La Rete ATM. Nozioni di Base. Università di Parma - Corso di Diploma in Ingegneria - Appunti del Corso di Telematica A. Lazzari, Rev.

Transcript

1 La Rete ATM Nozioni di Base Università di Parma - Corso di Diploma in Ingegneria - Appunti del Corso di Telematica A. Lazzari, Rev. Marzo 2001 SOMMARIO CONCETTI DI BASE...3 ATM E BROADBAND ISDN...4 IL MODELLO DI RIFERIMENTO DEI PROTOCOLLI (PRM)...5 ARCHITETTURA E INTERFACCE....7 STRUTTURA GENERALE DELLA RETE...7 L INTERFACCIA UNI...9 Lo Strato Fisico...9 Lo Strato ATM...10 FUNZIONALITÀ E PRESTAZIONI DELLA RETE ATM...13 CONTROLLO DI TRAFFICO E CONTROLLO DI CONGESTIONE...13 PARAMETRI DI TRAFFICO E DI QUALITY OF SERVICE (QOS)...14 IL CONTRATTO UTENTE/RETE...14 Constant Bit Rate (CBR) Real-time Variable Bit Rate (rt-vbr) Non-Real-time Variable Bit Rate (nrt-vbr)...15 Available Bit Rate (ABR) Unspecified Bit Rate (UBR)...16

2 Chiunque riscontrasse errori, avesse bisogno di chiarimenti o volesse sottoporre osservazioni o proposte è pregato di mandare un a alazzari@cedi.unipr.it Non vi garantisco la risposta, ma il vostro feedback sarà utile per successive edizioni. pagina 2 Generalità su ATM

3 Concetti di base Asynchronous Transfer Mode (ATM ) indica il funzionamento di una rete numerica magliata in cui l'informazione è trasmessa suddivisa in blocchi di lunghezza fissa detti celle, multiplati statisticamente a divisione di tempo. L'attributo asincrono si riferisce alla modalità di allocazione della capacità tramissiva ( banda ) e non alla tecnica di trasmissione a livello fisico, che è invece sincrona. ATM può essere pensato in contrapposizione al Synchronous Transfer Mode (STM), caratteristico della multiplazione TDM, in cui l'allocazione della banda è effettuata in modo deterministico sulla base di intervalli di tempo preallocati staticamente a ogni canale tributario. STM è il modo di funzionamento di una rete a commutazione di circuito, ad esempio la rete telefonica o l'isdn. In una rete ATM invece la commutazione viene effettuata cella per cella: ciascuna cella reca un identificativo di connessione virtuale, sulla base di questo identificativo ogni nodo di rete instrada la cella sulla linea trasmissiva appropriata. Sotto questo aspetto ATM è simile alla commutazione di pacchetto X.25 e al Frame Relay, si dice anche che una rete ATM è un sistema Cell Relay o a commutazione di cella. A differenza di STM, in ATM il ritardo end-to-end (latenza) presenta fluttuazioni statistiche dovute alle code d'attesa interne alla rete. Queste code si rendono necessarie nei nodi, all'ingresso di ogni canale trasmissivo, a causa della natura della multiplazione statistica. Un'altra differenza con STM è che i buffer che contengono tali code possono traboccare o che i nodi possono non riconoscere correttamente la destinazione delle celle, in entrambi i casi alcune celle possono essere scartate con conseguente perdita di informazione. Infine ATM implica un ulteriore ritardo dovuto al tempo di riempimento delle celle. Questo effetto non compare se l'informazione è già organizzata in blocchi, com'è in genere per le applicazioni di un computer, mentre deve essere considerato se l'informazione provenendo da un segnale continuo è costituita da un flusso di bit. Ad esempio, se si vuole trasportare su ATM della voce codificata in PCM (64 kbit/s) si deve mettere in conto un tempo di impaccamento di 6 ms. Questo valore non costituisce di per sé un problema, ma una sequenza ripetuta di operazioni di conversione e riconversione potrebbe influire negativamente sulla qualità della voce. A fronte di questi inconvenienti ATM è in grado - a differenza di STM limitato dalla sua rigida organizzazione in canali di capacità fissa e dalla cattiva utilizzazione degli stessi - di gestire in maniera ottimale la capacità globale dei circuiti trasmissivi assegnandola su base dinamica a una popolazione di utenti caratterizzata da esigenze multiformi e variabili nel tempo. Si pensi ad esempio a una rete in cui convivono connessioni per voce (capacità di qualche decina di kbit/s, ritardi bassi e costanti, buona tolleranza ai disturbi), collegamenti fra LAN (qualche Mbit/s, ritardi accettabili sostenuti e fluttuanti, sensibilità ai disturbi) e distribuzione di video di qualità Generalità su ATM pagina 3

4 (emissione a velocità molto discontinua fino a decine di Mbit/s, stretti vincoli sulle variazioni di ritardo). ATM e Broadband ISDN ITU-T ha stabilito ATM come il modo di funzionamento della rete integrata a larga banda Broadband Integrated Services Digital Network (B-ISDN). Motivo di questa scelta è che ATM è stata ritenuta l'unica soluzione capace di fornire in modo efficiente una pluralità di servizi caratterizzati da ampio spettro in termini di: capacità di trasporto; variabilità del flusso nell'arco di una stessa connessione; qualità del servizio. Un notevole impulso allo sviluppo della normativa, sperimentazioni e diffusione dell'atm è dato da ATM Forum. ATM Forum è un organismo in cui sono rappresentati costruttori di apparati, gestori di servizio e associazioni di utenti; opera in stretto collegamento con gli enti di standardizzazione internazionale e, ove non esistano standard, provvede a definirne di suoi propri anticipando l'attività di normativa degli enti internazionali. Questa sua maggior efficienza è dovuta anche a procedure snelle per l'approvazione delle norme, richiedenti maggioranze di 2/3. La Figura 1illustra per un utente B-ISDN la configurazione d'accesso alla rete. La metà superiore della figura riporta lo schema e le definizioni ITU-T, quella inferiore la versione ATM Forum. Secondo ITU-T i gruppi funzionali presenti presso l'utente si suddividono in Terminal Equipment (TE) e Network Termination (NT), la differenza fra i due essendo che TE comprende l'intera pila di strati funzionali fino all'applicativo (in terminologia OSI sarebbe un End System - ES) mentre NT svolge funzioni di relay fino a un certo livello (per OSI è un Intermediate System - IS). S B T B U B B-TE1 B-NT2 B-NT1 B-ET B-TE2 R B-TA S B ATM End Point Private UNI Private ATM Switch Public UNI Public ATM Switch ATM End Point CUSTOMER PREMISES RETE PUBBLICA Figura 1 Configurazioni di Riferimento per l Utente B-ISDN Da sinistra verso destra (zona più alta della figura) si susseguono: un terminale di tipo ATM (Broadband Terminal Equipment type 1 - B-TE1); un complesso con capacità di commutazione di cella (Broadband Network Termination type 2 - B-NT2); la terminazione lato utente della linea di collegamento alla rete pubblica (Broadband Network Termination type 1 - B-NT1). La terminazione lato rete della stessa linea di collegamento si trova presso la centrale pubblica ed è indicata come Broadband Exchange Termination (B-ET). pagina 4 Generalità su ATM

5 In alternativa a B-TE1 l'utente può utilizzare un terminale non di tipo B-ISDN (e quindi non dotato di interfaccia a celle e incapace di gestire la segnalazione B-ISDN) mediante l'intermediazione di una funzione di adattamento; questo terminale viene indicato come Broadband Terminal Equipment type 2 (B-TE2) e la funzione di adattamento come Broadband Terminal Adaptor (B- TA); il complesso B-TE2+B-TA equivale a B-TE1. I gruppi funzionali ora visti non stanno necessariamente in corrispondenza biunivoca con apparati fisici distinti, ad esempio due gruppi potrebbero essere realizzati da un unico apparato. I confini fra un gruppo funzionale e l'altro sono sempre presenti, sono detti reference point e indicati con una lettera progressiva (da sinistra R, SB, TB). Le interfacce fisiche possono essere presenti solo in corrispondenza di reference point (ad esempio, se esistono due distinti apparati funzionanti rispettivamente da B-TE1 e B-NT2, il connettore che li collega deve essere in corrispondenza di SB). B-NT1 è considerato parte della rete pubblica ed è sotto il controllo del gestore pubblico, l'interfaccia utente/rete si trova quindi in corrispondenza di TB. Il gruppo B-NT2 che è in sostanza una rete di commutazione privata non deve necessariamente essere presente presso l'utente, di conseguenza i punti SB, TB possono coincidere e le specifiche d'interfaccia per tali punti sono uguali. La struttura della configurazione d'accesso e la terminologia (a parte il prefisso B- dei raggruppamenti funzionali e il pedice B dei reference point) sono le stesse della rete ISDN, talvolta indicata come N-ISDN (Narrowband ISDN) per distinguerla da B-ISDN. Nella parte inferiore della figura è rappresentata la configurazione d'accesso secondo ATM Forum. La struttura è sostanzialmente quella rappresentata nella parte superiore (ITU-T). Si notano alcune differenze: blocchi corrispondenti hanno denominazioni diverse (ATM End-Point invece di B-TE1, private ATM Switch per B-NT2); i blocchi rappresentano apparati fisici e non gruppi funzionali; di conseguenza non si hanno reference point ma interfacce fisiche; non esiste l'equivalente di B- NT1 e l'interfaccia utente/rete si trova in corrispondenza della linea di collegamento alla rete pubblica; non sono previste funzionalità di adattamento (TA). Per il resto le specifiche funzionali sono le stesse. In particolare coincidono o sono compatibili i protocolli alle interfacce fra terminale e rete, ossia l'interfaccia Private User-to- Network Interface (private UNI) corrispondente al reference point SB e l'interfaccia Public Userto-Network Interface (public UNI) corrispondente al reference point TB. Il Modello di Riferimento dei Protocolli (PRM) Il modello OSI non prevede la possibilità, per una sottorete di comunicazione (ossia per un complesso magliato di Intermediate System), di commutare traffico a livelli inferiori allo strato 3 (strato di rete) essendo questo lo strato in cui vengono prese le decisioni di instradamento. Quando (primi anni '80) furono stabiliti dall'allora CCITT i concetti di base della rete ISDN si presentò il problema di definire un modello a strati che, senza sconvolgere l'architettura OSI, permettesse di svolgere le funzioni di commutazione di circuito su cui ISDN è basata. Generalità su ATM pagina 5

6 La soluzione fu di affiancare alla pila OSI una seconda pila di protocolli costituendo un modello chiamato Protocol Reference Model (PRM) per ISDN. In questo modello ogni elemento di rete (terminale d'utente, nodo di rete o altro) comunica con gli altri mediante una doppia pila: la prima, chiamata Control Plane (C-Plane), serve a gestire il flusso di controllo ed è costituita da protocolli di segnalazione che corrono fra utente e rete; la seconda (User Plane, U-Plane) serve a gestire il flusso d'utente e nel caso della commutazione di circuito è costituita da protocolli d'utente terminati tutti (a parte il livello fisico) end-to-end. Separando il flusso di controllo da quello d'utente il Protocol Reference Model ISDN permette di separare le funzioni di instradamento (C-Plane) da quelle di commutazione (U-Plane): le decisioni di instradamento vengono prese all'inizio della comunicazione e determinano i percorsi in rete; la commutazione è poi effettuata seguendo tali percorsi. Chiaramente questo modello di funzionamento: implica una comunicazione di tipo connection oriented (è impossibile una comunicazione connectionless se si separano le informazioni di instradamento dai dati d'utente); permette di effettuare la commutazione a qualsiasi livello intermedio, in particolare a livello 1 (Physical Relay) e a livello 2 (Frame Relay ). Il Protocol Reference Model ISDN è stato adattato con alcune modifiche anche alla B-ISDN, in modo da permettere la commutazione ATM (Cell Relay). C-PLANE U-PLANE Higher Layers M-PLANE ATM Adaptation Layer ATM Layer Physical Layer Mezzo trasmissivo C-Plane = Control Plane U-Plane = User Plane M-Plane = Management Plane Figura 2 - Il Modello di Riferimento dei Protocolli B-ISDN La Figura 2 illustra il PRM per la B-ISDN. Si vedono a sinistra il Control Plane e a destra lo User Plane; queste due pile non ricoprono l'intera gamma di strati ma sono limitate inferiormente dallo strato ATM che, insieme col sottostante strato fisico, costituisce una base comune per tutta la comunicazione (controllo e dati d'utente). La parte superiore dei due Plane non è dettagliata, ma indicata genericamente come Higher Layers che, a seconda delle applicazioni saranno di volta in volta diversamente stratificati. pagina 6 Generalità su ATM

7 Lo strato ATM è quello più tipico della B-ISDN: in questo strato le peer entity si scambiano celle (la cella è quindi la Protocol Data Unit - PDU dello strato ATM) ed è a questo livello che operano i nodi di rete per effettuare la commutazione. Dato che le applicazioni non gestiscono in genere informazioni organizzate in celle, è stato previsto un ATM Adaptation Layer (AAL) quale strato cuscinetto per facilitare il trasporto su ATM di dati di varia natura. Evidentemente di AAL, la cui principale funzione è quella di Segmentation And Reassembly (SAR) in/da celle, dovranno prevedersi diverse versioni a seconda degli strati superiori da servire. Oltre ai due Plane visti esiste un Management Plane (M-Plane non evidenziato in figura) che ha la funzione di coordinare le attività fra un Plane e l'altro all'interno dell'elemento di rete e fra uno strato e l'altro all'interno di ognuno dei due Plane. Non dovendo gestire comunicazioni con l'esterno esso non è suddiviso in strati né gli corrispondono protocolli. Alle interfacce UNI e NNI sono presenti i due strati fisico e ATM. Nello U-Plane ogni strato superiore ad ATM non è visto e i relativi protocolli sono terminati end-to-end. Ne risulta quindi che un complesso di reti ATM si comporta per l utente come un relay system di livello ATM (Figura 3) ed è spesso designato come un sistema di tipo Cell relay. Figura 3 - Rappresentazione a strati dello U-plane in reti ATM Architettura e Interfacce. Struttura Generale della Rete Oltre che come sistema di trasporto per la B-ISDN, ATM ha avuto un notevole impiego quale soluzione per realizzare reti private anche in ambito locale. In questo campo è particolarmente attivo ATM Forum, che ha definito per diversi tipi di rete degli scenari d'interconnessione e relative interfacce. Generalità su ATM pagina 7

8 DXI DSU UNI public UNI NNI P-NNI Private ATM ATM Carrier X B-ICI public UNI private UNI ATM Carrier Y Figura 4 - Architettura generale delle reti ATM Nella Figura 4sono schematizzati i principali componenti di una rete ATM complessa. Partendo da destra si ha: Una rete pubblica gestita dal gestore Y (ATM carrier Y); Una rete pubblica del gestore X (ATM carrier X) che si collega alla precedente mediante la Broadband Inter Carrier Interface (B-ICI); La rete del gestore X è in realtà costituita da due reti ATM, esse sono collegate dalla Network to Network Interface (NNI) 1 ; Alla rete del gestore X sono collegati, mediante altrettante public User-Network Interface (UNI), alcuni utenti; Una di queste utenze è a sua volta una rete privata costituita da due reti (al limite da due nodi) collegate da una Private Network-Network Interface (P-NNI), nel caso che colleghi due nodi questa interfaccia è considerata una Private Network-Node Interface; Nella parte superiore sinistra della figura è mostrata una soluzione per realizzare un'interfaccia UNI (pubblica o privata) su un apparato non ATM (ad esempio un router). Essa consiste nell'interporre fra l'apparato e la rete un'unità chiamata ATM Data Service Unit (DSU) che ha lo scopo di convertire in celle il flusso proveniente dal router; l'interfaccia fra i due apparati è stata normalizzata da ATM Forum col nome di Data exchange Interface (DXI). 1 Questa interfaccia viene spesso usata per collegare fra loro singoli nodi di commutazione (caso limite di reti costituite da un solo nodo) e perciò è spesso chiamata Network Node Interface. pagina 8 Generalità su ATM

9 La DSU può considerarsi, in terminologia ITU-T, un B-TA (ossia un Terminal Adaptor di tipo B- ISDN). L interfaccia UNI La User-Network Interface (UNI) è il punto focale di una rete ATM, dato che qui sono definiti i servizi forniti all'utente e vengono di conseguenza influenzate le decisioni relative alle scelte architetturali e tecnologiche della rete. Nel testo che segue si farà riferimento alle specifiche e alla terminologia di ATM Forum, tenendo presente che comunque esse sono pienamente compatibili con gli standard internazionali, in particolare con le Raccomandazioni ITU-T. Per quanto riguarda gli strati superiori ad ATM, non sono visti nello U-Plane mentre il C-Plane è necessario per gestire la segnalazione ed è quindi presente nel caso di una rete che fornisca servizio di Switched Virtual Connection (SVC) mentre manca nel caso di Permanent Virtual Connection (PVC). Come già visto a proposito della configurazione d'accesso, esistono due UNI: quella che collega un terminale ATM a una rete privata (private UNI) e quella fra rete privata (o terminale) e rete pubblica (public UNI). Le due interfacce, uguali come protocolli di segnalazione e servizio all'utente, sono per definizione intercambiabili. Public UNI è definita nelle Raccomandazioni ITU- T mentre per private UNI ATM Forum ha specificato alcune varianti in più per le linee trasmissive a livello fisico, in considerazione delle minori distanze accettabili per questa interfaccia. Inoltre a livello ATM alcune funzionalità considerate obbligatorie per public UNI sono invece opzionali per private UNI. Lo Strato Fisico Lo strato fisico prevede molte varianti, sia per quanto riguarda la frequenza di cifra (bitrate) che per il mezzo fisico e l eventuale gerarchia trasmissiva usata. Queste opzioni si riflettono nella struttura del layer fisico, che comprende un sottostrato inferiore medium dependent e, sopra di esso, un Physical Layer Convergence Protocol. Allo stato attuale degli standard si possono avere interfacce funzionanti con frequenze di cifra comprese fra 2 e 622 Mbit/s, utilizzanti come mezzo fisico fibra ottica, cavo coassiale o doppino telefonico. In ambito pubblico le soluzioni più usate usano mezzi trasmissivi SDH/SONET, ma non mancano casi di giunzioni realizzate su gerarchie di impostazione più vecchia (DS-3/T3, ecc..). Generalità su ATM pagina 9

10 Lo Strato ATM Formato della Cella La cella ha dimensioni fisse di 53 ottetti (byte), suddivisi in 5 byte di intestazione (header) e 48 di dati d'utente (payload). La Figura 5 illustra il formato della cella, che alle due interfacce standardizzate assume due varianti leggermente diverse. 5 byte 48 byte HEADER PAYLOAD byte 1 byte 2 byte 3 byte 4 byte 5 GFC VPI VCI PT CLP HEC VPI VCI PT HEC UNI NNI GFC = Generic Flow Control VPI = Virtual Path Identifier VCI = Virtual Channel Identifier PT = Payload Type CLP = Cell Loss Priority HEC = Header Error Control Figura 5 - Formati della cella ATM alle interfacce UNI e NNI I primi quattro byte del campo header comprendono: Generic Flow Control (GFC - 4 bit). Questo campo è presente solo all'interfaccia UNI e viene usato opzionalmente per effettuare operazioni di controllo di flusso presso l'apparato d'utente. I valori contenuti in questo campo non sono trasportati end-to-end e vengono sovrascritti dalla rete. All'interfaccia NNI questi quattro byte sono utilizzati per estendere il successivo campo VPI. Virtual Path/Virtual Channel Identifier (VPI/VCI). Il campo di 24 bit che costituisce l'identificativo di connessione virtuale è suddiviso in due sottocampi: i 16 bit meno significativi servono a indicare un Virtual Channel, gli 8 bit più significativi indicano un Virtual Path. All'interfaccia NNI il campo VPI è di 12 bit. Payload Type (PT - 3 bit) serve a discriminare fra informazione d'utente e informazione di gestione. Cell Loss Priority (CLP - 1 bit) serve all'utente o alla rete per indicare esplicitamente la priorità nello scartare una cella. pagina 10 Generalità su ATM

11 Header Error Control (HEC - 8 bit) è usato dallo strato fisico per rivelazione/correzione di errore nell'header della cella. Per il payload non è previsto alcun meccanismo di controllo degli errori. Eventuali azioni di recupero vanno eseguite end-to-end dagli strati superiori. Funzioni dello Strato ATM Il servizio reso all'utente è definito come servizio portante ATM (ATM bearer service) e può essere un servizio commutato (fornisce su base chiamata delle SVC - Switched Virtual Connection) oppure servizio semipermanente (fornisce su base contrattuale delle PVC - Permanent Virtual Connection). Le connessioni virtuali possono essere punto-punto oppure punto-multipunto. Appartengono a una data connessione virtuale tutte le celle che transitano attraverso l'uni (o la NNI) con un medesimo indicatore. Questo indicatore è usato dalla rete per instradare alla corretta destinazione le celle ed è costituito, come visto, dalla combinazione dei due campi VPI/VCI. Il motivo di avere due campi invece di uno solo deriva dal concetto di Virtual Path. Un Virtual Path può essere considerato come un fascio di canali virtuali che, come illustrato in Figura 6, costituiscono un insieme unico che può ricevere (se opportunamente concordato fra utente e rete) un unico servizio da parte della rete. In figura è rappresentata un'interfaccia fisica in cui sono presenti due Virtual Path, raffigurati come due tubi. Ognuno di essi ha un valore diverso di VPI e contiene tre Virtual Channel, ognuno dei quali recante un valore diverso di VCI. CANALE FISICO VIRTUAL PATH VIRTUAL CHANNEL Figura 6 - La gerarchia delle connessioni virtuali in ATM La Figura 7 illustra come i Virtual Path e i Virtual Channel ricevano dalla rete un trattamento differenziato. Generalità su ATM pagina 11

12 VCI =1 VPI = 1 RETE ATM VPI = 7 VCI =1 VCI =3 VCI =1 VPI = 2 VPI = 8 VCI =3 VCI =5 VCI =2 VCI =1 VPI = 3 VPI = 9 VCI =3 VCI =3 VCI =4 VCI =1 VCI =VIRTUAL CHANNEL IDENTIFIER VPI =VIRTUAL PATH IDENTIFIER Figura 7 - Trattamento differenziato dei Virtual Path e dei Virtual Channel Nell'esempio la rete è un unico nodo con 6 interfacce fisiche, a ogni interfaccia è presente un solo Virtual Path. Alle due interfacce superiori (sinistra e destra) la rete fornisce un servizio di Virtual Path e pertanto instrada le celle esaminando il solo campo VPI, le celle vengono consegnate all'altra interfaccia qualunque sia il loro campo VCI che è ignorato dalla rete e resta inalterato. In questo modo l'instradamento di un Virtual Path corrisponde a instradare l'intero fascio di Virtual Channel. Alle altre quattro interfacce la rete fornisce un servizio di Virtual Channel e instrada le celle esaminando sia il campo VPI che il VCI; entrambi i campi sono modificati man mano che la cella attraversa la rete. Ad esempio le celle che entrano dall'interfaccia inferiore sinistra con VPI=3 e VCI=4 escono all'interfaccia inferiore destra con VPI=9 e VCI=1. L'utilizzo più significativo del servizio di Virtual Path è la gestione di reti geografiche private. Un gestore di rete può ad esempio acquistare da un gestore pubblico un Virtual Path fra due località. Una volta avuto il servizio il gestore può instaurare e svincolare canali virtuali secondo le proprie esigenze, senza doversi coordinare ogni volta col gestore pubblico. Fino a un massimo di 216 ossia oltre 65mila canali virtuali (ammesso che gli elementi di rete riescano a gestirli) possono essere definiti fra le due località. Il servizio su base chiamata (SVC) è comunque sempre relativo alla connessione di un singolo Virtual Channel e per esso è stato definito un apposito protocollo di segnalazione, direttamente derivato dal corrispondente Q.931 usato nella N-ISDN. Per la B-ISDN la segnalazione ha preso il nome di ma la sequenza dei messaggi è sostanzialmente la stessa, come si vede in Figura 8. Da tenere presente che in questo caso non è prevista la possibilità per l utente di avere un accesso multipunto come in N-ISDN. pagina 12 Generalità su ATM

13 Esempio di Chiamata Virtuale chiamante chiamato B-ISDN SETUP SETUP CONNECT CONNECT CONNECT ACK CONNECT ACK DATA FLOW Figura 8 - Messaggi di segnalazione secondo la Raccomandazione. Q.2931 Funzionalità e Prestazioni della Rete ATM Controllo di Traffico e Controllo di Congestione Per congestione si intende uno stato di qualche elemento di rete (come un nodo, un concentratore, una linea trasmissiva) in corrispondenza del quale la rete non è più in grado di fornire all'utente le prestazioni concordate. La congestione può essere causata da punte di traffico non previste o da guasti negli elementi di rete. Una situazione in cui un buffer trabocca con conseguente perdita di celle ma i parametri di prestazione sono ancora rispettati non è considerata congestione. Controllo di Traffico è l'insieme delle azioni prese dalla rete per prevenire la congestione. Controllo di Congestione è l'insieme delle azioni prese dalla rete per minimizzare le conseguenze e la durata della congestione. Il Controllo di Traffico e il Controllo di Congestione dello strato ATM devono essere in grado di fornire autonomamente (ossia senza ricorrere alle funzioni di altri strati come ad esempio AAL) un insieme di classi di Quality of Service (QoS) che sia adeguato per tutti i servizi B-ISDN definiti attualmente e per quelli ragionevolmente prevedibili in futuro. Per raggiungere tali obiettivi si usano alcune funzioni standardizzate: Connection Admission Control (CAC) è un insieme di azioni prese dalla rete durante la fase di formazione della connessione per decidere se accettare o rifiutare la richiesta di una nuova connessione; Generalità su ATM pagina 13

14 Feedback Controls sono azioni prese sia dalla rete che dall'utente per regolare il traffico inviato sulle connessioni; Usage Parameter Control (UPC) o Policing è un insieme di azioni prese dalla rete per monitorare e controllare il traffico offerto. Ha la funzione di proteggere le risorse di rete da comportamenti anomali dell'utente (come picchi di traffico superiori al consentito), casuali o intenzionali. Priority Control: l'utente può generare flussi di traffico con diversi gradi di priorità usando il bit Cell Loss Priority (CLP), un elemento di rete scarterà all'occorrenza celle con bassa priorità per proteggere quelle ad alta priorità. Traffic Shaping sono meccanismi usati per modificare le caratteristiche del traffico (ad esempio distanziando nel tempo celle di uno stesso burst per "smussare i picchi"). Parametri di Traffico e di Quality of Service (QoS) Le caratteristiche di una sorgente di traffico sono descritte da una serie di parametri di traffico. Un dato insieme di tali parametri costituisce un Source Traffic Descriptor. I principali parametri di traffico sono Peak Cell Rate (PCR); Sustainable Cell Rate (SCR); Maximum Burst Size (MBS) e Minimum Cell Rate (MCR). I parametri di QoS scelti per fissare un dato obiettivo di servizio possono essere negoziati fra utente e rete, ad esempio mediante la segnalazione, o possono essere assegnati di default. I parametri principali sono Cell Delay Variation (CDV); Maximum Cell Transfer Delay (Max CTD); Cell Loss Ratio (CLR) Il contratto Utente/Rete ATM Forum ha codificato alcune classi di connessioni a livello ATM aventi caratteristiche omogenee in termini di profilo di traffico, richieste di QoS ed eventuale uso di meccanismi di controllo. Esse sono chiamate Categorie di Servizio e vengono brevemente descritte qui di seguito, in ordine decrescente di livello qualitativo e impegno di risorse di rete. Constant Bit Rate (CBR). Questa categoria è usata in connessioni che richiedono una quantità fissa di banda, caratterizzata da un valore del parametro di traffico Peak Cell Rate (PCR) che deve essere continuamente disponibile per tutta la durata della connessione. La sorgente può emettere celle al tasso PCR (o inferiore) in qualunque istante e per qualunque durata. Questa categoria di servizio è destinata ad applicazioni di tipo Real-time, richiedenti quindi tolleranze molto ristrette sui valori di Cell Transfer Delay (CTD) e di Cell Delay Variation (CDV). È adatta ad applicazioni tipo voce, video e in genere in tutti quei casi in cui il traffico è pagina 14 Generalità su ATM

15 sufficientemente regolare da giustificare un canale CBR completamente riservato, ad esempio per realizzare l'emulazione di circuito (Circuit Emulation Service - CES). Applicazioni tipiche per il CBR sono: Videoconferenza Audio Interattivo (es. telefonia) Distribuzione Audio/Video (TV, teleinsegnamento, pay-per-view) Retrieval Audio/Video (Video-on-Demand) Servizi in banda voce - quali la telefonia a 64 kbit/s della N-ISDN - portati su ATM usano soluzioni d'accesso basate su CBR e strato d'adattamento AAL1. In ambito multimediale, una soluzione a breve termine per servizi residenziali consiste nel realizzare Video-on-Demand (VoD) basato su MPEG2 (Transport Stream, CBR mode) su AAL5 e trasporto a livello ATM mediante CBR. Real-time Variable Bit Rate (rt-vbr). Come la precedente, anche questa categoria di servizio è orientata a utenze che richiedono strette tolleranze sul ritardo di cella e sulla sua variazione. In questo caso però la sorgente genera celle a burst e non con un tasso d'emissione fisso. I parametri di traffico sono Peak Cell Rate (PCR), Sustainable Cell Rate (SCR) e Maximum Burst Size (MBS). Questo servizio è adatto ad applicazioni Real-time in cui la sorgente genera flussi a velocità non costante, come audio compresso o applicazioni multimediali interattive. Inoltre può servire per multiplare statisticamente sorgenti di tipo Real-time. Possono trarre vantaggio da questo servizio applicazioni come native ATM voice con compressione e soppressione dei silenzi, o alcune comunicazioni multimediali. Non-Real-time Variable Bit Rate (nrt-vbr). Anche qui la sorgente emette celle a burst come nel caso precedente, mancano invece vincoli rigidi sul ritardo di cella e sulla sua variazione. I parametri di traffico sono gli stessi del caso precedente: Peak Cell Rate (PCR), Sustainable Cell Rate (SCR) e Maximum Burst Size (MBS). Il ritardo delle celle (Cell Transfer Delay - CTD) è limitato superiormente. Non-Real-time VBR è adatto a transazioni in cui sia critico il tempo di risposta (prenotazioni aeree, transazioni bancarie, controllo di processi) e all'interlavoro con servizi portanti Frame Relay. Available Bit Rate (ABR). ABR è destinato a sorgenti che siano in grado di aumentare o ridurre il tasso d'emissione di celle in funzione di informazioni ricevute dalla rete, riuscendo così a sfruttare variazioni della capacità di trasferimento della rete che possono verificarsi nel corso della comunicazione. Generalità su ATM pagina 15

16 Molte applicazioni non hanno necessità di un throughput specifico ma, finché la banda disponibile oscilla fra un valore minimo e un massimo, funzionano in modo soddisfacente. Per esse è stato studiato questo servizio che come parametri di traffico ha Peak Cell Rate (PCR) e Minimum Cell Rate (MCR). Oltre ai parametri di traffico, è definito anche un meccanismo di retroazione (feedback) utilizzante celle speciali dette di Resource Management (RM), che permette di tenere costantemente sotto controllo la banda disponibile. Questo servizio, in cui il Cell Transfer Delay (CTD) non viene controllato, non è destinato ad applicazioni Real-time. Qualunque applicazione in cui non sia critico il tempo di risposta può beneficiare di ABR; esempi sono l'interconnessione di LAN e LAN Emulation. Unspecified Bit Rate (UBR). UBR è una categoria di servizio di tipo best effort adatto ad applicazioni non critiche e che non richiedono una specifica QoS. UBR non prevede alcuna negoziazione fra utente e rete riguardo ai parametri di traffico, in particolare riguardo alla banda messa a disposizione. Questo servizio, che tipicamente utilizza la banda lasciata libera dai servizi delle categorie superiori ed è fornito a tariffe basse, può essere usato da applicazioni con scarse esigenze, ad esempio trasferimenti di file effettuati in background oppure terminali per telelavoro. Le ATM Service Category sono una caratterizzazione di ATM Forum, in terminologia ITU-T esse si chiamano ATM-layer Transfer Capability e presentano alcune differenze. La tabella seguente mostra una corrispondenza fra le definizioni dei due Enti. pagina 16 Generalità su ATM

17 ATM Forum ATM Service Category (Traffic Management Spec. 4.0) ITU-T ATM-layer Transfer Capability (Raccomandazione I.371) Uso tipico Constant Bit Rate (CBR) Deterministic Bit Rate (DBR) Real-time, QoS garantito Real-time Variable Bit Rate(rt-VBR) Non-Real-time Variable Bit Rate (nrt-vbr) (futuro) Statistical Bit Rate (SBR) Multiplaz. statistica, Realtime Multiplaz. statistica Available Bit Rate (ABR) Available Bit Rate (ABR) feedback (non esiste l'equivalente) ATM Block Transfer (ABT) feedback a livello burst Unspecified Bit Rate (UBR) (non esiste l'equivalente) La tabella seguente riassume l'adattabilità alle diverse aree di applicazione delle varie categorie di servizio. Area applicativa CBR rt-vbr nrt-vbr ABR UBR Dati critici buono discreto ottimo discreto inadatto Interconnessione LAN, LAN Emulation discreto discreto buono ottimo buono Trasporto dati, interlavoro (IP/FR) discreto discreto buono ottimo buono CES, PABX ottimo buono inadatto inadatto inadatto POTS/Videoconf. ottimo (1) (1) inadatto inadatto Audio compresso discreto ottimo buono buono discreto Distribuzione Video ottimo buono discreto inadatto inadatto 1) Attualmente non ancora chiarito Generalità su ATM pagina 17