Corso di laurea specialistica in Economia Informatica
ATM
Asynchronous Transfer
Mode
Corso di “Reti di calcolatori e sicurezza”
Anno accademico 2005/2006
Mariangela Valeri
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 d’immagini.
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
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
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
ATM: Caratteristiche
La tecnica di trasporto ATM è orientata alla
connessione e a commutazione di pacchetto
L’ATM usa pacchetti di lunghezza fissa di 53 byte
detti celle di cui 5 d’intestazione e 48 di “carico
utile”.
L’ATM usa canali virtuali detti circuiti virtuali
L’ATM non prevede la ritrasmissione su base da link a
link delle celle.
L’ATM ha più modelli di servizio: CBR, VBR, ABR, UBR
Fornisce il controllo della congestione solo all’interno
del servizio ABR
Instaurazione della comunicazione
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.
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 .
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.
Utilizzo di parametri
•CAC (Connession
Admission Control)
•UPC (Usage Parameter Control)
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.
La struttura delle celle
La celle ATM hanno una dimensione di 53 byte di cui 5
d’intestazione e 48 di dati.
GFC VPI VCI
PT
4 bit 8bit 16bit 3 bit
CLP HEC
1bit
8bit
dati
48 byte
L’intestazione 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.
VPI/VCI
Le celle sono trasportate su di un VC all’interno del VP dalla
sorgente alla destinazione.
La comunicazione inizia con la creazione del circuito (call setup)
prima dell’invio dei dati. Al termine della trasmissione e si ha
l’eliminazione 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-destinazione 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
VPI/VPC
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 d’accordo su uno schema di r+1 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 d+r
esattamente divisibile per G usando l’aritmetica modulo 2.
Quindi il receiver dividerà i d+r bit ricevuti per G. Se il resto è
diverso da zero, il receiver saprà che siè verificato un errore.
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.
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.
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.
L’ABR 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 all’host 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.
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
EFCI=1
ER=01
Cella dati
Cella RM
ER=01
ATM: Architettura
La pila protocollare dell’ATM è costituita da tre
strati.
Strato di adattamento dell’ATM
(AAL)
Strato ATM
Strato fisico dell’ATM
ATM: Architettura
Lo strato fisico dell’ATM 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 dell’ATM(AAL) corrisponde
approssimativamente allo strato di trasporto nella pila
protocollare di Internet. L’ATM comprende molti tipi
diversi di AAL per supportare differenti tipi di
servizi.
Pila Protocollare di Internet su ATM
L’ATM è usato molto
comunemente come
tecnologia dello strato di
collegamento entro regioni
localizzate di Internet. Per
permetter di interfacciare il
TCP/IP con L’ATM è stato
sviluppato uno speciale tipo di
AAL l’AAL5 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 dell’ATM
Strato fisico dell’ATM
Strato fisico dell’ATM
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/s;OC-3 155,52 Mbit; 0C-12
622,08Mbit/s) responsabili della generazione e del delineamento
dei frame. E quelli che non l’hanno.
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 nell’intestazione (HEC).
Strato ATM
Lo strato ATM definisce la struttura della cella e il
significato dei campi all’interno 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.
Strato di adattamento dell’ATM (AAL)
Lo scopo dell’AAL è di permettere ai protocolli esistenti (es. IP)
e alle applicazioni (es. video a tasso costante di bit) di funzionare
sopra l’ATM.
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.
Strato di adattamento dell’ATM (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)
Struttura dell’AAL
L’AAL ha due sottostrati CS e SAR:
Il sottostrato di convergenza (CS) è fra
l’applicazione dell’utente 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
un’intestazione 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.
AAL5




L’AAL5 è usato per trasportare i
datagram IP sulla rete ATM
Con AAL5 l’intestazione 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 CPCSPDU
IL PAD assicura che la CPCSPDU sia multiplo di 48 byte; il
campo lenght dentifica le del
carico utile in modo che il PAD
possa essere rimosso dal
receiver
CPCSPDU pl
0-65535
PAD
0-47
LENGH
T
2
CRC
4
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 l’ultima
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.

IP su ATM
IP su ATM

IP classico
IP su ATM
ATM
network
Ethernet
LANs
IP su ATM
Ciascun interfaccia del router collegata alla rete ATM
dovrà avere due indirizzi. L’interfaccia 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
Operazioni del router di ingresso
Esamina l’indirizzo di destinazione del datagram .
Indicizza la sua tabella di instradamento e determina
l’indirizzo IP del router di uscita.
L’ATM è visto come un altro protocollo dello strato di
collegamento. Deve essere determinato l’indirizzo
fisico del router del salto successivo.
Impiego del protocollo ARP. Il router di ingresso
indicizza una tabella ATM ARP con l’indirizzo IP
del router di uscita e ne determina l’indirizzo
ATM
L’IP del Router d’ingresso passa il datagram allo
strato AAL5 dell’ATM insieme all’indirizzo ATM del
router di uscita.
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
Nell’ultima cella il terzo bit PT viene posto a 1.
L’AAL5 passa allora passa le celle allo strato ATM
L’ATM 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.
Operazioni della rete ATM
La rete ATM muove ciascuna cella attraverso la rete
fino all’indirizzo 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 l’HEC ricalcolato.
Operazioni del router di uscita
Le celle arrivano all’indirizzo 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
l’alto della pila protocollare allo strato IP.
Bibliografia
Rfc 2515
Rfc 1932
Rfc 1483
Rfc 1577
James F. Kurose, Keith, Ross. “Internet e Reti di
calcolatori” .McGraw-Hill.