LES RESEAUX ATM Asynchronous Transfert Mode Réalisé par : Présenté devant : ABDLHAKIM Abdelmoula EL MASTAOUI Jamal EZZOUIANE Anas MARSINE Omar TOUATI Anas.

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1 LES RESEAUX ATM Asynchronous Transfert Mode Réalisé par : Présenté devant : ABDLHAKIM Abdelmoula EL MASTAOUI Jamal EZZOUIANE Anas MARSINE Omar TOUATI Anas

2 Introduction L’objectifs et caractéristiques Architecture en couche Couche AAL Couche ATM Couche physique Conclusion PLAN :

3 Introduction 3 Au cours des années 70, la recherche de la performance a orienté les concepteurs de réseaux vers la réalisation de réseaux à commutation de paquets en mode orienté connexion avec le protocole X.25. Défini au départ comme protocole d’accès, X.25 a très vite évolué vers un protocole de cœur de réseau. Le besoin croissant de bande passante a conduit les opérateurs à rechercher des protocoles internes plus efficaces. À cet effet, les protocoles internes ont d’abord évolué vers le relais de trame (FR, Frame Relay), puis vers l’ATM (Asynchronous Transfer Mode).

4 Origine Le concept ATM est apparu en 1982 (CNET) pour répondre à 2 objectifs : Remplir au maximum les capacités des artères de commutation Transporter tout type de trafic (voix, données, multimédia) sur les supports physiques des opérateurs de réseaux publics à l ’échelle d ’un pays ou d ’un continent. Les 2 grands organismes de réglementation internationale sont : ITU-T : International Telecommunications Union (ex CCITT) ATMF : ATM Forum (regroupement de constructeurs) 4

5 Les défis à relever Flot de données « asynchrones » Flot de données « isochrones » (avec ou sans compression) Fichiers Son Réseau ATM Garantie du délai d ’acheminement (compatible avec le confort nécessaire aux applications interactives) Optimisation des performances de transport du réseau ATM (indépendance des informations véhiculées) Vidéo Mise en œuvre et respect d ’une qualité de service adapté 5

6 Objectifset caractéristiques Objectifs et caractéristiques Mode de transfert asynchrone. Technologie de niveau 2 (OSI) et architecture Internet (comme TCP/IP). Élaboré au début des années 80 par les équipes du CENT Lannion. Permet le transport de tous les types de trafic (voix, données, images) indépendamment du support physique. Fonctionner à très haut débits (Gigabits par seconde). Garantir une QoS à chaque utilisateur. Technique de commutation : la commutation de cellules. 6

7 Objectifset caractéristiques Objectifs et caractéristiques Cell Voice Data Video 7

8 Paquet ATM L’ATM fait usage de circuits virtuels qui sont appelé canaux virtuels. Utilisation du mode connecté pour transmettre les cellules ATM : une cellule n’est transmise que si un circuit virtuel entre l’émetteur et le récepteur a été ouvert. Les paquets ATM ont une taille fixe de 53 octets, on parle de cellules. Chaque cellule est composée de 5 octets d’en-tête et de 48 octets de données. 8

9 ATM Architecture en couche Flux d'information Support de transmission Adaptation des données à la structure de la cellule Adaptation des données à la structure de la cellule AAL Commutation et multiplexage des cellules Commutation et multiplexage des cellules ATM Adaptation des cellules au transport physique Adaptation des cellules au transport physique PHY 9

10 Les couches AAL associées aux classes de services Données source X25 Données source audio Données source vidéo Convergence vers un format unique (cellule ATM) Gestion (ou pas) de la contrainte de temps « Classes de services » Données source IP Un seul format de cellule ATM: Synchronisation entre source et récepteur DébitMode de connexion Exigée Non exigée Exigée Non exigée Constant Variable Connecté Non connecté A B C D UIT- T AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5 ATM- FORUM CBR VBR-RT VBR-NRT UBR Mode MODEMODE CIRCUITCIRCUIT PAQUETPAQUET Couches logicielles d ’adaptation Qualités de services 10

11 Paramètres de trafic en fonction des classes de services BP BP du lien CBR PCR BP BP du lien UBR PCR Écrêtage (perte de cellules) Paramètres de trafic : BP : Bande Passante PCR : Peak Cell Rate SCR : Sustainable Cell Rate MBS : Maximum Burst Size BP BP du lien VBR PCR SCR MBS Classes de trafic : CBR : Constant Bit Rate VBR : Variable Bit Rate UBR : Unspecified Bit Rate Objectif : cadrer la bande passante de chaque classe de service pour autoriser un équilibre « harmonieux » de répartition dans le « tuyau » ATM CBR : x% ? VBR : y% ? UBR : z% ? Tuyau ATM 11

12 Modèle de référence des protocoles (norme I.321) Couche physique Couche ATM Couche d ’adaptation ATM (AAL) Couches hautes (applications) ATM Adaptation Layer AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5 CBR: Constant Bit Rate VBR-RT: Variable Bit Rate - Real Time VBR - NRT: Variable Bit Rate - Non Real Time UBR: Unspecified Bit Rate Découpage du plan « Utilisateur » Qualités de services Couche logicielle d ’adaptation entre le format source et le format ATM Couche de gestion du transport de bout en bout de la cellule ATM Couche d ’adaptation au support physique de transmission 12

13 La couche AAL (ATM Adaptation Layer) Couche physique Couche ATM Couche AAL SAR CS Couches hautes (applications) Découpage du plan « Utilisateur » CS : Convergence Sublayer Identification des messages à transmettre (voix, données, vidéo) 1 Préparation de l ’information à encapsuler en cellule 2 SAR : Segmentation And Reassembly sublayer Segmentation de l ’information en payload de 48 octets 1 Émission du payload à la couche ATM pour transformation en cellule de 53 octets 2 E R E Reconstitution du segment à partir des payload 2 Réception de la cellule ATM et extraction du payload 1 R E SAR CS SAR Remise du format source à l ’entité applicative 2 Préparation de la mise en forme du segment en format source d ’origine 1 R CS 13

14 Couche AAL 1 La couche AAL 1 met en œuvre à priori un débit binaire constant, en mode connecté et avec une synchronisation entre la source et le destinataire (CBR).  signaux de parole  signaux audio de qualité  signaux vidéo à débit constant  émulation de circuit de données Elle n'assure que des fonctions minimales de segmentation, réassemblage, séquencement et récupération de rythme. 14

15 SNP Ä SN : Sequence Number (4 bits) Ä SNP : Sequence Number Protection (4 bits) CSI Ä CSI : Convergence Sublayer Information (1 bit) CRC Ä CRC : CRC sur 3 bits pour corriger les erreurs simples sur SN P Ä P : Parity sur 1 bit pour détecter les erreurs doubles sur SN Données 47 octets4 bits 1bit PCRCCompteur 3 bits 1 bit Couche AAL 1 SN CSI 15

16 La couche AAL 2 diffère essentiellement de l'AAL 1 par la possibilité de débit variable (VBR).  Service vidéo à débit variable  Transport de la voix compressé  Multiplexage de plusieurs connexions bas débit Elle occupe 3 octets, laissant 45 octets pour l'information. Couche AAL 2 16

17 SN Ä SN : Sequence Number (4 bits) IT Ä IT : Information Type (4 bits), décrit le type de cellule (début, fin,... ) Ä LI : Lenght Indicator (6 bits), donne le nombre d'octets significatifs. LI Ä CRC : CRC sur 10 bits pour détecter et corriger les erreurs simples sur les données. CRC LI 6 bits Données 45 octets CRCIT 10 bits4 bits Couche AAL 2 SN 17

18 L'AAL 3/4 est étudiée pour le transport sécurisé des données. Pour ce type d'AAL, la sous couche CS est divisée en deux parties : 18 Couche AAL 3/4 Flux d'information AAL ATM CS SAR SSCS Service Specific Convergence Sublayer CPCS Common Part Convergence Sublayer

19 06-96 Deux modes de service sont définis Le mode message (transfert de données tramées) Le mode flux (au fil de l'eau) La sous couche SSCS (Service Specific Convergence Sublayer) est dépendante de l'application et peut être vide. La sous couche de convergence CPCS (Common Part Convergence Sublayer) permet : La délimitation des unités de données ( CPCS-SDU Service Data Unit) Couche AAL 3/4 19

20 Couche AAL 3/4 CS SAR CRC 10 bit LI 6 bits SAR PDU 44 octets MID 10 bits SN 4 bits ST 2 bits PAD 24 bits AL 8 bits Lg 16 bit Etag 8 bits BASize 16 bits Btag 8 bits CPI 8 bits CPCS PDU < 65 535 octets Multiple de 4 octetsHeaderTrailer 44 octets 44 octets 44 octets 20

21 La couche AAL 5 est une simplification de la couche AAL 3/4. Elle autorise un transfert de données efficace, la SDU est alignée sur un multiple de 48 octets. Elle permet de réaliser des réseaux de transport ainsi que des réseaux fédérateurs. La couche AAL 5 associée à la couche LAN Emulation (résolution d'adresse LAN/ATM) est plus dédiée à l'interconnexion de réseaux. L'AAL 5 sert aussi pour la mise en trames de paquets PPP encapsulés. Couche AAL 5 21

22 PAD < 47 octets 65 535 octets Couche AAL 5 Charge utile ATM 48 octets H Charge utile ATM 48 octets H Charge utile ATM 48 octets H LI 16 bits CRC 32 bits R 16 bits LI 16 bits CS SAR Multiple de 48 octets R 16bits CRC 32 bits 22

23 Couche ATM La couche ATM n'est concernée que par les en-têtes des cellules. Fonctions identification (VPI, VCI) multiplexage brassage 23

24 Il existe deux en-têtes possibles suivant que la cellule provient de l’extérieur ou passe par un nœud de commutation à l’intérieur du réseau : UNI = User to Network Interface NNI = Network to Network Interface La cellule ATM 24

25 Bits l’interface NNI (Network-Node Interface) qui se situe entre deux nœuds du réseau. l’interface UNI (User Network Interface) qui est utilisée pour entrer dans le réseau ou pour en sortir. 12 16 3 1 8 4 12 3 1 8 Bits La cellule ATM 25

26 26 Le champ « Contrôle de flux générique » (GFC, Generic Flow Control) Champ uniquement présent sur l’interface UNI. Il permet de contrôler les flux de cellules entrant dans le réseau, de les multiplexer et de diminuer les périodes de congestion du réseau de l’utilisateur final. Son but est de garantir les performances requises par l’utilisateur final, comme la bande passante alloué ou le taux de trafic négocié. Deux fonctions principales sont réalisées par le GFC : - le contrôle de flux à court terme; - le contrôle de qualité de service dans le réseau de l’utilisateur final. Ce champ n’existant que sur l’interface UNI et n’ayant pas de corrélation avec les autres champs, il ne peut donc pas transporter de l’information de bout en bout pour le contrôle des circuits virtuels individuels. Les champs de la cellule ATM

27 27 Les champs VCI/VPI (Virtual Channel Identifier / Virtual Path Identifier) : Le rôle des conduits virtuels (VP) est de fournir des connexions semi-permanentes. Le circuit virtuel (VC), la connexion de circuit virtuel (VCC), le conduit virtuel (VP) et la connexion de conduit virtuel (VPC) se définissent de la façon suivante : VC est la capacité de communication pour le transport des cellules ATM. Un VCI est affecté à une liaison de VC qui transporte des cellules ATM entre deux nœuds. VCC définit la connexion de bout en bout entre les deux points d’accès à la couche AAL. Elle est composée de la concaténation d’un ou plusieurs VC. VP est un faisceau de VC qui ont les mêmes nœuds d’extrémités. VPC est composée de la concaténation d’un ou plusieurs VP

28 Le champ CLP (Cellule Loss Priority) : Il indique si la cellule peut être perdue (CLP = 1) ou au contraire si elle est importante (CLP = 0). Il permet de différencier deux classes de cellules d’une même connexion et de disposer de deux qualités de service en termes de pertes ou de temps de transfert. 28

29 Les 3 bits PT :définissent le type d’informations transportées dans la cellule. Il existe 8 valeurs possibles : Le champ PT ( Payload Type ) 29

30 La zone HEC est réservée à la protection de l’en-tête. C’est-à- dire qu’elle permet de détecter et éventuellement de corriger les erreurs. Le champ HEC ( Header Error Control ) 30

31 La couche physique Cette couche est organisée en 2 sous-couches : TC et PM PayloadHeader Cellule ATM de 53 octets - Adaptation du débit des cellules à transmettre - Insertion ou extraction des cellules vides (maintien de la synchronisation) - Génération HEC de l ’en-tête en émission, Automate de vérification en réception - Génération ou récupération de trames de transmission de cellules (SDH, SONET, DS1, …) φPMφPM φTCφTC ATMATM Émission / Réception en liaison avec la couche physique - Synchronisation de la transmission des bits - Codage / décodage du signal binaire (exemple NRZ) - Transformation électro-optique Support de transmission 31

32 Mode de connexion et routage entre 2 usagers Mode « Connecté » : Phase de signalisation Protocole UNI Protocole NNI Fonction de routage Circuits Virtuels Conduits Virtuels Circuit Virtuel de connexion « VCC » - classe de services A : CBR (AAL1) - classe de services B : VBR-RT (AAL2) - classe de services C : VBR-NRT (AAL3/4) Établissement d ’un Circuit Virtuel de Connexion (VCC) unidirectionnel : (VCC : Virtual Channel Connection) Plusieurs Circuits Virtuels peuvent être regroupés dans un conduit virtuel : (VP : Virtual Path) 32

33 33 Le réseau ATM utilise en interne un adressage identifiant les voies virtuelles. Afin d’assurer des performances optimales de commutation, ATM met en oeuvre en interne une technique d’adressage à deux niveaux : - VCI ( Virtual Chanel Identifier ), - VPI ( Virtual Path Identifier ).

34 34 a) Le VCI Le premier niveau identifie la voie virtuelle. Le VCI est une connexion semi– permanente ou établie à chaque appel. b) Le VPI Le second niveau regroupe un ensemble de conduits virtuels ayant la même destination ( commutateur intermédiaire ) en un faisceau virtuel. Le VPI est une connexion semi-permanente contrôlée par le réseau.

35 Protocoles de signalisation UNI et NNI Usagers UNI : User to Network Interface Réseau ATM privé Réseau ATM public UNI NNI UNI NNI NNI : Network to Network Interface 35

36 36 Interface réseau UNI ( User to Network Interface ) L'UNI est l'interface entre un équipement terminal privé et un commutateur ATM, il est plus précisément nommé UNI privé. La connexion d'un réseau privé ATM à un réseau public est également nommé UNI, mais UNI public. Interface réseau NNI ( Network to Node Interface ) Le NNI est une interface entre deux commutateurs publics. Deux types de NNI existent, le NNI privé qui décrit l'interface commutateur local d'une entreprise, et le NNI public qui décrit l'interface entre les commutateurs des réseaux publics ATM comme ceux des opérateurs.

37 Routage Les réseaux ATM sont des réseaux en mode connecté. La topologie d'un réseau peut être quelconque, plusieurs routes pouvant être disponible entre un couple d'équipements branchés au réseau. Fonction de routage : –Permet aux routeurs de se représenter la topologie du réseau et de calculer des routes sur la base de leurs connaissances du réseau. –Trois étapes : Calcul des routes fait par le routage Établissement des connexions sur ces routes Transmission des cellules qui suivent le même chemin 37

38 Objectif –Optimisation Meilleure route possible –Simplicité Minimiser les ressources utilisées pour le routage –Robustesse Eviter les boucles de routage –Rapidité Temps de convergence faible –Flexibilité Adaptation dynamique aux changements de topologie et configurable Routage 38

39 Principe du routage par inondation Appelant Appelé 2 7 5 X Y 4 1 6 1 1 Chaque artère ATM est caractérisée par un coût de passage fonction de : - son taux de charge, - son état de dégradation, - d ’un coût intrinsèque Inondation du réseau par un message de « signalisation » Coût de passage d ’une artère 39

40 Principe du routage par inondation Appelant Appelé 2 7 5 X Y 4 1 6 1 1 Établissement du Circuit Virtuel de Connexion « VCC » : - réservation des ressources de transit (espaces mémoires, …), - attribution des n° de VCI / VPI, Chemin de moindre coût 40

41 Conclusion 41