Tecnologie e Protocolli per Internet 1. Programma del corso

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1 Tecnologie e Protocolli per Internet 1 Prof. Stefano Salsano stefano.salsano@uniroma2.it AA2012/13 Blocco 7 v1 1 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 2

2 Premessa: il mercato delle TLC Utenza residenziale o Consumer Utenza aziendale o Business Operatori di TLC 3 Reti dati per le aziende Rete fisica propria Rete di circuiti dedicati o a livello 1 Rete privata virtuale di livello 2 Rete privata virtuale di livello 3 Fibre ottiche PDH, SDH Operatore TLC Frame Relay, ATM Operatore TLC IP, MPLS Operatore TLC 4

3 Evoluzione del trasporto dati ATM Asynchronous Transfer Mode POS Packet Over SONET (SDH) MPLS Multiprotocol Label Switching G-MPLS Generalized MPLS 5 Velocità di Accesso Tecnologia Standard Velocità max. Velocità tipica in accesso X.25 ITU-T 64 Kb/s 64 Kb/s Frame Relay ITU-T Frame Relay Forum 155 Mb/s 2 Mb/s ATM ITU-T ATM Forum 622 Mb/s 155 Mb/s, 34 Mb/s 6

4 Raccomandazione X.25 sviluppata dal CCITT (oggi ITU-T) a metà anni 70 l Architettura X25 definisce non un singolo protocollo 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) DTE prot. di utente X.25 DCE prot. di utente utente Liv. di rete Liv. di rete rete LAPB LAPB X.21/ X.21bis X.21/ X.21bis DTE: Data Terminal Equipment DCE: Data Communications Equipment 7 X.25: Livello 2 (Data Link) il livello DL (Data Link) rende disponibile allo strato 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 Link Control, ISO 4335) come anche LAPD (ISDN channel D) e LAPF (Frame Relay) protocollo orientato al bit 8

5 X.25: Livello 2 (Data Link) 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 finestra variabile con riemissione cumulativa (non selettiva)» il controllo di flusso: uso delle trame supervisive RR e RNR 9 Protocollo X.25 di livello 3 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 Call-VC)» semi-permanente (servizio di circuito virtuale permanente, Permanent Virtual CIrcuit, PVC) 10

6 X.25: limitazioni procedure pesanti nei nodi di rete, con conseguenti...» 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 della rete 11 Frame Relay Tecnica di trasferimento orientata al pacchetto (basata su tecniche di multiplazione di pacchetti di lunghezza variabile) E stato definito per l accesso (UNI), ma può essere impiegato nelle sezioni interne della rete (NNI) o fra reti di operatori diversi Mantiene i vantaggi dell X.25 semplificando i protocolli, diminuendo i ritardi, aumentando il throughput 12

7 Frame Relay La logica su cui si basa il FR è quella di trasferire le informazioni con minori elaborazioni e funzionalità nei nodi» Assenza di controllo di flusso, di indirizzamento completo 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 traffico busrty)» Garanzia di banda in accesso» Multiplazione a livello 2 OSI e trasparenza verso i livelli superiori» Assenza di elaborazione a livello 3 OSI 13 Frame Relay Motivazioni tecnologiche» progressivo aumento delle capacità dell hardware VLSI (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. voce) 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 operatori diversi 14

8 Architettura protocollare Il Frame Relay gode di uno stato di standardizzazione molto solido e ben recepito dalle diverse manifatturiere nei suoi aspetti principali L architettura del protocollo prevede tre piani operativi separati (in X.25 non vi era tale separazione). La separazione dei piani di controllo, gestione e utente permette maggiore flessibilità per la definizione di nuovi servizi» Control Plane (C-Plane)» User Plane (U-Plane)» Management Plane (M-Plane) C-Plane» responsabile dell instaurazione, mantenimento e rilascio delle connessioni logiche commutate U-Plane» responsabile del trasferimento dati tra utenti M-Plane» responsabile della gestione dell interfaccia utente-rete Confronto Frame Relay-X X.25 FRAME RELAY Implementate dall'interfaccia e dalla rete X.25 liv.3 LAPB LIVELLO FISICO LAPF Q.922 UPPER Q.922 CORE LIVELLO FISICO Implementate esclusivamente dall'interfaccia Implementate dall'interfaccia e dalla rete 16

9 Funzioni Q.922 core Delimitazione, allineamento, trasparenza delle trame informative Multiplazione/demultiplazione con l impiego del campo indirizzi Verifica di validità della trama (ed eventuale scarto) per rilevare errori in trasmissione Controllo di congestione NO procedure recupero!! 17 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 18

10 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. ISDN Integrated Services Digital Network 19 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 20

11 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 21 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 22

12 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 23 (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 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 24

13 (negli anni 80 ) 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 Retrieval di filmati (VoD) Servizi di distribuzione» Senza controllo di presentazione Broadcast TV, HDTV Pay TV» Con controllo di presentazione 25 (negli anni 80 ) 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 utente (Fiber to the Curb)» 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 26

14 Attualmente... Il successo della tecnologia IP (Internet Protocol) ha portato ad una evoluzione diversa rispetto a quanto previstio per la B-ISDN ATM è stato usato come tecnologia di trasporto: nel backbone della rete, su ADSL, nella sezione di accesso delle reti cellulari di terza generazione (UMTS) anche se sta via via perdendo importanza rispetto a soluzioni full IP 27 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 28

15 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 ritardo che alla perdita Possibilità di connessioni multipunto e broadcast 29 La tecnica ATM: caratteristiche ATM è una tecnica efficiente di multiplazione e commutazione, basata su di un principio di commutazione veloce di pacchetto Essa utilizza unità informative di lunghezza fissa (48 byte di dati e 5 byte di intestazione o header), denominate celle ATM La caratteristica principale della tecnica ATM risiede nella sua flessibilità nel meccanismo di allocazione della banda, mediante la multiplazione asincrona di differenti flussi informativi (celle) 30

16 La tecnica ATM HEADER (5 BYTE) PAYLOAD (48 BYTE) Cella ATM 31 Il formato della cella ATM UNI-NNI HEADER PAYLOAD GFC/VPI * VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC User Data (48 bytes) GFC: Generic Flow Control VPI: Virtual Path Identifier VCI: Virtual Channel Identifier PT: Payload Type CLP: Cell Loss Priority HEC: Header Error Check * GFC in UNI - VPI in NNI 32

17 ATM: arco temporale 1983: esperimenti CNET ed AT&T 1987: CCITT sceglie ATM come base per reti B-ISDN 1990: definizione formato cella primo 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) Organismi di standardizzazione per ATM 33 ITU-T» International Telecommunications Union - Telecommunication standardization sector ETSI» European Telecommunications Standards Institute ANSI» American National Standards Institute ATM Forum 34

18 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 standardizzazione era svolta dal CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique ) affiancato dal CCIR (Comité Consultatif International de Radiocommunications). Dal 1993, a seguito della riorganizzazione, è stato suddiviso in ITU-T, ITU-R (Radiocommunications 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 ATM Forum 35 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 Members) 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 Gruppi di Lavoro: 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 36

19 Richiami: Multiplazione Sincrona-Asincrona Trama = Unità di sincronizzazione di trama burst time time time MUX Multiplazione Sincrona Multiplazione Asincrona time time time time MUX time 37 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 38

20 Multiplazione asincrona È basato sull identificazione con etichetta e prevede due opzioni rispetto alla suddivisione del flusso Etichetta Dati» slotted time delimitazione esplicita/implicita delle UI» unslotted time delimitazione esplicita delle UI Prestazioni ottenute: allocazione di banda dinamica tempi di attraversamento variabili (accodamento dei messaggi in uscita dal multiplatore) perdita E dati E dati E dati E dati E dati E dati F E dati F F E dati F F E dati F 39 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 40

21 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 Unità Informativa: Medio ATM Alto 41 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 il processamento e la commutazione Questo comporta un minore carico di processamento nei nodi 53 bytes Header Etichetta Payload Carico informativo 5 bytes 48 bytes 42

22 43 Asynchronous Transfer Mode Le celle di dimensione FISSA semplificano l architettura del nodo e riducono il processamento necessario nel nodo Le celle di dimensione PICCOLA migliorano le prestazioni in termini di ritardo di attraversamento del nodo 44 Coda M/M/1: numero medio di utenti Valutiamo il numero medio di utenti nel sistema: ( ) ( ) ( ) ( ) ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ π = = = = = = = = = = ) ( k k k k k k k k k N E

23 Coda M/M/1: tempo di coda Valutiamo il tempo medio di coda (attesa + servizio) utilizzando la legge di Little: E E ( N ) = λe( T ) E ( ) ( N ) T = λ = = ρ λ 1 µ λ = 1 1 ( 1 ρ ) µ ( 1 ρ) = E 1 ( T s ) ( 1 ρ ) 45 E(T) in funzione del carico ( ) E T = 1 1 µ 1 ρ E(T) / E(Ts) Carico 46

24 Multiplazione ATM Multiplazione = condivisione della risorsa trasmissiva da parte di flussi informativi diversi. M. ATM è a divisione di tempo (TDM) e ASINCRONA = celle appartenenti ad una particolare connessione non sono 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 Commutazione ATM 47 a b a r s d m m f e h p Commutazione (switching) ATM: cambiamento di link trasmissivo + cambiamento di etichetta (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 48

25 Circuito virtuale VC_ID IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT Link_ID - VC_ID Circuito virtuale

26 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 51 Struttura e formato della cella Header 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 Formato cella all'interfaccia utente-rete Formato cella all'interfaccia nodo-rete GFC: Generic Flow Control VCI: Virtual Channel Identifier VPI: Virtual Path Identifier PT: Payload Type CLP: Cell Loss Priority HEC: Header Error Check 52

27 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) PHY PHY PHY Terminale Utente Protocolli di livello superiore Edge ATM PHY 53 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 54

28 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 55 Protocol Reference Model Management Plane Control Plane Higher Layer Protocols ATM Adaptation Layer ATM Layer User Plane Higher Layer Protocols Layer Management Plane Management Physical Layer 56

29 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 57 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 (ADAPTATION 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 58

30 Funzioni di strato Convergenza Segmentazione e Ricostruzione Generic Flow Control Generazione dell'intestazione delle celle Traslazione VPI/VCI Multiplazione/Demultiplazione Adattamento del tasso di generazione delle celle CS SAR ATM Layer ATM Adaptation Layer - AAL Generazione e verifica del campo di controllo d'errore Delimitazione delle celle Inserimento delle celle nella trama in trasmissione Generazione delle trame Temporizzazione Adattamento al mezzo trasmissivo Trasmission Convergence TC Physical Medium PM Physical Layer 59 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 60

31 Funzioni di Strato Fisico Lo strato fisico e composto da due sotto-strati» Physical Medium sublayer (PM)» Transmission Convergence sublayer (TC) ATM layer Transmission Convergence (TC) sublayer Physical Medium (PM) sublayer Physical layer Physical medium 61 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 (inserimento di celle vuote) Il sottostrato TC sta nello strato fisico ma svolge funzionalità tipicamente assegnate al livello 2 62

32 Dove siamo? Architettura dell ATM» Dalla N-ISDN 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 63 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 Physical Medium Physical Medium 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 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 utente;» informazioni di management della 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. 66

34 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 Congestion 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) Per le celle di utente il terzo bit, chiamato ATM-user-to-ATM-user (AAU), puo essere usato dall utente dell ATM (il livello AAL)» il protocollo AAL5 lo usa per indicare l ultima cella di una SAR-PDU Il codice 110 indica le celle RM (Resources Management), usate nel servizio ABR 67 Cell Loss Priority (CLP) 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 - Discard Eligibility. 68

35 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 cross-connect 69 Dove siamo? Architettura dell ATM» Dalla N-ISDN 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 70

36 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 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 servizio e definisce i servizi offerti agli strati superiori STRATO AAL 71 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 VBR);» 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 72

37 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 73 STRATO AAL Timing relation Bit rate Connection mode AAL Protocol Classe A Classe B Classe C Classe D CBR Servizi Isocroni Orientati alla connessione Servizi Non Isocroni VBR Senza connessione Type 1 Type 2 Type 3/4 o 5 Type 3/4 o 5 74

38 I protocolli di strato AAL Questi protocolli sono stati effettivamente specificati 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 75 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 76

39 AAL 5 Formato della SAR-PDU dell AAL 5» tutti i 48 byte sono utilizzati per il trasferimento di bit relativi alla CPCS-PDU» il sottostrato SAR 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 77 AAL 5 CS Formato della CPCS-PDU CPCS-PDU payload PAD UU CPI Length CRC 0-47 ottetti 8 bit 8 bit 16 bit 32 bit CPCS-PDU trailer CPCS-PDU 78

40 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 79 Dove siamo? Architettura dell ATM» Dalla N-ISDN 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 80

41 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) Gestione del traffico 81 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 82

42 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 83 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 84

43 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 85 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 86

44 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 Cell Delay Variation Buffer di equalizzazione Network A B C A B C 88

45 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 89 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) 90

46 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 SI Altri attributi: Feedback NO SI 91 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) 92

47 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 statistica di più flussi informativi. Applicazioni:» trasferimento di audio e video interattivi su ATM (es. MPEG2 su ATM) 93 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) 94

48 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) 95 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 tradizionale (es. Ethernet) 96

49 ABR: celle di RM Forward RM Data Cell sorgente destinazione Backward RM RM: Resource Management 97 ABR: comportamento di uno switch Uno switch ATM che supporta ABR 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 98

50 ABR: comportamento di un terminale ACR = Allowed Cell Rate ICR = Initial Cell Rate 99