Tutorial Redes ATM

Tutorial Redes ATM Antônio Marcos Alberti [email_address] http://antonioalberti.blogspot.com 2004

Tópicos Definição Principais Características Aspectos Fundamentais Arquitetura de Protocolos Gerenciamento de Tráfego

Definição ATM ( Asynchronous Transfer Mode ou Modo de Transferência Assíncrono). Modo de Transferência é o termo usado pelo ITU-T para descrever a tecnologia que cobre os aspectos de transmissão , multiplexação e comutação . O Modo de Transferência Assíncrono é uma tecnologia que utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados de células, para transmitir , multiplexar e comutar tráfegos de voz , vídeo , imagens e dados sobre uma mesma rede de alta velocidade. O ATM é uma tecnologia de comutação de pacotes baseada em circuitos virtuais.

Principais Características Utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo (53 bytes ), chamados de células , para transportar voz, dados e vídeo sobre uma mesma rede de alta velocidade. A funcionalidade do cabeçalho (5 bytes ) das células ATM é mínimo . O campo de informações das células ATM é relativamente pequeno (48 bytes ). Este valor otimiza os fatores conflitantes: Atraso na rede. Eficiência de transmissão. Complexidade de implementação.

Principais Características Realiza a adaptação do fluxo de informações para cada tipo de serviço. Utiliza conexões virtuais para transportar dados entre uma fonte e um destino, sobre um mesmo enlace físico. Não realiza nenhum controle de erro e de fluxo no nível de enlace (serviço não orientado a conexão e sem confirmação).

Principais Características Prove um serviço de transmissão orientado a conexão . Uma conexão deve ser estabelecida na rede antes que qualquer informação seja transmitida entre duas estações. Prove suporte à qualidade de serviço . Cada conexão pode ter os seus próprios pré-requisitos de qualidade de serviço. O suporte de QoS por conexão habilita as redes ATM a atender qualquer tipo atual de tráfego sobre uma mesma rede.

Principais Características Possibilita a alocação dinâmica de largura de faixa. A alocação de largura de faixa é feita sob demanda. É independente da tecnologia de transporte de células. Em principio qualquer meio físico/tecnologia pode ser utilizada para transportar células ATM. É geograficamente escalonável . Pode ser utilizado tanto em redes locais (LANs), como em redes metropolitanas (MANs) e de longa cobertura (WANs).

Aspectos Fundamentais Componentes de uma Rede ATM Interfaces Estabelecimento dos Circuitos Virtuais Circuitos Virtuais ATM

Componentes de uma Rede ATM Uma rede ATM consiste essencialmente de quatro componentes físicos distintos: Terminais ( Hosts ) Comutadores ( Switches ) Dispositivos de Borda ( Edge Devices ) Enlaces ( Links ) Aspectos Fundamentais

Interfaces As seguintes interfaces foram definidas para o ATM: UNI – User-to-Network Interface NNI – Network-to-Network Interface DXI – Data Exchange Interface FUNI – Frame User-to-Network Interface B-ICI – Broadband Intercarrier Interface Aspectos Fundamentais

Interfaces UNI É o limite lógico entre um usuário final ATM e uma rede ATM adjacente. A UNI pode ser classificada em: Privada – Neste caso, tanto os usuários finais ATM quanto a rede ATM fazem parte de uma rede privada, como por exemplo a rede interna de uma empresa . Pública – Neste caso, os usuários finais ATM fazem parte de uma rede privada, enquanto a rede ATM faz parte de uma rede pública de serviços . Aspectos Fundamentais

Interfaces NNI É o limite lógico entre dois comutadores ATM adjacentes. Assim como a UNI, a NNI também é classificada em: Privada – Neste caso, ambos os comutadores ATM fazem parte de uma rede privada. Pública – Neste caso, ambos os comutadores ATM fazem parte de uma rede pública. Aspectos Fundamentais

Estabelecimento dos Circuitos Virtuais Por ser uma tecnologia de comutação de pacotes baseada em circuitos virtuais o ATM: É orientado a conexão . Utiliza uma rota fixa para encaminhar todas as células ATM de um mesmo circuito virtual. Estabelece os circuitos virtuais através do encaminhamento de mensagens de sinalização . Utiliza um protocolo de roteamento para enviar as mensagens de sinalização. Aspectos Fundamentais

Estabelecimento dos Circuitos Virtuais Setup As mensagens de sinalização são encaminhadas pela rede utilizando-se um protocolo de roteamento. Elas possuem o endereço ATM do destinatário e o contrato de tráfego . A rede verifica em cada nó se pode aceitar o novo circuito virtual. Aspectos Fundamentais © Alberti 2004

Estabelecimento dos Circuitos Virtuais Call Proceding O destinatário indica para a rede que o procedimento de estabelecimento do circuito virtual teve inicio . A rede também avisa o usuário fonte. Aspectos Fundamentais © Alberti 2004

Estabelecimento dos Circuitos Virtuais Connect O destinatário indica para a rede que aceita o novo circuito virtual. A rede também avisa o usuário fonte. Aspectos Fundamentais © Alberti 2004

Estabelecimento dos Circuitos Virtuais Connect Acknowledge A rede envia uma mensagem para o destinatário ATM avisando que o circuito virtual está completo . Aspectos Fundamentais © Alberti 2004

Estabelecimento dos Circuitos Virtuais Data O usuário fonte inicia a transmissão de dados no formato de células ATM. Aspectos Fundamentais © Alberti 2004

Circuitos Virtuais ATM Encaminhamento das Células ATM Canais Virtuais Caminhos Virtuais Canais Virtuais x Caminhos Virtuais Classificação dos Circuitos Virtuais Aspectos Fundamentais

Encaminhamento das Células ATM O encaminhamento das células ATM através da rede é baseado em dois elementos: Cabeçalho das Células ATM Identificam o circuito virtual a que as células pertencem através de dois identificadores virtuais : Identificador de Caminho Virtual (VPI – Virtual Path Identifier ) Identificador de Canal Virtual (VCI – Virtual Channel Identifier ) Tabela de Encaminhamento Relaciona o circuito virtual com as portas de entrada , saída e com os identificadores virtuais presentes no cabeçalho das células ATM. Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Encaminhamento das Células ATM Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM © Alberti 2004

Canais Virtuais Uma conexão de canal virtual ( VCC – Virtual Channel Connection ) é um circuito virtual onde o encaminhamento das células é feito baseado no valor dos campos VPI e VCI de cada célula. Um canal virtual ( VC – Virtual Channel ) entre dois pontos em uma VCC é chamado de enlace de canal virtual ( VCL – Virtual Channel Link ). Portanto, uma VCC é uma concatenação de um ou mais VCs . Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Canais Virtuais Cada VCL é identificado por um único VCI . Portanto, o VCI é um identificador local que pode ser inserido, trocado ou removido em cada VCL de um VCC . Um VPC pode conter vários VCCs , assim como um VPL pode conter vários VCLs . Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Canais Virtuais VCs, VCCs e VCLs. Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM © Alberti 2004

Caminhos Virtuais Uma conexão de caminho virtual ( VPC – Virtual Path Connection ) é um circuito virtual onde o encaminhamento das células é feito baseado no valor dos campos VPI de cada célula. Um caminho virtual ( VP – Virtual Channel ) entre dois pontos em uma VPC é chamado de enlace de caminho virtual ( VPL – Virtual Path Link ). Portanto, uma VPC é uma concatenação de um ou mais VPs . Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Caminhos Virtuais O campo VPI das células ATM é atribuído, trocado ou removido em cada VPL . Cada VPL é identificado por um único VPI . Portanto, o VPI é um identificador local que pode ser inserido, trocado ou removido em cada VPL de um VPC . Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Caminhos Virtuais VPs, VPCs e VPLs. Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM © Alberti 2004

Caminhos Virtuais x Canais Virtuais Cada canal virtual é associado a um caminho virtual . Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM © Alberti 2004

Caminhos Virtuais x Canais Virtuais Funcionamento do Comutador Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM © Alberti 2004

Classificação dos Circuitos Virtuais Os circuitos virtuais ATM podem ser classificados de acordo com a forma como são estabelecidos no tempo: Conexões Virtuais Permanentes PVCs – Permanent Virtual Connections Conexões Virtuais Chaveadas SVCs – Switched Virtual Connections Conexões Virtuais Semi Permanentes SPVCs – Soft Permanent Virtual Connections Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Classificação dos Circuitos Virtuais Os circuitos virtuais ATM também podem ser classificados de acordo o número de usuários finais ATM envolvidos na transmissão: Conexões Ponto a Ponto ( Point-to-point connections ) Unidirecionais e Bidirecionais Conexões Ponto para Multiponto ( Point-to-multipoint connections ) Unidirecionais Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM

Classificação dos Circuitos Virtuais Aspectos Fundamentais / Circuitos Virtuais ATM © Alberti 2004

Arquitetura de Protocolos Modelo de Referência de Protocolos da B-ISDN Camada de Adaptação ATM Camada ATM Camada Física

Modelo de Referência de Protocolos da B-ISDN O Modelo de Referência de Protocolos da B-ISDN (B-ISDN PRM – B-ISDN Protocol Reference Model ) foi apresentado pelo ITU-T na Recomendação I.321 . Arquitetura de Protocolos © Alberti 2004

Camada de Adaptação ATM Objetivo Classificação de Serviços Subcamadas Subcamada de Convergência Subcamada de Segmentação e Remontagem Estrutura Geral da Subcamadas Protocolos AAL Tipo 1 AAL Tipo 2 AAL Tipo ¾ AAL Tipo 5 Arquitetura de Protocolos

Objetivo A AAL atua na adaptação do fluxo de informações das camadas superiores à camada ATM e vice-versa. A AAL funciona como uma camada de ligação entre os serviços oferecidos pela camada ATM e os serviços solicitados pelas camadas superiores da rede. A fim de atender diferentes tipos de serviço, a AAL suporta múltiplos protocolos. Arquitetura de Protocolos / AAL

Classificação de Serviços A Recomendação I.362 classifica os serviços a serem atendidos pela a AAL e define protocolos designados para atender cada classe de serviço . Arquitetura de Protocolos / AAL

Subcamadas A AAL é dividida em duas subcamadas: Subcamada de Convergência (CS – Convergence Sublayer ) Subcamada de Segmentação e Remontagem (SAR – Segmentation and Reassembly Sublayer ) Arquitetura de Protocolos / AAL

Subcamada de Convergência Descreve os serviços e funções necessárias para a conversão entre protocolos ATM e não ATM. A Recomendação I.362 divide novamente esta subcamada em: Subcamada de Convergência de Serviços Específicos (SSCS – Service Specific Convergence Sublayer ) Foi projetada para suportar aspectos específicos de um aplicativo. Subcamada de Convergência de Serviços Comuns (CPCS – Common Part Convergence Sublayer ) Foi projetada para suportar funções genéricas comuns a mais de um tipo de aplicativo . Arquitetura de Protocolos / AAL

Subcamada de Segmentação e Remontagem É responsável pela fragmentação das CPCS-SDUs de informação em SAR-PDUs na fonte, e pela remontagem dessas SAR-PDUs em CPCS-PDUs no destino. A SAR acrescenta cabeçalhos e trailers nos fragmentos da CPCS-SDU e encaminha as SAR-PDUs de 48 bytes para a camada ATM. No destino, cada campo de informação da célula é extraído na camada ATM e convertido para o PDU apropriado. Arquitetura de Protocolos / AAL

Estrutura Geral das Subcamadas Transmissão Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

Recepção Estrutura Geral das Subcamadas Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

Protocolos AAL Tipo 1 AAL Tipo 2 AAL Tipo ¾ AAL Tipo 5 Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo 1 Suporta o tráfego da classe A : Orientado a conexão . Taxa de bits constante . Requer transferência de informação temporal entre fonte e destino: o sincronismo existente na origem deve ser reproduzido no destino. Requer indicação de informações perdidas ou erradas que não foram recuperadas pela AAL. Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo 1 Funções desempenhadas pelas subcamadas da AAL 1: Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo 1 Formato da SAR-PDU Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

AAL Tipo 1 Exemplo de Transmissão Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

AAL Tipo 1 Exemplo de Recepção Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

AAL Tipo 1 Aplicações planejadas originalmente: Transporte de circuitos assíncronos e síncronos. Transporte de vídeo. Transporte de sinais de voz. Transporte de sinais de áudio de alta qualidade. Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo 2 Suporta o tráfego da classe B: Orientado a conexão . Taxa de bits variável . Requer transferência de informação temporal entre fonte e destino: o sincronismo existente na origem deve ser reproduzido no destino. Requer indicação de informações perdidas ou erradas que não foram recuperadas pela AAL. Observação: A AAL 2 foi padronizada pelo ITU-T na Recomendação I.363.2 de Novembro de 2000. O ATM Fórum lançou sua primeira especificação sobre a AAL 2 em Fevereiro de 1999. Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo ¾ Originalmente, o ITU-T definiu um protocolo AAL 3 para o suporte de tráfego orientado a conexão e um protocolo AAL 4 para o suporte de tráfego não orientado a conexão . Devido a semelhança entre os serviços prestados por estas camadas de adaptação, o ITU-T acabou juntando-as na AAL ¾. Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo ¾ Suporta o tráfego das classes C ou D. Orientado ou não a conexão . Taxa de bits variável . Não requer transferência de informação temporal entre fonte e destino. Requer ou não indicação de informações perdidas ou erradas que não foram recuperadas pela AAL. Aplicações planejadas originalmente: Transporte de dados (TCP/IP) sobre ATM. A AAL ¾ foi considerada pela indústria muito complicada e confusa . Ao invés de implementar esta AAL, a indústria forçou o desenvolvimento de uma nova AAL, mais simples e voltada especificamente para dados: a AAL 5. Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo ¾ Funções desempenhadas pelas subcamadas da AAL ¾: Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo ¾ Formato da CPCS-PDU Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

AAL Tipo ¾ Formato da SAR-PDU Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

AAL Tipo ¾ Exemplo de Transmissão Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

AAL Tipo ¾ Exemplo de Recepção Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

AAL Tipo 5 Suporta os mesmas classes de serviço da AAL ¾, ou seja as classes C e D. Orientado ou não a conexão . Taxa de bits variável . Não requer transferência de informação temporal entre fonte e destino. Requer ou não indicação de informações perdidas ou erradas que não foram recuperadas pela AAL. A AAL 5 executa um processamento mínimo na camada de adaptação, sendo portanto a camada de adaptação mais utilizada . Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo 5 Funções desempenhadas pelas subcamadas da AAL 5: Arquitetura de Protocolos / AAL

AAL Tipo 5 Formato da CPCS-PDU Arquitetura de Protocolos / AAL alberti: Corrigir PAD para <= 47 bytes © Alberti 2004

AAL Tipo 5 Exemplo de Transmissão Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

AAL Tipo 5 Exemplo de Recepção Arquitetura de Protocolos / AAL © Alberti 2004

Camada ATM Objetivo Formato das Células Canais Virtuais x Caminhos Virtuais

Objetivo A camada ATM é responsável por um grande número de funções , dentre as quais podemos destacar: Geração e extração dos cabeçalhos das células. Multiplexação e demultiplexação de AAL-PDUs em células ATM. Comutação das células ATM. Discriminação das células ATM. Gerenciamento de tráfego . Gerência da rede . Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Formato das Células ATM Campos do Cabeçalho da Célula UNI: Controle de Fluxo Genérico (GFC - Generic Flow Control ) Identificador de Caminho Virtual (VPI - Virtual Path Identifier ) Identificador de Conexão Virtual (VCI - Virtual Channel Identifier ) Tipo de Carga (PT - Payload Type ) Prioridade de Perda de Célula (CLP - Cell Loss Priority ) Controle de Erro do Cabeçalho (HEC - Header Error Control ) Arquitetura de Protocolos / Camada ATM © Alberti 2004

Formato das Células ATM Controle de Fluxo Genérico Presente somente na UNI. Foi idealizado para permitir a definição de mecanismos de acesso na UNI. O objetivo era permitir a priorização de células durante a multiplexação de diferentes fluxos de células na rede de acesso. Na prática, não tem sido usado para nada . Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Formato das Células ATM Identificador de Caminho Virtual Serve para identificar o caminho virtual que está sendo utilizado pelas células de uma determinada conexão ATM. Possui 8 bits na UNI e 12 bits na NNI , o que permite que mais conexões possam ser estabelecidas no interior da rede. Permite identificar até 2 8 (256) caminhos virtuais na UNI e 2 12 (4096) caminhos virtuais na NNI. Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Formato das Células ATM Identificador de Conexão Virtual Serve para identificar a conexão virtual que está sendo utilizado pelas células de uma determinada conexão ATM. Possui 16 bits em ambas as interfaces. Permite identificar até 2 16 (65536) conexões virtuais. Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Formato das Células ATM Tipo de Carga Este campo de 3 bits é usado para indicar qual o tipo de carga que está sendo transportada em uma célula ATM. AUU = ATM-u ser-to -ATM- user indication Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Formato das Células ATM Prioridade de Perda de Célula Este bit é usado para sinalizar quando uma célula está de acordo com um contrato de tráfego preestabelecido (CLP = 0) ou passível de ser descartada quando ocorre um congestionamento na rede (CLP = 1). Se a rede não estiver congestionada, os comutadores de acesso podem marcar as células (trocar o CLP de 0 para 1) que estejam utilizando mais QoS do que o negociado ao invés de descarta-las . Desta forma, os usuários da rede podem enviar tráfego acima do negociado se a rede não estiver congestionada. Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Formato das Células ATM Prioridade de Perda de Célula (cont.) Se ocorrer um congestionamento, as células CLP =1 poderão ser descartadas em prol de células de outras conexões que tenham CLP = 0 . Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Formato das Células ATM Controle de Erro do Cabeçalho Permite detectar e corrigir erros no cabeçalho das células. Utiliza códigos de conferência de redundância cíclica (CRC – Cyclic Redundancy Codes ) . Na transmissão, o código CRC é calculado sobre os 32 bits do cabeçalho da célula a serem protegidos e armazenado no campo HEC. Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Formato das Células ATM Controle de Erro do Cabeçalho (cont.) Na recepção, um novo código CRC é calculado e comparado com o código presente no campo HEC. Se ambos os códigos forem iguais , é assumido que nenhum erro ocorreu durante a transmissão. Se os códigos forem diferentes , é assumido que houveram erros . Arquitetura de Protocolos / Camada ATM

Camada Física Objetivo Subcamadas Subcamada Dependente do Meio Físico Subcamada de Convergência de Transmissão Interfaces Físicas Interface Baseada em Células Interface Física Baseada em SDH

Objetivo A camada física é responsável pela transmissão das células entre dois equipamentos ATM através de um enlace físico específico. Arquitetura de Protocolos / Camada Física © Alberti 2004

Subcamadas De acordo com a Recomendação I.321, a camada física se divide em duas subcamadas: Subcamada Dependente do Meio Físico ( Physical Medium Dependent Sublayer ) Subcamada de Convergência de Transmissão ( Transmition Convergence Sublayer ) Arquitetura de Protocolos / Camada Física

Interfaces Físicas Em principio o ATM pode usar qualquer meio físico capaz de carregar suas células. Arquitetura de Protocolos / Camada Física

Gerenciamento de Tráfego Objetivo Componentes do Gerenciamento de Tráfego Contrato de Tráfego Controle de Admissão de Conexões Monitoramento de Conformidade Armazenamento e Escalonamento de Células Controle de Congestionamento

Objetivo “ O conflito criado pela necessidade de otimizar o uso dos recursos da rede e ao mesmo tempo assegurar garantias de qualidade de serviço pode ser resolvido utilizando-se uma combinação de sofisticadas funções de gerenciamento de tráfego.” Natalie Giroux e Sudhakar Ganti “ Quality of Service in ATM Networks : State-of-Art Traffic Management ”, Prentice Hall , 1998. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Gerenciamento de Tráfego © Alberti 2004

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Para cada conexão virtual ATM a ser estabelecida a partir de um aplicativo um contrato de tráfego com a rede ATM deve ser negociado. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego O contrato de tráfego é um acordo que define o comportamento do tráfego e o nível de serviço requerido por cada conexão virtual ATM. Um elemento chave do contrato de tráfego é a categoria de serviço . Cada categoria de serviço define uma classe de qualidade de serviço que pode ser utilizada pelas conexões ATM. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego O comportamento esperado para o tráfego que será transmitido em cada conexão também deve ser especificado através de descritores de tráfego específicos para cada categoria de serviço ATM. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Uma vez que o contrato de tráfego ATM esteja definido para cada conexão do aplicativo, é utilizada a sinalização ATM para o estabelecimento de uma conexão virtual chaveada ou o sistema de gerenciamento da rede para o estabelecimento de uma conexão virtual permanente . Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego A medida que as mensagens de sinalização são encaminhadas pela rede utilizando um protocolo de roteamento (para o caso de uma SVC), é acionado em cada comutador ATM um algoritmo de controle de admissão de conexões para avaliar se a nova conexão pode ser admitida sem afetar a QoS das demais conexões existentes. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Se a conexão for aceita , o tráfego do aplicativo é enviado para a camada de adaptação ATM onde é segmentado em células ATM. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Para garantir que a QoS seja mantida para a nova conexão e para as demais conexões da rede, a rede ATM deve verificar se o tráfego das conexões está de acordo com o negociado no contrato de tráfego. Esta verificação é feita por funções de monitoramento de conformidade . Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego O tráfego da conexão que satisfaz as funções de monitoramento de conformidade é então enviado pela rede onde deverá passar por vários pontos de multiplexação. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Para que a QoS da conexão possa ser melhor atendida e ao mesmo tempo os recursos da rede sejam melhor utilizados, as células ATM deverão ser armazenadas em estruturas de filas antes de serem transmitidas para os enlaces físicos ou comutadas nos comutadores. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Estas estruturas de filas são servidas de acordo com um algoritmo de escalonamento , que é projetado para atender aos pré-requisitos de QoS de todas as conexões. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Embora o controle de admissão de conexões verifique se uma nova conexão pode ser estabelecida, situações de congestionamento nos componentes da rede ainda podem acontecer. Nestas situações, funções de controle de congestionamento são utilizadas para gerenciar o tráfego que chega ao ponto de congestionamento. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Estas funções asseguram que as células ATM serão descartadas de uma forma justa e que a QoS de cada conexão seja assegurada. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego Para alguns serviços, funções de controle de fluxo são implementadas na rede e nos terminais a fim de prevenir o congestionamento. Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Gerenciamento de Tráfego As funções de controle de fluxo ajustam dinamicamente a taxa de transmissão dos terminais evitando que a rede fique congestionada . Gerenciamento de Tráfego

Contrato de Tráfego ATM Componentes do Contrato de Tráfego Categorias de Serviço Descritores de Tráfego Parâmetros de Qualidade de Serviço Definição de Conformidade Gerenciamento de Tráfego

Componentes do Contrato de Tráfego Um contrato de tráfego segundo o ATM Forum inclui: A categoria de serviço a ser utilizada. Os parâmetros de qualidade de serviço que descrevem a QoS desejada de acordo com as possibilidades disponíveis em cada categoria de serviço. As características do tráfego que será transmitido pelo cliente de acordo com descritores de tráfego pré-definidos para cada categoria de serviço. A definição de como o tráfego deve se comportar de acordo com várias opções de definições de conformidade para cada categoria de serviço. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categoria de Serviço O ATM Forum definiu as seguintes categorias de serviço: Taxa de Bits Constante CBR – Constant Bit Rate Taxa de Bits Variável em Tempo Real rt-VBR – Real-Time Variable Bit Rate Taxa de Bits Variável não em Tempo Real nrt-VBR – Non-Real-Time Variable Bit Rate Taxa de Bits Disponível ABR – Available Bit Rate Taxa de Bits Não Especificada UBR – Unspecified Bit Rate Taxa de Frame Garantida GFR – Guaranteed Frame Rate Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço CBR É usada para atender aplicativos em tempo real que: Requeiram atrasos rigidamente limitados . Sejam sensíveis a variações de atraso . Requeiram probabilidades extremamente baixas de perda de células . Possuam um perfil de tráfego constante . Exemplos são: Aplicativos de voz, vídeo e de emulação de circuitos. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço CBR (cont.) A categoria de serviço CBR reserva para as suas conexões uma taxa de pico de transmissão de células (PCR – Peak Cell Rate ), que não precisa ser utilizada o tempo todo. Porém, esta taxa de pico deve estar disponível instantaneamente quando necessária, a fim de garantir os pré-requisitos de QoS negociados no contrato de tráfego. Na categoria CBR, células que sofrerem atrasos maiores do que os especificados poderão ser desconsideradas pelos aplicativos de destino. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço rt-VBR É usada para atender aplicativos em tempo real que: Requeiram atrasos rigidamente limitados . Sejam sensíveis a variações de atraso . Requeiram probabilidades baixas de perda de células . Possuam um perfil de tráfego surtuoso. Exemplos são: Aplicativos de vídeo de taxa variável, tráfego frame relay e vídeo conferência. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço rt-VBR (cont.) A categoria de serviço rt-VBR reserva para as suas conexões uma taxa de transmissão que fica abaixo da taxa de pico (PCR) e acima de uma taxa sustentável de células (SCR – Sustainable Bit Rate ). Quanto mais próxima da taxa SCR for a taxa de transmissão reservada, maior será o ganho estatístico conseguido. Porém, um maior espaço em buffer deve ser reservado para esta conexão. Na categoria rt-VBR, assim com na categoria CBR células que sofrerem atrasos maiores do que aqueles especificados também poderão ser desconsideradas pelos aplicativos de destino. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço nrt-VBR É usada para atender aplicativos de transmissão dados que: Não precisem de qualquer limite de atraso ou de variação de atraso . Requeiram probabilidades baixas de perda de células . Possuam um perfil de tráfego surtuoso . Exemplos são: Aplicativos de transmissão de dados em geral, de transmissão de tráfego frame relay e de transmissão de tráfego de LANs emuladas. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço nrt-VBR Da mesma forma que a categoria de serviço rt-VBR, a categoria nrt-VBR reserva para as suas conexões uma taxa de transmissão que fica abaixo da taxa de pico e acima da taxa sustentável . Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço ABR É usada para atender aplicativos de transmissão dados que: Não precisem de qualquer limite de atraso ou de variação de atraso. Requeiram probabilidades de perda de células moderadas . Possuam um perfil de tráfego surtuoso . Requeiram um ajuste dinâmico da largura de faixa de transmissão (largura de faixa sobre demanda). Exemplos são: Aplicativos de transmissão de tráfego de LANs emuladas. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço ABR (cont.) A categoria ABR reserva para as suas conexões uma taxa mínima de transmissão (MCR – Minimum Cell Rate ), que pode ser aumentada após o estabelecimento da conexão. Porém, esta taxa deve permanecer abaixo da taxa de pico PCR. Para isso, um mecanismo de controle de fluxo (ABR Flow Control ) foi desenvolvido. A realimentação da fonte é feita através de células específicas de controle, chamadas células de gerenciamento de recursos (RM – Resource Management ). Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço UBR É usada para atender aplicativos de transmissão de dados que: Possam compartilham a largura de faixa restante sem a necessidade de utilizar qualquer mecanismo de controle de fluxo . Não necessitem de qualquer garantia de atraso, variação de atraso e de perda de células . Exemplos são: Aplicativos TCP/IP. A categoria UBR não reserva largura de faixa para as suas conexões. Apenas especifica que a taxa de transmissão deve ficar abaixo da taxa de pico PCR. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Categorias de Serviço GFR É usada para atender aplicativos de transmissão dados que: Possam compartilham a largura de faixa restante sem a necessidade de utilizar qualquer mecanismo de controle de fluxo . Não necessitem de qualquer garantia de atraso e de variação de atraso . Possam suportar altas probabilidades de perdas de células quando a aplicação exceder uma largura de faixa mínima garantida. Exemplos são: Aplicativos de transmissão de tráfego frame relay . Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Parâmetros de Qualidade de Serviço A QoS requerida por uma determinada conexão é caracterizada através de um conjunto de parâmetros de QoS . Os parâmetros de QoS são divididos em dois grupos: Parâmetros que podem ser negociados na UNI. Parâmetros que não podem ser negociados na UNI. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Parâmetros de Qualidade de Serviço Parâmetros que podem ser negociados na UNI: Máximo Atraso de Transferência de Célula maxCTD – Maximum Cell Transfer Delay Determina o máximo atraso de transferência de células tolerável para uma dada conexão. Variação de Atraso de Célula Pico a Pico P2P CDV – Peak-to-peak Cell Delay Variation É a diferença entre o melhor e o pior caso de variação de atraso de célula experimentado em uma conexão. Taxa de Perda de Células CLR – Cell Loss Ratio É a razão da soma das células perdidas sobre o total de células transmitidas. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Descritores de Tráfego Servem para descrever o tráfego que um determinado aplicativo irá transmitir na rede. Cinco descritores de tráfego foram definidos: Taxa de Pico de Células PCR – Peak Cell Rate Taxa Sustentável de Células SCR – Sustainable Cell Rate Máximo Tamanho de Surto MBS – Maximum Burst Size Taxa Mínima de Células MCR – Minimum Cell Rate Tamanho Máximo de Frame MFS – Maximum Frame Size Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Descritores de Tráfego PCR Caracteriza a taxa de pico de transmissão de um aplicativo que utiliza a rede de transporte ATM. É expressada em células/segundo . SCR Caracteriza o limite superior da taxa média de transmissão de um aplicativo que utiliza a rede de transporte ATM. É expressada em células/segundo . MBS Representa o nível de surto do tráfego de um determinado aplicativo. Especifica o número máximo de células que podem ser transmitidas por um aplicativo à taxa PCR sem que haja violação da taxa SCR negociada. É expresso em células . Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Definição de Conformidade Determina para que tipo de células ATM (se com CLP = 0 ou com CLP = 0+1) os parâmetros de QoS e os descritores de tráfego são definidos e quais são as ações que a rede pode tomar para punir o tráfego não conforme. Quando as garantias de QoS se aplicam para o tráfego agregado (CLP = 0+1), as células com CLP = 0 e com CLP =1 são tratadas da mesma forma, sem diferenciação de prioridades . Neste caso, a definição de conformidade é dita CLP transparente . Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Definição de Conformidade Uma ou mais definições de conformidade foram definidas para cada categoria de serviço ATM: CBR CBR.1 Rt-VBR e Nrt-VBR VBR.1, VBR.2 e VBR.3 ABR ABR.1 UBR UBR.1 e UBR.2 GFR GFR.1 e GFR.2 Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Definição de Conformidade Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Definição de Conformidade Especificado : Significa que o atributo é informado para a rede no momento do estabelecimento da conexão. Não se aplica : Significa que o atributo não faz parte do contrato de tráfego de uma dada categoria. De acordo : Significa que o atributo é informado para a rede no momento do estabelecimento da conexão e que a rede garante estes atributos caso a conexão seja aceita. Não considerado : Significa que o atributo não é considerado no momento da decisão de aceitação de uma nova conexão. Gerenciamento de Tráfego / Contrato de Tráfego

Controle de Admissão de Conexões Determina se uma nova conexão pode ou não ser estabelecida . Para tanto é necessário que em cada equipamento um algoritmo de controle de admissão de conexões seja consultado , de forma a verificar se os pré-requisitos de QoS desejados por esta conexão podem ser aceitos sem que a QoS das conexões já existes seja deteriorada . Tipicamente, as regras utilizadas para determinar se uma nova conexão pode ser aceita ou não diferem para cada categoria de serviço. Gerenciamento de Tráfego

Controle de Admissão de Conexões Um algoritmo de CAC eficiente deve obter o maior ganho estatístico possível, sem violar as garantias de QoS. Ganho Estatístico x Garantias de QoS Dependendo das regras utilizadas, os algoritmos de CAC podem ser: Conservativos Agressivos Gerenciamento de Tráfego

Controle de Admissão de Conexões Conservativos Alocam recursos além dos necessários, a fim de garantir que não haja nenhuma violação de QoS. Exemplo : Alocação de Taxa de Pico. Agressivos Alocam recursos iguais ou até mesmo menores do que os necessários, a fim de aumentar a eficiência do uso dos recursos da rede. Algoritmos agressivos tem por objetivo explorar o ganho estatístico que pode ser obtido devido a natureza surtuosa do tráfego. Exemplo : Alocação de Largura de Faixa Efetiva. Gerenciamento de Tráfego

Controle de Admissão de Conexões Alocação de Taxa de Pico Este algoritmo aceita uma nova conexão se a largura de faixa disponível para transmissão for suficiente para atender a taxa de pico de células descrita pelo PCR desta conexão . Alocação de Largura de Faixa Efetiva Este algoritmo aceita uma nova conexão se a largura de faixa disponível para transmissão for suficiente para atender a uma largura de faixa efetiva (e 0 ) desta conexão. Gerenciamento de Tráfego

Monitoramento de Conformidade Verifica se o tráfego submetido para a rede está de acordo com o contrato de tráfego negociado . Para isso, a rede ATM atua sobre as células não conformes por meio de uma função de policiamento de tráfego (TP – Traffic Policing ), que também é chamada de função de controle de utilização de parâmetros (UPC – Usage Parameter Control ). Gerenciamento de Tráfego

Monitoramento de Conformidade O policiamento é geralmente realizado na interface UNI , embora também possa ser realizado entre duas redes. Na prática, o policiamento de tráfego é realizado somente na entrada da rede ou logo após a um algoritmo de formatação de tráfego (TS – Traffic Shaping ). Gerenciamento de Tráfego

Monitoramento de Conformidade O policiamento de tráfego é uma função não intrusiva : Não atrasa ou modifica as características de um determinado fluxo de células, a não ser pela remoção de células não conformes e pela mudança do bit de prioridade CLP. O policiamento de tráfego é implementado através de algoritmos genéricos de controle de taxa (GCRA – Generic Cell Rate Algorithm ). Dois tipos de GCRA foram definidos: Leaky Bucket Virtual Scheduling Gerenciamento de Tráfego

Armazenamento de Células Uma rede ATM provê suporte para uma grande variedade de serviços com diferentes requisitos de QoS. Estes serviços compartilham os recursos da rede (largura de faixa, armazenamento, etc.) e tentam utilizá-los simultaneamente . Devido ao compartilhamento de recursos, pontos de congestionamento poderão aparecer na rede, causando a necessidade do uso de estruturas de filas ( Queueing Structures ) para armazenar temporariamente células ATM. Gerenciamento de Tráfego

Escalonamento Escalonadores são necessários para extrair células de estruturas de filas e transmiti-las (servi-las) apropriadamente de forma a atender os requisitos de QoS de cada conexão. Portanto, um escalonador é um mecanismo de gerenciamento de tráfego responsável pela arbitração entre filas a serem servidas e pela alocação de largura de faixa para estas filas. As filas de uma estrutura de filas podem ser divididas em vários grupos lógicos, cada um dos quais servidos por um escalonador . Gerenciamento de Tráfego

Escalonamento Um escalonador robusto protege os fluxos de tráfego de fontes ou usuários maliciosos (ou mal comportados) sem depender somente da função de policiamento. Ele também permite o uso eficiente da largura de faixa disponível sob qualquer situação de variação de carga na rede. Gerenciamento de Tráfego

Escalonamento Os algoritmos de escalonamento podem ser classificados em três tipos: Escalonamento Baseado em Prioridades Priority-based scheduling Escalonamento com Divisão Justa Fair-share scheduling Escalonamento com Regulação de Tráfego Traffic shaping Gerenciamento de Tráfego

Escalonamento Baseado em Prioridades Um escalonador baseado em prioridades aloca uma prioridade para cada fila da estrutura de filas e serve elas em ordem de prioridade. Uma fila de baixa prioridade só é servida quando não existir nenhuma célula esperando por serviço em qualquer outra fila de alta prioridade. Ou seja, células cuja fila tem prioridade alta serão servidas primeiro, mesmo que as células de uma fila de baixa prioridade tenham chegado primeiro. Gerenciamento de Tráfego / Escalonamento

Escalonamento com Divisão Justa Uma alternativa ao escalonamento baseado em prioridades é o escalonamento com divisão justa, na qual para cada fila da estrutura de filas uma porção da largura de faixa é alocada de acordo com um peso ( weigth ). Ou seja, o escalonador divide a largura de faixa disponível entre as filas baseado em um peso justo. A divisão justa é um conceito que introduz isolamento entre várias filas durante um congestionamento, minimizando assim a interação entre o tráfego de diferente filas. Gerenciamento de Tráfego / Escalonamento

Escalonamento com Divisão Justa Os escalonadores com divisão justa podem ser classificados em duas categorias: Conservativos ( work-conserving ) São aqueles que nunca deixam sobrar largura de faixa quando existe tráfego em qualquer uma das filas. Não-conservativos ( non - work-conserving ) Funcionam ao contrário dos conservativos, ou seja deixam sobrar largura de faixa mesmo que exista tráfego em qualquer uma das filas. Gerenciamento de Tráfego / Escalonamento

Escalonamento com Regulação de Tráfego O objetivo do traffic shaping é criar um fluxo de células em uma conexão que seja concordante com os seus descritores de tráfego. Gerenciamento de Tráfego / Escalonamento

Controle de Congestionamento Para evitar que a QoS das conexões da rede seja afetada pelo congestionamento das estruturas de filas, mecanismos de controle de congestionamento precisam ser implementados em cada nó da rede. Gerenciamento de Tráfego

Controle de Congestionamento Os objetivos destes mecanismos são: Maximizar a eficiência do uso dos recursos de armazenamento. Para isso é utilizado um algoritmo de gerenciamento de estrutura de filas ( BM – Buffer Management ). Distribuir os recursos de armazenamento de forma justa entre as conexões, de forma que a QoS de cada conexão seja respeitada. Prevenir que as conexões afetem a QoS uma das outras. Decidir quais células devem ser descartadas quando a ocupação da estrutura de filas ultrapassa um determinado valor. Para isso é utilizado um algoritmo de descarte seletivo de células ( SD – Selective Discard ). Gerenciamento de Tráfego / Escalonamento

Gerenciamento de Estruturas de Filas O objetivo é administrar de forma eficiente o espaço disponível em uma estrutura de filas e isolar o tráfego destinado a diferentes filas. A eficiência é conseguida através do compartilhamento do espaço físico disponível no maior número possível de filas. Alguns dos algoritmos de gerenciamento oferecem isolamento naturalmente , enquanto outros precisam ser acoplados a algoritmos de descarte seletivo de células mais inteligentes de maneira a prevenir que uma fila da estrutura utilize mais recursos do que o permitido e acabe estorvando outras filas. G. de Tráfego / Controle de Congestionamento

Gerenciamento de Estruturas de Filas Exemplos de algoritmos de BM: Particionamento Completo ( Complete Partitioning ) Divide o espaço disponível de forma fixa para cada fila de estrutura. Mesmo que uma fila esteja desocupada, seu espaço não pode ser utilizado por outras filas. Neste algoritmo, o QoS de uma fila jamais será afetado pelo tráfego em outras filas. Compartilhamento Completo ( Complete Sharing ) Todo o espaço disponível é compartilhado por todas as filas . Qualquer fila pode ocupar todo o espaço disponível. Neste algoritmo, o QoS de uma fila pode ser afetado pelo tráfego em outras filas. G. de Tráfego / Controle de Congestionamento

Gerenciamento de Estruturas de Filas Exemplos de algoritmos de BM (cont.) Compartilhamento com Alocação Mínima Reserva um espaço mínimo para cada fila da estrutura. O espaço remanescente pode ser ocupado totalmente por qualquer uma das filas. Portanto, este algoritmo prove um certo nível de isolamento entre as filas. Compartilhamento com Tamanho Máximo de Filas Cada fila da estrutura pode ocupar um espaço máximo . Quando este espaço é atingido, células serão descartadas mesmo que haja espaço disponível. Este algoritmo protege a estrutura de filas de um uso injusto do espaço disponível, porém não é eficiente pois descarta células mesmo havendo espaço livre. G. de Tráfego / Controle de Congestionamento

Gerenciamento de Estruturas de Filas Exemplos de algoritmos de BM (cont.) Compartilhamento com Alocação Mínima e Tamanho Máximo de Filas Este algoritmo é uma combinação dos dois anteriores , e portanto usufrui das suas vantagens. Particionamento com Limiares Dinâmicos Este algoritmo mantém limiares dinâmicos para cada conexão, que são calculados pelo Algoritmo de Controle de Admissão de Conexões. Se uma conexão atingiu o seu limiar, a próxima célula que chegar desta conexão irá acionar o Algoritmo de Descarte Seletivo de Células para descartar esta célula ou outra menos prioritária. G. de Tráfego / Controle de Congestionamento

Descarte Seletivo de Células Quando uma célula é recebida em um ponto de acesso a uma estrutura de filas, uma decisão precisa ser tomada: armazenar ou descartar a célula recebida. Esta decisão é baseada na combinação de um ou mais dos seguintes fatores: Prioridade da célula ( bit CLP) para serviços que diferenciam o CLP, ou prioridade da classe de serviço se o tráfego de várias classes de serviço for misturado na mesma estrutura de filas. Medidas de ocupação da estrutura de filas combinadas com limiares de aceitação em filas. Estado do descarte de frames para serviços da AAL 5. G. de Tráfego / Controle de Congestionamento

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