Asynchronous Transfer Mode • Tecnologia de rede, mais significativa na última década • Objetiva integrar funções de LANs, funções de WANs, possibilitando a transmissão de voz, vídeo e dados, dentro de um único projeto de HW e um único protocolo uniforme. • Objetiva também, scalability que simplificará o projeto e o gerenciamento de redes.

4. Benefícios da Tecnologia ATM • ATM oferece alguns benefícios que nenhuma outra tecnologia de rede tem oferecido: • Velocidade : ATM suporta taxas de transmissão de ate 622 Mbps. • Scalability : ATM permite largura de banda aumentada e um grande número de portas dentro das arquiteturas existentes.

5. Benefícios da Tecnologia ATM • Largura de Banda Dedicada : Garante uma consistência de serviço de aplicação, que não esta disponível em tecnologias compartilhadas. • ATM oferece o potencial de uma solução fim-a-fim, isto é, que ela pode ser usada desde desktops em segmentos de redes locais (LANs) a backbones de WANs.

6. Benefícios da Tecnologia ATM • Se ATM é tão significativa devemos responder : • O que exatamente ela é ? • Como ela pode melhorar sua rede ? • Quanto esta tecnologia custará ? • Quando você deve implementá-la ?

7. Como tudo Iniciou • ATM começou como parte do padrão para B-ISDN desenvolvido em 1988 pelo então CCITT (hoje, ITU-T). • Modelo de Referência B-ISDN (Fig. 16.1, Parnell) • ATM não requer o uso de um protocolo específico para a camada física.

8. Como tudo Iniciou • O ITU-T está correntemente formalizando os padrões para ATM. • Em 1991, o ATM Fórum, um consórcio de fornecedores da tecnologia ATM e usuários, foi formado para expedir acordos da indústria sobre interfaces ATM.

9. ATM - Definição • ATM implementa um protocolo ponto-a-ponto, full-duplex, orientado a conexão, comutado por células, que dedica largura de banda para cada estação na rede. • ATM utiliza multiplexação por divisão de tempo assíncrona (TDM) para controlar o fluxo de informações sobre a rede.

10. ATM - Definição • ATM opera em larguras de banda de: 25Mbps a 622 Mbps, embora a maior parte das experiências com ATM sejam a 155Mbps.

11. Outros Benefícios • Excelente scalability. • Integração com redes legadas. • Largura de banda sob demanda. • Tráfego de rede como voz, dados, imagem, vídeo, gráficos e multimídia. • Adaptação para ambientes como LANs e WANs.

12. Por que ATM ? • Como toda tecnologia de rede existente, ATM foi desenvolvida como uma alternativa a protocolos de transporte existentes, tais como Ethernet e Token Ring que são obviamente limitados em largura de banda e scalability. • ATM foi projetado para trabalhar com múltiplos tipos de tráfego simultaneamente e com uma eficiência crescente.

13. Por que ATM ? • ATM e hábil para transmitir uma ampla variedade de taxas de bits e suportar comunicações em rajadas, tais como: voz, dados e tráfego de vídeo.

14. Comutação de Circuito • Nota : A maior parte das pessoas não pensam em tráfego de voz com comutação de circuito como rajada, mas assim é ATM; De fato, uma conversação de voz por comutação de circuito utiliza menos da metade da largura de banda disponível.

15. Comutação de Pacotes • Comutação de pacotes, utiliza largura de banda somente quando tráfego de dados está presente. Foi desenvolvido para manipular rajadas de tráfego de dados. • Sistemas de comutação de pacotes não funcionam adequadamente para tempo real, por exemplo, para tráfego em duas direções como em vídeo interativo.

16. AAL ATM Física TC PM Camada Física • Níveis físico e de enlace da OSI • Duas subcamadas: • Meio físico (Physical Medium – PM) • Convergência de Transmissão (Transmission Convergence – TC)

17. Subcamada de Meio Físico - PM • Transmissão adequada de bits • Alinhamento de bits • Sinalização na linha • Conversão eletro-ótica.

18. Subcamada de Convergência de Transmissão - TC • Gera o HEC • Transforma fluxo de células em um fluxo de bits • Desacoplamento da taxa de transmissão em relação à taxa de geração de células • Embaralhamento • Delineamento de células.

19. AAL ATM Física Camada ATM • Camadas de rede e transporte da OSI • Adição e remoção do cabeçalho das células • Multiplexação e demultiplexação de células • Controle genérico de fluxo - GFC - na UNI.

20. Conexões ATM • Forma como são estabelecidas: • Virtuais Permanentes PVCs • Virtuais Chaveadas SVCs • Número de usuários finais: • Conexões Ponto a Ponto • Conexões Ponto para Multiponto.

21. Conexões: Ponto a Ponto e Ponto para Multiponto

22. AAL ATM Física Camada AAL (ATM Adaptation Layer) • Provê uma complementação em termos de funções específicas aos serviços que não podem ser fornecidos pelo nível ATM. A principal razão de não fornecer estas funções no nível ATM é a de que nem todas as aplicações necessitam destas funções.

23. Funções da AAL • Adaptação do Serviço de Usuário ao Modo de Transporte ATM como: • informação sobre do relógio de serviço (sincronismo), • detecção de células estranhas inseridas, • detecção de células perdidas, • meios para determinar e tratar variação do atraso de células.

24. Funções da AAL • Tornar o nível de rede ATM transparente à aplicação do usuário. • Segmentação e remontagem em células e multiplexação.

25. Células ATM • ATM supera esta limitação porque emprega células, que são pacotes de tamanho fixo, ao contrário de pacotes de tamanho variável. Cada célula ATM consiste de um campo de 48 bytes (payload) e um campo de 5 bytes que contém um cabeçalho.

26. Célula ATM

27. Definição dos Cabeçalhos • Cabeçalho da camada ATM na UNI. • Cabeçalho da camada ATM na NNI. • Cada cabeçalho tem 40 bits. • As células são transmitidas a partir do byte mais à esquerda e do bit mais à esquerda contido em um byte.

28. Campos dos Cabeçalhos • VPI (Virtual Path Identifier) - inteiro que seleciona um determinado caminho virtual. • VCI (Virtual Channel Identifier) - seleciona um circuito virtual dentro do caminho escolhido. • PTI (Payload Type) - define o tipo de carga que uma célula contém de acordo com valores definidos para tal.

29. Campos do Cabeçalho • CLP (Cell Loss Priority) - Bit que pode ser ativado por um computador na rede para distinguir um tráfego de maior prioridade de um tráfego de menor prioridade. • HER (Header Error Check) - campo de verificação de erro que confere o cabeçalho. A verificação não confere a carga.

30. Campos do Cabeçalho • GFC (General Flow Control) - campo para controle de fluxo. • Depois do cabeçalho vêm 48 bytes de carga útil. No entanto, nem todos os 48 bytes estão disponíveis para o usuário, pois alguns protocolos ALL colocam seus cabeçalhos e trailers dentro da carga útil.

31. Campos e Formatos de Células • O formato NNI é igual ao formato UNI, exceto que o campo GFC não está presente e que são usados 4 bits para que, em vez de 8, o campo GFC tenha 12 bits.

32. Células de Tamanho Fixo • Oferecem muitas vantagens sobre pacotes de tamanho variável. • Capacidade de Comutação a Nível de HW : É simples, previsível e confiável para processar células de tamanho fixo, comutação ATM pode ser feita a nível de HW, ao contrário do processamento intensivo a nível de software. Caro para gerenciar, controle de fluxo, buffers e outros esquemas de gerenciamento.

33. Células de Tamanho Fixo • Níveis de Serviço Garantido : Atrasos de rede e de comutação são mais previsíveis com células de dados de tamanho fixo. Comutadores podem ser projetados para prover níveis de serviço garantidos para todos os tipos de tráfego, mesmo para serviços sensíveis a atraso tais como voz e vídeo. • Estrutura de uma Célula ATM : (Fig. 16.2, Parnell)

34. Estrutura da Célula ATM • A célula ATM é usada para portar informação transmitida entre comutadores (switches). Um segmento de 48 bytes contém a carga útil (payload) de informação proveniente do usuário e é colocado em uma célula com 5 bytes de cabeçalho, formando a célula ATM de 53 bytes. O cabeçalho suporta informação necessária para a operação de comutação.

35. Células de Tamanho Fixo • Processamento Paralelo : Células de tamanho fixo permitem cell-relay switches para processar células em paralelo, para velocidades que excedam as limitações das arquiteturas de comutadores baseados em barramento (bus-based switch).

36. Células de Tamanho Fixo • Capacidade de Processamento de Voz : Embora células ATM requeiram largura de banda somente quando tráfego esta presente, elas podem ainda prover o equivalente a um slot de tempo TDM para tráfego contínuo. Como resultado, ATM pode trabalhar com tráfego contínuo de tempo real tal como voz digitalizada e tráfego em rajada tal como transmissões de LANs, igualmente bem.

37. Células de Tamanho Fixo • Todas as células ATM são, portanto, do mesmo tamanho, diferente de sistemas Frame-Relay e redes locais, que tem pacotes de tamanho variável.

38. Células de Mesmo Tamanho • Permitem o seguinte : • Largura de Banda garantida : pacotes de tamanho variável podem causar atraso no tráfego da rede. • Alta Performance : grandes volumes de dados podem fluir concorrentemente sobre uma única conexão física.

39. Células de Mesmo Tamanho • Permitem também : Comutação por HW : acarreta alto “throughput” e durante o tempo de vida da tecnologia, pode explorar uma relação preço/performance melhorada, a medida que o poder do processador aumenta e custos incrementais diminuem.

40. Células de Mesmo Tamanho • Priorização de Dados : - ATM pode entregar uma resposta determinística, que é essencial para portar comunicações “sensíveis a latência”, tais como vídeo e áudio, ou missão-crítica com tráfego interativo de dados.

41. O que é Comutado ? • ATM não emprega largura de banda compartilhada. Ao contrário, cada porta sobre um switch é dedicada a um usuário. Um switch ATM estabelece uma conexão virtual entre um nodo transmissor e um nodo receptor. Esta conexão é feita com base no endereço de destino de cada célula e ela dura somente durante a transferência de uma célula.

42. O que é Comutado ? • Estas transferências de dados podem tomar lugar em paralelo e em toda a velocidade da rede. Porque a célula é transmitida somente para a porta associada com um endereço de destino específico, nenhuma outra porta recebe a célula.

43. Interfaces ATM • Na camada ATM, existem duas interfaces distintas: a UNI (User Network Interface) e a NNI (Network-Network Interface). • UNI - define o limite entre um host e uma rede ATM (em muitos casos, entre o cliente e a concessionária de comunicações). • NNI - diz respeito à comunicação entre dois comutadores ATM ( roteadores na tecnologia ATM ).

44. User Network Interface - UNI • 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.

45. Meio Físico de Transmissão • Pode armazenar diversos caminhos virtuais, que, por sua vez, podem armazenar diversos circuitos virtuais. • Em ambas as interfaces ATM, as células consistem em um cabeçalho de 5 bytes seguido de uma carga útil de 48 bytes, totalizando 53 bytes por célula.

46. Full Duplex • Permite transmissão sobre um par de fios e recebimento sobre outro par simultaneamente, o que prove utilização completa de ambos os pares e alta taxa de dados. • Por suportar full-duplex ATM dobra a largura de banda efetiva com relação à transmissão hall-duplex ordinária que é empregada pela maioria dos protocolos de rede.

47. O que é Largura de Banda Dedicada • Largura de banda para cada estação • Estação solicita a quantidade apropriada para cada conexão e a rede automaticamente atribui essa largura de banda ao usuário. • A largura de banda não é realmente dedicada, é compartilhada por outros usuários. A rede garante o nível de serviço solicitado controlando as transmissões simultâneas.

48. Considerações de Cabeamento • Topologia ATM é uma malha de comutadores. Qualquer ponto da rede pode ser alcançado a partir de qualquer outro ponto via múltiplas rotas envolvendo conexões independentes entre os comutadores. • ATM não requer um protocolo específico para camada física.

49. Considerações de Cabeamento • ATM não tem limitações de distância que são impostas pelas características de atenuação do meio usado. • Isto simplifica a construção da planta de cabeamento porque não existem quaisquer regras para restringir o projeto.

50. Suporte do Meio de Transmissão ATM • Independência do meio de transmissão é um princípio de ATM. Muitos níveis físicos são especificados, 25Mbps, 100Mbps, 155Mbps até 622Mbps. • ATM a 155Mbps incluirá suporte a cabo de fibra ótica,fibra multimodo e fibra mono modo, categorias 3, 4 5 de UTP, 1 de STP.