Tecnologie e Protocolli per Internet 1 - uniroma2.it · •Evoluzione tecnologie per reti per dati...

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Tecnologie e Protocolli per Internet 1

Prof. Stefano Salsanoe-mail: [email protected]

AA2011/12 – Blocco 6 – v1

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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

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Premessa: il mercato delle TLC

Operatori diTLC

Utenza “residenziale”o “Consumer”

Utenza “aziendale”o “Business”

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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

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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

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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

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• 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)

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• 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

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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

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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

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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

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• 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

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• 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

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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

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• 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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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(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

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(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

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• 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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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• 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

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• 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

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• 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

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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)

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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

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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



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


• 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


• 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

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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



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


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).

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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



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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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



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

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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

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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

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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

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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

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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)

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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

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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ABR: celle di RM

sorgente destinazione

Forward RM Data Cell

Backward RM

RM: Resource Management

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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

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ABR: comportamento di un terminale

ACR = Allowed Cell RateICR = Initial Cell Rate

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