ATM Prinzip. Merkmale und Eigenschaften Referenzmodell Zellstruktur Netzstruktur

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1 Prinzip Merkmale und Eigenschaften Referenzmodell Zellstruktur Netzstruktur

2 Evolutionsschritte Telefonie Analog Digital IDN Datenkommunikation Leitungsvermittlung Paketvermittlung TV-Verteilung Funk Koaxialkabel Satelliten Digital ISDN Fast Packet Switching Glasfaser Breitband-ISDN mit POEL 2007 Prinzip 2

3 Begriffsdefinitionen Breitband ist ein qualifizierender Begriff für Netze oder Systeme, die Bitraten über der Primär-Multiplexrate unterstützt. B-ISDN ist der Begriff für ein Netz, das auf den ISDN-Prinzipien aufbaut, aber im Gegensatz zu ISDN-64 auch höhere Bitraten zulässt. (Asynchronous Transfer Mode) bezeichnet ein Übermittlungsverfahren, bei dem die Information in Zellen transportiert wird. ATD (Asynchronous Time Division) Ein Vermittlungs- und Multiplex-Prinzip. baut auf dem ATD-Prinzip auf. POEL 2007 Prinzip 3

4 Vergleich der Transfer-Modi Synchroner Transfer Modus Rahmen t Zeitschlitz elementare Einheit: Zeitschlitz im Rahmen Verbindung: Fester Zeitschlitz in jedem Rahmen Paket Transfer Modus Bit t Paket elementare Einheit: Bit Verbindung:Variable Anzahl von Bits (= Paket) theoretisch beginnend an jeder Bitposition Asynchroner Transfer Modus Zelle t elementare Einheit: Zelle Verbindung: Feste Anzahl von Bits (= Zelle), beginnend an festen Grenzen (Zelltakt) POEL 2007 Prinzip 4

5 Vergleich STM - Synchronous Transfer Mode (time division multiplexing) Fixe Zuordnung eines Zeitschlitzes zu einer Verbindung, unabhängig davon, ob Daten zu übertragen sind oder nicht geringe Effizienz Asynchronous Transfer Mode Zellen fester Länge (5 Byte Header + 48 Bytes Nutzlast = 53 Bytes) Übertragung der Zellen nur bei Bedarf Nachteil: Overhead durch Header-Information POEL 2007 Prinzip 5

6 Unterschiede zur traditionellen Paketvermittlung Keine abschnittsweise Fehlersicherung Keine abschnittsweise Flusssteuerung Verbindungsbezogene Betriebsweise, verbindungslose Betriebsweise durch Einsatz von Connentionless Servern (CLS) möglich Datentransport in Form von Paketen fester Länge POEL 2007 Prinzip 6

7 Charakteristische Merkmale Benutzerdaten werden in Pakete fester Länge, sog. Zellen, zerlegt Einsatz von Zellen gleicher Länge ermöglicht hohe Vermittlungsgeschwindigkeiten Zellen bestehen aus einem Zellkopf und einem Informationsfeld Häufigkeit der Zellen einer Verbindung entspricht der momentan benötigten Kapazität Nicht benötigte Kapazität wird mit Leerzellen gefüllt POEL 2007 Prinzip 7

8 Eigenschaften die Anforderungen des Benutzers und die Fähigkeiten des Netzes sind entkoppelt, damit kann die Spezifikation der Dienste weitgehend unabhängig vom Netz erfolgen daher geeignet für: - verbindungsorientierte und verbindungslose Wegedurchschaltung - bursty traffic - unterschiedliche Dienste mit unterschiedl. Charakteristiken - nicht-kontinuierliche Bitströme POEL 2007 Prinzip 8

9 Fluss- und Fehlerkontrolle In X.25-Netzen wird eine abschnittsweise Fluss- und Fehlerkontrolle durchgeführt, welche in -Netz wegen der hohen Geschwindigkeiten nicht erfolgen kann. Dies bedeutet, dass die über eine physikalische Leitung übertragenen Nutzzellen lokal nicht quittiert werden und die Flusskontrolle erst bei Bedarf zwischen den -Endsystemen realisiert werden muss. POEL 2007 Prinzip 9

10 Fluss- und Fehlerkontrolle in -Netzen -Endsystem höhere Schichten S 2 virtuelle Kanäle S 1 -Netzknoten Informationsblock -Zelle -Zelle S 2 VF S S 1 S 1 -Endsystem virtuelle Kanäle S 1 höhere Schichten S 2 Quittung des Informationsblocks fehlerhafte Zelle fehlerhafte Zelle POEL 2007 Prinzip 10

11 Vergleich X.25 X.25-Endsystem höhere Schichten S 3 virtuelle Kanäle S 2 S 1 X.25-Netzknoten X.25-Paket HDLC-Rahmen HDLC-Rahmen S 2 VF S S 1 S HDLC-Quittung HDLC-Quittung X.25-Endsystem virtuelle Kanäle S 1 S 2 höhere Schichten S 3 X.25-Quittung fehlerhafter Rahmen fehlerhafter Rahmen Fluss- und Fehlerkontrolle in X25-Netzen -Endsystem höhere Schichten S 2 virtuelle Kanäle S 1 -Netzknoten Informationsblock -Zelle -Zelle S 2 VF S S 1 S 1 -Endsystem virtuelle Kanäle S 1 höhere Schichten S 2 Quittung des Informationsblocks fehlerhafte Zelle fehlerhafte Zelle Fluss- und Fehlerkontrolle in -Netzen POEL 2007 Prinzip 11

12 Übermittlungsprinzip Sprache Daten Video Multimedia Zellenbildung statistisches, asynchrones Multiplexen der Zellen flexible Bandbreitenzuordnung POEL 2007 Prinzip 12

13 -Übermittlungsprinzip 34 Mbit/s - Zellenbildung - Zellentransport (Übertragungsweg) Wiederherstellung des Bitstroms 34 Mbit/s 2 Mbit/s 2 Mbit/s 64 kbit/s Leerzellen 64 kbit/s - Zellen POEL 2007 Prinzip 13

14 Verbindungsarten Punkt-zu-Punkt Verbindung verbindungsorientiert Punkt-zu-Mehrpunkt- Verbindung Verkehrsbeziehung unidirektional Ende-zu-Ende Beziehung - Verbindungsarten Symmetrie bidirektional asymmetrisch verbindungslos Bitrate bidirektional symmetrisch konstant (CBR) variabel (VBR) POEL 2007 Prinzip 14

15 - Referenzmodell OSI - Referenzmodell - Referenzmodell Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Höhere Schichten für Steuerungsbzw. Signalisierungsdaten Höhere Schichten für Nutzdaten Anpassungsschicht AAL Vermittlungsschicht physikalische Schicht CS Convergence Sublayer (Service Specific Sublayer) SAR Segmentation & Reassembly Virtual Channel Virtual Path Transmission Convergence Physical Medium Sublayer POEL 2007 Prinzip 15

16 -Vermittlungs Vermittlungs-Layer Information Schritt 1 T Ergänzung um zusätzliche Steuerungsangaben H Füllbits Zelle 1 Schritt 2 Zelle 3 Zelle 2 Zelle 4 Zellenkopf Segmentierung der Information und Bildung von -Zellen POEL 2007 Prinzip 16

17 Hinzufügen des Zellkopfes - Adaptionsschicht 48 Byte Nutzinformation (= Zelle) - Schicht 5 Byte Header jedoch ohne HEC phisikalische Schicht + HEC = komplette Zelle (= 53 Byte) POEL 2007 Prinzip 17

18 -Adaptation Adaptation-Layer AAL1 (Class A) AAL2 (Class B) AAL3 (Class C) AAL4 (Class D) AAL 5 (SEAL) Synchronisation erforderlich nicht erforderlich Bitrate konstant variabel verbindungsorientiert Verbindungsart verbindungslos verbindungsorientiert/-los Beispiele Sprache Video Paketierte Sprache bzw. Video Datex-P (X.25) Frame Relay LAN- Protokolle AAL3/4 Dienste POEL 2007 Prinzip 18

19 Zellenstruktur Informationsfeld Zellenkopf Zellentypen der -Schicht: Assigned Cell & Unassigned Cell Zellentypen der physikalischen Schicht: Invalid Cell, Valid Cell & Idle cell POEL 2007 Prinzip 19

20 Header-Typen Bit Bit GFC VPI VPI 1 VPI VCI VPI VCI 2 VCI VCI PT CLP HEC UNI - Zellenkopf VCI VCI PT CLP HEC NNI - Zellenkopf Oktett POEL 2007 Prinzip 20

21 Generic Flow Control "controlled" Equipment (an gemeinsamen Medium) "controlling" Equipment TE 1 TE 1 TE 1 NT 2 NT 1 S B T B -Verbindung "controlled" oder "uncontrolled" durch VPI unterschieden GFC: Generic Flow Control (nur bei UNI-Zellen) 4 bits zur Unterscheidung mehrerer Anwender, die sich einen lokalen -Anschluss untereinander teilen (üblicherweise nicht verwendet) POEL 2007 Prinzip 21

22 VPI und VCI Transmission Payload VPI X VPI Y VCI B VCI A VCI C VPI Z VPI/VCI dienen allein der Adressierung von Übermittlungsabschnitten zwischen - Switches VPI: Legt die Richtung bzw. Route fest VCI: Legt die Leitung innerhalb der Richtung fest POEL 2007 Prinzip 22

23 Payload Type PT: Payload Type (3 bits) Bit 1 = 0: User Daten Bit 2: Congestion (Gassenbesetzt) Bit 3: Fortsetzungsbit (siehe AAL 5) Bit 1 = 1: Management Information (OAM) Bit 2 + 3: Typ der Management Info POEL 2007 Prinzip 23

24 Cell Loss Priority CLP: Cell Loss Priority 1 bit für das Congestion Management Zellen mit CLP=1 werden bei Netzüberlastung verworfen Wenn ein -Switch feststellt, dass die vereinbarte Cell-Rate überschritten wird, so setzt er CLP=1. Falls einmal CLP=1 gesetzt worden ist, so darf es von keinem anderen -Switch mehr gelöscht werden! POEL 2007 Prinzip 24

25 Header Error Control 8 bit Prüfsumme über die 4 Bytes des Headers CRC Generatorpolynom: G (x) = x 8 + x 2 + x + 1 Zur Prüfsumme wird noch modulo-2 addiert, um lange Folgen von Nullen zu vermeiden Bei fehlerhafter Header-Prüfsumme wird die ganze Zelle verworfen (es könnte ja die Adresse falsch sein) Die übergeordneten Protokolle (z.b. TCP) müssen das Fehlen einer Zelle detektieren und die neuerliche Sendung beantragen, das ist nicht die Aufgabe der - Switches! POEL 2007 Prinzip 25

26 Korrektur des Zellkopfes nein Fehler im Kopf? ja ja Fehler erkannt? nein Correction Mode Modus? Detection Mode erfolgreich korrigiert Korrektur wird durchgeführt korrigiert, aber falsch nicht korrigierbar VALID CELL VALID CELL mit Fehler im Kopf Zelle wird verworfen POEL 2007 Prinzip 26

27 Zell - Terminologie Schicht Assigned Cell Zelle ist einer virtuellen Verbindung zugeordnet Unassigned Cell Zelle ist keiner virtuellen Verbindung zugeordnet physikalische Schicht Invalid Cell Fehler im Zellenkopf durch HEC nicht reparierbar Valid Cell Zelle, deren Zellenkopf drch HEC als gültig erklärt wurde Idle Cell Dient der Anpassung zwischen den Zelraten der physikalischen und der -Schicht POEL 2007 Prinzip 27

28 Synchronisationsprinzipien Synchronization Bit sync. Frame sync. Cell sync. Service sync. Übertragungsrahmen Line code violation Synchronis. Zellen Leerzellen Sync. und Leerzellen Übertrag. Overhead Header Error Controll POEL 2007 Prinzip 28

29 Zellgrenzerkennung - Zellenstrom Bit- Vergleicher 32 Bit Eingang HEC-Berechnung 8 Bit Ausgang HEC Zellenkopf (Header) korrekter Header empfangen heißt: hier ist die Zellengrenze POEL 2007 Prinzip 29

30 - Netze Switch UNI Switch NNI Switch UNI PNNI Switch UNI V B5 Konzentrator privates -Netz öffentliches -Netz INI / NNI Standardisierung: ITU-T Standardisierung: -Forum Switch NNI Switch öffentlicheses -Fernnetz UNI (User Network Interface) als eine Netzzugangs-Schnittstelle NNI (Network Network Interface) als Knoten-Knoten-Schnittstelle POEL 2007 Prinzip 30

31 Teilnehmerschnittstelle UNI B-ISDN Referenzmodell R S T U V P Referenzpunkte TE 2 TA NT 2 NT 1 LT LT ET SN ET R B S B T B UNI U B V B NNI Schnittstellen TE 1 Teilnehmer- Schnittstelle übertragungstechnische Schnittstelle vermittlungstechnische Schnittstellen ET Exchange Termination, LT Line Termination, NT Network Termination, SN Switching Network, TA Terminal Adapter, TE Terminal Equipment POEL 2007 Prinzip 31

32 Signalisierung Teilnehmer A Leitungsabschluss Koppelnetz Leitungsabschluss Teilnehmer B Signalisierungsverbindung Signalisierungsverbindung Meta-Signalisierung Steuerung der AAL5 Nutzverbindung AAL5 CH 1 CH 2 Steuerung und Signalisierungsbearbeitung nach Q.2931 Meta-Signalisierung Meta-Signalisierungsbearbeitung POEL 2007 Prinzip 32

33 Netzelemente Multiplexer MUX Konzentrator VSt Konzentrator Strg Strg POEL 2007 Prinzip 33

34 Cross Connect und Vermittlungsstelle (Switch) Cross Connect Einstellinformation vom OAM-Zentrum Steuerung Vermittlungsleitungen Vermittlungsleitungen Steuerung Steuerung Vermittlungsleitungen Vermittlungsleitungen Teilnehmerzugang Vermittlungsleitungen Ortsvermittlungsstelle Fernvermittlungsstelle POEL 2007 Prinzip 34

35 Wegedurchschaltung ES CC VSt CC ES physikalische Struktur ES VCI=x CC VCI=x VCI=x VSt VCI=y CC VCI=y VCI=y VPI = a VPI =b VPI = c VPI = d ES a b VP-Verbindung c d VP-Verbindung VCI-Verbindung (-Verbindung) logische Struktur POEL 2007 Prinzip 35

36 Bearbeiten von -Verbindungen Cross Connect VP - Switch Switch VC - Switch VCI 1 VCI 2 VPI 1 VPI 4 VCI 3 VCI 1 VCI 1 VCI 2 VPI 1 VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 1 VPI 4 VCI 3 VCI 1 VCI 3 VCI 1 VPI 2 VPI 5 VCI 4 VCI 2 VCI 3 VCI 1 VPI 2 VCI 3 VCI 1 VCI 4 VCI 2 VPI 5 VCI 4 VCI 2 VCI 4 VCI 2 VPI 3 VPI 6 VCI 1 VCI 2 VCI 4 VCI 2 VPI 3 VPI 6 VCI 4 VCI 2 Bündelvermittlung (Pfadvermittlung) Leitungsvermittlung (Kanalvermittlung) POEL 2007 Prinzip 36

37 Ziele des Verkehrsmanagements Zulassung neuer Verbindungen Netz- Ressourcen Überwachung der QoS-Parameter Verkehrsparameter QoS- Parameter Verkehrsmanagement Überwachung der Verkehrsparameter POEL 2007 Prinzip 37

38 Verkehrsvertrag Endsystem Anwendung Source Traffic Descriptor (angeforderte Verkehrsparameter) PCR: Peak Cell Rate (Spitzenzellenrate) SCR: Sustainable Cell Rate (mittlere Zellenrate) MBS: Maximum Burst Size (max. Zellengruppengröße) Connection Traffic Descriptor (zugeteilte Verkehrsparameter) Source Traffic Descriptor CDV (Cell Delay Variation) Tolerance Art der Konformitätsprüfung -Netz Connection Admission Control CAC CAC: Connection Admission Control, PCR: Peak Cell Rate (Spitzenzellenrate), SCR: Sustainable Cell Rate (mittlere Zellenrate), MBS: Maximum Burst Size (maximale Zellengruppengröße), CDV: Cell Delay Variation POEL 2007 Prinzip 38

39 Traffic Descriptor Maximale Zellrate (Peak Cell Rate PCR) Vertretbare bzw. durchsetzbare Zellrate (Sustainable Cell Rate SCR) Maximale Burst-Länge (Maximum Burst Size MBS) Maximale Rahmengröße (Maximum Frame Size MFS) Minimale Zellrate (Minimum Cell Rate MCR) POEL 2007 Prinzip 39

40 Informationsübermittlung - Netz ES ES Zellen mit Fehlern im Header werden verworfen Quittungen nach Bedarf ES...Endsystem POEL 2007 Prinzip 40

41 Aufgaben des Verkehrsmanagements Verbindungsaufbauwunsch CAC - Funktion Netzressourcen - Management - System Setzen von Verkehrsparametern Reservierung von Netzressourcen Setzen von TS - Parametern - Netz ES UPC ES Verwerfen von -Zellen - Verbindung POEL 2007 Prinzip 41

42 Qualitätseinfl tseinflüssesse Bitfehler Bit Error fehlerhafter Block : Severely errored Cell Block Verlust eines Blocks : Cell Loss kann in jedem Übertragungssystem auftreten Fehleinfügung eines Blocks : Cell Misinsertion spezifisch Verzögerung eines Blocks : Cell Delay Schwankung der Verzögerung : Cell Delay Variation, CDV Synchronisationsverlust Loss of Sync POEL 2007 Prinzip 42