3.2 Построение транспортной сети АТМ.

Как было указано ранее, модель транспортной сети АТМ представлена тремя самостоятельными по своей организации уровнями(рис1.1 с.3): уровень среды передачи; уровень асинхронного режима передачи АТМ; уровень адаптации АТМ. 

  Модель транспортной сети АТМ состоит из трех уровней самостоятельных по своей организации:

-       уровень среды передачи;

-       уровень АТМ:

-       уровень адаптации АТМ.

 Развернутая картина формирования потока ячеек в модели транспортной сети АТМ представлена на рис 2.7

Уровень среды передачи или физический уровень. Этот уровень может быть реализован любой системой передачи – PDH, SDH, при этом допускается использование любой среды и оборудования передачи (медные провода с оборудованием xDSL, радиоканалы, атмосферные оптические каналы с соответствующими средствами сопряжения, волоконно-оптические системы).

Уровень АТМ

Уровень ATM разбит на подуровни: виртуального канала (VCI) и виртуального пути (VPI). Такое построение уровня ATM объясняется представлением данных в виде единиц, которые называются ячейками. Заголовок, как отмечалось выше, содержит идентификатор ячеек, принадлежащих одному соединению, виртуальному пути и виртуальному каналу.

На уровне ATM реализуются функции передачи ячеек и коммутации ячеек с помощью кроссов и коммутаторов ATM. Характерная особенность функций этого уровня – независимость от функций физической среды. Уровень ATM в отличие от других уровней имеет простые состояния функций:

-       коммутация ячеек;

-       генерация и извлечение заголовков;

-       контроль скорости передачи информации по каналам;

-       мультиплексирование ячеек и демультиплексирование;

-       контроль правильности заполнения заголовков;

-       управление потоком ячеек на интерфейсе UNI (GFC).

Управление потоком ячеек (GFC) на интерфейсе UNI необходимо для устранения перегрузок коммутаторов сети. Генерация, извлечение и контроль заголовков необходимы при перемене маршрутизации ячеек в коммутаторах (VPI и VCI), а также для приема ячеек из физического уровня и передачи их на уровень адаптации.

Мультиплексирование и демультиплексирование ячеек необходимо для организации непрерывного потока ячеек в физической среде. Составной поток ячеек различных пользователей и услуг это нормальный непрерывный поток ячеек. На приемной стороне непрерывный поток демультиплексируется (разделяется) на индивидуальные ячейки по назначенным адресам (VP и VC).

Уровни АТМ и физический в совокупности рассматриваются как транспортная среда для любого вида информации с определенным качеством переноса. В этой совокупности рассматриваются функции коммутации, мультиплексирования и передачи c контролем ошибок.

Уровень адаптации АТМ (AAL)

Уровень AAL действует как интерфейс с вышерасположенными уровнями и адаптирован к требованиям различных применений. Он поддерживает различные приложения и различные типы трафика: речевой, видео и данных.

AAL исполняет ключевую роль в способности сети АТМ поддерживать операции многих приложений. Он изолирует уровень АТМ от множества операций, необходимых для поддержки различных типов трафика.

Поскольку AAL зависит от типов предоставляемых услуг, то это определяет разные типы AAL, которых насчитывается пять (ААL1, ААL2, ААL3/4, ААL5), и число каждой услуги составляет пять (CBR, VBR, ABR, UBR, GFR).

3.7.png

Рис. 3.7  формирование потока ячеек АТМ.

Уровень адаптации АТМ (AAL)

Уровень AAL действует как интерфейс с вышерасположенными уровнями и адаптирован к требованиям различных применений. Он поддерживает различные приложения и различные типы трафика: речевой, видео и данных.

AAL исполняет ключевую роль в способности сети АТМ поддерживать операции многих приложений. Он изолирует уровень АТМ от множества операций, необходимых для поддержки различных типов трафика.

Поскольку AAL зависит от типов предоставляемых услуг, то это определяет разные типы AAL, которых насчитывается пять (ААL1, ААL2, ААL3/4, ААL5), и число каждой услуги составляет пять (CBR, VBR, ABR, UBR, GFR).

Сервис уровня AAL-1 называют услугами 1-го класса (или категории А) и предоставляют пользователю сети с постоянной скоростью (CBR). По всей линии передачи характеристики передачи данных определены, и время доставки данных строго ограничено. Этот класс услуг имеет следующие характеристики: – трафик представляет собой поток данных в виде блоков по 193 бита, передаваемых каждые 125 мкс; – трафик чувствителен к изменениям задержки; – трафик не допускает потери информации; – трафик чувствителен к сжатию. Функции, реализуемые в ААL-1, состоят в следующем:

– сегментация и восстановление информации пользователя;

 – управление отклонением времени задержки ячейки;

 – управление искажениями и неверно введенными ячейками;

– восстановление источника синхронизации;

 – наблюдение за ошибками байтов и управление этими ошибками;

 – генерация и обнаружение структурного указателя.

Таблица 3.4 Основные типы уровней AAL

Типы AAL

AAL1

AAL2

AAL3/4

AAL5

Синхрониза­ция между источником и получателем

Требуется

Требуется

Не
требуется

Не
требуется

Скорость пе­редачи в битах

Постоянная

Переменная

Переменная

Переменная

Категория услуг (сервиса)

CBR

VBR (rt,nrt)

ABR

UBR(GFR)

Режим соединения

На основе виртуальных каналов (VC)

На основе VC

На основе VC

Без каналов, т.е. без установления соединения

Примеры

Аудио- и видеосистемы Е1, n´64кбит/с

rt (real-time) сжатые аудио- и видеосигна­лы в реальном времени, nrt (non-real-time) пакетная передача звука, видео в нереальном вре­мени, frame relay

Трафик локальных компьютерных сетей и на основе протоколов TCP/IP, дэйтаграммный метод передачи

 

     В таблице 3.4 обозначено:

GFR, Guaranteed Frame Rate – гарантированная скорость блока данных;

TCP/IP , Transmission Control Protocol/Internet Protocol –-протокольный набор для компьютерных сетей являющийся частью их операционных систем, например, системы UNIX.

Возможности сервиса класса А определяют возможности передачи звука, изображения и данных в реальном времени с постоянной скоростью. При этом информация может быть структурирована, т.е. представлена по байтам, или не структурирована, т.е. передаваться по битам, и размещаться в 48-байтовых полях полезной нагрузки (рис. 2.8). Заполнение 48-байтового поля обусловлено протоколом структурирования данных для сегментации и сборки SAR-PDU (Segmentation and Reassambly Sublayer — Protocol Data Unit).

3.8.png

Рис.3.8 формат структурированных данных в ААL-1.

 

3.9.png

Рис 3.9 структура ячейки АТМ с сегментом ААL-1.

Порядковый номер поля позволяет отделить пустые и неисправные ячейки от ячеек с информацией. Защита номера поля предназначена для обнаружения ошибок с помощью процедуры CRC и исправления одиночной ошибки. Участок, обозначенный SAR-PDU, несет необходимую полезную нагрузку. При этом в первом байте SAR-PDU фиксируется указатель структурирования. На уровне AAL-1 обрабатываются сигналы реального времени, чувствительные к задержкам передачи (например, речевые сообщения). Для поддержки услуг самого высокого класса (категории А) необходимо выполнение условий синхронизации источника и приёмника сигнала. Сеть АТМ, являясь транспортной средой, как правило, имеет собственный высокостабильный синхронизм. Однако источник и приемник информационных сигналов не всегда имеют общий синхронизм с АТМ. По этой причине может возникать большое расхождение тактовых механизмов источника и приемника сигналов. Таким образом, сеть АТМ не будет полностью «прозрачной» транспортной средой для сигналов. Поскольку сеть АТМ основана на передаче ячеек, то характеристика частоты источника синхронизма на приемной стороне может зависеть от сегментации ячеек и задержки возможных случайных смешиваний. Маршрут извлечения источника синхронизма принадлежит пользовательскому соединению типа «точка-точка», построенному по принципу буферизации «первый пришел первый вышел» (FIFO, First In First Out) в выходном буфере, например, для Е1 с регулировкой частоты записи-считывания. Частота считывания не может быстро меняться и подстраиваться под дрожание фазы приходящих импульсов. При этом может быть нарушено требование по стабильности синхронизма, например, для Е1, согласно рекомендации МСЭ-Т G.703, требование стабильности составляет 50×10–6. Поэтому важнейшей функцией AAL-1 может быть восстановление с требуемой точностью тактовой частоты. Рекомендацией МСЭ-Т I.363.1 определен метод введения синхронной остаточной временной метки SRTS (Synchronous Residual Time Stamps). Эта метка вводится в сегмент AAL-1 (рис. 2.9) в виде p-бита CSI.

     По этой причине может возникать большое расхождение тактовых механизмов источника и приемника сигналов. Таким образом, сеть АТМ не будет полностью «прозрачной» транспортной средой для сигналов. Поскольку сеть АТМ основана на передаче ячеек, то характеристика частоты источника синхронизма на приемной стороне может зависеть от сегментации ячеек и задержки возможных случайных смешиваний. Маршрут извлечения источника синхронизма принадлежит пользовательскому соединению типа «точка-точка», построенному по принципу буферизации «первый пришел первый вышел» (FIFO, First In First Out) в выходном буфере, например, для Е1 с регулировкой частоты записи-считывания. Частота считывания не может быстро меняться и подстраиваться под дрожание фазы приходящих импульсов. При этом может быть нарушено требование по стабильности синхронизма, например, для Е1, согласно рекомендации МСЭ-Т G.703, требование стабильности составляет 50×10–6. Поэтому важнейшей функцией AAL-1 может быть восстановление с требуемой точностью тактовой частоты.

Сервис уровня AAL-2 называется услугами 2-го класса (или категории В) и предотавляется пользователю сети с переменой скоростью VBR для пакетированных, сжатых данных. Сжатие данных для передачи звука и видео приводит к пульсирующему во времени трафику, поэтому его характеризуют как «взрывной» (пиковый). Каждая ячейка, формируемая AAL-2, должна быть снабжена временной меткой для реагрегирования и формирования непрерывного потока данных на приеме. Особенной характеристикой трафика, формируемого AAL-2, является очень сильная чувствительность к искажениям информации при передаче. Функции, реализуемые в AAL-2, заключаются в следующем:

 – сегментация и реагрегирование пользовательской информации;

 – управление переменной задержкой ячейки;

– управление искаженными ячейками;

– восстановление синхронизма источника и приемника;

– контроль за битами ошибок и управление этими ошибками;

– просмотр поля пользовательской информации для обнаружения и исправления ошибок.

 Для ААL-2 формат структурированных данных состоит из трех полей: поля заголовка, поля полезной нагрузки (то есть переносимого трафика) и хвостовой части (рис. 3.10).

3.10.png

Рис. 3.10 Формат данных AAL-2.

Порядковый номер сегмента служит для отделения пустых и ошибочных ячеек от информационных. Индикатор типа информации, следующий за порядковым номером, указывает на тип передаваемой части информации, т.е. на начало передачи, продолжение передачи и завершение передачи данных. Хвостовая часть SAR-PDU содержит индикатор длины поля полезной нагрузки и блок контроля ошибок поля полезной нагрузки процедурой CRC. Хвостовая часть формата SAR-PDU для ААL-2 позволяет защитить от ошибок поле информационной нагрузки и головную часть. Размещение SAR-PDU в ячейке ATM и последующее размещение на физическом уровне аналогично AAL-1 (рис 2.8), однако, при пульсирующем трафике ячеек промежутки могут быть заполнены пустыми ячейками для выравнивания скоростного потока на физическом уровне.

Адаптационные уровни ААL-3 и ААL-4, объединены одним классом сервиса для передачи данных, допускающих задержки, но различаются тем, что ААL-3 ориентирован на соединение пользователей через виртуальный канал с доступной скоростью передачи, а ААL-4 не ориентирован на соединение.

К особенностям характеристик класса сервиса AAL-3/4 относят следующее:

– передаваемая информация может иметь «взрывной» характер и переменную

   длину блоков. К такой информации относится трафик локальных

   компьютерных сетей на основе протоколов TCP/IP, дейтаграммный способ

   передачи;

– отсутствуют жесткие требования к задержкам передачи, что недопустимо в

   классах услуг А и В, т.е. для передачи звука и видео;

– возможна буферизация информации и ее следование к месту назначения

   разными путями.

Уровень AAL-5, обеспечивает предоставление сервиса класса 5 (или категорий C и D). Этот класс услуг предложено использовать для компьютерных сетей и передачи данных в следующих вариантах:

– в качестве AAL-5 может выступать ААL-3/4, но с упрощенным заголовком;

–для загрузки пакетов по протоколу TCP/IP.

Класс услуг AAL-5 предполагается использовать в локальных масштабах.