Reti di Trasporto Ing. Stefano Salsano AA2005/06 - Blocco 3

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1 Reti di Trasporto Ing. Stefano Salsano AA2005/06 - Blocco 3 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 Evoluzione del trasporto dati ATM Asynchronous Transfer Mode POS Packet Over SONET (SDH) MPLS Multiprotocol Label Switching G-MPLS Generalized MPLS 3 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 4

3 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 X.25 DCE prot. di utente prot. di utente utente Liv. di rete LAPB Liv. di rete LAPB rete X.21/ X.21bis X.21/ X.21bis DTE: Data Terminal Equipment DCE: Data Communications Equipment 5 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 6

4 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 Formato della trama del protocollo X.25 di livello 2 7 Delimitatore Indirizzo Controllo Informazione Sequenza di controllo della trama Delimitatore F A C I FCS F bit 8 bit N bit 16 bit

5 Formato della trama della trama di livello 2 F (flag): necessario perchè il campo I ha lunghezza variabile (al limite nullo); si adotta la seq (bit stuffing: uno 0 dopo cinque 1 consecutivi) A: indirizzo, usato anche nei collegamenti p-p per conformità di trama C: individua il tipo di trama (Informativa, Supervisione...) I: informazione di utente; la dimensione massima dipende dalla massima lunghezza del pacchetto di livello 3 (X.25 non prevede segmentazione al livello 2) FCS (Frame Check Sequence), controllo di errore sulla trama. Delimitatore Indirizzo Controllo Informazione Sequenza di controllo Delimitatore della trama F A C I FCS F bit 8 bit N bit 16 bit Controllo di flusso è usato un meccanismo a finestra, con due contatori:» N(s) numero di seq. in trasmissione di una trama di tipo I» N(r) indica all altra stazione che sono state ricevute tutte le trame fino a N(r)-1.» Se i contatori sono modulo M F t F r ampiezze delle finestre in Tx e Rx, deve valere:» In X.25: M = 8, F r = 1, F t = 7. F t + F r M 10

6 Controllo di errore Se la trama N è ricevuta errata (e le trame fino a N-1 sono state ricevute correttamente) il ricevitore» scarta la trama errata N» aspetta la ricezione della trama successiva» per ogni trama successiva, se il numero di sequenza > N, scarta la trama e invia REJ(N) il trasmettitore si accorge dell errore su N (e ritrasmette cumulativamente a partire dalla trama N)» o a seguito della ricezione di un REJ(N)» o perchè scade il relativo timer senza aver ricevuto alcun riscontro 11 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) 12

7 Formato della Trama/Pacchetto X.25 Formato della trama Formato del pacchetto IGF: IGF GCL NCL Identificatore di pacchetto Estensione dell'intestazione del pacchetto e/o dati di utente Identificatore Generale Formato GCL: Gruppo di Canale Logico NCL: Numero di Canale Logico Flag Indirizzo Controllo Informazione FCS Flag ogni pacchetto è incapsulato 1:1 in una singola trama (NO frammentazione, aggregazione) 13 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 14

8 Attivazione di una Connessione Virtuale X.25 DTE A DCE A DCE B DTE B X.25 X.25 CAR INC CON CAC Questa procedura è necessaria nel caso del servizio a chiamata virtuale. NON è necessaria nel caso di servizio di circuito virtuale semi-permanente 15 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 16

9 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 Una differenza in termini di prestazioni con X.25 risiede nella possibilità di poter inoltrare il messaggio senza dover attenderne la completa ricezione ( cut-through ) 17 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 18

10 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 Architettura Protocollare Frame Relay 19 Piano di utente End system End system higher layers higher layers Q.922 upper Relay system Relay system Q.922 upper Q.922 core Q.922 core Q.922 core Q.922 core I.430 I.430 I.430 I.430 LAP-F (Q.922) Q.922 upper Q.922 core 20

11 Confronto Frame Relay-X.25 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 21 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!! 22

12 Formato Trama Frame Relay Q bit 16 bit (24, 32) 16 bit 8 bit Flag Indirizzo Informazione F C S Flag oppure: DLCI (parte alta) C/R 0/1 EA 0 DLCI (parte bassa) FECN BECN DE EA 1 Scelta in Italia: oppure: DLCI (parte alta) C/R 0/1 EA 0 DLCI FECN BECN DE EA 0 DLCI (parte bassa) D/C EA 1 oppure: DLCI (MS part) C/R EA 0 DLCI FECN BECN DE EA 0 DLCI EA 0 DLCI LS part / Data Link Control D/C EA 1 23 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) 24

13 La tecnica ATM HEADER (5 BYTE) PAYLOAD (48 BYTE) Cella ATM 25 Il formato della cella ATM UNI-NNI GFC/VPI * VPI 1 VPI VCI 2 HEADER VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5 6 PAYLOAD User Data (48 bytes).. 53 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 26

14 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 ISDN 27 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 28

15 ISDN Videoconferenza Network Termination Telefono ISDN Bus S NT1 ISDN Exchange PC con ISDN Fax G.4 Utente Operatore 29 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 30

16 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 31 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 32

17 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 33 (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 34

18 (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 35 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 Network Termination Narrowband 2B+D S 0 S 0 Terminale LAN PABX S B S D Telefono Digitale 2B+D S B : Interactive Broadband S D : Distribution Video Fax PABX Conferenza TV 36

19 (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 37 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) 38

20 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 39 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 40

21 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 41 ITU-T» International Telecommunications Union - Telecommunication standardization sector ETSI» European Telecommunications Standards Institute ANSI» American National Standards Institute ATM Forum 42

22 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 43 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 44

23 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 45 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 46

24 Multiplazione asincrona È basato sull identificazione con etichetta e prevede due opzioni rispetto alla suddivisione 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) 47 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 48

25 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 49 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 bytes 48 bytes 50

26 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 51 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 52

27 Circuito virtuale VC_ID IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT Link_ID - VC_ID Circuito virtuale

28 Rete B-ISDN/ATM Public ATM network Non ATM LANs Fax Server Fram e R elay Server AT M LA N HD T V H D TV AT M L A N Frame Rel ay Serv er H DT V Fax Server Non ATM LANs 55 Elementi di una rete ATM T UNI T UNI UNI T T T UNI C NNI NNI C C NNI NNI NNI NNI C C NNI UNI UNI T T UNI T UNI T C T Nodo di commutazione Nodo Terminale UNI User Network Interface NNI Network Node Interface 56

29 Tipi di Interfacce Terminale Operatore A Operatore B Terminale Local Switch Local Switch Public ATM Network Public ATM Network Terminale Private UNI Private NNI UNI: User-to-Network Interface NNI: Network-to-Node Interface Public UNI Public NNI 57 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 58

30 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 59 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 60

31 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 61 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 62

32 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 63 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 64

33 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 65 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 66

34 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 67 Funzioni di Strato Fisico Lo Strato Fisco è suddiviso in due sottostrati» Physical Medium sublayer (PM)» Transmission Convergence sublayer (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 68

35 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) 69 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 70

36 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 ALTRI T3 - DS Mbps E Mbps OC-12c / STS-12c Mbps STM Mbps 25.1 Mbps 51 Mbps E Mbps OC-48c / STS-48c 2.4 Gbps STM Gbps Mbps Standard attualmente definito Standard non supportato 71 Livelli fisici ATM forum Private ATM Public ATM 72

37 SONET / SDH Puntatori ed allineamento del payload 0 µs µ Frame 0 A1 A2 C1 B1 D1 H1 B2 D4 D7 D10 Z1 E1 D2 H2 K1 D5 D8 D11 Z2 F1 D3 H3 K2 D6 D9 D12 E2 J1 B3 C2 G1 F2 Frame 1 A1 A2 C1 B1 D1 H1 B2 D4 D7 D10 Z1 E1 D2 H2 K1 D5 D8 D11 Z2 F1 D3 H3 K2 D6 D9 D12 E2 H4 Z3 Z4 Z5 125 µs µ 250 µs µ 73 SONET / SDH B-ISDN Specific Functions: funzioni necessarie per adattare i servizi offerti dal livello fisico 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 74

38 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 75 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 byte 15 byte 1 byte 15 byte 76

39 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) 77 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 78

40 Cell Based (o Direct Cell Transfer ) Una cella OAM (Operation And Maintenance) cell viene spedita ogni 26 celle normali Repetition period 27 cells ATM cells Physical Layer OAM cells 79 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 [correzione] 80

41 Header Error Control HEC Generation / Verification» TX: generazione del campo HEC delle celle utilizzando il polinomio generatore:» X 8 + X 2 + X + 1» RX: Rilevamento 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) 81 Controllo d errore Cella entrante No Errore nell header Si Errore rivelato Si No Modo corrente Rivelazione Correzione Succ. Si Correzione Errore corregibile Insucc.. No Cella valida Cella errata accettata Cella scartata 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 =

42 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 rilevati δ HEC corretti consecutivi.» SYNC. Struttura del payload identificata; HEC viene ora usato per il rilevamento degli errori. Il sincronismo e perso quando si rilevano α HEC errati consecutivi. Correct HEC HUNT (bit by bit) Incorrect HEC PRESYNC Cell by Cell α consecutive incorrect HEC (es. α = 7) SYNC δ consecutive correct HEC (es. δ = 6) 83 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 =

43 Impatto del bit error rate sulle prestazioni dell identificazione dei confini della cella Impatto del bit error rate sulle prestazioni dell identificazione dei confini della cella 85 86

44 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 87 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 88

45 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 Virtual 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) 89 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). 90

46 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. User Data (48 ottetti). (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 91 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. 92

47 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 VPI e VCI (Virtual Path/Channel Identifier) 93 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 94

48 Payload Type (PT) Identifica il tipo di informazione contenuta nei 48 bytes di payload della cella PT Coding Interpretation User data cell, congestion not experienced, AAU = 0 User data cell, congestion not experienced, AAU = 1 User data cell, congestion experienced, AAU =0 User data cell, congestion experienced, AAU = 1, OAM F5 segment associated cell OAM F5 end-to-end associated cell Resource management cell Reserved for future functions 95 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 96

49 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. 97 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 98

50 Gerarchia di trasporto ATM Virtual Channel Connection F5 F4 Virtual Channel link Virtual Path link Virtual Path Connection VC switch VP switch ATM Layer Transmission Path F3 DXC F2 Digital Section Regenerator Section Physical layer F1 99 Stratificazione Rete ATM Strato ATM Strato Fisico Virtual Channel Virtual Path Transmission Path Digital Section Regenerator Section Virtual channel» è utilizzato per il trasporto unidirezionale di celle ATM, queste sono identificate da un unico identificatore denominato Virtual Channel Identifier (VCI) Virtual path» è utilizzato per il trasporto unidirezionale di celle ATM appartenenti a VC diversi identificati da un unico identificatore denominato Virtual Path Identifier (VPI) 100

51 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 Connessioni ATM 101 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 102

52 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. 103 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 104

53 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) 105 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 106

54 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 107 Virtual Path e Virtual Circuit VC VC VC VP VP VP Transmission 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 108

55 Commutazione dei VCs e VPs Sono definiti due tipi di commutazione ATM:» commutazione di cammini virtuali (VP Switch)» commutazione di canali virtuali (VC 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 109 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 110

56 Commutatore/permutatore ATM di VP/VC VC switch/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 111 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 112

57 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 113 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-*

58 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-* 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 116

59 VPs e VCs 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 117 VPC e rete virtuale VC Switch Locale VC Switch Locale VC Switch Locale VPC3 VPC2 VPC1 Rete ATM VC Switch Locale 118

60 VPC e rete virtuale Rete logica Rete fisica ATM Network 119 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 120

61 Tipi di celle ATM 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, VC 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) Configurazioni dell header ATM 121 Cell Type Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Idle cells Metasignalling 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 OAM 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 122

62 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 OAM 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 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 PTI CLP 123 Celle ATM di OAM campo informativo cella ATM header OAM type function type OAM function specific field Res. CRC 5 octets 4 bit 4 bit 45 octets 6 bit 10 bit OAM Type (Function Type):» (0001) Fault management (ITU-T I.160)» AIS: (Advance Information Signal), RDI (Remote Defect Indicator), Continuity Check, Loopback.» (0100) Performance management» Forward Monitoring, Backward Reporting» (1000) Activation/Deactivation» Performance Monitoring, Continuity Check» System management (ad uso dei sistemi terminali e non standardizzato) 124

63 Formato delle celle OAM di fault campo informativo cella ATM header OAM type function type OAM cell information field Res. 5 octets 4 bit 4 bit 45 octets 6 bit 10 bit CRC defect type (optional) defect location (optional) unused octets 1 octet 16 octets 28 octets 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 terminato 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 terminato il flusso VP/VC AIS permane in stato 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» ricezione di una cella valida Celle OAM di performance 125 campo informativo cella ATM header OAM type function type OAM cell information field Res. 5 octets 4 bit 4 bit 45 octets 6 bit 10 bit CRC MCSN TUC 0+1 BEDC 0+1 TUC 0 TSTP Unused TRCC 0 BLER 0+1 TRCC 0+1 (Optional) 8 bit 16 bit 16 bit 16 bit 32 bit 29 octets 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 solo per celle Forward Monitoring 2 Campo usato solo per celle Backward Reporting 126

64 Celle OAM di activ./deactiv. campo informativo cella ATM header OAM type function type OAM cell information field Res. CRC 5 octets 4 bit 4 bit 45 octets 6 bit 10 bit Message id directions of Action Correlation tag PM block size A-B PM block size B-A unused octets (6AH) 6 bit 2 bit 8 bit 4 bit 4 bit 336 bit OAM Activation/Deactivation Request from TMN or End User End-Point A of Connection/Segment End-Point B of Connection/Segment ACTIVATE/DEACTIVATE ACTIVATION/DEACTIVATION CONFIRMED or DENIED L attivazione/disattivazione è richiesta per le funzioni di Performance management e Continuity Check 127 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 128

65 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 129 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 130

66 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 131 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 5 132

67 AAL 1 Formato della SAR-PDU 4 bit 4 bit 47 byte SN SNP SAR-PDU Payload C SC CRC P SAR-PDU header SAR-PDU 133 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 134

68 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 (SN=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 SAR- PDU 135 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 136

69 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 137 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) 138

70 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 139 AAL 2 Il livello AAL 2 non offre funzionalità di rivelazione/ correzione 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 generazione (UMTS) 140

71 AAL 2 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 user information» Header Error Control - HEC (5 bit)» detects errors in CPS-Packet header 141 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 payload 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 142

72 AAL 2 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 143 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 3/4 144

73 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 145 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 146

74 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 147 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 148

75 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 149 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 150

76 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 151 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 152

77 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 153 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 154

78 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 156

79 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 (Unbounded): non garantisce alcun livello di QoS (best-effort) NB. : Valore di default per le classi 1,2,3: CER = 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 158

80 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) 159 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 160

81 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) 161 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) 162

82 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) 163 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) 164

83 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) 165 ABR: celle di RM Forward RM Data Cell sorgente destinazione Backward RM RM: Resource Management 166

84 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 167 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 168

85 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 169 ABR: Explicit Rate Mode Forward RM RM RM RM sorgente destinazione RM Backward Explicit Rate marking» Uno switch indica esplicitamente la banda disponibile 170

86 ABR: comportamento di un terminale ACR = Allowed Cell Rate ICR = Initial Cell Rate 171 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 Pietro Di Genio e Fabio Ricciato 172