ATM LAN Emulation Prof. Dr. W. Riggert. 2 Inhalt Das Tutorial ist in drei Abschnitte gegliedert. Abschnitt 1 behandelt die Frage, warum LAN Emulation.

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1 ATM LAN Emulation Prof. Dr. W. Riggert

2 2 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 LAN- Emulation. Warum LAN Emulation ? Nachzubildende Verfahren Verbindungen und Ablauf

3 Prof. Dr. W. Riggert 3 ATM Einsatzgebiet ATM-Netzwerk LAN-Arbeitsgruppe 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.

4 Prof. Dr. W. Riggert 4 Verbindung : LAN – ATM 1 ATM-Netzwerk Da ein herkömmliches LAN Pakete variabler Länge verwendet, ein ATM-Netz aber auf Zellen fester Länge beruht, ist eine Netzkomponente not- wendig, 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. herkömmliches Netzwerk Konversion

5 Prof. Dr. W. Riggert 5 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 Frame- basierten 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. herkömmliches Netzwerk ATM-Netzwerk ATM LAN

6 Prof. Dr. W. Riggert 6 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 Basis- technologie darf daher nicht zu einer vollständigen Neukonzeption dieser Applikationen führen.

7 Prof. Dr. W. Riggert 7 Emulation ATM-Netzwerk Um herkömmlichen LAN-Anwendungen die Kommunikation über ein ATM-Netz zu erlauben, muss ein System die verbindungslose broadcast-Natur nachbilden.

8 Prof. Dr. W. Riggert 8 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. Adressregistrierung Suche des LECS und des LES Suche des BUS Kommunikation zwischen den LECs

9 Prof. Dr. W. Riggert 9 Komponenten einer LANE zLANE-Komponenten zLANE-Komponenten : z LEC: LAN Emulation Client y LES: LAN Emulation Server – weist individuelle LEC einem ELAN zu y BUS: Broadcast and Unknown Server – behandelt Daten, die von den LEC an: xBroadcast MAC Adresse xMulticastziele xInitial Unicasts gesendet werden. y LECS: LAN Emulation Configuration Server xKontrolliert und konfiguriert Verbindungen xRegistriert und löst MAC- Adressen auf LEC ATM Switches LEC LECSLESBUS LEC

10 Prof. Dr. W. Riggert 10 Services einer LANE LAN Emulation Clients (LEC) LAN Emulation Service LANE Configuration Server (LECS) Initialisierung LAN Emulation Server (LES) Adressauflösung Broadcast and Unknown Server (BUS) Daten-Flooding

11 Prof. Dr. W. Riggert 11 Phase 1 : ILMI ILMI MIB ATM Präfix = 47x Port n Addr = ??? ATM- Endstation ATM-Switch / LECS Port n VCI = 16 Was ist der ATM Präfix ? Meine MAC=aabb MAC Addr = aabb ATM Addr = ??? NetzwerkESI aabb? NetzwerkESI 47x? UNI 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.

12 Prof. Dr. W. Riggert 12 Phase 2 : ILMI ILMI MIB ATM Präfix = 47x Port n Addr = 47xaabb ATM- Endstation ATM-Switch / LECS VCI = 16 Netzwerk = 47x MAC Addr = aabb ATM Präfix = 47x NetzwerkESI aabb47x NetzwerkESI 47xaabb UNI 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.

13 Prof. Dr. W. Riggert 13 Adressauflösung Die Dynamische Adressauflösung durch ILMI (Interim Link Management Interface) –macht die LEC-Adressbestimmung überflüssig –liefert dem LEC die Adresse des LECS

14 Prof. Dr. W. Riggert 14 Adressbekanntmachung 1 LES LECS LEC 1 LEC 2 Der LECS kennt die ATM-Adresse des LES für ein gegebenes ELAN. Dabei kann die LECS-Konfigurations- tabelle Einträge für mehrere LES für unterschiedliche ELANs ent- halten. 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. BUS ILMI Adress- registrierung

15 Prof. Dr. W. Riggert 15 Adressbekanntmachung 2 LES LECS LEC 1 LEC 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. BUS PNNI-Routing

16 Prof. Dr. W. Riggert 16 LES-Suche 1 LES LECS LEC 1 LEC 2 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. BUS Configuration Direct

17 Prof. Dr. W. Riggert 17 LES-Suche 2 LES LECS LEC 1 LEC 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 Mehrpunkt- Verbindung mit dem LES als Wurzel BUS Configuration Direct Control Direct Control Distribute

18 Prof. Dr. W. Riggert 18 BUS-Suche LES LECS LEC 1 LEC 2 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 entsprech- enden 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 Mehrpunkt- Verbindung BUS Multicast Send Multicast Forward

19 Prof. Dr. W. Riggert 19 Kommunikationsziel Die LANE Server LECS, LES und BUS ermöglichen einen Mechanismus, um eine direkte LEC-zu-LEC- Kommunikation aufzubauen. LEC Ethernet LEC Data Direct VCC LECSLESBUS

20 Prof. Dr. W. Riggert 20 LEC Kommunikation 1 LES LECS LEC 1 LEC 2 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/IP- Anwendung nutzen. Dazu hat LEC 2 bereits den gleichen Registrierungspro- zess wie LEC 1 durchlaufen. In einer Ethernet-Umgebung wären vier Schritte erforderlich : BUS 1.LEC 1 kennt die IP-Adresse von LEC 2 2.LEC 1 sendet einen ARP-Request als Broadcast 3.LEC 2 sendet eine ARP-Antwort als Unicast 4.LEC 1 beginnt die TCP/IP-Kommunikation

21 Prof. Dr. W. Riggert 21 LEC Kommunikation 2 Da LEC 1 die IP-Adresse von LEC 2 kennt, muss lediglich die Ethernet- MAC-Adresse von LEC 2 gefunden werden. 1.LEC 1 kennt die IP-Adresse von LEC 2 2.LEC 1 sendet einen ARP-Request als Broadcast 3.LEC 2 sendet eine ARP-Antwort als Unicast 4.LEC 1 beginnt die TCP/IP- Kommunikation LEC 1LEC 2

22 Prof. Dr. W. Riggert 22 LEC Kommunikation 3 TCP/IP nutzt das ARP-Protokoll, um den Adressauflösungsprozess einzuleiten. LEC 2 erkennt ihre eigene IP-Adresse und antwortet mit ihrer MAC-Adresse. 1.LEC 1 kennt die IP-Adresse von LEC 2 2.LEC 1 sendet einen ARP-Request als Broadcast 3.LEC 2 sendet eine ARP-Antwort als Unicast 4.LEC 1 beginnt die TCP/IP- Kommunikation LEC 1LEC 2

23 Prof. Dr. W. Riggert 23 LEC Kommunikation 4 LES LECS LEC 1 LEC 2 Um diesen Ablauf nachzubilden, muss ATM transparent einen ARP-Prozess emulieren, obwohl ATM keine IP- oder MAC-Adressen nutzt und keinen direkten Broad- cast-Mechanismus kennt. Die ARP-Anforderung wird als MAC- Broadcast über den Multicast Send VCC an den BUS gerichtet. BUS Multicast Send

24 Prof. Dr. W. Riggert 24 LEC Kommunikation 5 LES LECS LEC 1 LEC 2 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 MAC- Unicast, 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. BUS Multicast Forward

25 Prof. Dr. W. Riggert 25 LEC Kommunikation 6 LES LECS LEC 1 LEC 2 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 darauf- hin 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. BUS Multicast Send Multicast Forward

26 Prof. Dr. W. Riggert 26 LEC Kommunikation 7 LES LECS LEC 1 LEC 2 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. BUS Data Direct

27 Prof. Dr. W. Riggert 27 Alle LANE-Verbindungen Configure Direct Control Direct Control Direct Data Direct Configure Direct 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 LECS 6 4 3 1 2 LES BUS LEC Control Distribute Control Distribute Multicast Send Multicast Send Multicast Forward Multicast Forward 5