Advanced Computer Networks: Lecture 16 - Dr. Amir Qayyum

Advanced Computer Networks: Lecture 16. This lecture will cover the following: example of a real network Asynchronous Transfer Mode (ATM); how switches are built and contention within switches; connection-oriented packet-switched network; virtual-circuit routing; encapsulation and segmentation for AAL 5;...

CS716 Advanced Computer Networks By Dr. Amir Qayyum Lecture No. 16 Where we are now … • Understand different ways to move  through network (forwarding) – Read signs at each switch (datagram) – Follow a known path (virtual circuit) – Carry instructions (source routing) • Bridge approach to extending LAN  concept Where we are now … • Next – Example of a real network  (ATM) – How switches are built and  contention within switches ATM (Asynchronous Transfer Mode) • Defined by ATM Forum (formed  in Oct. 1991) – Telephone industry (link providers to  build networks) – Data network industry • High speed switching technology:  right thing at right place at right  time ? ? ? ATM (Asynchronous Transfer Mode) • Common in WANs, can also be used  in LANs – Competing technology with Ethernet, but  areas of application only partially overlap • Connection­oriented packet­ switched network – Virtual­circuit routing • Typically implemented on SONET  (other physical layers possible) ATM (Asynchronous Transfer Mode) • Signaling (connection setup)  Protocol: Q.2931 – Discovering routes and allocating  resources at switches • ATM address format – E.164 and NSAP (Network Service  Access Point) – Different from MAC addresses ATM Signaling • Connection setup called signaling  (standard Q.2931) • Route discovery, resource resv, QoS,  • Send through network – Request setup circuit – Send setup frame on setup circuit • Establish locally – No intermediate switch involvement – Requires pre­established virtual path Cell Switching (ATM) • Fixed length (53 bytes) frames are  called cells – 5­byte (header + 1­byte CRC­8) + 48­ byte payload • Standard defines 3 layers (5 sublayers) – Layers interface to physical media and  to higher layers (e.g., encapsulating  variable­length frames) Cell Switching (ATM) • 2­level connection hierarchy – Virtual circuits – Virtual paths • Bundles of virtual circuits • Travel along common route • Reduces forwarding  information 10 Queuing Behavior Examples • Shorter queues: two chunks (or  frames) arrive simultaneously at time  – 4kB: link is idle until all data arrive at  time 327.68 us; 8 kB left to send – 53B: link nearly fully utilized (waits  4.24us); at time 327.68 microseconds,  roughly 4kB left to send 18 Why 53­byte Frames ? • Telephone community wish: carry voice  effectively • Demands ATM to improves latency for  audio data – Voice encoded at 64kbps: 8­bit smpl at 8KHz – Need full cell’s worth of samples before  sending cell • 1Kbyte cells ­> 125ms per cell (human detectable) 19 • 53 byte cells implies 6 ms of data Why 53­byte Frames ? – Smaller latency implies no need for  echo cancellers – Audio reconstruction • Expect low rate of cell loss; can  interpolate loss (6 ms) • Compromise: 48 bytes =  32(Europe) + 64(US) / 2 20 ATM Cell Format • User­Network Interface (UNI)  GFC – – – – – – 16 VPI VCI Type CLP HEC(CRC-8) 384 (48 bytes) payload Host­to­switch format  GFC: Generic Flow Control (still being defined) VCI/VPI: Virtual Circuit/Path Identifier Type: management, congestion control, AAL5 (later) CLP: Cell Loss Priority  HEC: Header Error Check (CRC­8) • Network­Network Interface (NNI) – Switch­to­switch format – GFC becomes part of VPI field 21 Segmentation and Reassembly • Variable­length packets passed to  ATM are often larger than 48 bytes – May not fit in the ATM payload • Fragmentation is required at the  source – High­level message into low­level  packets 22 Segmentation and Reassembly • Destination reassembles the  fragments – Transforms fragments back into  the message • ATM name this procedure as  Segmentation and Reassembly  (SAR) 23 Segmentation and Reassembly • ATM Adaptation Layer (AAL) – – – – – Application to ATM cell mapping AAL header contains information for reassembly AAL1, AAL2 for applications needing guaranteed rate AAL3/4 designed for variable­length packet data AAL5 is an alternative standard for packet data AAL AAL … … ATM ATM 24 ATM Layers • ATM Adaptation Layer (AAL) – Convergence Sublayer (CS) supports  different application service models – Segmentation and Reassembly (SAR)  supports variable­length frames • ATM Layer – Handles virtual circuits, cell header  generation, flow control • Physical layer – Transmission Convergence (TC)  handles error detection, framing – Physical medium dependent (PMD)  sublayer handles encoding CS               AAL SAR              ATM TC               PHY PMD 25 AAL 3/4 • Provides information to allow variable size packets  to be sent in fixed­size ATM cells • Convergence Sublayer Protocol Data Unit (CS­PDU) 8 CPI Btag – – – – 16 BAsize < 64 KB payload 0-24 Pad 8 Etag 16 Length CPI: Common Part Indicator (version field) Btag/Etag:beginning and ending tags (same) BAsize: hint on reassembly buffer space to allocate  Length: size of whole PDU • Segmented into cells: header/trailer + 44­byte data 26 ATM Cell Format for AAL 3/4 40 ATM header 10 type seq MID 352 (44 bytes) payload length 16 CRC-10 • Type (is­start? and is­end? bits) – – – – BOM (10): beginning of message  COM (00): continuation of message EOM (01): end of message SSM (11): single­segment message • SEQ: sequence number (for cell loss/reordering) • MID: multiplexing ID (mux onto virtual circuits) • Length: number of bytes of PDU in this cell 27 Encapsulation and Segmentation for  AAL3/4 < 64 KB bytes CS-PDU header 44 bytes ATM header 4-7 bytes CS-PDU trailer User data 44 bytes AAL header Cell payload 44 bytes AAL trailer