RETI ATM - Reti di Telecomunicazioni

RETI ATM
Vedere anche le dispense di
SISTEMI DI COMMUTAZIONE
della Prof. Carla Raffaelli
STANDARD B-ISDN
1988: ITU-T emette le prime 2 raccomandazioni relative a BISDN come serie I per ISDN:
• I.113: Vocabulary of terms for Broadband Aspects of
ISDN;
• I.121: Broadband Aspects of B-ISDN
RACCOMANDAZIONE I.113
•
•
•
•
•
Broadband: Servizio o sistema che richiede canali di trasmissione capaci di
supportare velocitá maggiori del flusso primario;
Il termine B-ISDN è usato per riferirsi ed enfatizzare gli aspetti a larga banda
di ISDN. Lo scopo comunque è di avere una definizione piú generale di ISDN
che comprenda servizi a larga banda e non;
ATM (Asynchronous Transfer Mode) è la modalitá di trasferimento per la
realizzazione della B-ISDN ed è indipendente dai supporti fisici e dal livello
fisico;
B-ISDN si baserá su concetti sviluppati per ISDN ed evolverá incorporando
progressivamente e direttamente nella rete funzioni B-ISDN aggiuntive che
abilitano nuovi ed avanzati servizi;
Siccome B-ISDN si basa su concetti globali ISDN, la configurazione di
riferimento ISDN è anche la base per quella B-ISDN.
RACCOMANDAZIONE I.121
•
•
•
•
•
•
Crescente richiesta di servizi a larga banda;
Disponibilitá di tecnologie di trasmissione, commutazione e
processamento dei segnali ad alta velocitá;
Incremento di capacitá computazionali per dati e immagini disponibili
presso l’utente;
Necessitá di integrazione dei servizi interattivi e distributivi;
Necessitá di integrare in unica rete universale e a larga banda le
modalitá di trasferimento a circuito e a pacchetto;
Necessitá di soddisfare le richieste di flessibilitá sia dell’utenza sia del
gestore;
RICHIESTE PER LA B-ISDN
•
•
•
•
•
•
Servizio: Supporto di segnali a banda larga e stretta, inclusi video da bassa ad
alta definizione; gestione di connessioni punto-punto e punto-multipunto;
Rete: Compatibilitá con modello OSI; gestione di diversi tipi di traffico e
diverse modalitá di instradamento; stessa numerazione per tutti i servizi ad
ogni accesso di utente; unico canale di segnalazione per accesso utente;
Commutazione: Supporto di connessioni multirate commutate e non;
Trasmissione: Larghezza di banda di canale fino a 140Mbps per servizio
(HDTV compresso); velocitá del circuito di utente tra 140-565Mbps;
Utenza: Allocazione dinamica degli accessi;
Operative: Gestione e manutenzione semplice; semplici procedure di
estensione e riconfigurazione; massimo sfruttamento delle infrastrutture
esistenti.
CONFIGURAZIONE DI RIFERIMENTO B-ISDN
I gruppi funzionali e i punti di riferimento che coinvolgono funzionalita' a larga banda sono
accompagnati dalla lettera B:
• B-NT1 comprende funzioni di livello fisico riguardanti la terminazione fisica ed
elettrica della B-ISDN.
E' controllato dal gestore e isola l'utente dalle tecniche e tecnologie utilizzate per la
realizzazione del loop di utente.
Puo' realizzare multiplazione per supportare apparati multipli (es: PC, telefono, allarmi,
video...) (nella N-ISDN adotta un algoritmo per la risoluzione delle contese basato sul
canale D)
• B-NT2 e' un dispositivo intelligente che puo' includere funzioni fino allo strato 3 OSI
• B-TE1 sono apparati con interfaccia B-ISDN
• B-TE2 sono apparati con interfaccia non B-ISDN ad es X.25
• B-TA e' un apparato di adattamento per consentire l'accesso alla B-ISDN a terminali
non B-ISDN
CONFIGURAZIONE DI RIFERIMENTO B-ISDN
Punti di riferimento:
• TB e' la terminazione della rete e separa il fornitore dall'utente
• RB interfaccia tra apparato d'utente e adattatore; tipicamente si riconduce alle
raccomandazioni X e V del CCITT
• SB e' l'interfaccia B-ISDN dei singoli terminali
• UB e' l'interfaccia del gruppo NT1 sul loop di utente
SERVIZI DI TRASMISSIONE
•
FULL-DUPLEX a 155 Mbit/s
e' in grado di supportare tutti i servizi N-ISDN e gran parte dei servizi B-ISDN: es.: uno
o piu' canali video in relazione al tipo di risoluzione e alla tecnica di codifica utilizzata
•
ASIMMETRICO
utente->rete 155.52 Mbit/s rete->utente 622.08Mbit/s
consente di gestire la distribuzione video multipla come video-conferenza
•
FULL-DUPLEX a 622.08 Mbit/s
e' appropriato per i fornitori di servizi video di distribuzione
CCITT ha fino ad ora definito le caratteristiche di SB e TB a 155.520 Mbit/s. Le
caratteristiche delle interfacce a 622 Mbit/s necessitano di studi ulteriori.
Lo Standard ATM
STANDARD ATM
ATTIVITA' DI STANDARDIZZAZIONE
•
Attivita' del CCITT
Nel giugno 1992 il CCITT ha emesso una serie di raccomandazioni su ATM.
Il CCITT si e' concentrato sulla standardizzazione per applicazioni nella futura rete
pubblica a larga banda
Esso riflette il punto di vista dei gestori e delle pubbliche amministrazioni.
•
Attivita' di ATM Forum
ATM Forum e' un gruppo di venditori di apparati, operatori e utenti formatosi
nell'ottobre 1991 per accelerare il processo di sviluppo di prodotti e servizi ATM
nell'ambito privato
Oggetto di attenzione di ATM Forum sono il controllo della congestione, la gestione del
traffico, applicazioni nuove e relativi strati di adattamento.
ATM (Asynchronous Transfer Mode)
E' definito da CCITT come modo packet-oriented:
• lo schema di multiplazione e' labelled con capacita' di trasporto slotted
• il principio di commutazione adotta un instradamento connectionoriented; la funzione di inoltro e' basata su operazioni store&forward
con assegnamento logico delle risorse e funzionamento asincrono
• l'architettura del protocollo e' del tipo TM + AL e lo strato TM e'
denominato strato ATM
• la segnalazione e le informazioni di utente sono trasportate su canali
virtuali separati
In particolare:
• Il flusso informativo multiplato e' organizzato in unita' informative di
lunghezza fissa denominate celle
Asynchronous Time Division (ATD)
• E’il modo di trasferimento adottato dallo standard ATM
• Schema di multiplazione: con suddivisione dell’asse dei
tempi in intervalli di durata costante
• Principio di commutazione: con assegnamento logico delle
risorse e funzionamento asincrono
• Architettura del protocollo: basata sullo strato di modo di
trasferimento
PRINCIPI BASE DI ATM
Trasferimento dell'informazione
• ATM e' definito come modo di trasferimento packet-oriented basato sulla
multiplazione asincrona a divisione di tempo di celle di lunghezza fissa.
• Le celle vengono trasferite attraverso la rete in modo trasparente. Non viene
effettuato il controllo di errore all'interno della rete.
• ATM puo' trasportare qualunque tipo di servizio. A tale scopo si introducono
vari tipi di strati di adattamento per soddisfare le diverse esigenze dei diversi
servizi.
Instradamento
• ATM e' di tipo connection-oriented: a tale scopo utilizza percorsi e canali
virtuali. Un percorso virtuale puo' essere visto come una aggregazione di
canali virtuali. All'interno di ciascun canale virtuale viene preservata l'integrita'
della sequenza.
(segue)
PRINCIPI BASE DI ATM
Risorse
• Le risorse possono essere attibuite in modo semi-permanente o per la durata della
chiamata ed eventualmente negoziate durante la chiamata stessa.
• Le risorse possono essere espresse in termini di bit rate o di qualita' di servizio.
Throughput
• Ad ogni connessione virtuale viene attribuita una porzione di banda che dipende dal
numero di connessioni multiplate, dalla burstiness del traffico trasportato e dalla qualita'
di servizio richiesta.
• CCITT ha stabilito fino ad ora l'utilizzo della bit rate di picco come parametro sulla base
del quale attribuire la banda disponibile.
Qualita' di servizio
• La qualita' di servizio di una connessione viene espressa in termini di perdita di cella,
ritardo, variazione del ritardo.
• Per la gestione della perdita si puo' utilizzare l'indicazione CLP (Cell Loss Priority): si
distingue tra due livelli di tasso di perdita su una stessa connessione virtuale e in caso di
congestione si scartano le celle con priorita' piu' bassa.
(segue)
PRINCIPI BASE DI ATM
Controllo dei parametri di utente
• L'inserimento dell'informazione di utente in rete e' limitato unicamente dalla
velocita' fisica del mezzo trasmissivo.
• Tuttavia poiche' le connessioni virtuali condividono le stesse risorse fisiche,
mezzi trasmissivi e buffer, occorre evitare una eccessiva occupazione da parte
di alcuni utenti.
• A tale scopo si definisce la funzione UPC (Usage Parameter Control) che
effettua il monitoraggio del comportamento degli utenti all'interfaccia utenterete per garantire che siano rispettate le modalita' di trasmissione previste dal
contratto.
• E' importante che i parametri di traffico scelti a tale scopo possano essere
controllati in tempo reale.
(segue)
PRINCIPI BASE DI ATM
Segnalazione
• La negoziazione utente-rete per l'attribuzione di risorse (VCI/VPI, throughput,
QOS) si realizza su un canale virtuale separato con protocollo derivante da un
ampliamento di quello usato per la segnalazione nella N-ISDN.
• Deve prevedere l'instaurazione di connessioni punto-punto, punto-multipunto.
Controllo di flusso
• In linea di principio non si utilizza controllo del flusso di informazioni
nell'ambito dello strato ATM all'interno della rete pubblica B-ISDN.
• In alcuni casi e' pero' necessario controllare il flusso di traffico tra terminale e
rete. Cio' e' reso possibile all'interfaccia utente rete dal campo GFC (General
Flow Control) dell'intestazione delle celle ATM.
ARCHITETTURA DEL PROTOCOLLO B-ISDN
CCITT non ha ancora stabilito le esatte relazioni tra ATM BISDN e OSI.
Il modello di riferimento comprende:
• user plane: gestisce il flusso delle informazioni di utente
•
control plane: fornisce le funzioni per il controllo della chiamata; tratta il
flusso di segnalazione per attivare una chiamata, variarne le caratteristiche e
rilasciarla.
•
management plane: e' suddiviso in 2 porzioni:
– plane management: ha una struttura non stratificata e si occupa della
gestione e del coordinamento tra i vari piani
– layer management: fornisce funzioni di gestione delle risorse residenti in
ciascuno strato e gestisce i flussi di informazioni di gestione della rete
ARCHITETTURA DEL PROTOCOLLO B-ISDN
Due strati forniscono funzioni specifiche del modo ATM:
• strato ATM: fornisce la capacita' di trasferimento di celle per tutti i tipi di servizio
• strato di adattamento ATM: fornisce funzioni di piu' alto livello dipendenti dal servizio
Strato Fisico in ATM
LIVELLO FISICO
Lo strato fisico consiste di due sottostrati:
• trasporto fisico (PM)
• convergenza di trasmissione (TC)
LIVELLO FISICO: TRASPORTO FISICO
Comprende le funzioni strettamente dipendenti dal mezzo
fisico:
•
trasferimento fisico dei bit
•
temporizzazione
•
codifica
LIVELLO FISICO : CONVERGENZA DI TRASMISSIONE
Consente la definizione di ATM in modo completamente svincolato dal mezzo
fisico
In questo sottostrato i bit sono già stati individuati; le funzioni svolte sono:
•
•
•
•
•
adattamento al framing di trasmissione del flusso di celle
generazione e recupero del framing di trasmissione
generazione e verifica della sequenza di controllo dell'errore sull'intestazione
HEC (Header Error Check). Si dicono celle valide quelle per cui l'header non
e' modificato in questa fase
delimitazione di cella: prepara il flusso di celle in modo che il ricevitore
riconosca nel flusso le celle ATM
disaccoppiamento della velocita': inserimento e soppressione di celle non
attive per adattare la velocita' delle celle valide al payload di trasmissione
FRAMING
Lo standard per B-ISDN specifica attualmente che le celle devono
essere trasmesse a velocita' 155.52 Mbit/s o 622.08 Mbit/s.
Come nel caso di ISDN occorre specificare il formato della trama
fisica
•
•
•
CCITT individua tre tipi di approcci:
basato su SDH
basato su PDH
basato su celle
ATM Forum ha aggiunto a queste l'approccio basato su FDDI
Gerarchia SDH
(Synchronous Digital Hierarchy)
RICHIAMI SULLE GERARCHIE DIGITALI
La trasmissione digitale dell'informazione si basa su tecniche di organizzazione dei bit
in frame a divisione di tempo:
•
Standard USA
24 canali vocali a 64 Kbit/s
1 bit di framing
livello base: 1.544 Mbit/s (DS-1)
•
Standard Europeo
30 canali vocali a 64 Kbit/s
1 byte di framing
1 byte di segnalazione
livello base: 2.048 Mbit/s (E-1)
Per framing si intende il meccanismo utilizzato per indicare al ricevitore dove iniziare a
contare i canali
Gerarchie Digitali
Nord America
Giappone
Europa
64 Kbit /s
64 Kbit /s
64 Kbit /s
1.544 Mbit/s (24 c.t.)
1.544 Mbit/s (24 c.t.)
2.048 Mbit/s (30 c.t.)
6.312 Mbit/s (96 c.t.)
6.312 Mbit/s (96 c.t.)
8.448 Mbit/s (120 c.t.)
44.736 Mbit/s (672 c.t.)
32.064 Mbit/s (480 c.t.)
34.368 Mbit/s (480 c.t.)
274.176 Mbit/s (4032 c.t.) 97.728 Mbit/s (1440 c.t.) 139.264 Mbit/s (1920 c.t.)
SISTEMA PLESIOCRONO
Mediante multiplazione e' possibile combinare un certo numero di segnali
DS-1(detto anche T1) o E-1 per ottenere flussi a capacità più elevata
•
•
•
•
•
Ad ogni stadio di multiplazione i tributari non sono perfettamente
sincronizzati (a causa della non perfetta identità delle frequenze dei singoli
orologi)-> si e' sviluppato il sistema plesiocrono PDH (Plesiochronous Digital
Hierarchy)
ad ogni orologio e' consentito di oscillare in un certo intervallo di frequenze
il multiplatore legge ogni tributario alla velocita' massima
se non ci sono bit nel buffer di ingresso (perché i bit stanno arrivando a
velocità minore) il multiplatore inserisce bit di stuffing
e' presente anche un meccanismo per segnalare al demultiplatore quali sono i
bit di stuffing
PROBLEMI ASSOCIATI A PDH
• Ogni volta che si rende necessario inserire o estrarre
informazioni dal multiplex occorre effettuare tutte le
operazioni di demultiplazione e rimultiplazione
• difficoltà di gestione della rete
• esistenza di standard differenti
STANDARD SDH/SONET
•
SONET e' nato come standard proposto da Bellcore e standardizzato da ANSI
per sfruttare l'alta capacita' trasmissiva delle fibre ottiche;
•
La versione standardizzata dal CCITT e' SDH (Synchronous Digital
Hierarchy)
•
Gli standard del CCITT che si riferiscono a SDH sono G.707, G.708, G.709
•
Definisce una gerarchia di velocita' per la trasmissione digitale dove:
– STS-1 (Synchronous Transport Signal - level 1) e' il piu' basso livello
della gerarchia SONET.
– La gerarchia CCITT e' analoga ma parte da STS-3 di SONET e si chiama
STM-1.
– piu' STS-1 possono essere combinati per dare luogo agli STS di livello
piu' alto
SDH/SONET SIGNAL HIERARCHY
SONET
Designation
CCITT
Designation
Data Rate
(Mbps)
Payload
Rate
STS-1
-
51.84
50.112
STS-3
STM-1
155.52
150.336
STS-9
STM-3
466.56
451.008
STS-12
STM-4
622.08
601.344
STS-18
STM-6
933.12
902.016
STS-24
STM-8
1244.16
1202.688
STS-36
STM-12
1866.24
1804.032
STS-48
STM-16
2488.32
2405.376
FORMATO DELLA TRAMA STS-1 (SONET)
90 octets
Section
overhead
3 octets
Transport
overhead
3 octets
Synchronous payload environment (SPE)
87 octets
Line
overhead
6 octets
Path overhead 1 octet
Il blocco base nella costruzione della trama e’ STS-1: 810 ottetti trasmesso ogni 125 µs
dando luogo alla velocitá di 51.84 Mbit/s.
Il frame puó vedersi come una matrice di 9 righe di 90 ottetti.
FORMATO DELLE TRAME SDH/SONET
•
•
•
•
La trasmissione avviene una riga per volta da sinistra a destra e dall'alto al basso
Le prime tre colonne del frame sono dedicate agli ottetti di overhead:
9 ottetti di overhead di sezione: es. funzioni di costruzione del frame, monitoraggio
18 ottetti di overhead di linea: es sincronizzazione
Il resto e' payload: contiene una colonna di path overhead che non e' necessariamente la
prima del payload: l'overhead di linea contiene un puntatore che indica dove inizia
l'overhead
STM-N si ottiene secondo lo schema :
270 x N octets
Section overhead
9 x N octets
9 octets
STM-N payload
261 x N octets
FRAMING BASATO SU SDH
SDH introduce il concetto Container , che con l’aggiunta di alcuni byte di
Path Overhead prende il nome di Virtual Container:
• e' un insieme di strutture di prefissate dimensioni in grado di
trasportare diversi tipi di tributari con differenti formati e velocita‘
• ad esempio segnali PDH possono essere incapsulati in un appropriato
virtual container, esiste un virtual container per ciascun tipo di segnale
PDH
• il Virtual Container può fluttuare all'interno del payload; per questo
bisogna introdurre un puntatore Ottenendo una Tributary Unit
• i VC e TU vengono multiplati in una ben definita gerarchia fino a
costituire una Administration Unit, che ha il suo puntatore nel
Secton Over Head
• Il Modulo STM-1 contiene un VC-4/AU-4, oppure tre VC-3/AU-3
(ritagliati sul Modulo STS-1)
ATM BASATO SU SDH
Caratteristiche del mezzo fisico:
• Il mezzo fisico consigliato e' la fibra ottica.
• Al punto di riferimento TB si considera la bit rate 155.520 Mbit/s in entrambe
le direzioni.
• La bit rate 622.080 Mbit/s puo' essere sia simmetrica che asimmetrica.
• L' interfaccia puo' essere di tipo ottico o elettrico
Caratteristiche della convergenza di trasmissione
• Le celle vengono organizzate nella struttura STM-1 e precisamente si utilizza
il Virtual Container 4 (VC-4 / AU-4)
• Il payload può avere un offset dall'inizio del frame che viene specificato da un
puntatore nell'overhead di linea
• Poiche' la capacita' del payload (2340 ottetti) non e' multipla della lunghezza
dlla cella ATM (53 byte) una cella puo' attraversare il confine del payload. Un
puntatore nel Path Overhead indica quanti byte precedono il primo confine
dopo la locazione del puntatore (H4): il range di questo puntatore va da 0 a 52
ATM BASATO SU SDH (vantaggi)
• Possibilità di utilizzo in ambito di trasmissioni sia sincrone
sia asincrone per offrire una infrastruttura di trasmissione
per varie applicazioni e successivamente poter migrare con
maggior facilità a B-ISDN;
• Alcuni tipi di connessioni possono essere realizzate
utilizzando direttamente un canale SDH. Es connessione
con traffico video CBR a 140 Mbit/s.
• Si possono multiplare più flussi ATM utilizzando lo
schema SDH per costruire interfacce a più alta velocità
APPROCCIO BASATO SU CELLA
Caratteristiche del mezzo fisico
•
Sono le stesse della modalita' basata su SDH
Caratteristiche della convergenza di trasmissione
•
•
•
Non viene di fatto imposto nessun framing di livello fisico
l'interfaccia consiste in un flusso continuo di celle, eventualmente vuote
e' necessaria una modalità di sincronizzazione che si effettua per mezzo della
intestazione HEC (Header Error Control)
•
Il vantaggio di questo approccio sta nella semplicità dell'interfaccia in quanto
sia la trasmissione che il modo di trasferimento sono basati sulla stessa
struttura
MODALITA' DI SINCRONIZZAZIONE
In modalità HUNT il circuito cerca l’allineamento spostandosi di un bit alla volta
finché non trova una posizione in cui il controllo di errore ha successo, allora
passa al modo PreSYNC e poi al modo SYNC secondo lo schema:
HUNT
Correct
HEC
α consecutive
incorrect HEC
Incorrect
HEC
SYNCH
PRE
SYNCH
δ consecutive
correct HEC
APPROCCIO BASATO SU PDH
Caratteristiche del mezzo fisico
• Utilizza l'infrastruttura di rete esistente
Caratteristiche della convergenza di trasmissione
• Viene utilizzata la struttura delle trame della gerarchia
plesiocrona alla quale vengono aggiunti ottetti speciali per
realizzare funzioni di manutenzione e monitoraggio di
prestazioni.
Strato ATM
STRATO ATM
Gestisce le funzioni relative all'intestazione della cella ATM
• e' indipendente dal mezzo e comune a tutti i tipi di servizio
• multiplazione e demultiplazione di celle di canali virtuali
differenti in un unico flusso di celle
• generazione ed estrazione dell'intestazione di cella
• traduzione del canale virtuale
FORMATO DELLA CELLA
•
•
•
5 byte di intestazione e 48 byte di dati;
sono previsti due diversi formati all'interfaccia utente-rete (UNI) e
all'interno della rete (NNI);
Il formato NNI differisce dal formato UNI per la mancanza del campo
GFC e per il diverso numero di bits dedicati all'identificazione del
percorso virtuale;
HEADER
(5 bytes)
PAYLOAD
(48 bytes)
CELLA ATM
Formato UNI (User Network Interface)
1
5
8
GFC
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PTI
HEC
Res CLP
CELLA ATM
•
•
•
•
•
GFC (Generic Flow Control): composto di 4 bit e si usa per gestire il
controllo di flusso di connessioni con diversi requisiti di qualita' di servizio e
per la gestione di condizioni di sovraccarico a breve termine. Il meccanismo
specifico con cui cio' deve avvenire e' ancora allo studio.
PT (Payload Type): identifica se la cella contiene informazioni di utente o di
rete. Se si tratta di informzioni di rete ulteriori informazioni riguardanti il tipo
di controllo sono trasportate nel campo informativo
CLP (Cell Loss Priority): discrimina tra due livelli di priorita'
dell'informazione trasportata dalla cella. Puo' servire per scartare o meno la
cella in caso di congestione
HEC (Header Error Check): sono i bit di controllo riguardanti l'intera
intestazione)
VPI (Virtual Path Identifier) e VCI (Virtual Channel Identifier)
CELLA ATM
Formato NNI (Network Node Interface)
1
5
8
VPI
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PTI
HEC
Res CLP
VIRTUAL PATH
VIRTUAL CHANNEL
•
VCI (Virtual Channel Identifier) - 16 bit e VPI (Virtual Path Identifier)
8 bit forniscono il meccanismo di identificazione di canali e circuiti
virtuali (CRI):
VC = associazione logica unidirezionale tra i punti terminali di una
linea per consentire il trasferimento di celle ATM su quella linea
VP = associazione logicadi VC che condividono in un certo punto di
riferimento le stesse risorse
•
i vari VP sono identificati dai rispettivi VPI mentre i VC che sono
multiplati all'interno dello stesso VP si distinguono per VCI
i VC vengono trasportati in modo trasparente dai rispettivi VP
VCC(Virtual Channel Connection): catena di VCs tra i due end-point
i confini di un VP si chiamano VPT (Virtual Path Terminator)
nei VPT vengono processati i VC
•
•
•
•
RAPPRESENTAZIONE DI VPs E VCs
Sul mezzo fisico possono essere presenti percorsi virtuali
ciascuno dei quali a sua volta raggruppa canali virtuali:
APPLICAZIONI
•
utente-utente: si utilizza il concetto di virtual path per la creazione di
reti private virtuali; VCCs hanno significato end-to-end
•
utente-rete: il virtual path si estende dall'interfaccia T a un nodo di rete
e serve per fornire un accesso di traffico aggregato a un nodo di rete
•
rete-rete: il percorso virtuale termina in nodi di rete e serve per la
gestione globale del traffico; i singoli VC sono commutati o crossconnessi al confine tra VP
•
Rete virtuale: e' un insieme di connessioni semi-permanenti tra punti
terminali che utilizzano un grande numero di connessioni simultanee
COMMUTATORE DI VPs E VCs
•
Un commutatore di percorso commuta percorsi virtuali trattando in modo
trasparente i canali virtuali in essi contenuti
•
Il commutatore di canale tratta i singoli canali virtuali e in particolare ne
traduce l’identificatore
ATTIVAZIONE DELLA CONNESSIONE
• ATM prevede sia circuiti permanenti che
commutati
• La gestione delle connessioni e’ gestita dal piano
di controllo dell’architettura di riferimento ITU
Q.2931
• La fase di attivazione e’ detta connection setup
– Si acquisisce un canale virtuale mediante richiesta sul
canale virtuale permanente VPI=0, VCI=5
– Sul canale acquisito si invia il messaggio di
– La banda permanentemente riservata per le procedure
di segnalazione e’ in questo modo estrememente bassa
Messaggi di segnalazione
•
•
•
•
•
•
SETUP
CALL PROCEEDING
CONNECT
CONNECT ACK
RELEASE
RELEASE COMPLETE
RICHIESTA DI UNA CONNESSIONE
Richiesta di VCC
Sí
Esiste VPC ?
Sí
QoS soddifatta ?
No
No
Blocca il VCC o chiedi
piú capacitá
Apri nuovo VPC/VCC
Richiesta di
VCC respinta
No
Richiesta
concessa ?
Sí
Crea la connessione
INDIRIZZAMENTO
• Il messaggio SETUP contiene l’identificativo della
destinazione (ATM address)
• Tre possibili formati:
– Il primo byte indica di quale formato si tratta
– Formato OSI 20 byte: i byte 2 e 3 identificano il paese; il byte 4
specifica il formato dei rimanenti byte di cui 3 indicano l' autorita'
responsabile della gestione dell' indirizzo, 2 indicano il dominio, 2
l'area di appartenenza e 6 l'indirizzo specifico
– Fornato CCITT E.164: prevede indirizzi formati da 15 cifre
decimali come nella telefonia ISDN
GENERAZIONE E VERIFICA HEC
• Il controllo di errore sull'intestazione si basa su 8 bit
• il ricevitore puo' trovarsi in uno dei due stati seguenti:
– correzione
– rivelazione
GENERAZIONE E VERIFICA HEC
•
•
•
•
nello stato correzione rivela e corregge singoli bit errati
se viene rivelato almeno un errore su una intestazione il ricevitore si porta
nello stato rivelazione
nello stato rivelazione il ricevitore scarta le celle in cui rivela errore
sull'intestazione
il ricevitore si riporta nello stato correzione quando riceve una cella senza
errori sull'intestazione
Pertanto si possono correggere errori singoli e rivelare errori multipli
sull'intestazione
Il codice utilizzato e' di tipo polinomiale con polinomio generatore x8+x2+x+1
Strato di adattamento
(ATM Adaptation Layer)
INTERFACCIA ATM
•
•
•
•
I programmi applicativi interagiscono con lo strato ATM attraverso lo strato
di adattamento (ATM Adaptation Layer).
Esistono vari tipi di strato di adattamento, in relazione al tipo di servizio che si
deve realizzare.
Quando un calcolatore instaura una connessione virtuale deve specificare
quale tipo di protocollo di adattamento intende utilizzare.
Le funzioni dello strato di adattamento sono molteplici:
–
segmentazione e ricomposizione dei messaggi
...
Lo strato di adattamento si realizza nella interfaccia del calcolatore mediante
hardware e firmware che realizzano la ricezione e la trasmissione delle celle.
–
–
•
gestione dell’errore
SCHEMA DELLA INTERFACCIA ATM
STRATO DI ADATTAMENTO AAL
•
AAL (ATM Adaptation Layer) ha il compito di arricchire il servizio
fornito dallo strato ATM per supportare le funzioni richieste dai servizi
specifici. (I.362)
le funzioni svolte dipendono dal tipo di servizio
Possibili servizi:
•
•
•
servizi di utente
servizi di segnalazione
servizi di gestione
STRATO DI ADATTAMENTO AAL
Lo strato di adattamento e' suddiviso in due sottostrati:
• SAR (Segmenting and Reassembling):
– segmentazione dell'informazione per essere trasportata nella cella ATM;
– ricomposizione del contenuto delle celle ATM in informazioni di piu' alto
livello;
•
CS (Convergence Sublayer):
– identificazione del messaggio
– recupero della temporizzazione
– per alcuni tipi di AAL e' ulteriormente suddiviso in
• CPCS Common Part Convergence Sublayer
• SSCS Service Specific Convergence Sublayer
STRATO DI ADATTAMENTO AAL
•
Differenti combinazioni di SAR e CS danno luogo ai diversi servizi
AAL
•
Se il servizio ATM e' sufficiente per alcune applicazione, lo strato
AAL e' vuoto
•
Una AAL-SDU (Service Data Unit) puo' essere trasportata da un
punto di accesso al servizio (AAL-SAP) a uno o piu' AAL-SAP
attraverso la rete ATM. L'utente AAL e' in grado di selezionare quale
AAL-SAP utilizzare per ottenere la qualita' di servizio richiesta
•
Sono state definiti 4 tipi di AAL in relazione a 4 diverse classi di
servizio.
CLASSIFICAZIONE DEI SERVIZI
•
I servizi vengono classificati in 4 classi in relazione a tre parametri:
•
relazione temporale tra sorgente e destinazione. Tale relazione e' presente nel
caso di trasmissioni vocali PCM, non c'e' per le trasmissioni tra calcolatori; i
servizi con tali relazioni temporali sono talvolta denominati real time
•
bit-rate: alcuni servizi hanno bit rate costante, altri variabile
•
connection mode: i servizi possono essere connection-less o connection
oriented
Solo 4 delle 8 possibili combinazioni danno origine a servizi reali per cui il
CCITT ha definito 4 classi di servizio
CLASSIFICAZIONE DEI SERVIZI
Relazioni
Temporali
Bit Rate
Modo di
Connessione
Classe Classe Classe Classe
A
B
C
D
Presenti
Assenti
Cost
Variabile
Connection Oriented
CLess
CLASSIFICAZIONE DEI SERVIZI
•
Classe A: presenta relazioni temporali tra sorgente e destinazione e bit rate
costante con modo connection oriented: e' il caso della voce a circuito a 64
Kbit/s. E' il servizio circuit emulation. Un altro esempio e' il video a bit rate
costante
•
Classe B: a differenza della A ha bit rate variabile. Es video VBR
•
Classe C: non prevede relazioni temporali, e' a bit rate variabile e connectionoriented. Es: trasferimenti dati connection-oriented e segnalazione
•
Classe D: differisce da C per il fatto che e' connection-less. Es: trasferimento
dati connection-less come in SMDS (Switched Multi-megabit Data Service)
TIPI DI AAL
Sono previste 4 tipi di AAL:
•
•
•
•
AAL 1: supporta la classe A di servizio
AAL 2: supporta la classe B di servizio
AAL 3/4: supporta sia la classe C che la classe D di servizio
AAL 5: supporta la classe C di servizio (segnalazione) e trasporto dati a basso
overhead
Inizialmente AAL 3/4 era suddiviso in due tipi distinti; successivamente i due
tipi sono stati combinati in uno unico adatto per l’interconnessione di ATM
con SMDS e MAN.
AAL 3/4 e’stato considerato inadeguato per il trasporto di protocolli di alto
livello a causa di eccessivo overhead.
AAL 1
I servizi a bit rate costante (CBR) richiedono il trasferimento di informazioni a
bit rate costante dopo che sia stata attivata una connessione virtuale tra
sorgente e destinazione. A tale scopo AAL 1 offre i seguenti servizi:
•
trasferimento di SDU (Service Data Units) a bit rate costante
•
trasferimento di informazioni temporali tra sorgente e destinazione
•
trasferimento di informazioni sulla struttura dati
•
indicazione di informazioni perdute o errate
FUNZIONI SAR AAL1
•
Il sottostrato SAR accetta blocchi di 47 ottetti da CS e aggiunge un ottetto per formare la
SAR-PDU.
• Il SAR destinazione toglie l'ottetto di overhead e consegna al CS destinazione i 47
ottetti.
CSI
CS Indication: indica la presenza del sottostrato CS
SN
Sequence Number: numero di sequenza dell'unita' informativa trasportata per la
rivelazione di unita' perdute
SNP
Sequence Number Protection: correzione d'errore sul singolo bit e rivelazione di
errori multipli relativi ai primi due campi
SDU
Service Data Unit
FUNZIONI CS AAL1
Il sottostrato CS dipende dal particolare servizio e puo' contenere le
seguenti funzioni:
•
gestione delle variazioni di ritardo
•
gestione del ritardo di assemblaggio delle celle
•
recupero del clock di sorgente al ricevitore
•
monitoraggio di celle perdute o male inserite
AAL 2
• AAL 2 fornisce servizio di trasferimento di informazione
con bit rate variabile.
• E' possibile in questo caso che le celle non siano riempite
completamente per cui sono richieste al SAR funzioni
aggiuntive rispetto a AAL 1.
• Il CCITT non ha ancora formulato una standardizzazione
completa.
AAL 3/4
Fornisce il servizio di adattamento per trasferimenti dati sensibili alla perdita
ma non al ritardo.
Vengono definiti due modi di funzionamento:
– message-mode: ad una AAL-SDU corrisponde una sola unita' informativa
di interfaccia
– streaming mode: un AAL-SDU viene trasportata da una o piu' unita'
informative di interfaccia
Entrambe le modalita' prevedono le procedure
– assured con ritrasmissione delle CS-PDU mancanti o corrotte e
possibilita' di introdurre controllo di flusso per connessioni punto-punto
– non assured senza ritrasmissione delle CS-PDU mancanti o corrotte
FUNZIONI AAL 3/4 SAR
Svolge le funzioni di segmentazione e ricomposizione
di CS-PDU di lunghezza variabile:
FUNZIONI AAL 3/4 SAR
•
•
•
•
•
•
ST
segment type e' un campo di 2 bit per indicare di quale parte di CS-PDU si tratta:
prima (Begin Of Message 10), intermedia (Continuation Of Message 00), ultima (End
Of Message 01). Indica anche il caso di un messaggio costituito da una singola CS-PDU
(Single Segment Message 11)
LI
length indicator e' un campo di 6 bit che indica iil numero di ottetti validi della
SAR-PDU in quanto l'ultimo messaggio o il messaggio singolo possono non essere
completamente pieni
CRC e' un campo di 10 bit per la rivelazione d'errore basata sul polinomio generatore 1
+ x + x4 + x5 + x9 + x 10
SN
e' un numero di sequenza a 4 bit per la rivelazione di celle perdute o male inserite
e' un campo riservato per AAL 3. Per AAL 4 gestisce la
RES/MID
multiplazione. Consente di multiplare fino a 210 connessioni AAL su una singola
connessione ATM per trasferimenti dati connection-oriented. Per le comunicazioni
connection-less il MID consente di multiplare le SAR-PDU di fino 210 CS-PDU sulla
stessa connessione virtuale ATM semi-permanente.
SAR-SDU
contiene l'informazione CS-PDU
AAL 5
•
•
E’ lo strato di adattamento proposto da ATM Forum per la trasmissione dati a
pacchetto
Accetta pacchetti di lunghezza variabile da 1 a 65535 byte
•
Introduce un trailer di 8 byte alla fine del pacchetto
1-65535 bytes
8 bytes
DATI
TRAILER
8 BIT 8 BIT
UU
CPI
16 BIT
32 BIT
LENGTH
FRAME CHECKSUM
AAL 5
•
Il pacchetto AAL deve essere diviso in celle:
–
–
•
•
se la sua lunghezza e’ multipla di 48 byte (incluso il trailer) si
avranno celle piene
altrimenti l’ultima cella conterra’da 1 a 40 byte, byte di
riempimento e il trailer
AAL5 svolge funzioni di segmentazione in trasmissione e riassemblaggio in
ricezione
In ricezione occorre riconoscere quante celle formano il pacchetto :AAL5 usa
il bit meno significativo del Payload Type della cella ATM per marcare la fine
di un pacchetto
ATTIVITA’ DI ATM FORUM
•
SORGENTI DI TRAFFICO PREDICIBILI
– Sorgenti a Constant Bit Rate (CBR): trasmettono flussi di informazione a velocitá
fissa per tutta la durata della connessione (audio non compresso, emulazione della
commutazione di circuito, telefono, videoconferenza, televisione);
– Sorgenti a Variable Bit Rate (VBR): trasmettono dati a velocitá variabile col
tempo. Viene impiegata la multiplazione statistica sí che ci puó essere una bassa
perdita di celle. Tali sorgenti pur avendo una velocitá variabile hanno la
caratteristica di essere sufficientemente predicibili da poter fare significative
assunzioni su un insieme esteso di esse. Per avere un buon guadagno di
multiplazione statistica é necessario che le linee di trasmissione abbiano velocitá
notevolmente superiori a quella di picco della singola sorgente (p.es. 20 volte).
ATTIVITA’ DI ATM FORUM (segue)
•
SORGENTI A VARIABLE BIT RATE (VBR)
real time :
– applicazione video codificata MPEG, in cui la codifica inter-frame riduce la
quantitá di informazione che deve essere trasmessa di un fattore da 2 a 5. Inoltre la
velocitá puó variare anche in funzione della complessitá visiva della singola scena.
– viene specificato il CDV
non real time
– applicazione di e_mail multimediale.
SORGENTI DI TRAFFICO NON PREDICIBILE
•
Tali tipi di sorgente sono quelle che trasmettono a velocitá che non
possono essere previste con alcuna certezza. Anche se si potrebbe
considerarne la PCR, risulta spesso essere un’ elevata percentuale delle
velocitá di linea tipiche.
•
Esempio tipico di tale sorgente é il browser ipertestuale usato per
ottenere informazioni su World-Wide Web. Tali informazioni sono di
diversissima natura: immagini ad alta risoluzione, animazioni, audio e
video. Sono tipicamente bursty perché dipendono dal comportamento
dell’utente che puó fare anche lunghe pause.
•
Due diverse classi di servizio sono state proposte per trattare tali tipi di
traffico
UNSPECIFIED BIT RATE (UBR)
•
•
La rete non ha alcuna informazione in anticipo sulla velocitá di
trasmissione da parte dell’utente e non fornisce alcuna garanzia di
corretta trasmissione dei dati. Classe adatta per applicazioni che usano
una qualunque porzione di capacitá residua e non sono sensibili né alla
perdita di celle né ad eventuali ritardi. Tali connessioni inoltre non
sono respinte sulla base di limitazioni di banda (no admission control)
né sono controllate durante la trasmissione (no policing). Durante i
periodi di congestione le celle vengono perse ma tali sorgenti non sono
soggette a ridurre la loro velocitá.
Questa classe é simile al servizio best effort attualmente offerto dalla
rete Internet a si affida totalmente ai protocolli trasporto end-to-end per
far fronte alle mutevoli condizioni di traffico nella rete.
AVAILABLE BIT RATE (ABR)
• la rete cerca di fornire alte qualitá di servizio consentendo
ai flussi di traffico di riservare risorse di rete. ATM Forum
ha deciso di implementare questo servizio mediante un
controllo di flusso basato sulla velocitá di trasmissione
(rate-based), che cerca di aggiustare dinamicamente tale
velocitá per prevenire sovraccarichi di rete.
• Gli utenti possono dichiarare una velocitá di trasmissione
minima (MCR), che verrá garantita sui VCs dalla rete; in
caso in cui la rete non potesse fornire tale garanzia, la
connessione puó essere respinta.
PARAMETRI DI QUALITÁ DI SERVIZIO
Al momento dell’instaurazione di una connessione gli utenti possono
specificare i seguenti parametri relativi alla qualitá di servizio
desiderata:
•
Peak Cell Cate (PCR): massima velocitá di trasmissione istantanea a
cui l’utente trasmetterá; é l’inverso del minimo intervallo inter-cella;
•
Sustained Cell Cate (SCR): velocitá media calcolata in un lungo
intervallo di tempo;
•
Cell Loss Ratio (CLR): percentuale delle celle perse nella rete in
seguito ad errori o congestione che non sono consegnate alla
destinazione:
PARAMETRI DI QUALITÁ DI SERVIZIO
• Ogni cella ATM ha un Cell Loss Priority (CLP) bit
nell’header: In stato di congestione la rete sceglie di
perdere prima le celle che hanno tale bit settato.
• Cell Transfer Delay (CTD): ritardo che subisce una cella
dal momento che entra al momento che esce dalla rete,
comprendendo ritardi di propagazione, di coda e di
servizio nei vari switch della rete;
• Cell Delay Variation (CDV): misura della varianza di
CTD;
GCRA (Generic Cell Rate Algorithm)
•
•
•
•
ITU-T ha standardizzato in parte (I.371) una modalità con cui
realizzare il controllo della burstiness delle sorgenti alle dichiarazioni
effettuate basata su un algoritmo denominato GCRA
GCRA è basato sull’algoritmo Leaky Bucket. Tale algoritmo consiste
nel porre tutte le celle che accedono alla rete in un elemento di
memoria (bucket) che viene svuotato con velocitá SCR
Le celle non in regola possono venire scartate immediatamente o
marcate (per esempio con l'utilizzo del bit CLP) e scartate in caso di
congestione nella rete.
Visto in questi termini il GCRA prende il nome di virtual scheduling
algorithm.
TCP/IP over ATM
PACCHETTI IP over ATM
•
E’necessaria la funzione di adattamento: per la trasmissione di pacchetti
TCP/IP su ATM viene utilizzato AAL5
•
AAL5 genera il trailer, divide il pacchetto in celle e trasferisce le celle
attraverso la rete
•
In ricezione AAL5 ricompone il datagramma, verifica che non ci siano bit
errati e passa il risultato ad IP
•
Un intero pacchetto IP puo’essere inviato ad AAL5 per la trasmissione sul
circuito virtuale
•
La lunghezza del pacchetto TCP/IP e’ limitata a 9180 byte per la trasmissione
su ATM, nonostante AAL5 possa trasportare pacchetti fino a 64K, per
ragioni di compatibilita’con SMDS.
GESTIONE DEGLI INDIRIZZI
•
•
•
•
•
•
ATM assegna ad ogni calcolatore connesso alla rete un indirizzo fisico
l’indirizzo fisico è più lungo dell’indirizzo IP → non si può effettuare il
collegamento statico degli indirizzi
La topologia della rete ATM non consente il broadcast hardware → IP non
può utilizzare la procedura ARP convenzionale
In presenza di circuiti virtuali permanenti il calcolatore conosce solo gli
identificatori VPI/VCI
In presenza di circuiti virtuali commutati occorrono due livelli di collegamento
di indirizzi
– per creare il circuito virtuale l’indirizzo IP di destinazione deve essere
collegato all’indirizzo ATM di destinazione
– per trasferire il datagramma l’indirizzo IP di destinazione deve essere
collegato all’indirizzo VPI/VCI del circuito attivato
Non è stato ancora definito un protocollo per risolvere in generale questi
problemi
LIS (Logical IP Subnet)
•
LIS e’un gruppo di computer connessi a una rete ATM che opera come una rete locale indipendente
•
•
I computer di una LIS hanno lo stesso indirizzo IP di rete
Un computer comunica direttamente con i computer della stessa LIS ma necessita dell’accesso al
router, connesso a piu’ LIS, per comunicare con un computer in un’altra LIS
Per trasmettere un datagramma un computer deve utilizzare un circuito virtuale aperto verso la
destinazione desiderata. Per fare questo passa gli indirizzi IP di sorgente e di destinazione
all’interfaccia di rete che esamina se esiste tale circuito virtuale aperto. Se non esiste occorre attivare
la procedura di creazione del circuito virtuale
Il concetto di LIS limita il numero di VCs di cui la tabella di instradamento deve tenere traccia
Attraverso un circuito virtuale il datagramma viene trattato da AAL5
•
•
•
COLLEGAMENTO DEGLI INDIRIZZI IN UNA LIS
•
Per attivare un circuito virtuale in una LIS occorre l’indirizzo hardware ATM
della destinazione
•
Non e’possibile utilizzare il broadcast hardware per ottenerlo
•
Viene contattato un server mediante il protocollo ATMARP
•
Si invia una richiesta contenente gli indirizzi IP e ATM della sorgente e
l’indirizzo IP della destinazione al server della rete
•
Se il server della rete conosce l’indirizzo ATM risponde con un ATMARP
replay
•
Occorrono procedure per aggiornare le tabelle del server e le cache degli host e
dei router