Практическакя работа №2.
Тема: Технология асинхронного режима передачи. Модель транспортной сети АТМ (работа рассчитана на 8 часов).
1.
Цель
работы: Изучить технологию асинхронного режима передачи; разобраться со
структурой транспортной сети; рассмотреть вопросы передачи ячеек АТМ с
использованием различных сред.
2.
Литература:
1.
Крук
Б.И. Телекоммуникационные системы и сети. Современные технологии [Электронный
ресурс]: учебное пособие/ Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П.—
Электрон.текстовые данные.— М.: Горячая линия - Телеком, 2012.— 620 c.— Режим
доступа: http://www.iprbookshop.ru/12047.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
2.
Фокин
В.Г. Оптические системы передачи и транспортные сети. Учебное пособие. – М.:
Эко-Тренз, 2008.,
3.
Неудачина
О.И. Электронный учебник по ТМ и О транспортных сетей.
I
часть.
- Улан-Удэ: «БФ СибГУТИ», 2014.
2.1 Интернет-сайты:
-
http://www.studfiles.ru/preview/6278956/;
-
http://tss-vosp.narod.ru/tss/zan/z21/z21v00.htm;
- http://life-prog.ru/1_5036_asinhronniy-rezhim-peredachi.html;
2.2
Конспекты лекций.
3. Подготовка к работе:
3.1
Повторить общие положения по транспортным сетям.
3.2
Подготовить бланк отчета:
-
формат
ячейки и ее заголовков;
-
форматы
структурированных данных уровней адаптации АТМ;
-
схему
формирования потока ячеек ТС АТМ.
4.
Основное
оборудование:
4.1 Персональные
компьютеры;
4.2 Электронный
учебник по ТМ и О транспортных сетей;
4.3 Методические указания по выполнению практической работы.
5.
Методические указания.
5.1 Разобраться с основными принципами технологии
АТМ
Основные
определения цифровых сетей с интеграцией услуг
В
соответствии с определением ITU-T цифровая сеть с интеграцией услуг, ISDN
(Integrated Services Digital Network), это сеть обеспечивающая полностью
цифровые соединения между оконечными устройствами для поддержания широкого
спектра речевых, видео и других услуг, доступ к которым осуществляется с помощью
ограниченного набора стандартизованных многофункциональных интерфейсов. Сеть
ISDN устанавливает соединение от абонента до абонента по непрерывному цифровому
каналу. Кроме того, ISDN поддерживает передачу данных без установления
соединения. Сети ISDN подразделяют на узкополосные и широкополосные: N-ISDN –
узкополосная (Narrowband) с коммутацией каналов n х 64 кбит/с (n = 1…30); B-ISDN
– широкополосная (Broadband) с коммутацией виртуальных каналов с полосой
пропускания, запрашиваемой у сети под конкретную услугу (до 10
Гбит/с).
В
отличии от N-ISDN сеть B-ISDN создает возможности по предоставлению узкополосных
и широкополосных услуг.
По
определению ITU-T B-ISDN это сеть, в которой обеспечивается доступ пользователей
со скоростными режимами передачи от 2,048 Мбит/с и выше (25 Мбит/с, 622 Мбит/с и
т.д.). Для B-ISDN определены такие требования, как: поддержка распределительных
и интерактивных услуг; коммутация низкоскоростных и высокоскоростных каналов
связи; обеспечение непрерывного, т.е. критичного к потерям и задержкам, так и
прерывистого трафика; обмен информацией в режиме установления соединения между
терминалами, либо без установления соединения; гибкость в выборе скоростей
передачи; распределение функций обработки сигналов по узлам и терминалам сети и
т.д. [1].
Для
реализации этих требований ITU-T в своей рекомендации I.121 выразил основную
идею о B-ISDN, т.е. использовать технологию асинхронного режима передачи АТМ
(Asynchronous Transfer Mode).
Для
понимания АТМ нужно обратить внимание на две его части:
-
понятие
режима передачи transfer mode (режим
передачи) связано с передачей, мультиплексированием и
коммутацией;
-
понятие
асинхронный asynchronous
(асинхронный) значит, что информация передается пакетами фиксированной
емкости (определено 53 байта), что ячейки могут появляться в неправильных
(неупорядоченных, нециклических) интервалах в соединении сети, что время
появления ячеек случайно по причине случайности трафика (телевизионных картинок,
передачи данных, речевых сообщений и т.д.).
На основании выше перечисленного можно представить модель B-ISDN (рисунок 1), состоящую из трех уровней: физических транспортных функций; АТМ - транспортных функций; функций управления, контроля, сигнализации и услуг (функций верхнего уровня).
Необходимо отметить, что АТМ позволяет строить единую сеть услуг электросвязи и заменить, благодаря виртуальным соединениям многие сети с коммутацией каналов, пакетов и доставкой данных без установления соединений (рисунок 2). При этом главное достоинство – эффективное использование транспортной среды (т.е. пути передачи сигналов).
Что
такое АТМ?
АТМ
– пакетная технология коммутации,
мультиплексирования и передачи, в которой используются пакеты фиксированной
малой емкости, называемые ячейками (иногда в литературе фрагментами). В ячейке
постоянной длины (емкости) 53 байта (октета – 8 битов – двоичных символов), для
информации пользователя отведено 48 байт, а заголовок, 5 байт, содержит
информации, необходимые для передачи, мультиплексирования и коммутации ячейки в
устройствах сети АТМ (коммутаторах). Короткие ячейки, передаваемые очень
большими скоростями (до 10…40 Гбит/с), обеспечивают сети большую гибкость и
эффективность использования.
Формат
ячейки 53 байта – компромиссное решение ITU-T между предложениями европейцев в
32 байта и североамериканцев и японцев 64 байта.
При
формировании ячейки АТМ информация временно записывается, затем вносится в
ячейку, и когда ячейка наполнится, она передается в сети. Если нет информации
для передачи, то передается пустая ячейка, которая поддерживает физические
транспортные функции (синхронизация приемника, контроля качества по
ошибкам).
АТМ
- технология коммуникации с ориентацией на соединение, т.е. до передачи данных
между двумя оконечными устройствами должно быть установлено соединение. По
информации пользователя сеть прокладывает путь передачи ячеек с определенной
скоростью, отвечающей качеству услуг. Как правило качество устанавливается по
пиковой скорости передачи ячеек.
АТМ
- технология, поддерживающая дэйтаграммные (бессвязные) услуги передачи данных
без установления соединения.
Последовательность
принимаемых ячеек АТМ в точке назначения одинакова последовательности ячеек,
посылаемых от источника.
АТМ
обеспечивает возможность приспосабливания скорости передачи к скорости
генерирования информационных данных, т.е. рациональное использование емкости
сети за счет статистического мультиплексирования.
Мультиплексирование
в АТМ обеспечивает простую интеграцию разной исходной информации по одному
физическому тракту.
АТМ
независим от существующей системы передачи, т.е. физических транспортных функций.
Ячейки могут размещаться в циклах SDH (Synchronous Digital Hierarchy) и PDH
(Plesiochronous Digital Hierarchy).
Возможности
АТМ коммутации:
контроль
соединения и сброс соединения, если сеть не располагает достаточными
ресурсами;
контроль
перегрузки – ограничение нагрузки в приемлемых пределах;
распределение
ресурсов сети на основе договора о выделении полосы частот (скорости) и буферной
памяти;
контроль
параметров трафика, например пиковой и средней скорости в
соединении.
Ячейки
АТМ при передаче и коммутации испытывают
задержки:
неравномерность
времени передачи ячеек CDV (Cell Delay Variation);
отклонение во времени при разборке/сборке ячеек CAD (Cell Assembly/ Reassembly Delay).
Ячейки
АТМ
Каждая
АТМ ячейка (пакет) содержит в заголовке адрес (маршрут) передачи, который
является уникальным идентификатором каждой ячейки. Процедура формирования ячеек
(пакетов) АТМ демонстрируется на рисунке 3.
Входные
потоки данных разных пользователей, имеющие разные скорости (64 кбит/с; 2
Мбит/с; 34 Мбит/с и другие), разбиваются на блоки данных. При этом, чем выше
скорость потока, тем больше блок данных. Каждый блок данных разбивается на
одинаковые сегменты. В технологии АТМ сегменты имеют объем 48 байт. Очевидно,
что чем выше скорость входящих данных, тем больше сегментов формирует уровень
адаптации.
На уровне АТМ каждый сегмент получает индивидуальный заголовок и далее передается на физический уровень для транспортирования через сеть (общий физический канал). Полная структура ячейки (пакета) АТМ, предназначенного для передачи через различные участки сети АТМ, представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Формирование ячеек АТМ.
Заголовки
ячеек бывают двух типов. Первый тип заголовка, названный UNI (рисунок 4),
предназначен для участка сети «пользователь-сеть». Второй тип заголовка,
названный NNI, предназначен для обмена между узлами сети
АТМ.
Каждый
элемент заголовка ячейки АТМ имеет определенное
назначение.
GFC
(Generic Flow Control) – контроль общего потока (на участке
пользователь-сеть).
VCI и VPI (Virtual Channel Identifier, Virtual Path Identifier) – идентификаторы виртуального пути (VPI) и канала (VCI). Каждая ячейка АТМ содержит в заголовке адрес, состоящий из двух частей: идентификатора виртуального пути (VPI) и идентификатора виртуального канала (VCI). Этот адрес дает уникальную идентификацию виртуального соединения АТМ на физическом интерфейсе.
Рисунок 4. Ячейка АТМ.
При
этом понятие «виртуальное соединение» предполагает наличие соединения по запросу
пользователя, т.е. в моменты обмена данными и при этом создается иллюзия
существования непрерывного канала, но на самом деле физического соединения нет.
Физический путь передачи содержит один или несколько виртуальных путей, каждый
из которых состоит из одного или нескольких виртуальных каналов. VPI и VCI
связаны с конкретным соединением на заданном пути передачи и имеют только
локальное значение для каждого коммутатора. Коммутатор преобразует входные VPI и
VCI в выходные VPI и VCI.
Виртуальные
каналы, создаваемые в сети АТМ, представлены тремя видами:
PVC
(Permanent Virtual Circuit) – постоянные виртуальные каналы – это постоянное
соединение между двумя оконечными станциями, которое устанавливается в процессе
конфигурирования сети;
SVC
(Switched Virtual Circuit) – коммутируемые виртуальные каналы – устанавливается
соединение каждый раз, когда одна оконечная станция пытается адресовать данные
другой оконечной станции. При этом, когда посылающая станция запрашивает
соединение, сеть АТМ распространяет адресные таблицы и сообщает этой станции VCI
и VPI, включаемые в заголовок ячейки. SVC устанавливается
динамически.
Рисунок 5. Типы заголовков.
SPVC – это гибрид PVC и SVC. SPVC обладает
лучшими свойствами двух видов виртуальных каналов. Позволяет заранее задать
конечные станции и некоторые связи, т.е. экономить время на установление
соединения.
Три
бита PTI (Payload Type Identificates) – идентификатор типа полезной нагрузки,
используемый для описания типа полезной нагрузки (данные пользователя или
сетевое сообщение, таблица 1).
CLP
(Cell Loss Priority) – один бит заголовка содержит информацию о приоритете
пакета АТМ. Приоритет устанавливается в коммутаторе в зависимости от состояния
сети. CLP = 1 – высокий приоритет потери ячейки. Ячейки выбрасываются в первую
очередь при перегрузке сети. CLP = 0 – низкий приоритет
потерь.
Таблица
1. Кодирование идентификатора РТ
|
Кодовая
комбинация |
Тип
потока |
Индикатор
перегрузки |
Тип
блока данных |
|
000 |
0
Пользователя |
0 Нет
перегрузки |
0 Тип 0 блока |
|
001 |
0
Пользователя |
0 Нет
перегрузки |
1 Тип 1 блока |
|
010 |
0
Пользователя |
1 Есть
перегрузка |
0 Тип 0 блока |
|
011 |
0
Пользователя |
1 Есть
перегрузка |
1 Тип 1 блока |
|
100 |
1 Сети |
0 Обслуживание (сегмент за
сегментом) | |
|
101 |
1 Сети |
0 Обслуживание из конца в
конец | |
|
110 |
1 Сети |
1 Административное управление
сетевыми ресурсами | |
|
111 |
1 Сети |
1
Резерв | |
Для
синхронизации между передатчиком и приемником ячеек АТМ используется процедура
поля HEC (Header Error Control) – контроль ошибок в заголовке. HEC кроме
синхронизации обеспечивает обнаружение и частичное исправление ошибок в
заголовке.
В
технологии АТМ принято различать следующие виды ячеек: пустые (свободные);
исправные; неисправные; присвоенные; неприсвоенные; ячейки сигнализации; ячейки
управления и обслуживания.
Пустые
(свободные) ячейки – ячейки физического уровня сети АТМ, которые предназначены
для приспособления скорости передачи информационных ячеек по границе среды АТМ и
среды физической к емкости системы передачи. С их помощью обеспечивается
непрерывность потока ячеек.
Исправные
ячейки – ячейки, которые имеют заголовок без ошибок, или на которых сделана
коррекция на физическом уровне.
Неисправная
ячейка – ячейки, заголовки которых содержат ошибки, которые неисправимы на
физическом уровне. Такие ячейки подлежат отбрасыванию на физическом уровне, т.е.
на уровне транспортировки в физической среде.
Присвоенные
ячейки – ячейки, которые определены для конкретных услуг на уровне
АТМ.
Ячейки
без присвоения – ячейки, которые не содержат присвоения услугам уровня АТМ, но
имеют значения VPI и VCI.
Ячейки
сигнализации – ячейки, переносящие сигнальные сообщения между элементами сети
для установления, поддержки или разъединения соединения в
сети.
Ячейки
управления и обслуживания – ячейки, которым определено переносить информацию
администрирования и обслуживания (например, контроля и управления
трафиком).
Потоки
ячеек обеспечивают различные по качеству услуги транспортировки
пользовательского трафика.
Категории услуг АТМ
В
таблице 2 представлены некоторые виды служб (услуг) сетей связи, которые широко
используются. Многие из этих услуг относятся к классу широкополосных, т.е. для
их реализации требуются каналы со скоростью передачи свыше 2,048 Мбит/с. Это
должны быть коммутируемые каналы.
Из
таблицы 2 видно, что многие услуги электросвязи имеют низкий коэффициент
использования канала передачи (0,1-0,3). Это значит, что ресурс канала
простаивает и при коммутации физических каналов, как в N-ISDN, недоступен другим
пользователям. Очевидно, что услуги электросвязи должны предоставляться в иной
схеме коммутации.
И
такая схема определена в АТМ – быстрая коммутация пакетов фиксированной емкости
для услуг B-ISDN. При этом ITU-T классифицирует сервис (обслуживание) в B-ISDN
как распределительный и интерактивный.
На
рис. 6 представлена схема классификации обслуживания.
ITU-T
утвердил технологию АТМ базовой для создания B-ISDN.
При
оценке качества обслуживания основное внимание уделяется проблемам контроля и
управления потоками и защиты от перегрузок B-ISDN, построенных на технологии
АТМ.
Таблица
2. Услуги сетей связи
|
Службы |
Скорость
передачи, кбит/с |
Продолжительность
соединении, с |
Коэффициент
(степень) использования* |
Вид
ISDN ** | ||||||
|
|
мин |
ср |
макс |
мин |
ср |
макс |
мин |
ср |
макс | |
|
Телефонная
связь |
4,8 |
64 |
|
|
102 |
|
0,3 |
|
1,0 |
N |
|
Видеотелефонная
связь |
|
64 |
70´103 |
|
102 |
|
0,3 |
|
1,0 |
B |
|
Телетекс |
|
10 |
|
|
102 |
|
|
1,0 |
|
N
|
|
Факсимильная
связь (телефакс, группа
4) |
|
64 |
|
10 |
|
102 |
|
1,0 |
|
N
|
|
Видеоконференц-связь |
103 |
|
70´103 |
103 |
|
104 |
0,5 |
|
0,1 |
B
|
|
Видеотекс |
1,0 |
|
64 |
102 |
|
103 |
|
0,1 |
|
N
|
|
Широкополосный
видеотекс |
103 |
|
70´103 |
102 |
|
103 |
0,1 |
|
1,0 |
B
|
|
Телефонная
почта |
16 |
|
64 |
10 |
|
102 |
0,3 |
|
0,5 |
N
|
|
Видеопочта |
103 |
|
70´103 |
10 |
|
|
0,1 |
|
0,5 |
B
|
|
Электронная
почта |
4,8 |
10 |
|
|
102 |
|
|
0,5 |
|
N;B
|
|
Высококачественное
звуковое вещание |
|
76,8 |
|
103 |
|
104 |
|
1,0 |
|
N |
|
Телевидение |
30´103 |
|
70´103 |
103 |
|
104 |
|
1,0 |
|
B
|
|
Телевидение
высокой четкости |
140´103 |
|
565´103 |
103 |
|
104 |
|
1,0 |
|
B
|
* Коэффициент (степень) использования – отношение продолжительности передачи информации к продолжительности занятия канала. ** N – узкополосная; B – широкополосная.
Примечание:
Бюрофакс – клиентская служба передачи факсимильных сообщений, предназначенная в
первую очередь для представления услуг факсимильной связи потребителям не
имеющим собственных факсимильных аппаратов.
Видиотекс – интерактивная служба, которая дает
абонентам, имеющим терминалы видиотекса, с помощью стандартных процедур получать
через сеть электросвязиактуальную справочную информацию из банка
данных.
Телекс
– сеть междугородного абонентского телеграфирования.
Телеметрия – совокупность служб электросвязи, ВТ;
информационных ресурсов и бытовой электронной техники.
Телетекс – международная абонентская служба, обеспечивающая обменалфавитно-цифровыми сообщениями в автоматическом режиме между оконечными терминалами с накоплением сообщений в памяти терминалов.
Такие
параметры качества обслуживания как: параметры входного контроля; параметры
информационной передачи; параметры звукового сервиса служат для определения
категорий или классов услуг сетей АТМ:
CBR
(Constant Bit Rate) – постоянная скорость в битах. Категория сервиса АТМ,
используемая для восприимчивого к задержкам трафика, такого как аудио-
видеотрансляция. Резервируется часть полосы пропускания. Гарантируется
минимальная задержка доставки ячеек, содержащих аудио- и видеоинформацию. Трафик
в реальное время rt.
VBR
(Variable Bit Rate) – переменная скорость в битах. Категория сервиса АТМ,
используемая для восприимчивого к задержкам трафика (трансляции кадров
телевидения). Резервирует для соединения часть полосы пропускания. Допускает
задержки. Трафик в реальное и нереальное время rt и nrt.
ABR
(Available Bit Rate) – доступная скорость в битах. Категория сервиса АТМ,
используемая для трафика данных. Категория ABR устанавливает допустимый диапазон
полосы пропускания и допустимый коэффициент потерь ячеек. Трафик нереального
времени nrt.
UBR
(Unspecified Bit Rate) – неопределенная скорость в битах. Категория сервиса АТМ,
используемая для трафика данных типа TCP/IP, допускающего задержки. UBR не
резервирует полосы пропускания для соединений. Трафик нереального времени
nrt.
Параметры
качества могут служить основой для разработки соглашения по трафику между
пользователем и сетью.
Для
контроля трафика и защиты от перегрузок в АТМ сети должно планироваться
соглашение по трафику между пользователем и сетью. Это соглашение
распространяется на все виртуальные пути и каналы в них организуемые (т.е. VP и
VC). Соглашение заключается по пунктам:
−
качество обслуживания сети (QoS);
−
параметры трафика пользователя (поток ячеек);
−
правила контроля трафика;
−определение
сетью категории соединения, предоставляемого для
транспортироовки
трафика.
Описание
трафика
Параметры
трафика имеют физическую сущность и измеряемы:
−
пиковая скорость PCR (Peak Cell Rate);
−
количество ячеек, генерируемых источником, за единицу
времени;
−
поддерживаемая скорость SCR (Sustainale Cell Rate), меньше или равна
пиковой;
−
допустимый разброс времени задержки (CDV);
−
максимальная длина пачки (измеряется в ячейках MBS – Maximum Burst
Size).
Категории
сервиса АТМ тесно связаны с функциями модели АТМ, а если быть точнее, то с
функциями уровня адаптации, который может иметь пять разновидностей, а каждая
разновидность имеет два подуровня обработки сигнала (подуровни конвергенции и
сегментации). Уровень адаптации, как правило, реализуется не в сети АТМ, а в
сетевом оконечном оборудовании, т.е. с его непосредственным участием реализуются
широкополосные услуги для различных применений (таблица
3).
Таблица 3. Услуги сети АТМ.
5.2
Модель транспортной сети АТМ
Модель
транспортной сети АТМ состоит из трех уровней самостоятельных по своей
организации:
-
уровень
среды передачи;
-
уровень
АТМ:
-
уровень
адаптации АТМ.
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).
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 4. Основные типы уровней AAL
|
Типы
AAL |
AAL1 |
AAL2 |
AAL3/4 |
AAL5 |
|
Синхронизация
между источником и получателем |
Требуется |
Требуется |
Не
|
Не
|
|
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 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. 7). Заполнение 48-байтового поля обусловлено протоколом структурирования данных для сегментации и сборки SAR-PDU (Segmentation and Reassambly Sublayer — Protocol Data Unit).
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. 8) 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. 9).
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. 3.57),
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.
5.3
Передача ячеек в транспортной
сети
Самый
нижний уровень в модели ATM это физический уровень. Главная задача этого уровня
состоит в накоплении АТМ ячеек, посылаемых уровнем АТМ, и трансляции их
физическому средству передачи. В противоположном направлении передачи физический
уровень выделяет ячейки из потока битов, передаваемых средствами передачи, и
посылает их уровню АТМ.
Физический
уровень состоит из подуровней физической среды и конвергенции с системой
передачи.
Физические
среды АТМ специфицированы рядом международных организаций по стандартизации
(АТМ-Forum, ITU-T, ANSI, ETSI). Пример спецификации приведен в таблице
5.
Через
физическую среду транслируется тактовый синхронизм в сети АТМ. Качество
синхронизма определяется тактовым генератором и средствами передачи. В частности
линейным кодированием:
CMI,
кодом с инверсией групп символов; HDB-3 – троичным 2-х полярным кодом с
чередованием полярности и вставками; NRZ-скремблированным – первым стандартом на
линейное кодирование для транспортных сетей в глобальном
масштабе.
Для
размещения ячеек ATM на физическом уровне применяются следующие методы,
рекомендованные ITU-T:
прямое
размещение в среде передачи с выравниванием скоростей;
размещение
в структуре STM-N;
размещение
в структуре цикла передачи PDH;
размещение
в структуре кадра PLCP и другие.
Прямые
размещения в среде
С
помощью этого метода ячейки передаются непосредственно по подходящей физической
среде, например, по медному или оптическому кабелю. Для выравнивания скорости
битов и тем самым сохранения синхронизации применяются пустые ячейки, не несущие
информации (рисунок 10). Пример стандартизированых скоростей передачи: 155
Мбит/с, 622 Мбит/с. Перед передачей возможно
скремблирование.
Метод
прямого размещения в среде передачи рекомендован к использованию на участке
пользователь-сеть (интерфейс UNI).
Рисунок 10. Ячейки АТМ в среде передачи.
Таблица 5. Примеры стандартов физического уровня АТМ
|
Структура
передачи |
Скорость
Мбит/с |
Средство
передачи |
Длина
волны или волновое сопр. |
Кодирование |
|
STM-4 |
622.080 |
Одномодовое
стекловолокно 9/125
мкм |
1300
нм |
Скремблер
NRZ |
|
STM-1 |
155.520 |
Одномодовое
стекловолокно 9/125 мкм |
1300
нм |
Скремблер
NRZ |
|
STM-1 |
155.520 |
Коаксиальный
кабель |
75
Ом |
CMI |
|
E4 |
139.264 |
Коаксиальный
кабель |
75
Ом |
CMI |
|
E3 |
34.368 |
Коаксиальный
кабель |
75
Ом |
HDB-3 |
|
E1 |
2.048 |
Витая
пара или коаксиальный кабель |
120
Ом |
HDB-3 |
Размещение
в структуре STM-N
Для
отображения ячеек ATM в структуре STN-N, где N = 1, 4, 16, 64, они вставляются
непосредственно в контейнер С4. При этом каждый байт ячейки ATM занимает один
байт для передачи ин-формации в С4. Поскольку число байтов для передачи
информации в С4 не кратно числу байтов в одной ячейке, ячейки могут перемещаться
в пределах контейнера. Пример размещения приведен на рисунке 11. При
использовании STM-1 для ячеек отведен вир-туальный контейнер VC4. Выделяемая при
этом скорость передачи составляет
= 149,76 Мбит/c.
Для
STM-4 пропускная способность составляет 599,04 Мбит/с. В заголовке виртуального
контейнера VC4 байт Н4 отмечает начало размещения ячеек АТМ. Адресное
пространство размещения ячеек в VC4 ограничено числом 0-52 после Н4. В байте С2
заголовка VC4 делается отметка о загрузке ячеек АТМ.
Двоичная комбинация С2 будет соответствовать: 00010011.
Рисунок 11. Размещение ячеек АТМ в STM-1.
Обозначения
на рисунке 5.2:
RSOH,
MSOH – заголовки секций регенерации и мультиплексирования;
J1,
B3, C2, G1, F2, F3, H4, K3, N1 – байты маршрутного заголовка виртуального
контейнера VC4;
STM-1
– синхронный транспортный модуль, передаваемый через физическую среду на
скорости 155,520 Мбит/с.
Ячейки
мультиплексируются в циклы VC4 (длительность цикла 125 мкс) одна за одной без
свободных промежутков. В случае отсутствия информационных ячеек емкость VC4
заполняется пустыми ячейками. При этом разграничение ячеек происходит по байтам
HEC и пустыми ячейками. В некоторых случаях возможно разграничение ячеек
регулярными кадровыми структурами, как показано ниже, кадрами
PLCP.
Размещение в структуре циклов передачи
PDH
Ячейки
ATM могут вставляться в сигналы PDH со скоростями 2,048 Мбит/с; 34,368 Мбит/с;
139,264 Мбит/с. Это стало возможным после принятия дополнений к рекомендациям
ITU-Т G.804, G.832 и ETSI ETS 300 337. Разработанные новые циклы для 34,368
Мбит/с и 139,264 Мбит/с получили длительность 125 мкс, а также структуру и
заголовки, аналогичные принятым в SDH.
Ячейки
АТМ в сигнале 2,048 Мбит/с (Е1)
Ячейки
ATM вставляются с байтовой синхронизацией в канальные интервалы 1-15 и 17-31
цикла передачи 2,048 Мбит/с, т.е. каждый байт ячейки передается точно одним
временным каналом из 8 бит. Для каждой ячейки требуется примерно два цикла 2,048
Мбит/с. На рисунке 12 показано отображение ячеек ATM в сигнал 2,048 Мбит/с
(Е1).
Байты
синхронизации и сигнализации (0 и 16 канальные интервалы) сохраняют свои функции
при загрузке Е1 байтами ячеек АТМ.
Согласно
рекомендации I.432.3 возможно скремблирование Е1 для повышения защищенности
ячеек.
Ячейки
АТМ в сигнале 34,368 Мбит/с (Е3)
Ячейки ATM вставляются с байтовой синхронизацией в байты поля информации кадра 34 Мбит/с (ЕЗ). Структура кадра аналогична структуре, применяемой в SDH. Он изображается в виде строк и столбцов (рисунок 13). В кадре предусмотрены дополнительные байты для управления и обслуживания (7 байтов), из которых байты FA1 и FA2 служат для цикловой синхронизации, байт ЕМ для контроля ошибок по алгоритму BIP, байт TR для метки тракта, байт МА для обслуживания и управления (обратное извещение о ошибках на удалённой стороне), байт NR для оператора сети, байт GC для общей связи.
Рисунок 12. Отображение ячеек АТМ в сигнале Е1.
Рисунок 13. Отображение ячеек АТМ в сигнале Е3.
Ячейки
ATM в сигнале 34,368 Мбит/с (ЕЗ), вводимые через кадры
PLCP
При этом методе размещения ячеек в сигнале 34,368 Мбит/с цикл передачи PDH несколько видоизменяется, но структура кадра сохраняется. Видоизменение основано на процедуре преобразования физического уровня PLCP (Physical Layer Convergence Procedure). Структура цикла передачи приведена на рисунке 14 и кадр PLCP на рисунке 15.
В структуре цикла передачи сигнала 34,368 Мбит/с биты 13-16 каждого цикла заполняются фиксированной последовательностью битов. Для каждого цикла передачи PLCP имеется 190 байтов. Поэтому кадр PLCP может быть вставлен с побайтовой синхронизацией. Заголовок кадра PLCP содержит 4 байта. Первые два байта каждого заголовка PLCP перед ячейками ATM являются цикловым синхросигналом для каждой из 9 ячеек ATM. Третий байт представляет собой индикатор трактового заголовка. Четвертый байт: резервируется для ячеек 1...3; образует канал пользователя для четвертой ячейки; контролирует трассировку кадра PLCP перед пятой ячейкой; определяет статус трассировки перед шестой ячейкой; содержит информацию управления для сети персональных компьютеров перед ячейками 7 и 8; содержит байт проверки заполнения перед ячейкой 9. Хвост кадра PLCP, состоящий из 18-20 байтов, создает возможность цифрового выравнивания.
В
качестве кадра 139,264 Мбит/с используется стандартный цикл передачи
длительностью 125 мкс. Структура кадра, похожая на цикл SDH (9 строк), делится
на отдельные байты (242 в строке), рисунок 16. Поскольку продолжительность
каждого кадра состав-ляет ровно 125мкс, каждый байт характеризуется пропускной
способностью 64кбит/с. Дополнительная информация вкладывается между 2160 байтами
кадра. Они составляют 16 байтов. Ячейки ATM вставляются в кадр Е4 с побайтовой
синхронизацией. Обозначения на рисунке 16:
FA1,
FA2 – байты цикловой синхронизация кадра;
ЕМ
– байт контроля ошибок по алгоритму BIP;
TR
– метка тракта (трассировка);
МА
– обслуживание и управления (обратного действия-сообщения о ошибках удалённой
стороны);
NR
– байт оператора сети;
GC
– байт общей служебной связи;
P1,
P2 – автоматическое резервирование.
На
физическом уровне сети АТМ важнейшее значение придаётся тактовой синхронизации,
которая должна формироваться в первичных эталонных генераторах (атомных часах,
например цезиевых) и гарантированно распространяться на все узлы цифровой
транспортной сети по наикротчайшим путям с наименьшим накоплением фазовых
дрожаний.
Рисунок 16. Отображение ячеек АТМ в сигнале Е4.
6. Порядок выполнения
работы
6.1 Определить службы электросвязи, для которых могут быть использованы заданные физические и виртуальные каналы ISDN, приведенные в таблице №5.
Таблица
№5
|
Параметры |
№
варианта | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 | |
|
Физические
каналы |
В |
2В |
3В |
6В |
12В |
15В |
30В |
2В |
6В |
В |
|
Виртуальные
каналы |
ААL1 |
ААL1 |
ААL1 |
UNI |
UNI |
ААL3/4 |
ААL3/4 |
ААL1 |
ААL1 |
UNI |
|
Скоростные
режимы, Мбит/С |
2 |
34 |
51 |
155 |
622 |
До
10 |
До
100 |
0,064 |
0,128 |
155 |
Услуги
по вариантам приведены в таблице №6.
Для правильного решения поставленной задачи необходимо внимательно ознакомиться с таблицей 2, выписать все характеристики указанных в таблице 6 служб и указать возможности их реализации через каналы, указанные в таблице 5.
Таблица №6
|
№ п/п |
Параметры |
№
Варианта | |||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 | ||
|
1 |
Телефония |
Е |
Е |
Н |
Н |
Е |
Н |
Е |
Н |
Н |
Н |
|
2 |
Видиотелефония |
Н |
Е |
Н |
Н |
Е |
Е |
Н |
Е |
Е |
Е |
|
3 |
Телетекс |
Е |
Н |
Е |
Н |
Е |
Н |
Н |
Е |
Н |
Е |
|
4 |
Телефакс
группа 4 |
Н |
Е |
Н |
Е |
Е |
Е |
Н |
Н |
Е |
Е |
|
5 |
Видиоконференцсвязь |
Е |
Н |
Е |
Е |
Н |
Н |
Е |
Е |
Н |
Е |
|
6 |
Звуковое
вещание |
Н |
Е |
Е |
Е |
Н |
Е |
Е |
Е |
Н |
Е |
|
7 |
Телевидение |
Е |
Н |
Е |
Н |
Е |
Е |
Е |
Н |
Н |
Е |
|
8 |
Цифровое
телевидение |
Е |
Н |
Н |
Е |
Е |
Н |
Н |
Е |
Е |
Н |
|
9 |
Локальная
сеть |
Н |
Е |
Н |
Н |
Н |
Е |
Е |
Н |
Е |
Н |
В
– основной цифровой канал на скорости 64 кбит/с.
ААL-
адаптационный уровень, обеспечивающий определенный класс
обслуживания.
UNI
– интерфейс «пользователь-сеть» с соответствующим стандартом
цифровой передачи данных (155 или 622 Мбит/с).
Н
– нет.
Е
– есть.
7.
Содержание отчета.
7.1
Наименование работы
7.2
Цель работы.
7.3
Схемы ячеек АТМ.
7.4.
Результаты расчётов. Выводы.