ATM
O Modo de transferência assíncrona ( ATM ) é um padrão de telecomunicações definido por ANSI e ITU (anteriormente CCITT) para transmissão digital de vários tipos de tráfego, incluindo sinais de telefonia (voz), dados e vídeo em uma rede sem o uso de redes de sobreposição separadas. ATM foi desenvolvido para atender às necessidades da Rede Digital de Serviços Integrados de Banda Larga , conforme definido no final da década de 1980, e projetado para integrar redes de telecomunicações. Ele pode lidar com o tráfego de dados de alto rendimento tradicional e em tempo real ,conteúdo de baixa latência , como voz e vídeo. ATM fornece funcionalidade que usa recursos de comutação de circuitos e redes de comutação de pacotes . Ele usa multiplexação por divisão de tempo assíncrona, e codifica os dados em pequenos pacotes de rede de tamanho fixo .
Na camada de enlace de dados do modelo de referência ISO-OSI (camada 2), as unidades de transferência básicas são genericamente chamadas de quadros . No ATM, esses quadros têm comprimento fixo (53 octetos ou bytes ) e são especificamente chamados de células . Isso difere de abordagens como IP ou Ethernet que usam pacotes ou quadros de tamanhos variáveis. ATM usa um modelo orientado a conexão no qual um circuito virtual deve ser estabelecido entre dois pontos de extremidade antes que a troca de dados comece. Esses circuitos virtuais podem ser permanentes, ou seja, conexões dedicadas que geralmente são pré-configuradas pelo provedor de serviços, ou comutados, ou seja, configurados por chamada usando sinalização e desconectados quando a chamada é encerrada.
O modelo de referência de rede ATM mapeia aproximadamente para as três camadas mais baixas do modelo OSI: camada física , camada de enlace de dados e camada de rede. ATM é um protocolo central usado no backbone SONET / SDH da Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC) e na Rede Digital de Serviços Integrados (ISDN), mas foi amplamente substituído em favor de redes de próxima geração baseadas na Internet Tecnologia de protocolo (IP), enquanto o ATM sem fio e móvel nunca estabeleceu uma posição significativa.
Para entender melhor a funcionalidade do ATM vamos nos utilizar do modelo de referência OSI para B-ISDN, sugerido através da recomendação I.321 do ITU-TSS, de abril de 1991 [ITU91], que pode ser observado na figura.
Este modelo, ao contrário do modelo tradicional MR-OSI da ISO [ABN86], de plano único, apresenta uma estrutura em três planos:
- plano de usuário: é responsável pela transferência de informações de usuário.
- plano de controle: é encarregado das funções e protocolos de sinalização entre os diversos objetos gerenciados e localizados fisicamente em diferentes locais (nós de rede ou equipamentos de usuário).
- plano de gerenciamento: em particular, é responsável pelo estabelecimento das conexões e pelo gerenciamento de todos os níveis, tanto do plano de usuário, como do plano de controle.
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A) Rede Orientada a Conexão: Um sistema ATM é um sistema orientada a conexão. Não há caminho para enviar dados em uma rede ATM exceto sobre uma conexão preestabelecida (VCC). O sistema ou usa estabelecer chamada por chamada (circuito comutado) ou conexões semipermanentes.
B)Entrega em Sequência Garantida: Células entregues para a rede por um ponto final ATM sobre uma conexão virtual são transferidas para o ponto final destino na mesma seqüência que eles são apresentados para a rede. Isso é muito importante, pois o usuário final não necessita recolocar em seqüência células que cheguem fora de ordem. Mas ele também restringe a rede para usar um caminho simples para qualquer conexão virtual.
C) Broadcast e Multicast: Operações broadcast e multicast estão disponíveis em redes ATM. O broadcast nesse caso é um multicast para todos os usuários conectados.
D) Quality of Service – QoS: Cada conexão de canal virtual tem uma dada característica de qualidade de serviço associada a ela. Esse QoS especifica uma tráfego médio e um tráfego no momento de pico. Em uma situação de sobrecarga, quando a rede não consegue eliminar o congestionamento pelo descarte das células marcadas somente, a rede pode selecionar células para descarte dependendo da característica de QoS no VC.
E) Controle para descarte e perda de célula: Células podem ser perdidas ou descartadas pela rede. A rede não detecta a perda de células e não sinaliza o usuário final quando ele tem células descartadas em uma conexão particular. Algumas taxas de bit variável (VBR) que codificam esquemas para voz e para vídeo são estruturadas em um caminho onde dois tipos de células são produzidos:
- Células essenciais que contém informação básica para habilitar a função contínua do serviço;
- Células opcionais que contém informação que melhoram a qualidade do serviço (qualidade de voz e imagem).
F) Controle de Congestionamento: Congestionamento é um estado dos elementos da rede (switches, concentradores, linhas de transmissão, etc.) em que o tráfego e/ou os recursos de controle atingem a sobrecarga, significando que a rede não garante a qualidade de serviços negociada para as conexões estabelecidas e para as novas conexões solicitadas. O congestionamento pode ser causado pelas variações dos fluxos de tráfego ou por uma falha na rede.
G) Adaptação de Tráfego (Traffic Shaping): A adaptação de tráfego alterna ativamente as características de um fluxo de células sobre um VPC ou VCC com o objetivo de reduzir a taxa de célula de pico, limitar o tamanho do burst ou reduzir a variação do atraso de célula pela adequação do espaçamento de células no tempo.
COMPARAÇÃO MODELO OSI E MODELO ATM
O protocolo ATM foi concebido através de uma estrutura em camadas, porém sem a pretensão de atender ao modelo OSI.
No modelo ATM todas as camadas possuem funcionalidades de controle e de usuário (serviços), conforme apresentado na figura. A descrição de cada camada e apresentada a seguir:
- Física: provê os meios para transmitir as células ATM. A subcamada TC (Transmission Convergence) mapeia as células ATM no formato dos frames da rede de transmissão (SDH, SONET, PDH, etc.). A subcamada PM (Physical Medium) temporiza os bits do frame de acordo com o relógio de transmissão.
- ATM: é responsável pela construção, processamento e transmissão das células, e pelo processamento das conexões virtuais. Esta camada também processa os diferentes tipos e classes de serviços e controla o tráfego da rede. Nos equipamentos de rede esta camada trata todo o tráfego de entrada e saída, minimizando o processamento e aumentando a eficiência do protocolo sem necessitar de outras camadas superiores.
- AAL: é responsável pelo fornecimento de serviços para a camada de aplicação superior. A subcamada CS (Convergence Sublayer) converte e prepara a informação de usuário para o ATM, de acordo com o tipo de serviço, além de controlar as conexões virtuais. A subcamada SAR (Segmentation and Reassembly) fragmenta a informação para ser encapsulada na célula ATM. A camada AAL implementa ainda os respectivos mecanismos de controle, sinalização e qualidade de serviço.
A estrutura conceitual de uma rede ATM é apresentada na figura e seus componentes são descritos a seguir.
A) Redes ATM
Na figura há três redes ATM separadas, duas privadas e uma pública.
Redes ATM privadas são chamadas de redes proprietárias do usuário e podem ser confinadas em redes de área local tais como prédios ou campi. Entretanto, uma rede ATM privada pode ser distribuída sobre uma área larga através do uso de linhas alugadas entre os nós ATM. Tais linhas poderão ser fios de cobre, fibra óptica ou conexões Sonet/SDH.
B) Switches ATM
Quatro switches ATM são mostrados na figura. Eles realizam o transporte de dados através da rede ATM. São usualmente classificados como Switches ATM Privados e Switches ATM Públicos. A diferença entre equipamentos públicos e privados pode ser trivial em alguns casos, mas será maior na maioria dos casos. Switches privados e públicos diferem também quanto ao tipo de tronco suportado na descrição e procedimentos de controle e nos modos de endereçamento suportados. Há também, a questão óbvia do tamanho, Equipamento de rede público usualmente necessita de um escoamento muito maior do que equipamentos privados.
C) Ponto Final ATM
O ponto final ATM é a parte do equipamento final do usuário que tem interface com uma rede ATM. Um ponto final envia e recebe células ATM sobre conexões de enlace definidas pelo padrão ATM. Um ponto final contém uma camada de Adaptação ATM (AAL). Um ponto final ATM conecta-se às redes ATM através de Interface Usuário-Rede (UNI).
D) Interface Usuário-Rede – UNI
A UNI é especificada exatamente pelos padrões aplicáveis. Sua estrutura está de acordo com o modelo de referência para o RDSI-BL.
Há duas formas diferentes de UNIs chamadas de pública e privada. A UNI pública é para a conexão de equipamentos de usuário final para uma rede pública ATM. A Uni privada é para uso dentro da propriedade de uma organização ou para uma rede privada usando linhas alugadas da companhia de telecomunicações.
E)Interface Rede-Rede – NNI
Como mostrado na figura, a NNI é a conexão entre dois nós de rede ATM.
INTERFACES UNI & NNI
Quando uma rede ATM é projetada, vários tipos de conexões são previstas entre um ou mais subsistemas ATM. Estes subsistemas constituintes de uma rede ATM, são interconexões que envolvem redes locais, redes particulares ou ainda, redes públicas. Estas conexões envolvendo dois ou mais dispositivos ATM definem interfaces / protocolos que são de vários tipos, sendo os mais tradicionais UNI, SSI, NNI, IISP e mais recentemente PNNI que engloba vários deles.
Uma rede ATM consiste de um conjunto de switches ATM interconectados por ligações ATM ponto a ponto. Estes switches suportam dois tipos primários de interfaces: UNI e NNI. A interface UNI conecta sistemas ATM de ponta ou borda, tais como hosts e roteadores, à um switch ATM. A interface NNI conecta dois switches ATM.
As interfaces UNI e NNI podem, ambas, serem subdivididas em particular ou pública.
Um interface UNI particular/pública conecta um host à um switch de uma rede particular/pública, respectivamente. O mesmo se aplica à interface NNI: particular/pública se a conexão for entre switches de uma mesma rede organizacional particular/pública, respectivamente.
CONEXÕES VIRTUAIS
Canal Virtual
- Um conceito usado para descrever o transporte unidirecional de células ATM associado a um valor de um identificador, chamado Virtual Channel Identifier (VCI), parte integrante do cabeçalho das células.
Caminho Virtual
- Um conceito usado para descrever o transporte unidirecional de células ao longo de vários canais virtuais que estão associados por um identificador, chamado de Virtual Path Identifier (VPI), também parte integrante do cabeçalho das células.
Os Identificadores VPI e VCI
As células de uma determinada fonte de informação são enviadas para a rede com um cabeçalho que contem a informação da conexão virtual a ser seguida através da rede e o canal virtual até chegar no usuário final. Esta dupla função do cabeçalho é refletida no seu formato. O cabeçalho possui dois campos principais associados ao conceito de VC e VP: o identificador de rota virtual VPI e o identificador de canal virtual VCI. O encaminhamento das células através da rede se dá a partir da informação contida nos campos de VPI e VCI
Os VCIs e VPIs em geral somente tem significado para um enlace. Em um VCC (Virtual Channel Connection) ou VPC (Virtual Path Connection) os valores de VCI/VPI serão modificados por entidades de comutação de VC/VP.
Na comutação de VP os valores de VPI de entrada são modificados para os valores VPI de saída, sendo preservados todos os valores de VCI. Na comutação de VC, ambos os valores VCI e VPI são modificados. Os dispositivos que comutam somente VP são, geralmente, denominados de cross-connect e os que comutam VC/VP de switch.
A tecnologia ATM é baseada no uso de conexões virtuais. O ATM implementa essas conexões virtuais usando 3 conceitos:
–TP (Transmission Path)
– VP (Virtual Path)
–VC (Virtual Channel)
TRANSMISSION PATH
- TP (Transmission Path): é a rota de transmissão física (por exemplo, circuitos das redes de transmissão SDH/SONET) entre 2 equipamentos da rede ATM.
- VP (Virtual Path): é a rota virtual configurada entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. O VP usa como infraestrutura os TP’s. Um TP pode ter um ou mais VP’s. Cada VP tem um identificador VPI (Virtual Paths Identifier), que deve ser único para um dado TP.
- VC (Virtual Channel): é o canal virtual configurado também entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. O VC usa como infraestrutura o VP. Um VP pode ter um ou mais VC’s, Cada VC tem um identificador VCI (Virtual Channel Identifier), que também deve ser único para um dado TP.
COMUTAÇÃO ATM
CONEXÕES VPI/VCI
A partir desses conceitos, definem-se 2 tipos de conexões virtuais:
VPC (Virtual Paths Connection):
–É a conexão de rota virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário.
–Uma VPC é uma coleção de VP’s configuradas para interligar origem e destino.
VCC (Virtual Channel Connection):
–É a conexão de canal virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VCC é uma coleção de VC’s configuradas para interligar origem e destino.
VPC & VCC
Essas conexões são sempre bidirecionais, embora a banda em cada direção possa ter taxas distintas ou até mesmo zero. Aos serem configuradas, apenas os identificadores VPI/VCI nas conexões UNI da origem e do destino tem os mesmos valores. Nas conexões NNI entre equipamentos os valores de VPI/VCI são definidos em função da disponibilidade de VP’s ou VC’s, conforme mostra a figura acima.
CABEÇALHO ATM
A característica do ATM é o uso de células de comprimento fixo ao invés de pacotes de tamanho variável utilizado pela tecnologia Ethernet.
A célula ATM é composta de 53 bytes, sendo 5 destinados ao cabeçalho (header) e 48 aos dados (payload).
Em mensagens longas, várias células são enviadas e quando os dados forem menores que 48, em geral na última célula, o restante é preenchido com caracteres espúrios.
A principal vantagem da utilização de células de tamanho fixo está na maior facilidade de tratamento dado por hardwares baseados em chaveamento (switches), quando comparado à quadros de tamanhos variáveis. A desvantagem está na maior quantidade de cabeçalhos acarretando um enorme overhead no meio de transmissão chamado de “cell tax”.
Em conexões de alta velocidade isto é pouco relevante, em relação aos circuitos mais lentos como os modems analógicos 56kbit/s, ou fragmentações do E1.
CÉLULA ATM
FORMATO DO CABEÇALHO
O campo de Cabeçalho carrega as informações de controle do protocolo. Devido a sua importância, possui mecanismo de detecção e correção de erros para preservar o seu conteúdo. Ele é composto por 5 bytes com as seguintes informações:
- VPI (Virtual Path Identifier): com 12 bits, representa o número da rota virtual até o destinatário da informação útil, e tem significado local apenas para a porta de origem. Nas conexões UNI o VPI pode ainda ser dividido em 2 campos:
- GFC (Generic Flow Control): com 4 bits, que identifica o tipo de célula para a rede
- VPI (Virtual Path Identifier) propriamente dito, com 8 bits.
- VCI (Virtual Channel Identifier): com 16 bits, representa o número do canal virtual dentro de uma rota virtual específica. Também se refere ao destinatário da informação útil e tem significado local apenas para a porta de origem.
- PT (Payload Type), com 3 bits, identifica o tipo de informação que a célula contém: de usuário, de sinalização ou de manutenção.
- CLP (Cell Loss Priority): com 1 bit, indica a prioridade relativa da célula. Células de menor prioridade são descartadas antes que as células de maior prioridade durante períodos de congestionamento.
- HEC (Header Error Check): com 8 bits, é usado para detectar e corrigir erros no cabeçalho.
- O campo de Informação Útil, com 384 bits(48 bytes) carrega as informações de usuário ou de controle do protocolo. A informação útil é mantida intacta ao longo de toda a rede, sem verificação ou correção de erros. A camada ATM do protocolo considera que essas tarefas são executadas pelos protocolos das aplicações de usuário ou pelos processos de sinalização e gerenciamento do próprio protocolo para garantir a integridade desses dados.
Quando é informação de usuário, o conteúdo desse campo é obtido a partir da fragmentação da informação original executada na camada AAL de acordo com o serviço. O campo pode ainda servir de preenchimento nulo, nos casos de serviços da taxa constante de bits.
Quando a informação é de controle do protocolo, o primeiro byte é usado como campo de controle e os demais bytes contem informação de sinalização, configuração e gerenciamento da rede.
FORMATO DO CABEÇALHO
FORMATO DOS ENDEREÇOS
CAMPO AFI – AUTHORITY AND FORMAT IDENTIFIER
Identifica qual dos três formatos o endereço obedece.
CAMPO DCC – DATA COUNTRY CODE
Identifica o país para o qual o endereço é registrado.
CAMPO ICD – INTERNATIONAL CODE DESIGNATOR
Identifica uma organização internacional para a qual o endereço é registrado.
CAMPO E.164
obedece à recomendação que identifica a numeração internacional para a RDSI.
podem ter até 15 dígitos codificados em BCD.
CAMPO DFI – DOMAIN SPECIFIC PART FORMAT IDENTIFIER
Especifica o formato e a semântica do restante do endereço.
CAMPO AA – ADMINISTRATIVE AUTHORITY
Identifica uma organização responsável pela atribuição da parte restante do endereço.
Pode ser um provedor de serviços ATM, administração de uma rede privada ou um fabricante.
CAMPO Reserv.
BITS reservados para futuras aplicações.
CAMPO RD – ROUTING DOMAIN
único para cada valor dos campos E.164, DCC+DFI+AA, ICD+DFI+AA.
CAMPO AREA
identifica um subdomínio de roteamento dentro do RD.
CAMPO ESI – END SYSTEM IDENTIFIER
identifica um sistema terminal dentro de uma área.
CAMPO SEL – SELECTOR
não é utilizado pelo roteamento podendo ser usado por sistemas terminais.
FORMATO DOS ENDEREÇOS
Controle de Chamadas e Conexões
- ESTABELECIMENTO DE CONEXÃO
–Setup – pedido de estabelecimento de conexão.
–Call proceeding – indicação de que o pedido de conexão já foi iniciado.
–Connect – aceitação da conexão pelo usuário chamado.
–Connect Acknowledge – confirmação da conexão.
- LIBERAÇÃO DE CONEXÃO
– Disconnect – pedido de liberação de conexão.
– Release – indicação de liberação de recursos.
– Release complete – confirmação de liberação.
- OBTENÇÃO DE STATUS
–Status enquiry – pedido de informação sobre o estado de uma conexão.
–Status – resposta ao pedido de informação.
- CONEXÕES PONTO-MULTIPONTO
-
ADD PARTY – solicitação de inclusão de um parceiro a mais numa conexão já estabelecida.
ADD PARTY ACKNOWLEDGE – confirmação do add party.
ADD PARTY REJECT – rejeição do add party.
DROP PARTY – solicitação de remoção de um parceiro de uma conexão existente.
DROP PARTY ACKNOWLEDGE – confirmação do drop party.
Estabelecimento e Liberação de Conexões ATM
COMUTADOR ATM
