Reti di Trasporto. Ing. Stefano Salsano. AA2004/05 - Blocco 4. Programma del corso

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1 Reti di Trasporto Ing. Stefano Salsano AA2004/05 - Blocco 4 1 Programma del corso Rete di accesso e rete di trasporto (0,5) Tecniche di multiplazione, PCM, PDH (1) SDH (4) Evoluzione tecnologie per reti per dati (0,5) ATM (3) IP su ATM (1) MPLS (3) (Trasporto voce su IP) (1) Esercizi, routing IP, OSPF, OSPF-TE (4) 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 2

2 ISDN Il digitale sino a casa dell utente Integrated Services Digital Network Dati + Fonia + Videotelefonia + FAX G4 Anche il terminale d utente diventa digitale 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 3 ISDN Videoconferenza Network Termination Telefono ISDN Bus S NT1 ISDN Exchange PC con ISDN Fax G.4 Utente Operatore 4

3 La ISDN Connettività numerica da estremo a estremo (end-to-end) Accesso unico per diversi servizi Standardizzazione di un numero limitato di interfaccie Fornitura di servizi di trasporto n x 64 Kb/s, fino a 2 Mb/s Profili 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 5 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 La B-ISDN si basa su:» Impiego prevalente di portanti in Fibra Ottica» Trasmissione sincrona SONET/SDH» Modo di trasferimento ATM 6

4 La B-ISDN Fornitura di servizi a larga banda: connessione in area di distribuzione con fibra ottica (in ISDN connessione mediante cavi in rame) Flessibilità nella assegnazione della banda alla singola connessione (=in ISDN canali predefiniti B, D ) Integrazione delle risorse di rete = un sola rete = un solo modo di trasferimento nell interno della rete: ATM Asynchronous Transfer Mode 7 Le definizioni Broadband» Un servizio o un sistema che richiede una velocità trasmissiva B-ISDN superiore a quella dell accesso primario ISDN» Utilizzato per enfatizzare la caratteristica Broadband dell ISDN ATM (Asynchronous Transfer Mode)» La tecnica di trasporto (e/o accesso) per la realizzazione della B- ISDN 8

5 (15 anni fa ) 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 immagini 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 9 (15 anni fa ) I servizi considerati come requisito Servizi Interattivi» Servizi di conversazione» Servizi di messaggeria» Servizi di retrieval Videotelefonia Broadband Videoconferenza Broadband Suono ad alta qualità Posta Elettronica Retrie val di film ati (VoD) Servizi di distribuzione» Senza controllo di presentazione Broadcast TV, HDTV Pay TV» Con controllo di presentazione 10

6 Diagramma a blocchi per B-ISDN 64kbps Mbps TV Radio Operatore Broadband Narrowband switch Broadband switch Distribution module 144kbps 2 Mbps Rame 600 Mbps 150 Mbps Fibra Utente Ne twork Te rmination Narrowband 2B+D S 0 S 0 Terminale LAN PABX S B S D Te lefono Digitale 2B+D S B : Interactive Broadband S D : Distribution Video Fax PABX Conferenza TV 11 (15 anni fa ) I due aspetti della B-ISDN La fibra ottica esiste prevalentemente nella rete di giunzione e nel tratto primario della rete di distribuzione» Soluzioni:» Portare la fibra a casa dell utente (Fiber to the Home)» Portare la fibra vicino all ute nte (Fiber to the Curb)» Usare gli attuali cavi di rame (doppino telefonico e coassiale de l CATV)» Utilizzare accessi radio Occorre una tecnologia di commutazione in grado di gestire in maniera flessibile flussi ad alta capacità» Soluzione» ATM: As ynchronous Transfer Mode 12

7 Attualmente... Il successo della tecnologia IP (Internet Protocol) ha modificato l idea originale della B-ISDN ATM è oggi usato come tecnologia di trasporto: nel backbone della rete, su ADSL, nella sezione di accesso delle reti cellulari di terza generazione (UMTS) 13 Dove siamo? 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 14

8 La tecnica ATM: requisiti Alta velocità (centinaio di Mb/s) Allocazione di banda dinamica Granularità fine nell assegnaz ione della banda Supporto anche di traffico di tipo "bursty" Adattabilità sia ad applicazioni sensibili al ritardo che alla perdita Possibilità di connessioni multipunto e broadcast 15 ATM: arco temporale 1983: e sperime nti CNET ed AT&T 1987: CCITT sceglie ATM come base per reti B-ISDN 1990: de finizione formato cella primo switch comme rciale (Fujitsu) 1991: formazione dell ATM Forum (Nove mbre) 1993: reti pubbliche ATM negli USA 1994: reti pubbliche ATM in Europa 1996: apertura del servizio commerciale in Europa (Atmosfera in Italia) 16

9 Organismi di standardizzazione per ATM ITU-T» International Telecommunications Union - Telecommunication standardization sector ETSI» European Telecommunications Standards Institute ANSI» American National Standards Institute ATM Forum ITU - T 17 Nato nel 1947 dalla trasformazione dell Union Télégraphiqu e (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 standardizzazione era svolta dal CCITT (Comité Con sultatif International Télégraphique et Téléphonique ) affiancato dal CCIR (Comité Consultatif International de Radiocommunication s). Dal 1993, a seguito della riorganizzazione, è stato suddiviso in ITU-T, ITU-R (Radiocommunication s st. s..) e ITU-D (Development 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 la procedura è più veloce 18

10 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 assumono il ruolo di standard de facto. Fondato nel 1991 da quattro aziende (Adaptive, Cisco, Northern Telecom, Sprint), il Forum conta attualmente piu di 800 membri, di cui un terzo Principal Members (altri sono Auditing e User M embers) Oltre all attività tecnica comprende dei comitati di studio del mercato (Market Awareness Committees, MAC)» North America MAC, European MAC, Asia Pacific MAC Comprende i seguenti Gr uppi di La voro: UNI User to Network Interface B-ICI LANE NM PHY P-NNI MPOA SA&A VTOA SIG TEST TM RBB SEC WATM Broadband Inter Carrier Interface LAN Emulation Network Management PHYsical Layer Private- Network Node Interface Multi-Protocol Over Atm Service Aspects and Applications Voice Telephony Over Atm Signalling Testing Traffic Management Residential BroadBand Security Wireless ATM Richiami: Multiplazione Sincrona-Asincrona 19 Trama = Unità di sincronizzazione di trama burst time time time MUX Multiplazione Sincrona Multiplazione Asincrona time time time time MUX time 20

11 Multiplazione sincrona Flussi informativi sul multiplo strutturati in trame Identificazione implicita basata sulla posizione delle 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 uno per la segnalazione (n. 16)» 30 canali di utente» T trama = 125 µs 21 Multiplazione asincrona È basato sull identificazione con etichetta e prevede due opzioni rispetto alla suddivi sione del flusso Etichetta» slotted time delimitazione esplicita/implicita delle UI» unslotted time Dati E dati E dati E dati E dati E dati E dati delimitazione esplicita delle UI F E dati F F E dati F F E dati F Prestazioni ottenute: allocazione di banda dinamica tempi di attraversamento variabili (accodamento dei messaggi in uscita dal multiplatore) 22

12 Modi di Trasferimento Circuito BASSO RITARDO ALTA INTEGRITA EFFICIENZA FLESSIBILITA Pacchetto Trattamento differenziato dei flussi informativi Il ritardo di attraversamento della rete diminuisce in valore assoluto e variabilità diminuendo il carico elaborativo nei nodi di commutazione Migrazione delle funzioni complesse verso la periferia della rete 23 Quale modo di trasferimento per B-ISDN? M.T. a circuito (es. PCM) M.T. a pacchetto connection-oriented (es. X.25, Frame Relay) M.T. a pacchetto connectionless (es. IP) Ass. della banda statica e rigida Ass. della banda dinamica e flessibile Possibilità di pre-assegnazione di risorse: SI Solo ass. a domanda Basso Onere di processamento per ogni Unit à Informativa: Medio ATM Alto 24

13 Asynchronous Transfer Mode Quindi ATM è un M.T. a pacchetto orientato alla connessione. Sua caratteristica principale è inoltre... Unità Informative di Lunghezza e Formato fissi: CELLE per rendere più semplice (= veloce) il processamento e la commutazione 53 bytes Header Etichetta Payload Carico informativo 5 byte s 48 bytes 25 Multiplazione ATM Multiplazione = condivisione della risorsa tra smissiva da parte di flussi informativi diversi. M. ATM è a divisione di tempo (TDM) e ASINCRONA = celle appartenenti ad una particolare connessio ne non so no associate a istanti predefiniti di Tx Ciascun flusso multiplato è individuato per mezzo di un IDENTIFICATIVO DI CONNESSIONE VIRTUALE (VPI/VCI) nell header delle celle NON vi sono vincoli di granularità nell assegnazione della banda per la singola connessione NON vi sono vincoli al numero di flussi multiplati 26

14 Commutazione ATM a b a r s d m m f e h p Commutazione (switching) ATM: cambiamento di link trasmi ssi vo + cambiamento di etichetta (Multiplex S witching) (Label s witching) NB: l etichetta ha una valenza locale, cioè tra le entità agli estremi della tratta Funzioni:» memorizzazione della cella in un buffer» trasferim ento fisico dalla terminazione di ingresso a quella di uscita» aggiornamento dell etichetta 27 Circuito virtuale VC_ID IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT Link_ID - VC_ID

15 Circuito virtuale Rete B-ISDN/ATM Public ATM network Non ATM LANs Fa x Serv er Fr am e R el ay Ser v er A TM L A N H D T V H D T V Fr am e R el ay Ser v er H D TV F ax Serv er A T M L A N Non ATM LANs 30

16 Elementi di una rete ATM T UNI T UNI UNI T T T UNI C NNI NNI C C NNI NNI NNI NNI C NNI C UNI UNI T T UNI T UNI T C T Nodo di commutazione Nodo Terminale UNI User Network Interface NNI Network Node Interface 31 Tipi di Interfacce Term inale Operatore A Operatore B Term inale Local Switch Local Switch Public ATM Netw ork Public ATM Netw ork Term inale Private UNI Private NNI UNI: Us er-to-ne tw ork Interface NNI: Ne tw ork-to-node Interface Public UNI Public NNI 32

17 Struttura e formato della cella GFC VPI 1 VPI He ader VPI VCI VCI 2 3 VPI VCI VCI VCI PT CLP 4 VCI PT CLP HEC 5 HEC 6 User Data. User Data (48 ottetti). (48 ottetti) 53 Form ato cella all'interfaccia utente-rete Form ato cella all'interfaccia nodo-rete GFC: Generic Flow Control VCI: V irtual Channel Identifier VPI: Virtual Path Ident ifier PT: Payload Type CLP: Cell Loss Priority HEC: Header Error Check 33 Principio del Core and Edge 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 tipi di servizio, sono svolte agli estremi Terminale Utente Protocolli di livello superiore Edge ATM Nodo di Commutazione ATM Controllo di errore (solo per alcuni servizi e su richiesta) ATM (Core) Terminale Utente Protocolli di livello superiore Edge ATM PHY PHY PHY PHY 34

18 Principio del Core and Edge Obiettivo: Spostare la complessità funzionale verso i bordi della rete Perché:» ai bordi il carico è minore» mezzi fisici affidabili (fibre ottiche) rendono superfluo il controllo di errore su tutta la cella in rete» considerazioni di guadagno statistico rendono possibile l ottenimento di accettabile QoS con una gestione del traffico per aggregati 35 Dove siamo? 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 36

19 Protocol Reference Model M anagement Plane Control Plane Higher Layer Protocols ATM Adaptation Layer ATM Layer Us er Plane Higher Layer Protocols Layer M anagement Plane M anagement Phys ical Layer 37 Protocol Reference Model User plane» comprende le funzioni orientate al trasferimento delle informazioni d utente Control Plane» comprende le funzioni di controllo di chiamata (call 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 presenti in ogni strato 38

20 Protocol Reference Model Strato Fisico (PHYSICAL Layer)» funzioni relative all adattamento del flusso informativo alle caratteristiche del mezzo trasmissivo e alla trasmissione dei bit informativi Strato ATM (ATM layer)» funzioni comuni a tutti i tipi di informazioni» funzioni riguardanti il trattamento dell'intestazione delle celle Strato di Adattamento (ADAPT ATION Layer)» funzioni dipendenti dal particolare tipo di informazione da trasferire e riguardanti l adattamento tra sezioni di rete ATM e non-atm» funzioni riguardanti il trattamento del campo infomativo delle celle 39 Funzioni di strato Convergenza Segmentazione e Ricos truzione Ge neric Flow Control Ge nerazione dell'intestazione de lle celle Traslazione VPI/VCI Multiplazione/Demultiplazione Adattamento de l tasso di generazione delle celle CS SAR ATM Layer ATM Adaptation Layer - AAL Generazione e verifica del campo di controllo d'errore Delim itazione de lle ce lle Inserimento delle celle nella trama in trasm issione Generazione delle trame Temporizzazione Adattamento al mezzo trasm issivo Trasmiss ion Converge nce TC Physical Me dium PM Phys ical Layer 40

21 Dove siamo? 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 41 Funzioni di Strato Fisico Lo strato fisico e composto da due sotto-strati» Physical Medium subla yer (PM)» Transmission Convergence subla yer (TC) ATM layer Transmission Convergence (TC) sublayer Physical Medium (PM) sublayer Physical layer Physical medium 42

22 Funzioni di Strato Fisico Lo Strato Fisco è suddiviso in due sottostrati» Physical Medium subla yer (PM)» Transmission Convergence subla yer (TC) Il sottostrato PM include le funzioni dipendenti dal mezzo trasmissivo Il sottostrato PM è responsabile delle trasmissione e della ricezione del flusso i bit e delle informazioni di temporizzazione e di sincronizzazione 43 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 delle celle» Adattamento del tasso di generazione delle celle alla capacità del sistema di trasmissione (in serimento di celle vuote) 44

23 Transmission Convergence Sublayer Alternative per il livello di transmission convergence» Orientata alla trama - Cell mapping onto transmission frames» Orientata alle celle Cell based (detta anche Direct cell transfer ) La Cell-based prevede un flusso continuo di celle Nella trasmissione orientata alla trama le celle sono inserite nel payload di una trama noi considereremo il caso della trama SDH: interfaccia SDH-based Nell interfaccia SDH-based la differenza tra bit rate lordo e netto è utilizzata per la trasmissione dell overhead di trama, in quella cell-based sono invece trasmesse celle OAM 45 UNI: Physical Layer Gerarchie PDH Gerarchie SDH TAXI (FDDI) USA Europa USA: SONET Europa: SDH 100 Mbps T1 - DS Mbps E Mbps OC-3c / STS-3c Mbps STM Mbps AL TRI T3 - DS Mbps E Mbps OC-12c / ST S-12c Mbps STM Mbps 25.1 Mbps 51 Mbps E Mbps OC-48c / ST S-48c 2.4 Gbps STM Gbps Mbps Standard attualmente definito Standard non supportato 46

24 Livelli fisici ATM forum Private ATM Public ATM 47 SONET / SDH Puntatori ed allineamento del payload 0 µ s Frame 0 Frame 1 A1 A2 C1 B1 E1 F1 D1 D2 D3 H1 B2 D4 D7 D10 Z1 H2 K1 D5 D8 D11 Z2 H3 K2 D6 D9 D12 E2 A1 A2 C1 B1 D1 H1 E1 D2 H2 F1 D3 H3 B2 D4 D7 D10 Z1 K1 D5 D8 D11 Z2 K2 D6 D9 D12 E2 J1 B3 C2 G1 F2 H4 Z3 Z4 Z5 125 µ s 250 µ s 48

25 SONET / SDH B-ISDN Specific Functions: funzioni necessarie per adattare i servizi offerti dal live llo fis ico SONET / SDH a quelli richiesti dal livello ATM.» Cell Mapping: inserimento delle celle ATM nel payload (SPE) del frame STS-3 / STM-1 in trasmissione. Path Overhead 260 ottetti 9 ottetti J1 B3 C2 G1 F2 H4 Z3 Z4 Z5 53 ott. Capacita Netta: 260 * 9 * 8 bit = 125 µs = Mbps 49 Interfaccia SDH-Based Le celle ATM sono mappate nel container C-4 della struttura STM-1 L inizio delle celle è allineato con l inizio di un byte, il primo byte del VC-4 è indicato dal H4 pointer Una cella ATM può trovare posto in due trame consecutive 50

26 ATM via E1 256 bit E1» PDH multiplex at Mbit/s E1 frame» 30 PCM channels (240 bit)» synchronization channel (n. 0) (8 bit)» signalling channel (n. 16) (8 bit) E1 rframes Channel 0 Cell header Payload (48 byte) Cell header Payload (48 byte) Cell header Channel 16 Cell header Payload (48 byte) Payload (48 byte) Cell header 9 Payload (48 byte) Cell header 10 Payload (48 byte) 1 by te 15 by te 1 by te 15 by te 51 Cell Based (o Direct Cell Transfer ) Le celle ATM non sono inserite in una ulteriore trama Le celle ATM sono covertite direttamente, bit a bit, nel corrispondente segnale elettrico/ottico In teoria, questo metodo consente un uso ottimale della capacità trasmissiva Svantaggi:» non si riusano le infrastrutture trasmissive esistenti» il trasferimento di informazioni di monitoraggio e gestione è inefficente (si usano cell OAM dedicate) 52

27 Cell Based (o Direct Cell Transfer ) L interfaccia Cell-based consiste in un flusso continuo di celle Se non e'disponibile una cella ATM in trasmissione, nel flusso uscente viene inserita una cella generata dallo strato fisico (Funzione di adattamento del tasso di generazione delle celle - Cell Rate Decoupling) Una cella di strato fisico è sempre inserita dopo 26 celle ATM consecutive Le celle di strato fisico sono celle IDLE o celle OAM Le celle di strato fisico sono estratte in fase di ricezione Cell Based (o Direct Cell Transfer ) 53 Una cella OAM (Operation And Maintenance) cell viene spedita ogni 26 celle normali Repetition period 27 cells ATM cells Physical Layer OAM cells 54

28 Controllo d errore Il campo di controllo d errrore (Header Error Control - HEC) controlla esclusivamente i byte dell header delle celle Il campo HEC è in grado di:» Riconoscere e correggere errori singoli» Riconoscere errori multipli Diagramma di stato della procedura di controllo d'errore: Errori multipli rivelati [cella scartata] Nessun errore rivelato Correzione Nessun errore rivelato Rivelazione Errore rivelato [cella scartata] Errore singolo rivelato [c orrezione] 55 Header Error Control HEC Generation / Verification» TX: generazione del campo HEC delle celle utilizzando il polinomio generatore:» X 8 + X 2 + X + 1» RX: Rile vamento errori multipli e correzione errori singoli: Stato iniziale ed errori sporadici: Correction Mode; Burst di errori: Detection Mode. Multi-bit error detected ( cell discarded) No error detected (no action) Correction Mode No error detected (no action) Detecion Mode Error detected (cell discarded) Single-bit error corrected (cell valid) 56

29 Controllo d errore Cella entrante No Errore nell header Si Errore riv elato No Si Modo corrente Rivelazione Correzione Succ. Si Correzione Errore corregibile Insucc.. No Cella valida Cella errata accettata Cella scartat a Se il tasso d errore medio sul bit è di 10-8» probabilità di scarto di una cella = 10-13» probabilità accettare una cella errata = Cell delineation Cell Delineation: identificazione dei confini delle celle all interno del payload del frame STS-3 STM-1 in ricezione mediante analisi del campo HEC.» HUNT (stato iniziale). Il ricevitore sposta una finestra di cella bit per bit e calcola HEC.» PRESYNC. La finestra si sposta di cella in cella fino a quando non sono stati rile vati δ HEC corretti conse cutivi.» SYNC. Struttura del payload identificata; HEC viene ora usato per il rile vamento degli errori. Il s incronismo e perso quando si rilevano α HEC e rrati conse cutivi. Correct HEC HUNT (bit byb it) Incorrect HEC PRESYNC Cell b y Cell α consecutive incorr ect HEC (es. α = 7) SYNC δ consecutive correct HEC (es. δ = 6) 58

30 Cell Delineation La funzione di cell delineation ha il compito di individuare l'inizio e la fine delle celle Il metodo è basato sulla correlazione tra i bit dell'intestazione e i relativi bit del campo di controllo d'errore I valori dei parametri α e δ devono essere scelti in base a considerazioni prestazionali (minimizzazione delle probabilità di falso allarme, della probabilità di falsa sincronizzazione) Valori suggeriti α = 7 e δ = 6-8 Impatto del bit error rate sulle prestazioni dell identificazione dei confini della cella 59 60

31 Impatto del bit error rate sulle prestazioni dell identificazione dei confini della cella 61 Dove siamo? Architettura dell ATM» Dalla N-IS DN alla (mai realizzata) B-ISDN» 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 62

32 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 stabilite in precedenza ed in conformità ad un traffic contract. ATM SDU Upper Layer Upper Layer ATM SDU ATM Layer ATM Layer ATM Layer ATM cell PHY Layer PHY Layer PHY Layer Phys ical Medium Phys ical Medium 63 Funzioni dello strato ATM Lo strato ATM è indipendente dal mezzo trasmissivo e dal tipo di informazione Lo strato ATM comprende le seguenti funzioni:» Multiplazione di celle associate a Virtual Channel (VC) e/o V irtual Path (VP) individuali» Demultiplazione delle celle da un flusso multiplato in base al valore del VP e/o VC individuale» Traslazione degli identificatori di VP e/o di VC» Generazione dell'intestazione delle celle in trasmissione ed estrazione ed elaborazione dell intestaione delle celle in ricezione» Generazione delle informazioni controllo di flusso da inserire nel campo Generic Flow Control (GFC) 64

33 ATM Layer: Funzioni Per quanto riguarda la funzione di multiplazione, è possibile multiplare celle appartenenti a connessioni di diverse classi di servizio, cioè con QoS differenti. Esempi di classi di servizio supportate:» Unspecified QoS: Available Bit Rate (ABR), Unspecified Bit Rate (UBR);» Specified QoS: almeno la Classe 1, Constant Bit Rate (CBR). 65 Struttura e formato della cella He ader GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC User Data (48 ottetti).. User Data (48 ottetti) 53 Form ato cella all'interfaccia utente-rete Form ato cella all'interfaccia nodo-rete GFC: Generic Flow Control VCI: V irtual Channel Identifier VPI: Virtual Path Ident ifier PT: Payload Type CLP: Cell Loss Priority HEC: Header Error Check 66

34 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 etichetta della cella PT: descrive i contenuti del payload:» dati ute nte;» informazioni di management de lla rete; CLP: specifica il grado di importanza dei dati trasportati 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 GFC (Generic Flow Control) Presente solo all interfaccia utente-rete (UNI). Consente alla terminazione di rete di controllare il flusso di celle dal terminale (Controlled Access) Nella direzione End-Sistem Network, indica se la cella proviene o meno ad un terminale controllato e se appartiene o meno ad una connessione controllata. Nella direzione Network End-Sistem comanda l arresto - ripresa della TX e/o comanda opportuni contatori di crediti di TX Attualmente non è usato e posto a 0000 in entrambe le direzioni (Uncontrolled Access) ES UNI NNI Network 68

35 VPI e VCI (Virtual Path/Channel Identifier) Identificatore della connessione virtuale (etichetta) Hanno un significato locale all interfaccia» Il nodo di commutazione effettua un label swapping Sono organizzati in modo gerarchico per semplificare l instradamento VCI = 16 bit 2 16 = canali virtuali (VC) per ogni VP» VCI dal 32 al disponibili per canali d utente» VCI da 0 a 32 riservati (es. VCI=3,4 OAM per flussi F4, VCI=5 segnalazione, VCI=16 ILMI) Alla UNI: VPI = 8 bit 2 8 = 256 VP a disposizione dell utente Alla NNI: VPI = 12 bit 2 12 = 4096 VP Payload Type (PT) 69 Identifica il tipo di informazione contenuta nei 48 bytes di payload della cella PT Coding Interpretation User data cell, AAU = 0, congestion not experienced User data cell, AAU =0, congestion experienced User data cell, AAU = 1, congestion not experienced User data cell, AAU = 1, congestion experienced O AM F5 segment associated cell O AM F5 end-to-end associated cell Resource management cell Reserved for future functions 70

36 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 ATM-user-to-ATM-user (AAU), puo essere u sato dall utente dell ATM (il livello AAL)» il protocollo AAL5 lo usa per indicare l ultima cella di una SAR-PDU Per le celle di utente il terzo bit, chiamato Conge stion Indication (CI) bit, indica se si è verificata una situazione di congestione. Questo bit può essere modificato da ogni nodo di rete. Viene usato dal servizio Available Bit Rate (ABR) Il codice 110 indica le celle RM (Resource s Management), usate nel servizio ABR Cell Loss Priority (CLP) 71 Campo ampio un 1 bit Indica la priorità della cella:» 0 = Alta Priorità, la cella non deve essere scartata» 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 trasmissione (per indicare una porzione dei dati con priorità più bassa) ad esempio in un servizio VBR la garanzia di qualità fornita dalla rete si potrebbe applicare solo alle celle con CLP=0 In Frame Relay esiste una funzione simile, realizzata dal bit DE - Di scard Eligibility. 72

37 Header Error Control (HEC) Campo di 8 bit Viene usato dall livello Trasmission Convergence dello Strato Fisico (PL) per:» rilevare/correggere errori sull header della cella, in particolare è del tipo SEC/DED: Single Error Correction, Double Error Detection = rileva errori singoli e doppi, può correggere errori singoli.» effettuare la delimitazione di trama Gerarchia di trasporto ATM 73 Virtual Channel Connection F5 F4 Virtual Channel link Virtual Path link VC switch Virtual Path Connection VP switch ATM Layer F3 F2 Transmission Path Digital Section Regenerator Section DXC Physical layer F1 74

38 Stratificazione Rete ATM Strato ATM Strato Fisico Virtual Channel Virtual Path Transm ission Path Digital Section Regenerator Se ction Virtual channel» è utilizzato per il trasporto unidirezionale di celle ATM, queste sono identificate da un unico identif icatore denominato V irtual Channel Identifier (V CI) Virtual path» è utilizzato per il trasporto unidirezionale di celle ATM appartenenti a VC diversi identificati da un unico identificatore denominato Virtual Path Identifier (VP I) 75 Stratificazione Transmission path» si estende tra elementi di rete che assemblano e disassemblano il payload del sistema di trasmissione; in questi elementi di rete devono essere svolte le funzioni di cell delineation e di controllo d errore Digital section» si estende tra elementi di rete che assemblano e disassemblano le stringhe di bit Regenerator section» si estende tra due rigeneratori di segnale 76

39 Connessioni ATM Si possono realizzare connesioni a livello di Canale Virtuale (Virtual Channel) o a livello di Percorso Virtuale (Virtual Path) VP link VC connection VP connection = VC link 77 VC link e VP link VPI1 NE VPI2 VCI1 VCI2 VCI3 NE Virtual Channel Link: definisce una capacità di trasporto unidirezionale di celle ATM tra il punto (elemento della rete) dove viene assegnato un valore di VCI al punto dove esso viene tradotto o rimosso (endpoint). Virtual Path Link: definizione analoga alla precedente, tra elementi di rete che assegnano o traducono il valore di VPI. 78

40 Connessioni di VP e VC Una Connessione di VC (VCC - Virtual Channel Connection si realizza quindi mediante la concatenazione di VC links Una Connessione di VP (Virtual Path Connection) si realizza mediante la concatenazione di VP links Le VPC/VCC possono essere di tipo:» permutate / commutate» punto- punto / punto-multipunto» user to user / network to network 79 Connessioni di VP e VC Una Virtual Channel Connection (VCC) è la concatenazione di virtual channel link e si estende tra due elementi di rete che terminano lo strato di adattamento I parametri di una VCC sono negoziati durante la fase di instaurazione La rete controlla il traffico su di una VCC per assicurare che siano rispettati i parametri di traffico dichiarati dall utente (Usage parameter Control - UPC) 80

41 Connessioni di VP e VC Una Virtual Path Connection (VPC) è la concatenazione di virtual path link e si estende tra due elementi di rete che elaborano i VCI (VC switch) Una VPC può essere stabilita sia su domanda che in modo semi-permanente I parametri di una VPC sono negoziati all atto della sua instaurazione 81 Connessioni di VP e VC In una VPC sono preservate la sequenza delle celle di ogni VC componente Poiché una VPC può gestire VC aventi QoS diverse, la QoS della VPC deve dipendere da quella più stringente La rete controlla l intero flusso di traffico su di una VPC 82

42 Virtual Path e Virtual Circuit VC VC VC VP VP VP Transm ission path VP x VP y VP z VC 1 VC 2 VC 3 VC 1 VC 2 VC 3 VC 1 VC 2 VC 3 VC = Virtual Channel VP = Virtual Path I VP (virtual path) appartententi a diversi Cammini Virtuali sono multiplati sul collegamento fisico I VC (virtual channel) appartenenti a differenti connessioni di tipo Canale Virtuale sono multiplati nei VP 83 Commutazione dei VCs e VPs Sono definiti due tipi di commutazione ATM:» commutazione di cammini virtuali (VP Switch)» commutazione di canali virtuali (V C Switch) Un VP switch ha il compito di modificare i VPI di ogni cella lasciando inalterati i VCI Un VC switch modifica sia i VCI che i VPI 84

43 Commutatore/permutatore ATM di VP VCI 21 VCI 22 VPI 1 VPI 4 VCI 23 VCI 24 VCI 23 VCI 24 VPI 2 VPI 5 VCI 25 VCI 26 VCI 25 VCI 26 VPI 3 VPI 6 VCI 21 VCI 22 VP switch/cross-connect Commutatore/permutatore ATM di VP/VC 85 VC sw itch/cross-connect VCI 21 VCI 22 VCI 23 VCI 24 VPI 1 VPI 3 VPI 2 VCI 21 VCI 22 VPI 1 VPI 2 VPI 3 VCI 24 VCI 23 VCI 25 VCI 26 VPI 4 VPI 5 VCI 25 VCI 26 VP switch/cross-connect 86

44 Rete di VP VPI=4 VCI=6,7,13 ATM XC VPI=32 VPI=32 VPI=61 VCI=6,7,13 ATM XC VCI=6,7,13 VPI=29 VPI=18 VCI=38,37,23 VCI=38,37,23 VPI=29 ATM XC VPI=77 Le VPC sono tipicamente di tipo semipermanente Tutti i VC passano inalterati nei VP cross-connect 87 Rete di VC VPI=4 VCI=6,7,13 ATM sw VPI=32 VPI=32 VPI=61 VCI=6,7,13 ATM sw VCI=8,62,27 VCI=38,37,23 VPI=29 VPI=29 VCI=13,42,3 VPI=29 ATM sw VPI=31 Le VCC sono commutate o semipermanenti Tutti i VP link sono terminati negli switch 88

45 Combinazione di VP switch e VC switch VPI - VCI IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT * 4-12-* 1-27-* 3-43-* Link_ID - VPI - VCI * 4-6-* 2-13-* 1-44-* * * 2-78-* 3-56-* 1-6-* 3-57-* 5-13-* * 5-17-* Guardiamo solo il VC switch... VPC ( VP Connection) VCC (VC Connection) VPI - VCI IN OUT IN OUT IN OUT * 4-12-* 1-27-* 3-43-* Link_ID - VPI - VCI * * 5-17-*

46 Connessioni commutate e permutate 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 gestione (Management Plane) poco o per nulla variabili nel tempo in genere associate al livello VP permutatore ATM = ATM cro ss-con nect VPs e VCs 91 Vantaggi del concetto di VP» Architettura di rete semplificata» le funzioni di trasporto sono separate in due insiemi distinti» Prestazioni migliori» la rete può trattare entità aggregate» Minore set-up time delle connessioni» una volta instaurato un VP, le connessioni nel suo ambito non richiedono elaborazione nei nodi intermedi» Servizi di rete avanzati» VPN, close user group 92

47 VPC e rete virtuale VC Sw itch Locale VC Sw itch Locale VC Sw itch Locale VPC3 VPC2 VPC1 Rete ATM VC Sw itch Locale 93 VPC e rete virtuale Rete logica Rete fisica ATM Network 94

48 Tipi di celle ATM Il tipo di cella è identificato dall etichetta dello strato ATM Celle di strato fisico» Idle cells» celle utilizzate dallo strato fisico per adattare il cell rate dello strato ATM con quello dell interfaccia fisica» Physical layer OAM cells» celle utilizzate per funzioni di OAM dello strato fisico» livelli F1, F2, F3 hanno VPI/VCI = 0» Valid cells» celle in cui non sono stati rivelati, o sono stati corretti, errori nell intestazione» Invalid cells» celle scartate dallo strato fisico a causa di errori rivelati nell intestazione Tipi di celle ATM 95 Celle di strato ATM» Assigned cells» celle che forniscono servizio agli strati superiori, usate per la comunicazione all interno dei VC o VP: user data cells, signaling cells, meta-signaling cells, V C OAM cells» Unassigned cells» celle ATM che non sono assegnate hanno valido VPI/VCI ma payload vuoto» VC/VP OAM cells» cells providing for the transfer of F4 and F5 flows, monitoring of performance and availabilty of VPs and VCs» F4 OAM: stesso VPI of the monitored VP, VCI =3,4» F5 OAM: identificate da particolari valori del campo PTI (100, 101) 96

49 Configurazioni dell header ATM Cell Type Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Idle cells Metasignallin g cells 0000 xxxx xxxx a0c Broad cast Signalling cells 0000 xxxx xxxx aac Pont to Point Signalling cells 0000 xxxx xxxx aac Segment OAM F4 cells 0000 yyyy yyyy a0a End-to-end OA M F4 cells 0000 yyyy yyyy a0a GFC VPI VCI PTI CLP a: a disposizione delle funzioni di livello ATM appropriate b: don t care c: l entità trasmittente lo pone a 0, ma può essere modificato dalla rete. X: qualsiasi valore di VPI (default = 0) y: valore di VPI specifico 97 Configurazioni dell header ATM Cell Type Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Unassigned cells bbb0 Segment OAM F5 cells 0000 yyyy yyyy zzzz zzzz zzzz zzzz 100 a End-to-end OA M F5 cells 0000 yyyy yyyy zzzz zzzz zzzz zzzz 101 a Resource Management cells 0000 yyyy yyyy zzzz zzzz zzzz zzzz 110 a ILMI (solo per ATM-Forum) a0a GFC VPI VCI PTI CLP a: a disposizione delle funzioni di livello ATM appropriate b: don t care c: l entità trasmittente lo pone a 0, ma può essere modificato dalla rete. X: qualsiasi valore di VPI (default = 0) y: valore di VPI specifico z: qualunque valore di VCI diverso da 0 98

50 Celle ATM di OAM campo informativo cella ATM header OAM type function type OAM function specific field Res. 5 octets 4 bit 4 bit 45 octets 6 bit 10 bit CRC OAM Type (Function Type):» (0001) Fault m anagement (ITU-T I.160)» AIS: (Advance Information Signal), RDI (Remote Defect Indicator), Continuity Check, Loopback.» (0100) Perform ance management» Forward M onitoring, Backward Reporting» (1000) Activation/Deactivation» Perform ance Monitoring, Continuity Check» System management (ad uso dei sistem i terminali e non standardizzato) Formato delle celle OAM di fault 99 campo informativo cella ATM header OAM type function type OAM cell information field Res. CRC 5 octets 4 bit 4 bit 45 oct ets 6 bit 10 b it defect t ype (optional) defect lo cation (optional) unused octet s 1 octet 16 octets 28 o ctets VP AIS è generato da VP connecting point e inviato verso valle a seguito di indicazioni di malfunzioni rilevate dal livello fisico oppure a seguito di mancanza di continuità a livello VP (rilevata da Continuity Check). VP RDI è inviato verso monte dal VP end point che ha terminato il flusso VP AIS. VC AIS è generato da VC connecting point e inviato verso valle a seguito di indicazioni di malfunzioni rilevate dal livello fisico, o ATM, sia VP che a seguito di mancanza di continuità a livello VC. VC RDI è inviato verso monte dal VC end point che ha term inato il flusso VC AIS. Viene trasmessa una cella al secondo di VP/VC AIS fino a che l indicazione della malfunzione è rimossa. Il VP/VC end point che ha term inato il flusso VP/VC AIS perm ane in s tato di allarme (trasmettendo una cella al secondo a ritroso di VP/VC RDI) fino a che:» assenza di VP/VC AIS per tre secondi oppure» ricezion e di un a cella valid a 100

51 Celle OAM di performance campo informativo cella ATM header OAM type function type OAM cell information field Res. CRC 5 octets 4 bit 4 bit 45 oct ets 6 bit 10 b it MCSN TUC 0+1 BEDC 0+1 TUC 0 TSTP Unused TRCC 0 BLER 0+1 TRCC 0+1 (Opti onal ) 8 bit 16 bit 16 bit 16 bit 32 bit 29 oct ets 16 bit 8 bit 16 bit MCSN : Monitoring Cell Sequence Number TUC: Total User Cell Number (con CLP pari a 0 o 0+1) BEDC: Block Error Detection Code (codice BIP-16 sui campi informativi di un blocco di celle d utente) 1 TSTP: Time Stamp (dichiarato f.f.s.) TRCC: Total Received Cell Count (con CLP pari a 0 o 0+1) 2 BLER: Block Error Result 2 1 Campo usato sol o per celle For ward Moni tori ng 2 Campo usato sol o per celle Back ward Re por ting 101 Celle OAM di activ./deactiv. campo informativo cella ATM header OAM type function type OAM cell information field Res. 5 octets 4 bit 4 bit 45 oct ets 6 bit 10 b it CRC Messag e id directions of Action Correlation tag PM block siz e A-B PM block siz e B-A unused octets (6AH) 6 bit 2 bit 8 bit 4 bit 4 bit 336 bit OA M A ctiv ation/deac tiv ation Request fr om TMN or End User End-P oint A of C onnecti on/se gme nt End-P oint B of C onnecti on/se gme nt AC TIVA TE/DEA C TIV A TE AC TIVA TI ON/DE AC TIV A TI ON C ON FIR ME D or DE NIED L attiv azione/ disattiv azione è richies ta per le funzioni di Performa nce ma na geme nt e Continuity Chec k 102

52 Dove siamo? Architettura dell ATM» Dalla N-IS DN alla (mai realizzata) B-ISDN» 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 103 Funzioni dello strato di adattamento Lo strato di adattamento (AAL) ha lo scopo di adattare il servizio offerto dallo strato ATM alle caratteristiche specifiche delle applicazioni e consente (se necessario) di realizzare le funzionalità» 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 sottostrati:» Segmenting and Reassembly sublayer (SAR)» Convergence Subla yer (CS) Il sottostrato SAR esegue» lato trasmissione: la segmentazione delle unità di dati offerte dagli strati superiori in parti compatibili con il f ormato della cella» lato ricezione: la ricostruzione dell unità di dati originale Il sottostrato CS dipende dal particolare tipo di servizio e definisce i servizi offerti agli strati superiori 104

53 STRATO AAL Per rendere limitato il numero di protocolli di strato AAL, i servizi sono classificati in base a:» relazione temporale tra sorgente e destinazione (servizi isocroni e non isocroni);» caratteristiche di emissione della sorgente (CBR o V BR);» servizio di trasferimento (orientato alla connessione o senza connessione) Le classi di protocolli di AAL sono quattro» Classe A» Classe B» Classe C» Classe D 105 STRATO AAL CLASSE A» fornisce un servizio di trasporto del tipo ad emulazione della commutazione di circuito ed è adatta per servizi isocroni e CBR CLASSE B» servizi VBR sia video che audio CLASSE C» servizi dati orientati alla connessione CLASSE D» servizi dati senza connessione 106

54 STRATO AAL Tim ing relation Bit rate Connection mode AAL Protocol Classe A Classe B Classe C Classe D CBR Servizi Is ocroni Orientati alla conness ione Servizi Non Isocroni VBR Senza connessione Type 1 Type 2 Type 3/4 o 5 Type 3/4 o AAL 1 Formato della SAR-PDU 4 bit 4 bit 47 byte SN SNP SAR-P DU Payload C SC CRC P SAR-PDU header SAR-PDU 108

55 AAL 1 SN : sequence number (4 bit)» C : convergence sublayer indication (1 bit)» SC : sequence count (3 bit) SNP : sequence number protection (4 bit)» CRC : cyclic redundancy check (3 bit)» P : even parity (1 bit) Il bit C è utilizzato per trasferire informazioni di temporizzazione Il campo SNP fornisce sia funzioni di rivelazione che di correzione d errore sul sequence number Il bit P è un bit di parità relativo ai primi 7 bit dell header 109 AAL 1 Funzioni di sottostrato CS» nessuna PDU è stata definita per il sottostrato CS» tutti i 47 byte del payload della SAR-PDU sono utilizzabili per il trasferimento dell informazione d utente» la gestione del cell delay variation è effettuata tramite l allocazione di un buffer di play-out» il recupero del clock di sorgente è effettuato mediante il metodo SRTS (Synchronous Residual Time Stamp Method)» il metodo SRTS misura la differenza tra i clock di riferimento e quello di servizio, l informazione è trasportata dal bit C nelle SAR-PDU con numeri di sequenza dispari (S N=1,3,5,7)» Il riferimento temporale è dato dalla rete» una funzionalità di FEC può essere aggiunta per servizi video e audio ad alta qualità mediante opportune codifiche del payload della S AR- PDU 110

56 Synchronous Residual Time Stamp E basato sulla misura della differenza tra il clock di sorgente e quello di rete supposto identico alla sorgente e alla destinazione f s f n f d Sorgente Rete Destinaz. La frequenza del clock di sorgente è rigenerata a destinazione mediante l informazione di errore rispetto alla frequenza di rete 111 Synchronous Residual Time Stamp Si calcolano il numero di cicli Mq del clock di rete fn eseguiti in un tempo prestabilito T (RTS period) nel quale il clock di sorgente fs esegue N cicli I valori di fn e N sono noti alla destinazione e viene trasmessa la differenza tra N e Mq T= N cicli di f s M q cicli di f n f s = N f n M q = N f n N M RES M res t 112

57 Synchronous Residual Time Stamp Schema di misura di MRES f s Counter / N Read P bit counter M RES f n P bit counter Il numero N è stato scelto uguale a 3008 (uguale alla lunghezza di 8 campi informativi delle SAR-PDU) 113 AAL 2 AAL 2 fornisce una trasferimento efficiente di flussi a bassa capacità e bit rate variabile per applicazioni sensibili al ritardo Il servizio AAL 2 offre» il trasferimento di CPS-SDUs fino a 64 ottetti» multiplexing e demultiplexing di più canali AAL2» Integrità della sequenza di CPS-SDU in ogni canale AAL2 Il servizio AAL 2 non è assicurato:» Le CPS-SDU possono essere perse» Le CPS-SDU perse non sono corrette con la ritrasmissione 114

58 AAL 2 Il livello AAL 2 non offre funzionalità di rivelazione/ correz ione di errore nel payload AAL 2 è utilizzato per applicazioni real-time, tuttavia non offre alcun servizio di recupero della sincronizzazione. Tale funzionalità è quindi demandata ai livelli protocollari superiori. Ad esempio AAL 2 è utilizzato per il trasporto dei flussi vocali su ATM nella sezione di accesso delle reti cellulari di terza generaz ione (UMTS) AAL CPS-Packet CID (8 bit) LI (6 bit) UUI (5 bit) HEC (5 bit) CPS- Packet payload (up to 64 octects)» Channel Identifier - CID (8 bit)» identifies the AAL 2-CPS user of the channel» Length Indicator - LI (6 bit)» encodes the length of the CPS-Packet Payload (45/64 octects)» User-to-User Information - UUI (5 bit)» conveys specific u ser information» Header Error Control - HEC (5 bit)» detects errors in CPS-Packet header 116

59 AAL 2 CPS-PDU» a CPS-PDU may carry zero, one or more CPS-Packets OSF (6 bit) Start Field (STF) SN (1 bit) P (1 bit) CPS-PDU paylo ad PAD (0-47 octects)» Offset Field - OSF (6 bit)» encodes the offset between the end of the STF and the first start of a CPS-Packet, it is useful when packets are lost» Sequence Number - SN (1 bit)» is used to number (modulo 2) the stream of CPS-PDUs» Parity - P (1 bit)» is used to detect errors in the STF AAL Multiplexing and packing CPS-packets into CPS-PDUs CPS-Packet CPS-Packet CPS-Packet CPS-Packet CPS-Packet CPS-Packet CPS-Packet CPS-Packet L octects L octects L octects L octects L octects L octects L octects L octects CPS-PDU CPS-SDU Information CPS-PDU CPS-Packet header Start field (STF) CPS-PDU PAD field CPS-PDU 118

60 AAL 5 Inizialmente si era definito un livello AAL molto complesso per il trasferimento di applicazioni dati, detto AAL 3/4 AAL5 viene introdotto come semplificazione L AAL 5 non supporta la funzione di multiplazione che era prevista in AAL 3/4 119 AAL 5 Formato della SAR-PDU dell AAL 5» tutti i 48 byte sono utilizzati per il trasferimento di bit relativi alla CPCS-P DU» il sottostrato S AR non introduce overhead» la funzione di riconoscimento della fine di una CPCS-PDU è demandata al bit AAU del campo PT (Payload Type) dello strato ATM» AUU=1 ultima cella della CPCS-PDU» AUU=0 prima cella o cella intermedia SAR-PDU payload 48 byte 120

61 AAL 5 CS Formato della CPCS-PDU CPCS-PDU payload P AD UU CPI Le ngth CRC 0-47 ottetti 8 bit 8 bit 16 bit 32 bit CPCS-PDU trailer CPCS-PDU 121 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 CPCS-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 multiplo di 48 ottetti 122

62 Dove siamo? Architettura dell ATM» Dalla N-IS DN alla (mai realizzata) B-ISDN» 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 123 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 F roum)» la tipologia di servizio richiesta Descrittore di traffico della connessione (Traffic Descriptor)» Descrittore di traff ico 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) 124

63 Gestione del traffico Il problema della gestione del traffico è molto importante nelle reti ATM in quanto:» il traffico trasportato può essere di natura eterogenea (audio, video, dati, ecc.)» l utente può richiedere alla rete servizi di trasporto a qualità (QoS) garantita e servizi di tipo best-effort Obiettivi» garantire all utenza la QoS concordata» ottimizzare l utilizzo delle risorse di rete (banda, buffer, ecc.)» minimizzare la complessità degli apparati d utente 125 Gestione del traffico Nella fase di set-up della connessione l utente stipula con la rete un contratto di traffico (Traffic Contract) costituito da:» Traffic Descriptor: insieme di parametri che definiscono le caratteristiche del traffico che sarà generato dalla sorgente» Requested QoS: insieme di parametri che definiscono le prestazioni che ci si attende siano garantite dalla rete» Conformance Definition: definizione della regola da utilizzare per stabilire quali celle siano conformi al Traffic Contract. ATM Forum raccomanda l algoritmo GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) Le risorse di rete vengono allocate in modo da realizzare le prestazioni richieste fintanto che il traffico generato è conforme al Traffic Contract 126

64 Parametri di traffico I parametri di traffico attualmente definiti nella specifica UNI 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 127 Descrittori di traffico Descrittore di traffico della connessione = Descrittore di traffico della sorgente +Tolleranze + Conformance definition PCR: Peak Cell Rate = 1/T PCR SCR: Sustainable Cell Rate = 1/T SCR MBS: Maximum Burst Size CDVT: Cell Delay Variation Tolerance T PCR MBS T SCR time time 128

65 Parametri di QoS I parametri di QoS attualmente definiti nella specifica UNI 4.0 sono i seguenti:» peak-to-peak Cell Delay Variation (peak-to-peak CDV): massima variazione tollerata per il tempo di trasferimento delle celle» Maximum Cell Transfer Delay (max CTD): massimo tempo di trasferimento tollerato per le celle trasmesse sulla connessione» Cell Loss Ratio (CLR): massimo tasso di perdita tollerato sulla connessione 129 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) α = 10-8 ATM Forum -Traffic Management Specification

66 Cell Delay Variation Buffer di equalizzazione Network A B C A B C 131 QoS: approccio ITU-T ITU-T definisce 4 Classi di QoS Classe 1 (Stringent):» garantisce bassa prob. di perdita (CLR< )» garantisce bassi ritardi e bassa variabilità dei ritardi (MaxCTD < 400 ms, CDV < 3 ms) Classe 2 (Tolerant):» garantisce bassa prob. di perdita (CLR<10-5 ) Classe 3 (Bi-level): garantisce...» garantisce bassa prob. di perdita (CLR<10-5 ) per celle ad alta priorità con CLP=0» nessuna garanzia per le celle CLP = 1 Classe U (Unb ound ed): non garantisce alcun livello di QoS (best-effort) NB. : Valore di default per le classi 1,2,3: CER =

67 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 133 Classi di servizio Nella fase di set-up della connessione l utente può specificare i parametri di traffico e di QoS rispettando i vincoli imposti dalle classi di servizio previste dal gestore della rete Le classi di servizio attualmente definite per ATM (specifica ATM 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) 134

68 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: SI Feedback NO SI 135 Classi di servizio: CBR Una connessione con classe di servizio CBR mette a disposizione una banda garantita (definita dal parametro PCR) per tutto il suo tempo di vita È adatta al trasferimento affidabile di traffico real-time in quanto 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 picco inferiore a quella allocata (sfruttamento non ottimale delle risorse) 136

69 Classi di servizio: rt-vbr Pensata esplicitamente per applicazioni real-time che generano traffico a bit-rate variabile cioè che necessitano di ritardi contenuti ed il più possibile costanti. La sorgente deve comunicare le caratteristiche del traffico generato 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 stati stica di più flussi informativi. Applicazioni:» trasferimento di audio e video interattivi su ATM (es. MPEG2 su ATM) 137 Classi di servizio: nrt-vbr Pensata esplicitamente per applicazioni non real-time che generano un traffico di tipo bursty La sorgente deve comunicare le caratteristiche del traffico generato 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 al tempo di trasferimento Applicazioni:» trasferimento di traffico dati a bit-rate variabile (es. traffico generato da WWW) 138

70 Classi di servizio: UBR Una connessione UBR offre un servizio di trasporto dati di tipo best-effort La sorgente può trasmettere un flusso di celle a bit-rate variabile fino ad una valore massimo specificato e pari al PCR La rete non garantisce alcuna prestazione con riferimento al tasso di perdita ed al tempo di trasferimento delle celle Applicazioni:» Trasporto su ATM del traffico dati generato dai protocolli attualmente utilizzati in ambito di rete locale (es. IP) 139 Classi di servizio: ABR La classe di servizio ABR offre un servizio di tipo best-effort in grado di sfruttare in modo più efficiente le risorse di rete Esiste un meccanismo di controllo di flusso mediante il quale la rete può sollecitare la sorgente a:» ridurre il bit-rate trasmesso in caso di congestione» incrementare il bit-rate trasmesso (fino ad un valore massimo pari al PCR) se vi sono risorse disponibili Nella fase di set-up della connessione può essere specificata anche la banda minima che si vuole sia garantita dalla rete (MCR) Applicazioni:» trasporto su ATM dei protocolli (es. IP) attualmente utilizzati sulle reti locali di tipo tradiz ionale (es. Ethernet) 140

71 ABR: celle di RM Forw ard RM Data Cell sorgente destinazione RM: Resource Management Backward RM 141 ABR: comportamento di uno switch Uno switch ATM deve implementare uno dei 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 Increase) nelle celle di RM» Explicit Rate Marking» riduce il campo ER (Explicit Rate) nelle celle di RM 142

72 ABR: EFCI Mode data cells Forward EFCI Set EFCI Set sorgente destinazione RM Backward EFCI Marking» Uno switch, se in congestione, pone ad 1 la flag di EFCI nelle celle dati dirette al terminale di destinazione» Il terminale di destinazione notifica alla sorgente lo stato di congestione attraverso le celle di RM 143 ABR: Relative Rate Mode Forward RM RM RM RM sorgente destinazione RM Backward Relative Rate marking» Uno switch, se in congestione, pone ad 1 la flag di CI (Congestion Indication) o NI (No Increase) nelle celle di RM 144

73 ABR: Explicit Rate Mode Forward RM RM RM RM sorgente destinazione RM Backward Explicit Rate marking» Uno switch indica esplicitamente la banda disponibile 145 ABR: comportamento di un terminale ACR = Allowed Cell Rate ICR = Initial Cell Rate 146