ATM-LAN-Emulation

ATM LAN Emulation
Prof. Dr. W. Riggert
Inhalt
•
•
Das Tutorial ist in drei
Abschnitte gegliedert.
Abschnitt 1 behandelt die
Frage, warum LAN Emulation
benötigt wird, Abschnitt 2
widmet sich der Frage,
welche Mechanismen
nachgebildet werden müssen
und der letzte Abschnitte
zeigt den Ablauf und die
benötigten Verbindungen
einer erfolgreichen LANEmulation.
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Warum LAN Emulation ?
Nachzubildende Verfahren
Verbindungen und Ablauf
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ATM Einsatzgebiet
Das Einsatzfeld von ATM ist
vielfältig. Im Diagramm wird es
als Backbone-Technologie zur
Verknüpfung von Arbeitsgruppen
eines LANs genutzt.
Aber auch die ausschließliche
Verwendung von ATM bis zum einzelnen
Arbeitsplatz ist denkbar.
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LAN-Arbeitsgruppe
LAN-Arbeitsgruppe
ATM-Netzwerk
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Verbindung : LAN – ATM 1
Da ein herkömmliches LAN
Pakete variabler Länge verwendet, ein
ATM-Netz aber auf Zellen fester Länge
beruht, ist eine Netzkomponente notwendig, die eine Konversion in den
jeweiligen Typus vornimmt.
In einem reinen ATM-Netz, in dem
keine Umwandlung von Pakete in
Zellen und umgekehrt vorkommt, ist
hingegen lediglich ein Gerät, der sog.
ATM-Switch für die Weiterleitung von
ATM-Zellen zuständig.
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herkömmliches Netzwerk
Konversion
ATM-Netzwerk
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Verbindung : LAN – ATM 2
Die Verknüpfung eines reinen ATM LAN
mit einem herkömmlichen LAN zeigt, dass
der ATM-Teil des Konversionsdevices zum
ATM-Netz gehört und der Rest zum Framebasierten Teil.
Die LAN Emulation erlaubt es den Rechnern
nun, sich das ATM LAN als bekanntes
Ethernet oder Token Ring vorzustellen.
Der Stern im Diagramm zeigt die Endpunkte
im ATM LAN an, an denen die Emulation
aktiv sein muss.
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herkömmliches Netzwerk
ATM LAN
ATM-Netzwerk
5
Motiv : LAN Emulation
•
Die bisherigen Anwendungen müssen über die neue
Netzinfrastruktur in Form eines ATM-Netzes wie
bisher zu betreiben sein.
Netzfähige Anwendungen wurden in der Vergangenheit ausschließlich auf
der Grundlage von Ethernet oder Token Ring entwickelt. Eine neue Basistechnologie darf daher nicht zu einer vollständigen Neukonzeption dieser
Applikationen führen.
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Emulation
Um herkömmlichen LAN-Anwendungen
die Kommunikation über ein ATM-Netz
zu erlauben, muss ein System die
verbindungslose broadcast-Natur
nachbilden.
ATM-Netzwerk
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LAN-Phasen
Bevor zwei Stationen in Anlehnung
an die LAN-Technologie über ein
ATM-Netz transparent kommunizieren
können, müssen mehrere Phasen
durchlaufen werden. In der folgenden
Konfiguration wird von zwei, direkt an
das ATM-Netz angeschlossenen
Stationen ausgegangen.
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• Adressregistrierung
• Suche des LECS und des
LES
• Suche des BUS
• Kommunikation zwischen
den LECs
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Komponenten einer LANE
LECS
LES
BUS
ATM
Switches
LEC
LEC
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LEC
] LANE-Komponenten :
] LEC: LAN Emulation Client
\ LES: LAN Emulation Server – weist
individuelle LEC einem ELAN zu
\ BUS: Broadcast and Unknown Server
– behandelt Daten, die von den LEC an:
[Broadcast MAC Adresse
[Multicastziele
[Initial Unicasts gesendet werden.
\ LECS: LAN Emulation Configuration
Server
[Kontrolliert und konfiguriert
Verbindungen
[Registriert und löst MAC-Adressen
auf
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Services einer LANE
LAN Emulation Service
LANE Configuration
Server (LECS)
Initialisierung
LAN Emulation
Server (LES)
Adressauflösung
Broadcast and
Unknown Server (BUS)
Daten-Flooding
LAN Emulation
Clients (LEC)
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Phase 1 : ILMI
ATMEndstation
UNI
MAC Addr = aabb
ATM Addr = ???
Was ist der ATM
Präfix ?
Meine MAC=aabb
VCI = 16
Netzwerk
?
ESI
aabb
ATM-Switch
/ LECS
ILMI MIB
ATM Präfix = 47x
Port n Addr = ???
Port n
Netzwerk
47x
ESI
?
Das ATM-Endsystem informiert den nächsterreichbaren
ATM-Switch/LECS über UNI mit seiner MAC-Adresse und
erhält den um weitere Angaben ergänzten Rest der
vollständigen Adresse zurück.
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Phase 2 : ILMI
ATMEndstation
MAC Addr = aabb
ATM Präfix = 47x
UNI
Netzwerk = 47x
VCI = 16
Netzwerk
47x
ESI
aabb
ATM-Switch
/ LECS
ILMI MIB
ATM Präfix = 47x
Port n Addr =
47xaabb
Netzwerk
47x
ESI
aabb
19 Bytes
Dieser Prozess läuft vollständig automatisiert über einen reservierten Pfad ab.
Dazu wird eine ATM-Adresse in zwei Teile zerlegt :
• einen Präfix, den typischerweise der Switch liefert
• einen Benutzerteil, den die Endstation beisteuert.
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Adressauflösung
• Die Dynamische Adressauflösung durch ILMI (Interim
Link Management Interface)
– macht die LEC-Adressbestimmung überflüssig
– liefert dem LEC die Adresse des LECS
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Adressbekanntmachung 1
Der LECS kennt die ATM-Adresse
des LES für ein gegebenes ELAN.
Dabei kann die LECS-Konfigurationstabelle Einträge für mehrere LES
für unterschiedliche ELANs enthalten.
Der LES selbst verfügt über
die Adresse des zugeordneten BUS.
Die Anbindung einer ATM-Station
an einen ATM-Switch löst den
Adressregistrierungsprozess über
ILMI aus.
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LECS
LEC 1
ILMI Adressregistrierung
LES
LEC 2
BUS
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Adressbekanntmachung 2
Die Endstation und der
ATM-Switch kennen nun die
ATM-Adresse von LEC 1.
Die anderen Switches des Netzes
erhalten diese über das PNNI.
Die ATM-Adressen des LES und
BUS werden über den gleichen
Mechanismus verteilt, sobald sie
Teil des ATM-Netzes werden.
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LECS
PNNI-Routing
LEC 1
LES
LEC 2
BUS
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LES-Suche 1
Um Teil des emulierten LANs
zu werden, muss ein LEC sich
beim LES registrieren lassen. Dazu
Fragt er zunächst den LECS
nach der Adresse des LES. Die
Adresse des LECS ist durch den
ILMI-Prozess bereits bekannt.
LEC 1 baut dazu eine bidirektionale
Punkt-zu-Punkt-Verbindung zum
LECS, den Configuration Direct VCC
auf. Der LECS antwortet mit der
ATM-Adresse des LES, für den die
Mitgliedschaft gewünscht wird.
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LECS
Configuration
Direct
LEC 1
LES
LEC 2
BUS
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LES-Suche 2
LEC1 versucht nun den LES
zu erreichen. Dank des PNNI
Protokolls wird die Anfrage
durch das ATM-Netz geleitet.
Als Ergebnis werden zwischen
LEC1 und LES zwei Verbindungen
eingerichtet :
1. Ein Control Direct VCC, als
bidirektionale Punkt-zu-Punkt
Verbindung
2. Ein Control Distribute VCC,
als Punkt-zu MehrpunktVerbindung mit dem LES als
Wurzel
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Control
Direct
LECS
Configuration
Direct
LEC 1
Control
Distribute
LES
LEC 2
BUS
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BUS-Suche
Um den BUS zu finden, sendet
LEC 1 einen Broadcast an LES.
Dies ist möglich, weil LES bereits
die Adresse des BUS kennt. Der
LES antwortet mit der entsprechenden ATM-Adresse und baut zwei
VCs zwischen LEC 1 und BUS auf :
1. Ein Multicast-Send VCC, als
bidirektionale Punkt-zu-Punkt
Verbindung
2. Ein Multicast Forward VCC,
als Punkt-zu MehrpunktVerbindung
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Multicast
Send
LECS
Multicast
Forward
LEC 1
LES
LEC 2
BUS
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Kommunikationsziel
LECS
LES
BUS
Die LANE Server LECS,
LES und BUS ermöglichen
einen Mechanismus, um eine
direkte LEC-zu-LECKommunikation aufzubauen.
Data Direct VCC
LEC
Ethernet
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LEC
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LEC Kommunikation 1
Da der LEC nun Teil des emulierten
LANs ist, kann eine Verbindung zu
einem weiteren LEC aufgebaut werden.
LEC 1 möchte mit LEC 2 eine TCP/IPAnwendung nutzen. Dazu hat LEC 2
bereits den gleichen Registrierungsprozess wie LEC 1 durchlaufen. In einer
Ethernet-Umgebung wären vier
Schritte erforderlich :
LEC
LECS
1
LES
LEC 2
1.
2.
3.
4.
LEC 1 kennt die IP-Adresse von LEC 2
LEC 1 sendet einen ARP-Request als Broadcast
LEC 2 sendet eine ARP-Antwort als Unicast
LEC 1 beginnt die TCP/IP-Kommunikation
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BUS
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LEC Kommunikation 2
LEC 1
1.
2.
3.
4.
LEC 1 kennt die IP-Adresse von
LEC 2
LEC 1 sendet einen ARP-Request
als Broadcast
LEC 2 sendet eine ARP-Antwort
als Unicast
LEC 1 beginnt die TCP/IPKommunikation
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LEC 2
Da LEC 1 die IP-Adresse von LEC 2
kennt, muss lediglich die EthernetMAC-Adresse von LEC 2 gefunden
werden.
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LEC Kommunikation 3
LEC 1
1.
2.
3.
4.
LEC 1 kennt die IP-Adresse von
LEC 2
LEC 1 sendet einen ARP-Request
als Broadcast
LEC 2 sendet eine ARP-Antwort
als Unicast
LEC 1 beginnt die TCP/IPKommunikation
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LEC 2
TCP/IP nutzt das ARP-Protokoll,
um den Adressauflösungsprozess
einzuleiten. LEC 2 erkennt ihre
eigene IP-Adresse und antwortet
mit ihrer MAC-Adresse.
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LEC Kommunikation 4
Um diesen Ablauf nachzubilden,
muss ATM transparent einen
ARP-Prozess emulieren, obwohl
ATM keine IP- oder MAC-Adressen
nutzt und keinen direkten Broadcast-Mechanismus kennt.
Die ARP-Anforderung wird als MACBroadcast über den Multicast Send
VCC an den BUS gerichtet.
Multicast
Send
LECS
LEC 1
LES
LEC 2
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BUS
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LEC Kommunikation 5
Über den Multicast Distribute
Pfad verteilt der BUS die ARP
Anforderung an alle Mitglieder
des emulierten LAN.
LEC 2 erhält den ARP-Request
und antwortet mit einer MACUnicast, die an LEC 1 gerichtet
ist. Aus der ARP-Nachricht kennt
LEC 2 die MAC-Adresse von
LEC 1. Um eine Pfad über das
ATM-Netz aufzubauen, ist aber
die Kenntnis der ATM-Adresse
von LEC 1 erforderlich.
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Multicast
Forward
LECS
LEC 1
LES
LEC 2
BUS
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LEC Kommunikation 6
Der LES besitzt aber die
gewünschte Adressinformation.
Daher sendet LEC 2 eine
Unknown Unicast-Nachricht
über den Multicast Send VCC an
den BUS. Der BUS leitet daraufhin eine Kopie dieser Nachricht
über den Multicast Distribute
an alle Mitglieder des emulierten
LAN. Wahrscheinlich wird die
Antwort des LES eher bei LEC 2
eintreffen als die Antwort auf die
Unknown Unicast Anfrage.
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LECS
Multicast
Forward
Multicast
Send
LEC 1
LES
LEC 2
BUS
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LEC Kommunikation 7
Mit Eintreffen einer Antwort
weiß LEC 2 nun, welche ATM
Adresse der MAC-Adresse von
LEC 1 zugeordnet ist. LEC 2
baut
sofort eine direkte Verbindung
zu LEC 1 unter Ausnutzung des
Routing-Protokolls PNNI auf.
LEC 1 und LEC 2 halten diese
Verbindung selbst im inaktiven
Zustand für 20 Minuten. Die
ATM-MAC-Adresszuordnung
legen beide Stationen in einem
Cache ab, der über einen Timer
das Aging der Einträge steuert.
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LECS
Data Direct
LEC 1
LES
LEC 2
BUS
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Alle LANE-Verbindungen
Configure Direct
LECS
Configure
Direct 1
LES
Control
Direct
2
Control
Distribute
3
Multicast
Send
BUS
Multicast
Forward
5
4
Data Direct
LEC
6
LEC
1. Configure Direct - bidirektional zwischen LEC und LECS
2. Control Direct - bidirektional zwischen LEC und LES
3. Control Distribute - vom LES
4. Multicast Send - zum BUS
5. Multicast Forward - vom BUS
6. Data Direct - bidirectional zwischen LECs
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