Advanced Computer Networks: Lecture 17 - Dr. Amir Qayyum

CS716
Advanced Computer Networks
By Dr. Amir Qayyum
1


Lecture No. 17


Virtual Paths with ATM
• Two level hierarchy of virtual connection: 8­bit 
VPI and 16­bit VCI
– Switches in the public network use 8­bit VPI
– Corporate sites use full 24­bit address (VPI + VCI)
– Much less connection­state info in switches
– Virtual path: fat pipe with bundle of virtual circuits
Public network
Network A

Network B

3


Physical Layers for ATM
• ATM may run over several phy media
• ATM was assumed to run over SONET 
but both are entirely separable entities
• ATM frame boundaries to be correctly 
identified
– Successive 53­byte ATM frames in payload

– SONET overhead byte points to the payload
– Another way is to calculate CRC (5th byte 
4
of the cell)


ATM and LANs
• ATM grew out of the telephone community and 
later used for computer communication
• Significant advantage of performance and 
better scalability of switched over shared media
• No distance limitation in ATM making it a good 
choice for high­performance LAN backbone
• Point­to­point, long distance Gigabit Ethernet is 
a competing technology with ATM
5


ATM as a LAN Backbone
H4

H5

Ethernet links

ATM links
H6

H3

E2

E1

Ethernet switch
ATM-attached
host

H7

ATM switch
E3

H1

H2

• Different from traditional LANs; no native 
support for broadcast or multicast
6


ATM in a LAN

• How to broadcast to all 
nodes on an ATM LAN ?
–Without knowing all the 
addresses
–Without setting up VC to all 
of them

7


ATM in a LAN
• Two solutions
– Redesign protocols that consider LAN 
different from what ATM can provide 
(e.g. ATMARP)
– Make ATM behave like shared media, 
without loosing performance advantage 
of switched media (e.g. LANE)
• ATM address is different from a unique 
8
48­bit MAC address


Shared Ethernet Emulation with LANE
• All hosts think they are on the same Ethernet

ATM Switch

ATM Switch

LANE / Ethernet
LANE / Ethernet
Adaptor Card
Adaptor Card

LANE / Ethernet

LANE / Ethernet
Adaptor Card
Adaptor Card

Ethernet
Switch

Ethernet
Switch

HH
HH

HH
HH

HH
HH
HH
HH
HH
HH
9


LAN Emulation (LANE) with ATM
• Transparent shared media 
emulation of ATM
• Adds (not changes) functionality to 
ATM switches

• Each device needs a global MAC 
address, as well as an ATM 
address to establish a VC
10


LAN Emulation (LANE) with ATM
• Devices connect as LAN Emulation 
Clients (LEC)
• LANE provides Ethernet­like 
interface to LECs
• Similar solutions for other networks: 
VPNs on WANs, VLANs on large, 
switched Ethernets
11


ATM / LANE  Protocol Layers
Higher-layer
protocols
(IP, ARP, . . .)
Signalling
+ LANE

Ethernet-like
interface

AAL5
ATM
PHY

Host

Higher-layer
protocols
(IP, ARP, . . .)
Signalling
+ LANE
AAL5

ATM
PHY

PHY

Switch

ATM
PHY
Host

12


Clients and Servers in LANE

• LAN Emulation Client (LEC)
– Host, bridge, router or switch

• LAN Emulation Server (LES)
– Maintains client’s MAC and 

ATM addresses
– Maintains ATM address of BUS
13


Clients and Servers in LANE
• LAN Emulation Configuration 
Server (LECS)
– High­level network management 
when LEC starts up
– Reachable by preset VC (recall 
known server port#)
– Maintains mapping of ATM address 
to LANE type

14


Clients and Servers in LANE
• Broadcast and Unknown Server (BUS)
– Emulates broadcast and multicast; critical to LANE
– Uses point­to­multipoint VC with all clients

• Servers physically located in one or more devices
LES

ATM network

BUS

Point-to-point VC
Point-to-multipoint VC

LECS

H1

H2
15


LANE Registration
1. Client contacts LECS on predefined 
VC, and sends ATM address to it
2. LECS returns LAN type, MTU and 
ATM address of LES
3. Client signals connection to LES, and 
registers MAC and ATM addresses 
with LES
4. LES returns ATM address of BUS
5. Client signals connection to BUS
6. Bus adds client to point­to­multipoint 
VC

LES

H3

BUS

ATM Network

H1

LECS

H2

16


LANE Circuit Setup
1. Client (H1) knows destination 
MAC address of receiver (H2)
2. Client (H1) sends 1st packet to 
BUS
3. BUS sends address resolution 
request to LES
4. LES returns ATM address to 
client (H1)
5. Client (H1) signals connection 
to H2 for subsequent packets

LES

H3

BUS

ATM Network

H1

LECS

H2

17


Switches: The Intersections


The Intersections
Pir Wadhai

Islamabad
Zero Point

Rawalpindi
Saddar

Rawal 
Dam
Faizabad

Ayub
Park

Airport

Faizabad 
Flyover

Design intersection to accommodate traffic flows
19


Contention in Switches

• Some packets destined for same output
– One goes first
– Others delayed or dropped

• Delaying packets requires buffering
– Finite capacity, some packets must still drop
– At inputs
• Increases/adds false contention
• Sometimes necessary
– At outputs
20
– Can also exert “backpressure”


Output Buffering
Customer 
service

Standard check­in lines

x

you

trying to check­in

1x6 Switch

Mr. A 
waiting to 
claim refund 
of Rs.100

a
Mr. X 
writing 
complaint 
letter
21


Input Buffering: Head­of­line 
Blocking
Customer 
Standard check­in lines

service

agents are standing by !

x

1x6 Switch
a
trying to check­in

Mr. X 
Mr. A 
writing 
waiting to  complaint 
claim refund  letter
of Rs.100
you

22


Backpressure
Standard check­in lines

Customer 
service
x

you

“no more, 
please”

trying to check­in

a
i

1x6 Switch
propagation delay requires that switch exerts 
backpressure before buffer is full; thus used 
in networks with small propagation delay
23


Backpressure
Switch 2

Switch 1
“no more, please”

• Propagation delay requires that switch 2 exert 
backpressure at high­water mark rather than 
when buffer completely full
• It is thus typically only used in networks with 
small propagation delays (e.g., switch fabrics)
24


Switching Hardware
• Multi­input multi­output device, getting packets 
from inputs to the outputs as fast as possible
• Performance of a switch is limited by I/O bus 
bandwidth (each packet traverse twice)

– 1Gbps I/O bus can support ten T3 (45 Mbps) links, 
three STS­3 (155 Mbps) links, and not even one 
STS­12 (625 Mbps) link

• Success or failure of a new protocol depend on 
whether it takes advantage of switch’s 
25
capabilities