Réseaux haut débit: ATM

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1 Réseaux haut débit: ATM Rami Langar LIP6/PHARE RTEL 1 Plan Introduction Architecture ATM Connexions ATM Cellule ATM Classes de service Couche AAL Contrôle de trafic Contrôle de congestion RTEL 2 1

2 Introduction Asynchronous Transfer Mode Standardisé par l ITU-T en 1987 Pour le RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services) large bande Un seul réseau pour le transfert de la voix, la vidéo et les données Utilisé largement dans les réseaux cœurs de l Internet, l accès ADSL et le réseau téléphonique mobile RTEL 3 Caractéristiques Abondon de la commutation de circuits: commutation de cellule Asynchronous: non asservi a une horloge globale comme le réseau téléphonique. Orienté connexion. Pas de contrôle d erreur ni contrôle de flux entre deux nœuds adjacents. Détection d erreur uniquement pour l en-tête de la cellule. Détection d erreur et retransmission de données sont réalisées par les couches supérieures. Avoir les mécanismes de contrôle de congestion RTEL 4 2

3 Cellule ATM Longueur fixe de 53 octets En-tête Données 5 octets 48 octets RTEL 5 Pourquoi des PDU de taille constante? Efficacité de transmission: Délai: PDU variable: E v = I/(H+I) ; I: longeur du champ d informations, H: taille de l en-tête PDU fixe: E f = I/ ( I/P (P+H)) ; P: taille du champ d information. Lien de sortie d un commutateur: file M/G/1 Nombre moyen de clients en attente dans le buffer: E[N] = ρ + ρ 2 (1 + c 2 )/[2 (1 ρ)] ; ρ = λ/µ ; λ : taux d arrivée des PDU, 1/µ : durée moyenne de transmission d une PDU, c : coefficient de correlation du temps de transmission d une PDU. Temps moyen de séjour d une PDU dans la file: E(D) = E(N) / λ Délai dans les buffers est optimisé si c = 0 PDU de taille fixe. RTEL 6 3

4 Grand paquet vs petite cellule RTEL 7 Modèle de référence RTEL 8 4

5 Connexions ATM Circuit traverse une suite de liens physiques. Chaque lien physique contient Conduits virtuels (Virtual Paths) = VP Voies virtuelles (Virtual Channel) = VC Circuit constitué d une suite de connexions entre VP et/ou VC VPC réalisé par des brasseurs (commutateurs VP) VCC réalisé par les commutateurs (commutateurs VC). RTEL 9 Intérêt de la hiérarchie VPC-VCC Définir sur un unique réseau physique, plusieurs réseaux logiquement indépendants. Définir des VPC pour chaque réseau logique, qui ne pourront pas être utilisées par les autres réseaux logique. CBR VBR VP1 VP2 RTEL 10 5

6 Formats de cellule Cellule UNI (User-Network Interface) Cellule NNI (Network-Network Interface) GFC VPI VPI VPI VCI VPI VCI VCI VCI VCI PTI CLP VCI PTI CLP HEC HEC 48 octets de données 48 octets de données RTEL 11 Formats de cellule GFC (Generic Flow Control) permet le multiplexage des transmissions de plusieurs terminaux dans une même interface UNI Une connexion ATM est appelé un VCC (Virtual Channel Connection) VPI (Virtual Path Identifier) VCI (Virtual Channel Identifier) VPI/VCI forme la référence dans l ATM encore appelée un label ou l identifiant de connexion (CI Connection Identifier) RTEL 12 6

7 Formats de cellule Type de cellule EFCI ATM-UU PTI (Payload Type Indicator) Type de cellule 1: Cellule OAM (Operation, Administration, and Maintenance) 0: Cellule de données utilisateur EFCI (Explicit Forward Congestion Indication) 1: Congestion 0: Pas de congestion ATM-UU Peut être utilisé par AAL-5 1: dernier segment 0: non dernier segment RTEL 13 Formats de cellule CLP (Cell Loss Priority) 1 cellule peut être perdue 0 cellule importante HEC (Header Error Control) CRC (Cyclic Redundancy Control) Polynôme générateur Corriger et détecter des erreurs binaires Utilisé pour la délimitation de la cellule RTEL 14 7

8 Couche physique Sous-couche convergence de transmission (TC, Transmission Convergence) : Convertir le flux de cellules ATM en un flux de symboles logiques. Découplage du débit de cellules. Continuité de flux de cellules pour des raisons de synchronisme. Génération et vérification du champ HEC. Sous-couche Support physique (PM, Physical Medium): Transforme les symboles reçus de la sous-couche TC en un signal adapté a la transmission du medium. RTEL 15 Commutation de label RTEL 16 8

9 Adresse ATM Chaque terminal ATM et commutateur ATM a une adresse unique Exemple de l adresse ATM basée sur l adressage E.164 RTEL 17 Établissement de connexion Connexion gérée dans le plan de contrôle Méthode 1: Demande d établissement de circuit sur le conduit 0 voie 5 Méthode 2: Conduits permanents avec initialisation de voies à la demande. Protocole Q Émetteur envoie un message SETUP au commutateur d entrée Le commutateur d entrée choisit le commutateur suivant selon l algorithme de routage (grâce à l adresse ATM) et lui transfère le message SETUP Chaque commutateur continue à transférer le message SETUP jusqu au commutateur de sortie Commutateur de sortie envoie le message SETUP au récepteur Récepteur envoie un message de confirmation à l émetteur RTEL 18 9

10 Établissement de connexion A chaque commutateur le long du chemin Contrôle d admission Allocation des ressources nécessaires : Multiplexage statistique Sélection de la valeur de label VPI/VCI Mettre à jour la table de commutation RTEL 19 Fermeture de connexion A chaque commutateur le long du chemin Enlever l entrée correspondante à la connexion de la table de commutation Rendre la valeur de label VPI/VCI Libérer les ressources allouées RTEL 20 10

11 Schéma architectural ATM RTEL 21 Classes de service Classe A Classe B CBR Source/Destination : synchrone Orienté connexion AAL1 AAL2 Classe C VBR Source/Destination : Nonsynchrone AAL3 AAL5 Classe D Orienté sans connexion AAL4 RTEL 22 11

12 Classes de service Constant bit rate (CBR) Applications en temps réel et à débit constant Real-time variable bit rate (RT-VBR) Applications en temps réel et à débit variable Non-real-time variable bit rate (NRT-VBR) Applications non en temps réel mais sensibles au délai Available bit rate (ABR) Applications pouvant adapter le débit en fonction de conditions réseaux Unspecified bit rate (UBR) Applications à aucune contrainte Guaranteed frame rate (GFR) Applications demandant un débit minimal garanti RTEL 23 Couche AAL Deux sous-couches SAR (Segmentation And Reassembly): Segmenter à l émission les blocs d informations de la souscouche supérieure en bloc dont la taille est adaptée à la transmission dans le champ d information de la cellule ATM Réassembler ces blocs à la réception. CS (Convergence Sublayer): Fournit le service requis par l usager en adaptant celui offert par la SAR. SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer) CPS (Common Part Sublayer) RTEL 24 12

13 Couche AAL RTEL 25 Couche AAL AAL-1 AAL-2 AAL-3/4 AAL-5 Pour les applications de classe CBR Pour les applications de classes VBR Service en mode non connecté. Non utilisé. Pour les applications de classes UBR, ABR et GFR Il n y a pas de restriction sur l association d un type AAL à une classe de service RTEL 26 13

14 AAL-1 Transporter le trafic de classe CBR Transfert et délivrance à débit constant Absorption de la variation de délais en imposant un retard dans les buffer de l ALL en réception. Transporter les informations temporelles Horloge de la source. Détecter de cellules perdues ou mal insérées Comporter deux sous-couches CS Gérer la variation de délais et le débit constant Transporter les informations temporelles Gérer la séquence de données SAR Détection et correction des erreurs binaires RTEL 27 AAL-1 SAR-PDU SN : Sequence Number SNP: Sequence Number Protection CSI: Convergence Sublayer Indication (0) Sequence Number: Détecter les cellules perdues ou mal insérées CRC-3 : Calculé pour les champs CSI et Sequence Number Parity: Calculé pour les champs CSI, Sequence Number et CRC-3 RTEL 28 14

15 AAL-2 Pour les applications sensibles au délai et à bas débit variable Utilisé essentiellement dans la téléphonie cellulaire Permettre de multiplexer des flux à bas débits en une seule connexion ATM Comporte une sous-couche CS avec SSCS (Service Specific Convergence Sublayer) et CPS (Common Part Sublayer) Pas de SAR RTEL 29 Multiplexage des flux dans une connexion ATM RTEL 30 15

16 Paquet CPS et CPS-PDU CID : Channel Identifier RTEL 31 AAL-5 Version simplifiée de l AAL3/4 Utilisé pour le transport des données. Comporte deux sous-couches CS avec CPCS (Common Part Convergence Sublayer): CPCS-PDU longueur multiple de 48 octets. SAR: SAR-PDU est un segment de 48 octets. Ni d en-tête, ni de queue ajoutés ATM-UU du champ PTI utilisé pour déclencher la procédure de réassemblage de la CPCS-PDU RTEL 32 16

17 AAL-5 CPCS n x 48 octets (octets) Données de taille 1 à octets Bourrage pour longueur totale multiple de 48 Octets. UU (User to User) utilisable par sur-couche. CPI indianisé à 0. Longueur à cause du bourrage CRC pour contrôle d erreur par message au niveau de la CPCS. PTI ATM utilisé pour indiquer dernière cellule. RTEL 33 Contrôle de trafic Contrat de trafic négocie entre l usager et le réseau : Définition de paramètres de trafic Deux fonctions de contrôle de trafic nécessaires: Connection Admission Control (CAC) Décide si une connexion peut être acceptée pour éviter les problèmes de congestion. Durant l établissement de la connexion. Usage Parameter Control (UPC): Surveillance des paramètres du contrat. Détecter toute violation du contrat de trafic établi et de prendre les actions appropriées. Durant la phase de transfert de données. RTEL 34 17

18 Connection Admission Control Multiplexage déterministe Caractérisation par le débit crête Multiplexage statistique Caractérisation par bande effective (valeur intermédiaire entre le débit maximum et le débit moyen). RTEL 35 Contrôle de congestion Lors d une congestion effective, il faut choisir les cellules a détruire (Rejet sélectif) : Les cellules moins prioritaires (CLP = 1) Les cellules marquées par l UPC ne respectant pas le contrat de trafic (CLP = 1) Les cellules de connexions les moins importantes: Connexion de trafic UBR, Connexion ayant le CLR le plus élevé. RTEL 36 18

19 Références Connection-oriented networks SONET/SDH, ATM, MPLS, and Optical Networks, Harry G. Perros, Wiley 2005 Les réseaux, Guy Pujolle, Eyrolles 2008 Réseaux haut debit, Tome 1, Réseau ATM et réseaux locaux, Daniel Kofman et Maurice Gagnaire. Support de cours RTEL, Guy Pujolle RTEL 37 19