ATM(Asynchronous Transfer Mode)

Mode de transfert asynchrone

Jean-Patrick GelasUniversité de Lyon

Sources

TODO...

Historique● Premières normes ATM : milieu des années 1980● Premier projet de recherche permettant de transporter des

données audio et vidéo (en temps réel), texte, courrier, images, fichiers,...

● Deux instances de normalisation : – Le forum ATM– l'Union Internationals des Télécomunications (ITU)

Introduction● Les normes ATM : mode de commutation par paquets reposant

sur des circuits virtuels (canaux virtuels).● Ces normes définissent la manière dont les applications

communiquent avec l'ATM.● Beaucoup d'investissement dans cette technologie

(commutateurs ATM capables de commuter des Tbits/s)● Ces dernières années ont vu la technologie ATM partir à la

conquête des réseaux téléphoniques et des réseaux fédérateurs Internet.

Introduction (suite)

● Malgré son succès relatif, la technologie ATM ne s'étend pas au domaine des ordinateurs de bureau.

● En 1990, alors qu'ATM est encore en plein développement (normalisation, composants physiques), l'Internet et TCP/IP déjà opérationnels avaient pris une avance considérable.– TCP/IP intégré dans la plupart des OS ;– des entreprises se sont déjà lancé dans le commerce

électronique sur Internet ;– les tarifs d'accès résidentiel à Internet ont déjà chuté ;– de nombreuses applications ont été développées pour les

réseaux TCP/IP (WWW, transfert de fichiers, vidéo, streaming interactif,...).

Introduction (suite)

● La plupart des applications actuelles sont uniquement compatibles avec TCP/IP.

● Cependant, l'extrême rapidité des commutateurs ATM les as rendus indispensables dans un grand nombre de réseaux fédérateurs Internet.

=> TCP/IP est donc parfois exploité sur l'ATM.● L'ATM est parfois considéré comme un grand réseau de couche

Liaison.

Principales caractéristiques de l'ATM● La norme ATM définit tout un ensemble de protocoles de communication

(couche application -> couche physique)

● Les différents modèle de services ATM sont :

– le CBR (Constant Bit Rate), – le VBR (Variable Bit Rate), – l'ABR (Available Bit Rate),– l'UBR (Unspecified Bite Rate).

● Taille fixe des paquets (53 octets), appellés cellules. 5 octets d'en-tête et 48 de données.

● Usage de canaux virtuels (virtual channels).

● L'en-tête contient un champ pour le numéro de canal virtuel, appelé l'identifiant de canal virtuel (VCI).

Service réseau ATM à débit constant(CBR, Constant Bit Rate)

● Premier modèle de service ATM normalisé.

● Objectif : Faire en sorte que la connexion réseau se comporte comme une connexion dédiée entre l'expéditeur et le destinataire.

● Les cellules traversent le réseau avec :

– un temps de réponse de bout-en-bout non garanti ;– une variation de la jigue ;– une proportion de paquets perdus.

Ces valeurs doivent demeurer en-deça d'un certain seuil défini entre l'expéditeur et le réseau ATM au moment de l'établissement de la connexion CBR.

Service réseau ATM à débit disponible(ABR, Available Bit Rate)

● Le service ABR est un service « légèrement mieux » qu'au mieux...● Service susceptible de perdre des cellules, mais

– les cellules sont délivrées dans l'ordre exact dans lesquelles elles ont été envoyées

– un débit minimal est assure (MCR, Minimum Cell transmission Rate).

– si le réseau dispose de ressources suffisantes, l'expéditeur peut bénéficier d'un débit supérieur.

● Le service ABR peut fournir des informations en retour a l'expéditeur (indication de congestion ou demande de réduction du taux d'envoi).

Principales caractéristiques de l'ATM (suite)

● L'ATM n'effectue pas de retransmission liaison par liaison. Si un commutateur détecte une erreur dans l'en-tête d'une cellule ATM, il tente de la corriger (code de corrections d'erreurs). Si ce n'est pas possible il supprime la cellule.

● L'ATM assure le contrôle de congestion uniquement dans la catégorie de service ABR (Available Bit Rate) (contrôle de congestion assisté par le réseau).

● L'ATM est compatible avec n'importe quel type de couche physique, mais il est souvent utilisé avec les fibres optiques répondant aux normes SONET/SDH.

Cellule ATM● La cellule ATM comporte un en-tête de 5 octets (les 48 octets restants constitue

la charge utile de la cellule).

● L'en-tête est constituée des champs suivants :

– Un identifiant de canal virtuel (VCI).– Un type de charge utile (PT, Payload Type) (ex: message de maintenance,

cellule sans données (pour la synchronisation)).– Un bit de priorité de perte de cellule (CLP). Peut-être activé par la source.– Un octet de contrôle d'erreur d'en-tête (HEC). Bits de détection et correction

d'erreurs servant de protection à l'en-tête de la cellule.

VCI PT CLP HEC

40 bits

Pile de protocoles ATM● La pile de protocole ATM est constitué de 3

couches :

– La couche Physique ATM traite des questions de tension électrique, de synchronisation des bits et de mise en trame au niveau du support physique.

– La couche ATM est au centre de la norme ATM. Elle définit la structure des cellules.

– La couche d'adaptation ATM (AAL, ATM Adaptation Layer) joue plus ou moins le même rôle que la couche transport au sein de la pile de protocoles Internet. Il en existe plusieurs types, procurant différents type de services.

Couche d'adaptation ATM(AAL)

Couche ATM

Couche Physique ATM

Couche Physique ATM● La couche physique de l'ATM (constitué de 2 sous-couches) est chargée de

l'expédition des cellules ATM sur une liaison physique simple.

– Sous-couche TC (Transmission Convergence)– Sous-couche PMD (Physical Medium Dependent), dépendante du média

physique.

Couche Physique ATM: Sous-couche convergence de transmission (TC)

● Au niveau du pôle expéditeur, la sous-couche TC organise les cellules ATM selon la structure de trame imposée par la sous-couche PMD.

● Au niveau du pôle destinataire, elle est chargée d'extraire les cellules ATM de cette même structure et d'effectuer un contrôle d'erreurs sur l'en-tête (HEC, Header Error Control).

Couche Physique ATM:Sous-couche PMD

● Situé tout en bas de la pile du protocole ATM

● Dépendante du support physique utilisé par la liaison (fibre, cuivre,...)

● Responsable de :

– l'adaptation des trames à la transmission– l'insertion de cellules vides.– la délimitation des cellules.

● Il existe deux classes de sous-couche PMD

– celle dotées d'une d'une structure de trame de transmission (T1, T3, SONET/SDH)

– Et les autres...

Couche d'adaptation ATM (AAL)● Le but de la couche AAL est de permettre aux applications et protocoles existants d'être

exploités au-dessus d'ATM.

● Uniquement mise en oeuvre à la périphérie du réseau ATM.

● Analogue à la couche transport dans la pile de protocole de l'Internet.

● Elle dispose de ses propre champs d'en-tête (très petit).

● L'UIT et le forum ATM ont défini plusieurs normes de couches AAL.

– AAL1 : pour les services CBR et l'émulation de circuit

– AAL2 : pour les services VBR.

– AAL5 : pour la transmission de données (ex: datagrammes IP)

AAL

ATM

PHY

ATM

PHY

ATM

PHY

AAL

ATM

PHY

Système terminal Système terminal

Commutateur ATM Commutateur ATM

ATM

PHY

TCP/IP et ATM● Actuellement, ATM est principalement employé en

tant que technologie de couche liaison au niveau des plaques régionales localisées de l'Internet.

● Un certain type d'AAL, l'AAL5 a été développée pour permettre aux protocoles TCP/IP de communiquer avec l'ATM.

– IP -> ATM : l'AAL5 prépare des datagrammes IP au transport en mode ATM

– ATM -> IP : l 'AAL5 reconstitue les cellules ATM dans leur datagramme IP originaux.

● L'Internet considère ainsi l'ATM comme un protocole de couche Liaison.

Couche Applications(HTTP, FTP, SMTP,...)

Couche Transport (TCP, UDP)

Couche Réseau(IP)

AAL5

Couche ATM

Couche Physique ATM

AAL5 : Couche d'adaptation simple et efficace

● L'AAL5 est un type de couche AAL dont l'en-tête a été allégé et qui est utilisé pour le transport de datagrammes IP sur des réseaux ATM.

● Un datagramme peut aller de 1 à 65536 octets● L'assembleur/désassembleur de paquets fait en sorte que la taille totale (PDU-CPCS)

corresponde à un nombre multiple de 48.

● La couche SAR AAL5 scinde le PDU en segment de 48 octets.

● Un des bits du champs PT (Payload Type) est mis à 1 pour marquer la dernière cellule relative au PDU.

Canaux virtuels● Un expéditeur ne peux commencer à envoyer des cellules qu'une fois qu'un

canal virtuel (VC, Virtual Channel) a été établi avec le destinataire.

● Les canaux virtuel sont en tous points équivalent aux circuits virtuels.

● Chaque VC est constitué d'une suite de liaisons entre la source et la destination.

● Sur chaque liaison, le canal virtuel dispose d'un identifiant particulier (VCI).

● A chaque établissement ou rupture d'un VC, les tables de conversion doivent être misent à jour.

● Heureusement, les réseaux fédérateurs ATM de l'Internet ont souvent recours à des VC permanents.

Structure de la couche AAL● La couche AAL est constitué de deux sous couches :

– La sous-couche de segmentation et réassemblage (SAR, Segmentation And Reassembly)

– La sous-couche de convergence (CS, Convergence Sublayer)

IP sur ATM

● Ex: Un réseau fédérateur ATM doté de 4 points d'entrée/sortie pour le trafic internet.

● Chaque point d'E/S est un routeur.

IP sur ATM

● La plupart des réseaux fédérateurs ATM dispose d'un canal virtuel permanent entre chaque paire de points d'E/S.

● Inutile d'établir ou de rompre dynamiquement des canaux virtuels.● Remarque : Les VC permanents ne sont réalisable que lorsque le

nombre d'E/S est relativement faible (n(n-1) canaux pour relier n points d'E/S).

● Chaque interface de routeur connectée au réseau ATM est doté de deux adresses : une adresse IP et une adresse ATM (qui ressemble à une adresse LAN).

Envoi d'un datagramme IP au travers d'un réseau fédérateur ATM

● Pour les 4 routeurs, le réseau apparaît comme une liaison logique unique.

● On appelle routeur d'entrée le routeur par lequel le datagramme pénètre dans le réseau,

● et routeur de sortie le routeur par lequel il le quitte.

Envoi d'un datagramme IP au travers d'un réseau fédérateur ATM (suite)

● Le Routeur d'entrée effectue les opérations suivante :

– Examen de l'adresse de destination du datagramme

– Actualisation de la table de routage (table ARP) et détermination de l'adresse ATM du routeur de sortie.

– La couche IP remet ensuite le datagramme doté de l'adresse ATM du routeur de sortie à la couche Liaison.

● Une fois ces étapes achevées, le transfert du datagramme jusqu'au routeur de sortie n'est plus du ressort de la couche IP, mais sous la responsabilité de l'ATM.

– Détermination de l'identifiant du canal virtuel (VCI) conduisant à l'adresse de destination ATM.

– Segmentation du datagramme en cellule (coté expéditeur) et reconstitution coté destinataire (i.e routeur de sortie).

● Dans le cas de VC non permanent, un protocole de signalisation ATM est requis pour l'établissement et la rupture des VC en mode dynamique.

Conclusions● Norme complexe.

● N'a peut être pas eu le succès qu'il méritait.

● Aujourd'hui utilisé principalement comme protocole de couche Liaison.

– interconnexion de deux routeurs de couche Réseaux.– Dans une configuration IP sur ATM, deux routeurs IP adjacents peuvent être

reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un circuit virtuel traversant un réseau ATM.

– également utilisé par les modem ADSL.