ATMAsynchronous Transfer Mode

FEUP/DEEC/RBL – 2002/03José Ruela

RDIS de Banda Larga (Broadband ISDN)• A RDIS apresenta sérias limitações tecnológicas e arquitectónicas

que não permitem a plena integração de serviços– sendo uma evolução da rede telefónica digital oferece nativamente

comunicações em modo circuito (canais com capacidade fixa: 64 kbit/s e múltiplos de 64 kbit/s até 2 Mbit/s)

– o suporte nativo de serviços em modo pacote e modo trama requer componentes funcionais específicos (Packet Handlers e Frame Handlers, respectivamente) e apenas oferece um grau limitado de integração(modelo overlay)

• A integração total, numa única rede, de serviços de banda estreita e banda larga, com características e requisitos muito diferentes, colocou a necessidade de criar uma nova infra-estrutura

– reconhecendo este facto, o ITU-T (na altura CCITT) começou por definir os princípios arquitectónicos e um modo de transferência (multiplexagem e comutação) adequados a estes objectivos e iniciou o processo de normalização visando a implantação da designada Rede Digital comIntegração de Serviços de Banda Larga – RDIS-BL (Broadband ISDN –BISDN)

Modo de Transferência – requisitos de serviços• A escolha de um modo de transferência para a RDIS-BL teve em

conta, entre outros factores, a necessidade de suportar serviços com características e requisitos de desempenho muito diferentes

– serviços com débito constante ou variável (contínuo ou on-off), numa gama muito ampla de valores (desde alguns kbit/s até possivelmente algumas dezenas de Mbit/s)

– serviços que geram tráfego bidireccional (simétrico ou assimétrico) ou unidireccional

– serviços com diferentes graus de tolerância quanto ao atraso e àvariação do atraso ou quanto às perdas

• serviços de tempo real requerem controlo do atraso (transparência temporal)

• serviços de dados requerem normalmente controlo de erros para recuperação de perdas (transparência semântica)

– serviços multimédia, que podem requerer sincronização entre os vários meios (componentes)

Modo de Transferência – objectivos e atributos• Considerou-se que o modo de transferência a adoptar na RDIS-BL

deveria possuir alguns atributos essenciais de forma a satisfazer diversos objectivos, para além dos requisitos de desempenho

– independência de serviços• devia ser flexível e genérico, oferecendo uma plataforma (tecnologia) comum

para todos os serviços, actuais ou futuros– rapidez de comutação

• devia ser simples (complexidade reduzida) de modo a ser possível realizar em hardware as funções críticas, condição para se conseguir elevada capacidade de comutação e pequena latência

– independência da velocidade e distância• devia ser escalável, permitindo utilizar a mesma tecnologia em LANs, MANs e

WANs, e favorecendo o respectivo interfuncionamento– utilização eficiente de recursos e níveis diferenciados de QoS

• devia combinar as vantagens da comutação de circuitos e de pacotes, permitindo diferentes modos de reserva e atribuição de recursos, podendo assim satisfazer diferentes compromissos entre eficiência e garantias de QoS

Modo de Transferência – alternativas

• Genericamente podem considerar-se duas grandes alternativas– Modo síncrono (Synchronous Time Division Multiplexing)

• orientado aos circuitos– canais (físicos) com capacidade fixa

• multiplexagem com base na posição de slots numa trama periódica • atribuição estática (determinística) de recursos

– Modo assíncrono (Asynchronous Time Division Multiplexing) • orientado aos pacotes

– canais (lógicos ou virtuais) com capacidade inerentemente variável • multiplexagem com base no conteúdo do cabeçalho (etiqueta, endereço)

– circuitos virtuais (connection oriented) ou datagramas (connectionless) • atribuição dinâmica de recursos (estatística, em muitos casos)

• Foram consideradas diversas variantes destes dois modos, tendo em atenção soluções existentes ou em desenvolvimento

Modos Síncrono e Assíncrono – variantes• Modo Síncrono

– Comutação de Circuitos– Comutação de Circuitos Multi-débito– Comutação Rápida de Circuitos (Fast Circuit Switching)

• Modo Assíncrono– Comutação de Pacotes (X.25, IP)– Comutação de Tramas (Frame Relaying / Switching)– Comutação Rápida de Pacotes

• FPS – Fast Packet Switching (Turner / U. Washington)• ATD – Asynchronous Time Division (Coudreuse / CNET)• ATM – Asynchronous Transfer Mode (ITU-T)

• A expressão Asynchronous Transfer Mode pode designar, em sentido lato, qualquer forma de comutação de pacotes; contudo é hoje usada universalmente para referir a solução alvo normalizada pelo ITU-T para adopção na RDIS-BL

Comutação Rápida de Pacotes• A flexibilidade inerente ao modo de transferência assíncrono

conduziu à exploração de novas soluções de comutação rápida de pacotes que requerem funcionalidade mínima nos comutadores

– mecanismos complexos de controlo de erros e de fluxo são simplificados ou completamente eliminados nos nós da rede

– o processo de comutação é igualmente simplificado com a adopção de circuitos virtuais

– a redução do overhead de processamento e a possibilidade de realizar as funções críticas em hardware contribuem para aumentar a capacidade de comutação e reduzir a latência nos nós da rede

• Exemplos de arquitecturas de comutação rápida de pacotes descritas na literatura partilham estas características

– na solução conhecida por Fast Packet Switching (Turner) os pacotes têm comprimento variável, enquanto que em ATM (ITU-T) os pacotes têm comprimento fixo e pequeno (células)

ATM - Princípio de funcionamento• O Modo de Transferência Assíncrono (Asynchronous Transfer Mode - ATM)

é uma tecnologia rápida de comutação de pacotes, orientada à conexão – a unidade de transmissão e comutação designa-se por Célula (pacote de

comprimento fixo e pequeno)– as Células são transportadas em Circuitos Virtuais (Comutados ou

Permanentes)– o processo de comutação é simplificado, uma vez que não são

suportados nos nós da rede mecanismos complexos de controlo de erros e de fluxo

• Os fluxos de células de vários Circuitos Virtuais são multiplexados e competem pelos recursos da rede

– são necessárias filas de espera para arbitrar o acesso aos recursos partilhados (resolução de conflitos de curto prazo)

– visto que uma rede ATM suporta serviços com diferentes características e diferentes requisitos de Qualidade de Serviço (QoS), são necessários mecanismos de controlo de tráfego que permitam diferentes tipos de reserva e atribuição de recursos aos fluxos em competição, com exploração de multiplexagem estatística quando tal for possível

ATM – multiplexagem e comutação

fontec

fontec

fonteb

fonteb

fontea

fontea fluxo

multiplexadode células

fila deespera

Tabela de translação deportas / canais virtuais

1

M

a

t

1

N

2

t

Entrada

M

abc

yzc

1N2

21N

kh

m

nng

Saída

1

Porta CV Porta CVcomutação

espacial

comutaçãode etiqueta

b c c

y c z y

controlo decomutação

controlo decomutação

g h

n

k kn

m

g

cabeçalhodados

a, b, c, ... indicador de canal virtual

b a

ATM - Multiplexagem Estatística• É inerente ao modo de operação do ATM que a ocupação de células de um

CV seja irregular (assíncrona), não obedecendo a um padrão pré-definido

• A multiplexagem e comutação de células ATM origina variações de débito e atraso, pelo que a ocupação de células num CV depende do próprio padrão de tráfego (débito constante ou variável) submetido ao CV, mas também da disponibilidade e modo de atribuição dos recursos objecto de competição

• A importância das variações instantâneas do débito e do atraso depende dos requisitos de Qualidade de Serviço; a existência de tráfego com débito variável possibilita a exploração de Multiplexagem Estatística

– a multiplexagem estatística permite aumentar a eficiência na utilização de recursos

– a multiplexagem estatística aumenta a probabilidade de conflitos no acesso a recursos, originando situações de sobrecarga que agravam os atrasos e podem mesmo originar perdas (overflow de buffers)

• O grau de multiplexagem estatística (ganho estatístico) resulta assim de um compromisso entre eficiência e QoS - o que exige negociação de contratos por CV e uma caracterização rigorosa do tráfego e dos objectivos de QoS

ATM - Reserva e Atribuição de Recursos• A necessidade de satisfazer diferentes requisitos de QoS exige que numa

rede ATM se considerem classes de tráfego que serão objecto de tratamento diferenciado no que se refere à reserva e atribuição de recursos

– a reserva de recursos está associada ao processo de aceitação de uma chamada– a atribuição de recursos é um processo dinâmico face ao tráfego em competição

• Podemos considerar genericamente três tipos de requisitos de QoS a que correspondem três possíveis estratégias diferentes de reserva de recursos

– Reserva Determinística, que permite oferecer garantias estritas (e.g., atraso máximo não excedido) a serviços com requisitos de tempo real

– Reserva Estatística, que permite oferecer garantias expressas em termos probabilísticos a serviços com débito variável sem requisitos de tempo real (e.g., garantia de débitos e atrasos médios, mas atraso máximo não controlado)

– Ausência de Reserva, para serviços best effort aos quais não são oferecidas quaisquer garantias

• As estratégias de atribuição de recursos procuram satisfazer os requisitos de QoS de cada classe de tráfego face ao tráfego instantâneo, à atribuição corrente de recursos às várias classes e à disponibilidade de recursos

Transparência Temporal

• Idealmente caracteriza a possibilidade de a rede transportar informação num tempo mínimo (atraso mínimo e variação do atraso nula)

– Esta propriedade é importante em serviços com requisitos de tempo real, caracterizados pelo envio de fluxos contínuos de informação (com débito constante ou variável), de modo a preservar a relação temporal entre emissor e receptor

• Na prática traduz a possibilidade de a rede transportar informação com atrasos controlados (isto é, com controlo quer do atraso máximo quer da variação do atraso)

– O receptor pode assim compensar a variação do atraso (delay jitter), reconstituindo um fluxo contínuo com propriedades temporais idênticas às do fluxo gerado pelo emissor

Componentes do Atraso• Numa rede ATM existem vários factores que contribuem para o atraso,

sendo alguns específicos da tecnologia ATM– Atraso de propagação – depende da distância– Atraso de transmissão – corresponde ao tempo de transmissão das células– Atraso de comutação – corresponde ao atraso nos comutadores

• Atraso fixo de comutação – inerente à arquitectura de comutação, mas em geral pequeno (representa o atraso mínimo de comutação, que ocorre quando a fila de espera se encontra vazia)

• Atraso de fila de espera – resulta da necessidade de usar filas de espera para arbitrar o acesso a recursos partilhados e reduzir a probabilidade de perda de pacotes; esta componente do atraso é variável e depende da carga na rede

– Atraso de empacotamento – esta componente do atraso está presente em serviços de tempo real e representa o tempo necessário para acumular os bits a transmitir numa célula; depende do débito do serviço e do tamanho do campo de informação (payload) da célula

– Atraso de desempacotamento – esta componente do atraso existe nos serviços de tempo real e resulta da necessidade de compensar a variação do atraso (delay jitter); a soma dos atrasos de desempacotamento e de fila de espera deve ser constante (coincidindo com o atraso máximo de fila de espera)

Controlo do atraso• Os serviços de tempo real requerem controlo estrito do atraso

por parte da rede– A reserva de recursos e a atribuição de prioridade mais elevada

no escalonamento permite usar filas de espera pequenas e garantir uma pequena probabilidade de perdas

– O atraso em fila de espera é tanto menor quanto menor for o tamanho da célula

• O atraso de empacotamento é tanto menor quanto menor for o tamanho da célula e maior o débito do serviço

– O serviço de voz constitui um caso crítico (por exemplo, a normaG.164 especifica a utilização de canceladores de eco quando o atraso excede 25 ms, numa direcção)

– Considerando o caso de um serviço de voz com um débito igual a 64 kbit/s e um payload da célula ATM de 48 octetos, o atraso de empacotamento é igual a 6 ms (este valor do atraso deve ser contabilizado na rede de acesso)

Transparência Semântica• Idealmente caracteriza a possibilidade de a rede transportar

informação sem erros, garantindo a sua integridade• Na prática traduz a possibilidade de a rede transportar informação

com um número de erros limitado, cujo valor aceitável depende doserviço

– Os serviços de dados requerem integridade total da informação (transparência semântica)

• a estratégia de não recuperação de erros em redes ATM remete o controlo para os sistemas terminais, que efectuam retransmissão extremo-a-extremo

• embora os atrasos não sejam críticos, é vantajoso reduzir a taxa de perdas na rede e evitar avalanches de retransmissões, pois a perda de uma única célula determina a perda do respectivo pacote (e a inutilidade das outras células do mesmo pacote) e a necessidade da sua completa retransmissão

– Os serviços de tempo real não toleram os atrasos inerentes a mecanismos de retransmissão extremo-a-extremo

• a taxa de perdas na rede deve ser controlada de acordo com os requisitos do serviço; do ponto de vista do serviço, pacotes entregues com atrasos que excedam um valor pré-definido são considerados perdidos

Perda de células em redes ATM• Possíveis causas de perda de células em redes ATM

– Erros de transmissão• Torna-se necessário definir uma estratégia de protecção do

cabeçalho e/ou do payload da célula e possíveis acções• A estratégia de protecção deve ter em conta os tipos de erros• As consequências dos erros de transmissão dependem da estratégia

de detecção e/ou correcção adoptada– uma consequência possível é naturalmente o descarte de células– erros de interpretação do cabeçalho podem causar perda e inserção

errada de células (entrega num destino diferente do pretendido) – Congestionamento nos nós da rede

• O overflow de buffers tem como consequência o descarte de células• O descarte de células pode ser feito de forma selectiva e inteligente

– Atrasos na rede• Para serviços de tempo real, células recebidas com atraso superior

a um valor crítico são consideradas perdidas pelo serviço

Campo de Informação das células ATM • Na definição do campo de Informação (payload) das células ATM

consideraram-se vários aspectos e diversos critérios na avaliação das possíveis alternativas

– Opção entre comprimento fixo e variável• o ITU-T optou por uma dimensão fixa do payload das células ATM (e portanto

das próprias células), devido a– menor complexidade da gestão de memória e de buffers das filas de espera – requisitos de processamento conhecidos (o intervalo de tempo entre células é

constante)• esta opção está também relacionada com a escolha de células pequenas (no caso

de tamanho variável das células, a possível gama de variação seria reduzida) – Especificação da dimensão do payload

• embora a eficiência e o tempo de processamento do cabeçalho sejam favorecidos com células de maior dimensão, a necessidade de controlar os atrasos, em especial os de empacotamento, requer células pequenas

– o serviço de voz assumiu um papel importante na escolha da dimensão do payload• o ITU-T acabou por optar, como compromisso, por uma tamanho do payload das

células ATM de 48 octetos

Funcionalidade do cabeçalho

• O cabeçalho das células ATM tem uma funcionalidade reduzida, com o objectivo de simplificar o processamento e assim aumentar a velocidade de comutação

• Principais funções associadas ao cabeçalho– Identificação de conexões (circuitos) virtuais– Protecção do cabeçalho (detecção e correcção de erros)

• Outras funções possíveis– Delineação de células– Indicação do tipo de célula– Indicação de prioridades– Controlo de acesso múltiplo

Identificação de circuitos virtuais• Um circuito virtual tem associado um caminho fixo na rede

– um circuito virtual forma-se pela concatenação de canais virtuais entre nós da rede

– os identificadores de circuitos virtuais têm significado local, isto é, identificam os canais virtuais que formam o circuito virtual

– numa rede ATM, circuitos virtuais diferentes podem partilhar o mesmo caminho (se estabelecidos entre os mesmos pontos de acesso) ou podem ter partes dos seus caminhos comuns

• Pode ser vantajoso tratar em conjunto grupos de canais virtuais que pertençam a circuitos virtuais com caminho ou parte do caminho comum; uma forma de conseguir este objectivo consiste em estruturar os identificadores de circuito virtual em duas partes

– VPI – Virtual Path Identifier (Identificador de Caminho Virtual)– VCI – Virtual Channel Identifier (Identificador de Canal Virtual)

Canais e Caminhos Virtuais

• Um Caminho Virtual (VP- Virtual Path) constitui uma forma de agrupar (encapsular) Canais Virtuais (VC – Virtual Channel), permitindo que sejam tratados em conjunto

• Esta estruturação e a exploração do conceito de VP requer dois tipos de equipamento de comutação

– Comutadores de VP (VP Switches)• comutam grupos de canais virtuais (não alteram o valor de VCI)• estes comutadores são tipicamente cross-connects

– Comutadores de VC (VC Switches)• comutam individualmente canais virtuais• a comutação de VC implica que estes comutadores realizem

igualmente comutação de VP– os canais virtuais são desencapsulados, comutados e novamente

encapsulados noutro VP

Comutador de VP

Comutador de VP e VC

ATM - Modelo Protocolar de Referência

Camada física

Camada ATM

Plano C Plano U

Camada de Adaptação ATM

Protocolos de camadas superiores

Plano G

Ges

tão

de c

amad

as

Planos

• U Utilizador• Transferência de dados das aplicações

• C Controlo• Sinalização• Controlo de chamadas e conexões

• G Gestão• Gestão do sistema• Gestão de camadas• Operação e Manutenção (OAM)

Funções das camadas

• segmentação das unidades de dados de serviço em células e vice-versa

• controlo de fluxo genérico• extracção / geração dos cabeçalhos das células• tradução de indicadores de canal virtual (VPI/VCI)• multiplexagem / desmultiplexagem de células

PHY Physical Layer

ATM ATM Layer

AAL ATM Adaptation Layer

SAR Segmentation and Reassembly Sublayer

CS Convergence Sublayer

FunçõesCamadas

• dependente do serviço

TC Transmission Convergence Sublayer

• adaptação do débito do fluxo de células à capacidade do sistema de transmissão (cell rate decoupling)

• geração / verificação do HEC (Header Error Control)• delineação de células• mapeamento de células na trama de transmissão• geração / recuperação da trama de transmissão

• sincronização de bit e codificação• interface eléctrica / óptica dependente do meio físico

PM Physical Medium Sublayer

Camada ATM– As principais funções da camada ATM são a multiplexagem e a

comutação de células de diferentes conexões virtuais• Células de uma mesma conexão transportam um identificador comum,

que tem significado local em cada interface e que, por essa razão, é normalmente alterado no processo de comutação

• O identificador de conexão é estruturado em duas partes– VPI – Virtual Path Identifier– VCI – Virtual Channel Identifier

– Células atribuídas (assigned) da camada ATM podem ser de vários tipos, sendo identificadas por combinações específicas de valores de VPI/VCI e PT

• Células com dados de utilizador• Células de sinalização• Células OAM da camada ATM• Células de Gestão de Recursos

Cabeçalho das células ATM (UNI e NNI)

CLP Cell Loss Priority HEC Header Error ControlGFC Generic Flow Control VPI Virtual Path IdentifierPT Payload Type VCI Virtual Channel Identifier

8 7 6 5 4 3 2 1 Octet GFC VPI 1 VPI VCI 2

VCI 3 VCI PT CLP 4

HEC 5

UNI

8 7 6 5 4 3 2 1 Octet VPI 1

VPI VCI 2 VCI 3

VCI PT CLP 4 HEC 5

NNI

Payload TypeBits4 3 2

0 0 0 User data cell, congestion not experienced. ATM user-to-ATM-user indication = 0

0 0 1 User data cell, congestion not experienced. ATM-user-to-ATM-user indication = 1

0 1 0 User data cell, congestion experienced. ATM-user-to-ATM-user indication = 0

0 1 1 User data cell, congestion experienced. ATM-user-to-ATM-user indication = 1

1 0 0 OAM F5 segment associated cell

1 0 1 OAM F5 end-to-end associated cell

1 1 0 Resource management cell

1 1 1 Reserved for future VC functions

Camada AAL – ATM Adaptation Layer• A camada AAL acrescenta funcionalidade aos serviços fornecidos pela

camada ATM, de forma a satisfazer diferentes requisitos das camadas superiores

• A diversidade de aplicações e respectivos requisitos requer diferentes protocolos AAL, que são realizados extremo-a-extremo, em hosts ATM ou em elementos de rede – bridges e routers – que usam ATM para comunicar entre si (e.g., IP sobre ATM e emulação de LANs em ATM)

• A camada AAL é dividida em duas sub-camadas– CS – Convergence Sublayer– SAR – Segmentation and Reassembly Sublayer

Exemplo de Funções da Camada AAL

• Empacotamento / Desempacotamento (e.g., amostras de voz, áudio, vídeo)

• Fragmentação / Reassemblagem – SAR (e.g., pacotes de dados)

• Multiplexagem /Desmultiplexagem de fluxos AAL sobre uma conexão ATM

• Recuperação de erros extremo-a-extremo

• Extracção de relógio de serviço (e.g., emulação de circuitos)

• Eliminação do jitter do atraso (e.g., serviços de tempo real que requerem preservação da relação temporal entre fonte e destino)

AAL – Classes de Serviço• O ITU-T propôs um modelo de classificação de serviços, baseado num

grupo restrito de classes, com o objectivo de identificar protocolos AAL capazes de suportar os requisitos funcionais de cada classe

• A classificação baseou-se em três parâmetros– Relação temporal entre fonte e destino, com dois valores possíveis:

Requerida / Não requerida• a manutenção da relação temporal entre fonte e destino é um requisito dos

serviços de tempo real (transparência temporal)

– Débito, com valores possíveis: constante / variável– Modo de conexão, com valores possíveis: orientado à conexão

(connection oriented) / sem conexão (connectionless)• o modo connectionless está normalmente associado a serviços de dados que

não requerem a reserva de recursos na rede e que, por isso, dispensam o estabelecimento de conexões

• este parâmetro acabou por revelar-se de interesse discutível do ponto de vista da especificação de protocolos AAL

AAL – Classes de Serviço• Da combinação de valores dos três parâmetros seria possível definir oito

classes, mas– serviços de tempo real são tipicamente orientados à conexão– serviços de dados sem requisitos de tempo real são tipicamente de débito

variável• Foram definidas quatro classes correspondentes às combinações mais

usuais dos valores dos parâmetros

Sem conexãoOrientado à conexão

Orientado à conexão

Orientado à conexão

Modo de conexão

VariávelVariávelVariávelConstante Débito

Não requeridaNão requeridaRequeridaRequeridaRelação temporal

Classe DClasse CClasse BClasse AParâmetro

Classes de Serviço e Protocolos AAL • Considerou-se inicialmente a necessidade de especificar um tipo de

protocolo por cada classe– pode ser necessário especificar mais do que um protocolo por classe – pode fazer sentido usar o mesmo protocolo em mais do que uma classe

• Previram-se protocolos AAL1, AAL2, AAL3 e AAL4 correspondentes às classes A, B, C e D

– inicialmente foram especificados protocolos AAL1, AAL3 e AAL4 e só recentemente o protocolo AAL2

– os protocolos AAL3 e AAL4 acabaram por ser fundidos num único que passou a ser designado por AAL3/4, para uso das classes C e D

– a complexidade do AAL3/4 justificou a especificação dum protocolo mais simples, designado por AAL5, inicialmente previsto como alternativa a AAL3/4, mas que acabou por ter um âmbito de aplicação mais geral

Protocolos AAL• AAL1 – o protocolo AAL1 é usado por serviços de classe A que requerem

extracção do relógio de serviço na camada AAL (por exemplo, emulação de circuitos)

• AAL2 – o protocolo AAL2 é usado por alguns serviços de classe B que geram tráfego de baixo débito constituído por pacotes de pequeno comprimento e que beneficiam da multiplexagem de conexões AAL sobre uma conexão ATM

• AAL3/4 – o protocolo AAL3/4 é usado por serviços de dados (classes C e D); permite multiplexar fluxos de pacotes numa conexão ATM, intercalando fragmentos de pacotes diferentes (multiplexagem ao nível de célula)

• AAL5 – o protocolo AAL5 é usado por serviços de dados (classes C e D), de preferência a AAL3/4, e pode também ser usado por serviços de tempo real (classes A e B) que não requeiram extracção do relógio de serviço na camada AAL; é mais simples e eficiente do que AAL3/4, mas não permite intercalar fragmentos de diferentes pacotes na mesma conexão ATM (a multiplexagem é realizada ao nível de tramas AAL5 e não ao nível de célula)

Categorias de Serviço• O conceito de Categorias de Serviço foi introduzido com o objectivo

de relacionar características de tráfego e requisitos de Qualidade de Serviço com o comportamento da rede, que é determinado pelos respectivos mecanismos de controlo de tráfego e pelas estratégias de reserva e atribuição de recursos

• As Categorias de Serviço não devem ser confundidas nem com as Classes de Serviço nem com os protocolos AAL

– As Categorias de Serviço representam características de serviçosoferecidos pela rede, em função da forma como os recursos são atribuídos às conexões

– As Classes de Serviço e os protocolos AAL estão relacionados com as funções realizadas extremo-a-extremo (entre end-systems ATM) com o objectivo de satisfazer requisitos funcionais de serviços

– A realização de determinadas funções na camada AAL (por exemplo a recuperação do sinal de relógio do serviço ou a compensação do delay jitter) pode, no entanto, requerer a negociação com a rede de uma Categoria de Serviço apropriada

AAL1 - Funções• Serviços disponibilizados pelo AAL1

– Transferência de unidades de dados de serviço com um débito constante e entrega com o mesmo débito

– Transferência de informação de temporização entre fonte e destinatário– Transferência de informação de estrutura entre fonte e destinatário– Indicação de informação errada ou perdida

• Funções do AAL1– Segmentação e reassemblagem de informação do utilizador– Empacotamento e desempacotamento de informação do utilizador

(constituição de blocos de 47 octetos a partir do AAL-SDU)– Tratamento da variação do atraso de células (cell delay variation) e do

atraso de empacotamento de células– Tratamento de células perdidas ou mal inseridas – Recuperação no receptor da frequência de relógio da fonte– Recuperação no receptor da estrutura de dados da fonte

• A complexidade e overhead do AAL3/4 justificaram a especificação dum protocolo mais simples e mais eficiente (AAL5), embora sacrificando algumas funções

– não existe detecção de erros nos SAR-PDUs mas apenas no CS-PDU– não existe a possibilidade de multiplexar fragmentos de diferentes pacotes na

mesma conexão ATM (isto é, só é possível a multiplexagem a nível de tramas AAL5 numa conexão ATM)

• O único overhead consiste na adição dum trailer ao pacote (CS-SDU) submetido ao AAL5 e um eventual padding para garantir que a trama AAL5 (CS-PDU) tem um comprimento múltiplo de 48 octetos

– não existe qualquer overhead nos SAR-PDUs

• A delineação dum CS-PDU é realizada com recurso ao bit 2 do campo PT (Payload Type)no cabeçalho das células ATM

– este bit assume o valor 1 na célula que contém o último SAR-PDU de uma trama AAL5

AAL5 - Funções

AAL5 - operação

AAL 5

ATM

Camadas superiores

Payload

Header

Trailer

CS-SDU

CS-PDU

SAR-SDU

� �

SAR-PDU

CSConvergence

Sublayer

SARSegmentation and

ReassemblySublayer

AAL-SDU

AAL-PDU

dados do serviço de utilizador

48 octetos

n × 48 octetos

1 - 65 535 octetos

n × 48 octetos

célula ATM 53 octetos

AAL5 – CS-PDU

O campo de controlo (Ctrl) divide-se em• UUI – User-to-User Information (um octeto)

• CPI – Common Part Indicator (um octeto), para interpretação dos restantes campos do trailer

PAD0 - 47 octetos

T8 octetos

payload1 - 65 535 octetos

CRC4 octetos

PAD Padding

Ctrl Control funções de controloLI Length Indicator comprimento do campo de carga, excluindo PADCRC Cyclic Redundancy Check protege os campos restantes

T Trailer

preenchimento variável, de modo que o total de octetos de CS-PDU seja múltiplo de 48

trailerCS-PDU

LI2 octetos

Ctrl2 octetos

CS-PDU (n × 48 octetos)

Qualidade de Serviço em Redes ATM

Qualidade de Serviço - conceito e objectivos

– Uma rede de pacotes suporta Qualidade de Serviço (QoS -Quality of Service) quando dispõe de um conjunto de mecanismos que lhe permitem satisfazer diferentes requisitos de tráfego e de serviço de elementos de rede (e.g., um host, um router ou uma aplicação)

– A provisão de QoS requer a cooperação de todas as camadas protocolares e de todos os elementos de rede extremo a extremo

– Os requisitos de QoS de utilizadores e aplicações devem ser mapeados em valores de atributos de serviços de rede

– Os atributos de um serviço de rede são descritos por um conjunto de parâmetros de desempenho (ou parâmetros de QoS), que devem ser observáveis, mensuráveis e controláveis

– A rede compromete-se assim a cumprir contratos negociados com base em parâmetros de QoS e de tráfego que estabelecem níveis de garantia de QoS diferenciados por tipo de serviço

QoS em Redes ATM– O ATM Forum especificou uma arquitectura de serviços orientada para

o suporte de QoS diferenciada por conexão

– Essa arquitectura está descrita no documento ATM Forum TrafficManagement (AF-TM-0121.000) e inclui os seguintes elementos:

• Parâmetros de QoS

• Parâmetros de Tráfego

• Categorias de Serviço

• Funções de Gestão de Tráfego (Traffic Management)

Parâmetros de Qualidade de Serviço

– Cell Loss Ratio (CLR)• Definido para cada conexão pela relação

Nº de células perdidas / Nº total de células transmitidas

– Maximum Cell Transfer Delay (maxCTD)• O valor especificado por conexão é o percentil (1 - αααα) de CTD, isto é

p (CTD > maxCTD) < αααα• Para serviços de tempo real, células cujo atraso exceda um certo limite são

consideradas como perdidas (inúteis)• O valor de CLR é usado para especificar um limite superior do valor de αααα

– Peak-to-peak Cell Delay Variation (peak-to-peak CDV)• Habitualmente designado por Delay Jitter• É a diferença entre o maxCTD e o valor das componentes fixas do atraso

(que determinam o atraso mínimo)

Atraso em serviços de tempo real

Peak-peak CDV

1 - α

Probability Density

Cell Transfer Delay

Fixed Delay

maxCTD

α

Cells Delivered Late or lost

Caracterização do tráfego - objectivos

– A caracterização do tráfego gerado por uma fonte, recorrendo a um conjunto limitado de parâmetros de tráfego, é um elemento essencial no contexto do contrato estabelecido com a rede

– Em primeiro lugar, a descrição do tráfego permite à rede decidir se pode ou não aceitar uma conexão, com base na previsão de quais os recursos necessários (e respectiva disponibilidade) para satisfazer os requisitos de QoS

– Caso a conexão seja aceite, permite à rede• reservar os recursos necessários e adoptar estratégias de atribuição

adequadas• monitorar o tráfego submetido pela fonte (policiamento), de forma a

verificar a sua conformidade com os valores declarados– A descrição do tráfego constitui igualmente uma referência para a

fonte, que deverá formatá-lo de modo que esteja em conformidade com o declarado, aumentando assim a probabilidade de que a rede cumpra o contrato negociado

Parâmetros de Tráfego

– Peak Cell Rate - PCR

– Cell Delay Variation Tolerance - CDVT

– Sustainable Cell Rate - SCR

– Maximum Burst Size - MBS

– Minimum Cell Rate - MCR

– Maximum Frame Size - MFS

Parâmetros de Tráfego - PCR

– Informalmente corresponde ao débito máximo instantâneo duma conexão

– É definido como o inverso do intervalo mínimo T entre células sucessivas duma conexão (PCR = 1 / T)

– Valores inferiores a T podem ser observados na ligação física, devido a:• Multiplexagem de fluxos no equipamento terminal ou na rede local de acesso,

responsável pela introdução de jitter (CDV), ou seja, pela alteração da relação temporal entre células

• Valores de PCR não serem obrigatoriamente submúltiplos do débito máximo possível na ligação física

– Por estas razões o intervalo nominal T deve ser definido na interface com a camada física (PHY-SAP), com base no conceito de Terminal Equivalente

– Para verificação de conformidade por parte da rede, deve ser associado ao valor de PCR uma tolerância (CDVT), que na UNI deve ser contabilizada em relação aos instantes de emissão nominal das células pelo Terminal Equivalente

Parâmetros de Tráfego - CDVT

– CDVT é a tolerância concedida a uma célula, se observada antes do instante esperado de chegada (Theoretical Arrival Time - TAT)

– Seja ta(i) a sequência de instantes de chegada de células (observada num ponto) e seja T o intervalo de tempo nominal entre células

– Com a chegada da primeira célula a variável TAT é inicializada com o valor ta(1) e de seguida actualizada com o valor ta(1) + T, correspondente ao instante nominal de chegada da próxima célula;com a chegada de células subsequentes, é verificada a conformidade em relação a CDVT e o valor da variável TAT é actualizado:

• Se ta(k) for superior ao valor de TAT (célula atrasada), a célula é conforme e TAT é actualizado com o valor ta(k) + T

• Se ta(k) for inferior ao valor de TAT mas superior a TAT - CDVT, a célula é conforme (dentro da tolerância) e TAT é incrementado com o valor T

• Se ta(k) for inferior a TAT - CDVT, a célula é não conforme (pois está fora da tolerância) e o valor de TAT não é alterado

Parâmetros de Tráfego - SCR, MBS, BT– Sustainable Cell Rate (SCR)

• É definido como o limite superior do débito médio de uma conexão– Maximum Burst Size (MBS)

• Um terminal é autorizado a transmitir instantaneamente com um débito que não pode exceder PCR (ressalvado o CDVT)

• Para garantir que o débito médio na conexão não excede SCR, é necessário limitar os períodos em que a transmissão se realiza com débito igual a PCR

• MBS especifica o número máximo de células (burst) que é possível transmitir com um débito igual a PCR

• De forma a verificar a conformidade de um fluxo de células relativamente aos três parâmetros (PCR, SCR, MBS), com base no algoritmo GCRA, é habitual definir-se um outro parâmetro - Burst Tolerance (BT)

– Burst Tolerance (BT)• BT representa a máxima antecipação possível de uma célula de um burst,

relativamente ao seu instante nominal de emissão se a transmissão se realizasse com um débito igual a SCR

• A conformidade de células em relação a (SCR, BT) é igualmente referida a um Terminal Equivalente

Parâmetros de Tráfego - MCR, MFS

– Minimum Cell Rate (MCR)• Este parâmetro foi inicialmente definido no âmbito da categoria de

serviço ABR, mas é igualmente especificado na categoria de serviço GFR

• Nestas categorias de serviço o MCR corresponde ao débito mínimo requerido por uma conexão e que deve ser garantido pela rede, sem prejuízo de poder ser disponibilizado um valor superior (até um valor máximo igual a PCR)

• O MCR pode ser especificado com valor zero

– Maximum Frame Size (MFS)• Este parâmetro foi definido no âmbito da categoria de serviço GFR• Nesta categoria de serviço o MFS é o tamanho máximo das tramas

AAL5 especificado por conexão

Categorias de Serviço– O ATM Forum definiu um conjunto de categorias de serviço com o

objectivo de relacionar características de tráfego e requisitos de QoS com o comportamento da rede, que é determinado pelos respectivosmecanismos de controlo de tráfego e pelas estratégias de reserva e atribuição de recursos

– Nesta classificação teve-se em conta:• natureza do tráfego (débito constante ou variável, grau de burstiness)• compromisso entre eficiência (multiplexagem estatística) e garantias de

QoS• requisitos de tempo real / tolerância a atrasos• grau de interactividade• tolerância a perdas• prioridades• utilização de largura de banda disponível (não atribuída ou atribuída mas

não utilizada)• equidade (fairness)

Requisitos de Aplicações– Aplicações de dados tolerantes a atrasos (elásticas) usam tipicamente serviços

best effort, sendo a fiabilidade, se necessário, assegurada por protocolos extremo a extremo; contudo, algumas aplicações de dados sem requisitos de tempo real podem beneficiar de garantias oferecidas pela rede

– Aplicações críticas de tempo real (hard real time) requerem garantias absolutas e rígidas por parte da rede no que se refere a atrasos e perdas

– Aplicações de tempo real adaptativas (adaptive real time) admitem alguma tolerância relativamente a atrasos e perdas, podendo ser concebidas para se adaptarem a variações do atraso ou do débito na rede

• No caso de adaptação ao atraso (delay adaptive), o débito da fonte é independente do estado da rede; as aplicações são tolerantes a algumas perdas (devido a descarte ou atrasos ocasionais superiores ao limite aceitável), mas requerem uma largura de banda crítica, abaixo da qual a degradação de qualidade é perceptível

• No caso de adaptação ao débito (rate adaptive), a fonte adapta o seu débito ao estado da rede, pelo que a qualidade não depende do atraso (que se mantém baixo) mas da partilha efectiva de largura de banda; o processo de codificação pode ser baseado em níveis de precedência (codificação em camadas) ou pode ser alterado com base em feedback da rede

Categorias de Serviço– Em resultado da análise dos aspectos referidos e da sua relação

com requisitos típicos de várias classes de aplicações, o ATM Forum definiu 6 categorias de serviço, caracterizadas por um número reduzido de parâmetros de tráfego e de QoS

• Constant Bit Rate - CBR• real time Variable Bit Rate - rt-VBR• non real time Variable Bit Rate - nrt-VBR• Unspecified Bit Rate - UBR• Available Bit Rate - ABR• Guaranteed Frame Rate - GFR

– As categorias de serviço não devem ser confundidas nem com as Classes de Serviço (A, B, C, D) nem com os tipos de protocolo AAL

• As categorias de serviço representam características de serviçosoferecidos pela rede, em função da forma como os recursos são atribuídos às conexões; por exemplo, um serviço CBR pode ser negociado por aplicações que geram tráfego com débito constante ou variável e que, conforme os casos, podem usar AAL1 ou AAL5

Categorias de Serviço

ATM Layer Service Category

Attribute CBR rt-VBR nrt-VBR UBR ABR GFR

Traffic Parameters:

PCR, CDVT Specified Specified Specified Specified

SCR, MBS n/a Specified n/a

MCR n/a Specified n/a

MCR, MBS, MFS, CDVT n/a Specified

QoS Parameters:

Peak-to-peak CDV Specified Unspecified

MaxCTD Specified Unspecified

CLR Specified Unspecified

Other Attributes:

Feedback Unspecified Specified Unspecified

Serviço CBR

– O serviço CBR é usado por conexões que requerem um valor fixo dalargura de banda (caracterizado pelo PCR), permanentemente disponível durante o tempo da conexão

• Este serviço emula o comportamento de um circuito com capacidade fixa• A rede oferece garantias estritas quanto ao débito e à variação do atraso (jitter)

– A fonte pode, em qualquer momento, emitir células com um débito máximo igual a PCR, mas pode eventualmente emitir com um débito inferior, isto é, a fonte não é necessariamente CBR

• Uma vez que a rede reserva recursos de forma a garantir que a largura de banda negociada (PCR) está sempre disponível, recursos não utilizados são desperdiçados (não podem ser reutilizados por outras categorias de serviço)

– A categoria CBR é usada por aplicações de tempo real que exigem controlo apertado do atraso e da variação do atraso (jitter) - áudio e vídeo (interactivo, distribuição, retrieval) e emulação de circuitos

• serviços compatíveis com a rede telefónica / RDIS, que requerem emulação de circuitos, deverão usar AAL1

• serviços multimédia usarão tipicamente AAL5

Serviço rt-VBR– O serviço rt-VBR é adequado para aplicações com requisitos de tempo

real, isto é, que exigem um controlo apertado do atraso e variação do atraso, e cujo tráfego é inerentemente de débito variável

– A rede pode explorar multiplexagem estatística, dada a natureza bursty do tráfego; o ganho estatístico é condicionado pelos valores dos parâmetros de tráfego (PCR, SCR, MBS), pelo nível de QoS negociado e pelo número de fontes multiplexadas; recursos não utilizados podem ser reutilizados (ao contrário de CBR)

• a rede reserva tipicamente recursos de forma estatística, especificando um valor de largura de banda efectiva no intervalo ]SCR, PCR[; esta variante designa-se por statistical multiplexing VBR (true VBR)

• a rede pode reservar recursos com base no valor PCR (peak VBR), o que equivale a especificar SCR = PCR; esta alternativa é semelhante a CBR mas tem a vantagem de permitir reutilização de recursos não utilizados

– Entre as aplicações que podem beneficiar da categoria rt-VBR incluem-se a voz (com compressão e supressão de silêncio) e aplicações multimédia interactivas (áudio e vídeo comprimidos) e dum modo geral as mesmas aplicações que usam CBR, mas que geram tráfego com débito variável e que toleram ou podem recuperar de um CLR pequeno (mas não nulo)

Serviço nrt-VBR

– O serviço nrt-VBR é adequado para aplicações que não têm requisitos de tempo real e que geram tráfego burstycaracterizado em termos de PCR, SCR e MBS

– O serviço nrt-VBR não oferece garantias relativamente ao atraso máximo e ao jitter, mas em contrapartida garante um débito médio (SCR) e permite transmissão de bursts com débito máximo igual a PCR

– Este serviço suporta naturalmente multiplexagem estatística de conexões e permite reutilização de largura de banda não utilizada

– O serviço nrt-VBR pode ser usado por aplicações transaccionais que requerem tempos de resposta críticos, em interligação de LANs e em cenários de interfuncionamento com Frame Relay

Serviço UBR

– O serviço UBR corresponde ao serviço tradicional best effort, usado por aplicações de dados sem requisitos de tempo real

– No serviço UBR não são especificadas quaisquer garantias de serviço relacionadas com o tráfego gerado pela aplicações

• não existe o conceito de negociação de largura de banda por conexão• a rede não se compromete em relação a valores de CLR numa conexão

UBR, nem relativamente ao atraso sofrido pelas células da conexão– Os serviços UBR usam a largura de banda disponível, que pode ser

atribuída, em qualquer altura, a serviços com garantias– O serviço UBR é usado por aplicações de comunicação de dados

tradicionais (transferência de ficheiros, correio electrónico)• tráfego TCP/IP é um candidato natural à utilização da categoria de

serviço UBR, uma vez que eventuais perdas são recuperadas ao nível TCP

• a perda de uma única célula determina a perda do pacote a que pertence, o que motivou a concepção de mecanismos inteligentes de descarte de células UBR ou, em alternativa, a utilização da categoria de serviço ABR

Serviço ABR– O serviço ABR baseia-se num mecanismo de controlo de fluxo, que

permite às fontes adaptarem dinamicamente o seu débito com base em informação de controlo enviada pela rede e dependente do estado desta

– A informação de controlo pode consistir na indicação de um débito explícito, em indicadores do estado de congestionamento da rede ou em ambos

– Conforme a indicação recebida, uma fonte pode manter o débito, aumentá-lo progressivamente ou diminuí-lo de forma abrupta

– O mecanismo baseia-se no envio regular pelas fontes de células especiais (RM - Resource Management), que indicam o débito actual e o débito máximo pretendido; estas células são processadas pelos comutadores no percurso e o valor do débito autorizado é comunicado por células RM em sentido oposto (esse valor é condicionado pelaligação mais congestionada no percurso)

Serviço ABR– Por cada conexão ABR é possível especificar um débito mínimo

garantido (MCR), assim como um débito máximo alvo (PCR)– Se uma fonte adaptar o seu débito de acordo com o feedback recebido

da rede, em princípio estará sujeita a uma taxa de perda de células (CLR) muito inferior ao que ocorreria no serviço UBR

• no caso de se usar este serviço para suportar tráfego TCP/IP, evitam-se as avalanches de retransmissões de pacotes que tenderiam a ocorrer se fosse usado o serviço UBR, com a consequente melhoria de desempenho

– O serviço ABR tende a distribuir a largura de banda disponível de forma equitativa entre as conexões (fairness), o que é igualmente favorável no caso de tráfego TCP/IP

– O serviço ABR é adequado para interligação de LANs (em especial em ambientes TCP/IP) e Emulação de LANs (LAN Emulation) e dum modo geral como alternativa a UBR se as aplicações conseguirem tirar partido do protocolo de controlo de fluxo para reduzir significativamente o CLR

Serviço GFR– O serviço GFR é usado por aplicações sem requisitos de tempo

real, que requerem um débito mínimo garantido e que podem beneficiar de largura de banda adicional, disponível dinamicamente

– Este serviço não exige qualquer protocolo de controlo de fluxo

– A informação é enviada em tramas AAL5 e durante situações de congestionamento a rede tenta descartar tramas AAL5 completas

– Uma conexão GFR é especificada com os parâmetros PCR, MCR, MBS e MFS e a rede apenas garante transferência de células em tramas completas se o débito não exceder MCR

– Aplicações típicas deste serviço são interfuncionamento com Frame Relay e, em alternativa a UBR, aplicações em que os dados podem ser organizados em tramas delineadas na camada AAL (e.g., AAL5)

Mecanismos de Controlo de Tráfego - necessidade

– Numa rede ATM é possível, mediante negociação, disponibilizar QoS diferenciada por conexão

– O comportamento da rede é determinado por um conjunto de mecanismos de controlo, que têm por objectivo:

• proteger a rede e os end-systems de possível congestionamento, de modo a atingir os objectivos de desempenho e cumprir os contratos negociados

• utilizar os recursos da rede de forma eficiente, explorando multiplexagem estatística condicionada aos objectivos de desempenho

– As possíveis causas de congestionamento exigem medidas diversas• Se o congestionamento for temporário pode resolver-se com a rejeição de

novas conexões e/ou terminação selectiva de conexões, enquanto que se for persistente requer medidas de planeamento (redimensionamento de recursos)

• O congestionamento em algumas zonas da rede (e sub-utilização de recursos noutras) resulta de uma distribuição de tráfego não óptima; neste caso são necessários mecanismos de Engenharia de Tráfego que permitam organizar os fluxos de tráfego na rede com o objectivo de utilizar recursos de forma eficiente, evitar congestionamento e garantir a QoS negociada pelas conexões

Funções de Controlo de Tráfego– O ATM Forum identificou um conjunto de funções genéricas de

Controlo (Gestão) de Tráfego, que deverão ser suportadas em diferentes elementos de rede - equipamento terminal, nós de acesso e nós internos da rede

• Connection Admission Control - CAC

• Feedback Control

• Usage Parameter Control - UPC

• Cell Loss Priority Control

• Traffic Shaping

• Network Resource Management

• Frame Discard

Connection Admission Control– Inclui as acções executadas pela rede na sequência do pedido de

estabelecimento de uma nova conexão e que levam a um processo de decisão que consiste na aceitação ou rejeição do pedido

– O estabelecimento de uma conexão pressupõe a negociação de um contrato entre o utilizador e a rede, baseado em parâmetros de tráfego e de QoS que constituem os elementos do contrato

– A rede decide se pode ou não aceitar uma nova conexão (cumprir o contrato), tendo em atenção os requisitos de QoS, as características do tráfego e os recursos disponíveis (estado actual da rede)

– Uma conexão só será aceite se, face aos recursos disponíveis, for previsível que é possível cumprir o contrato, sem comprometer (degradar) os contratos estabelecidos, isto é, a QoS das conexões em curso deverá manter-se dentro dos limites negociados

Feedback Control e Cell Loss Priority Control

– Feedback Control consiste em acções combinadas realizadas pela rede e pelos end-systems com o objectivo de regular o tráfego gerado por estes, com base no estado da rede (comunicado explícita ou implicitamente)

• De momento encontra-se especificado um mecanismo, adoptado na categoria de serviço ABR e que permite a partilha da largura de banda disponível de forma adaptativa

– O mecanismo de Cell Loss Priority Control baseia-se na utilização do bit CLP presente no cabeçalho das células ATM

• O valor CLP = 1 indica uma célula com um nível de prioridade mais baixo (em relação a células com CLP = 0)

• A rede pode adoptar mecanismos que tratem o bit CLP para efeitosde descarte (descarte prioritário de células com CLP = 1) ou, pelo contrário, pode tratar o bit CLP de forma transparente

Network Resource Management e Frame Discard

– As funções de Network Resource Management baseiam-se na separação lógica de conexões, característica da arquitectura ATM, o que permite atribuir recursos às conexões de forma diferenciada

• É possível usar técnicas de escalonamento baseadas em prioridades e/ou distribuição de largura de banda de acordo com múltiplos critérios

• É possível atribuir recursos a Trajectos Virtuais (Virtual Paths)

– Em caso de congestionamento a rede tem necessidade de descartar células. Será preferível que descarte células de uma mesma trama (FrameDiscard) e não células isoladas de múltiplas tramas (uma vez que a aplicação descartará todas as células de qualquer trama incompleta, torna-se inútil o transporte pela rede de células de uma trama após ocorrer o descarte de uma célula dessa trama)

• Sempre que possível deverá ser descartada uma trama completa (Early Packet Discard - EPD), que pode ser seleccionada de forma aleatória (Random Early Discard - RED)

• Se for descartada uma célula intermédia de uma trama, então deverão ser descartadas as células subsequentes da trama (Partial Packet Discard - PPD)

Usage Parameter Control e Traffic Shaping

– O mecanismo UPC consiste na monitoração pela rede do tráfego que lhe é submetido com o objectivo de verificar a respectiva conformidade com os valores declarados (policiamento)

• A rede pretende garantir que os contratos são respeitados, protegendo-se de usos indevidos ou mal intencionados, e evitando que sejam penalizados os utilizadores que cumprem os respectivos contratos

• A rede pode impor que o tráfego aceite esteja de acordo com o contrato, descartando células não conformes ou introduzindo um atraso adicional (shaping)

– O mecanismo de Traffic Shaping consiste na alteração controlada das características temporais do tráfego de uma conexão (e.g., espaçamento entre células, tamanho dos bursts) de forma a garantir a respectiva conformidade com os valores declarados

• É tipicamente (mas não exclusivamente) realizado nos end-systems com o objectivo de garantir que o tráfego gerado está de acordo com o declarado e que portanto será aceite pela rede, depois de policiado

– UPC e Traffic Shaping são normalmente baseados em mecanismos do tipo Leaky Bucket e Token Bucket, de que é exemplo o GCRA

Leaky Bucket

– O mecanismo Leaky Bucket tem como objectivo transformar tráfego bursty num fluxo em que o débito máximo instantâneo é controlado (r - leak rate); realiza deste modo shaping isócrono

– O LB aceita bursts na entrada, mas impede que ocorram na saída; para o efeito o LB inclui um buffer de tamanho B, que limita o tamanho máximo dos bursts admitidos

– Bursts submetidos ao LB com um débito superior a r resultam num fluxo periódico com débito r na saída (período T = 1 / r)

• Enquanto o buffer tiver células, estas são espaçadas de 1 / r• Quando o buffer estiver cheio, novas células são descartadas• O número máximo de células que podem ser aceites sem perdas

num burst submetido com débito R > r é Nmax = R B / (R – r)

– O LB pode ser usado para controlar o PCR numa conexão ATM

Leaky Bucket

B

r

Dados

Token Bucket– O mecanismo Token Bucket tem como objectivo controlar o débito médio

de tráfego bursty, permitindo a transmissão de bursts com um débito instantâneo superior ao médio, mas limitando a sua duração; o TBpermite burstiness, mas limita-a

– O TB baseia-se num contentor de tokens com capacidade para b tokens, que são gerados com um ritmo r igual ao débito médio a controlar; a transmissão de uma célula só é possível depois de retirado um token do contentor (o TB é de facto um contador)

• Quando o TB estiver vazio, a transmissão de células é interrompida• Quando o TB estiver cheio a geração de tokens é suspensa• A existência de vários tokens disponíveis permite a transmissão de um burst

de células com débito instantâneo superior a r• Considerando um burst de células transmitidas com débito R > r, o tamanho

máximo possível do burst (MBS) e a sua tolerância (BT) são respectivamente MBS = b R / (R – r) > bBT = b / r

– O TB permite controlar (SCR, BT) numa conexão ATM, em conjunto com um LB que controla o PCR

Token Bucket

b

r

Tokens

Dados

Buffer(opcional)

Generic Cell Rate Algorithm - GCRA

– O GCRA pode ser descrito como um algoritmo do tipo continuous stateLeaky Bucket (em rigor Token Bucket) ou do tipo virtual scheduling

– É definido com dois parâmetros: I (Increment) e L (Limit), que não são necessariamente inteiros

– GCRA (I, L) pode ser descrito como um TB cujo conteúdo é decrementado continuamente de uma unidade por unidade de tempo de célula e incrementado de I unidades por cada célula conforme

• Se no momento da chegada de uma célula o conteúdo do TB for inferior ou igual a L, a célula é conforme; de contrário é não conforme

• A capacidade do TB é I + L (valor máximo possível do conteúdo)– Considerando como exemplo o controlo de (SCR, BT), o parâmetro I é

igual ao intervalo de tempo nominal entre células transmitidas com débitoSCR (I = Tss = 1 / SCR) e L igual a BT (L = BT), medidos em unidades de tempo de célula

Generic Cell Rate Algorithm - GCRAArrival of a cell k at time ta(k)

X' = 0

TAT = TAT + IConforming Cell

?

TAT < ta(k)

?

X' < 0?

?

X' = X - (ta(k) – LCT)

TAT = ta(k)

CONTINUOUS-STATELEAKY BUCKET ALGORITHM

VIRTUAL SCHEDULINGALGORITHM

Theoretical Arrival TimeTAT

Time of arrival of a cellta(k)

Value of the Leaky Bucket counterX

auxiliary variableX'

Last Conformance TimeLCT

At the time of arrival ta of the firstcell of the connection, TAT = ta(1)

At the time of arrival ta of the first cellof the connection, X = 0 and LCT = ta(1)

I IncrementL Limit

YES

NO

NO YES

NO

NO

YESNonConforming

Cell

NonConforming

Cell

X = X' + ILCT = ta(k)

Conforming Cell

TAT > ta(k) + L

X' > L

YES