X.25, Frame Relay, ATM

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1 Novembre 2003 Reti e sistemi telematici- 2 X.25, Frame Relay, ATM Gruppo Reti TLC giancarlo.pirani@telecomitalia.it GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 1

2 Richiamo sulle funzioni dello strato di rete (liv. 3) Instradamento determina il ramo di uscita dal nodo stesso cui inviare il pacchetto ricevuto su un ramo entrante Multiplazione permette di utilizzare un unico collegamento di livello 2 per trasportare più unità informative appartenenti a flussi diversi Controllo di flusso regola i singoli flussi di pacchetti attraverso la rete, tenendo conto delle caratteristiche delle singole sorgenti e del contratto di QoS negoziato da queste con la rete stessa Controllo di congestione garantisce che il traffico smaltito da ogni nodo della rete sia commisurato alle sue capacità evitando il fenomeno di saturazione del buffer con ritardi di trasferimento molto alti e conseguente perdita di unità informative Interlavoro tra reti necessario quando le unità informative devono attraversare reti di caratteristiche diverse GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 2

3 Rete a pacchetto Servizio Datagram B 1 C A 2 3 D 3 2 H A F 3 2 E H B Possibili problemi: Fuori sequenza, perdita, duplicazione GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 3

4 Rete a pacchetto Servizio Virtual Call B C A D H A H B F E Fase di instaurazione GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 4

5 Rete a pacchetto Servizio Virtual Call B C A 2 3 D H A H B F E Fase dati GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 5

6 PSPDN Packet Switched Public Digital Network: Accesso Datagram X.25 Gateway X.25 Virtual Circuit PAD Accesso remoto dial-up X.25 PSPDN Packet Switched Public Digital Network X.25 PAD Velocità di accesso tipica: kbit/s GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 6

7 PSPDN Packet Switched Public Digital Network Datagram Virtual Circuit X.25 Gateway DCE X.25 DCE Data Circuit-terminating Equipment N N N N N N X.25 DCE N PSPDN DCE X.25 PAD GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 7

8 Virtual circuit connection Virtual circuit DCE DCE PSPDN X.25 X.25 Host A Host B GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 8

9 Protocolli X.25 per DTE/DCE livelli OSI 4-7 DTE Data Terminal Equipment X.25 livello 3 Interfaccia a livello pacchetto X.25 livello 2 Interfaccia a livello trama PSPDN X.25 livello 1 Interfaccia a livello fisico DTE (lato utente) Interfaccia DTE/DCE DCE (lato rete) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 9

10 Il pacchetto X.25 in una trama LAPB (Link Access Procedure Balanced) Pacchetto Header Dati Utente Livello pacchetto Flag Controllo Indirizzo a livello di trama Informazione FCS (Frame Control Seq.) Flag Livello trama Trama Flusso di bit sincrono Livello fisico GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 10

11 Protocolli legati a X.25 PAD PSPDN X.25 e supporto PAD Sistema Host (DTE) DTE X.3 X.25 X.25 X.29 X.28 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 11

12 Stabilimento di una Virtual Call Virtual circuit DCE DCE PSPDN X.25 X.25 DTE Canale logico (LCI) Canale logico (LCI) DTE GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 12

13 X.25 call request/incoming call packet Byte Bit Indicatore generale del formato Numero canale logico Numero gruppo canale logico Tipo di pacchetto = 0B (H) 4... Blocco indirizzo... Lunghezza facility Facilities Dati chiamata di utente GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 13

14 X.25 call accepted/call connected packet Bit 1 Indicatore generale del formato Numero gruppo canale logico Byte 2 Numero canale logico Tipo di pacchetto = 0F (H) 4... Blocco indirizzo... Lunghezza facility Facilities Dati chiamata di utente GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 14

15 Pacchetto dati X Bit 1 Indicatore generale del formato Numero gruppo canale logico Byte 2 Numero canale logico 3 P(R) M P(S) 0 Tipo di pacchetto = Dati 4... Dati ( byte)... GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 15

16 X.25 Clear Request/Clear Indication packet Bit 1 Indicatore generale del formato Numero gruppo canale logico Byte 2 Numero canale logico Tipo di pacchetto = 13 (H) 4 5 Causa del clearing Codice per diagnostica GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 16

17 Protocolli di interconnessione X.25 - WAN AU: Access Unit NT: Network Termination TA: Terminal Adapter PSPDN X.75 TA NT ISDN AU PSPDN DTE X.25 X.31 X.32 DTE X.25 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 17

18 Motivazioni del Frame Relay Il Frame Relay é nato pensando alla possibilità di poter disporre di un protocollo di rete geografica che fosse intermedio alla commutazione di pacchetto X.25 e a circuito Lo sviluppo si è avuto sotto la spinta di precise forze di mercato: sviluppo di applicazioni ad alta velocità apparati d accesso intelligenti linee di trasmissione con bassi tassi di errore Rappresenta un servizio di accesso in reti pubbliche di molti operatori nazionali/internazionali GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 18

19 Sviluppo del Frame Relay DETERMINATO DA DIVERSI FATTORI: processori veloci hardware specifico per protocolli di comunicazione disponibilità di software applicativo per applicazioni richiedenti comunicazioni a larga banda (da testo ad immagini) e di applicazioni distribuite (ambienti LAN con interazioni client/server) disponibilità a basso costo di apparati di utente intelligenti diffusione di reti pubbliche numeriche con backbone in fibra ottica (F.O. fino alla sede di utente in alcuni casi) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 19

20 Campi di applicazione applicazioni (per elaborazione dati) richiedenti l interconnessione su base geografica (altre reti, per es. ITAPAC, ISDN, CDN poco adatte, per costi oppure velocità oppure flessibilità) interconnessione geografica di apparati per l internetworking (bridge, router) e inoltre trasporto di fonia GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 20

21 Frame Relay =? tecnica di trasferimento orientata al pacchetto (basata su tecniche di multiplazione di unità dati di lunghezza variabile) è stato definito per l accesso (UNI), ma può essere impiegato nelle sezioni interne della rete (NNI) o fra reti di operatori diversi è una tecnica connection oriented, che utilizza connessioni virtuali (VC) permanenti (PVC) o commutate (SVC) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 21

22 Terminologia: UNI ed NNI Frame Relay UNI Frame Relay NNI Frame Relay UNI Utente FR A Rete A Rete B Utente FR B UNI = User-to-Network Interface NNI = Network-to-Network Interface GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 22

23 Caratteristiche Principali del 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 canali virtuali Il risultato è: Throughput molto più elevati e ritardi minori rispetto ad altri protocolli WAN (p.e. X.25) 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 Standard consolidati Scalabilità, flessibilità, possibilità di disaster recovery GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 23

24 Terminologia Servizio Frame Relay Rete Frame Relay Servizio di trasporto dati offerto all'utente da una rete dati per mezzo di un'interfaccia standard Frame Relay La rete può utilizzare una qualsiasi teecnica per il trasporto del traffico dati al suo interno (p.e. ATM) Rete dati che utilizza il Frame Relay standard per il trasporto dati al suo interno Normalmente offre all'utente anche un servizio Frame Relay, oltre ad altri tipi di servizi dati GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 24

25 Servizio Frame Relay Permanent Virtual Circuit (PVC) Utente A DLCI 100 PVC 1 DLCI 300 Utente B DLCI 200 DLCI 100 PVC 2 Rete PVC 3 DLCI 400 DLCI 100 Utente C Utente D GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 25

26 Servizio Frame Relay Switched Virtual Circuit (SVC) SETUP CALL PROC SETUP CONNECT CONNECT Utente A DLCI 100 DLCI 300 Utente SVC B Rete GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 26

27 Scenario WAN pre-esistente DCE DCE LAN 1 ROUTER DCE DCE ROUTER LAN 3 DCE DCE Linea dedicata dal gestore Sede di utente DCE DCE LAN 2 ROUTER DCE DCE ROUTER LAN 4 DCE DCE Rilegamento interno di utente GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 27

28 Scenario WAN con impiego di Frame Relay LAN 1 ROUTER DCE DCE ROUTER LAN 3 Rete pubblica Frame Relay Linea dedicata Sede di utente Circuito LAN 2 ROUTER DCE virtuale DCE ROUTER LAN 4 Rilegamento interno di utente GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 28

29 Confronto Frame Relay-X.25 X.25 FRAME RELAY Implementate dall'interfaccia e dalla rete X.25 LAPB LIVELLO FISICO Q.922 UPPER Q.922 CORE LIVELLO FISICO Implementate esclusivamente dall'interfaccia (end to end) Implementate dall'interfaccia e dalla rete LAPF GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 29

30 Funzioni di base del Frame Relay delimitazione, allineamento, trasparenza delle trame informative multiplazione/demultiplazione con l impiego del campo indirizzi accettazione/scarto in fase di congestione verifica di validità della trama GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 30

31 Formato trama Frame Relay 8 bit 16 bit (24, 32) 16 bit 8 bit Flag Indirizzo Informazione F C S Flag 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) 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 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 31

32 A proposito del DLCI (Data Logical Channel Identifier) Il DLCI non è un vero e proprio indirizzo in quanto non è associato ad una particolare destinazione Identifica un collegamento PVC e dunque ha significato solo locale sull interfaccia e non globale Uno stesso valore di PVC può essere associato a due PVC che hanno origine in due diversi nodi, ma non per individuare due PVC configurati sulla stessa interfaccia la concatenazione di n valori di DLCI (su n link trasmissivi separati da n-1 nodi) costituisce la connessione virtuale stabilita tra due apparati terminali della rete DLCI 823 Accesso Fisico DLCI 45 DLCI 18 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 32

33 Impiego del DLCI Torino Genova User Device User UserDevice 33 User Device Rete Frame Relay User Device Roma 40 PVC 23 Catania GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 33

34 Frame Check Sequence Il campo di controllo (FCS) e' usato per il controllo delle trame ricevute. I suoi bit sono calcolati utilizzando il polinomio generatore x 16 + x 12 + x Dal calcolo dei bit di controllo sono esclusi gli zeri inseriti dal meccanismo di bit stuffing. In ricezione, le trame errate vengono scartate. Il recupero, non previsto dal LAPF (Q.922) core, e' demandato a protocolli di livello superiore (ad esempio LAPF upper) ed e' effettuato da entità poste agli estremi della rete. GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 34

35 Parametri di QoS per il Frame Relay Il riferimento è la Racc. ITU-T X.144 che definisce per il Frame Relay i seguenti parametri di QoS: FTD (Frame Transfer Delay between DTEs) Intorno ai 5-25 ms in funzione della lunghezza di trama FLR (User Information Frame Loss Ratio) Frame perse/(σ Fr. perse + Fr. trasferite + Fr. trasferite con errore nel payload) Extra Frame Rate RFER( Residual Frame Error Ratio) Frame TX corrette/ (Σ Fr. TX corrette + Fr. TX con errore nel payload) PVC Availability A = µ / (λ+µ) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 35

36 Trattamento della congestione notifica esplicita di congestione (ECN): impiego dei bit FECN, BECN forward backward impiego del messaggio CLLM (Consolidated Link Layer Management) notifica implicita di congestione (complementare alla notifica esplicita): riguarda protocolli di livello superiore (es TCP) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 36

37 Congestione La gestione della congestione è di fondamentale importanza nella gestione di una rete Frame Relay Sono stati previsti due meccanismi di segnalazione per segnalare agli apparati terminali la congestione notifica esplicita tramite i campi BECN e FECN (Addendum a T1.606) notifica esplicita basata su CLLM (Q.922 e ANSI T1.618) Assenza di Congestione A B Throughput Inizio di Congestione Congestione Critica Carico Offerto GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 37

38 Metodo di Notifica Esplicita con CLLM In tale metodo viene impiegato un messaggio di rete Consolidated Link Layer Management veicolato su un DLCI di servizio tramite il quale si segnala al dispositivo terminale la presenza di congestione E un meccanismo scarsamente implementato CLLM Message B Terminale d Accesso Destinazione Terminale d Accesso Sorgente A C GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 38

39 Metodo di Notifica Esplicita con FECN/BECN Nel momento in cui un nodo di rete registra l inizio di uno stato di congestione notifica ai terminali tramite la modifica dei bit FECN e BECN presenti nell intestazione della trama La caratteristica di gestire traffico bursty rende la congestione un fenomeno potenzialmente frequente in una rete Frame Relay BECN B FECN Terminale d Accesso Destinazione Terminale d Accesso Sorgente A C GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 39

40 La codifica del segnale vocale Voce Tecniche di riduzione del bit rate Soppressione silenzi Algoritmi di compressione GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 40

41 Frame Relay PVC Management GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 41

42 Frame Relay PVC Management Messaggio di richiesta Utente (DTE) Rete (DCE) Messaggio di risposta FR UNI SCOPO Verificare l'integrità del collegamento tra DTE e DCE Notificare al DTE l'aggiunta di un PVC Notificare al DTE la cancellazione di un PVC Notificare al DTE lo stato di un PVC (attivo/inattivo) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 42

43 Frame Relay PVC Management Status Enquiry Utente (DTE) Status FR UNI Rete (DCE) SCOPO Procedure di Link Integrity Verification, per verificare l'integrità del link tra DTE e DCE GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 43

44 Frame Relay PVC Management Full Status Enquiry Utente (DTE) Rete (DCE) Full Status FR UNI SCOPO Procedure di Link Integrity Verification, per verificare l'integrità del link tra DTE e DCE Notificare al DTE l'aggiunta di un PVC Notificare al DTE la cancellazione di un PVC Notificare al DTE lo stato di un PVC (attivo/inattivo) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 44

45 Frame Relay PVC Management Utente (DTE) FR UNI Asynchronous Status Rete (DCE) SCOPO Notificare al DTE l attivazione di un PVC Notificare al DTE la disattivazione di un PVC Notificare al DTE la cancellazione di un PVC GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 45

46 PVC Management - Concetti base I messaggi di PVC management sono trasmessi su DLCI riservati ANSI T1.617 Annesso D DLCI = 0 ITU-T Q.933 Annesso A DLCI = 0 LMI DLCI = 1023 I messaggi di PVC management hanno validità locale, quindi NON vengono trasmessi in rete Ciascuna interfaccia Frame Relay ha il proprio processo di PVC management con i propri parametri (timer, contatori) Il processo di PVC management, ad un'interfaccia UNI, è sempre iniziato/stimolato dall'apparato d'utente, tipicamente un router Fanno eccezione i messaggi di Asynchronous Status, inviati spontaneamente dalla rete GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 46

47 Frame Relay PVC Management DLCI 0 (ANSI) Utente A Status Enquiry Status NODO Status Enquiry NODO Status DLCI 1023 (LMI) Utente B PVC DLCI 100 DLCI 300 Dati Dati GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 47

48 PVC Management Ciclo di polling Utente (DTE) FR UNI RETE (DCE) Status Enquiry Status Status Enquiry Status... Full Status Enquiry Full Status Verificare l'integrità del collegamento tra DTE e DCE Verificare l'integrità del collegamento tra DTE e DCE Notificare al DTE l'aggiunta di un PVC Notificare al DTE la cancellazione di un PVC Notificare al DTE lo stato di un PVC (attivo/inattivo) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 48

49 Frame Relay-ATM Interworking Frame Relay/ATM Network Interworking Interoperabilità di rete, connessioni tra utenti Frame Relay, utilizzo dell ATM come tecnica di trasporto (backbone) Frame Relay/ATM Service Interworking Interoperabilità di servizio, possibilità di instaurare connessioni tra utenti FR ed utenti ATM Normativa di riferimento - Raccomandazione ITU-T I.555 Frame Relaying Bearer Service Interworking - Implementation Agreement Frame Relay Forum FRF.5 Frame relay / ATM PVC Network Interworking - Implementation Agreement Frame Relay Forum FRF.8.1 Frame relay / ATM PVC Service Interworking GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 49

50 Network Interworking Frame Relay / ATM Utente FR FR UNI IWF RETE ATM IWF FR UNI Utente FR Trame Frame Relay Celle ATM Trame Frame Relay UNI = User-to-Network Interface IWF = Interworking Function FR = Frame Relay ATM = Asynchronous Transfer Mode GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 50

51 Service Interworking Frame Relay / ATM Utente FR FR UNI IWF RETE ATM ATM UNI Utente ATM Trame Frame Relay Celle ATM UNI = User-to-Network Interface IWF = Interworking Function FR = Frame Relay ATM = Asynchronous Transfer Mode GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 51

52 La tecnica ATM: cos è ATM significa Asynchronous Transfer Mode ATM è una tecnica di trasferimento dell informazione pensata per flussi informativi ad alta velocità Non trova un esatto riscontro nei livelli OSI, ma lo potremmo posizionare tra il livello 1 ed il livello 2 È descritta nella Raccomandazione I.361 B-ISDN ATM layer specification dell ITU-T (ex CCITT) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 52

53 La tecnica ATM: necessità Nasce dalle seguenti necessità: Interconnessione di un ampia varietà di sistemi eterogenei, quali stazioni di lavoro, super-calcolatori, reti locali, ecc. Tendenza a migrare da architetture di elaborazione centralizzate a distribuite (es. applicazioni distribuite su LAN) Possibilità di interconnessione di tipo intra- ed intercompany, con prestazioni idealmente simili a quelle di una rete locale, anche su scala geografica Apertura verso l introduzione di nuovi servizi (es. multimedia) Possibilità di gestione e controllo sofisticati Fornitura tempestiva delle risorse di interconnessione al cambiamento della sede dell'utente GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 53

54 La tecnica ATM: sviluppo Si sviluppa grazia ai seguenti fattori: Domanda crescente di servizi a larga banda Disponibilità di tecnologie di trasmissione, commutazione ed elaborazione ad alta velocità Crescente disponibilità all utente di capacità di elaborazione dati ed immagini Prospettiva di integrazione e trattamento di servizi e modi di trasferimento differenti (es. circuito, pacchetto) mediante un'unica tecnica a larga banda Necessità di maggiore flessibilità nel soddisfare i requisiti di utente e gestore (in termini di banda, qualità di servizio, ecc.) e rispondere ai requisiti di nuove applicazioni e servizi GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 54

55 La tecnica ATM: requisiti I requisiti essenziali di una tecnica di trasferimento atta a realizzare una rete dotata della capacità di fornire un supporto a svariati servizi ed applicazioni sono: Possedere caratteristiche che la rendano adatta ad applicazioni nel campo dell alta velocità (centinaio di Mbps) Adattarsi in modo efficiente a servizi che impiegano bit-rate differenti (multirate) Supportare anche traffico di tipo bursty o a blocchi (bitrate variabile) Tenere conto sia di applicazioni sensibili al ritardo che alla perdita GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 55

56 Caratteristiche della tecnica ATM Le informazioni sono trasportate in pacchetti di lunghezza fissa (celle) 53 byte Trasferimento delle informazioni in modalità connection-oriented attraverso instaurazione di connessioni virtuali Architettura protocollare di tipo Core & Edge Tecnica efficiente di multiplazione e commutazione Grande flessibilità nel meccanismo di allocazione della banda GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 56

57 Come è fatta una rete ATM (1) Una rete ATM comprende: un insieme di nodi di commutazione detti Intermediate System ATM (IS ATM) o più comunemente switch ATM un insieme di nodi terminali (postazioni utente) detti End System ATM (ES ATM) Topologia di rete: gli switch ATM sono collegati tra loro attraverso linee di trasmissione numeriche di tipo punto-punto secondo una topologia a maglia arbitraria Gli ES ATM sono collegati agli switch ATM tramite linee punto-punto secondo una topologia di tipo stellare GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 57

58 Come è fatta una rete ATM (2) Rete ATM Privata Rete ATM Privata Private NNI Rete ATM Pubblica Rete ATM Pubblica Switch ATM Public UNI Public NNI ATM R Private UNI Public UNI Public UNI ES ATM ES ATM GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 58

59 Le connessioni ATM (1) Il trasferimento delle informazioni tra gli ES di una rete ATM avviene attraverso connessioni virtuali (Virtual Connection, VC) canali logici che devono essere stabiliti tra sorgente e destinazione prima che abbia luogo il trasferimento ES Rete ATM Rete ATM ES (Server) Connessioni Virtuali ES 2 Mbps (Videoconferenza) 10 Mbps (Trasferimento di immagini) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 59

60 Le connessioni ATM (2) Sono definiti due tipi di VC: Virtual Channel Connection (VCC) connessione costituita da un unico canale di comunicazione virtuale tra due ES Virtual Path Connection (VPC) connessioni costituite da un insieme di VCC che condividono un cammino comune all interno della rete VPC/VCC a loro volta possono essere: user-to-user user-to-network network-to-network punto-punto punto-multipunto permutate (crossconnect) commutate (switch) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 60

61 La cella ATM (1) Header GFC VPI VPI VPI VCI VCI VCI VCI VCI PT CL CL HEC HEC P VPI VPI VPI VCI VCI VCI VCI VCI PT CL CL HEC HEC P Payload User User Data Data (48 (48 octets) octets).. User User Data Data (48 (48 octets) octets) UNI Cell NNI Cell GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 61

62 La cella ATM (2) I campi dell intestazione hanno il seguente significato: GFC (Generic Flow Control) meccanismo per link condivisi a livello UNI (non supportato) sempre messo a zero VPI (Virtual Path Identifier) e VCI (Virtual Channel Identifier) identificano la connessione virtuale a cui la cella appartiene PT (Payload Type) indica se la cella contiene informazioni di utente o informazioni di servizio per la rete (OAM) usato anche per indicare congestioni CLP (Cell Loss Priority) livello di priorità della cella, se =1 la cella è a bassa priorità HEC (Header Error Control) usato per rilevare/correggere errori limitatamente all header della cella GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 62

63 Identificazione delle VC: Connessioni virtuali una VPC è identificata da un Virtual Path Identifier (VPI) una VCC è identificata da un Virtual Channel Identifier (VCI) e dal VPI associato alla VPC entro cui è definita tali identificatori hanno validità locale su una particolare linea trasmissiva attraversata dalla VPC/VCC e sono riassegnati presso ogni switch attraversato VCIa VCIb VPIx VPIy Canale trasmissivo GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 63

64 cella Rete di VPC 4/6 10/6 31/6 VPI=4 VPI=10 VPI=10 VPI=31 VCI=6,7,13 ATM XC VCI=6,7,13 VCI=9,13,31 VPI=20 ATM XC VCI=6,7,13 VCI=9,13,31 VPI=11 VPI=20 VPI=52 ATM XC Le VPC sono tipicamente di tipo semipermanente Tutti i VC passano inalterati nei cross-connect VCI=9,13,31 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 64

65 Rete di VCC cella 4/6 10/8 31/9 VPI=4 VPI=10 VPI=10 VPI=31 VCI=6,7,13 ATM XC VCI=8,15,24 VCI=10,13,43 VPI=20 ATM XC VCI=9,18,30 VCI=11,13,45 VPI=11 VPI=20 VPI=52 ATM XC VCI=9,13,31 Le VCC possono essere di tipo commutato o semipermanente Tutti i VP sono terminati negli switch GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 65

66 Switch ATM (1) Gli switch ATM hanno il compito di instradare le celle all interno della rete affinchè si propaghino lungo le VC stabilite tra gli ES che intendono comunicare Due operazioni: Commutazione di multiplex (Multiplex Switching) trasferimento fisico di una cella da una linea di ingresso ad una linea di uscita Commutazione di etichetta (Label Swapping) scambio dell identificatore di VC valido su una linea di ingresso con quello valido sulla linea di uscita se una cella appartiene ad una VPC viene variato unicamente il campo VPI mentre il campo VCI resta inalterato GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 66

67 Switch ATM (2) ATM ATM Switch Switch 2/3 4/4 2/3 4/4 Look-up Look-up Table Table 5/1 5/1 Link Link 3/2 3/2 1/1 1/1 1 Port Port 3 2 6/1 6/1 Output Output Port Port VPI VPI VCI VCI Port Port VPI VPI VCI VCI Input Le operazioni effettuate dagli switch ATM sono estremamente semplici ed operano su celle di dimensioni contenute e soprattutto fisse per questo motivo possono essere realizzate interamente in hardware rendendole di conseguenza estremamente rapide GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 67

68 VPC e Virtual Network VC Switch Locale Rete ATM Rete ATM VC Switch Locale VPC1 VPC3 VC Switch Locale VPC2 VC Switch Locale Sula rete fisica è possibile costruire una rete logica di Virtual Path per interconnettere diversi siti: più economico di un CDN ad alta velocità in quanto le risorse sono impegnate solo quando servono GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 68

69 Architettura protocollare (1) Basata sull approccio Core & Edge nei nodi di rete (Core) sono eseguite solo le funzioni essenziali (commutazione e multiplazione) le funzionalità residue (es. controllo e correzione di errore) sono svolte agli estremi (Edge) qualora sia necessario per specifici servizi applicativi ATM ES Higher Higher Level Level Protocols Protocols On On demand demand End-to-end End-to-end Error Error Control Control and and Flow Flow Control Control ATM ES Higher Higher Level Level Protocols Protocols L2 AAL AAL AAL AAL L1 ATM ATM PHY PHY ATM Switch ATM ATM Relaying Relaying Entity Entity PHY PHY PHY PHY ATM ATM PHY PHY GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 69

70 Architettura protocollare (2) Confronto con X.25 L 3 L 2 L 1 Link-by-link Link-by-link X.25 ES Error Error X.25 ES Control Control and and Higher Higher Level Flow Level Flow Control Control Higher Higher Level Level Protocols Protocols X.25 Switch Protocols Protocols X.25 X.25 L3 L3 Prot. Prot. X.25 X.25 Relaying Relaying Entity Entity X.25 X.25 L3 L3 Prot. Prot. LAPB LAPB PHY PHY LAPB LAPB PHY PHY LAPB LAPB PHY PHY LAPB LAPB PHY PHY L 2 L 1 ATM ES Higher Higher Level Level Protocols Protocols AAL. AAL. ATM ATM PHY PHY ATM Switch On On demand demand End-to-end End-to-end Error Error Control Control and and Flow Flow Control Control ATM Relaying Entity ATM Relaying Entity PHY PHY PHY PHY ATM ES Higher Higher Level Level Protocols Protocols AAL AAL ATM ATM PHY PHY GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 70

71 ATM protocol reference model (1) Management Plane Control Plane User Plane ATM Signalling Protocol Higher Layer Protocols Signalling ATM Adaptation Layer (SAAL) ATM Adaptation Layer ATM Layer Layer Management Plane Management Physical Layer GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 71

72 Le quattro classi di QoS (Quality of Service) offerte dall ATM CBR: VBR: ABR: UBR: Constant Bit Rate dichiara la banda di picco Variable Bit Rate in tempo reale Dichiara anche la CDV (Cell Deviation Value) tolerance ed il ritardo massimo Available Bit Rate non dichiara la banda, ma usa quella disponibile (con controllo di flusso) Unspecified Bit Rate best effort GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 72

73 ATM Adaptation Layer (AAL) Il livello di adattamento (AAL) integra i servizi forniti dal livello ATM, allo scopo di permettere il supporto delle funzioni richieste dal livello immediatamente superiore, provvedendo a stabilire l associazione tra i due Le funzioni realizzate dipendono dai requisiti del livello sovrastante L AAL implementa protocolli differenti per soddisfare alla esigenze di diversi utenti del suo servizio L AAL nasce perciò come elemento service dependent GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 73

74 Classi di sevizio per AAL Class A Class B Class C Class D Relazione di timing tra sorgente e destinazione Required Not required Bit rate Constant Variable Connection mode Connection oriented Connectionless AAL type 1 2 3/4, 5 3/4 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 74

75 Classi di sevizio per AAL Class A Circuit emulation (64kb/s, 2 Mb/s, 34 Mb/s, ecc. Servizi voce, video a bit-rate costante Relazione di timing tra sorgente e destinazione Required Not required Bit rate Constant Variable Connection mode Connection oriented Connectionless AAL type 1 2 3/4, 5 3/4 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 75

76 Classi di sevizio per AAL Video e/o audio a Class A Class B Class bit-rate C variabile Class D Relazione di timing tra sorgente e destinazione Required Not required Bit rate Constant Variable Connection mode Connection oriented Connectionless AAL type 1 2 3/4, 5 3/4 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 76

77 Classi di sevizio per AAL servizi di trasporto dati connection-oriented segnalazione Class A Class B Class C Class D Relazione di timing tra sorgente e destinazione Required Not required Bit rate Constant Variable Connection mode Connection oriented Connectionless AAL type 1 2 3/4, 5 3/4 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 77

78 Classi di sevizio per AAL servizi di trasporto dati Class A Class B Class C Class D connectionless Class A Class B Relazione di timing tra sorgente e destinazione Required Not required Bit rate Constant Variable Connection mode Connection oriented Connectionless AAL type 1 2 3/4, 5 3/4 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB LE RETI A PACCHETTO - 78