Upload
hoangnguyet
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Tecnologie e Protocolli per Internet 1
Prof. Stefano Salsanoe-mail: [email protected]
AA2011/12 – Blocco 6 – v1
2
Programma del corso
• Rete di accesso e rete di trasporto • Tecniche di multiplazione, PCM, PDH • SDH • Evoluzione tecnologie per reti per dati • ATM • IP su ATM • MPLS • (Trasporto voce su IP)
• Esercizi, routing IP, OSPF, OSPF-TE
3
Premessa: il mercato delle TLC
Operatori diTLC
Utenza “residenziale”o “Consumer”
Utenza “aziendale”o “Business”
4
Reti dati per le aziende
Rete di circuiti dedicatio a “livello 1”
Rete privata virtualedi “livello 2”
Rete privata virtualedi “livello 3”
Rete fisica propria
OperatoreTLC
Fibre ottiche
PDH, SDH
Frame Relay,ATM…
OperatoreTLC
IP, MPLS…
OperatoreTLC
5
Evoluzione del trasporto dati
’70 ’80 ’90 ’00
ATM Asynchronous Transfer Mode MPLS Multiprotocol L abel Switching
POS Packet Over SONET (SDH) G-MPLS Generalized MPLS
6
Velocità di Accesso
Tecnologia StandardVelocità
max.Velocità tipica
in accesso
X.25 ITU-T 64 Kb/s 64 Kb/s
FrameRelay
ITU-TFrame Relay
Forum155 Mb/s 2 Mb/s
ATMITU-T
ATM Forum622 Mb/s
155 Mb/s,34 Mb/s
7
Raccomandazione X.25
• sviluppata dal CCITT (oggi ITU-T) a metà anni ‘70• l’Architettura X25 definisce non un singolo protoco llo ma l’insieme
dei protocolli delle procedure dei livelli OSI 1, 2 e 3 all’interfaccia DTE-DCE (non impone alcun vincolo sull’architettura di rete interna)
prot. di utente
X.21/ X.21bis
LAPB
Liv. di rete
prot. di utente
X.21/ X.21bis
LAPB
Liv. di rete
DTE DCEX.25
utente rete
DTE: Data Terminal Equipment DCE: Data Communications Equipment
8
X.25: Livello 2 (Data Link)
• il livello DL (Data Link) rende disponibile allo st rato 3 una connessione logica libera da errori.
• si usa il protocollo LAPB (Link Access Procedure -Balanced)
» LAPB è un sottoinsieme dell’HDLC (High level Data L ink Control, ISO 4335) come anche LAPD (ISDN channel D) e LAPF (Frame Rela y)
• protocollo orientato al bit
9
• Include le procedure per:» la delimitazione delle trame: uso dei delimitatori (flag) e del
riempimento/svuotamento di bit» la rivelazione di errore: uso di codici polinomiali con un polinomio
generatore di 16°grado (campo FCS)» il recupero in caso di errore: uso del metodo a fin estra variabile
con riemissione cumulativa (non selettiva)» il controllo di flusso: uso delle trame supervisive RR e RNR
X.25: Livello 2 (Data Link)
10
• Opera nell’ambito di un servizio con connessione• La connessione è chiamata circuito virtuale• Prevede i casi di connessione
» commutata (servizio di chiamata virtuale, Virtual C all-VC)» semi-permanente (servizio di circuito virtuale perm anente, Permanent Virtual
CIrcuit, PVC)
Protocollo X.25 di livello 3
11
X.25: limitazioni
• procedure “pesanti” nei nodi di rete, con conseguen ti...
» sovraccarico elaborativo
» alti ritardi di attraversamento
» bassi throughput
» quindi non adatto a traffico real-time
• in particolare: recupero di errore per ogni tratta
» oggi con canali trasmissivi affidabili (F.O.) non è più necessario
» Frame Relay e ATM relegano tale funzione ai bordi d ella rete
12
Frame Relay
• Tecnica di trasferimento orientata al pacchetto (ba sata su tecniche di multiplazione di pacchetti di lunghezza variabil e)
• E’ stato definito per l’accesso (UNI), ma può esser e impiegato nelle sezioni interne della rete (NNI) o fra reti di oper atori diversi
• Mantiene i vantaggi dell’X.25 semplificando i proto colli, diminuendo i ritardi, aumentando il throughput
13
Frame Relay
• La logica su cui si basa il FR è quella di trasferi re le informazioni con minori elaborazioni e funzionalità nei nodi
» Assenza di controllo di flusso, di indirizzamento c ompleto e di correzione di errori in rete
» Impiego di connessioni virtuali» Possibilità di connessioni punto-multipunto
• Il risultato è:» Throughput molto più elevati e ritardi minori dell’ X.25 (condizionati alla
qualità dei portanti trasmissivi)» Efficiente condivisione di banda (Gestione di traff ico busrty )» Garanzia di banda in accesso» Multiplazione a livello 2 OSI e trasparenza verso i livelli superiori
» Assenza di elaborazione a livello 3 OSI
14
• Motivazioni tecnologiche » progressivo aumento delle capacità dell’hardware VL SI (aumento della velocità dei
processori, delle memorie» disponibilità a basso costo di terminali di utente intelligenti» mezzi trasmissivi ad alta velocità e basso tasso di errore (F.O.)
» sviluppo di applicazioni ad alta velocità
• Funzionalità nodali semplificate rispetto a X.25• Minore tempo di processamento →→→→ minori ritardi →→→→ maggiore
throughput » →→→→ possibilità di supportare flussi real-time (es. voc e) mediante procedure di
equalizzazione (play-out buffer)
• È stato definito per l’accesso (UNI), ma può essere impiegato nelle sezioni interne della rete (NNI) o tra reti di oper atori diversi
Frame Relay
15
• Il Frame Relay gode di uno stato di standardizzazio ne molto solido e ben recepito dalle diverse manifatturiere nei suoi aspe tti principali
• L’architettura del protocollo prevede tre piani ope rativi separati (in X.25 non vi era tale separazione). La separazione dei piani di controllo, gestione e utente permette maggiore flessibilità per la definizione d i nuovi servizi
» Control Plane (C-Plane)
» User Plane (U-Plane)» Management Plane (M-Plane)
• C-Plane» responsabile dell’instaurazione, mantenimento e ril ascio delle connessioni logiche
commutate
• U-Plane» responsabile del trasferimento dati tra utenti
• M-Plane» responsabile della gestione dell’interfaccia utente -rete
Architettura protocollare
16
FRAME RELAY
Implementateesclusivamentedall'interfaccia
Implementatedall'interfaccia
e dalla rete
Implementatedall'interfaccia
e dalla rete
X.25
X.25 liv.3
LAPB
LIVELLO FISICO
LIVELLO FISICO
Q.922 CORE
Q.922 UPPER
LAP
F
Confronto Frame Relay-X.25
17
• Delimitazione, allineamento, trasparenza delle tram e informative
• Multiplazione/demultiplazione con l’impiego del cam po indirizzi
• Verifica di validità della trama (ed eventuale scar to) per rilevare errori in trasmissione
• Controllo di congestione
• NO procedure recupero !!
Funzioni Q.922 core
18
Programma del corso
• Rete di accesso e rete di trasporto • Tecniche di multiplazione, PCM, PDH • SDH • Evoluzione tecnologie per reti per dati • ATM • IP su ATM • MPLS • (Trasporto voce su IP)
• Esercizi, routing IP, OSPF, OSPF-TE
Mi risulta difficile riconoscere tutti i contributi che ho utilizzato nel preparare il materiale per questa parte del corso… scusandomi quindi per le omissioni, ringrazio Marco Listanti, Fabio Ricciato, Silvano Gai, Davide Bergamasco, Giampaolo Balboni, Giorgio Valent, Italo Tobia, Luca Veltri
19
Nelle slide successive discutiamo le motivazioni che hanno portato negli anni 80 a definire il concetto di B-ISDN (broadband ISDN) come evoluzione della ISDN.
La B-ISDN (che in realtà non è stata realizzata nella sua completezza) prevedeva una interfaccia verso l’utente per offrire servizi multimediali (audio, video, dati) in modo “standardizzato” e prevedeva un modo di trasferimento a pacchetto detto ATM.
La tecnologia ATM in sé è stata definita, realizzata e implementata indipendentemente dalla B-ISDN e rappresenta il “passo successivo” nell’evoluzione delle tecnologie per il trasferimento dei dati dopo il Frame Relay.
20
ISDN – Integrated Services Digital Network
• Il digitale sino a casa dell’utente: Dati + Fonia + Videotelefonia + FAX G4
• Anche il terminale d’utente diventa digitale• Connettività numerica da estremo a estremo (end-to-end)
• Accesso unico per diversi servizi
• Fornitura di servizi di trasporto n x 64 Kb/s , fino a 2 Mb/s• Standardizzazione di un numero limitato di interfaccie
• Profilo di accesso:» 2B + D o accesso base
» 2 canali full duplex a 64 kbps ciascuno» 1 canale segnalazione+dati a pacchetto a 16 kbps» totale 144 kbps sino a casa dell’utente
» 30B + D o accesso primario» 30 canali full duplex a 64 kbps» 1 canale segnalazione a 64 kbps» totale 2 Mbps sino a casa dell’utente
21
Evoluzione verso la B-ISDN
• Si è tentato di far evolvere la ISDN (detta anche N -ISDN, cioè Narrowband-ISDN) verso la B-ISDN
» Broadband ISDN» Fornire servizi ISDN a banda larga
• I concetti su cui si sarebbe basata la B-ISDN sono:» Impiego prevalente di portanti in Fibra Ottica» Trasmissione sincrona SONET/SDH» Modo di trasferimento ATM
22
La B-ISDN
• Fornitura di servizi a larga banda: connessione in area di distribuzione con fibra ottica (in ISDN connession e mediante cavi in rame)
• Flessibilità nella assegnazione della banda alla si ngola connessione (=in ISDN canali predefiniti B, D )
• Integrazione delle risorse di rete = un sola rete = un solo modo di trasferimento nell’interno della rete:
Asynchronous Transfer Mode ATM
23
Le definizioni
• Broadband
» Un servizio o un sistema che richiede una velocità trasmissiva
superiore a quella dell’accesso primario ISDN
• B-ISDN
» Utilizzato per enfatizzare la caratteristica Broadb and dell’ISDN
• ATM (Asynchronous Transfer Mode)
» La tecnica di trasporto (e/o accesso) per la realiz zazione della B-ISDN
24
(negli anni 80…) Le motivazioni
• La domanda crescente di servizi a larga banda
• La disponibilità di tecnologie ad alta velocità per
trasmissione, commutazione e signal processing
• La crescente capacità di processare dati ed immagin i da
parte dell’utente
• La possibilità di integrare servizi interattivi e di distribuzione
• La necessità (del gestore) di integrare i vantaggi della
commutazione di circuito e di pacchetto
25
(negli anni 80…) I servizi considerati come requisito
• Servizi Interattivi
» Servizi di conversazione
» Servizi di messaggeria
» Servizi di retrieval
• Servizi di distribuzione
» Senza controllo di presentazione
» Con controllo di presentazione
Videotelefonia BroadbandVideoconferenza BroadbandSuono ad alta qualità
Posta Elettronica
Retrieval di filmati (VoD)
Broadcast TV, HDTVPay TV
26
• La fibra ottica esiste prevalentemente nella rete d i giunzione e nel tratto primario della rete di distribuzione
» Soluzioni:» Portare la fibra a casa dell’utente (Fiber to the H ome)» Portare la fibra vicino all’utente (Fiber to the Cu rb)» Usare gli attuali cavi di rame (doppino telefonico e coassiale del CATV)» Utilizzare accessi radio
• Occorre una tecnologia di commutazione in grado di gestire in maniera flessibile flussi ad alta capacità
» Soluzione» ATM: Asynchronous Transfer Mode
(negli anni 80…) I due aspetti della B-ISDN
27
Attualmente ...
• Il successo della tecnologia IP (Internet Protocol) ha portato ad una evoluzione diversa rispetto a quanto previst io per la B-ISDN
• ATM è stato usato come tecnologia di trasporto: nel “backbone” della rete, su ADSL, nella sezione di a ccesso delle reti cellulari di terza generazione (UMTS)… a nche se sta via via perdendo importanza rispetto a soluzioni “f ull IP”
28
• Architettura dell’ATM» Requisiti, cenni “storici”, modo di trasferimento» Protocol reference Model » Lo strato fisico» Lo strato ATM» Lo strato AAL
• Classi di servizio e qualità di servizio
Dove siamo ?
29
La tecnica ATM: requisiti
• Alta velocità (centinaio di Mb/s)
• Allocazione di banda dinamica
• Granularità fine nell’assegnazione della banda
• Supporto anche di traffico di tipo "bursty"
• Adattabilità sia ad applicazioni sensibili al ritar do che alla perdita
• Possibilità di connessioni multipunto e broadcast
30
La tecnica ATM: caratteristiche
• ATM è una tecnica efficiente di multiplazione e commutazione, basata su di un principio di commutazion e veloce di pacchetto
• Essa utilizza unità informative di lunghezza fissa ( 48 byte di dati e 5 byte di intestazione o header), denomina te celle ATM
• La caratteristica principale della tecnica ATM risi ede nella sua flessibilità nel meccanismo di allocazione della banda, mediante la multiplazione asincrona di differenti fl ussi informativi (celle)
31
La tecnica ATM
Cella ATM
HEADER (5 BYTE)
PAYLOAD (48 BYTE)
32
Il formato della cella ATM UNI-NNI
GFC/VPI * VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
User Data
(48 bytes)
1
2
3
4
5
6
53
.
.
� GFC: Generic Flow Control ���� VPI: Virtual Path Identifier� VCI: Virtual Channel Identifier ���� PT: Payload Type� CLP: Cell Loss Priority ���� HEC: Header Error Check
HEADER
PAYLOAD
8 5 4 1
* GFC in UNI - VPI in NNI
33
1983: esperimenti CNET ed AT&T
1987: CCITT sceglie ATM come base per reti B-ISDN
1990: definizione formato cellaprimo switch commerciale (Fujitsu)
1991: formazione dell’ATM Forum (Novembre)
1993: reti pubbliche ATM negli USA
1994: reti pubbliche ATM in Europa
1996: apertura del servizio commerciale in Europa ( Atmosfera in Italia)
ATM: arco temporale
34
Organismi di standardizzazione per ATM
• ITU-T» International Telecommunications Union - Telecommuni cation
standardization sector
• ETSI» European Telecommunications Standards Institute
• ANSI» American National Standards Institute
• ATM Forum
35
ITU - T
• Nato nel 1947 dalla trasformazione dell’ Union Télégraphique (1856)
• è un’agenzia specializzata dell’ONU
• ≅≅≅≅ 170 membri (ne può far parte ogni Stato membro ONU)
• fino al 1993, all’interno dell’ ITU l’attività di s tandardizzazione era svolta dal CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique ) affiancato dal CCIR (Comité Consulta tif International de Radiocommunications).
• Dal 1993, a seguito della riorganizzazione, è stato suddiviso in ITU-T, ITU-R (Radiocommunications st. s..) e ITU-D (Develo pment st. s.)
• Produce “Raccomandazioni” a livello mondiale
• fino al 1988 approvava Raccomandazioni ogni 4 anni (‘76, ‘80, ‘84,’88) previa approvazione dell’assemblea plenaria. Oggi l a procedura è più veloce
36
ATM Forum
• ATM Forum e’ un consorzio industriale senza fini di lucro con lo scopo di concordare specifiche realizzative (Implementation Agreement) per consentire l’interoperabilita’ tra apparati ATM, e che assumon o il ruolo di standard de facto .
• Fondato nel 1991 da quattro aziende (Adaptive, Cisc o, Northern Telecom, Sprint), il Forum conta attualmente piu’ di 800 membri, di cui un terzo Principal Members (altri sono Auditing e User Members)
• Oltre all’attività tecnica comprende dei comitati d i studio del mercato (Market Awareness Committees, MAC)
» North America MAC, European MAC, Asia Pacific MAC
• Comprende i seguenti Gruppi di Lavoro: UNI User to Network InterfaceB-ICI Broadband Inter Carrier InterfaceLANE LAN Emulation
NM Network ManagementPHY PHYsical Layer
P-NNI Private- Network Node InterfaceMPOA Multi-Protocol Over AtmSA&A Service Aspects and ApplicationsVTOA Voice Telephony Over Atm
SIG SignallingTEST TestingTM Traffic ManagementRBB Residential BroadBandSEC Security
WATM Wireless ATM
37
time
time
time
time
MU
X
Trama
= Unità di sincronizzazione di trama
time
time
time
MU
X
time
�Multiplazione Sincrona
�Multiplazione Asincronaburst
Richiami: Multiplazione Sincrona-Asincrona
38
• Flussi informativi sul multiplo strutturati in trame• Identificazione implicita basata sulla posizione del le Unità
Informative (UI) sulla trama (senza etichetta)• Delimitazione implicita delle UI (slotted time)• Allocazione di banda statica• Tempi di attraversamento del multiplatore minori del
periodo di trama e costanti • Esempio: PCM
» trame di 32 canali (1 ottetto per slot)» di cui due impiegati per il sincronismo (n. 1) e un o per la segnalazione (n.
16) » 30 canali di utente» Ttrama = 125 µµµµs
Multiplazione sincrona
39
• È basato sull’identificazione con etichetta e prevede dueopzioni rispetto alla suddivisione del flusso
» slotted timedelimitazione esplicita/implicita delle UI
» unslotted timedelimitazione esplicita delle UI
Prestazioni ottenute:
allocazione di banda dinamica
tempi di attraversamento variabili (accodamento deimessaggi in uscita dal multiplatore)
perdita
Etichetta Dati
E dati E dati E dati E dati E dati E dati
E dati E dati E dati FF F F F F
Multiplazione asincrona
40
• Il ritardo di attraversamento della rete diminuisce in valore assoluto e variabilità diminuendo il carico elabora tivo nei nodi di commutazione
• Migrazione delle funzioni complesse verso la perife ria della rete
FLESSIBILITA’
Circuito
Pacchetto
Trattamento differenziato dei flussi informativi
EFFICIENZA
BASSORITARDO
ALTAINTEGRITA’
Modi di Trasferimento
41
Quale modo di trasferimento per B-ISDN ?
M.T. a circuito(es. PCM)
M.T. a pacchetto connectionless (es. IP)
M.T. a pacchetto connection-oriented
Ass. della banda
statica e rigida
Ass. della banda
dinamica e flessibile
Possibilità di pre-assegnazione di risorse: SI Solo ass. a domanda
Onere di processamento per ogni Unità Informativa:
AltoMedioBasso
ATM
(es. X.25, Frame Relay)
42
Asynchronous Transfer Mode
Quindi ATM è un M.T. a pacchetto orientato alla con nessione.Sua caratteristica principale è inoltre...
• Unità Informative di Lunghezza e Formato fissi: CELLEper rendere più semplice il processamento e la commuta zione
• Questo comporta un minore carico di processamento nei nodi
Etichetta Carico informativo
53 bytes
5 bytes 48 bytes
Header Payload
43
Asynchronous Transfer Mode
• Le celle di dimensione FISSA semplificano l’architet tura del nodo e riducono il processamento necessario nel nodo
• Le celle di dimensione PICCOLA migliorano le prestazi oni in termini di ritardo di attraversamento del nodo
44
Coda M/M/1: numero medio di utenti
• Valutiamo il numero medio di utenti nel sistema:
( ) ( )
( ) ( )
ρρ
ρρρρρ
ρρπ
−=
=−
−=−=
=−==
∑
∑∑∞
=
∞
=
∞
=
1
11)1(
1
02
00
k
k
k
k
kk
k
kkNE
45
Coda M/M/1: tempo di coda
• Valutiamo il tempo medio di coda (attesa + servizio ) utilizzando la legge di Little:
( ) ( )( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
λµ
ρρµρλρ
λ
λ
−=
−=
−=
−==
=
11
1
1
11
1 sTENE
TE
TENE
46
E(T) in funzione del carico
( )ρµ −
=1
11TE
0
5
10
15
20
25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Carico
E(T
) /
E(T
s)
47
Multiplazione ATM
• Multiplazione = condivisione della risorsa trasmiss iva da parte di flussiinformativi diversi.
• M. ATM è a divisione di tempo (TDM) e ASINCRONA = c elle appartenentiad una particolare connessione non sono associate a istanti predefiniti di Tx
• Ciascun flusso multiplato è individuato per mezzo d i un IDENTIFICATIVODI CONNESSIONE VIRTUALE (VPI/VCI) nell’header delle celle
• NON vi sono vincoli di granularità nell’assegnazion e della banda per lasingola connessione
• NON vi sono vincoli al numero di flussi multiplati
48
s
m m
r
p
Commutazione ATM
a b a
d
ef h
• Commutazione (switching) ATM:
cambiamento di link trasmissivo + cambiamento di e tichetta(Multiplex Switching) (Label switching)
• NB: l’etichetta ha una valenza locale, cioè tra le entità agli estremi della tratta
• Funzioni:
» memorizzazione della cella in un buffer» trasferimento fisico dalla terminazione di ingresso a quella di uscita
» aggiornamento dell’etichetta
49
Circuito virtuale
IN OUT
2-12 4-52-13 1-442-14 1-98
... ...
... ...
IN OUT
1-3 2-111-4 4-111-5 3-56... ...
... ...
IN OUT
3-55 2-783-56 1-63-57 5-13
... ...
... ...
IN OUT
2-4 4-932-5 3-102-6 5-17... ...
... ...
IN OUT
1-25 4-431-26 4-121-27 3-43
... ...
... ...
421
2
3 4
1
23
41
32
1
543
21
3
123
45
6
12 5 56
26
17
6
Link_ID - VC_ID
VC_ID
50
Circuito virtuale
2
1
3
1
4
5
6
26
17
51
T
C
Elementi di una rete ATM
Nodo di commutazione
Nodo Terminale
UNI User Network Interface
NNI Network Node Interface
UNI
UNI
UNI UNI
UNI
UNI
UNIUNI
NNI
NNI
NNI
NNI
NNI
NNI
NNI
T
T
T T
T
T
T
T
T
C C
CC
C
52
Formato cella all'interfaccia utente-rete
Struttura e formato della cella
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
User Data
(48 ottetti)
1
2
3
4
5
6
53
.
.
Header
Formato cella all'interfaccia nodo-rete
VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
User Data
(48 ottetti)
• GFC: Generic Flow Control• VCI: Virtual Channel Identifier• VPI: Virtual Path Identifier
• PT: Payload Type• CLP: Cell Loss Priority• HEC: Header Error Check
53
• Nei nodi sono eseguite solo le funzioni essenziali (commutazione e multiplazione) a livello ATM (1-2 della pila OSI)
• Le funzionalità residue, specifiche per i diversi t ipi di servizio, sono svolte agli estremi
PHY PHY PHY
ATM ATM (Core)
Edge
PHY
ATM
EdgeControllo di errore (solo per alcuni servizi e su r ichiesta)
TerminaleUtente
Nodo di Commutazione ATM
TerminaleUtente
Protocolli dilivello
superiore
Protocolli dilivello
superiore
Principio del Core and Edge
54
Principio del Core and Edge
• Obiettivo: Spostare la complessità funzionale verso i bordi de lla rete
• Perché:» ai bordi il carico è minore» mezzi fisici affidabili (fibre ottiche) rendono sup erfluo il controllo di errore
su tutta la cella in rete» considerazioni di guadagno statistico rendono possi bile l’ottenimento di
accettabile QoS con una gestione del traffico per a ggregati
55
• Architettura dell’ATM» Requisiti, cenni “storici”, modo di trasferimento» Protocol reference Model » Lo strato fisico» Lo strato ATM» Lo strato AAL
• Classi di servizio e qualità di servizio
Dove siamo ?
56
ATM Adaptation Layer
ATM Layer
Physical Layer
Higher Layer Protocols
Control Plane User Plane
Higher Layer Protocols
Plane M
anagement
LayerM
anagement
Management Plane
Protocol Reference Model
57
Protocol Reference Model
• User plane» comprende le funzioni orientate al trasferimento de lle informazioni
d’utente
• Control Plane» comprende le funzioni di controllo di chiamata (cal l control) e di
connessione (connection control)
• Management Plane» Plane Management: comprende le funzioni di gestione relative ad un
sistema e quelle di coordinamento tra i piani
» Layer Management: comprende le funzioni di gestione relative alle risorse e ai parametri propri delle varie entità pr esenti in ogni strato
58
Protocol Reference Model
• Strato Fisico (PHYSICAL Layer)» funzioni relative all’adattamento del flusso inform ativo alle
caratteristiche del mezzo trasmissivo e alla trasmi ssione dei bit informativi
• Strato ATM (ATM layer)» funzioni comuni a tutti i tipi di informazioni
» funzioni riguardanti il trattamento dell'intestazio ne delle celle
• Strato di Adattamento (ADAPTATION Layer)» funzioni dipendenti dal particolare tipo di informa zione da trasferire e
riguardanti l’adattamento tra sezioni di rete ATM e non-ATM
» funzioni riguardanti il trattamento del campo infom ativo delle celle
59
Convergenza
Segmentazione e Ricostruzione
Generic Flow Control
Generazione dell'intestazione delle celle
Traslazione VPI/VCI
Multiplazione/Demultiplazione
Adattamento del tasso di generazione delle celle
Generazione e verifica del campo di controllo d'err ore
Delimitazione delle celle
Inserimento delle celle nella trama in trasmissione
Generazione delle trame
Temporizzazione
Adattamento al mezzo trasmissivo
CS
SAR
ATM AdaptationLayer - AAL
ATM Layer
TrasmissionConvergence
TC
Physical MediumPM
PhysicalLayer
Funzioni di strato
60
• Architettura dell’ATM» Requisiti, cenni “storici”, modo di trasferimento» Protocol reference Model » Lo strato fisico» Lo strato ATM» Lo strato AAL
• Classi di servizio e qualità di servizio
Dove siamo ?
61
Transmission Convergence (TC) sublayer
Physical Medium (PM) sublayer
Physicallayer
ATM layer
Physical medium
Funzioni di Strato Fisico
• Lo strato fisico e’ composto da due sotto-strati» Physical Medium sublayer (PM)» Transmission Convergence sublayer (TC)
62
Funzioni di Strato Fisico
• Le funzioni del sottostrato TC sono» Generazione delle trame in trasmissione
» Inserzione delle celle nella struttura di trama
» Delimitazione delle celle per rendere possibile la loro individuazione
» Generazione e verifica della sequenza di controllo d'errore delle informazioni di comprese nell’intestazione de lle celle
» Adattamento del tasso di generazione delle celle al la capacità del sistema di trasmissione (inserimento di celle v uote)
Il sottostrato TC sta nello “strato fisico” ma svol ge funzionalità tipicamente assegnate al “livello 2”
63
• Architettura dell’ATM» Dalla N-ISDN alla (mai realizzata) B-ISDN» ATM: requisiti, cenni “storici”, modo di trasferime nto» Protocol reference Model » Lo strato fisico» Lo strato ATM» Lo strato AAL
• Classi di servizio e qualità di servizio
Dove siamo ?
64
ATM Layer
PHY Layer
ATM Layer
PHY Layer
Physical Medium
Upper Layer Upper LayerATM SDU
ATM SDUATM Layer
PHY Layer
Physical Medium
ATM cell
ATM Layer
• Il livello ATM svolge una funzione di trasferimento trasparente, ordinato e non garantito di ATM-SDU tra entita’ di livello superiore (AAL).
• Tale trasferimento avviene attraverso connessioni s tabilite in precedenza ed in conformità ad un traffic contract .
65
ATM Layer: Funzioni
• Per quanto riguarda la funzione di multiplazione, è possibile multiplare celle appartenenti a connessioni di dive rse “classi di servizio”, cioè con QoS differenti.
Esempi di classi di servizio supportate:» Unspecified QoS: Available Bit Rate (ABR), Unspecif ied Bit Rate (UBR);» Specified QoS: almeno la Classe 1, Constant Bit Rat e (CBR).
66
Significato dei campi dell’Header
• GFC: utilizzato per il controllo del flusso alla UNI. Sono definiti due modi di funzionamento:
» Uncontrolled Access: GFC = 0000;» Controlled Access: da definire.
• VPI/VCI: identificatore della connessione virtuale o etich etta della cella
• PT: descrive i contenuti del payload:» dati utente;» informazioni di management della rete;
• CLP: specifica il grado di importanza dei dati traspor tati dalla cella; puo’ essere variato dagli switch.
• HEC: usato dal livello fisico per rilevare/correggere errori nello header. Viene usato anche per la cell delineation.
67
Payload Type (PT)
• Campo di 3-bit• Il primo bit distingue tra:
» Celle di utente: bit 1 = “0”» Celle di gestione (OAM) o resource management (RM): bit 1 = “1”
• Per le celle di utente il secondo bit, chiamato Cong estion Indication (CI) bit, indica se si è verificata una situazione di congestione. Questo bit può essere modificato da ogni nodo di re te. Viene usato dal servizio “Available Bit Rate” (ABR)
• Per le celle di utente il terzo bit, chiamato ATM-u ser-to-ATM-user (AAU), puo essere usato dall’utente dell’ATM (il li vello AAL)
» il protocollo AAL5 lo usa per indicare l’ultima cel la di una SAR-PDU
• Il codice 110 indica le celle RM (Resources Managem ent), usate nel servizio ABR
68
Cell Loss Priority (CLP)
• Campo ampio un 1 bit• Indica la priorità della cella:
» 0 = Alta Priorità, la cella non deve essere scartat a» 1 = Bassa Priorità, la cella può essere scartata in caso di congestione
• Il CLP può essere settato ad 1 dalla rete ATM (per indicare una violazione del profilo di traffico contrattualmente ammesso)
• Il CLP può essere settato ad 1 dal terminale di tra smissione (per indicare una porzione dei dati con priorità più bas sa) ad esempio in un servizio VBR la garanzia di qualità fornita d alla rete si potrebbe applicare solo alle celle con CLP=0
• In Frame Relay esiste una funzione simile, realizza ta dal bit DE -Discard Eligibility.
69
Connessioni commutate• attivate automaticamente mediante la segnalazione ( Control Plane)• molto variabili nel tempo• in genere associate al livello VC• commutatore ATM = ATM switch
Connessioni permutate (semi-permanenti)• configurate dal gestore attraverso le funzioni di g estione
(Management Plane)• poco o per nulla variabili nel tempo• in genere associate al livello VP• permutatore ATM = ATM cross-connect
Connessioni commutate e permutate
70
• Architettura dell’ATM» Dalla N-ISDN alla (mai realizzata) B-ISDN» ATM: requisiti, cenni “storici”, modo di trasferime nto» Protocol reference Model » Lo strato fisico» Lo strato ATM» Lo strato AAL
• Classi di servizio e qualità di servizio
Dove siamo ?
71
Funzioni dello strato di adattamento
• Lo strato di adattamento (AAL) ha lo scopo di adatt are il servizio offerto dallo strato ATM alle caratteristiche specifiche de lle applicazioni e consente (se necessario) di realizzare le funzional ità
» gestione degli errori di trasmissione» segmentazione e ricostruzione» gestione di eventi di perdita e/o duplicazione » controlo di flusso e di temporizzazione
• Lo strato di adattamento è suddiviso in due sottost rati:» Segmenting and Reassembly sublayer (SAR)» Convergence Sublayer (CS)
• Il sottostrato SAR esegue» lato trasmissione: la segmentazione delle unità di dati offerte dagli strati
superiori in parti compatibili con il formato della cella» lato ricezione: la ricostruzione dell’unità di dati originale
• Il sottostrato CS dipende dal particolare tipo di s ervizio e definisce i servizi offerti agli strati superiori
72
STRATO AAL
• Per rendere limitato il numero di protocolli di str ato AAL, i servizi sono classificati in base a:
» relazione temporale tra sorgente e destinazione (se rvizi isocroni e non isocroni);
» caratteristiche di emissione della sorgente (CBR o VBR);» servizio di trasferimento (orientato alla connessio ne o senza
connessione)
• Le classi di protocolli di AAL sono quattro» Classe A» Classe B» Classe C» Classe D
73
STRATO AAL
• CLASSE A» fornisce un servizio di trasporto del tipo ad emula zione della
commutazione di circuito ed è adatta per servizi is ocroni e CBR
• CLASSE B» servizi VBR sia video che audio
• CLASSE C» servizi dati orientati alla connessione
• CLASSE D» servizi dati senza connessione
74
AAL Protocol
Connectionmode
Bit rate
Timingrelation
Type 1 Type 2 Type 3/4 o 5 Type 3/4 o 5
Orientati alla connessioneSenza
connessione
CBR VBR
Servizi Isocroni Servizi Non Isocroni
Classe A Classe B Classe C Classe D
STRATO AAL
75
I protocolli di strato AAL
Questi protocolli sono stati effettivamente specifi cati ed implementati:
• AAL 1» emulazione della commutazione di circuito
» servizi isocroni e CBR (es flusso E1 PDH) su ATM
• AAL 2» servizi a VBR real time
» trasporto di flussi vocali nelle reti UMTS
• AAL 5» servizi dati
» IP su ATM
76
AAL 5
• Inizialmente si era definito un livello AAL molto c omplesso per il trasferimento di applicazioni dati, detto AA L 3/4
• AAL5 viene introdotto come semplificazione• L’AAL 5 non supporta la funzione di multiplazione c he era
prevista in AAL 3/4
77
SAR-PDU payload
48 byte
AAL 5
• Formato della SAR-PDU dell’AAL 5» tutti i 48 byte sono utilizzati per il trasferiment o di bit relativi alla
CPCS-PDU» il sottostrato SAR non introduce overhead» la funzione di riconoscimento della fine di una CPC S-PDU è
demandata al bit AAU del campo PT (Payload Type) de llo strato ATM» AUU=1 ultima cella della CPCS-PDU» AUU=0 prima cella o cella intermedia
78
UU Length CRCCPCS-PDU payload
CPCS-PDU trailer
CPCS-PDU
CPIPAD
0-47ottetti
8 bit 16 bit8 bit 32 bit
AAL 5 CS
• Formato della CPCS-PDU
79
AAL 5 CS
• UU : CPCS user to user information (8 bit)» trasporta trasparentemente informazioni d’utente
• CPI : common part indicator (8 bit)» è usato per interpretare i rimanenti campi della CP CS-PDU
• Length (16 bit)» lunghezza del payload della CPCS-PDU
• CRC : cyclic redundancy check (32 bit)• PAD
» impone che la lunghezza della CPCS-PDU sia un multi plo di 48 ottetti
80
• Architettura dell’ATM» Dalla N-ISDN alla (mai realizzata) B-ISDN» ATM: requisiti, cenni “storici”, modo di trasferime nto» Protocol reference Model » Lo strato fisico» Lo strato ATM» Lo strato AAL
• Classi di servizio e qualità di servizio
Dove siamo ?
81
Servizi di trasporto a livello ATM
Nella fase di set-up, il servizio di trasporto relativo alla connessione viene contrattato sulla base di un “Contratto di Traffico”(Traffic Contract) composto dalle indicazioni circa:
• La categorie di servizio (ATM Transfer Capability,ATC, in ITU - ATM Service Class in ATM Froum)
» la tipologia di servizio richiesta
• Descrittore di traffico della connessione (Traffic Descriptor)» Descrittore di traffico della sorgente (=parametri di emissione)» Tolleranze (di solito non contrattate)» Definizione di conformità (quale algoritmo è utilizzato per verificare la conformità del
traffico effettivo ai parametri dichiarati
• I requisiti di Qualità del Servizio (QoS)
82
Gestione del traffico
• Il problema della gestione del traffico è molto importantenelle reti ATM in quanto:
» il traffico trasportato può essere di natura eterogenea (au dio, video,dati, ecc.)
» l’utente può richiedere alla rete servizi di trasporto a qua lità (QoS)garantita e servizi di tipo best-effort
• Obiettivi» garantire all’utenza la QoS concordata» ottimizzare l’utilizzo delle risorse di rete (banda, buffe r, ecc.)» minimizzare la complessità degli apparati d’utente
83
Gestione del traffico
• Nella fase di set-up della connessione l’utente stipula con la reteun contratto di traffico ( Traffic Contract ) costituito da:
» Traffic Descriptor : insieme di parametri che definiscono lecaratteristiche del traffico che sarà generato dalla sorge nte
» Requested QoS : insieme di parametri che definiscono le prestazioniche ci si attende siano garantite dalla rete
» Conformance Definition : definizione della regola da utilizzare perstabilire quali celle siano conformi al Traffic Contract. A TM Forumraccomanda l’algoritmo GCRA (Generic Cell Rate Algorithm)
• Le risorse di rete vengono allocate in modo da realizzare leprestazioni richieste fintanto che il traffico generato è c onformeal Traffic Contract
84
Parametri di traffico
• I parametri di traffico attualmente definiti nella specifi caUNI 4.0 sono i seguenti:
» Peak Cell Rate (PCR): banda di picco (in celle/s)
» Cell Delay Variation Tollerance (CDVT): variazione tollerata rispetto al tempo minimo di interarrivo previsto considerando 1/PCR
» Sustainable Cell Rate (SCR): banda media (in celle/s)» Maximum Burst Size (MBS): lunghezza massima di un burst trasmesso
con un cell-rate superiore a SCR» Minimum Cell Rate (MCR): banda minima (in celle/s) che la rete deve
garantire per tutta la durata della connessione
85
Descrittori di traffico
• PCR: Peak Cell Rate = 1/TPCR
• SCR: Sustainable Cell Rate = 1/TSCR
• MBS: Maximum Burst Size
Descrittore di traffico della connessione
Descrittore di traffico della sorgente
+Tolleranze=
• CDVT: Cell Delay Variation Tolerance
time
time
TPCR MBS
TSCR
+ Conformance definition
86
Parametri di QoS
• I parametri di QoS attualmente definiti nella specifica UNI4.0 sono i seguenti:
» peak-to-peak Cell Delay Variation (peak-to-peak CDV): massimavariazione tollerata per il tempo di trasferimento delle ce lle
» Maximum Cell Transfer Delay (max CTD): massimo tempo ditrasferimento tollerato per le celle trasmesse sulla conne ssione
» Cell Loss Ratio (CLR): massimo tasso di perdita tollerato sullaconnessione
87
Parametri di QoS
• MaxCTD: Maximum Cell Transfer Delay• Peak-to-peak CDV: Cell Delay Variation• CLR: Cell Loss Ratio• CER: Cell Error Ratio (Non Negoziabile)
�ATM Forum - Traffic Management Specification 4.1
α = 10-8
88
Cell Delay Variation
Network
Buffer diequalizzazione
A B C
A
B
C
89
QoS: approccio ATM Forum
• ATM Forum lascia libertà ai gestori di rete di definire le classi di QoS offerte
• L’utente richiede specifici valori di MaxCDT, CDV e CLR
• Sulla base di tali valori il gestore decide la classe di QoS che può supportare la QoS richiesta
90
Classi di servizio
• Nella fase di set-up della connessione l’utente puòspecificare i parametri di traffico e di QoS rispettando ivincoli imposti dalle classi di servizio previste dal gesto redella rete
• Le classi di servizio attualmente definite per ATM (specifi caATM Forum UNI 4.0) sono:
» Constant Bit Rate (CBR)» real time Variable Bit Rate (rt-VBR)» non real time Variable Bit Rate (nrt-VBR)» Unspecified Bit Rate (UBR)» Available Bit Rate (ABR)
91
Classi di servizio
Attributo Classe di servizio a livello ATM
CBR rt-VBR nrt-VBR UBR ABR
Parametri di traffico:
PCR e CDVT SI SI SI
SCR e MBS - SI -
MCR - - SI
Parametri di QoS:
peak-to-peak CDV SI NO
max CTD SI NO
CLR SI NO
Altri attributi:
Feedback NO SI
SI
92
Classi di servizio: CBR
• Una connessione con classe di servizio CBR mette adisposizione una banda garantita (definita dal parametroPCR) per tutto il suo tempo di vita
• È adatta al trasferimento affidabile di traffico real-time inquanto la rete offre prestazioni garantite in termini di CDV ,max CTD e CLR
• Applicazioni:» trasmissione di traffico a bit-rate costante pari al PCR (es . circuit
emulation)» trasmissione di traffico a bit-rate variabile con banda di p icco
inferiore a quella allocata (sfruttamento non ottimale del le risorse)
93
Classi di servizio: rt-VBR
• Pensata esplicitamente per applicazioni real-time che gen eranotraffico a bit-rate variabile cioè che necessitano di ritar dicontenuti ed il più possibile costanti.
• La sorgente deve comunicare le caratteristiche del traffic ogenerato in termini di PCR, SCR e MBS.
• La rete offre una QoS garantita con riferimento a:» tempo di trasferimento a destinazione (max CTD)» tasso di perdita sulla connessione (CLR)
• Consente la multiplazione statistica di più flussi informa tivi.• Applicazioni:
» trasferimento di audio e video interattivi su ATM (es. MPEG2 su ATM)
94
Classi di servizio: nrt-VBR
• Pensata esplicitamente per applicazioni non real-time chegenerano un traffico di tipo bursty
• La sorgente deve comunicare le caratteristiche del traffic ogenerato in termini di PCR, SCR e MBS
• La rete offre una QoS garantita con riferimento al:» tasso di perdita sulla connessione (CLR)
• Non viene garantita alcuna prestazione con riferimento altempo di trasferimento
• Applicazioni:» trasferimento di traffico dati a bit-rate variabile (es. tr affico generato
da WWW)
95
Classi di servizio: UBR
• Una connessione UBR offre un servizio di trasporto dati ditipo best-effort
• La sorgente può trasmettere un flusso di celle a bit-ratevariabile fino ad una valore massimo specificato e pari alPCR
• La rete non garantisce alcuna prestazione con riferimentoal tasso di perdita ed al tempo di trasferimento delle celle
• Applicazioni:» Trasporto su ATM del traffico dati generato dai protocolli a ttualmente
utilizzati in ambito di rete locale (es. IP)
96
Classi di servizio: ABR
• La classe di servizio ABR offre un servizio di tipo best-effo rt ingrado di sfruttare in modo più efficiente le risorse di rete
• Esiste un meccanismo di controllo di flusso mediante il quale larete può sollecitare la sorgente a:
» ridurre il bit-rate trasmesso in caso di congestione» incrementare il bit-rate trasmesso (fino ad un valore massi mo pari al
PCR) se vi sono risorse disponibili
• Nella fase di set-up della connessione può essere specifica taanche la banda minima che si vuole sia garantita dalla rete (M CR)
• Applicazioni:» trasporto su ATM dei protocolli (es. IP) attualmente utiliz zati sulle reti
locali di tipo tradizionale (es. Ethernet)
97
ABR: celle di RM
sorgente destinazione
Forward RM Data Cell
Backward RM
RM: Resource Management
98
ABR: comportamento di uno switch
• Uno switch ATM che supporta ABR deve implementare unodei seguenti meccanismi:
» EFCI marking» pone ad 1 la flag di EFCI nell’intestazione della cella ATM
» Relative Rate Marking» pone ad 1 la flag di CI (Congestion Indication) o NI (No Increa se)
nelle celle di RM» Explicit Rate Marking
» riduce il campo ER (Explicit Rate) nelle celle di RM