ATM Asynchronous Transfer Mode

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ATM Asynchronous Transfer Mode
Corso di laurea specialistica in Economia
Informatica

• Corso di Reti di calcolatori e sicurezza
• Anno accademico 2005/2006
• Mariangela Valeri

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Asynchronous Transfer Mode ATM

• Anni 1980/1990 iniziano ad essere sviluppati i
  primi standard. Erano predominanti due tipi di
  reti reti telefoniche e le reti per dati .
• Per questo fu naturale progettare una tecnologia
  di rete che fosse appropriata per il trasporto
  audio e video in tempo reale, oltre a testo,
  e-mail e file dimmagini.

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Asynchronous Transfer Mode ATM

• Due comitati per la standardizzazione
• ITU-T International Telecomunication Union
  -Telecommunication Sector , esso ha promosso
  fortemente ATM in quanto ha adottato gli sforzi
  degli operatori telefonici che tendevano alla
  creazione di uno standard per la B-ISDN
• ATM Forum una organizzazione di
  standardizzazione nata per volontà di industrie
  manifatturiere del settore informatico e delle
  reti di calcolatori

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Asynchronous Transfer Mode ATM

• IETF (Internet Engineering Task Force) ovvero
  l'ente standardizzatore di Internet. Questo
  perchè negli ultimi anni , nonostante carenze
  negli standard, le reti ATM sono divenute una
  realtà, per cui si e sentito il bisogno di
  standardizzare il loro uso in Internet

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ATM Obiettivi

• Trasporto integrato,end-to-end di dati, voce e
  video capace di
• Rispettare i requisiti di isocronia e Quality of
  Service imposti dalla trasmissione di traffico
  voce e video superando così il paradigma di
  Best-effort di Internet
• Rispondere alla variabile domanda di banda nel
  tempo di utenza
• Basso costo ed alta velocità nel trattare elevate
  quantità di dati
• Adattabilità ai molteplici servizi supportati

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ATM Caratteristiche

• La tecnica di trasporto ATM è orientata alla
  connessione e a commutazione di pacchetto
• LATM usa pacchetti di lunghezza fissa di 53 byte
  detti celle di cui 5 dintestazione e 48 di
  carico utile.
• LATM usa canali virtuali detti circuiti virtuali
• LATM non prevede la ritrasmissione su base da
  link a link delle celle.
• LATM ha più modelli di servizio CBR, VBR, ABR,
  UBR
• Fornisce il controllo della congestione solo
  allinterno del servizio ABR

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Instaurazione della comunicazione
1. Un host invia un messaggio di Setup allo
switch cui è connesso segnalando quale e' l'host
da raggiungere e quale e' la QoS richiesta.
2. Lo switch risponde con una procedura di Call
Proceeding e chiama le funzioni di routing per
determinare dove inoltrare la richiesta di
connection setup.

• Utilizzo di parametri
• CAC (Connession
• Admission Control)
• UPC (Usage Parameter Control)

3. Una volta che l'ultimo switch ha comunicato la
richiesta all'host finale , quest'ultimo può o
meno accettare la connessione. Se la rifiuta
invia indietro un Release altrimenti un Accept .

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La struttura delle celle

• Nello stabilire la struttura e la lunghezza delle
  celle si tenne conto di
• Efficienza di trasmissione - più grande è il
  pacchetto, più elevato è il ritardo. Più piccolo
  è il pacchetto, più elevato è il carico aggiunto
  all'informazione in percentuale
• Ritardo - di transito del pacchetto, di attesa in
  coda ad ogni nodo di commutazione, fluttuazioni
  varie, pacchettizzazione e depachettizzazione,ecc
• Complessità implementativa.

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La struttura delle celle

• La celle ATM hanno una dimensione di 53 byte di
  cui 5 dintestazione e 48 di dati.

GFC VPI VCI PT CLP HEC dati
4 bit 8bit 16bit 3 bit 1bit 8bit 48 byte
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Lintestazione delle celle

• GFC - Generic Flow Control campo necessario per
  il controllo della congestione. Opera ad un
  livello cosi basso il controllo della
  congestione.
• VPI/VCI - Virtual Path Identifier/Virtual
  Channell Identifier servono per
  l'instradamento, ovvero una volta determinato
  l'indirizzo ATM a cui mi devo connettere questi
  identificativi sono utilizzati dagli switch del
  collegamento per instradare i pacchetti
• PT - Payload Type Identifica se la cella ATM e
  di traffico utente o di traffico di management
• CLP - Cell Loss Priority se vale 1 la cella può
  essere scartata in caso di congestione dello
  switch
• HEC - Header Error Control è il risultato di un
  codice ciclico applicato solo sull'header della
  cella.

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VPI/VCI

• Le celle sono trasportate su di un VC
  allinterno del VP dalla sorgente alla
  destinazione.
• La comunicazione inizia con la creazione del
  circuito (call setup) prima dellinvio dei dati.
  Al termine della trasmissione e si ha
  leliminazione del circuito(teardown).
• Ogni cella trasporta un identificativo di
  circuito virtuale (VCI VC Identifier). Non è
  presente, nella cella, nessun identificativo
  della destinazione.
• Ogni switch lungo il percorso sorgente-destinazion
  e mantiene informazioni di stato per tutte le
  connessioni che lo attraversano. Le risorse del
  canale e dello switch (capacità trasmissiva,
  buffer) possono essere dedicate ad un particolare
  VC. Prestazioni paragonabili a quelle di un
  circuito dedicato!
• Circuiti Virtuali Permanenti Permanent VC (PVC)
  Per connessioni di lunga durata. Tipicamente
  impiegati per collegare in modo permanente due
  router IP
• Circuiti Virtuali Commutati Switched VC
  (SVC)creazione dinamica di circuiti dedicati ad
  una singola comunicazione

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VPI/VPC
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HEC

• Tecnica di rilevamento errori basata su codici di
  controllo a ridondanza ciclica (CRC) o codici
  polinomiali.
• Vede la stringa di bit che deve essere spedita
  come un polinomio i cui coefficienti sono i
  valori 0 e 1.
• Si considera il blocco di dati, D, costituito da
  d bit che il nodo che spedisce vuole inviare a
  quello che riceve. Sender e reciver si mettono
  daccordo su uno schema di r1 bit generatore (G)
• Per un certo blocco di dati ,D, il sender
  sceglierà r bit addizionali R che appenderà a D
  in modo che risulti uno schema dr esattamente
  divisibile per G usando laritmetica modulo 2.
• Quindi il receiver dividerà i dr bit ricevuti
  per G. Se il resto è diverso da zero, il receiver
  saprà che siè verificato un errore.

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Modelli di servizio ATM

• CBR Costant Bit Rate la sorgente emette dati con
  una temporizzazione fissata ed una quantità di
  bit fissata. Si richiede che la rete trasporti
  tutti i dati con la temporizzazione giusta.
• VBR Variable Bit Rate
• VBR RT Variable Bit Rate Real Time la sorgente
  emette dati a scadenze fissate ma con quantità di
  dati aleatorie di cui pero' si possono avere
  parametri statistici (media, varianza)
• VBR NRT Variable Bit Rate Non Real Time la
  sorgente emette dati a scadenze non fissate in
  quantità non fissata . Anche qui si possono avere
  dati statistici.
• ABR Available Bit Rate come VBR NRT solo che non
  viene richiesta una certa QoS bensì fatta una
  indicazione e ci si accontenta di un best effort
  controllando però lo stato della rete ed evitando
  la congestione
• UBR Unspecified Bit Rate non viene fatta una
  indicazione e la rete non segnala neppure
  l'avvenuto dropping di una cella ne cerca di
  evitare forti delay.

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Il controllo della congestione del servizio ABR

• Con il servizio ABR le celle sono trasmesse
  dalla sorgente alla destinazione attraverso una
  serie di commutatori. Inframezzate tra le celle
  di dati vi sono anche celle RM (Resource
  Management cells).
• Sono usate per trasportare le informazioni
  relative alla congestione tra gli host e i
  commutatori.

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Il controllo della congestione del servizio ABR

• Approccio basato sulla velocità il sender
  calcola la velocità massima a cui può spedire e
  si regola in accordo a questa velocità.
• LABR ha tre meccanismi per segnalare info
  relative alla congestione dai commutatori al
  receiver.
• Bit EFCI. (Explicit Forward Congestion
  Indication) contenuto in ogni cella di dati. Il
  commutatore di una rete congestionata può porlo a
  1 per segnalare la congestione allhost di
  destinazione
• Bit CI (Congestion Identication) e NI contenuti
  nelle celle RM possono essere impostati a 1 da un
  commutatore della rete congestionata. NI posto a
  1 indica che la congestione è moderata. CI posto
  a 1 indica che la congestione è grave.
• Impostazione di ER (Explicit Rate) a due bit.
  Contenuto nelle celle RM. Un commutatore
  congestionato può abbassare il valore contenuto
  nel campo ER di una cella RM. Cosi il campo ER
  può essere impostato al valore minimo
  supportabile da tutti i commutatori presenti
  nella rete.

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Il controllo della congestione del servizio ABR

• Controlla il bit ECFI
• Pone il bit di CI della cella RM a 1
• Invia indietro al sender la cella RM

EFCI1
ER01
ER01
Cella dati Cella RM
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ATM Architettura

• La pila protocollare dellATM è costituita da tre
  strati.

Strato di adattamento dellATM (AAL)
Strato ATM
Strato fisico dellATM
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ATM Architettura

• Lo strato fisico dellATM si occupa della
  tensione, della temporizzazione dei bit e della
  strutturazione (framing) nel mezzo fisico.
• Lo strato ATM è il nucleo dello standard ATM.
  Definisce la struttura delle celle ATM.
• Lo strato di adattamento dellATM(AAL)
  corrisponde approssimativamente allo strato di
  trasporto nella pila protocollare di Internet.
  LATM comprende molti tipi diversi di AAL per
  supportare differenti tipi di servizi.

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Pila Protocollare di Internet su ATM

• LATM è usato molto comunemente come tecnologia
  dello strato di collegamento entro regioni
  localizzate di Internet. Per permetter di
  interfacciare il TCP/IP con LATM è stato
  sviluppato uno speciale tipo di AAL lAAL5
  prepara i datagram IP per il trasporto.

Strato di applicazione (HTTP FTP, SMTP ecc.)
Strato di trasporto (TCP, UDP)
Strato di rete (IP)
AAL5
Strato dellATM
Strato fisico dellATM
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Strato fisico dellATM

• Lo strato fisico è formato da due sottostrati
• Il sottostrato PMD (Physical Medium Dependent)
  dipende dal mezzo fisico del link. Svolge
  funzioni di sincronizzazione, codifica e
  trasmissione dei bit che formano le celle.
  Esistono due classi di sottostrati PMD. Quelli
  che hanno una struttura a frame che stabilisce la
  sincronizzazione dei bit fra sender e receiver
  alle due estremità del link (SONET/SDH,T1,
  T2-fibra ottica diversi tassi OC-1 51,84
  Mbit/sOC-3 155,52 Mbit 0C-12 622,08Mbit/s)
  responsabili della generazione e del delineamento
  dei frame. E quelli che non lhanno.
• Il sottostrato TC (Trasmission Convergence) dal
  lato che spedisce del link ha il compito di
  accettare le celle dallo strato ATM e di
  preparale per la trasmissione sul mezzo fisico.
  Dal lato che riceve del link ha il compito di
  raggruppare in celle i bit che arrivano dal mezzo
  fisico e di passare le celle allo strato ATM.
  Anche lo strato TC dipende dal mezzo fisico.
  Esegue la correzione degli errori
  nellintestazione (HEC).

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Strato ATM

• Lo strato ATM definisce la struttura della cella
  e il significato dei campi allinterno di questa
  struttura.
• Esamina l header delle celle ricevute ed in base
  al suo contenuto opera il de/multiplexing dei
  diversi canali virtuali, attua meccanismi di
  control flow e prende le decisioni di routing.
• Gestione del traffico e delle risorse di rete,
  volte a garantire la QoS e ad impedire che
  sorgenti malfunzionanti non rispettino i
  parametri concordati.

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Strato di adattamento dellATM (AAL)

• Lo scopo dellAAL è di permettere ai protocolli
  esistenti (es. IP) e alle applicazioni (es. video
  a tasso costante di bit) di funzionare sopra
  lATM.
• Implementato solo alle estremità di una rete ATM.
  Queste estremità potrebbero essere un sistema di
  host o un router IP. Rispetto a queste situazioni
  è simile allo strato di trasporto.

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Strato di adattamento dellATM (AAL)

• Esistono vari tipi di AAL che dipendono dalle
  varie classi di servizio che essi supportano
• AAL1 per servizi a tassi costanti di bit (CBR)
  ed emulazione di circuito
• AAL2 per servizi a tasso variabile di bit (VBR)
• AAL5 per dati (es. datagram IP)

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Struttura dellAAL

• LAAL ha due sottostrati CS e SAR
• Il sottostrato di convergenza (CS) è fra
  lapplicazione dellutente e il SAR. I dati
  provenienti dagli strati superiori sono prima
  incapsulati in una parte comune del CS (CPCS
  Common Part Convergence Sublayer) nel CS. Questa
  PDU può avere unintestazione CPCS e una coda
  trailer. La CPCS-PDU è troppo grande per entrare
  nel carico utile di una cella.
• IL sottostrato di segmentazione e riassemblaggio
  (SAR) suddivide le CPCS-PDU e aggiunge i bit di
  intestazione AAL e del trailer per formare il
  carico utile della cella ATM.

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AAL5

• LAAL5 è usato per trasportare i datagram IP
  sulla rete ATM
• Con AAL5 lintestazione e il trailer sono vuoti
• Tutti i 48 byte del carico utile della cella ATM
  sono utilizzati per trasportare pezzi della
  CPCS-PDU. Un datagram IP occupa il carico utile
  della CPCS-PDU
• IL PAD assicura che la CPCS-PDU sia multiplo di
  48 byte il campo lenght dentifica le del carico
  utile in modo che il PAD possa essere rimosso dal
  receiver

CPCS-PDU pl PAD LENGHT CRC
0-65535 0-47 2 4
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AAL5
Cell header
Cell format

• Alla sorgente il SAR taglia la CPCS-PDU in
  segmenti di 48 byte
• Un bit del campo PT che normalmente è 0 viene
  posto a 1 per lultima cella della CPCS-PDU.Alla
  destinazione ATM lo strato ATM indirizza le celle
  a un buffer del sottostrato SAR.
• Le intestazioni delle celle sono rimosse e il bit
  di PT AAL_indicate è usato per delineare le
  CPCS-PDU. Poi vengono passate al CS, viene
  estratto il carico utile e passato allo strato
  superiore.

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IP su ATM
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IP su ATM

• IP classico IP
  su ATM

ATM network
Ethernet LANs
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IP su ATM

• Ciascun interfaccia del router collegata alla
  rete ATM dovrà avere due indirizzi. Linterfaccia
  del router avrà un indirizzo IP mentre il router
  un indirizzo ATM che è del tipo
  CC-49-DE-D0-AB-7D un indirizzo LAN

Router di ingresso
Router di uscita
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Operazioni del router di ingresso

• Esamina lindirizzo di destinazione del datagram
  .
• Indicizza la sua tabella di instradamento e
  determina lindirizzo IP del router di uscita.
• LATM è visto come un altro protocollo dello
  strato di collegamento. Deve essere determinato
  lindirizzo fisico del router del salto
  successivo.
• Impiego del protocollo ARP. Il router di ingresso
  indicizza una tabella ATM ARP con lindirizzo IP
  del router di uscita e ne determina lindirizzo
  ATM
• LIP del Router dingresso passa il datagram allo
  strato AAL5 dellATM insieme allindirizzo ATM
  del router di uscita.

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Operazioni del router di ingresso

• Il datagram è incapsulato in una CPCS-PDU.
• La CPCS-PDU è suddivisa in pezzi di 48 byte e
  ciasuna parte è inserita nel carico utile di una
  cella ATM
• Nellultima cella il terzo bit PT viene posto a
  1.
• LAAL5 passa allora passa le celle allo strato
  ATM
• LATM imposta i campi VCI e CLP e passa ciascuna
  cella al sottostratoTC.
• TC calcola HEC e lo inserisce nel campo HEC, poi
  inserisce i bit delle celle nel sottostrato PMD.

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Operazioni della rete ATM

• La rete ATM muove ciascuna cella attraverso la
  rete fino allindirizzo ATM di destinazione.
• A ciascun commutatore fra la sorgente e la
  destinazione la cella viene rielaborata dagli
  strati fisico e ATM. IL VCI è tradotto e lHEC
  ricalcolato.

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Operazioni del router di uscita

• Le celle arrivano allindirizzo di destinazione
  in un buffer AAL che è stato riservato per il VC.
• La CPCS-PDU viene ricostruita usando il bit
  AAL_indicate.
• Alla fine il datagram IP è estratto e passato
  verso lalto della pila protocollare allo strato
  IP.

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Bibliografia

• Rfc 2515
• Rfc 1932
• Rfc 1483
• Rfc 1577
• James F. Kurose, Keith, Ross. Internet e Reti di
  calcolatori .McGraw-Hill.