RETI DI CALCOLATORI II - ATM SIMON PIETRO ROMANO DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA - UNINA STIDUE
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Reti di Calcolatori II
ATM
Simon Pietro Romano
spromano@unina.it
Dipartimento di Informatica e Sistemistica
Università di Napoli Federico II
Slide a cura di Vittorio Manetti
vittorio.manetti@unina.it
21/05/2009 corso Reti II 1/ATM: Asynchronous Transfer Mode
Tecnologia a commutazione di pacchetto (packet switching) ad alta capacità
Nasce dall’integrazione di servizi e requisiti prestazionali relativi a telefonia
e data networking
• A broadband Integrated Service Vision (B-ISDN - rete digitale per servizi
integrati ad ampia banda)
L’unità di trasmissione è la cella, che ha una dimensione di 53 byte (5 byte
intestazione +48 byte dati).
Supporta il concetto di percorsi e canali virtuali. L’Header di ciascuna cella
ATM contiene due campi: il VPI (Virtual Path Identifier) e il VCI (Virtual
Channel Identifier)
Gli apparati ATM vanno classificati come switch anche se supportano un
protocollo di routing, il P-NNI (Private Network to Network Interface),
utilizzato per la costruzione dei percorsi virtuali
21/05/2009 corso Reti II 2/Perché ATM?
Le reti per la telefonia supportano un singolo livello di qualità del
servizio
Internet, invece, non supporta affatto la qualità del servizio, tuttavia
costituisce uno strumento flessibile ed economico
Le reti ATM supportano differenti livelli di qualità del servizio offerti
ad un costo ragionevole, e vengono introdotte con l’obiettivo di
sostituire sia la rete telefonica che Internet
21/05/2009 corso Reti II 3/ATM vs reti telefoniche sincrone
Le reti telefoniche sfruttano il paradigma circuit-switching
• Le reti ATM utilizzano il paradigma packet-switching, o anche cell-
switching
Nelle reti per la telefonia la velocità di trasmissione è sempre un
multiplo di 64 kbps
• Con i servizi ATM è possibile ottenere qualsiasi velocità di trasmissione,
e variare la velocità nel tempo
Con le attuali reti per la telefonia tutti i circuiti ad alta velocità sono
installati a mano
• ATM consente di sfruttare connessioni a differenti velocità, e di eseguire
un rapido set-up del servizio da fornire
21/05/2009 corso Reti II 4/ATM vs Data Networks
ATM è basata sul concetto di circuito virtuale: il percorso (ed
eventualmente le risorse sul percorso) vengono riservate prima della
trasmissione
• IP è connection-less (non orientato alla connessione) e non consente di
riservare risorse sul percorso end-to-end
• RSVP (ReSource reserVation Protocol) è un nuovo protocollo di
segnalazione per Internet
Celle ATM: dimensione piccola e fissa determinata dal compromesso
tra i requisiti delle applicazioni voce e delle applicazioni dati
• I pacchetti IP hanno dimensione variabile
21/05/2009 corso Reti II 5/ATM vs Data Networks (cont’d)
ATM fornisce il QoS routing combinato alla segnalazione
• Internet fornisce il routing “best-effort” (ottenuto dalla combinazione di
RIP/OSPF/IS-IS/BGP-4), con il solo scopo di fornire connettività
Indirizzamento:
• ATM utilizza per la segnalazione indirizzi globali NSAP di 20 byte, ed
etichette locali di 28 bit nelle celle
• IP usa indirizzi globali di 32 bit in tutti i pacchetti
ATM fornisce sofisticati meccanismi per il management
• Il meccanismo di controllo di congestione offerto dalla suite TCP/IP è
basato sulla perdita dei pacchetti (packet-loss-based)
21/05/2009 corso Reti II 6/Interfacce ATM
UNI = User-Network Interface (privata e pubblica)
NNI = Network Node Interface (privata e pubblica)
B-ICI = Broadband Inter-Carrier Interface
DXI = Data Exchange Interface
21/05/2009 corso Reti II 7/Modello di riferimento del protocollo B-ISDN 21/05/2009 corso Reti II 8/
Gli strati ATM
Adaptation layer (strato di adattamento): mappa le applicazioni (es:
voce, dati) sulle celle ATM
ATM layer (strato ATM): Trasmissione/Switching/Ricezione/Controllo
di Congestione/Gestione degli header delle celle
Physical layer (strato fisico): SONET, etc.
21/05/2009 corso Reti II 9/Le funzioni dello strato fisico di ATM
Trasporta le celle ATM su un canale di comunicazione e definisce
specifiche di tipo meccanico (connettori, ecc.)
• Physical Medium Sub-layer (sottostrato fisico intermedio):
Esegue funzioni intermedie tipo il trasferimento di bit, l’allineamento di
bit, ecc.
• Transmission Convergence Sub-layer (sottostrato per la convergenza
della trasmissione):
Mappa le celle nel formato della frame dello strato fisico (es: DS1,
STS3) in corrispondenza del processo di trasmissione, e delinea le celle
ATM dei bit stream in ricezione
21/05/2009 corso Reti II 10/I sottostrati dell’AAL
Segmentation and Reassembly Sublayer (SAR – sottostrato di segmentazione
e riassemblaggio)
• Esegue la segmentazione dei dati utente di alto livello in celle da 48 byte in
corrispondenza del sender, ed il riassemblaggio in corrispondenza del receiver
Convergence Sublayer (CS - sottostrato di convergenza)
• Determina la Class of Service (CoS – classe di servizio) per il traffico in entrata
• Fornisce uno specifico servizio ad un Network Service Access Point (NSAP -
punto di accesso ad un servizio di rete)
21/05/2009 corso Reti II 11/L’AAL5
Common Part Convergence Sublayer
(CMCS)
AAL 5
21/05/2009 corso Reti II 12/Percorsi Virtuali e Canali Virtuali
Gerarchia di connessione a due livelli:
• Virtual Circuit (VC – Canali Virtuali)
• Virtual Path (VP – Percorsi Virtuali)
21/05/2009 corso Reti II 13/Circuiti Virtuali: etichetta e logica per la segnalazione
Due diversi modi per utilizzare i pacchetti:
• Trasportare l’intero indirizzo destinazione nell’header
• Trasportare solo un identificativo, la label (etichetta)
Le etichette hanno un significato logico, gli indirizzi un significato
globale
Protocollo di segnalazione: mappa indirizzi globali o percorsi
(sequenze di indirizzi) su etichette locali
21/05/2009 corso Reti II 14/VPI/VCI: assegnazione ed uso
Tutti i pacchetti devono seguire lo stesso percorso
Gli switch memorizzano informazioni relative allo stato del Virtul
Circuit Identifier
• Es: informazioni per la QoS
Segnalazione separazione tra dati e controllo
Identificativi piccoli possono essere ricercati (matching esatto) in
tempi brevi
• È complicato fare lo stesso con gli indirizzi IP (prefissi troppo lunghi)
Il set-up deve precedere il trasferimento dei dati
• Ritardo per i messaggi brevi
21/05/2009 corso Reti II 15/VPI/VCI: assegnazione ed uso (cont’d) 21/05/2009 corso Reti II 16/
Struttura della cella ATM
GFC – Generic Flow Control (4 bit)
• Controlla il flusso di dati che attraversa la User-Network Interface
(UNI), consentendo a diversi dispositivi ATM di essere collegati alla
medesima interfaccia di rete
VPI – Virtual Path Identifier (8 bit)
• Contiene l’indirizzo del percorso virtuale per la connessione end-to-end
VCI – Virtual Channel Identifier (16 bit)
• Un puntatore che identifica il canale virtuale che il sistema sta
utilizzando su un particolare percorso
21/05/2009 corso Reti II 17/Struttura della cella ATM (cont’d)
PTI – Payload Type Identifier (3 bit)
• Indica il tipo di traffico contenuto all’interno della cella (informazioni
utente oppure controllo)
CLP – Cell Loss Payload (1 bit)
• Indica se una cella può essere o meno eliminata in caso di congestione
• 1 droppable; 0 non droppable
HEC – Header Error Control (8 bit)
• Controllo di errore per errori che interessano il bit singolo, e rilevazione
di errore per errori che coinvolgono molteplici bit
Payload – User Information
21/05/2009 corso Reti II 18/Concetti di ATM: pacchetti con dimensione fissa
Vantaggi
Semplice hardware per il buffering
• I pacchetti in arrivo e in partenza richiedono una porzione di buffer di
dimensione fissa
Semplice schedulazione delle linee
• Ogni cella occupa una porzione di banda di dimensione costante
Semplice realizzare switch per il processing parallelo di pacchetti
Svantaggi
Overhead per la trasmissione di piccole quantità di dati
Costo per la segmentazione ed il riassemblaggio
21/05/2009 corso Reti II 19/Concetti di ATM: pacchetti di piccola dimensione
Più è piccola la cella, tanto meno l’endpoint dovrà attendere per
riempirla
Più è piccola la cella, tanto più grande sarà l’overhead per l’header
Risultato del compromesso 48 byte + 5 byte di header = 53 byte
21/05/2009 corso Reti II 20/Categorie di Servizio
CBR (Constant Bit Rate): l’utente dichiara il rate richiesto
• Throughput, ritardo e variazione del ritardo sono garantiti
VBR (Variable Bit Rate): l’utente dichiara rate medio e rate massimo
• Rt-VBR (Real Time) Massimo ritardo garantito
• Nrt-VBR (non-Real Time)
ABR (Available Bit Rate)
• La sorgente segue il feedback della rete
• Massimo throughput con minima perdita
UBR (Unspecified Bit Rate)
• L’utente invia dati ogni volta che vuole. Non c’è feedback. Non ci sono
garanzie. Le celle possono essere scartate durante una congestione
21/05/2009 corso Reti II 21/Categorie di servizio e allocazione delle risorse 21/05/2009 corso Reti II 22/
Frame Rate Garantito
Guaranteed Frame Rate (GFR)
UBR con Minimum Cell Rate (MCR)
Il traffic-shaping è basato sulla frame
Tutte le celle della frame hanno lo stesso CLP (Cell Loss Priority)
Le frame complete vengono accettate oppure scartate nello switch
21/05/2009 corso Reti II 23/Segnalazione ATM e QoS routing (PNNI) 21/05/2009 corso Reti II 24/
Stack protocollare per la segnalazione ATM
Segnalazione AAL (SAAL)
• Service Specification Coordination Function (SSCF): fornisce
l’intefaccia
• Service Specification Connection-Oriented Protocol (SSCOP): recupero
da errori e perdite
• AAL Common Part (AAL CP): rilevazione di errore
21/05/2009 corso Reti II 25/Tipi di connessione ATM
Permanente e switchato
Point-to-point
Banda simmetrica oppure asimmetrica (Uni- o Bi-direzionale)
Point-to-multipoint: flusso dati in un’unica direzione
21/05/2009 corso Reti II 26/Set-up e rilascio della connessione ATM 21/05/2009 corso Reti II 27/
Gerarchia di indirizzi in ATM
Formati multipli
Tutti gli indirizzi hanno dimensione pari a 20 byte
Left-to-right
Prefisso di 13 byte 104 possibili livelli di gerarchia
21/05/2009 corso Reti II 28/Routing ATM: PNNI
Private Node-to-Network Interface
• Il protocollo funziona tra nodi della medesima rete …
Private Network-to-Network Interface
• … e tra nodi appartenenti a reti o AS differenti
21/05/2009 corso Reti II 29/Caratteristiche di PNNI
È un protocollo di signaling che fornisce meccanismi per supportare la
scalabilità ed il routing QoS based
• Trova il percorso utilizzando delle tecniche di neighbor discovery
È un protocollo di routing link-state dinamico e gerarchico
• Assiste la composizione di circuiti virtuali switchati
21/05/2009 corso Reti II 30/Parametri di QoS
Parametri relativi alle caratteristiche del mittente:
• Peack Cell Rate (PCR)
• Sustained Cell Rate (SCR)
• Minimum Cell Rate (MCR)
• Cell Variation Delay Tolerance (CVDT)
Parametri misurati dal ricevente:
• Cell Loss Ratio (CLR)
• Cell Transit Delay (CTD)
• Cella Delay Variation (CDV)
Parametri relativi alle caratteristiche della rete
• Cell Error Ratio (CER)
• Severely-Errored Cell Block Ratio (SECBR)
• Cell Misinsertion Rate (CMR)
21/05/2009 corso Reti II 31/Funzione densità di probabilità 21/05/2009 corso Reti II 32/
Gestione del traffico: ATM 21/05/2009 corso Reti II 33/
Funzioni per la gestione del traffico
Connection Admission Control (CAC): è possibile supportare banda
richiesta e qualità del servizio?
Traffic Shaping
Usage Parameter Control (UPC): monitora e controlla il traffico in
entrata alla rete
Network Resource Management: schedulazione, accodamento,
prenotazione delle risorse del percorso virtuale
Selective Cell Discarded:
• Cell Loss Priority (CLP) = 1 le celle devono essere scartate
• Frame Discarding
Feedback Control
21/05/2009 corso Reti II 34/Leaky Bucket: le basi per il Policing
Generic Cell Rate Algorithm (GCRA)
• Esegue lo shaping del traffico
• Esegue il policing del traffico: verifica che gli utenti inoltrano traffico
rispettando i limiti specificati
• Due implementazioni: scheduling virtuale e leaky bucket
21/05/2009 corso Reti II 35/Explicit Rate
La sorgente invia una cella RM ogni n celle
La cella RM contiene un Explicit rate
La destinazione restituisce la cella RM alla sorgente
Gli switch modificano il rate abbassandolo
La sorgente si adegua al rate di trasmissione indicato dagli switch
21/05/2009 corso Reti II 36/IP over ATM 21/05/2009 corso Reti II 37/
LAN Emulation
ATM può essere d’aiuto per risolvere problemi di banda di vecchie reti
LAN
È necessario che ci sia compatibilità con le frame IEEE 802.X
LAN Emulation
ATM e le LAN classiche differiscono tra loro
• Le LAN classiche utilizzano trasferimento dati connectionless mentre
ATM è connection-oriented
• Le LAN classiche utilizzano l’indirizzamento MAC, mentre ATM
utilizza un indirizzamento stile telefonico (20 bytes)
La LAN emulation (LANE) definisce le regole con cui è possibile
emulare le caratteristiche delle LAN classiche su ATM
21/05/2009 corso Reti II 38/LAN Emulation (cont’d)
Il driver per la LAN Emulation rimpiazza il driver Ethernet e passa i
pacchetti di livello rete al driver ATM
Ogni host ATM è assegnato ad un indirizzo Ethernet
Il Server per la LAN Emulation traduce indirizzi Ethernet in indirizzi
ATM
Gli host eseguono il set-up di un circuito virtuale e scambiano
pacchetti
Tutto il software che gira su Ethernet può girare su LANE
21/05/2009 corso Reti II 39/Architettura LANE
Il problema del broadcasting
• Le LAN sono basate sul broadcasting, mentre ATM è una rete di tipo
connection-oriented
• Gli indirizzi LAN sono cablati nelle interfacce
Due possibili soluzioni
• Una connessione completa con canali virtuali punto-multipunto
• Utilizzare un approccio basato sull’uso di server di connessione
21/05/2009 corso Reti II 40/Tre differenti server
Workstation LAN Emulation Bridge
Configuration Server
LAN Emulation (LECS) LAN Emulation
Client (LEC) Client [LEC]
LAN Emulation Server
(LES)
Broadcast and Unknown
Server (BUS)
LUNI Interface Legacy LAN
LAN Emulation Configuration Server (LECS)
LAN Emulation Server (LES)
Broadcast /Unknown Server (BUS)
21/05/2009 corso Reti II 41/Sottorete logica IP
È una tecnica proposta dall’IETF per supportare IP su ATM all’iterno
di una singola Logical IP Subnet (LIS)
Una LIS è un gruppo di host IP che condividono il medesimo
identificativo di rete IP e la medesima subnet mask, e che comunicano
tra loro attraverso connessioni ATM
21/05/2009 corso Reti II 42/IP over ATM
Di quanti canali virtuali c’è bisogno per n protocolli?
• Packet Encapsulation [RFC 1483]
In che modo trovare indirizzi ATM a partire da indirizzi IP?
• Address Resolution [RFC 1577]
Come gestire il multicast?
• MARS [RFC 2022]
In che modo possiamo attraversare n sottoreti su una rete ATM di
grosse dimensioni?
• NHRP
21/05/2009 corso Reti II 43/Puoi anche leggere
