ATM-Asynchronous Transfer Mode
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ATM—Asynchronous Transfer Mode
N. Lebedev
CPE Lyon
lebedev@cpe.fr
ATM 2008–2009 1 / 86
Plan I
1 Introduction
Présentation de la technologie ATM
Principes de transmission en ATM
2 ATM : commutation de cellules
Rappels sur la commutation de paquets
Cellule ATM
Types de connexions ATM
Adressage ATM
Traitement d’appel
3 Modèle en couches
Couche PHY physique
Couche ATM
Couche AAL : ATM Adaptation Layer
4 Services
Paramètres de trafic
Catégories de services
Paramètres QoS
ATM 2008–2009 2 / 86Plan II
Récapitulatif sur les Classes de Service
5 Contrôle de flux
Gestion des congestions
Politique d’admission
6 Services et applications : IP over ATM
ATM Forum : LANE—LAN Emulation
IETF : MultiProtocol Over ATM (MPOA)
7 Conclusion
Normalisation
ATM 2008–2009 3 / 86Introduction Présentation de la technologie ATM
ATM—Asynchronous Transfer Mode
Réseau intégrateur unique pour supporter
toutes les applis (flux) : données, voix, image, vidéo
sur tout support physique : câble (paire torsadée), optique, radio (sans fil).
même service de bout en bout pour tout réseau : LAN, MAN, WAN.
Réseau à haut débit avec les contraintes de QoS—Quality of Service :
TR (Temps Réel) pour certains types de flux—voix : garantir T < Tmax
BP (Bande Passante) pour d’autres—vidéo : garantir D > Dmin
ATM 2008–2009 4 / 86Introduction Présentation de la technologie ATM
ATM—Asynchronous Transfer Mode
CSTDM—Circuit Switched Time-Division Mux.
Hybrid—séparation trafic data / voix.
PSSM—Packet Switched StatMuxed Backbone ≈ Internet
ATM
ATM 2008–2009 5 / 86Introduction Présentation de la technologie ATM
Réseau intégrateur unique
Mux de flux de nature différente sur différents supports physiques :
FRAD
Switch Ethernet
Router
Frame Relay
Données Vidéo X.25 LAN UTRAN
Services ATM
SDH PDH UTP Radio
ATM 2008–2009 6 / 86Introduction Présentation de la technologie ATM
Architecture type du réseau ATM
Interconnexion des réseaux publics ou privés corporatifs.
Connexion des terminaux.
User-to-Network Interface (UNI), Network-to-Network Interface NNI.
UNI Privé vers d’autres
Comm- UNI Privé Comm- (types) de réseaux
Brasseur Brasseur
Privé Public
abonnés B-ICI
privés NNI
Privé
NNI
Public
abonnés Comm
privés Privé
UNI Privé Comm
Réseau privé Public
Réseau public
ATM 2008–2009 7 / 86Introduction Présentation de la technologie ATM
Réseau haut débit
Transmission au débit disponible sur le support physique :
◦ Fibres optiques (e.g. multimode 62.5/125 µm)
100 Mbit/s en utilisant le codage 4b/5b
155 Mbit/s en utilisant le codage 8b/10b
◦ Câbles
Paire torsadée blindée (STP—Shielded Twisted Pair) : 155 Mb/s, 8b/10b
Paire torsadée non-blindée (UTP—Unshielded TP), cât 5 et 6 : 155 Mb/s
Coaxial : jusqu’à 155 Mbit/s
◦ Radio : 2 Mbit/s
L’utilisateur est limité par le contrat de trafic—borne sup sur les débits :
moyen et crête.
ATM 2008–2009 8 / 86Introduction Présentation de la technologie ATM
Philosophie de l’ATM
ATM—technologie retenue pour RNIS-LB
Intégration de services → RNIS-LB pour de
Nouvelles applications
Convergence des critères différents
RTC—Réseau Téléphonique Commuté Réseaux de Tx de données
Commutation de circuits Commutation de paquets
Réservation de ressources (BP) Pas de réservation de ressources
QoS : délai fixe garanti Principe de files
d’attente—bufferisation
Pas de contrôle de flux ou d’erreur
Pas de garantie QoS : délai, gigue
Faible BP ⇔ débit
Données Acheminement :
“Meilleur effort” (IP).
Circuit Virtuel (X.25, Frame Relay,
ATM).
Voix
ATM 2008–2009 9 / 86Introduction Principes de transmission en ATM
Concepts de la transmission en ATM
Commutation de cellules—petits paquets de taille fixe :
commutation HW ⇒ rapide,
réduction de la complexité des commutateurs,
granularité fine pour le multiplexage statistique.
Connexion virtuelle établie de bout en bout :
garantie de l’ordre d’arrivée des cellules,
possibilité de perte des cellules.
Asynchrone—horloges sources-destination indépendantes.
Flux de trafic différents : régulier, élastique (ou non-régulier), en rafales.
ATM 2008–2009 10 / 86Introduction Principes de transmission en ATM
Historique
Début 1980 : Recherches au CNET de Lannion
développement des concepts et des techniques de base,
définition des besoins des applications et des critères de QoS
associés.
Début 1990 : Premiers produits industriels sur le marché.
Mi-1990 : normalisation intense dans le même contexte normatif que RNIS.
UIT-T—standardisation à long terme visant l’ATM pour le
RNIS-LB.
MPLS—regroupement d’industriels (constructeurs,
opérateurs) et de développeurs pour MPLS et ATM.
Actuellement : utilisation sur le réseau cœur à grande échelle (ville, pays,
continent) par les opérateurs de télécoms.
ATM 2008–2009 11 / 86ATM : commutation de cellules Rappels sur la commutation de paquets
Transmission par paquets : rappels
Commutation de datagrammes
Pas d’établissement de connexion, ni réservation de ressources
⇒ paquets suivent les chemins différents car
Adresses(source,dest) et Npaquet
◦
sont dans l’en-tête.
“Best effort”—aucune garantie sur la QoS, pas de BP réservée.
Types de trafic (donc applis) non-distingués.
Contrôle de flux par les couches sups (TCP/IP).
Commutation d’étiquettes
Acheminement par un circuit virtuel (CV)—session de bout en bout.
En-tête court : N ◦ du CV dans l’en-tête.
Plus lent que la commutation des circuits car CVs parallèles.
Exemples : X.25, Frame Relay, ATM, MPLS.
ATM 2008–2009 12 / 86ATM : commutation de cellules Rappels sur la commutation de paquets
Quelques caractéristiques des réseaux
Latence : propagation, commutation (buffers), électronique :
TL = Ttx 1er octet − Trx dernier octet
Gigue : variation de latence.
Taux d’erreur, pertes.
Débordement des buffers, congestion.
Mode de reTX si présent, acquittements.
Nb d’octets sur le lien : à 622 Mbit/s sur 1000 km— environ 2 MOctets.
Mode de diffusion : unicast / multicast.
Adressage : physique (plat) / logique (hiérarchique, basé sur les préfixes).
ATM 2008–2009 13 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
Petits paquets vs grands paquets—I
ATM 2008–2009 14 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
Petits paquets vs grands paquets—II
ATM 2008–2009 15 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
Petits paquets vs grands paquets—III
ATM 2008–2009 16 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
Format de la cellule. Structure de l’en-tête
L’information est transmise sous forme des cellules—petits paquets de
taille fixe de 53 octets : 5 octets—l’en-tête et 48 octets—charge utile.
en-tête données
5 octets 48 octets
53 octets
ATM est un réseau basé sur le principe des files d’attente : les flux de
données vers la même destination sont placés dans la même file.
Serveur
ATM met en œuvre la politique d’admission des cellules : une fois
admise—inchangée, uniquement le HEC est effectué (contrôle d’erreur sur
l’en-tête, contenant VPI/VCI).
ATM 2008–2009 17 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
Paquets de taille fixe : pour & contre
Le choix est basé sur les résultats de la théorie des files d’attente :
compromis entre l’efficacité et le délai du multiplexage.
CALCUL p.33 [Kofman, Gagnaire, RHD]
Avantages :
Mémoire tampon simple en gestion.
Ordonnancement (scheduling) linéaire des cellules : chaque cellule occupe
une partie fixe de la BP.
Optimisation du délai de transmission (“store-and-forward” convient).
Inconvénients :
Coût élevé pour les fonctions SAR.
Utilisation inefficace de la BP—10% l’en-tête (overhead).
ATM 2008–2009 18 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
Rendement (efficacité) vs Délai
ATM 2008–2009 19 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
Choix de la taille de la cellule
La partie données est de 48 octets—compromis entre la proposition européenne
(32 octets) et américaine (64 octets).
Transmission de la parole codée MIC.
s(t) s
10010100
e
0 Te = 125µs t
Le temps de transmission d’un échantillon prélevé à fe = 1/Te = 8 kHz et
codé (MIC) sur 8 bits (1 octet) est de 125 µs ⇒ 64 Kbit/s, canal B RNIS.
Délai de remplissage des 48 octets utiles : 48 ∗ 125µs = 6 ms
53 octets—efficacité maximale est ≈ 90%
ATM 2008–2009 20 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
En-tête de la cellule
5 octets 48 octets
Données
En-tête bits
8 7 6 5 4 3 2 1
GFC / VPI∗ VPI 1
VPI VCI 2
VCI 3 octets
VCI PTI CLP 4
HEC 5
Données
Notations NNI UNI
VCI Virtual Channel Identifier 16 16
VPI Virtual Path Identifier 12 8
GFC Generic Flow Control 4
HEC Header Error Control 8 8
CLP Cell Loss Priority 1 1
PTI Payload Type Identifier 3 3
∗
GFC sur UNI, suite de VPI sur NNI
ATM 2008–2009 21 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
Voies Virtuelles (VCC) et Conduits Virtuels (VPC)
VCI/VPI—ID ou N ◦ ou étiquette du circuit logique (idem pour VPI).
◦ Unique localement
◦ Pas le même tout au long du chemin.
◦ Il est possible d’avoir jusqu’à
216 ≈ 65000 voies virtuelles (VC) sur les deux interfaces NNI et UNI,
212 = 4096 (NNI) ou 28 = 256 (UNI) conduits virtuels (VP).
Voie (ou Circuit) Virtuelle—VCC (Virtual Channel Connection)
capacité de transmission de bout en bout unidirectionnelle ;
repérée par le champ VCI (Virtual Channel Identifier) dans l’en-tête ;
caractérisée par la QoS associée : taux de perte, délai de transfert.
Chemin (ou Conduit) Virtuel—VPC (Virtual Path Connection)
regroupe les flux de plusieurs VCCs ;
repéré par le champ VPI (Virtual Path Identifier) dans l’en-tête.
ATM 2008–2009 22 / 86ATM : commutation de cellules Cellule ATM
Champs de contrôle dans l’en-tête
GFC—Contrôle de flux sur la base de QoS pour prévenir la congestion.
HEC—Contrôle d’erreur sur les 4 premiers octets de l’en-tête :
recalculé à chaque émission (VPI/VCI changent dans la table de comm) ;
détecte les erreurs sur les bits ;
basé sur le polynôme générateur x 8 + x 2 + x + 1.
CLP=1—la cellule susceptible d’être jetée, CLP=0—prioritaire.
PTI—nature de la charge utile. Bit 4 : données usager/OAM (0/1). Bit 3 :
congestion aller, de type EFCI (non-0/oui-1).
ATM 2008–2009 23 / 86ATM : commutation de cellules Types de connexions ATM
Multiplexage VC / VP
VCC1 VPC1
VCCm
Canal physique
VPCn
Plusieurs VCCs sont multiplexés sur un VPC, plusieurs VPCs sont
multiplexés sur un canal physique.
Commutateur : VPC et VCC.
Brasseur (semi-permanent) : VPC uniquement sur NNI.
Etablissement / libération des VCC sur UNI :
1) abonnement : connexion (semi-)permanente ;
2) signalisation usager-usager ou usager-réseau (VCC de comm) ;
3) métasignalisation pour la VCC de signalisation.
ATM 2008–2009 24 / 86ATM : commutation de cellules Types de connexions ATM
Exemple : commutation ATM basée sur VPI/VCI
1,2 Comm1 E1
Comm2 5,6
E1 3,4 Brasseur S1
4,4
Sk Eℓ
EN Sm En SN
VCC VCC
VPC VPC VPC
Comm1, E1 Brasseur, Eℓ Comm2, En
vpi/vci port vpi/vci vpi port vpi vpi/vci port vpi/vci
1,2 Sk 3,4 3 Sm 4 4,4 S1 5,6
Table de commutation / Commutateur (Brasseur) / Port d’entrée.
VPI/VCI dans l’en-tête de la cellule.
Traduction (VPI/VCI) entrant ↔ (Nport
◦
, VPI/VCI) sortant.
ATM 2008–2009 25 / 86ATM : commutation de cellules Types de connexions ATM
Types de Circuits Virtuels
VCI=5 sign point a point VCI=16ILMI
VCI=2 sign de diffusion
VCI=1 metasignalisation
VPI=0
VCI=1 metasignalisation
VCI=2 sign de diffusion
VCI=5 sign point a point VPI=x VPI=g
VCI=3 Flux F4, VP segment OAM
VCI=4 Flux F4, VP p−to−p OAM
User Information Canal physique
ATM 2008–2009 26 / 86ATM : commutation de cellules Adressage ATM
Formats d’adresses ATM
De type sous-réseau—indépendant des protocoles des couches sup.
Inclure l’info sur la topologie ⇒ ↓ complexité du routage ATM
Hiérarchique
1 2 10 6 1 Octets
AFI DCC HO-DSP ESI SEL
IDI DSP
IDP
AFI ICD HO-DSP ESI SEL
1 8 4
AFI E.164 HO-DSP ESI SEL
IDI DSP
IDP
Switch ID Terminal ID (MAC)
ATM 2008–2009 27 / 86ATM : commutation de cellules Adressage ATM
Adresses ATM—détails
Réseaux publiques : UIT-T E.164 RNIS number (max 15 chiffres)
Réseaux privés : extension au format NSAP—Network Service Access Point
(ISO 8348)
AFI—Autority and Format Identifier (type et format de IDI) : 39—ISO,
47—British Standards Institute, 45—ITU.
IDI—Initial Domain Identifier. 3 formats :
DCC—Data Country Code, identifie le pays.
ICD—International Code Designator, organisation.
E.164—numéro RNIS-LB utilisé par l’opérateur.
DSP—Domain Specific Part
HO-DSP—High-Order DSP, identifie le domaine (RD) et aire (AREA) de
routage. Routage hiérarchique basé sur le préfix.
ESI—End Station Indentifier = Adresse MAC( !)
SEL—SELection du procéssus dans l’équipement terminal.
Premiers 13 Octets identifient le Switch (NSAP préfix).
ATM 2008–2009 28 / 86ATM : commutation de cellules Adressage ATM
Exemple : ATM Renater INRIA-UNSA
Organisme de norm Nat Rég Client
AFI RAPRRRRS C1 C2 ESI SEL
8 24 32 56 72 88 104 152 160 bits
64 80 96
39 250F 00 00002D 00 73 01 01 12 51 ESI SEL
RA : = 00 (01 pour un réseau thématique).
PR : = 73 points d’accès plaque régionale, Sophia-Nice
RR : = 01 pour tous, recherche publique CNRS, Université,...
RS : = 01 client, UNSA-CNRS (02 INRIA)
C1 : = 12, 4 bits site (Sophia), 4 bits comm backbone (FT Sophia).
C2 : = 51, 4 bits unité de recherche (Obs de Nice), 4 bits
commutateur
ATM 2008–2009 29 / 86ATM : commutation de cellules Traitement d’appel
Traitement d’appel par un commutateur ATM
ATM 2008–2009 30 / 86ATM : commutation de cellules Traitement d’appel
Etablissement de connexion
ATM 2008–2009 31 / 86Modèle en couches
Plans de communication et de signalisation
Couches sups
Plan gestion
Commande Usager
données
CS - Sous-couche de Convergence
Gestion de plan
AAL
Gestion de couches
Couche 2
OSI
SAR - Segmentation et Réassemblage
GFC - Contrôle généric de flux
ATM
en-tête
Traduction VPI/VCI
Génération de l’en-tête de cellule
Mux / demux
Couche 1
TC - Convergence de Transmission
Physique
PM - Média physique
ATM 2008–2009 32 / 86Modèle en couches Couche PHY physique
ATM natif et mode tramé
ATM natif (ATM Cell Based) de l’ATM Forum
Tx du flot de cellules en brut.
Mode tramé :
encapsulation dans les trames-conteneurs existant. Les débits ATM sont calés
sur STM-n. Ex :
SDH—Synchronous Digital Hierarchya : structure tramée haut-débit.
SONET—Synchronous Optical NETwork b : équivalent américain.
a UIT G.707 et G.708 STM-1—Synchronous Transport Module level 1 de 155 Mb/s
b ANSI. STS-3—Synchronous Transport Signal ou OC—Optical Carrier level 3 de
51.84 Mb/s
ATM 2008–2009 33 / 86Modèle en couches Couche PHY physique
Sous-couche du média physique (PM)
Dépendante du support physique, non-spécifiée par ATM !
TX/RX des éléments binaires sur/de support physique :
génération / récupération l’horloge.
synchronisation bit (codes en ligne).
transformation électro-optique.
Spécifications mécaniques : câbles, connecteurs, prises.
ATM Forum suggère d’autres interfaces physiques
ATM sur la boucle locale sur les technologies xDSL.
ATM sur canal radio : satellite ou UTRAN.
ATM sur un canal bas débit RNIS.
ATM 2008–2009 34 / 86Modèle en couches Couche PHY physique
Sous-couche de convergence de la transmission (TC)
Adaptation de cellules à l’interface physique.
Génération / vérification du HEC sur l’en-tête.
Découplage du débit—adaptation au format des conteneurs
insertion/suppression des cellules vides (bourrage).
Délimitation des cellules (repérage dans le flux binaire).
SDH/SONET : Rx se vérouille sur tout bloc de 5 octets avec un HEC correct
Robustesse : scrambling (x 43 + 1) sur le champ d’info.
Conversion cellules ⇄ bits. Ex : ATM Cell Based sur SDH, débit utile :
155 × 26/27 × 48/53 ≈ 136 Mbit/s
Délimiteur
de début Cellule OAM 1 26
ATM 2008–2009 35 / 86Modèle en couches Couche ATM
Fonctionnalités de la couche ATM
La construction de la cellule a lieu ici !
Traduction VPI/VCI & Commutation (Ex dans la section 2).
Relayage soit vers différentes couches AAL(↑), soit vers d’autres
commutateurs (↓).
Gestion de l’en-tête.
Extraction(↑)/génération(↓), inclusion de données de couches supérieures.
Mux / demux.
Contrôle de flux (GFC). Prévention ou évitement de congestions
ATM 2008–2009 36 / 86Modèle en couches Couche AAL : ATM Adaptation Layer
Classes de Services
Classe A : Orienté connexion : émulation de circuit à 64 Kbit/s (canal B,
RNIS bande étroite), strictes contraintes TR (voix, vidéo CBR).
Classe B : Orienté connexion pour le service VBR : vidéo ou de l’audio en
mode paquet, stricte timing (conférence).
Classe C : Orienté connexion pour le service VBR sans contrainte TR
(transfert de données, émulation LANs).
Classe D : Non-orienté connexion pour VBR sans la contrainte TR
(interconnexion des réseaux locaux, IP).
Classe de service ⇐⇒ type d’AAL
Actuellement recommandés par l’UIT : AAL 1, AAL 2, AAL 3/4, AAL 5.
ATM 2008–2009 37 / 86Modèle en couches Couche AAL : ATM Adaptation Layer
Classification des services
Classe A Classe B Classe C Classe D
Critère AAL 1 AAL 2 AAL 3/4 AAL 5
Débit CBR VBR
Temps Réel RT—Real Time nRT—non Real Time
Connexion Orienté connexion Sans connexion
ATM 2008–2009 38 / 86Modèle en couches Couche AAL : ATM Adaptation Layer
Répartition de fonctions
Idée : comms—minimum de fonctions, terminaux—fonctions spécifiques
Adaptation des applications au service unique de la couche ATM.
AAL—première couche “de bout en bout”
Connexions point-à-point ou point-à-multipoint. Primitives de
signalisation ( SETUP, CONNECT, RELEASE, xACK)
Création du champ de la charge utile de la cellule (payload).
AAL de bout en bout
Higher Higher
Layers Layers
AAL AAL
ATM ATM ATM ATM
Phy Phy Phy Phy
ATM 2008–2009 39 / 86Modèle en couches Couche AAL : ATM Adaptation Layer
Sous-couches CS et SAR
Sous-couche de convergence (CS).
Gestion de la variation du temps de transfert de la cellule.
Récupération de l’horloge de la source, synchronisation.
Création de la PDU.
Dépend du service !
Sous-couche de Segmentation et de Réassemblage (SAR)
Découpe des PDUs en blocs de taille fixe.
C’est la charge utile ! 7→ au SAP(Service Access Point) de la couche ATM.
NB :
Si besoin (nouveaux services), AAL peut être découpée en d’autres sous-couches.
ATM 2008–2009 40 / 86Modèle en couches Couche AAL : ATM Adaptation Layer
AAL 1 pour les services de Classe A
Services offerts (aux couches sups d’usagers) :
Mode connecté—connexion virtuelle.
Débit constant (CBR).
Transmission de références temporelles (ex : horloge) de la source vers la
destination.
Informe la couche supérieure en cas d’erreurs.
Fonctions y compris pour le plan de gestion :
SAR, gestion de bourrage pour adapter le débit.
Absorption de la variation du délai.
Gestion des erreurs bit.
ATM 2008–2009 41 / 86Modèle en couches Couche AAL : ATM Adaptation Layer
Exemple : construction de SAR-PDU
AAL-SAP
47 octets
User Info = CS-PDU CS
1 octet SAR
EP CRC SN CSI SAR-SDU
48 octets
(SAR-PDU = ATM-SDU)
ATM-SAP
CSI 1 bit Convergence Sublayer Indicator
SN 3 bits Sequence Number
CRC 3 bits Cyclic Redundancy Code (sur 4 bits de CSI et SN)
EP 1 bit Even Parity (sur les 7 bits précédents)
ATM 2008–2009 42 / 86Modèle en couches Couche AAL : ATM Adaptation Layer
AAL 2 (Classe B) : connexions bas débit
Services :
Mode connecté.
Accepte le débit source variable (VBR).
Marques temporelles en plus de la synchro.
Multiplexage de plusieurs connexions sur un CV.
Usage :
Il existe différents algorithmes de codage/compression : e.g. , fournissant
toutes les 30 ms un paquet de 192 bits (à 6, 4 Kbit/s) ⇒
Problème : diminution du débit par N = 64/6.4 = 10 ⇒
Augmentation par N du temps de remplissage de cellule (60 ms au lieu de
6 ms)
Sensible à l’oreille
Applications : TX de la voix compressée, ATM sans fil.
ATM 2008–2009 43 / 86Modèle en couches Couche AAL : ATM Adaptation Layer
AAL 3/4 (Classes C et D), usage limité
Services :
Mode connecté (Class C) ou non-connecté (class D)
Débit variable (ABR, UBR)
Pas de synchronisation
Fonctions :
Contrôle de flux, pas de pertes, AAL-SDU de 44 octets :
mode assuré : pas de perte ni d’erreurs et ReTX.
mode non-assuré : indication de l’AAL-SDU erronée.
AAL-SDUs sont transmises aux couches sup :
Une sur plusieurs cellules (mode message),
Plusieurs AAL-SDU par cellule (streaming). Multiplexage sur le même CV.
Intérêt : réduction du temps d’attente.
ATM 2008–2009 44 / 86Modèle en couches Couche AAL : ATM Adaptation Layer
AAL 5 (Class D) : AAL3/4 simplifiée
Défini par l’industrie info pour les datagrammes longs
Sans connexion !
Efficacité (rapport infos utiles/taille de SAR-SDU).
AAL 3/4 : 92%.
AAL 5 : 100%.
AAL 5 est plus simple à implémenter
Applications : émulation du service ”meilleur effort” de type IP pour les
données. LANE, MPOA, IPoverATM,...
1 1 2 4 octets
1 − 65 535 octets PAD CPI Length CRC
CPCS−
UU
PTI=1
header data header data header data
5 octets 48 octets 5 octets 48 octets 5 octets 48 octets
ATM 2008–2009 45 / 86Services Paramètres de trafic
Paramètres de trafic pour un utilisateur : UNI
PCR—Peak Cell Rate, débit crête. PCR = 1/T .
MBS—Maximum Burst Size, et durée maximale d’une rafale (burst)
Tb = (MBS − 1)T
SCR—Sustainable Cell Rate, débitmoyen supportable par le réseau.
SCR = MBS/Tp , [cellules/s]
CTD—Cell Transfer Delay.
CLR—Cell Loss Rate, taux de perte de cellules.
Tp
MBS=5
Tb T
ATM 2008–2009 46 / 86Services Catégories de services
CBR—Constant Bit Rate
Annonce par l’équipement utilisateur des paramètres requis :
Débit crête (PCR).
Demande les garanties sur :
Bande Passante
Taux de perte des cellules (CLR).
Délai de transmission maximal (Max CTD) et sa variation (CDVT).
Correspond aux applications à débit constant :
Emulation de circuits pour la voix.
Vidéo en temps réel.
Complexité : faible ; mise en tampon (bufferization) : quasi-nulle.
ATM 2008–2009 47 / 86Services Catégories de services
VBR—Variable Bit Rate
rt-VBR (real-time) :
Paramètres annoncés :
Débit crête (PCR) & débit moyen (SCR).
Taille maximale d’une rafale (MBS).
Demande de garanties sur :
Bande passante.
Taux de perte des cellules (CLR).
Délai de transmission maximal (Max CTD) et sa variation (CDVT).
Applications : vidéo-conférence, TV sur câble/interactive.
nrt-VBR (non real-time) :
Mêmes, sauf CDVT.
Applications : courriel, lecture du support CD-ROM.
Complexité : moyenne à forte ; mise en tampon (bufferization) : forte.
ATM 2008–2009 48 / 86Services Catégories de services
ABR—Available Bit Rate
Débit bit disponible
Paramètres annoncés par l’application : PCR et MinCR.
Demande la garantie sur :
Bande passante (option).
Taux de perte des cellules (CLR).
Le contrôle de flux par (ACK) acquittements de la part du réseau
Application : tx de données, avec le service suffisant best effort : transfert
de fichier, courriel,...
Complexité : moyenne ; mise en tampon (bufferization) : faible.
ATM 2008–2009 49 / 86Services Catégories de services
UBR—Unspecified Bit Rate
Debit bit non-déterminé
Annonce : uniquement le débit crête PCR est annoncé
Rien n’est demandé !
Le réseau fournit le service “meilleur effort” de l’IP :
Pas de contrôle de flux, pas d’acquittements
Les cellules peuvent être perdues.
⇒ Similaire à l’Internet IP : insensible aux pertes et délais
Les cellules sont transmises dès qu’une partie de la bande passante devient
disponible.
ATM 2008–2009 50 / 86Services Paramètres QoS
Principaux paramètres liés à la QoS
Service négocié et garanti à l’application par le réseau
Débit (Bande Passante).
CLR—Cell Loss Rate (taux de pertes).
CDV—Cell Delay Variation.
CDV(T)—Cell Delay Variation Tolerance, jitter ou variation du délai toléré.
Prévoir la taille des tampons.
Max CTD—Maximum Cell Transfer Delay.
NB :
La QoS est spécifiée à l’ouverture du CV, non-renégociable après.
ATM 2008–2009 51 / 86Services Paramètres QoS
Paramètres qui influencent la dégradation de la QoS
Délai de propagation (Max CTD uniquement).
Nb de nœuds intermédiaires.
Architecture des commutateurs (capacité des buffers, bloquant,
non-bloquant).
Allocation des ressources.
Charge du réseau.
ATM 2008–2009 52 / 86Services Récapitulatif sur les Classes de Service
Tableau récapitulatif
ITU Déterministic BR Statistical BR Availability BR
ATM Forum Constant BR rt-VBR nrt-VBR Avail BR Unspec BR
Paramètres de trafic
PCR+, CDVT , ,
SCR, MBS
MinCR
Paramètres de QoS
CTD, CDV+
CLR a
Contrôlable Oui
a Spécifié par le réseau mais dépend de la réaction de la source aux requêtes
ATM 2008–2009 53 / 86Contrôle de flux
Objectifs du contrôle de trafic
Optimisation de l’utilisation des ressources :
Capacité des liens physiques et/ou logiques de transmission.
Mémoires tampons des commutateurs.
Les paramètres QoS définissent le modèle de trafic.
Méthodes de mise en forme du trafic : trafic réel conforme au modèle.
NB :
Objectif du contrôle de trafic :
compromis (utilisation de ressources) ↔ (QoS).
ATM 2008–2009 54 / 86Contrôle de flux
Contrôle de flux vs contrôle de congestion
RX saturation
1 Gb/s High BW
All optical network
Slow
High perf No congestion terminal
server
1 100 Kb/s
Low BW channels 1
100 Kb/s
1000 1000
Congestion
ATM 2008–2009 55 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Causes de congestions
1 Superposition des flux sur un port :
Tx simultanée sur un port impossible ⇒ bufferisation.
Dépassement de capacité des tampons K ⇒ paquet rejeté.
2 Faible bande passante d’un lien(s) sur le chemin src-dest.
3 Faible capacité du processeur du routeur.
2
K
VCC1
1
VCCk
VCCn
VCC
Tcell VPC
t
ATM 2008–2009 56 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Classification des algorithmes de gestion de congestion
Congestion Ctrl
Algorithms
Open loop : Closed loop :
prevention avoidance
Source−based Destination−based Explicite loop Implicite loop
(backward info) (local observation)
Solutions :
Augmenter les ressources. Ex : plus de canaux, tampons plus grands
Diminuer le trafic de la source
ATM 2008–2009 57 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Gestion des congestions
ATM 2008–2009 58 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Implicit congestion notification
Congestion est constatée par la source
Délai augmente
Perte des paquets
Source diminue le traffic
Aucune influence sur les nœuds intermédiaires
Usage : réseaux/protocoles non-connectés (mode IP)
Sans contrôle de flux sur chaque lien.
Avec une connexion logique (TCP, AAL-ATM) permettant
Ex : ACK et contrôle de flux qui facilite la signalisation implicite des
congestions
ATM 2008–2009 59 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Explicite congestion notification
Source ← (Backward ECN) Réseaux (Forward ECN) → destination : alertes
Types de ECN :
Binaire : indication non-quantifiée, source réduit le traffic. Ex : ICMP
”Source quench”
”Credit based” : indique combien de paquet la source a droit d’envoyer.
Typiquement de source-dest. Ex : RxWin size TCP.
”Rate based” : les nœuds indiquent à la source le débit à utiliser. Ex : RM
cells pour BECN et ER (Explicit Rate) en ATM)
ATM 2008–2009 60 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Avant la congestion : prévention
Contrôle d’Admission à la Connexion (CAC) à l’établissement :
Les ressources disponibles : BP, VPC/VCC par échange entre les voisins.
Pour un flux (CV) en cours—contrôle de flux
QoS des communications en cours préservée par “Leaky Bucket”.
Mise en forme du trafic (traffic shaping) par Contrôleur-Espaceur.
Limitation du débit des utilisateurs (éq. téléphone, mauvaise solution !)
ATM 2008–2009 61 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Après la congestion : gestion ou ”évitement”
Phases d’activité.
Rejet d’une cellule marquée par CLP = 1.
Rejet / insértion des cellules ”libres” par la couche TC.
Mux statistique pour accomoder le trafic en rafales, suppression des silences.
Vérification du respect du contrat de trafic (sur le débit moyen).
ATM 2008–2009 62 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Transmission d’un paquet dans un réseau
Tx
Rx
Tdata Tprop Tack Tprop
RTD ≈ 2Tprop + TDATA + TACK avec
Tprop —délai de propagation sur le lien y compris : le temps d’attente dans
les tampons, le temps de traitement.
TDATA = NDATA /D, TACK = NACK /D, les durées de Tx d’un paquet et de
son acquittement.
RTD ր avec la charge du réseau ⇒ contrôle du trafic par la source
ATM 2008–2009 63 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Contrôle de trafic dans les réseaux classiques
Réseaux de commutation de paquets : fenêtrage.
Taille de fenêtre W est le nombre max de paquets transmis sans recevoir un
acquittement.
Si W × TDATA > RTD, transmission en continu au débit 1/TDATA
[paquets/s], occupation permanente du canal.
Si W × TDATA < RTD, arrêt de transmission sur (RTD − W × TDATA ), donc
le débit max est Dmax = W /RTD < 1/TDATA [paquets/s].
W est un compromis (Délai) ↔ (Débit).
Réseaux classiques (Internet) : W ≈ Nb de nœuds traversés.
Fenêtrage + ACKs = contrôle de flux réactif.
NB :
Ce mécanisme de fenêtrage de convient pas à l’ATM !
ATM 2008–2009 64 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Contrôle de trafic dans le réseaux ATM
Pour une liaison ATM typique à 155 Mb/s il faut W > 1466 cellules pour
pouvoir transmettre en continu.
L’acquittement est en retard pour informer d’une éventuelle congestion
Cas des réseaux à grand produit (débit X délai) dont ATM.
ATM est un RNIS-Large Bande
Données Vidéo
Grandes fenêtres W Fenêtres petites
Grands tampons Petits tampons
Non-TR, délais Temps Réel
Pas de BP garantie Garantie sur BP
ATM 2008–2009 65 / 86Contrôle de flux Gestion des congestions
Plans contrôle / données
Le contrôle de flux est réalisé par la couche ATM sur l’UNI.
Plan de contrôle :
Connection Admission Control, signalisation.
Retour d’information du réseau vers l’équipement terminal (notification de
congestion, bande passante ou taille des tampons disponibles)
Plan de données :
Mise en forme, ordonnancement, “policing”.
Gestion de débit par GCRA—Generic Cell Rate Algorithm.
ATM 2008–2009 66 / 86Contrôle de flux Politique d’admission
Algorithme du ”seau percé”
Leaky bucket
”Seau”—file d’attente d’une taille fixe.
Simple en ATM, car les cellules sont de taille fixe.
IN
t
OUT
T T T t
ATM 2008–2009 67 / 86Contrôle de flux Politique d’admission
Phénomène de gigue
Temps de latence est souhaité minimal et constant. Composé de :
Délai de propagation—en fonction de la distance source-dest.
Délai introduit par les circuits des équipements.
Délai de commutation ou d’attente dans les files.
Gigue—variation du temps de latence. Effets :
agglomération ⇒ apparition de grumeaux de cellules, Darr > Demis = 1/T .
dispersion ⇒ trous de cellules, Darr < Demis
ATM 2008–2009 68 / 86Contrôle de flux Politique d’admission
VSA—Virtual Scheduling Algorithm
Permet de caractériser la gigue et de vérifier le respect du contrat du trafic.
Notations :
◦ T = 1/PCR—incrémentation, espacement minimal entre les cellules.
◦ ta —temps d’arrivée de la cellule.
◦ TAT —Temps d’Arrivée Théorique, initialisé à TAT = ta .
◦ τ —tolérance.
Arrivée d’une cellule, instant ta
Non TAT = max{ta , TAT } + T
ta < TAT − τ Cellule conforme
Oui
Cellule non conforme
ATM 2008–2009 69 / 86Contrôle de flux Politique d’admission
Fonctionnement de VSA
Le paramètre clé est la tolérance τ
τ ≪ T , contrôle strict, très faible gigue tolérée.
τ ≫ T , TX en rafales autorisée—mise en attente de plusieurs cellules dans
le tampon.
Cellule 0 1 2 3 45
T Temps
TAT − τ > ta = t5
T Echéance
0 1 2 3 4 5
ATM 2008–2009 70 / 86Contrôle de flux Politique d’admission
Example : τ ≫ T , acceptation des rafales
[Tanenbaum, ”Réseaux” ,1999]
Objectif : calculer N—nb de cellules transmises au PCR = 1/T (contrat de
trafic !)
NT —durée totale de transmission de N cellules.
N(∆ − 1)—durée de TX de (N − 1) cellules1 au débit max de la ligne
Dmax = 1/∆.
Pour éviter les débordements, on doit avoir :
NT − (N − 1)∆ ≤ T + τ,
Le nb de cellules conformes qui peuvent être envoyées en rafale au débit
Dmax sans être rejetées est :
j τ k
N ≤1+
T −∆
1 Le débit Dmax est fixé après la tx de la 1-ère cellule de la rafale
ATM 2008–2009 71 / 86Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE—LAN Emulation
LANE—émulation d’un réseau local
Extension d’un LAN à travers l’épine dorsale d’ATM : haut-débit avec la
QoS
Transport des protocoles réseau en mode non-connecté.
Utilisation majeure d’ATM aujourd’hui.
ATM fournit une liaison point-à-point, le routage est fait par la couche sup.
Les paquets IP sont encapsulés au niveau de l’AAL 5.
IEEE 802.3 Ethernet
IEEE 802.5 Token Ring
NB : LANE ne supporte pas les protocoles de la couche liaison (CSMA).
ATM 2008–2009 72 / 86Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE—LAN Emulation
Modèle d’un seul LANE
LAN Host
ATM Host (Ethernet, Token Ring)
Applications Applications
existantes existantes
IP, IPX,... IP, IPX,...
LLC (drivers) ATM capable Switch LLC (drivers)
Bridging
LANE
LANE
AAL 5 ATM Switch AAL 5 MAC MAC
ATM ATM ATM
Physical Layer Physical Physical Physical Physical Physical Layer
Layer Layer Layer Layer
ATM 2008–2009 73 / 86Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE—LAN Emulation
Fonctions du LANE
LANs (Ethernet) ATM
Adresses MAC Adresses ATM
Non-orienté connexion Orienté connexion
Broadcast de la source sur un média Unicast
partagé, reçu par le(s) destinataire(s)
Résolution Addr MAC ↔ Addr ATM
Conversion des trames LAN en cellules ATM.
Emulation du Broadcast LAN comme les Unicasts ATM.
NB :
Besoin de Routeurs pour le trafic entre les LANEs (cf. VLAN, VPN)
ATM 2008–2009 74 / 86Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE—LAN Emulation
Composantes logicielles de LANE
LAN Emulation Client (LEC) : 1 / LANE / terminaison.
Installé sur le commutateur d’accès ATM/LAN.
TX/RX des données, enregistrement auprès du LES des Addr MAC des
stations du LAN.
LAN Emulation Server (LES) : 1 / LANE.
Tables de conversion MAC (dest) ↔ ATM(dest)
Enregistrement des LECs pour joindre le LANEmulé.
Broadcast and Unknown Server (BUS) :
Bcast & Mcast dans le LANE.
Diffusion du trafic si dest. ou trafic inconnu.
LAN Emulation Configuration Server (LECS) (optionnel) : 1 / nuage.
Attribution dynamique des LEClients aux LANEs.
Fournit aux LEClients les adresses des LEServeurs appropriés.
ATM 2008–2009 75 / 86Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE—LAN Emulation
Architecture
LEServer/ LEServer/
BUServer BUServer
A B
LEClient A1 (LAN) LEClient A2 (ATM)
ATM
network
LAN/ATM
Switch
LEClient B1 (LAN) LEClient B2 (ATM)
LEConfigServer Router
Fig.: Architecture physique du LANE
LEClient A1 (LAN) LEClient B1 (LAN)
Router
LEClient A2 (ATM) LEClient B2 (ATM)
Fig.: Architecture logique du LANE
ATM 2008–2009 76 / 86Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE—LAN Emulation
Etapes de TX de données
ATM 2008–2009 77 / 86Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE—LAN Emulation
Types de VCC dans LANE
LEServer BUServer
7 8 12 7 9 10 9
LEClient LEClient
A B
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
ATM
network 11 11 11
LEConfigServer
ATM 2008–2009 78 / 86Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE—LAN Emulation
Types de VCC dans LANE—descriptif
1↔7 Contrôle direct bidirectionnel pour le trafic de contrôle
8→2 Contrôle distribution requête ATMARP à tous les LEC si LES ne trouve
pas de MAC (dest) ↔ ATM(dest)
3–11/11–12 Config direct (client/serveur) requête/réponse de l’Adr(LES)
4–9 Mcast send unidirectionnel point à point pour TX le traffic
Mcast (aussi Ucast si ATM(dest) inconnu).
10→5 Mcast forward idem vers chacun des LEClients (Mcast par déf.)
6↔6 Data direct Une fois MAC (dest) connu, bidirectionnel point
à point
ATM 2008–2009 79 / 86Services et applications : IP over ATM IETF : MultiProtocol Over ATM (MPOA)
Quelques RFC de référence
RFC 1755 ATM Signaling Support for IP over ATM
RFC 2225 Classical IP and ARP over ATM
RFC 2226 IP Broadcast over ATM Networks
RFC 2331 ATM Signalling Support for IP over ATM - UNI Signalling 4.0
RFC 2364 PPP over ATM
RFC 2492 IPv6 over ATM Networks
RFC 2684 MPOA—MultiProtocol encapsulation Over AAL 5
RFC 2844 OSPF over ATM and Proxy-PAR
RFC 3355 Layer Two Tunnelling Protocol (L2TP) Over AAL 5
ATM 2008–2009 80 / 86Services et applications : IP over ATM IETF : MultiProtocol Over ATM (MPOA)
RFC 2684 Multiprotocol over ATM (MPOA)
Permet d’éviter les routeurs pour le traffic entre les LANEs
Utilisation du NHRP—Next Hop Resolution Protocol.
MPOA comprends LANE 2.0
NHRP est vu comme une variante de l’ATMARP pour relier plusieurs
LANE.
Support de la QoS grâce au RSPV—Ressource Reservation Protocol (IP).
MPS MPS
Shortest path
MPC MPC
ATM 2008–2009 81 / 86Services et applications : IP over ATM IETF : MultiProtocol Over ATM (MPOA)
PNNI—Private Network-to-Network Interface
C’est le développement très important dans l’ATM
Routage hiérarchique, calcul de la topologie.
Protocole de routage dynamique à état de liens : diverses métriques et
attributs de routage (similaire à l’OSPF)
Garantie sur la QoS.
Constitués de deux protocoles :
Protocole de signalisation (basé sur UNI 3.x) sur VCI = 5
Protocole de routage sur VCI = 18
NB :
Sans PNNI pas de réseaux multiconstructeurs !
ATM 2008–2009 82 / 86Services et applications : IP over ATM IETF : MultiProtocol Over ATM (MPOA)
Terminologie PNNI
Peer Group : groupe de nœuds au même niveau hiérarchique.
Peer Group Leader (PGL) : représente le groupe au niveau sup.
Border Node : Nœud frontalier.
Logical Group Node (LGN) : représentation du groupe par 1 point.
Nœud fils : ∀ nœuds au niveau hiérarchique inférieur.
Nœud père : LGN au niveau supérieur.
Lien logiques : entre les nœuds logiques.
NB :
Le nœud avec une priorité et l’adresse ATM supérieures est élu leader.
PGL agit comme un LGN.
ATM 2008–2009 83 / 86Services et applications : IP over ATM IETF : MultiProtocol Over ATM (MPOA)
Principe de routage hiérarchique
ATM 2008–2009 84 / 86Services et applications : IP over ATM IETF : MultiProtocol Over ATM (MPOA)
Routage hiérarchique (2)
ATM 2008–2009 85 / 86Conclusion Normalisation
Normalisation
ATM n’est pas LA solution.
Adopté par l’UIT-T pour le RNIS-LB.
ATM Forum s’occupe de la normalisation au niveau de
LANE—émulation des réseaux locaux.
MPOA—MultiProtocol Over ATM.
Interfaces UNI/NNI, routage.
IETF : IP over ATM
ATM : présent et futur. Déploiements actuels :
Epine dorsale (backbone) Internet, épine dorsale de (Frame Relay)
Aggrégation des réseaux résidentiels large bande (Câble, xDSL, RNIS).
Construction Réseaux Privées Virtuels (VPN).
Retrait, face à la concurrence de (Gigabit) Ethernet (prix/débit) sur
Réseaux locaux de l’entreprise (LAN), connexions ATM de bout en bout.
ATM 2008–2009 86 / 86Vous pouvez aussi lire
