ATM Asynchronous Transfer Mode

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1 ATM Asynchronous Transfer Mode N. Lebedev CPE Lyon ATM / 86

2 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 / 86

3 Plan 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 / 86

4 Introduction ATM Asynchronous Transfer Mode Présentation de la technologie ATM 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 < T max BP (Bande Passante) pour d autres vidéo : garantir D > D min ATM / 86

5 Introduction ATM Asynchronous Transfer Mode Présentation de la technologie ATM CSTDM Circuit Switched Time-Division Mux. Hybrid séparation trafic data / voix. PSSM Packet Switched StatMuxed Backbone Internet ATM ATM / 86

6 Réseau intégrateur unique Introduction Présentation de la technologie ATM Mux de flux de nature différente sur différents supports physiques : FRAD Switch Ethernet Router Données Vidéo Frame Relay X.25 LAN UTRAN Services ATM SDH PDH UTP Radio ATM / 86

7 Introduction Architecture type du réseau ATM Présentation de la technologie ATM Interconnexion des réseaux publics ou privés corporatifs. Connexion des terminaux. User-to-Network Interface (UNI), Network-to-Network Interface NNI. abonnés privés abonnés privés UNI Privé NNI Privé Comm- Brasseur Public Comm- Brasseur Privé Comm Privé UNI Privé NNI Public vers d autres (types) de réseaux B-ICI UNI Privé Réseau privé Comm Public Réseau public ATM / 86

8 Introduction 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 / 86

9 Introduction 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 Commutation de circuits Réservation de ressources (BP) QoS : délai fixe garanti Pas de contrôle de flux ou d erreur Faible BP débit Données Réseaux de Tx de données Commutation de paquets Pas de réservation de ressources Principe de files d attente bufferisation Pas de garantie QoS : délai, gigue Acheminement : Voix Meilleur effort (IP). Circuit Virtuel (X.25, Frame Relay, ATM). ATM / 86

10 Introduction 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 / 86

11 Introduction 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 / 86

12 ATM : 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 N paquet 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 / 86

13 ATM : commutation de cellules Rappels sur la commutation de paquets Quelques caractéristiques des réseaux Latence : propagation, commutation (buffers), électronique : T L = T tx 1er octet T rx 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 / 86

14 ATM : commutation de cellules Cellule ATM Petits paquets vs grands paquets I ATM / 86

15 ATM : commutation de cellules Cellule ATM Petits paquets vs grands paquets II ATM / 86

16 ATM : commutation de cellules Cellule ATM Petits paquets vs grands paquets III ATM / 86

17 ATM : 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 / 86

18 ATM : 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 / 86

19 ATM : commutation de cellules Rendement (efficacité) vs Délai Cellule ATM ATM / 86

20 ATM : 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 e T e = 125µs t Le temps de transmission d un échantillon prélevé à f e = 1/T e = 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 : µs = 6 ms 53 octets efficacité maximale est 90% ATM / 86

21 En-tête de la cellule ATM : commutation de cellules Cellule ATM 5 octets 48 octets Données En-tête bits GFC / VPI VPI VPI VCI VCI VCI PTI CLP HEC Données octets GFC sur UNI, suite de VPI sur NNI Notations NNI UNI VCI Virtual Channel Identifier 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 ATM / 86

22 ATM : 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 voies virtuelles (VC) sur les deux interfaces NNI et UNI, 2 12 = 4096 (NNI) ou 2 8 = 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 / 86

23 ATM : 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 / 86

24 ATM : commutation de cellules Types de connexions ATM Multiplexage VC / VP VCC 1 VPC 1 VCC m Canal physique VPC n 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 / 86

25 ATM : commutation de cellules Types de connexions ATM Exemple : commutation ATM basée sur VPI/VCI 1,2 E 1 Comm1 3,4 Brasseur 4,4 E 1 Comm2 S 1 5,6 E N VCC VPC S k E l VPC S m E n VCC VPC S N Comm1, E 1 vpi/vci port vpi/vci 1,2 S k 3,4 Brasseur, E l vpi port vpi 3 S m 4 Comm2, E n vpi/vci port vpi/vci 4,4 S 1 5,6 Table de commutation / Commutateur (Brasseur) / Port d entrée. VPI/VCI dans l en-tête de la cellule. Traduction (VPI/VCI) entrant (N port, VPI/VCI) sortant. ATM / 86

26 ATM : commutation de cellules Types de Circuits Virtuels Types de connexions ATM VCI=5 sign point a point VCI=2 sign de diffusion VCI=1 metasignalisation VCI=1 metasignalisation VCI=2 sign de diffusion VCI=5 sign point a point VCI=3 Flux F4, VP segment OAM VPI=x VPI=0 VPI=g VCI=16ILMI VCI=4 Flux F4, VP p to p OAM User Information Canal physique ATM / 86

27 ATM : 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 AFI DCC HO-DSP ESI SEL Octets IDI IDP DSP AFI ICD HO-DSP ESI SEL AFI E.164 HO-DSP ESI SEL IDI IDP Switch ID DSP Terminal ID (MAC) ATM / 86

28 ATM : commutation de cellules Adresses ATM détails Adressage ATM 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 / 86

29 ATM : commutation de cellules Adressage ATM Exemple : ATM Renater INRIA-UNSA Organisme de norm Nat Rég Client AFI RAPRRRRS C1 C2 ESI SEL bits F D 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 / 86

30 ATM : commutation de cellules Traitement d appel Traitement d appel par un commutateur ATM ATM / 86

31 ATM : commutation de cellules Etablissement de connexion Traitement d appel ATM / 86

32 Modèle en couches Plans de communication et de signalisation OSI Couche 2 Couches sups Couche 1 données en-tête Plan gestion Commande Usager CS - Sous-couche de Convergence AAL SAR - Segmentation et Réassemblage GFC - Contrôle généric de flux ATM Traduction VPI/VCI Génération de l en-tête de cellule Mux / demux TC - Convergence de Transmission Physique PM - Média physique Gestion de couches Gestion de plan ATM / 86

33 Modèle en couches ATM natif et mode tramé Couche PHY physique 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 Hierarchy a : 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 Mb/s ATM / 86

34 Modèle 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 / 86

35 Modèle 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 ) sur le champ d info. Conversion cellules bits. Ex : ATM Cell Based sur SDH, débit utile : /27 48/ Mbit/s Délimiteur de début Cellule OAM 1 26 ATM / 86

36 Modèle 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 / 86

37 Modèle 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 / 86

38 Modèle en couches Classification des services Couche AAL : ATM Adaptation Layer 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 / 86

39 Modèle 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 Layers Higher Layers AAL ATM Phy ATM Phy ATM Phy AAL ATM Phy ATM / 86

40 Modèle 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! au SAP(Service Access Point) de la couche ATM. NB : Si besoin (nouveaux services), AAL peut être découpée en d autres sous-couches. ATM / 86

41 Modèle 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 / 86

42 Modèle en couches Exemple : construction de SAR-PDU Couche AAL : ATM Adaptation Layer 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 / 86

43 Modèle 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 / 86

44 Modèle 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 / 86

45 Modèle en couches AAL 5 (Class D) : AAL3/4 simplifiée Couche AAL : ATM Adaptation Layer 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, octets PAD CPCS UU CPI Length 4 octets CRC PTI=1 header data 5 octets 48 octets header data 5 octets 48 octets header data 5 octets 48 octets ATM / 86

46 Services 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) T b = (MBS 1)T SCR Sustainable Cell Rate, débit moyen supportable par le réseau. SCR = MBS/T p, [cellules/s] CTD Cell Transfer Delay. CLR Cell Loss Rate, taux de perte de cellules. T p MBS=5 T b T ATM / 86

47 CBR Constant Bit Rate Services Catégories de services 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 / 86

48 Services 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 / 86

49 Services 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 / 86

50 Services 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 / 86

51 Services Paramètres QoS Principaux paramètres liés à la QoS Service négocié et garanti à l application par le réseau NB : 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. La QoS est spécifiée à l ouverture du CV, non-renégociable après. ATM / 86

52 Services 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 / 86

53 Tableau récapitulatif Services Récapitulatif sur les Classes de Service 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 / 86

54 Contrôle 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 / 86

55 Contrôle de flux Contrôle de flux vs contrôle de congestion RX saturation High perf server 1 Gb/s High BW All optical network No congestion Slow terminal Kb/s 100 Kb/s Low BW channels Congestion ATM / 86

56 Contrôle 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 VCC 1 1 K VCC k VCC n T cell VCC VPC t ATM / 86

57 Contrôle de flux Gestion des congestions Classification des algorithmes de gestion de congestion Congestion Ctrl Algorithms Open loop : prevention Closed loop : avoidance Source based Destination based Explicite loop (backward info) Implicite loop (local observation) Solutions : Augmenter les ressources. Ex : plus de canaux, tampons plus grands Diminuer le trafic de la source ATM / 86

58 Gestion des congestions Contrôle de flux Gestion des congestions ATM / 86

59 Contrôle de flux Implicit congestion notification Gestion des congestions 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 / 86

60 Contrôle de flux Explicite congestion notification Gestion des congestions 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 / 86

61 Contrôle 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 / 86

62 Contrôle 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 / 86

63 Contrôle de flux Gestion des congestions Transmission d un paquet dans un réseau Tx Rx Tdata Tprop Tack Tprop RTD 2T prop + T DATA + T ACK avec T prop délai de propagation sur le lien y compris : le temps d attente dans les tampons, le temps de traitement. T DATA = N DATA /D, T ACK = N ACK /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 / 86

64 Contrôle 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 T DATA > RTD, transmission en continu au débit 1/T DATA [paquets/s], occupation permanente du canal. Si W T DATA < RTD, arrêt de transmission sur (RTD W T DATA ), donc le débit max est D max = W/RTD < 1/T DATA [paquets/s]. NB : W est un compromis (Délai) (Débit). Réseaux classiques (Internet) : W Nb de nœuds traversés. Fenêtrage + ACKs = contrôle de flux réactif. Ce mécanisme de fenêtrage de convient pas à l ATM! ATM / 86

65 Contrôle 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 Grandes fenêtres W Grands tampons Non-TR, délais Pas de BP garantie Vidéo Fenêtres petites Petits tampons Temps Réel Garantie sur BP ATM / 86

66 Plans contrôle / données Contrôle de flux Gestion des congestions 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 / 86

67 Contrôle 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 / 86

68 Phénomène de gigue Contrôle de flux Politique d admission 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, D arr > D emis = 1/T. dispersion trous de cellules, D arr < D emis ATM / 86

69 Contrôle 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. t a temps d arrivée de la cellule. TAT Temps d Arrivée Théorique, initialisé à TAT = t a. τ tolérance. Arrivée d une cellule, instant t a t a < TAT τ Non TAT = max{t a, TAT } + T Cellule conforme Oui Cellule non conforme ATM / 86

70 Contrôle 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 T Temps TAT τ > t a = t 5 T Echéance ATM / 86

71 Contrôle 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) cellules 1 au débit max de la ligne D max = 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 D max sans être rejetées est : τ N 1 + T 1 Le débit D max est fixé après la tx de la 1-ère cellule de la rafale ATM / 86

72 Services 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 Ethernet IEEE Token Ring NB : LANE ne supporte pas les protocoles de la couche liaison (CSMA). ATM / 86

73 Services et applications : IP over ATM Modèle d un seul LANE ATM Forum : LANE LAN Emulation ATM Host Applications existantes IP, IPX,... LAN Host (Ethernet, Token Ring) Applications existantes IP, IPX,... LLC (drivers) LANE ATM capable Switch LANE Bridging LLC (drivers) AAL 5 ATM Switch AAL 5 MAC MAC ATM Physical Layer Physical Layer ATM ATM Physical Physical Physical Layer Layer Layer Physical Layer ATM / 86

74 Fonctions du LANE Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE LAN Emulation LANs (Ethernet) Adresses MAC Non-orienté connexion Broadcast de la source sur un média partagé, reçu par le(s) destinataire(s) ATM Adresses ATM Orienté connexion Unicast 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 / 86

75 Services 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 / 86

76 Services et applications : IP over ATM ATM Forum : LANE LAN Emulation Architecture LEClient A1 (LAN) LEServer/ BUServer A LEServer/ BUServer B LEClient A2 (ATM) ATM network LEClient B1 (LAN) LAN/ATM Switch 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 / 86

77 Services et applications : IP over ATM Etapes de TX de données ATM Forum : LANE LAN Emulation ATM / 86

78 Services et applications : IP over ATM Types de VCC dans LANE ATM Forum : LANE LAN Emulation LEServer BUServer LEClient A ATM network LEClient B LEConfigServer ATM / 86

79 Services 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) Mcast forward idem vers chacun des LEClients (Mcast par déf.) 6 6 Data direct Une fois MAC(dest) connu, bidirectionnel point à point ATM / 86

80 Services 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 / 86

81 Services 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 MPC Shortest path MPC ATM / 86

82 Services 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 NB : 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 Sans PNNI pas de réseaux multiconstructeurs! ATM / 86

83 Services 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 / 86

84 Services et applications : IP over ATM Principe de routage hiérarchique IETF : MultiProtocol Over ATM (MPOA) ATM / 86

85 Services et applications : IP over ATM Routage hiérarchique (2) IETF : MultiProtocol Over ATM (MPOA) ATM / 86

86 Conclusion 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 / 86