ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE ATM Ing. Faustino Montes de Oca
Historia de ATM En 1983, la primera publicación Realizada por CNET y AT&T Bell Labs. En 1984, inicia desarrollo Alcatel Bell inicia el desarrollo formal de ATM. BISDN ATM es hecho parte del estándar de ITU-T de BISDN Sus inicios prácticos Transferencia de voz, vídeo y datos a través de redes públicas. En 1991 se funda The ATM Forum Extendió la versión de ATM de la ITU-T para redes privadas.
Qué es la ITU-T? T? International Telecommunication Union Standardization Telecommunication Sector También se le conoce como CCITT Committee for International Telegraph and Telephone Ha definido varios estándares de telecomunicaciones como X.25 y BISDN Definió el primer estándar de ATM
Qué el ATM Forum? Características Se fundó en 1991 por empresas como Cisco System, NET/Adaptive, Northern Telecom y Sprint En la actualidad el ATM Forum cuenta con más de 700 miembros Desarrollos Extendió la versión de ATM de la ITU-T para redes privadas. User-to-Network Interface (UNI) 2.0, 3.0, 3.1y 4.0 Public-Network Network Interface (P-NNI) LAN Emulation
Qué es ATM? Tecnología a de transporte de datos Orientado a Conexión Diseñada para el transporte de múltiples tipos de servicios entre ellos voz, vídeo y datos a través de redes pública y privadas. Provee gran escalabilidad del ancho de banda, porque utiliza interfaces que van desde unos cuantos Megabits hasta varios Gigabits. Red Privada Red PúblicaP
Clasificación n de las Redes de Acuerdo a las Conexiones Orientados a conexión Se establece una ruta a través de la red para que los paquetes o tramas viajen por él. Sin conexi Sin conexión NO se establece una ruta previamente a la transmisión
Cómo Funciona ATM? Se basa en la multiplexión n de Celdas Las celdas son pequeños paquetes de tamaño fijo, estandarizadas a 53 Bytes. ATM toma los paquetes o tramas de los servicios a transportar y los divide en pequeños segmentos que multiplexa a través de una línea. El encargado de segmentar los datos es la capa de adaptación ATM. Video Frame Relay X.25 Voz X.25
Por qué ATM es Asincrónico? nico? Razón Porque una vez establecida la comunicación nos es necesario enviar información de forma periódica para mantenerla. Más s eficiente Por ser asincrónico es más eficiente que los métodos basados en TDM.
Por qué utilizar Celdas? Porqué de tamaño o fijo? Porque esto facilita el proceso de conmutación al no tener que verificar el tamaño variable de celdas. No hay que incluir en el encabezado el tamaño de la celda. Porqué 53 bytes? La celda está compuesta de 5 bytes de encabezado y 48 de datos de usuario. Celdas más grandes provocan tiempos de retardo en la transmisión que servicios como voz y vídeo no pueden tolerar. Celdas más pequeñas reducen la eficiencia en el manejo del ancho de banda. 5 Bytes 48 Bytes Encabezado Payload
Tramas vrs Multiplexión Voz Trama cell Trama
Conmutación n de Circuitos Conmutación n de Circuitos Dedica un circuito físico a cada comunicación. Un ejemplo es ISDN Ventajas Tiempos de retraso pequeños y estables en la transmisión Ancho de banda garantizado Desventajas Las conexiones son poco flexibles No optimiza el uso del ancho de banda
Conmutación n de Paquetes Conmutación n de Paquetes El medio físico es compartido por el tráfico de paquetes. Ejemplo IP. Ventajas El ancho de banda es utilizado al máximo Alta flexibilizad en las conexiones Desventajas No se garantiza ancho de banda El retraso en la transmisión es muy variable.
ATM Combina Ventajas ATM combina las ventajas de ambos métodos m de conmutación Ancho de banda garantizado y el tiempo de retraso estable de la conmutación de circuitos Aprovechamiento del ancho de banda y la flexibilidad en las conexiones
Reducción n de la Funciones Funciones en X.25 Retransmisión de tramas Chequeo de error del dato de usuario Ventaneo Chequeo del tamaño de la trama Frame Relay Chequeo de error del dato de usuario Ventaneo Chequeo del tamaño de la trama ATM Como las interfaces son más robustas no son necesarias esas opciones, por lo tanto la conmutación del celdas es más veloz.
Elementos y Enlaces de la Red ATM User to Network Interface (UNI) Enlace entre un cliente de ATM y un conmutador de entrada Network to Network Interface (NNI) Enlace entre dos conmutadores Red ATM Privada Red ATM Pública A Red ATM Pública B UNI Privado NNI Privado UNI Público Público NNI B-ICI UNI Privado UNI Privado UNI Privado
Formato de la celda ATM Partes de la celda Control Genérico de Flujo (4 bits) Identificador de Trayectoria Virtual (8-12 bits) Identificador de Canal Virtual (16 bits) Tipo de Payload (3 bits) Bit de Prioridad de Congestión (1 bit) Control de error del encabezado (8 bits) Payload (48 Bytes) GFC VPI VCI PT HEC Payload 53 Bytes VPI CLP
Conexiones Virtuales Concepto Son conexiones lógicas para establecer comunicación entre dos clientes de la red ATM Varias conexiones virtuales subdividen una sola interfaz física Canal Virtual Representa una conexión entre dos puntos de la red ATM Trayectoria Virtual Representa un conjunto de canales virtuales. VC VP VP VC Línea Física VC VP VP VC
Función n del Conmutador ATM Conexión n Virtual y Valores VPI y VCI Los valores de VPI y VCI de una Conexión Virtual tienen significado únicamente dentro de conmutador de ATM Una Conexión Virtual puede tener distintos valores de VPI y VCI VP = 30 VC = 85 VC = 10 VC = 20 VP = 60 VP = 50 VC = 25 VC = 60 VC = 50 VP = 40 VP = 50 VC = 05 VC = 15
Función n del Conmutador ATM Tabla de Conmutación El Conmutador de ATM posee una tabla que le indica el puerto de entrada y el puerto de salida de una Conexión Virtual. El establecimiento de una Conexión Virtual consiste en configurar los valores de VPI y VCI en los conmutadores que recorre.
Función n del Conmutador ATM Pasos para conmutar una celda La celda entra al conmutador El conmutador actualiza su encabezado. La celda es enviada por el puerto de salida indicado por la tabla de conmutación para que continúe su viaje a través de la red ATM
Función n del Conmutador ATM Canal Virtual o VCC (Virtual Channel Connection) Es una conexión simple entre dos elementos de la red ATM Trayectoria Virtual o VPC (Virtual Path Connection) Es un conjunto de VCC s que viajan a través de la misma Trayectoria Virtual. VCC 41 42 43 VCC 41 42 43 Virtual Path Connection (VPC) Virtual Channel Connection (VCC)
Conexiones en ATM Conexiones Virtuales Permanentes (PVC) Son semejantes a líneas dedicadas NO requieren señalización para su establecimiento Desventajas Las rutas deben ser configuradas por el administrador Las rutas son estáticas
Conexiones en ATM Conexiones Virtuales Conmutadas (SVC) Semejantes a llamadas telefónicas Se establecen de forma dinámica Requiere de un sistema de direccionamiento que se asigne a cada cliente un identificador único Requieren de un proceso de señalización para establecer la comunicación
Conexiones Virtuales Conmutadas Desventajas Requiere señalización y asignación de direcciones Existen pérdidas de tiempo durante el establecimiento de la conexión Pérdida de ancho de banda por el proceso de señalización.
Establecimiento de una SVC Características de la señalizaci alización La señalización incluye parámetros de calidad de servicio QoS Procedimiento one-pass Utilizado en todos los sistemas de telecomunicación modernos, como por ejemplo telefonía Consiste en configurar la conexión paso a paso por cada conmutador de ATM que pasa la señalización de solicitud de conexión. Al final el Cliente destino acepta o rechaza la conexión
Establecimiento de una SVC Solicitud de Conexión De la Fuente al conmutador ATM Solicitud en en Progreso Del Conmutador a la Fuente Conexión n Aceptada Del Destino a la Fuente Conexión n Denegada Del Destino a la Fuente Conexión n Reconocida De la Fuente al Destino
Modelo de Direcciones Redes PúblicasP La ITU-T utilizó como base el estándar E.164 Redes Privadas El ATM Forum se basó en el estándar NSAP (Network Service Access Point). El NSAP es un estándar de la ISO utilizado en la capa de transporte. Características comunes Ambos utilizan un formato de 20 Bits 47.0091810000000061705b7701.00400BFF0010.10 Prefijo ESI Sel
Modelo de Direcciones Privadas Tres tipos de direcciones DCC ATM Format Network (NSAP) Prefix End System Identifier AFI DCC DFI Admin Auth RSRVD RD AREA ESI SEL 39 IDI ICD ATM Format Domain Specific Part Network (NSAP) Prefix End System Identifier AFI ICD DFI Admin Auth RSRVD RD AREA ESI SEL 47 IDI E.164 ATM Format Domain Specific Part Network Prefix End System Identifier AFI E.164 Adress RD AREA ESI SEL 45 IDI - Initial Domain Identifier Domain Specific Part
Calidad de Servicio Contrato de Tráfico Se especifican parámetros para el flujo de datos de una conexión Establece un compromiso de la red hacia las terminales Regulación n de Tráfico Control de los conmutadores de acceso para que se cumpla el contrato de tráfico. Se basa en el uso de colas para regular el tráfico. Control de Tráfico Control que se lleva a cabo en los conmutadores de la red. Vigila el cumplimiento del contrato de tráfico Si el contrato no se cumple marca las celdas como eliminables.
Tipos de Tráfico Flujo constante (Constant( Bit Rate) Ancho de banda estable y tiempo de retraso garantizado Transporta servicios que requieren señal de sincronía Utilizado para voz y vídeo digitales y emulación de circuitos Flujo variable - Tiempo Real (Variable( Bit - Rate Real Time) Provee ancho de banda variable por demanda a servicios susceptibles al tiempo de transmisión Utilizado para voz y vídeo "paquetizados". Flujo variable (Variable( Bit Rate - No Real Time) Provee ancho de banda variable por demanda a servicios menos susceptibles al tiempo de transmisión
Tipos de Tráfico Inespecificado (Unspecified( Bit Rate) Provee el mejor trato posible sin garantías de ninguna especie. Flujo disponible (Available( Bit Rate) Provee de un ancho de banda variable de acuerdo a la congestión de la red. Se utiliza para transportar servicios muy flexibles al tiempo de transmisión y al ancho de banda como IP y IPX. Requiere de Control de Flujo a lazo cerrado
Control de Tráfico a Lazo Cerrado. Características Se basa en el monitoreo constante de los enlaces y el nivel de utilización de los conmutadores de la red. La información se transporta hacia adelante según los parámetros de congestión de las celdas. La información es devuelta a los conmutadores de acceso para que implementen ajustes.
Control de Tráfico a Lazo Cerrado Ventajas Se aprovecha al máximo el ancho de banda ante tráfico altamente variable. Se reduce al máximo los retardos en la transmisión debido a que se optimiza el manejo de las colas. Utilización 100% 80% 60% 40% 20% ATM con Control ATM sin Control Conmutaión de Tramas 0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Relación Pico-Promedio
Modelo de referencia de ATM Planos del modelo Plano de Control y Señalización Plano de Usuario Control Plane Management Plane User Plane Plano de Administración User Layer Signaling and Control Constant Bit Rate Circuit Emulation Connection Oriented Services for Data Connection Less Services for Data Adaption Layer AAL 1 AAL 3/4 or AAL 5 Convergence Sublayer ATM Standard Segmentation and Reassembly Sublayer ATM Layer Cell Formatting Physical Layer Transmission Convergence Sublayer Physical Medium Sublayer
Planos del modelo ATM Plano de Control y Señalizaci alización Se encarga de los procesos de establecimiento, mantenimiento y eliminación de las conexiones. Plano de Usuario Provee la comunicación entre las terminales de la red ATM. Se encarga de los procesos de control de flujo, control de congestión y recuperación de errores. Plano de Administración Subplano de Administración Subcapa de Administración
Plano de Administración Subplano de Administración Se encarga de la coordinación entre los planos. Colecta la información del estado del cada uno de los planos Subcapa de Administración Subdivide funciones en 5 niveles, F5 y F4 dentro de la capa de ATM y F3, F2 y F1 dentro de la capa física. Cada nivel se comunica por medio de celdas especiales. Se encarga de las fusiones de Operación, Administración y Mantenimiento (OAM) Monitorea y comprueba el estado de todas las capas del protocolo en busca de posibles fallas Localiza las posibles fallas Minimiza el efecto de las fallas en el sistema
Modelo de referencia de ATM Capas del modelo Capa Física Management Plane Capa de ATM Capas de Adaptación Control Plane User Plane User Layer Signaling and Control Constant Bit Rate Circuit Emulation Connection Oriented Services for Data Connection Less Services for Data Adaption Layer AAL 1 AAL 3/4 or AAL 5 Convergence Sublayer ATM Standard Segmentation and Reassembly Sublayer ATM Layer Cell Formatting Physical Layer Transmission Convergence Sublayer Physical Medium Sublayer
Medios Físicos F Utilizados Veloc. (Mbps) Fibra multimodo Fibra monomodo Medio Cable Coaxial UTP 5 UTP 3 STP DS1 1.544 E1 2.048 J2 6.23 DS3 45 E3 34 E4 139 X ATM25 25.6 STS 1 51.8 X STS3c/STM1 155 X STS12c/STM4 622 X 4B/5B (TAXI) 100 8B/10B (Fiberchannel) 155 = Estándar X = Propuesto
Capa FísicaF SONET Synchronous Optical Network Estándar en Estados Unidos Su servicio básico es el STS-1 (Synchronous Transport Signal Level 1) y su equivalente óptico es el OC1 y es de 51.84 Mbps SDH Synchronous Digital Hierarchy Estándar Europeo Semejante a SONET Su servicio básico de transporte es el STM-1(Synchronous Transport Module Level 1) de 155 Mbps
Capa FísicaF SDH STS OC Mbps STS-1 OC-1 51.84 STM-1 STM-4 STS-3 STS-12 STS-24 OC-3 OC-12 OC-24 155.52 622.08 1244.16 STM-16 STS-48 OC-48 2488.32 STM-64 STS-192 OC-192 9953.28
SONET Estructura de un sobre o trama de STS-1 810 Bytes x 125µs x 8 bits = 51.84 Mbps Reservados + Protocolo = 54 Bytes 756 Bytes utilizables 3 Bytes 87 Bytes Section Overhead Payload 9 Filas Payload Pointer Line Overhead Reserved
Capa FísicaF Capa de dependiente del medio Se encarga de especificar el medio físico Establece la sincronía entre emisor y receptor de ser necesario Capa Transmisión - Convergencia Generar y verificar el HEC de las celdas Reconocer y delimitar las celdas dentro de una trama del medio físico Ajuste de las celdas a la trama del medio físico
Funciones de la capa ATM Generación del encabezado Capa ATM Actualización de los encabezados Conmutación de celdas Port Input VPI/VCI Output Port VPI/VCI 1 29 2 45 2 45 1 29 52 1 3 64 29 3 1 29 64 2 45 29 64 74 1 29 3
Capa de Adaptación Función Provee enlace entre la capa de ATM y los servicios que transporta Se encarga de recibir las unidades de datos de protocolos superiores o PDU s (Protocol Data Unit) y las parte en segmentos de 48 Bytes Consta de dos partes Subcapa de convergencia o CS (Convergence Sub-layer) Subcapa de segmentación y reensamble o SAR (Segmentation y Reassembly Sub-layer) Existe varias capas de adaptación
Capa de Adaptación n AAL1 Funciones Transporta información que posee un flujo constante de bits Se utiliza para transportar Voz y Vídeo Transporta servicios que requieren de sincronización entre receptor y emisor. Puede realizar emulación se circuitos
Capa de Adaptación n AAL1 Estructura del SAR PDU 1 Byte 47 Bytes SAR PDU Header SAR PDU Payload SN SNP SN - Sequence Number SNP - Sequence Number Protection 1 3 3 1 CSI Sequence Count CRC Control P CSI - Convergence Sublayer Indicator P - Parity
Capa de Adaptación n AAL3-4 Funciones Este servicio soporta transporte orientado a conexión y sin conexión Es usado para transportar paquetes SMDS (Switched Multi Gigabit Services) No provee sincronización entre fuente y emisor Provee servicios de flujo variable (VBR) y flujo disponible ABR
Capa de Adaptación n AAL3-4 Proceso de segmentación n del PDU Data from Higher Layer A d a p t i o n L a y e r S H SAR PDU Convergence Sublayer PDU S H S T 44 Bytes BOM SAR PDU S H S T COM SAR PDU S H S T COM SAR PDU S H S T Padding EOM SAR PDU S T AAL 3/4 Segmentation & Reassembly Sublayer A T M L a y e r S H 53 Bytes ATM Cells S T S H S T ATM Header 5 Byte S H S T S H 48 Bytes S T PL Bitstream
Capa de Adaptación n AAL5 Funciones Este servicio soporta transporte orientado a conexión y sin conexión No provee sincronización entre fuente y emisor Es la capa de adaptación más utilizada debido a velocidad y simplicidad Provee servicios de flujo variable (VBR), flujo disponible ABR y flujo inespecificado (UBR)
Capa de Adaptación n AAL5 Estructura de CS-PDU PAD utilizado para hacer el tamaño del PDU múltiplo exacto de 48 Bytes UU y PCI espacios reservados LEN largo del PDU CRC código de redundancia AAL 5 CS PDU Trailer (8 Bytes) Type 5 CS-PDU Data PAD UU CPI LEN CRC 0-47 1 1 2 4
Capa de Adaptación n AAL5 Proceso de segmentación n del PDU Data from Higher Layer Service Type A d a p t i o n L a y e r SAR PDU 48 Bytes Convergence Sublayer PDU SAR PDU SAR PDU Padding 0-47 Bytes SAR PDU AAL 5 Convergence Sublayer AAL 5 Segmentation & Reassembly Sublayer A T M L a y e r 53 Bytes ATM Cells ATM Header 5 Byte PL Bitstream
Conexiones Punto a Punto Unidireccionales y bidireccionales Punto Multipunto Unidireccionales únicamente Un único emisor y múltiples receptores.
ATM y Multicast Múltiples conexiones Utiliza múltiples conexiones punto multipunto No implementado Servidor de multicast Grupo forma conexiones punto a punto con un servidor El servidor forma una conexión punto a multipunto con el grupo
Resumen ATM WAN Tecnología de transporte de información basada en la conmutación de paquetes Esta diseñada para transportar información de multiservicios Uso difundido entre proveedores de servicios ATM LAN Permite a las estaciones conectadas a una red ATM poseer las mismas ventajas que obtendrían de una red LAN