B- ISDN
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BISDN B-ISDN • Reti pubbliche e/o private che supportano servizi ad alta e bassa velocità su unico supporto trasmissivo • Standardizzate da ITU-T e ATM Forum • Evoluzione di ISDN • Adottano tecnica di trasporto, multiplazione e commutazione ATM B-ISDN: Broadband Integrated Services Digital Networks Gruppo Reti TLC [email protected] http://www.tlc-networks.polito.it/ B-ISDN - 1 B-ISDN - 2 Definizione ITU-T Applicazioni e servizi per B-ISDN • Rec. I.121,1991: B-ISDN supports switched, semipermanent and permanent, point-to-point and point-tomultipoint connections and provides on demand, reserved and permanent services. Connections in B-ISDN support both circuit mode and packet mode services of a mono and/or multi-media type and of a connectionless or connection-oriented nature and in a bidirectional or unidirectional configuration. A B-ISDN will contain intelligent capabilities for the purpose of providing advanced service characteristics, supporting powerful operation and maintenance tools, B-ISDN - 3 network control and mangement. • • • • • • • • • Telefonia, dati, radio e televisione Video-telefonia ed audio qualità CD Conferenze multimediali Lavoro di gruppo a distanza Immagini ad alta risoluzione (mediche) TV ad alta definizione Video on demand Dati tra supercalcolatori (meteorologia) Tele-visite, tele-didattica, tele-acquisti ... B-ISDN - 4 Requisiti per B-ISDN I fattori guida di B-ISDN • Bassi costi • Larga banda • Grande copertura geografica e numero di utenti • Rete integrata per il supporto di traffico eterogeneo su unico supporto trasmissivo • Garanzie di QoS (Quality of Service) • La domanda crescente di servizi a larga banda • La disponibiltà di tecnologie ad alta velocità per trasmissione, commutazione ed elaborazione dei segnali • La crescente capacità di processare dati ed immagini da parte dell’utente • La necessità di integrare i vantaggi della commutazione di circuito e di pacchetto • La fibra ottica – garanzie diverse (differenziate) per connessione – controllo a priori di ritardi – controllo a priori probabilità di perdita B-ISDN - 5 B-ISDN - 6 Pag. 1 BISDN Le origini Voce Permutazione di circuito Uso più efficiente delle Commutazione di risorse Telefonia CDN Commutazione di circuito numerica pacchetto ISDN X.25 Approccio core-edge Commutazione di cella Aumento delle prestazioni Frame Relay (B-ISDN) Utilizzo più efficiente delle risorse Commutazione di cella ATM Aumento delle prestazioni Durata collegamento [s] Commutazione di Rete circuito analogica analogica Integrazione voce e dati Eterogeneità del traffico Dati 105 video 104 103 102 101 1 hi-fi audio 1 ora 1 min voce 102 video telefonia facsimile telemetria 101 video conferenza dati a bassa velocità 103 104 1 kbit/s dati ad alta velocità 105 106 107 1 Mbit/s 108 Velocità [bit/s] B-ISDN - 7 B-ISDN - 8 Caratterizzazione traffico Elementi architetturali per B-ISDN Burstiness= Velocità picco/Velocità media • Definizione interfacce di servizio utente-rete Burstiness 1000 dati bassa veloc. 103 104 immagini Terminali grafici dati non HDTV VIDEO non compresso audio 106 • • • • • • • LAN compresso 105 – tipo di traffico offerto – qualità del servizio offerta Connessione di supercalcolatori connessi voce 1 velocità Terminali alfanumerici 100 10 LAN alta Trasmissione 107 108 109 1010 Velocità di picco [bit/s] B-ISDN - 9 Allocazione risorse interne alla rete CAC, controllo accettazione chiamate Meccanismi di policing/shaping Schedulazione in tempo reale in rete Supporto per multicast in rete Protocolli semplici e veloci Nuovi algoritmi di instradamento B - ISDN: soluzioni tecnologiche B-ISDN - 10 B-ISDN • bassi costi e alte velocità – standardizzazione, unità dati fisse – canali trasmissivi di alta qualità (fibre ottiche) UNI UNI • traffico eterogeneo e compressione dati – commutazione di pacchetto circuito virtuale • bassi ritardi – unità dati piccole UNI • garanzia di servizio – paradigma orientato alla connessione ATM rete store (poco) and forward (in fretta) B-ISDN - 11 B-ISDN - 12 Pag. 2 BISDN ATM: Asyncronous Transfer Mode Configurazione B-ISDN • Tecnica di commutazione e multiplazione • Unità dati di dimensione fissa dette celle • Flessibilità nell’allocazione di banda (multiplazione asincrona) • Protocolli scarni all’interno della rete (approccio core and edge) • Circuiti virtuali • Segnalazione e controllo su canali separati TE Public UNI Public UNI Public TE Public ATM VP/VC Network TE Private ATM network Private UNI TE NNI Public ATM VP/VC Network Public UNI Private NNI Private UNI Public UNI TE Public UNI Private ATM network TE Private UNI B-ISDN - 13 B-ISDN - 14 STM:tecnica di trasporto STM: trasporto • STM: Synchronous Transfer Mode slot • Modo di trasferimento sincrono 333 • Suddivisione del canale in trame, di durata temporale prefissata (0.125 ms) 1 22 333 1 22 333 1 22 333 trama tempo slot libero • Una trama è suddivisa in slot, unità dati di dimensione fissa B-ISDN - 15 B-ISDN - 16 STM: commutazione e multiplazione ATM: trasporto • Ad una comunicazione si assegna un numero fisso di slot in ogni trama • ATM: Asynchronous Transfer Mode • Modo di trasferimento asincrono • Non necessaria identificazione esplicita della connessione ⇒ commutazione posizionale • Non esiste trama temporale periodica • Multiplazione deterministica • Unità dati di dimensione fissa, dette celle • Adatta per servizi a circuito B-ISDN - 17 B-ISDN - 18 Pag. 3 1 BISDN ATM: commutazione e multiplazione ATM: trasporto • Ad una comunicazione non si assegna un numero fisso di celle in un periodo di tempo, ma una porzione di banda e memoria • Necessario identificare la connessione ⇒ commutazione di etichetta • Multiplazione statistica • Adatta a servizi sia a circuito sia a pacchetto cella 3 3 1 22 3 3 2 2 333 1 22 3 3 1 tempo Cella libera B-ISDN - 19 B-ISDN - 20 ATM: commutazione di circuito virtuale ATM: multiplazione statistica • Diverse connessioni condividono lo stesso canale trasmissivo • La comunicazione è suddivisa in tre fasi: apertura connessione, trasferimento dati e chiusura connessione • Unità dati con uguale sorgente e destinazione seguono lo stesso percorso ⇒ mantenimento sequenza • Minore variabilità dei ritardi ed instradamento solo in fase di apertura di connessione • Una connessione non ha celle riservate (ma posso riservare una porzione di banda) • Somma delle bande di picco (non delle bande medie) delle connessioni può essere superiore alla capacità del canale B-ISDN - 21 B-ISDN - 22 ATM: canali e percorsi virtuali ATM: canali e percorsi virtuali • Una connessione su un canale è identificata logicamente da un’etichetta • Etichetta = coppia di identificatori (VCI-VPI) VPI 1 – Canale virtuale (VC): associato a una singola comunicazione – Percorso virtuale (VP): associato a un gruppo di VC VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 • Percorso virtuale permette di aggregare flussi VPI 6 VCI 5 – facilita operazioni gestione interna rete B-ISDN - 23 B-ISDN - 24 Pag. 4 BISDN ATM: canali e percorsi virtuali Circuiti permanenti e commutati • PVC (Circuiti virtuali permanenti) 2,16 TE1 3,2 1 1 2 2 5 3 4 5 3 4 TE2 1 TE3 – creati tramite il sistema di gestione della rete, non in tempo reale – definiscono una rete semi-statica 6,12 3 4 5 2 1 2 3 IN VPI,VCI 1 3,2 • SVC (Circuiti virtuali commutati) – creati su richiesta dell’utente tramite segnalazione della rete, in tempo reale 5,12 OUT VPI,VCI 5 6,12 B-ISDN - 25 B-ISDN - 26 ATM: commutazione Commutazione ATM • La commutazione ATM permette di allocare risorse di rete alle connessioni virtuali • Funzioni della commutazione ATM: Ingresso n. 2 porta – commutazione spaziale – traduzione di etichetta (hanno significato puramente locale) – commutazione temporale etichetta i D 2 C 1 1 2 2 C i D n m B-ISDN - 27 B-ISDN - 28 ATM: commutazione di VP ATM: commutazione di VC VCI 23 VCI 21 VCI 25 VPI 4 VPI 1 VCI 21 VCI 25 VCI 23 VCI 25 VPI 5 VCI 21 VPI 5 VPI 2 VCI 24 VCI 24 VCI 23 VCI 23 VCI 21 VCI 25 VPI 2 VPI 8 VPI 3 VCI 24 VPI 4 VCI 24 VCI 22 COMMUTATORE DI VP VCI 24 VCI 22 VCI 24 COMMUTATORE DI VC B-ISDN - 29 B-ISDN - 30 Pag. 5 BISDN B-ISDN: modello di riferimento B-ISDN: Architettura dei protocolli Strati superiori Gruppo Reti TLC Strati superiori Strato di adattamento ad ATM [email protected] http://www.tlc-networks.polito.it/ Gestione strato Piano Utente Piano Controllo Gestione piano Piano di Gestione Strato ATM Strato Fisico B-ISDN - 31 B-ISDN - 32 Approccio core and edge L>=3 L2 L1 Controllo di errore solo per alcuni AAL e su richiesta Protocolli di strato superiore AAL X.25 Protocolli di strato superiore AAL L3 Protocolli di strato superiore L2 LAP-B LAP-B LAP-B LAP-B L1 Fisico Fisico Fisico Fisico ATM ATM ATM ATM Fisico Fisico Fisico Fisico Nodo di commutazione ATM Terminale utente Terminale utente Terminale utente Protocolli di strato superiore Protocolli di strato superiore Nodo di commutazione Terminale utente Controllo di errore B-ISDN - 33 B-ISDN - 34 ATM Forum: Physical Layer Specification B-ISDN: modello di riferimento • UNI 3.1 Strati superiori Strato di adattamento ad ATM Gestione strato Piano Utente Piano Controllo Strati superiori – SONET STS-3c/SDH STM-1, 155Mbps – DS-3, 44Mbps – TAXI, 100Mbps (Private) – 155Mbps (Private) Gestione piano Piano di Gestione • UNI 4.0 – SONET STS-12c/SDH STM-4, 622Mbps – E3, 34Mbps – E4, 140Mbps – 25Mbps e 50Mbps su UTP Strato ATM Strato Fisico B-ISDN - 35 B-ISDN - 36 Pag. 6 BISDN Protocolli di strato fisico Gerarchie PDH Protocolli di strato fisico Gerarchie SDH Europa USA USA: SONET E1 2.048 Mbps T1 - DS1 1.544 Mbps OC-1c/STS-1c 51.84 Mbps CELL RATE DECOUPLING Europa: SDH HEC GENERATION / VERIFIC. TRANSMISSION CONVERGENCE CELL DELINEATION E3 34.368 Mbps E4 139.26Mbps T3 - DS3 44.73 Mbps OC-3c/STS-3c 155.52 Mbps STM-1 155.52 Mbps OC-12c/STS-12c 622.08 Mbps STM-4 622.08 Mbps PHYSICAL LAYER TX FRAME GENERATION BIT TIMING PHYSICAL MEDIUM DEPENDENT BIT TX / RX OC-48c/STS-48c 2.4 Gbps STM-12 2.4 Gbps B-ISDN - 37 B-ISDN - 38 Protocolli di strato fisico Protocollo di livello fisico sincrono • Suddiviso in due sottostrati: • Il formato della trama adottato per il trasporto delle celle è basato sulle gerarchie sincrone: – Mezzo Fisico: trasmissione/ricezione dei dati, sincronismo e codifica di linea – Convergenza della Trasmissione: generazione della trama trasmissiva, riconoscimento della cella (controllo CRC su intestazione), controllo degli errori, disaccoppiamento della velocità dei flussi dati dal canale trasmissivo – SONET (segnali ottici multipli della velocità base di segnale di 51.84 Mbit/s) – SDH (equivalente internazionale di SONET) – STS (standard corrispondente per i segnali elettrici) B-ISDN - 39 B-ISDN - 40 B-ISDN: modello di riferimento SDH: Cell delineation • Identificazione confini cella cercando campo HEC Strati superiori Strato di adattamento ad ATM Gestione strato Piano Utente Piano Controllo Strati superiori Gestione piano Piano di Gestione – HUNT: ricevitore sposta finestra bit per bit e calcola HEC – PRESYNC: sposto finesta di cella in cella fino a quando rilevo 6 HEC consecutivi corretti – SYNC: struttura payload identificata. Uso HEC per rilevare errori. Se trovo 7 HEC scorretti torno in HUNT Strato ATM Strato Fisico B-ISDN - 41 B-ISDN - 42 Pag. 7 BISDN Protocollo di strato ATM Formato cella ATM • Si occupa di funzioni di commutazione e multiplazione delle celle • Adatta il tasso di trasmissione tra strato fisico e strati superiori • Gestisce la connessione mediante celle OAM ed RM • Intestazione (5 ottetti) + dati (48 ottetti) • Cella di dimensione fissa per ridurre la complessità dei commutatori • Cella di piccole dimensioni – bassa latenza – basso ritardo di pacchettizzazione della voce B-ISDN - 43 B-ISDN - 44 Formato cella ATM Formato cella ATM • Intestazione cella ATM (5 ottetti = 40bit) GFC VPI VPI VCI VPI VPI VCI VCI – – – – – – VCI VCI PT CLP VCI PT HEC HEC DATI DATI CELLA UNI CLP GFC (4 bit): Generic Flow Control VPI (8-12 bit): Virtual Path Identifier VCI (16 bit): Virtual Circuit Identifier PT (3 bit): Payload Type CLP (1 bit): Cell Loss Priority HEC (8 bit): Header Error Code CELLA NNI B-ISDN - 45 B-ISDN - 46 Formato cella ATM Formato cella ATM • GFC - Generic Flow Control • VPI - Virtual Path Identifier – È presente solo all’interfaccia UNI. – Permette alla rete di trasmettere all’utente informazioni riguardanti la quantità di celle che può essere immessa in rete. – Due algoritmi di controllo: – Lunghezza variabile: • 8 bit alla UNI • 12 bit alla NNI (256 VP’s) (4096 VP’s) – Un certo numero di VPI sono destinati alla rete per scopi di gestione • ON-OFF • Crediti B-ISDN - 47 B-ISDN - 48 Pag. 8 BISDN Formato cella ATM Formato cella ATM • VCI: Virtual Circuit Identifier • PT - Payload Type – Identifica il singolo circuito virtuale all’interno di un VP. – Sono disponibili 65536 VC’s in ogni VP. – Un esempio: link a 2,4 Gb/s, 1 VP, VC di identica capacità ⇒ 36Kb/s per ogni VC. – Classifica il tipo di informazione presente nel payload. – Contiene l’identificativo denominato Payload Type Identifier (PTI). – Degli otto possibili codici PTI, quattro sono riservati alle funzioni di rete, gli altri alle funzioni d’utente. B-ISDN - 49 B-ISDN - 50 Campo PT (Payload Type) Campo PT (Payload Type) PT SIGNIFICATO 0 0 0 Cella utente EFCI No congestione AAL 5 indication=0 PT SIGNIFICATO 1 0 0 Cella OAM (Operation and Maintenance) 0 0 1 Cella utente EFCI No congestione AAL 5 indication=1 1 0 1 Cella OAM (Operation and Maintenance) 0 1 0 Cella utente EFCI Congestione AAL 5 indication=0 1 1 0 Cella RM (Resource Management) 0 1 1 Cella utente EFCI Congestione AAL 5 indication=1 1 1 1 Codice non utilizzato Riservato per uso futuro B-ISDN - 51 B-ISDN - 52 Formato cella ATM Formato cella ATM • CLP - Cell Loss Priority • HEC - Header Error Code – Due livelli di priorità ATM – Permette, nei commutatori ATM, di scartare selettivamente le celle in caso di congestione dei buffer. – CLP=0 indica una cella ad alta priorità – Consente il controllo della correttezza della sola intestazione della cella ATM. – Permette di correggere un singolo errore oppure di rilevare due errori (SEC/DED). B-ISDN - 53 B-ISDN - 54 Pag. 9 BISDN Funzioni dello strato ATM Funzioni dello strato ATM • Assegnazione e rimozione della connessione • Costruzione della cella con generazione ed estrazione dell’intestazione • Controllo delle prestazioni – gestione dei ritardi – gestione del bit CLP – controllo dei parametri d’utente – FECN o BECN – discriminazione del tipo di cella (utente, OAM, controllo) • 48 byte + 5 byte = 53 byte • Commutazione e multiplazione • Traduzione delle etichette • Controllo prestazioni B-ISDN - 55 B-ISDN - 56 B-ISDN: modello di riferimento Strati superiori Strati superiori Strato di adattamento ad ATM Gestione strato Piano Utente Piano Controllo • Integra il trasporto ATM per offrire servizi agli utenti. • Strato dipendente dal servizio offerto. • Esempi di funzioni AAL: Gestione piano Piano di Gestione AAL: ATM Adaptation Layer – – – – Strato ATM gestione degli errori di trasmissione gestione della pacchettizzazione gestione della perdita di celle controllo di flusso Strato Fisico B-ISDN - 57 B-ISDN - 58 Protocollo di strato di adattamento ad ATM (AAL) AAL: 4 classi di servizio • A: traffico CBR, a velocità costante, con sincronismo ⇒ AAL 1 • B: traffico VBR, orientato alla connessione, con sincronismo ⇒ AAL 2 • C: traffico VBR, orientato alla connessione, senza sincronismo ⇒ AAL 3/4 • D: traffico VBR, non orientato alla connessione, senza sincronismo ⇒ AAL 5 • Definisce 4 classi di servizio per gli utenti • Le classi sono definite attraverso tre parametri principali – velocità di trasmissione della sorgente – modalità di connessione – relazione di temporizzazione tra punti terminali di connessione B-ISDN - 59 B-ISDN - 60 Pag. 10 BISDN Classi di servizio AAL Classe A Riferimento temporale tra sorgente e dest. Classe B necessario costante (CBR) Velocità Modalità della connessione Classe C AAL tipo 1 AAL tipo 2 Possibili applicazioni voce 64kbit/s video/audio video CBR VBR • Lo strato AAL è suddiviso in due sottostrati: Classe D – convergence sublayer (CS): convergenza dei servizi e del trasporto ATM, multiplazione, ritrasmissione, recupero di sincronismo – segmentation and reassembly (SAR): segmenta (in trasmissione) e ricostruisce (in ricezione) le unità dati CS non necessario variabile (VBR) orientato alla connessione Tipo di AAL utilizzato Strato AAL: architettura non connesso AAL tipo 3/4 - 5 dati dati B-ISDN - 61 B-ISDN - 62 Struttura AAL • • • • • Formato dati AAL CS convergence sublayer SAR segmentation and reassembly SSCS service specific CS CPCS common part CS Alcuni sottolivelli possono essere assenti ATM Cell Header SN SNP AAL 1 SAR - SDU 47 byte ATM Cell Header SN IT SAR - SDU LI CRC AAL 2 LI CRC AAL 3 LI CRC AAL 4 44 byte ATM Cell Header ST SN RES SAR - SDU 44 byte AAL CS SAR SSCS CPCS ATM Cell Header ST SN MID SAR - SDU 44 byte AAL 5 ATM Cell Header 48 byte B-ISDN - 63 B-ISDN - 64 AAL 1 AAL 3/4 • Convergence Sublayer 1B – pacchettizzazione e depacchettizzazione – estrazione adattativa clock di sorgente – trasferimento informazioni temporali 2 byte • SAR sublayer 1B 44 byte SAR 0-3B 1B 2B AAL payload 2 byte trailer ST=BOM 2B pad AL E Lenght Tag SAR - PDU SAR header – gestione contatore di sequenza (modulo 8) – gestione errori contatore – notifica perdite celle 2B B BA Tag size CPI CPCS PDU SAR header SAR SAR header SAR trailer trailer ST=EOM ST=COM SAR PDU ST SN 2 B-ISDN - 65 4 MID 10 bit LI CRC 6 bit 10 bit B-ISDN - 66 Pag. 11 BISDN Intestazioni CS AAL 3/4 Intestazioni SAR AAL 3/4 • CPI (Common Part Indicator): unità di misura per Lenght e BA size (per ora solo byte) • BTag e ETag: delimitatori della CS PDU • ST (Segment Type): tipo di segmento – BOM (Begin of Message), COM (Continuation), EOM (End), SSM (Single Segment) • SN (Sequence Number): numero progressivo • LI (Lenght Indicator): indicatore di lunghezza (in byte) del campo dati – assumono lo stesso valore (BTag=ETag) • BA (Buffer Allocation) size: dimensione della memoria da allocare in ricezione • PAD: campo di padding, per allineare PDU a multiplo di 4 byte • AL: byte di allineamento • Lenght: lunghezza (misurata secondo CPI) – assume valori 44 per celle BOM e COM • MID (Multiplexing Identifier): identificatore per la gestione della multiplazione • CRC: controllo di errore B-ISDN - 67 B-ISDN - 68 Funzioni SAR in AAL 3/4 Funzioni CS in AAL 3/4 • In trasmissione: • Mapping (tra VC e AAL - SAP) • Blocking / deblocking o segmentation/reassembly di AAL - SDU • Controllo di errore sulle CS - PDU con ritrasmissione se in classe C – segmentazione con gestione campi ST ed SN – multiplazione di più CS-PDU, usando MID diversi • In ricezione: – verifica correttezza lunghezza con campo LI – verifica CRC – riassemblaggio – scarto CS - PDU incomplete o con errori B-ISDN - 69 B-ISDN - 70 48 bytes SAR payload 48 bytes SAR payload CRC - 32 Lenght 4B ATM Header CS Layer Payload ATM Header SAR Layer PDU ATM Header CS Layer PDU 0-47B 2B 2B PAD 1- 65535B AAL 5 Reserved Struttura AAL 5 • Sottolivello CS ``inesistente’’ • SAR utilizza tutti i 48 byte di payload • L’ultima cella ha il terzo bit del campo PT nell’intestazione ATM a 1 • La corretta ricezione viene verificata con il calcolo del CRC a livello CS-PDU 48 bytes SAR payload End of segment = 1 B-ISDN - 71 B-ISDN - 72 Pag. 12 BISDN AAL 5 • Vantaggi – semplicità – efficienza – affidabilità (CRC - 32) • Svantaggi – interviene sul terzo bit del campo PT dell’intestazione della cella ATM – soffre la perdita della cella con PT = 1 B-ISDN - 73 Pag. 13