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Introdução à Introdução à Tecnologia ATMTecnologia ATM
Marco Antônio Chaves Marco Antônio Chaves CâmaraCâmara
LOGIC Engenharia LtdaLOGIC Engenharia Ltda
[email protected]@logicsoft.com.br
Agenda do Tutorial
• Aplicações & Banda Larga
• Introdução ao ATM
• Configuração e Modelo de Referência
• As Camadas
• Outras Características
Aplicações & Banda Larga
• Sistemas de Comunicação Típicos
• O que é “banda larga” ?
• Tipos de serviço
• Classes de Tráfego
• Tipo de serviço define requisitos do meio de comunicação
• Redes hoje & Aplicações para banda larga
Sist. de Comunicação Típicos
• Voz– Rede telefônica
• Transmissão de Dados– Redes de pacotes
• Vídeo– TV a cabo e broadcast
• Para unificar os ambientes ?
Que é Serviço de Banda Larga ?
•Todo serviço que exige canais de comunicação capazes de suportar taxas superiores às taxas primárias do RDSI-FE– Chamada também de broadband– Acesso Primário RDSI-FE (Redes Digitais de Serviços
Integrados - Faixa Estreita)
•T1 = 1,544 MBps
•E1 = 2,048 MBps
•Também chamada de B-ISDN
Serviço Conversacional
•Transferência fim-a-fim em tempo real;
•Vídeo-conferência
Serviço de Recuperação
•Recuperação remota de informações
•Vídeo-texto, video-on-demand
Serviço de Mensagem
•Armazenamento temporário de mensagens–Store-and-forward
•Não são em tempo real
•Correio de vídeo & Correio multimídia
Serviço de Distribuição
•Sem controle–Broadcasting : cotação de bolsas, TV etc
•Com controle–Acesso a documentos selecionados; locação de vídeos
Características Específicas
•Longos
•Altas taxas
•Transferência contínua
•Sincronismo
Características Específicas
•Longos– Serviços de Banda larga geralmente
envolvem grande quantidade de informação.
•Altas taxas
•Transferência contínua
•Sincronismo
Características Específicas
•Longos
•Altas taxas– Além da grande quantidade, as
informações precisam ser entregues em um tempo reduzido.
•Transferência contínua
•Sincronismo
Características Específicas
•Longos
•Altas taxas
•Transferência contínua– Alguns serviços exigem a
transferência constante de informação, como no caso do áudio, por exemplo.
•Sincronismo
Características Específicas
•Longos
•Altas taxas
•Transferência contínua
•Sincronismo– Exige-se que os tempos de
apresentação correspondam ao tempo da origem, ou mesmo que dois tipos diferentes de informação estejam sincronizadas.
Um exemplo : TV
•Televisão comum– Normal = 120 MBps
– Comprimido = 3 a 6 MBps
•Televisão - estúdio– Normal = 216 MBps
– Comprimido = 10 a 30 MBps
•Televisão de alta resolução– Normal = 1500 MBps
– Comprimido = 20 a 30 MBpsFonte : IEEE Communications Magazine, Abril 1992
Classes de Tráfego
•CBR
•Rajadas (bursty)
•VBR
Classes de Tráfego
•CBR–Constant Bit Rate
–Contínuo e constante
–Taxa média = Taxa de pico
•Rajadas (bursty)
•VBR
Classes de Tráfego
•CBR
•Rajadas (bursty)–Períodos de pico intercalados
com silêncio (nenhum tráfego)
–Taxa média não tem significado
•VBR
Classes de Tráfego
•CBR
•Rajadas (bursty)
•VBR–Variable Bit Rate
–Contínuo, porém variável
Tráfego por Aplicação
•Texto
•Imagem Fixa
•Áudio
•Vídeo
Tráfego por Aplicação
•Texto–Bursty
–Baixa tolerância a erros
–Sincronismo não é crítico
•Imagem Fixa
•Áudio
•Vídeo
Tráfego por Aplicação
•Texto
•Imagem Fixa–Bursty
–Sincronismo não é crítico
–Erros em imagens matriciais
–Erros em imagens vetoriais
•Áudio
•Vídeo
Tráfego por Aplicação
•Texto
•Imagem Fixa
•Áudio–CBR
–Sensível ao sincronismo
–Sensibilidade média a erros
•Vídeo
Tráfego por Aplicação
•Texto
•Imagem Fixa
•Áudio
•Vídeo–CBR
–Sincronismo crítico
–Baixa sensibilidade a erros
Aplicações Especiais
•Técnicas críticas para o tratamento de erros– Compressão (eliminam-se dados
desnecessários)
– Compactação (não se eliminam dados)
– Interpretação automática dos dados (medicina)
•Prioridade de perda– Aplicação estabelece o que pode ser
desprezado em situações críticas
Redes hoje & Broadband
•Ausência de Sincronismo
•Dificuldades para tráfegos contínuos
•Desempenho cai com o aumento de tráfego
EthernetEthernet
Redes hoje & Broadband
•Tratamento de prioridades existe, mas não é perfeito
•Não há garantia de sincronismo
•Dificuldades para tráfego em rajada
TokenRing
Redes hoje & Broadband
•Taxa de transferência elevada
•Não há garantia de sincronismo, exceto no FDDI II
FDDI
Agenda do Tutorial
• Aplicações & Banda Larga
• Introdução ao ATM
• Configuração e Modelo de Referência
• As Camadas
• Outras Características
Introdução ao ATM
•Histórico
•Comutação Rápida
•RDSI-FL
•Limitações do STM
•SDH
•ATM - Solução ?
? ?
?
?
Histórico do ATM
• Integração de serviços surge quando as redes de telefonia evoluiram para a comunica-ção de dados;
• Comutação de circuitos é substituída pela comutação de pacotes;
• Multiplexação no tempo e transmissão síncrona. O TDM já previa integração dados/voz;
1962
1962
19621996
Histórico do ATM
• RDSI introduz o conceito da comunicação digital de ponta a ponta;
• Começa-se a analisar a integração da RDSI às redes atuais;
• Frame-relay reduz o tempo de chaveamento, através da simplificação do processo;
• Tecnologia cell-relay promete mais velocidade e integração facilitada
1962
1962
19621996
Histórico do ATM
• ATM Forum– Criação em 1991:
• Adaptive Corporation
• Cisco System, Inc.
• Sprint Corporation
• Northern Telecom Ltd.
• 1992 - 1ª Versão UNI
• 1993 - UNI 3.0
• 1994 - Classical IP and ARP over ATM (IETF)
1962
1962
19621996
Comutação Rápida
Rede Rede
•A idéia :– Simplificar o trabalho da camada de
enlace, passando suas funções para as camadas superiores;
– Eliminar a camada 3 para o fluxo nominal.
Física
Enlace
Comutação Rápida
Rede Rede
• Implementando :– Reduzem-se as funções das camadas 2 e 3
controles passam a funcionar fim a fim (transporte);
– Informações de sinalização seguem por circuitos virtuais separados;
– O roteamento é feito no momento da conexão (criação do circuito virtual).
Física
Enlace
Comutação Rápida
Rede Rede
• Implementando :– Reduzem-se as funções das camadas 2 e 3
controles passam a funcionar fim a fim (transporte);
– Informações de sinalização seguem por circuitos virtuais separados;
– O roteamento é feito no momento da conexão (criação do circuito virtual).
Física
Enlace
A existência do A existência do linklink virtual virtual vai garantir que, após ovai garantir que, após oestabelecimento da conexão, todas as informaçõesestabelecimento da conexão, todas as informaçõesposteriores sejam encaminhadas sem roteamento.posteriores sejam encaminhadas sem roteamento.
Comutação Rápida
Rede Rede
•As técnicas :– Unidades de informação com tamanho
variável•Frame Relay
– Unidades de informação com tamanho fixo•Cell Relay
Física
Enlace
RDSI-FL
•Faixa Larga– Também conhecida como B-ISDN
•Baseada na tecnologia cell-relay
•Objetivos– Oferecer gama ampla de serviços
– Interfaces de acesso padronizadas
Limitações do STM
•O que é STM ?
•Os canais
•Estruturas de Acesso
•Atendendo ao RDSI-FL
STMSTM
O que é STM ?
•Synchronous Transfer Mode
•Linhas de transmissão são canais síncro-nos multiplexados no tempo (TDM)
•Modo de transferência utilizado pelo RDSI-FE (Seria possível usá-lo para o RDSI-FL ?)
Os canais
•Canal B = 64 KBps
•Canal D = 16, 64 KBps
•Canais H Canais Hierarquia(MBps)
2048 1544 H0 384 KBps
H1 1920 KBps 1536 KBps
H2 32.768 KBps 43.000~45000
H4 132.032~138.240
Estruturas de Acesso
•Acesso Básico– Dois canais B + um canal D (16 KBps)
– Taxa de 192 KBps
•Acesso Primário– T1: 23 canais B + um canal D (64 K)
– E1: 30 canais B + um canal D (64K)
•Acesso com canais H ?– Problemas de gerenciamento de canais
– Necessidade de alta velocidade no chaveamento de canais provocaria perda de performance
Atendendo ao RDSI-FL
•Se simplificarmos o chaveamento– Perda da capacidade de transmissão dos
canais
•Se utilizarmos totalmente os canais– Chaveamento complexo causa perda de
performance
– Esquemas alternativos novamente geram mais complexidade
SDH
•Hierarquias digitais
•Os diferentes padrões
•Unificação dos padrões
•SDH & SONET
SynchronousSynchronousDigitalDigital
HierarchyHierarchy
Hierarquias Digitais
• Confome mostrado na figura, diversos sinais básicos são multiplexados em cascata, com cada saída representando um nível hierárquico diferente
• Níveis hierárquicos superiores exigem meios físicos com maior banda de passagem
• Multiplexação normalmente não atende a um padrão muito claro (definida pelos fabricantes)
SinaisBásicos
Os diferentes padrões
•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :
–Americana - T1
–Européia - E1
– Japonesa
•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.
Os diferentes padrões
•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :
–Americana - T1
–Européia - E1
– Japonesa
•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.
Nível Taxa (em MBps)1 1.544 2 6.312 3 44.736 4 274.176
Os diferentes padrões
•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :
–Americana - T1
–Européia - E1
– Japonesa
•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.
Os diferentes padrões
•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :
–Americana - T1
–Européia - E1
– Japonesa
•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.
Nível Taxa (em MBps)1 2.048 2 8.448 3 34.368 4 139.264
Os diferentes padrões
•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :
–Americana - T1
–Européia - E1
– Japonesa
•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.
Os diferentes padrões
•Além dos problemas de padronização na multiplexação, existem diferentes padrões para as hierarquias :
–Americana - T1
–Européia - E1
– Japonesa
•Trabalhos do ITU-T visavam a criação de uma hierarquia padrão para a NNI.
Nível Taxa (em MBps)1 2.048 2 6.312 3 32.064 4 97.728
Unificação dos padrões
•Esforço do BBTG (BroadBand Task Group) do ITU-T
•O SDH seria padrão para a RDSI-FL
•A Bell havia criado um padrão para hierarquiais digitais e multiplexação
SDH
SDH & SONET
•O padrão da Bell (SONET) é aprovado para a NNI, e depois para a UNI
•Taxa Básica de 51,84 MBps do SONET vira 155,52 no SDH
155,52 MBps
51,84 MBps
6,312 MBps
1,544 MBps 2,048 MBps
x4 x3
x7
x3
ATM - A solução ?
•Assynchronous Transfer Mode
•Baseada em pequenas células de 53 bytes
•Suporta diferentes tipos de tráfego, com alta taxa de transferência
•Escolhido como modo de transferência para a RDSI-FL
Agenda do Tutorial
• Aplicações & Banda Larga
• Introdução ao ATM
• Configuração e Modelo de Referência
• As Camadas
• Outras Características
Config. de Referência
•Define o ambiente do usuário, ou melhor, a conexão do usuário à rede. Esta interface é chamada de UNI (User Network Interface)
RedeUNIUNI
Config. de Referência
•Define o ambiente do usuário, ou melhor, a conexão do usuário à rede. Esta interface é chamada de UNI (User Network Interface)
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB TTBB UUBB
Config. de Referência
•Os blocos representam funções realizadas por equipamentos presentes no ambiente do usuário.
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB TTBB UUBB
Config. de Referência
•Entre os blocos estão os pontos de referência, que são as interfaces entre equipamentos. A interface com o usuário não é representada.
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB TTBB UUBB
?
?
Config. de Referência
•Do lado direito da figura, conecta-se a linha de comunicação, que interliga o ambiente de usuário ao resto da rede.
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
Rede
RRBB SSBB TTBB UUBB
Config. de Referência
•NT1 - Network Terminal 1
•Representa a camada 1 da rede
•Uma interface TB para conexão com NT2
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB TTBB UUBB
Config. de Referência
•NT2 : MUX/DEMUX de células
•Permite a concentração de vários equipamen-tos, como podemos ver na figura
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB TTBB UUBB
Config. de Referência
• Interfaces S e T são definidas pela norma UNI
•É obrigatória a obediência aos padrões estabelecidos na norma
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB TTBB UUBB
Config. de Referência
•TE1 (Terminal Equipment) - terminal que aten-de às condições especificadas no ATM-UNI
•Não é necessária conversão para acesso ao NT2
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB TTBB UUBB
Config. de Referência
•TE2 - terminal que não atende às condições especificadas no ATM-UNI
•É necessária a conversão para acesso ao NT2
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB TTBB UUBB
Config. de Referência
•TA (Terminal Adapter) - Adapta a interface do terminal TE2 ao padrão UNI exigido pelo NT2.
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB TTBB UUBB
Config. de Referência
B-TE1 B-NT2 B-NT1
B-TE2 B-TA
RRBB SSBB
{TTBB UUBB{ {
UNI
PúblicaPrivada
Modelo de Referência
•Define quatro planos– Gerência Planos
– Gerência Camadas
– Controle
– Usuário
Modelo de Referência
•Gerência dos Planos– Não está dividido
em camadas
– Faz o gerenciamento de todos os planos, inclusive o próprio
Modelo de Referência
•Gerência das Camadas– Trata do fluxo de
informações de operação e manutenção de cada camada
– Gerenciamento de recursos e parâmetros de protocolos
Modelo de Referência
•Plano de Controle– Sinalização de
conexões
– Funções de controle
Modelo de Referência
•Plano do Usuário– Dividido em
camadas
– Transferência da informação propriamente dita entre os usuários
Agenda do Tutorial
• Aplicações & Banda Larga
• Introdução ao ATM
• Configuração e Modelo de Referência
• As Camadas
• Outras Características
As Camadas
•Camada de Adaptação
•Camada ATM
•Camada Física
As Camadas
•Camada de Adaptação– Primeira camada fim-a-fim no ATM
– AAL (ATM Adaptation Layer)
– Dividida nas subcamadas CS e SAR•CS (Convergência)
•SAR (Quebra e Remontagem)
•Camada ATM
•Camada Física
As Camadas
•Camada de Adaptação
•Camada ATM– Comum aos planos de controle e usuário
– Presente em todos os equipamentos da rede
– Não possui subcamadas
•Camada Física
As Camadas
•Camada de Adaptação
•Camada ATM
•Camada Física– Comum aos planos de controle e usuário
– Presente em todos os equipamentos da rede
– Dividida nas subcamadas TC e PM•TC (Convergência de Transmissão) e PM (Mídia
Física)
A Camada Física
•Como ocorre a Transmissão
•A subcamada TC
•A subcamada PM
Como ocorre a Transmissão
TC recebe umfluxo de células
É gerado o HECdo cabeçalho
O fluxo é trans-formado em bits
São inseridos osdelimitadores
Os bits são en-tregues a PM
Os bits sãotransmitidos
A subcamada TC
•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células
•Geração e verificação do HEC
•Delineamento das células
•Embaralhamento
A subcamada TC
•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células– Preenchimento automático para tráfego
bursty
•Geração e verificação do HEC
•Delineamento das células
•Embaralhamento
A subcamada TC
•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células
•Geração e verificação do HEC– Polinômio gerador : X8 + X2 + X + 1
– Erros no HEC causam descarte da célula•Só a garantia de correção para erros em um bit
•Em fibra ótica, normalmente pode-se corrigir
•Delineamento das células
•Embaralhamento
A subcamada TC
•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células
•Geração e verificação do HEC
•Delineamento das células– Abandonadas as técnicas de padrão de bits e
codificação inválida
– O HEC é usado para sincronismo
•Embaralhamento
A subcamada TC
•Desacopla a taxa de transmissão da taxa de geração de células
•Geração e verificação do HEC
•Delineamento das células
•Embaralhamento– Realizado na parte de dados da célula.
Mantém-se o cabeçalho intacto
– Evita seqüências indesejáveis (0s, 1s e HEC)
A subcamada PM
•Definida pelo ITU-T apenas para a NNI e interface TB da UNI
•Estudos do ITU-T procuram adequar a SB às redes locais já existentes
– Células
– SDH
– FDDI
– etc
A Camada ATM
•As funções da Camada
•Formato da Célula
As funções da Camada
•Adição e remoção do cabeçalho
•Chaveamento e encaminhamento–Campos VPI e VCI do cabeçalho
–Meio Físico contém VPI que contém VCI
•GFC–Controle Genérico do Fluxo
–Presente no cabeçalho apenas na UNI
Formato da CélulaFormato da Célula
CabeçalhoCabeçalho
DadosDados
BytesBytes
GFCGFC VPIVPI
VPIVPI VCIVCI
VCIVCI
VCIVCI PTPT CLPCLP
HECHEC
48 bytes de dados48 bytes de dados
1122334455
5353
Formato da CélulaFormato da Célula
GFC - Generic Flow ControlApenas na UNI
VPI - Virtual Path IdentifierVCI - Virtual Channel
IdentifierPT - Payload TypeCLP - Cell Loss PriorityHEC - Header Error Control
BytesBytes
GFCGFC VPIVPI
VPIVPI VCIVCI
VCIVCI
VCIVCI PTPT CLPCLP
HECHEC
48 bytes de dados48 bytes de dados
1122334455
5353
Formato da CélulaFormato da Célula
• Representam 90% da célula– Header = 10% (Overhead ?)
• Diversos formatos :– Vídeo
– Voz
– Dados
• O tamanho é fixo !
BytesBytes
GFCGFC VPIVPI
VPIVPI VCIVCI
VCIVCI
VCIVCI PTPT CLPCLP
HECHEC
48 bytes de dados48 bytes de dados
1122334455
5353
A Camada de Adaptação
•Classes de Serviços
•Os tipos de AAL
Classes de Serviço
• A AAL utiliza os serviços das camadas inferiores para oferecer serviços com características específicas (classes)
• Atributos permitem modificações no tipo de serviço :– VBR ou CBR
– Presença do Sincronismo
• Cada serviço específico é oferecido por um tipo de AALClasse A Classe B Classe C Classe D
Sincronismo entre Origem e Destino
Obrigatório ObrigatórioNão
obrigatórioNão
obrigatório
Taxa de Transferência Constante Variável Variável Variável
Modo de ConexãoOrient.à Conexão
Orient.à Conexão
Orient.à Conexão
Sem conexão
Camada de Adaptação Utilizada
AAL1 AAL2 AAL3-5 AAL3-5
Os tipos de AAL
•AAL 0
•AAL 1
•AAL 2
•AAL 3/4
•AAL 5
Os tipos de AAL
•AAL 0– Camada AAL não existe
•AAL 1
•AAL 2
•AAL 3/4
•AAL 5
Os tipos de AAL
•AAL 0
•AAL 1– Realiza serviços da classe A
•AAL 2
•AAL 3/4
•AAL 5
Os tipos de AAL
•AAL 0
•AAL 1
•AAL 2– Realiza serviços da classe B. Ainda
não é utilizada
•AAL 3/4
•AAL 5
Os tipos de AAL
•AAL 0
•AAL 1
•AAL 2
•AAL 3/4– Realizam os serviços das classes C e D
– Combinadas durante a definição das normas
•AAL 5
Os tipos de AAL
•AAL 0
•AAL 1
•AAL 2
•AAL 3/4
•AAL 5– Realiza serviços das classes C e D,
porém de forma mais simples
Agenda do Tutorial
• Aplicações & Banda Larga
• Introdução ao ATM
• Configuração e Modelo de Referência
• As Camadas
• Outras Características
Outras características
•Sinalização
•Plano de Gerenciamento
•Plano do Usuário
Sinalização
•Realizada pelo plano de controle
•Estabelece, mantém e libera dinamicamente conexões VCCs e VPCs
•Oferece suporte a configurações ponto-a-ponto, multiponto e difusão
•Permite modificar configurações do tráfego existente
Plano Gerenciamento
•Responsável pelo OAM– Operation, Administration and Maintenance
•Fases existentes :– Monitoração de Desempenho
– Detecção de falhas e defeitos
– Proteção do Sistema
– Informação de falha ou desempenho
– Localização de falhas
Plano Gerenciamento
• ILMI– Interim Local Management Interface
– Define informações que serão coletadas pelos agentes
• Informações da MIB– Camada Física
– VCCs e VPCs
– Estatísticas dos VCCs e VPCs
– Registro de endereços
Plano do Usuário
•Redes Virtuais
• Interconecção entre redes locais e remotas
•Emulação de LAN
• IP over ATM
•Frame Relay over ATM
Agenda do Tutorial
• Aplicações & Banda Larga
• Introdução ao ATM
• Configuração e Modelo de Referência
• As Camadas
• Outras Características
SwitchesSwitches ATM ATM
•As características técnicas
•As aplicações típicas
•Comparativos
Dúvidas ?Dúvidas ?
LogicSoftLogicSoftMarco Antônio C. CâmaraTel. (071) 351-1264FAX (071) 351-1460Internet [email protected]
Detalhes ?
Bibliografia - Livros
• Redes de Computadores2a.Edição - Editora CampusLuis Fernando Gomes SoaresGuido LemosSérgio Colcher
• Emerging Communications TechnologiesUyless BlackPrentice Hall
Detalhes ?
Bibliografia - Livros
• ATM User-Network Interface SpecificationPrentice HallThe ATM Forum
Detalhes ?
Bibliografia - links
http://www.cisco.com/warp/public/614/12.htmlhttp://mmlab.snu.ac.kr/~yjim/research/atm-basics.htmlhttp://www.cs.rutgers.edu/~murdocca/IS/bshaw/basics.html