III. IL MODO DI TRASFERIMENTO ASINCRONO

1. III. IL MODO DI TRASFERIMENTO ASINCRONO Aldo Roveri, “COMMUTAZIONE” Univ. di Roma “La Sapienza” - a.a. 2008-2009

2. CONTENUTI III.1 Definizioni III.2 Interfaccia Utente-Rete III.3 La struttura di rete ATM III.4 La cella e i protocolli III.5 Le categorie di servizio III.6 Lo strato di adattamento III.7 Il controllo del traffico e della congestione

3. IL MODO DI TRASFERIMENTO ASINCRONO III.1 Definizioni

4. Modo di Trasferimento Asincrono (1/3) • L’ATM (Asynchronous Transfer Mode) è un modo di trasferimento orientato al pacchetto in cui 1. lo schema di multiplazione è con etichetta; le UI trattate sono chiamate celle e hanno un formato di lunghezza fissa; l’asse dei tempi è suddiviso in ITcon o senza organizzazione in trama; la gestione delle contese di utilizzazione è orientata al ritardo, mentre il controllo di accettazione rientra nelle strategie di controllo del traffico;

5. Modo di Trasferimento Asincrono (2/3) 2. il principio di commutazione offre un servizio di rete orientato alla connessione con strategia di pre-assegnazione collettiva delle risorse necessarie; l’attraversamento è con connessione ad immagazzinamento e rilancio;

6. Modo di Trasferimento Asincrono (3/3) 3. l’ architettura protocollare segue le linee guida • in parte comuni a tutto l’ambiente ISDN, con la suddivisione delle funzioni in tre piani (utente, controllo, gestione); • in parte specifiche dell’ATM, con la suddivisione dei piani di utente e di controllo in • strato Fisico; • strato ATM; • strato di Adattamento ATM; • strato Superiore.

7. Caratteristiche distintive dell’ATM (1/3) • E’ il modo di trasferimento, che è stato standardizzato per la B-ISDN; • esso consente di multiplare un insieme di connessioni logiche su una singola interfaccia fisica; • il flusso di informazione su ogni connessione logica è organizzato in celle di lunghezza fissa, uguale a 53 byte: 5 byte di intestazione (header) e 48 byte di carico utile (payload); • le celle sono UI relativamente corte rispetto a quelle di altri modi di trasferimento.

8. Caratteristiche distintive dell’ATM (2/3) Bit CELLA ATM 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 INTESTAZIONE (5 ottetti) 3 Ot t e t t i 4 5 HEC-Controllo di errore dell’intestazione 6 • • • CARICO UTILE (48 ottetti) 53

9. Caratteristiche distintive dell’ATM (3/3) • L’associazione tra un flusso informativo e la pertinente connessione logica è stabilita da una indicazione di riferimento di comunicazione (IRC); • la IRC è riportata come etichetta nell’intestazione di ogni cella ; • le celle sono assegnate su domanda, in dipendenza delle caratteristiche del traffico della comunicazione.

10. Piano di Gestione Piano di Controllo Piano di Utente Gestione di Piano Strato Superiore Strato Superiore Gestione di Strato Strato di Adattamento ATM Strato ATM Strato Fisico Architettura protocollare ATM (1/5)

11. Architettura protocollare ATM (2/5) • Piano di Utente • comprende le funzioni preposte al trasferimento dell’ informazione di utente con l’associata informa-zione di protocollo (extra-informazione); • Piano di Controllo • comprende le funzioni di controllo di chiamata(call control) e di controllo di connessione (connection control); • trasferisce l’informazione di controllo (segnala-zione) per lo svolgimento delle funzioni (ora dette) di trattamento di chiamata e di connessione;

12. Architettura protocollare ATM (3/5) • Piano di Gestione • trasferisce l’informazione di gestione; è suddiviso in • Gestione di Piano: comprende le funzioni di gestione relative ad un sistema nel suo complesso e quelle di coordinamento tra i piani; • Gestione di Strato: comprende le funzioni di gestione relative alle risorse e ai parametri propri delle varie entità presenti in ogni strato.

13. Architettura protocollare ATM (4/5) • Strato Fisico (Physical Layer) • funzioni preposte ad adattare il flusso informativo alle caratteristiche del mezzo trasmissivo e a trasmettere i bit informativi; • Strato ATM (ATM Layer) • funzioni comuni a tutti i tipi di informazioni; • funzioni riguardanti il trattamento dell'intesta-zione delle celle;

14. Architettura protocollare ATM (5/5) • Strato di Adattamento ATM (ATM Adaptation Layer - AAL) • funzioni dipendenti dal particolare tipo di informazione da trasferire e riguardanti l’adattamento tra sezioni di rete ATM e non-ATM; • funzioni riguardanti il trattamento del carico utile delle celle.

15. Strato Fisico (1/4) • Lo Strato Fisico è suddiviso in due sottostrati: • Sottostrato PM (Physical Medium sublayer); • Sottostrato TC (Transmission Convergence sublayer);

16. Strato Fisico (2/4) • il sottostrato PM include solo funzioni dipendenti dal mezzo trasmissivo; • il sottostrato PM è responsabile della trasmissione e della ricezione del flusso informativo con l’associata informazione di temporizzazione di bit(bit timing).

17. Strato Fisico (3/4) • Le funzioni del sottostrato TC sono: • generazione e recupero delle trame di tra-smissione (se utilizzate); • inserzione delle celle nella struttura di trama (se utilizzata); • delimitazione delle celle per rendere possibile la loro individuazione; continua

18. Strato Fisico (4/4) • funzioni del sottostrato TC (continua): • generazione della sequenza di controllo d'erro-re (Header Error Control-HEC) e verifica dell’ intestazione della cella; • disaccoppiamento del ritmo di cella, effettuato con l’inserimento e con la soppressione di celle vuote, per adattare il ritmo di celle ATM valide alla capacità di trasferimento del sistema trasmissivo.

19. Strato ATM (1/2) • Lo strato ATM è indipendente dal mezzo trasmissivo e dal tipo di informazione; • lo strato ATM comprende le seguenti funzioni: • multiplazione e demultiplazione delle connes-sioni logiche individuali; • traduzione degli IRC (identificatori di riferimento di comunicazione per l’individuazione delle connessioni logiche) o loro terminazione; continua

20. Strato ATM (2/2) Funzioni dello strato ATM (continua) • generazione dell’ intestazione delle celle in trasmissione ed estrazione/elaborazione del-l’intestazione delle celle in ricezione; • generazione delle informazioni di controllo di flusso da inserire nel campo GFC (Generic Flow Control) della cella.

21. Strato di Adattamento ATM (1/2) • Lo strato di adattamento (AAL) ha lo scopo di adattare il servizio offerto dallo strato ATM alle caratteristiche specifiche delle applicazioni; • è suddiviso in due sottostrati: • sottostrato SAR (Segmenting and Reassembly sublayer); • sottostrato CS (Convergence Sublayer);

22. Strato di Adattamento ATM (2/2) • il sottostrato SAR esegue • lato trasmissione: la segmentazione delle unità di dati offerte dallo strato superiore in parti compatibili con il formato della cella; • lato ricezione: la ricostruzione dell’unità di dati originaria (riunificazione) ; • il sottostrato CS dipende dal particolare tipo di servizio e definisce i servizi offerti allo strato superiore.

23. IL MODO DI TRASFERIMENTO ASINCRONO III.2 L’interfaccia Utente-Rete

24. L’accesso a una rete ATM (1/2) • L’accesso a una rete ATM è stato definito nell’ambito della architettura funzionale della B-ISDN; • in questa architettura le configurazioni di accesso sono descritte con i gruppi funzionali (TE1, TE2, NT1, NT2 e TA) e i punti di riferimento (T, S, R) tipici di un ambiente ISDN;

25. L’accesso a una rete ATM (2/2) • la specificità B-ISDN è sottolineata utilizzando la lettera B come prefisso (ad es. B-TE, B-NT, ecc.) o come pedice (ad es. TB, SB, ecc.); • l’interfaccia Utente-Rete (User-Network Interface-UNI) si identifica con i punti di riferimento SB e/o TB, a seconda della configurazione di accesso che viene utilizzata.

26. Lo strato fisico dell’UNI (1/3) • Sono stati definiti tre tipi di accesso: • un primo con configurazione simmetrica, caratterizzato da un ritmo binario lordo di 155,520 Mbit/s; il mezzo trasmissivo è costituito in alternativa da due coppie coassiali (c.c.) o da due fibre ottiche a singolo modo (f.o.s.m.); nel primo caso la tecnologia dell’interfaccia è elettrica, nel secondo è ottica;

27. Lo strato fisico dell’UNI (2/3) • un secondo con configurazione asimmetrica caratterizzato da un ritmo binario lordo di 155,520 Mbit/s nel verso da utente a rete (in salita-upstream) e di 622,080 Mbit/s nel verso da rete a utente (in discesa-downstream); il mezzo trasmissivo è costituito da due fibre ottiche a singolo modo (f.o.s.m.) e la tecnologia dell’interfaccia è ottica; • un terzo con configurazione simmetrica, caratterizzato da un ritmo binario lordo di 622,080 Mbit/s; il mezzo trasmissivo è costituito da due fibre ottiche a singolomodo (f.o.s.m.) e la tecnologia dell’interfaccia è ottica.

28. TIPO DI UNI Ritmo Binario Lordo (Mbit/s) 155.520 155.520 155.520 / 622.080 622.080 Tecnologia Elettrica Ottica Ottica Ottica Configurazione Simmetrica Simmetrica Asimmetrica Simmetrica 149.720 (in salita) Ritmo Binario Netto (Mbit/s) 149.720 149.720 599.040 599.040 (in discesa) Mezzo Trasmissivo 2 c. c. 2 f. o. s. m. 2 f. o. s. m. 2 f. o. s. m. Lo strato fisico dell’UNI (3/3)

29. Celle di strato fisico • In aggiunta alle celle per il trasporto dell’informazione di utente o di controllo (celle-dati), sono state anche definiti due tipi di celle (celle-non-dati) utilizzate dalle funzioni di strato fisico: • celle vuote (idle cells): sono utilizzate dallo strato fisico per adattare il ritmo di cella dello strato ATM con quello dell’interfaccia fisica; • celle OAM (esercizio, amministrazione e manuten-zione-Operation, Administration and Maintenance): sono utilizzate per scambio di messaggi OAM tra le unità funzionali dello strato ATM (commutatori) e per altre finalità.

30. Tipologie fisiche di UNI • Sono definite due tipologie fisiche di UNI: • su base SDH (SDH - based) • su base cella (Cell - based) • L’interfaccia su base SDH prevede l'inserimento delle celle nel carico utile (payload) della trama SDH; • l’interfaccia su base cella prevede un flusso conti-nuo di celle inserite in IT senza organizzazione in trama;

31. Aggiunta Carico utile 9 ottetti 261 ottetti Aggiunta di Sezione 3 1 Puntatore AU-4 J1 B3 Aggiunta di Linea 5 Celle ATM C2 G1 F2 H4 Aggiunta di cammino VC-4 Z3 Contenitore C-4 Z4 Z5 Contenitore Virtuale VC-4 Interfaccia su base SDH (1/3) Struttura di trama a 155,520 Mbit/s (STM-1)

32. Interfaccia su base SDH (2/3) • per l’interfaccia a 155,520 Mbit/s, le celle sono inserite nel contenitore C-4 della struttura STM-1; • l’inizio delle celle è allineato con l’inizio di un ottetto; il primo ottetto del VC-4 è indicato dal puntatore H4; • poiché la capienza del carico utile (2340 ottetti) non è un multiplo intero della lunghezza di una cella (53 ottetti), quest’ultima può trovare posto in due trame consecutive.

33. Interfaccia su base SDH (3/3) Struttura di trama a 622,080 Mbit/s (STM-4) Aggiunta Carico utile 9x4 ottetti 261x4 ottetti Aggiunta di Sezione 3 J1 AU-4 ptr 1 B3 C2 Aggiunta di Linea G1 Celle ATM 5 Riempi-mento Fisso F2 H4 Z3 Z4 Aggiunta di Cammino Contenitore C4-4C Z5 Contenitore Virtuale VC4-4C

34. Periodo di ripetizione= 27 celle • • • Celle ATM Celle OAM di strato fisico Interfaccia su base cella (1/2)

35. Interfaccia su base cella (2/2) • Se non e' disponibile una cella ATM in trasmissione, nel flusso uscente viene inserita una cella generata dallo strato fisico; • una cella di strato fisico è sempre inserita dopo 26 celle ATM consecutive; le celle di strato fisico sono estratte in fase di ricezione; • data la mancanza di un’organizzazione a trama, è necessaria la funzione di sincronizzazione di cella.

36. IL MODO DI TRASFERIMENTO ASINCRONO III.3 La struttura di rete ATM

37. Livelli funzionali di rete (1/5) • In una rete basata sull’ATM è stata definita una gerarchia di funzioni (Fi, i=1,….5), che hanno significatività sia nella sezione interna, sia in quella di accesso. Canale virtuale F5 Strato ATM Cammino virtuale F4 Rete ATM Cammino trasmissivo F3 Strato Fisico Sezione numerica F2 Sezione di rigenerazione F1

38. Livelli funzionali di rete (2/5) • Lo strato fisico è stato diviso in tre livelli funzionali (qui elencati in ordine gerarchico decrescente): • livello di cammino trasmissivo (transmissionpathlevel): si estende tra elementi di rete che assemblano e disassemblano il carico utile di trasmissione; in questi elementi debbono essere svolte le funzioni di delimitazione di cella e di controllo di errore dell’intestazione;

39. Livelli funzionali di rete (3/5) • livello di sezione numerica (digital section level): si estende tra elementi di rete che assemblano e disassemblano un flusso continuo di bit o di byte; in questi elementi si svolgono funzioni di commutazione o di punto di trasferimento della segnalazione; • livello di sezione di rigenerazione (regenerator section level): è una porzione della sezione numerica; un esempio di dispositivo di questo livello è un rigeneratore.

40. Livelli funzionali di rete (4/5) • lo strato ATM è stato diviso in due livelli funzionali(qui elencati in ordine gerarchico decrescente): • livello di canale virtuale (virtual channel-VC) ; • livello di cammino virtuale (virtual path-VP).

41. Connessione di VC Collegamento di VC Commutatore di VC F5 Connessione di VP Strato ATM Collegamento di VP Commutatore di VP F4 Cammino trasmissivo DXC F3 Strato fisico Sezione numerica F2 Sezione di rigerenerazione F1 Livelli funzionali di rete (5/5)

42. Le connessioni logiche ATM (1/5) Valgono le seguenti definizioni formali: • Canale virtuale (VC) è un termine generico utilizzato per descrivere un trasporto unidirezionale di celle ATM associate da un unico valore di identificatore VCI (Virtual Channel Identifier); • Cammino virtuale (VP) è un termine generico utilizzato per descrivere un trasporto unidirezionale di celle ATM appartenenti a VC che sono tra loro associati da un unico valore di identificatore VPI (Virtual Path Identifier).

43. Le connessioni logiche ATM (2/5) Definizioni formali (segue) • Collegamento di VC (VC link): è un mezzo di trasporto unidirezionale di celle ATM tra un punto in cui viene assegnato un valore VCI e il punto dove quel valore è tradotto o terminato. • Connessione di VC (VC connection - VCC): è una concatenazione di collegamenti di VC che si estende tra due punti in cui gli utenti del servizio ATM (ad es. le entità dello strato AAL) accedono a questo strato.

44. Le connessioni logiche ATM (3/5) Definizioni formali (segue) • Collegamento di VP (VP link): è un gruppo di collegamenti di VC, identificati da un comune valore di VPI, tra un punto in cui è assegnato un valore VPI e il punto in cui quel valore è tradotto o terminato. • Connessione di VP (VP connection - VPC): è una concatenazione di collegamenti di VP che si estende tra il punto in cui sono assegnati i valori VCI e il punto dove quei valori sono tradotti o terminati.

45. VP VP VP VP VC VC Canale trasmissivo VP VC VC VP VC VC Le connessioni logiche ATM (4/5)

46. Le connessioni logiche ATM (5/5) • Le connessioni logiche ATM sono quindi • una VCC, il cui ruolo è analogo al circuito virtuale in ambiente X.25 o a una connessione FR nel modo a rilegamento di trama; • una VPC, che è un fascio di VCC che hanno gli stessi punti terminali; • una VCC è individuata tramite l’identificativo VCI; • una VPC è identificata tramite l’identificativo VPI.

47. Gli identificatori di connessione logica (1/3) • Come è tipico dei modi di trasferimento orientati al pacchetto, gli identificatori di connessione logica (e cioè i VCI e VPI) sono attribuiti ad una connessione durante la pertinente fase di instaurazione e i corrispondenti valori sono inseriti come indirizzo (etichetta) nell’intestazione di ogni cella; • questi identificatori hanno significatività solo a livello locale: cioè hanno validità solo nell’ambito di ogni interfaccia attraversata dal percorso di rete su cui la comunicazione è stata instradata;

48. Gli identificatori di connessione logica (2/3) • quindi nei nodi di rete che svolgono funzioni di scambio da una connessione logica entrante a una uscente, si stabilisce una corrispondenza biunivoca tra l’identificatore della connessione entrante e quella della connessione uscente; • durante la fase di trasferimento dell’informazione, il valore dell’identificatore della connessione entrante e presente nell’intestazione di ogni cella associata a quella connessione è modificato nel valore dell’iden-tificatore che individua la connessione uscente a cui deve essere associata la cella considerata;

49. Gli identificatori di connessione logica (3/3) • questa modificazione è chiamata traduzione (translation) dell’identificatore; • nel caso in cui l’interfaccia attraversata sia quella terminale del percorso di rete, l’identificatore di connessione può essere terminato.

50. La connessione di VC (1/2) • Una VCC è utilizzata per trasferire informazione (di utente o di controllo) da utente a utente, da utente a rete e da rete a rete; • per una VCC valgono le seguenti quattro caratteristiche: 1. ad un utente di una VCC, è attribuita una Qualità di Servizio specificata da opportuni parametri; 2. una VCC può instaurarsi su domanda (VCC commutata) o essere semi-permanente; • per le celle appartenenti alla stessa VCC è tutelata l’integrità della sequenza delle celle; continua