ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode) jest szerokopasmową technologią komunikacyjną, która wykorzystywana jest do przesyłania danych interakcyjnych, różnej wielkości plików, transmisji głosu, a także sygnału wizyjnego. Standard ATM może bya stosowany zarówno w sieciach lokalnych LAN, miejskich MAN jak i rozległych WAN. Połączenie pomiedzy odbiorcą a nadawcą, tworzone jest na podstawie informacji zawartej w przesyłanych komórkach informacyjnych (ang. cell) o jednakowych rozmiarach.

Standard ATM nie definiuje medium transmisyjnego, wykorzystywanego do realizacji połączen miedzy wezłami, lecz zasady komunikacji w sieci, dopuszczając zastosowanie technologii ATM w różnorodnych środowiskach transmisyjnych, takich jak kable koncentryczne (sieci lokalne), światłowody (sieci LAN, WAN), bądź kanały bezprzewodowe (sieci globalne). ATM nie jest też związany z określoną szybkością przesyłania danych. Początkowo zdefiniowano szybkości transmisji od 1.4 Mb/s do 622 Mb/s, ale sieci ATM mogą swobodnie osiągaa coraz wyższe predkości przesyłania danych, w miare rozwoju sprzetu i technologii transmisyjnych. Określone w standardach mechanizmy synchronizacji i sygnalizacji zajmują około 1 Mb/s każdego łącza fizycznego, stąd nie jest korzystne używanie wolniejszych łączy niż T1/E1.

Termin "asynchroniczny" w nazwie technologii ATM, odnosi sie do trybu transmisji danych. W metodzie ATM przesyłane strumienie bitów dzielone są na grupy po 53 bajty, zwane „komórkami". Komórki z różnych połączen są ze sobą wymieszane i przesyłane bez żadnego ustalonego porządku, co ilustruje rysunek 2.1.

Rys.2.1 Przesyłanie w sieci ATM komórek należących do różnych połączen


Architektura ATM

Architektura ATM została zdefiniowana jako element specyfikacji B-ISDN (ang. Broadband - Integrated Services Digital Network). Skrót B-ISDN oznacza szerokopasmową siea cyfrową z integracją usług, w której informacje są przesyłane z dużą szybkością w postaci komutowanych pakietów danych, mowy i obrazów ruchomych i nieruchomych (wideo).

Podobnie jak i w innych typach sieci telekomunikacyjnych, również i w systemie B-ISDN ATM, funkcje sterowania, zarządzania, obsługi procesów użytkowych oraz związane z nimi protokoły mają strukture warstwową.

Model architektury protokołów ATM przedstawia rysunek 2.2. Składa sie on z warstw:

· fizycznej - definiującej funkcje związane z dostepem do medium transmisyjnego;

· ATM - określającej format komórki oraz funkcje zapewniające niezawodny transfer komórek, bez wzgledu na typ usługi;

· adaptacji ATM (ang. ATM Adaptation Layer - AAL) - obejmującej funkcje zależne od typu realizowanej usługi, które określają sposób konwersji informacji z warstw wyższych do postaci komórek ATM,

oraz płaszczyzn:

· użytkownika - pełniącej funkcje transferu informacji użytkownika oraz sterowania przepływem strumieni tych informacji, itp.;

· sterowania - odpowiedzialnej za realizacje zgłoszen; w płaszczyźnie tej zawarte są funkcje sygnalizacyjne odpowiedzialne za ustanawianie, zarządzanie i rozłączanie połączen;

· zarządzania - realizującej funkcje nadzoru warstwą (zarządzanie zasobami oraz parametrami obiektów istniejących w protokole) i nadzoru płaszczyzną (koordynacja miedzypłaszczyznowa).

Rys.2.2 Model architektury ATM

Podobnie jak w wielu innych architekturach sieciowych, tak i w ATM, poszczególne warstwy dzielą sie na podwarstwy, pełniące różne zdefiniowane funkcje.

Zestawienie funkcji realizowanych w poszczególnych warstwach przedstawione jest w tabeli 2.1.

Funkcje wyższych warstw Wyższe warstwy
Podwarstwa zbieżności

CS

AAL

Podwarstwa segmentacji i składania

SAR

 
Sterowanie przepływem informacji

Generacja i wydzielanie nagłówka

Translacja identyfikatora ścieżki logicznej/kanału logicznego

Multipleksacja i demultipleksacja komórek

ATM

 
Dopasowywanie szybkości transmisji komórek

Generowanie i weryfikacja nagłówka komórki

Wydzielanie komórek ze strumienia bitów

Adaptacja ramki transmisyjnej

Generowanie i odtwarzanie ramki transmisyjnej

TC

Warstwa

fizyczna

Realizacja podstawy czasu

Funkcje łącza fizycznego

PM

 

CS - (ang. Convergence Sublayer) - podwarstwa zbieżności

SAR - (ang. Segmentation and Reassembly) - podwarstwa segmentacji i scalania

AAL - (ang. ATM Adaptation Layer) - warstwa adaptacyjna

TC - (ang. Transmission Convergence Sublayer) - podwarstwa zbieżności transmisji

PM - (ang. Physical Medium Sublayer) - podwarstwa medium fizycznego

Tabela 2.1 Funkcje warstw protokołu ATM


Rodzaje interfejsów fizycznych

Standard ATM definiuje dwa podstawowe rodzaje styków (interfejsów) fizycznych:

· styk użytkownik-siea UNI (ang. User-to-Network Interface) - określający zasady połączenia stacji komputerowej użytkownika z siecią ATM. Istnieją przy tym dwa rodzaje interfejsów UNI: prywatny UNI i publiczny UNI. Pierwszy z nich odnosi sie do styku pomiedzy użytkownikiem, a przełącznikiem ATM, należącym do tej samej korporacji co użytkownik. Drugi interfejs, nazywany publicznym UNI, wykorzystywany jest, gdy użytkownik łączy sie z publiczną siecią ATM. Z interfejsem tym związany jest protokół ILMI.

Rys. 2.3 Interfejs UNI

· styk siea-siea NNI (ang. Network-to-Network Interface) - opisujący zasady łączenia przełączników ATM i odpowiadający głównie za zarządzanie ich współdziałaniem. W przypadku NNI możemy także wyróżnia dwa rodzaje styków: NNI prywatny - dotyczący przełączników w prywatnych sieciach oraz publiczny NNI, stosowany w sieciach publicznych. Z interfejsem tym związany jest protokół PNNI.

Rys. 2.4 Interfejs NNI

Protokół ILMI (ang. Interim Local Management Interface) odpowiedzialny jest za autokonfiguracje wielu parametrów protokołu ATM, np. wyznaczanie adresów serwerów inicjalizujących różne protokoły sieciowe ATM czy też określanie adresów ATM stacji koncowych. Mechanizm rejestracji adresów ATM w standardzie ILMI pozwala przełącznikom ATM rezerwowaa początkową cześa adresu stacji koncowych, podczas gdy pozostała cześa stanowi unikatowy 48-mio bajtowy adres MAC stacji. Protokół ten umożliwia administratorowi sieci kontrole rezerwowanych adresów.

Protokół PNNI (ang. Private Network-to-Network Interface) definiuje zbiór reguł routingu oraz sterowania, obejmujących zasady ustalania połączenia z gwarancją jakości usług QoS, z uwzglednieniem dostepnej w danej chwili przepustowości, obciążenia sieci i średniego opóźnienia transmisji. Metryka usługi QoS (ang. Quality of Service) określa jakośa zestawionego połączenia wirtualnego pomiedzy użytkownikami koncowymi, które może bya z gwarancją pasma, z cześciową gwarancją pasma czy też bez gwarancji. Jednocześnie protokół PNNI umożliwia przełącznikom ATM wymiane informacji o dostepnych adresach w sąsiednich przełącznikach oraz metryk QoS, wykorzystywanych przy określaniu parametrów kontraktu nowego połączenia.

Wymiana informacji pomiedzy przełącznikami ATM z wykorzystaniem protokołu PNNI umożliwia zestawienie połączenia tak, by został osiągniety pożądany poziom QoS oraz by uniknąa przeciążen w sieci.

Protokół PNNI jest stosowany zarówno w małych, lokalnych sieciach ATM, jak i w sieciach o zasiegu globalnym. Jest to możliwe dzieki hierarchicznemu podziałowi urządzen w sieci na poziomy i grupy. W jednej grupie znajduje sie liczba przełączników, dobrana tak, by zapewnia zarówno wysokie wykorzystanie przepustowości łączy, jak i właściwe metryki QoS połączen.

Każda grupa posiada „lidera". „Liderzy" wchodzą w skład grup wyższego poziomu, które też mają swoich liderów (rysunek 2.5). Każdy poziom hierarchii jest identyfikowany przez określoną cześa adresu ATM. W ten sposób hierarchia przełączników może nawet obejmowaa ponad 100 poziomów.

Rys. 2.5 Hierarchia przełączników protokołu PNNI

Po ustaleniu klasy usług, jakości QoS oraz zestawieniu połączenia wirtualnego nastepuje transmisja danych.


Nawiązanie połączenia

W sieci ATM przed zainicjowaniem transferu danych musi zostaa zestawione połączenie pomiedzy stacją nadawczą a odbiorczą. W tym celu stacja koncowa wysyła wiadomośa setup, zawierającą adres ATM stacji odbiorczej. Definiuje też pożądaną przez stacje (aplikacje) przepustowośa oraz parametry określające jakośa transmisji QoS. Wiadomośa ta jest przesyłana do najbliższego przełącznika ATM, który transmituje ją do kolejnego przełącznika ATM lub do stacji odbiorczej, jeżeli jest z nią bezpośrednio połączony. Ostatni przełącznik, znajdujący sie na trasie połączenia, przesyła wiadomośa do stacji odbiorczej. Jeżeli stacja odbiorcza wyraża zgode na realizacje połączenia, wówczas tą samą ścieżką transmisyjną, którą przybyło zapytanie o połączenie, wysyła wiadomośa connect. Po odebraniu potwierdzenia i uzgodnieniu warunków połączenia stacja nadawcza może zacząa wysyłanie danych. Jeżeli stacja odbiorcza nie zgadza sie na zestawienie połączenia wysyła wiadomośa release, która jest również używana do rozłączenia połączenia po zakonczeniu transmisji danych.

Za wyznaczenie trasy od stacji nadawczej do stacji odbiorczej, zgodnie z adresem podanym w nagłówku komórki, odpowiedzialny jest protokół PNNI.

Połączenia pomiedzy nadawcą i odbiorcą rozpoznawane są przez wartości identyfikatorów scieżek/kanałów logicznych. Istnieje kilka rodzajów połączen:

· stałe PVC (ang. Permanent Virtual Connection) - połączenie zestawiane jest na stałe, niezależnie od tego czy jest wykorzystywane do transmisji. Wartości identyfikatorów połączenia ustala administrator sieci, który też ustanawia i zamyka połączenie;

· pół-stałe sPVC (ang. semi-Permanent Virtual Connection) - różni sie od stałego tym, że połączenie jest ustalane tylko na czas przesyłania danych, ale wartości identyfikatorów połączenia są z góry nadane przez administratora sieci;

· zmienne SVC (ang. Switched Virtual Connection) - połączenie zestawiane jest tylko na czas przesyłania danych. Wartości identyfikatorów połączenia ustalane są podczas ustanawiania połączenia.

Siea ATM umożliwia przesyłanie danych tekstowych, graficznych oraz multimedialnych. Różnorodnośa charakterystyk przepływu danych ma swoje odbicie w definicji klas usług.


Typy i klasy usług

W sieciach ATM zdefiniowano nastepujące typy usług:

usługa o stałej szybkości bitowej CBR (ang. Constant Bit Rate) - opracowana dla źródeł ruchu wymagającego stałej szybkości transmisji w czasie trwania połączenia, np. przesyłanie cyfrowych sygnałów mowy;

usługa o zmiennej szybkości bitowej VBR (ang. Variable Bit Rate) - przewidziana dla źródeł ruchu generujących komórki ze zmienną, ale ograniczoną maksymalną intensywnością transmisji i wymagających gwarantowanego poziomu jakości usługi. Usługa ta jest podzielona na dwa typy:

rt-VBR (ang. Real-Time Variable Bit Rate) - przewidziana dla źródeł wymagających obsługi w czasie rzeczywistym, np. przesyłanie skompresowanych obrazów ruchomych;

nrt-VBR (ang. Non-Real-Time Variable Bit Rate) - usługa przewidziana dla źródeł nie wymagających synchronizmu czasowego w przekazie informacji miedzy źródłem, a odbiornikiem, np. transmisja danych komputerowych;

usługa o niezdefiniowanej szybkości bitowej UBR (ang. Unspecified Bit Rate) - przewidziana dla źródeł o niezdefiniowanej szybkości transmisji realizujących nieregularny transfer dużych porcji informacji, w miare dostepności łącza. Aplikacja bedąca źródłem nie interesuje sie, czy i kiedy dane dotrą do celu. W momentach przeciążenia łącza usługami innych typów, dane przesyłane w ramach UBR są tracone.

usługa o dostepnej szybkości bitowej ABR (ang. Available Bit Rate) - przewidziana dla źródeł o niezdefiniowanej szybkości transmisji, umożliwiająca użytkownikowi wykorzystanie, w danym momencie, całej dostepnej przepustowości kanału do realizacji, np. transferu plików. Zastosowano tutaj mechanizm kontroli przeciążen sieci, który zapobiega utracie danych w momentach wzmożonego ruchu. Mechanizm kontroli przeciążen po stwierdzeniu, że w sieci jest przeciążenie, zmusza systemy koncowe do zmniejszenia ilości lub wrecz wstrzymania transferu danych. Usługe ABR określa sie jako typ połączenia o negocjowanej przepustowości.

Rysunek 2.6 ilustruje współzależnośa różnych rodzajów ruchu i oferowanych usług.

Rys. 2.6 Współistnienie różnych typów ruchu

Biorąc pod uwage typ połączenia, potrzebe lub nie synchronizacji, a także szybkośa transmisji można wyróżnia kilka klas usług, które są przedstawione w tabeli 2.2.

Cechy połączenia

\ Klasy usług

Klasa A

Klasa B

Klasa C

Klasa D

Synchronizacja

wymagana

nie wymagana

Szybkośa bitowa

stała

zmienna

Typ połączenia

połączeniowy

bezpołączeniowy

Tab. 2.2 Klasy usług oferowanych przez standard ATM

Klasa A obejmuje usługi połączeniowe realizowane ze stałą szybkością transmisji - CBR; jest ona stosowana przy przesyłaniu obrazów wideo i głosu.

Klasa B dotyczy usług połączeniowych, umożliwiających przesyłanie głosu i obrazów video ze zmienną chwilową predkością transmisji - VBR.

Klasa C obejmuje usługi połączeniowe, oferowane ze zmienną chwilową predkością transmisji i bez synchronizacji czasowej. Klasa ta jest odpowiednia dla usług świadczonych przez X.25, Frame Relay i TCP/IP.

Klasa D dotyczy usług bezpołączeniowych, gdy przepływ danych odbywa sie ze zmienną predkością i nie jest wymagana synchronizacja czasowa, jak np. podczas przesyłania pakietów w sieciach LAN.

Każda klasa związana jest z jedną z warstw adaptacji ATM, które są omówione w dalszej cześci rozdziału.


Parametry ruchowe i jakośæ usług

W fazie zestawiania połączenia użytkownik podaje wartośa żądanego pasma oraz deklaruje wartości wybranych parametrów ruchowych. Do parametrów tych, określanych mianem deskryptorów ruchu, zalicza sie:

wartośa szczytową szybkości generowania komórek PCR (ang. Peak Cell Rate) - definiowaną jako maksymalną intensywnośa generowania komórek przez źródło;

wartośa graniczna średniej szybkości generowania komórek SCR (ang. Sustainable Cell Rate) - określającą górną granice wartości średniej intensywności generowania komórek liczonej w odpowiednio długim czasie;

tolerancje zmienności opóźnienia komórki CDV (ang. Cell Delay Variation Tolerance) - określającą dopuszczalną różnice czasu przyjścia komórki od jej teoretycznego czasu przyjścia do systemu;

maksymalną liczbe komórek w paczce MBS (ang. Maximum Burst Size) - określaną, gdy źródło transmituje komórki z szybkością równą PCR;

minimalną szybkośa transmisji komórki MCR (ang. Minimum Cell Rate) - określającą minimalną szybkośa transmisji komórek ze źródła.

Algorytm określający poprawnośa dotrzymania kontraktu GCRA (ang. Generic Cell Rate Algotihtm) opiera sie przeważnie na pomiarach przepustowości oraz jej przyrostu w jednostce czasu. Przykładowo stosowane są algorytmy "cieknącego wiadra", "skaczącego okna", czy "ślizgającego sie okna". Czesto wystepują kombinacje złożone z kilku algorytmów.

Podczas nawiązywania połączenia ustalane są również wartości parametrów jakości obsługi QoS (ang. Quality of Service). Są to:

maksymalne opóźnienie przesyłania komórki przez siea Max CTD (ang. Maximum Cell Transfer Delay), które mierzone jest od chwili rozpoczecia transmisji pierwszego bitu komórki na wejściu sieci do chwili odebrania ostatniego bitu komórki na wyjściu sieci dla danego połączenia;

zmiennośa opóźnienia transmisji komórek CDV (ang. Cell Delay Variation) - określająca różnice pomiedzy najwiekszą i najmniejszą wartością CTD;

prawdopodobienstwo straty komórki CLR (ang. Cell Loss Ratio), które określa sie jako stosunek liczby zagubionych komórek do liczby komórek wysłanych;

prawdopodobienstwo przekłamania komórki CER (ang. Cell Error Ratio) wyrażone jako stosunek liczby przekłamanych komórek do sumy komórek dobrze przesłanych i przekłamanych;

współczynnik błednie przesłanych komórek CMR (ang. Cell Misinsertion Rate) określony jako stosunek liczby błednie przesłanych komórek do przedziału czasu;

prawdopodobienstwo przekłamanych bloków komórek SECBR (ang. Severely ErroredCell Block Ratio) określone przez stosunek liczby bloków przekłamanych do liczby bloków wysłanych, gdzie blok komórek jest sekwencją N komórek wysłanych w danym połączeniu. Blok przekłamany to blok, gdy wiecej niż M komórek zostało przekłamanych lub straconych spośród N komórek w danym bloku (M<N).

Ze wzgledu na jakośa transmisji wyróżnia sie komórki:

· przesłane poprawnie - komórki, które dotarły do stacji docelowej bez żadnych błedów i w określonym czasie;

· błedne - komórki zostały przesłane w określonym czasie, ale podczas transmisji nastąpiło przekłamanie i komórki dotarły do stacji odbiorczej z jednym błedem lub wiecej;

· zagubione - są to komórki nie odebrane w ogóle lub takie, które zostały odebrane przez odbiorce po wyznaczonym czasie transmisji;

· źle przesłane - komórki, które trafiły do stacji nie bedącej ich odbiorcą.


Przesyłanie danych w ATM

Po nawiązaniu połączenia, tj. po ustaleniu wartości parametrów połączenia wirtualnego, klasy usług oraz wymaganej jakości usług, może rozpocząa sie transmisja danych. Dane są przesyłane poprzez kanały i ścieżki wirtualne.


Kanały i ścieżki wirtualne

Siea ATM składa sie na ogół z wielu połączonych ze sobą przełączników ATM (komutatorów). Gdy komórka informacyjna przybywa do komutatora, jest ona kierowana, na podstawie informacji adresowej zawartej w nagłówku, właściwą drogą do kolejnego wezła. Przełączanie komórek nastepuje sprzetowo. Z uwagi na to przesyłanie danych w standardzie ATM jest bardzo szybkie. W komutatorach ATM nie jest dokonywana weryfikacja poprawności przesyłanych komórek - odpowiadają za nią wyższe warstwy zaimplementowane w stacjach nadawcy i odbiorcy.

Zgodnie z koncepcją ATM pomiedzy stacjami źródłową a docelową zestawiane jest logiczne połączenie zwane kanałem wirtualnym VCC(ang. Virtual Channel Connection). Zestaw kanałów o wspólnym weźle docelowym tworzy tzw. wirtualną ścieżke VPC (ang. Virtual Path Connection). W komutatorze ATM ma wiec miejsce multipleksacja statystyczna poszczególnych kanałów. Kanały i ścieżki wirtualne są rozróżniane przez cześci adresowe VPI (ang. Virtual Path Identifier - 12-to lub 8-mio bitowe identyfikatory w zależności od wersji ATM) i VCI (ang. Virtual Channel Identifier - 16-to bitowy identyfikator) umieszczone w nagłówku komórki. Na rysunku 2.7 kanały wirtualne oznaczone identyfikatorami VCIa i VCIb przedstawiają dwie możliwe wartości identyfikatorów VCI wewnątrz ścieżki VP o idnetyfikatorze VPIx.

 

Rys.2.7 Kanały i ścieżki ATM

Użycie ścieżek wirtualnych upraszcza zarządzanie siecią, ponieważ liczba ścieżek wirtualnych jest znacznie mniejsza od liczby kanałów wirtualnych. Brak konieczności zestawiania połączen w wezłach pośrednich, przez które przebiega dana ścieżka, wpływa na przyspieszenie procedury ustanawiania nowego połączenia, wykorzystującego ścieżki wirtualne.

Kanały wirtualne należące do jednej ścieżki wirtualnej muszą charakteryzowaa sie jednakowym poziomem wymaganej jakości usługi QoS.

Transmisja danych odbywa sie z udziałem wezłów-komutatorów ATM. Rozróżniamy przy tym dwa rodzaje komutatorów (przełączników). Są to komutatory ścieżek VP i kanałów VC (rysunek 2.8). W komutatorze VP znajdują sie zakonczenia ścieżek VPx. W związku z tym dokonywane są zamiany wartości VPI ścieżki wchodzącej na VPI ścieżki wychodzącej, według adresu docelowego danego połączenia. W komutatorze kanałów VC translacji ulegają zarówno wartości wskaźników VCI jak i VPI.

Rys.2.8 Komutator ścieżek i komutator kanałów

ATM dysponuje dobrymi mechanizmami obronnymi przed powstaniem przeciążen. W razie awarii przełącznika w sieci lub dużego zageszczenia ruchu nastepuje przełączenie całej wirtualnej ścieżki na inną droge w sieci. Ułatwia to zarządzanie siecią ATM, gdyż wymagane jest tylko określenie przebiegu wirtualnych ścieżek, nie zaś indywidualnych kanałów. Określenie ścieżki i kanału w sieci, rodzaj przesyłanej informacji (użytkowa, zarządzania siecią) oraz priorytet komórki są umieszczone w nagłówku komórki.


Warstwa fizyczna

Warstwa fizyczna ATM została podzielona na dwie podwarstwy: podwarstwe PM (ang. Physical Medium Sublayer) określającą charakterystyki medium transmisyjnego, parametry nadajnika, odbiornika itp., oraz podwarstwe TC (ang. Transmision Convergence) służącą dopasowaniu otrzymanego ciągu bitów do struktury komórek ATM, określaniu granicy poszczególnych komórek, sprawdzaniu poprawności transmisji (pole HEC), oraz generowaniu i usuwaniu komórek warstwy fizycznej.

Do transmisji danych mogą bya wykorzystywane interfejsy takie jak SDH, PDH i inne. Tabela 2.3 przedstawia hierarchie predkości transmisji. Wymieniono w niej predkości interfejsu SONET, który jest kompatybilny z SDH.

SONET

SDH

Mb/s

STS-1/OC-1

-

51.84

STS-3/OC-3

STM-1

155.52

STS-9/OC-9

STM-3

466.5

STS-12/OC-12

STM-4

622.08

STS-18/OC-18

STM-6

933.12

STS-24/OC-24

STM-8

1244.16

STS-36/OC-36

STM-12

1866.24

STS-48/OC-48

STM-16

2488.32

Tabela 2.3 Hierarchia predkości transmisji

W odniesieniu do pakietów SDH warstwy fizycznej proces ich ramkowania jest w sposób naturalny narzucony przez użycie ramki STM-a (155,52 Mb/s) lub STM-4 (622,08 Mb/s). Przy tych predkościach szybkośa transmisji danych użytkownika, sygnałów i informacji warstw wyższych wynosi odpowiednio 146.760 Mb/s i 599.040 Mb/s. Stosunek liczby przesyłanych komórek z informacją warstw wyższych do wszystkich przesyłanych komórek wynosi 26/27, czyli co 27 komórka przenosi informacje sterujące warstwą fizyczną. Mogą to też bya komórki "puste" (ang. Idle).


Opis styku STM-1

Ramka SDH jest strukturą bajtową, zawierającą 9 wierszy i 270 kolumn, co wymusza czestotliwośa nadawania 8kHz (9*270 bitów * 8 kHz = 155.520 Mb/s), patrz rysunek 2.9. Pierwsze dziewiea kolumn stanowi pole SOH (ang. Section Overhead) oraz wskaźnik administrowania AU-4 (ang. Administrative Unit), kolejne dziewiea wyznacza wskaźnik sterowania ścieżką POH (ang. Path Overhead).

Rys.2.9 Struktura komórki w interfejsie 155 Mb/s SDH

Przychodzące komórki są składowane w "kontenerze" C-4 (9*260 kolumn). Nastepnie dodawane są kolumny odpowiadające za organizacje ścieżki (POH). Ponieważ czesto pojemnośa "kontenera" nie odpowiada całkowitej wielokrotności długości komórki ATM, pozostała przestrzen wykorzystywana jest do odwzorowywania zawartych komórek. Po zapełnieniu "kontenera" jest on odwzorowywany w ramke 9*270 oktetów (znaną jako STM-1). Na podstawie AU-4 ustalany jest pierwszy bajt kontenera. Nastepnie ustawiane są bity J1, B3, C2 i G1.


Opis styku STM-4

W przypadku wyższych predkości transmisji (622 Mb/s) stosowana jest ramka STM-4 (4 * STM-1). Nie oznacza to, że wszystkie pola wystepują cztery razy. Kolumna POH wystepuje tylko raz, a przyległe trzy kolumny w "kontenerze" C-4-4 nie są używane (rysunek 2.10). Pozwala to na przesyłanie pakietu STM-4 w czterech połączeniach STM-1 w przypadku, gdy nie jest możliwa transmisja STM-4 w sieci ATM.

W identyczny sposób można utworzya pakiety dla jeszcze wyższych predkości.

Rys.2.10 Struktura komórki w interfejsie 622 Mb/s SDH

W warstwie fizycznej ustalana jest wartośa pola HEC, obliczana na podstawie wielomianu generującego: x8+x2+x+1. Dzieki temu możliwa jest korekcja błedów na pojedynczych bitach w nagłówku komórki.


Warstwa ATM i struktura komórki ATM


Struktura komórki ATM

W standardzie ATM dane przesyłane są w postaci komórek o stałym, wynoszącym 53 bajty rozmiarze. Składają sie one z 5-cio bajtowego nagłówka oraz 48-u bajtów danych (ang. payload). Ich stała długośa powoduje, że siea ATM jest przystosowana do transportu różnorodnych protokołów komunikacyjnych i usług. Jednocześnie fakt jednakowej długości komórek informacyjnych daje możliwośa przydzielenia aplikacjom takiego pasma przesyłania, jakie jest im niezbedne, a w razie potrzeby zmiane jego zakresu. Ma to zasadnicze znaczenie dla przesyłania informacji głosowych i sygnału telewizyjnego, które wymagają stałego pasma oraz pojawiania sie kolejnych komórek u odbiorcy w takiej samej kolejności, w jakiej zostały nadane. Struktura nagłówka została pokazana na rys. 2.11 (dla styku UNI użytkownik - siea) i 2.12 (dla styku NNI siea - siea).

8

7

6

5

4

3

2

1

bit/oktet

GFC

VPI

1

VPI

VCI

2

VCI

3

          PT   CLP

4

HEC

5

Rys.2.11 Format nagłówka komórki ATM dla styku użytkownik - siea

8

7

6

5

4

3

2

1

bit/oktet

VPI

1

VPI

VCI

2

VCI

3

          PT   CLP

4

HEC

5

Rys.2.12 Format nagłówka komórki ATM dla styku siea - siea

Oznaczenia pól na rysunkach:

GFC (ang. Generic Flow Control) - pole kontroli dostepu

VPI (ang. Virtual Path Identifier) - identyfikator ścieżki logicznej

VCI (ang. Virtual Channel Identifier) - identyfikator kanału logicznego

PT (ang. Payload type) - typ danych

CLP (ang. Cell-Loss Priority) - bit priorytetu

HEC (ang. Header-Error-Control) - pole kontrolne

Pole GFC jest używane tylko na styku użytkownik-siea. W interfejsie NNI ma wartośa "0". Służy do kontroli przepływu danych od stacji użytkownika do sieci ATM oraz zapobieganiu krótkotrwałym przeciążeniom na tym styku. Pole to nie jest związane z dalszą cześcią nagłówka, dlatego nie może bya używane do kontroli przepływu w poszczególnych ścieżkach czy kanałach.

Identyfikator ścieżki logicznej VPI, w zależności od rodzaju styku UNI czy NNI, ma długośa 8 lub 12 bitów.

Identyfikator kanału logicznego VCI, łącznie z poprzednim polem, służy do wyznaczania drogi przesyłania komórki. Długośa tego pola jest identyczna dla obu rodzajów interfejsów styku.

Pole PT określa jakiego typu dane są przesyłane w danej komórce, np. wartośa "000" wskazuje na dane użytkownika. W przypadku danych sieci pole to przenosi informacje potrzebne do zarządzania oraz przeprowadzenia określonych operacji.

Jednobitowe pole CLP służy do określenia priorytetu komórki. Wartośa "1" oznacza niski priorytet i taka komórka może ulec zniszczeniu w zależności od stanu sieci, np. przy zatłoczeniu. Bit CLP może bya określany przez użytkownika lub usługe sieciową. Komórki przenoszące dane CBR mają zawsze wysoki priorytet CLP="0". Wiele usług VBR ma niskie wymagania co do jakości transmisji i komórki z ich danymi mogą miea ustawiony bit CLP na "1". Poziom jakości transmisji jest określany przy ustalaniu połączenia, przy czym w trakcie trwania transmisji może ulec zmianie.

Ostatnie pole nagłówka, w odróżnieniu od pozostałych ustawianych w warstwie ATM, określane jest w warstwie fizycznej i służy do sprawdzania poprawności transmisji, a także korekcji błedów. Generowane jest na podstawie pierwszych 32-ch bitów nagłówka według wielomianu generującego: x8+x2+x+1.

Rozróżnia można kilka typów komórek:

· "puste" (ang. Idle) nie przenoszące żadnej informacji, generowane są przez warstwe fizyczną w celu dostosowania szybkości przepływu pomiedzy warstwą ATM a fizyczną, w przypadku obciążenia;

· "poprawne" (ang. Valid) przesłane prawidłowo bez błedów nagłówka lub takie, których nagłówek jest poprawny po przeprowadzeniu weryfikacji;

· "niepoprawne" (ang. Invalid) przesłane błednie z niemożliwością przeprowadzenia poprawek weryfikacji;

· "przydzielone" (ang. Assigned) w warstwie ATM dostarczające usługi aplikacjom;

· "nieprzydzielone" (ang. Unassigned) wszystkie komórki w warstwie ATM nie bedące "przydzielonymi".


Funkcje warstwy ATM

Warstwa ATM odpowiada za ustawienie połączenia, ustalenie parametrów przepływu oraz jego kontrole. Do rozróżniania połączen służą wskaźniki ścieżek VPI oraz kanałów VCI. Dwa różne kanały w dwóch różnych ścieżkach mogą miea identyczny wskaźnik kanału VCI. Dlatego dopiero oba wskaźniki jednoznacznie określają połączenie. Wartośa VPI zmieniana jest w miejscu zakonczenia ścieżki (np. komutator ścieżek), a VCI w miejscu zakonczenia kanału. Dlatego z definicji ścieżki i kanału wynika, że wraz ze zmianą VCI nastepuje zmiana VPI.

Parametry przepływu danych są ustalane podczas ustawiania połączenia, jednak podczas transmisji mogą bya negocjowane.


Warstwa adaptacyjna ATM

W skład warstwy adaptacyjnej AAL wchodzą: podwarstwa SAR - segmentująca pakiety PDU warstw wyższych i składająca komórki warstwy ATM w pakiety PDU, oraz podwarstwa CS, która zależy od wybranej usługi, jakie prowadzi poprzez punkty udostepniania usług AAL-SAP, bedące adresami aplikacji.

Ze wzgledu na różnorodnośa charakterystyk przepływu danych zostało wydzielonych kilka klas usług (omówionych w paragrafie 2.3.1), z każdą związana jedna z warstw adaptacji AAL.


AAL Typ 1

Protokół AAL typ 1 wykorzystywany jest przy usługach klasy A, która charakteryzuje sie stałą szybkością transmisji (usługi CBR), np. przesyłanie dźwieku, wideo, usługi multimedialne. Protokół ten jest zorientowany połączeniowo (ang. Connection Oriented). Realizuje on segmentacje i scalanie danych użytkownika, informuje warstwy wyższe o zgubionych lub błednych komórkach, jeżeli nie jest w stanie przeprowadzia ich korekty. Utrzymuje dopuszczalny poziom opóźnienia transmisji komórek oraz segmentacji/scalania pakietów. Protokół AAL1 odtwarza czestotliwości zegara w odbiorniku. Synchronizacja ta potrzebna jest do utrzymania odpowiedniej stałej czestotliwości nadawania/odbierania komórek.

W podwarstwie SAR jednostki SAR-PDU składają sie z 48-miu oktetów. Pierwszy oktet zawiera informacje PCI (ang. Protocol Control Information), która jest podzielona na dwa pola:

· 4-ro bitowy numer kolejny SN (ang. Sequence Number):

1/ jeden bit CSI (ang. Convergence Sublayer Indication)

2/ trzy bity numeru sekwencyjnego SC (ang. Sequence Count)

· 4-ro bitowe pole poprawności SNP (ang. Sequence Number Protection)

1/ trzy bity CRC, które określają poprawnośa pola SN według wielomianu: x3+x+1

2/ jeden bit parzystości określony na podstawie poprzednich 7-miu.

CSI

SC

CRC

P

dane SAR-PDU

SN

SNP

 

Rys.2.13 Format SAR-PDU typu AAL 1

Podwarstwa CS jest odpowiedzialna za utrzymanie dopuszczalnego opóźnienia. Realizuje to za pomocą buforów.


AAL Typ 2

Protokół warstwy AAL2 jest również zorientowany połączeniowo, ale charakteryzuje sie zmienną szybkością transmisji VBR (świadczy usługi klasy B). AAL2 przenosi informacje synchronizacji pomiedzy nadawcą i odbiorcą oraz utrzymuje dopuszczalne opóźnienie transmisji. Warstwom wyższym może przekazywaa informacje o błedach transmisji (błedne komórki lub ich zgubienie).

SN

IT

dane SAR-PDU

LI

CRC

SN (ang. SequenceNumber) - numer sekwencyjny

IT (ang. Information Type) - typ przesyłanej informacji

LI (ang. Length Indicator) - ilośa przesyłanych danych

Rys.2.14 Format SAR-PDU typu AAL 2


AAL Typ 3 i 4

Protokoły AAL warstw 3/4 są bezpołączeniowe, o zmiennej szybkości transmisji nie wymagającej izochroniczności. Odnoszą sie do usług klas C i D. Podwarstwa CS składa sie z CPCS (ang. Common Part Convergence Sublayer) oraz SSCS (ang. Service-Specific Convergence Sublayer).

Dla warstwy AAL Typ 3/4 są zdefiniowane dwa sposoby transmisji:

· wiadomości (ang. Message Mode) przesyła dane warstw wyższych w jednej lub kilku jednostkach SAR-PDU;

· strumieniowy (ang. Streaming Mode) przeznaczony do transmisji z małą predkością i małymi opóźnieniami.

Rys.2.15 Przesyłanie wiadomości

 

Rys. 2.16 Przesyłanie strumieniowe

Protokół AAL typ 3/4 umożliwia przesyłanie z retransmisją błednych lub utraconych komórek lub bez retransmisji.

Jednostki CS-PDU z reguły są różnej długości. Podwarstwa SAR segmentuje je na 44-oktetowe cześci, dodaje dwuoktetowy nagłówek oraz dwuoktetowe zakonczenie (ang. Trailer). Nagłówek składa sie z pól:

· typ segmentu ST (ang. Segment Type) (2 bity) definiujący czy dana komórka zawiera początek (BOM), kontynuacje (COM), koniec (EOM) pakietu czy cały pakiet (SSM),

· numer kolejny SN (4 bity),

· wskaźnik multipleksacji MID (ang. Multiplexing Identification) (10 bitów).

W skład zakonczenia wchodzą:

· wskaźnik ilości bitów informacji - 6 (w przypadku BOM i COM zawsze równy 44),

· pole poprawności transmisji CRC (10 bitów) określone dla całej SAR-PDU na podstawie wielomianu: X10+x9+x5+x4+x+1.

ST

SN

MID

dane SAR-PDU

LI

CRC

Rys.2.17 Format SAR-PDU typu AAL 3/4

Dodatkowo funkcje podwarstwy SAR to:

· wykrywanie pojedynczych błedów,

· multipleksacja/demultipleksacja jednostek CS-PDU należących do różnych połączen w jedno połączenie warstwy ATM, wszystkie o jednakowym QOS (wszystkie jednostki SAR-PDU o jednakowym MID zawierają dane jednego CS-PDU).

Podwarstwa CS składa sie z cześci SSCS (wymaga dalszych studiów) oraz CPCS.

CPI

Btag

BASize

dane CPCS-PDU

PAD

AL

Etag

Długośa

Rys.2.18 Format CPCS-PDU typu AAL 3/4

CPCS składa sie z pól:

· wskaźnik cześci CP (ang. Common Part Indicator) (8 bitów),

· wskaźniki początku (Btag) i konca (Etag) CPCS-PDU (8 bitów),

· rozmiar wymaganego bufora BASize,

· pole wyrównujące PAD (0-24 bity),

· pole AL (8 bitów),

· wskaźnik ilości danych warstwy wyższej przenoszonych przez daną CS-PDU.


AAL Typ 5

Protokół AAL typu 5 prowadzi podobne usługi jak typ AAL 3/4, ale likwiduje jego nadmiarowośa. Jest on przeznaczony przede wszystkim do obsługi ruchu o dużej szybkości transmisji, pochodzącego z sieci LAN. Tryb wiadomości, strumieniowy oraz możliwośa retransmisji jest identyczna jak w protokole AAL 3/4. AAL5 nie umożliwia multipleksacji, gdyż nie wystepuje tu pole MID.

Funkcją podwarstwy SAR jest segmentacja/scalanie pakietów CS. Nie dodaje ona żadnych własnych pól. Do określenia początku i konca pakietu używa bitu AUU w polu PT nagłówka komórki ATM ("1" oznacza koniec pakietu, a "0" początek lub kontynuacje).

Podwarstwa CS składa sie z SSCS (przeważnie niewykorzystywana) oraz CPCS, która charakteryzuje sie 8-mio oktetowym zakonczeniem oraz polem uzupełniającym (od 0 do 47 oktetów). Zakonczenie zawiera:

· wskaźnik danych użytkownika UU (ang. User-to-User Indication) (8 bitów)

· wskaźnik cześci CPI,

· ilośa przenoszonych danych,

· pole poprawności transmisji CRC.

dane CPCS-PDU

PAD

UU

CPI

Długośa

CRC

Rys.2.19 Format CPCS-PDU typu AAL 5


Rozłączenie

Gdy transmisja została zakonczona za pomocą sterowania ATM, zostaje usuniete połączenie - zwolnione są kanały i ścieżki wirtualne (usuniete VPI/VCI z tablic przełączania).

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk   |   tel. 58-347-24-11
email: office@task.gda.pl   |   NIP: 584-020-35-93