Diplomarbeit. Entwicklung und Aufbau eines Videoadapters für ATM. 622 Mbit/s Schnittstellen. Prof. Dr.-Ing. Peter Möhringer

Transkript

1 Diplomarbeit Entwicklung und Aufbau eines Videoadapters für ATM 622 Mbit/s Schnittstellen Verfasser: Betreuer: Andreas Metz Prof. Dr.-Ing. Peter Möhringer Betreuer in der Firma:Dipl.-Ing. Markus Berg Abgabetermin: 31. März 1999

2 0. Erklärung Hiermit erkläre ich, daß ich die vorliegende Diplomarbeit selbständig verfaßt und noch nicht anderweitig für Prüfzwecke vorgelegt habe. Ich habe keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt und habe wörtlich oder sinngemäße Zitate als solche gekennzeichnet.

3 Inhaltsverzeichnis 1 Themenstellung Vorwort Beschreibung der Aufgabenstellung Einführung in den Asynchronen Transfer Modus (ATM) Warum wird ATM benutzt? Die ATM Zelle Die ATM Adaptation Layer (AAL) AAL AAL 2 und AAL 3/ AAL Permanente und geschaltete virtuelle Kanäle (PVC und SVC) Die ATM Adresse Die verwendeten Hardware Komponenten... 18

4 3.1 Die SUN ATM Adapterkarte Überblick Die API Schnittstelle Der raw und dlpi Modus Die EDT PCI DMA Interface Karte Überblick Externe Schnittstelle Die Ringpuffer Der ATM Campus Switch Die Software Umsetzung Test der mitgelieferten Beispielprogramme Die Initialisierung der ATM - Karte... 23

5 4.3 Die Initialisierung der EDT DMA - Karte Der Sender Der Empfänger Die erzielten Testergebnisse Der Dauertest Der Funktionstest Die Messung des Zellstroms Zusammenfassung Anhang A) Verwendete Abkürzungen B) Verzeichnis verwendeter Quellen C) Quellcode des Senders D) Quellcode des Empfängers... 46

6 E) Das Beispielprogramm raw.c F) Das Beispielprogramm simple_getdata.c G) Das Beispielprogrammsimple_putdat.c... 70

7 1 Themenstellung 1.1 Vorwort In den Rundfunkstudios werden digitale Bildsignale mit hoher Qualität erzeugt. Diese Signale müssen zwischen den einzelnen Studios verteilt werden. Als Beispiel ist der Bereich der DVP (Distributed Video Production) als erster Ansatz für neue Dienste und Produkte bei Film und TV-Produktionen zu nennen. DVP bedeutet, daß die digitalen Bildsequenzen in Studioqualität in verteilten virtuellen Studios bearbeitet werden. Dadurch werden nicht in jedem Studio alle technischen Geräte benötigt. Abbildung 1.1 zeigt eine solche Anwendung. Dafür ist es notwendig, daß die Videosignale transparent übertragen werden, da eine verlustbehaftete Quellcodierung nicht für jeden Anwendungsfall tolerierbar ist. Daher ist es notwendig, Studiosignale völlig unkomprimiert (270 Mbit/s für Zeilen - TV) zu übertragen Die Übertragung ohne Einschränkung der Bildqualität kann im MAN - Bereich (Metropolitan Area Network = Citynetz) bisher nur dadurch erfolgen, daß die Signale direkt über eine Glasfaser in einem Punkt - zu - Punkt Transfer ausgetauscht werden, ohne daß dabei eine Netztopologie benutzt wird. Nur durch die Übertragung über ein Netzwerk können notwendige Funktionen wie das Schalten von Ersatzwegen im Störungsfall realisiert werden. Abb.1.1: Beispiel einer Übertragung im Citynetzbereich Zur Zeit vollzieht sich ein Wandel in der Telekommunikationsbranche. Die Netzbetreiber bauen ATM (Asynchroner Transfer Modus) basierende Übertragungsnetze auf. Dadurch stehen in kürze hohe Transferkapazitäten bei sinkenden Kosten im Citynetzbereich zur Verfügung, die für unkomprimierte Studiosignale geeignet sind. Daher liegt es nahe, Bildsignale über ein digitales Netz zwischen den Studios zu übertragen. Für diesen Zweck ist ATM geeignet. Damit ist es möglich lineare Videodaten in Echtzeit, ohne Verluste zu übertragen. Die erforderliche Bandbreite ist durch flexible Belegung einer Schnittstelle mit 622 Mbit/s möglich. Bisher existierte noch kein Adapter, der die digitalen Studiosignale an diesen ATM Datenstrom anpaßt. Aus diesem Grund ist diese Diplomarbeit am Institut für Rundfunktechnik entstanden. Der Anwendungsbereich eines solchen Adapters ist aus Abb. 1.1 ersichtlich. 7

8 1.2 Beschreibung der Aufgabenstellung Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Videoadapter entwickelt und getestet, der ein digitales Videosignal mit 270 Mbit/s in einen 622 Mbit/s ATM - Datenstrom einfügt. Diese Arbeit ist Teil der Entwicklung eines Adapters zur Übertragung hochbitratiger Videosignale. Ziel dieses Projektes ist es komprimierte Videosignale mit variabler Bitrate unter Echtzeitbedingungen mit Hilfe der ATM - Technik zu übertragen. Dabei stellt diese Diplomarbeit den ersten Schritt zur Realisierung dieses Projektes dar. Bei dem Videosignal handelt es sich um ein digitales 4:2:2 Komponenten - Signal. Dieser Datenstrom wird in eine Sun Workstation übertragen und dort für den Transport in ATM- Netzen geeignet konvertiert. Einen Überblick über den realisierten Aufbau gibt Abbildung 1.2 SDI PCi CD40 DMA Interface SUN Workstadtion Speicher SUN ATM 622 Adapter ATM Netz SDI PCI CD40 DMA Interface Abb. 1.2: Blockschaltbild des ATM Adapter Das SDI ( Serial Digital Interface = digitales Videosignal mit 270 Mbit/s) Signal wird durch einen Adapter, der am Institut für Rundfunktechnik (IRT) entwickelt wurde, an die I/O Schnittstelle des Rechners (PCI CD40 DAM Interface) angepaßt. Die Videodaten werden vom PCI CD40 DMA Interface eingelesen und im Speicher des Rechners abgelegt. Die ATM Adapter Karte liest die Daten aus dem Speicher aus und sendet sie in das ATM-Netz. Diese Datenrate von 270 Mbit/s kann nur über ein ATM Interface mit 622 Mbit/s übertragen werden. Bei einer Übertragung in einem STM-1 Container (Synchrones Transport Modul 1 = 155 MBit/s Schnittstelle der SDH Technik ) liegt die effektive Datenrate für das Videosignal abzüglich des Overhead bei maximal 135 Mbit/s und diese ist für die oben genannten Datenraten zuwenig. In Zukunft soll über diese Anordnung auch komprimierte Videosignale übertragen werden. Dazu wird ein Coder entwickelt, der ein digitales Videosignal von 270 MBit/s auf maximal 160 Mbit/s mathematisch verlustfrei reduziert. Durch diese Bandbreitenreduktion ergeben sich Kostenvorteile, die bei diesen Datenraten nicht unerheblich sind. Die Kombination mit ATM bringt weitere Vorteile. Wenn zwischen zwei Standorten eine Übertragungsstrecke mit fester Datenrate besteht, belegt ein Videosignal mit variabler Bitrate nur die Bandbreite, die es zu diesem Zeitpunkt tatsächlich benötigt. So kann die restliche 8

9 Kanalkapazität für andere Anwendungen wie z.b. File-Transfer oder Internet bzw. Intranet Anwendung genutzt werden. Für die Übertragung von Videosignalen in hoher Studioqualität in Echtzeit und mit variabler Bitrate wurde von den Standardisierungsgremien (ATM Forum und ITU-T) noch keine Empfehlung herausgegeben. 9

10 2 Einführung in den Asynchronen Transfer Modus (ATM) Der Asynchrone Transfer Modus (ATM) ist eine verbindungsorientierte paketvermittelnde und universelle Übertragungstechnologie, welche die Daten in gleich großen Paketen, die hier Zellen genannt werden, überträgt. 2.1 Warum wird ATM benutzt? Der Grund für die Einführung des Asynchronen Transfer Modus (ATM) ist, ein universelles Netz zu schaffen, das alle Arten von Telekommunikationsdiensten (z.b. Sprache, Video, Audio, Daten,...) übertragen kann. Dieses ist zwar bereits durch ISDN ( Integrated Service Digital Network) verwirklicht, ATM beschränkt sich aber nicht wie ISDN auf n x 64 kbit/s bis maximal 2 Mbit/s sondern geht darüber hinaus. Deshalb wurde ATM als Transportmedium für das Breitband - ISDN (B-ISDN) von der ITU-T empfohlen. Dies ist vor allem für die Telekommunikationsnetzbetreiber von entscheidender Bedeutung. In der Vergangenheit wurde häufig für jeden speziellen Dienst ein eigenes Netz betrieben, das den entsprechenden spezifischen Anforderungen gerecht wurde. Durch den Betrieb eines Netzes, in das die verschiedensten Dienste integriert werden können, ergeben sich erhebliche Vorteile. Eine einheitliche Netzstruktur ist einfacher zu verwalten und durch die größeren Stückzahlen ergeben sich erhebliche Kostenvorteile. Auch können die Netzbetreiber schnell und flexibel auf zukünftige Dienste und Sonderanwendungen reagieren. Daher hat sich ATM im WAN - Bereich als feste Größe etabliert. Ein weiterer erheblicher Vorteil von ATM ist, daß sich in ATM die Dienstqualität für die einzelnen Anwendungen festlegen läßt. Diese Parameter werden als Quality of Service (QoS) bezeichnet. Damit ATM den modernen Ansprüchen, die an ein universelles Kommunikationsnetz gestellt werden, genügen kann, muß es unterschiedliche Anforderungen erfüllen: bedarfsgerechte Bereitstellung der erforderlichen Bandbreite Unterstützung von Diensten mit variabler und konstanter Datenrate Punkt zu Punkt und Punkt zu Mehrpunkt Verbindungen Verbindungsorientiert und verbindungslos Anwendungen Garantie der erforderlichen Dienstqualität Integration der bestehenden und zukünftigen Dienste Durch die Verwendung von 53 Byte großen Paketen kann, im Gegensatz zu SDH, jede beliebige Datenrate realisiert werden. ATM ist die Technologie des Breitband ISDN (B-ISDN), da jetzt alle Dienste über ein Netz übertragen werden ohne Rücksicht auf die benötigte Bandbreite. Die ATM Technik wurde für die Übertragung der Videodaten ausgewählt, da sich bei dieser Technologie die erforderliche Bandbreite und die Cell Delay Variation (CDV = Jitter bei ATM) 10

11 garantieren läßt. Ein geeigneter Fehlerschutz kann ebenfalls realisiert werden. Der folgende Abschnitt stellt einen Überblick über ATM dar und ist aus [2] und [3] entnommen. 2.2 Die ATM - Zelle Beim ATM wird der Datenstrom in Pakete mit konstanter Größe aufgeteilt. Diese Pakete werden als Zellen bezeichnet und sind 53 Byte (hier auch Oktett genannt) groß. Jede Zelle besteht aus einem 5 Oktett großen Zellkopf (Header) und einer 48 Oktett große Nutzlast (Payload). Header (5Byte) Abb. 2.1: Die ATM - Zelle Payload (48 Byte) Die ersten 4 Oktett des Zellkopfs enthalten Steuerinformationen, das 5. Oktett dient der Fehlerkorrektur (HEC - Header Error Correction ) des Header und wird auf der Empfängerseite zur Synchronisation und Zellerkennung genutzt. Es sind zwei unterschiedliche Header definiert, die sich aber nur gering unterscheiden. In Abb. 2.2 ist der Header der ATM - Zelle für die Teilnehmer - Netz Schnittstelle, dem User - Network Interface (UNI), dargestellt. MSB LSB Bit GFC VPI 1 Oktett VPI VCI 2 VCI VCI PT CLP HEC Abb. 2.2: ATM - Zellheader Die einzelnen Felder haben dabei folgende Bedeutung: GFC Generic Flow Control - Flußkontrolle Die 4 Bit dienen zur Steuerung der Sendeberechtigung zwischen der kontrollierenden Endeinrichtung (z.b. ATM - Knoten) und der kontrollierten Endeinrichtung (z.b. ATM - Adapter) VPI/VCI Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier - Routing-Feld Zum Routing stehen 24 Bits (UNI) bzw. 28 Bit (NNI) zur Verfügung. Für jede Verbindung wird ein eigener VCI und VPI vergeben. Bestimmte VPI/VCI-Werte sind in [2] reserviert. PT Payload Type - Nutzlastidentifikations - Feld Diese 3 Bits geben die Art der Nutzlast im Payload Feld an, z.b. ob es sich um Nutzdaten oder Steuerdaten handelt. Die genaue Belegung siehe [2] Seite 6. 11

12 CLP Cell Loss Priority - Zellverlust Priorität Zellen bei denen CLP gesetzt ist (1) werden bei Überlauf im Netz vorrangig verworfen gegenüber Zellen, bei denen CLP nicht gesetzt ist (0). HEC Header Error Control - Header Prüfsummenfeld Damit kann ein Fehler im Header korrigiert und mehrere Fehler erkannt werden. Generatorpolynom: G(x) = x 8 + x² + x + 1 Der Header von ATM - Zellen zwischen den ATM - Knoten, dem Network - Node Interface oder Network - Network Interface (NNI), unterscheidet sich vom UNI Header nur dadurch, daß er kein GFC - Feld hat und dafür das VPI - Feld entsprechend größer ist. Es ergibt sich dadurch ein größerer Adressraum. 2.3 Die ATM Adaptation Layer (AAL) Aufgabe der ATM Adaptionsschicht (AAL) ist es die unterschiedlichen Dienste auf die ATM - Zellstruktur anzupassen. Eine Teilschicht der AAL ist die Segmentation and Reassembly Sublayer (SAR). Sie ist auf der Sendeseite für die Aufteilung des Datenstroms in die einzelnen Nutzlastpakete verantwortlich (Segmentation). Auf er Empfangsseite setzt sie die Pakete wieder in einen Datenstrom zusammen (Reassembly). Die zweite Teilschicht ist die convergence sublayer (CS) sie ist vom jeweiligen Dienst abhängig und stellt die AAL - Dienste an den AAL-SAP zur Verfügung. Die Dienste wurden in 4 Klassen (Tabelle 2.1 ) eingeteilt [5]. Die Unterteilung erfolgte nach folgenden Gesichtspunkten: Echtzeitanforderung Bitrate Verbindungsart Klasse Zeitbezug Bitrate Verbindungsart Typ Beispiele A konstant zeitkontinuierlich B C D verbindungsorientiert nicht zeitkontinuierlich variabel verbindungslos AAL 1 AAL 2 AAL 3, AAL 5 AAL 4 Konstante Bitrate z.b. Sprache, Video Zeitkritische Dienst mit kleiner Datenrate verbindungsorientierter Datentransfer verbindungsloser Datentransfer Nachfolgend sind die wichtigsten AAL kurz beschrieben [4]. Auf die AAL 1 und AAL 5 wird genauer Tabelle 2.1: eingegangen, AAL Dienstklassen da diese beiden AAL s für die Übertragung eines Videosignales mit geeignet sind. 12

13 2.3.1 AAL 1 Die AAL 1 ist zur Übertragung mit konstanter Datenrate definiert. Jede Zelle wird mit einer identischen Anzahl von Nutzdaten gefüllt und immer im gleichen Zeitabstand gesendet. Damit können alle Schnittstellen mit konstanter Datenrate im ATM realisiert werden. Zellheader SN SNP SAR-PDU Nutzlast 4 Bit 4 Bit SAR-PDU Header 47 Oktett Abb. 2.3 AAL 1 Format SAR-PDU (48 Oktett) Die SAR-PDU (Segmentation and Reassembling Sublayer - Protocol Data Unit) ist der Nutzdatenblock der ATM - Zelle (siehe Abb. 2.3). Um sicherzustellen, daß die Zellen auch in der Reihenfolge am Empfänger vorliegen in der sie abgeschickt wurden, wird im SAR-PDU ein Header (SAR-PDU Header) mit Sequenznummernfeld (SN) eingefügt. Das SN - Feld ist in ein CSI - Feld (Convergence Sublayer Indication)und ein Sequenzzahlfeld aufgeteilt. Das CSI - Feld mit einem Bit wird von verschiedenen Funktionen der CS - Teilschicht (Convergence Sublayer) benutzt. Dies kann z.b. die Kennzeichnung der Datenstruktur oder die Übertragung von Informationen zur Taktrekonstruktion sein. CSI (1 Bit) MSB LSB Sequenzzahlfeld (3 Bit) Abb. 2.4: Das SN - Feld Das Sequenzzahlfeld enthält die Nummer der Zelle (modulo 8 Operation). Das SNP - Feld dient zur Sicherung des kompletten SN - Feldes bei der Übertragung. Es wird für den CRC das Generatorpolynom G(x) = x 3 + x + 1 verwendet. Zusätzlich wird noch ein Parity Bit eingefügt, welches gerade Parität über das SN und SNP - Feld bildet. Wenn strukturierte Übertragung angewendet wird, ist in jedem zweiten SAR-PDU Nutzdatenfeld ein weiteres Oktett als Pointer eingefügt. Die Zelle ohne Pointer (CSI = 0) wird als Non - P - Format bezeichnet. Die Zelle mit Pointer heißt P - Format. Hier bleiben für die Nutzdaten nur noch 46 Oktett und das CSI Bit wird auf 1 gesetzt. Bei der strukturierten Übertragung wird immer Abwechselnd eine Zelle im P - Format und eine Zelle im Non - P - Format übertragen. Der Pointer zeigt immer auf die Stelle im 93 Oktett ( Oktett) langem Nutzdatenfeld bei der die Strukturierung beginnt. Abbildung 2.5 gibt eine Überblick über die definierten Begriffe. 13

14 AAL-SAP AAL-SAP Convergence Sublayer (CS) CS-PDU header CS-PDU payload CS-PDU trailer CS CS-PDU Segmentation and Reassembly (SAR) Sublayer Zwischen CS und SAR ist kein SAP definiert SAR-PDU Header SAR-PDU Payload SAR-PDU trailer SAR-PDU SAR AAL ATM-SAP ATM-SDU ATM layer Zellkopf ATM-SDU ATM ATM-PDU = Zelle Abb. 2.5: Überblick über die Bezeichnungen. (aus [6] Anhang B) AAL 2 und die AAL3/4 Die AAL 2 ist für die Übertragung von zeitkontinuierlichen Diensten mit variabler Datenrate definiert. Die derzeit gültigen Recommendation ist aber nur für schmalbandige Dienste definiert, und ist daher für die Übertragung von Videosignalen hoher Qualität, wie sie für Anwendungen im Rundfunk benötigt werden nicht geeignet. Eine entsprechende Empfehlung wird zur Zeit in den Normungsgremien diskutiert. 14

15 Die AAL 3/4 unterscheiden sich nur geringfügig voneinander. Die AAL 3 ist für verbindungsorientierter Datenübertragung definiert und die AAL 4 für verbindungslose Datenübertragung. Die AAL 3/4 wird in der Praxis heute allerdings kaum verwendet Die AAL 5 Die AAL 5 ist für die Übertragung mit variabler Datenrate definiert. Als Sonderfall der variablen Datenrate sind aber auch konstante Datenraten möglich. Sie ist wie die AAL 1 in zwei Teilschichten unterteilt, die Convergence Sublayer (CS) und der Segmentation and Reassembly Sublayer (SAR). Die CS ist allerdings nochmals in eine Service Specific Convergence Sublayer (SSCS) und eine Common Part Convergence Sublayer (CPCS) unterteilt, wobei die SSCS nicht vorhanden sein muß. Die Daten werden in Byte großen Blöcken (CPCS-SDU) an die CPCS übergeben Diese fügt noch einen 8 Oktett großen Trailer an und übergibt sie an die SAR. Falls die CPCS-SDU und der Trailer zusammen kein ganzzahliges Vielfaches von 48 Oktett ist wird noch ein Füllbitfeld vor den Trailer eingefügt (siehe Abb. 2.6). Abb. 2.6: Die CPCS-PDU CPCS-PDU Payload CPCS-SDU Füllbits Trailer n x 48 Oktett Der Trailer besteht aus 4 Feldern und ist in Abb.2.5 dargestellt: CPCS-UU-Feld (CPCS User-to-User-Indication) Kann zur Übertragung von Benutzerinformationen verwendet werden. CPI-Feld (Common Part Indicator): Wird mit 0 kodiert und ist für zukünftige Anwendungen reserviert. Längenfeld: Gibt die Länge der Nutzdaten CPCS-PDU Payload an. Ist der Wert = 0 wird damit der Abbruch der Übertragung gekennzeichnet. CRC- Feld: Es wird ein CRC-32-Prüfsumme berechnet, um Bitfehler zu erkennen. 15

16 UUI 1 Oktett CPI 1 Oktett Länge 2 Oktett CRC 4 Oktett Abb. 2.7 Der AAL 5 Trailer Nachfolgend ist der Bildschirmausdruck der letzten Zelle einer CPCS-PDU abgebildet, er wurde mit dem ATM Meßgerät HP BBS von Hewlett Packard erstellt und zeigt einen Ausschnitt aus einen Datenstrom, der vom ATM Adapter ausgesendet wurde. 07:29: CPP:2 LIF:4 Rx ATM Header: Generic Flow Control 0 Virtual Path Identifier 0 Virtual Channel Identifier 34 Payload Type 1 (User Data, No Congest, UserInd=1) Cell Loss Priority 0 (Higher Priority) Header Error Control 0x91 Payload: wuvuwuvuwuvuwuvu wuvuwuvuwuvuwuvu FF E8 EF D wuvuwuvu...= Pad Characters <none> Trailer: User-User Indication 0x00 Common Part Indicator 0x00 Length CRC32 0xEF12033D Die Segmentation and Reassembly Sublayer SAR zerlegt die SAR-PDU nur noch in Datenpakete zu 48 Oktett und leitet sie an die ATM Schicht weiter. Dies ist in Abbildung 2.8 gezeigt. CPCS-PDU SAR-PDU 48 Byte SAR-PDU 48 Byte SAR-PDU 48 Byte Bild 2.8: Aufteilung der Daten in der SAR SAR-PDU 48 Byte Abbildung 2.9 gibt einen Überblick über die Struktur der AAL5 und deren verwendeten Begriffe. 16

17 AAL-SAP Service Specific Convergence Sublayer (SSCS) (kann Null sein) Common Part Convergence Sublayer (CPCS) Segmentation and Reassembly (SAR) Sublayer SSCS-PDU Header AAL-SDU SSCS-PDU payload SSCS-PDU Zwischen SSCS und CPS ist kein SAP definiert CPCS-SDU CPCS- PDU Payload CPCS- PDU CPCS- PDU Trailer Zwischen SSCS und CPS ist kein SAP definiert SAR-PDU Payload SAR-PDU ATM-SAP SSCS-PDU trailer (falls vorhanden) SSCS CPCS SAR ATM layer Zellkopf ATM-SDU Cell information field (Nutzlast) ATM-PDU = Zelle Abb. 2.9: Überblick über die Bezeichnungen. 2.4 Permanente und geschaltete virtuelle Kanäle (PVC und SVC) In ATM Netzen unterscheidet man zwischen PVC (Permanent Virtual Connection) und SVC (Switched Virtual Connection). Die PVC s werden vom ATM Administrator bei jedem einzelnen Netzknoten manuell konfiguriert. Sie sind daher mit Standleitungen vergleichbar, die fest zwischen zwei Endpunkten eingerichtet sind. Ein Hauptunterschied zu den klassischen Festverbindungen ist jedoch, daß PVC im ATM Netz nur dann Bandbreite belegen, wenn auch wirklich Daten gesendet werden. 17

18 Die SVC s dagegen werden durch Signalisierung der ATM Endeinrichtungen auf- und abgebaut. Dies sind die Wählverbindungen im ATM Netz. Im Rahmen dieser Arbeit werden zur Übertragung PVC s verwendet, da der Schwerpunkt auf der Adaption von Videodaten in ATM - Netze liegt und nicht auf der Umsetzung von Signalisierungsprotokollen. 2.5 Die ATM Adresse Die ATM Adresse besteht aus 20 Byte, deren Zusammensetzung durch Abb kurz erläutert wird. Netzwerk Präfix 104 Bit 152 Bit Endsystem ATM Subnetzwerk ( 11 Byte) 2 Byte ESI (6 Byte) Cluster Nummer (1 Byte ) Hub Nummer ( 1 Byte ) Slot und Port der Gegenstelle Abb Die ATM Adresse Als Beispiel ist die ATM Adresse des verwendeten Campus Switch abgedruckt: Daraus ergibt sich als: ATM Subnetzwerk: Cluster Nummer: 01 Hub Nummer: 01 ESI (End System Identifier) Slot Nummer: 03 Port Nummer: 01 18

19 3 Die verwendeten Komponenten 3.1 Die SUN ATM Adapterkarte Überblick Die Sun ATM Adapterkarte SunATM 622 ist eine Einsteckkarte für eine Sun - Workstation und ist mit PCI oder mit einer S-Bus Schnittstellen ausgerüstet. Im Rahmen dieser Arbeit kommt eine Ultra 60 Workstation mit PCI Bus zum Einsatz, daher wird die Karte für PCI Systeme verwendet. Sie besitzt eine optische ATM - Schnittstelle für Multimode Lichtwellenleiter mit 622 Mbit/s Die API Schnittstelle Die Software, die mit der ATM Karte ausgeliefert wird, stellt eine API (Application Programmers Interface) Schnittstelle zur Verfügung. Mit der Sun ATM - Karte werden zwei Device-Treiber ausgeliefert, der ba-treiber und der p93b-treiber. Bei diesen Treibern handelt es sich um STREAM - Treiber, die sich besonders für Geräte geeignet, die Daten asynchron empfangen und senden. Es gibt zwei Arbeitsmoden den dlpi - Modus und den raw Modus. Diese sind in Abschnitt näher erläutert. Der ba-treiber wird immer benötigt, er verbindet den Datenstrom von der Anwendung mit der ATM - Karte und er erstellt die Verbindung zum ATM-Netz und überträgt die Daten. Weiter baut er die Permanent Virtual Circuits (PVC) auf. Der q93b Treiber ist für die Signalisierung verantwortlich. Er wird benötigt wenn SVC s (Switched Virtual Circuits) verwendet werden. Er steuert und verwaltet die SVC Verbindungen, dabei wird das ITU-T Signalisierungs - Protokoll Q.2931 [8] verwendet. Mit dem q93b Treiber lassen sich aber auch mehrere ATM - Karten verwalten und es ist ein multiplexen von M Eingängen auf N Ausgänge möglich. Das Zusammenspiel der beiden Treiber ist in Bild 3.1 dargestellt. API User Application Q.93B Treiber Kernel Application API SSCOP SSCOP Bild 3.1: Treiberstruktur der ATM - Karte ATM Gerätetreiber (ba) 19

20 3.1.3 Der raw und dlpi Modus Die Messages an den Stream Treiber bestehen aus zwei Datenblöcken. Einen Datenblock enthält Steuerdaten, der andere enthält die eigentlichen Nutzdaten. Die beiden Betriebsmodi unterscheiden sich im Format und Inhalt der beiden Datenblöcke. Im raw Modus wird der Steuerdatenblock nicht benutzt, der Nutzdatenblock enthält neben den eigentlichen Nutzdaten noch einen vier Byte großen VPCI (Virtual Path Connection Identifier). Diese Struktur ist in Bild 3.2 dargestellt. VPCI (4 Byte) Nutzdaten (bis zu Byte) Bild 3.2: raw Modus Struktur Wird dlpi Mode benutzt werden an den STREAM Treiber beide Datenblöcke gesendet. Der Steuerdatenblock enthält hier u.a. auch den VPCI und hier wird zusätzlich ein SAP (Service Access Point) eingefügt. Der Nutzdatenblock enthält dann allerdings nur die Information die übertragen werden soll. 3.2 Die PCI CD40 DMA Interface Karte Dieser Abschnitt soll nur einen groben Überblick über die verwendete PCI CD40 DMA Interface Karte geben. Details und technische Daten sind unter [2] nachzulesen Überblick Mit Hilfe dieser I/O Schnittstelle wird das Videosignal in die Workstation übertragen. Es werden in dieser Anwendung zwei PCI CD40 Karten verwendet, eine für die Dateneingabe und die zweite für die Datenausgabe. Die PCI CD40 DMA Interface Karte von EDT ist eine 16 Bit parallele I/O Karte. Die maximale Datenrate an der externen Schnittstelle beträgt 40 MByte/s. Sie ist für Computer mit PCI Bus entwickelt und kann mit Solaris oder Windows NT Betriebssystemen arbeiten. Der Begriff DMA in der Kartenbezeichnung steht für Direct Memory Access. Das bedeutet, daß die Daten direkt zwischen der DMA Karte und dem Speicher der Workstation ausgetauscht werden Externe Schnittstelle 20

21 Die Externe Schnittstelle besteht aus einem 80 Pin Stecker und wird in Pseudo - PECL Logik (Pseudo Emitter Coupled Logic) betrieben. Dabei handelt es sich um eine PECL Logik, deren Spannungspegel um +5 Volt verschoben wurden. Dadurch ist nur eine Spannungsquelle mit +5 Volt und Masse erforderlich und nicht wie bei der PECL Logik noch zusätzlich eine negative Spannungsversorgung. Durch ein Handshake Verfahren kann der Datentransfer gesteuert werden. Die beiden folgenden Tabellen zeigen die Konfiguration der beiden Karten. Signal I/O Funktion DAT (15:0) I 16 Bit Daten (nur Input) RXT I Referenztakt BNR O Bus Not Ready IDV I Eingabe Daten gültig Tabelle 3.1 Video Eingabe Signal I/O Funktion DAT (15:0) O 16 Bit Daten (nur Output) TXT O Referenztakt DNR I Device not ready ODV O Ausgabe Daten gültig Tabelle 3.2 Video Ausgabe Wird die Karte im free running - Modus betrieben, dürfen die Zustande der Handshake - Signale aus Tabelle 3.1 und 3.2 nicht geändert werden Die Ringpuffer Die DMA (Direct Memory Access) Karte besitzt unterschiedliche Funktionen um Daten kontinuierlich oder nicht kontinuierlich einzulesen. Um Daten in Echtzeit einzulesen, werden Ringpuffer verwendet. Der Ringpuffer besteht aus n gleich großen Speicherblöcken, die miteinander verkettet sind (siehe Bild 3. 3 ). Puffer 1 Puffer 4 Puffer 2 Puffer 3 Abb.: 3.3 Die Ringpufferstruktur Um Daten in Echtzeit in den Ringpuffer einlesen zu können, wird die Karte im free running Modus betrieben. Das bedeutet, daß die Daten kontinuierlich in den Ringpuffer geschrieben 21

22 werden. Sobald einer der Speicher vollständig gefüllt ist, wird im nächsten Puffer fortgefahren. Dieses Vorgang läuft ununterbrochen weiter, auch wenn der letzte Speicher des Ringpuffers gefüllt ist, wird beim ersten Puffer fortgefahren. Die in diesem Speicher abgelegten Daten werden dann überschrieben. Darum muß bei diesem Modus sichergestellt werden, daß die Weitergabe der eingelesenen Daten abgeschlossen ist bevor sie überschrieben werden. Diese Ringbuffer werden als FIFO (First In First Out) betrieben, d.h. wenn beim Lesen oder Schreiben ein Puffer gefüllt ist, wird automatisch am nächsten sich anschließenden Puffer weitergeschrieben. 3.3 Der ATM Campus Switch In diesem Abschnitt soll die Konfiguration des ATM Netzknoten und die Anschaltung der Workstation kurz erläutert werden. Dies ist notwendig damit der Datenfluß nachvollzogen werden kann. Der ATM Adapter ist mit einem Multimode Glasfaserkabel an einen ATM Netzknoten (Switch) angeschlossen. Als Switch wird der 8265 Nways ATM Campus Switch von IBM verwendet und ist wie in Abbildung 3.1 konfiguriert. Port 4.01 ATM 622 Adapter Port 3.01 Port 5.01 SUN Workstation IBM 8265 ATM Campus Switch Abb Schematische Darstellung des Netzaufbaus In den ATM Switch befinden sich drei Einschübe mit jeweils einer 622 Mbit/s Schnittstelle die als Port bezeichnet wird. Der Numerierung der Ports (z.b. Port 3.01) steht die erste Ziffer ( 3) für den Slot in dem sich der Einschub befindet und die zweite Zahl (01) numeriert die Ports auf einem Modul durch. Die ATM Karte ist mit Port 3 verbunden und dieser ist als UNI eingestellt. Die beiden anderen Ports sind über eine Glasfaser miteinander verbunden und sind als Private - NNI (PNNI) konfiguriert. Die Daten aus der Workstation werden vom Port 3.01 empfangen und zum Port 4.01 durch geschaltet. Von dort werden sie über eine optische Schleife zum Port 5.01 gesendet. Hier werden sie durch das Koppelfeld zum Port 3.01 transportiert, um dann wieder zur Workstation gesendet zu werden. Zur Adressierung im Zellkopf stehen zwei Felder zur Verfügung das VCI und VPI. Der VPI ist bei der verwendeten ATM - Karte immer auf Null, der VCI kann allerdings vorgegeben werden. Die ATM Karte benötigt zwei unterschiedliche VCI s für den Sende- und Empfangsfall. Daher erfolgt im Switch eine VCI Änderung. 22

23 Die PVC s im Switch wurde folgendermaßen konfiguriert: Die Zellen die mit VPI = 0 /VCI = 34 an Port 3.01 eintreffen werden zum Port 4.01 geschaltet und dort mit VPI = 0 /VCI = 34 gesendet. Die Zellen die mit VPI = 0 /VCI = 34 an Port 5.01 eintreffen werden zum Port 3.01 geschaltet und dort mit VPI = 0 /VCI = 35 gesendet. Das Ergebnis der Konfiguration im IBM Campus Switch ist im folgenden Bildschirm-ausdruck dargestellt: PVC: Port 3.01 (id=201,primary,be) PTP-PVC VP/VC=0/35 -> Party:(id=0) VP/VC=0/34 STATUS: Active (Port 5.01) PVC: Port 4.01 (id=300, Primary, BE) PTP-PVC VP/VC=0/34 -> Party:(id=0) VP/VC=0/34 STATUS: Active (Port 3.01)

24 4 Die Software Umsetzung In diesem Abschnitt wird die Schrittweise Realisierung der Diplomarbeit näher erläutert. Funktionen, Variablen und Programmnamen sind kursiv dargestellt. 4.1 Test der mitgelieferten Beispielprogramme Zunächst wurden die gelieferten Komponenten durch die beiliegenden Beispiel - und Testprogramme geprüft. Ziel dieser Test war es, die korrekte Funktion der Einsteckkarten zu prüfen und erste Erfahrungen in der Bedienung und Konfiguration der Systeme zu sammeln. Bei der PCI CD DMA Karte werden zwei Programme bereitgestellt um kontinuierlich Daten ein- und auszugeben, simple_getdata.c und simple_putdata.c. Mit Hilfe dieser Programme wurden die unterschiedlichen Konfigurationsmöglichkeiten getestet. Dabei muß folgendes beachte werden: Input Data Valid (IDV) muß auf high gesetzt sein um Daten einlesen zu können wenn die Karte im free running Modus arbeitet darf IDV nicht Low werden Device Not Ready (DNR) darf nicht gesetzt sein wenn Daten ausgeben werden Aus diesen Erkenntnissen wurde das Programm loop.c entwickelt. Es stellt den 1. Schritt zur Realisierung der Programme Sender.c und Empfänger.c dar. Mit loop.c werden Daten von der einen CD DMA Karte in den Ringpuffer eingelesen und durch die zweite Karte wieder ausgegeben. Dabei wurde erstmals ein vom Anwenderprogramm reservierter Speicherbereich als Ringpuffer verwendet. Zudem erfolgt das Lesen und das Schreiben von ein und dem selben Ringpuffer. Damit konnten die Daten kontinuierlich in die Sun Workstation eingelesen und auch wieder kontinuierlich ausgegeben werden, falls zur Synchronisation der gleiche Takt verwendet wurde. Wenn allerdings mit einer größeren Geschwindigkeit ausgelesen als eingelesen wird, erfolgt die Ausgabe in Bursts deren Größe exakt der eines Speicherblocks im Ringpuffer entspricht. Die SUN ATM Karte wurde mit dem Beispielprogramm raw.c untersucht. Dabei kam das ATM Meßgerät HP BBS75000 von Hewlett Packard zum Einsatz. Mit diesem Meßaufbau konnte die Funktionalität der ATM Karte und des ATM Addapter nachgewiesen werden. 4.2 Die Initialisierung der ATM - Karte Zur Initialisierung der ATM Karte sind folgende C - Bibliotheks - Funktionen nach [9] in der angegebenen Reihenfolge unbedingt erforderlich: 1. atm_open() öffnet STREAM zum Treiber 2. atm_attach() mit dem phys. Interface verbinden 3. atm_add_vpci() neue Verbindung durch VPCI hinzufügen 24

25 Bei der Funktion atm_add_vpci() wird als Parameter die Art der Kapselung und der Speichertyp festgelegt. Diese beiden Parameter benötigen eine besondere Erläuterung. Für die Kapselungsart steht keine Kapselung (NULL_ENCAP) und LLC- Kapselung (LLC_ENCAP) zur Auswahl. LLC (Logical Link Control) ist eine Teilschicht der Schicht 2 in LAN s (Local Area Network) und ist dort für die Sicherung der Übertragung zuständig. Diese Kapselungsart wird nur benötigt, wenn LAN Emulation über ATM betrieben wird. Im raw Modus ist allerdings NULL_ENCAP zu wählen. Der Puffertype ist eine spezifische Größe der ATM - Karte. Es sind hier nur die vorgegebenen Größen von 9kByte und 64 kbyte möglich. Wenn der raw Modus gewählt wurde, muß auch noch die Bandbreite festgelegt werden, dazu sind folgende drei Funktionen vorhanden: atm_allocate_bw() CBR Bandbreite reservieren (in 1 MBit/s Einheiten ) atm_allocate_cbr_bw() CBR Bandbreite reservieren (in 64 kbit/s Einheiten ) atm_allocate_vbr_bw() VBR Bandbreite reservieren(in 64 kbit/s Einheiten ) Die nachfolgenden Funktionen werden im Rahmen dieser Arbeit ebenfalls benutzt: atm_close() atm_detach() atm_setraw() atm_delete_vpci() STREAM zum Treiber schließen Von phys. Interface trennen Umschalten auf raw - Modus (default: dlpi - Modus) Verbindung lösen Wenn die C-Funktion atm_setraw() im Empfänger benutzt wird, werden die Daten in dem in Kapitel beschrieben Format von getmsg() zurückgegeben. Wird atm_setraw() dagegen nicht benutzt werden die Daten ohne den VC von der Funktion getmsg() zurückgegeben. 4.3 Die Initialisierung der EDT DMA - Karte Die Initialisierung der DMA Karte erfolgt auch durch C- Bibliothek - Funktionen deren Funktion hier kurz dargestellt sind. edt_open() edt_configure_ring_buffers() edt_flush_fifo() edt_start_buffers() edt_wait_for_buffers() edt_next_writebuf() öffnet STREAM zum Treiber erstellt Ringpuffer löscht alle input und output FIFO s der DMA Karte startet den Datentransfer von oder zum Ringpuffer Adresse des nächsten gefüllten Datenpuffers (bei read) Adresse des nächsten freien Datenpuffers ( bei write) Die Funktion edt_configure_ring_buffers() erstellt den Ringpuffer. Entweder reserviert die Funktion aus den übergebenen Angaben den erforderlichen Arbeitsspeicher für den Ringpuffer oder es werden bereits belegte Speicherbereiche für den Ringpuffer durch einen Pointer- Pointer übergeben. Auch wird hier festgelegt, ob der Ringpuffer zum Lesen oder Schreiben verwendet wird. Mit der C- Funktion edt_start_buffers() wird die Anzahl der Datenspeicher angegeben, die den Ringpuffer bilden. Wenn dieser Parameter aber auf Null gesetzt wird, befindet sich die DMA Karte im free running mode, d.h. daß die einzelnen Datenpuffer nacheinander ausgelesen oder beschrieben werden. Sobald der Ringpuffer komplett durchlaufen ist, wird wieder von neuen begonnen. Damit kann ein kontinuierlicher Datentransfer erreicht werden. Es 25

26 muß allerdings darauf geachtet werden, daß z.b. beim Schreiben in den Ringpuffer die Daten schnell genug weiterverarbeitet werden. Sollte es dabei zu Verzögerungen kommen, werden die Daten nämlich überschrieben. 4.4 Der Sender Das Programm sender.c liest die Videodaten über die DMA Interface Karte in die Sun ein, bereitet sie für die Übertragung ins ATM-Netz geeignet auf und sendet sie durch die ATM - Karte ins Netz. In diesem Abschnitt sollen nur die wichtigsten Programmteile erläutert werden, deren Aufbau und Struktur nicht offensichtlich sind. Den Kern in der Sender Komponente bildet die Funktion: segmentation(). Sie hat die Aufgabe, die eingelesenen Daten so zu strukturieren, daß sie vom STREAM Treiber der ATM - Karte übertragen werden kann. Sie zerlegt die Daten in Strukturen, wie sie in Kapitel beschrieben wurden und übergibt sie an die transmit() Funktion. An die segmentation( ) Funktion wird die Adresse und die Länge eines Datenpuffers übergeben, in dessen ersten vier Byte der VC stehen muß. Der Rest des Datenpuffers ist mit Nutzdaten gefüllt. Wichtig ist auch, daß die Adresse nicht auf das erste Byte des Datenpuffers zeigt, sondern auf den Beginn der Nutzdaten. Das erste Datenpaket kann direkt an transmit() übergeben werden. VC Datenpuffer Nutzdaten VC Nutzdaten Byte VC Nutzdaten Byte VC Nutzdaten Byte Bild 4.1: Zerlegung der Daten in der Funktion segmentation() VC Nutzdaten Die Länge der Nutzdaten wird durch die Payloadgröße bestimmt und diese kann im raw - Modus 1 bis Byte betragen. Überschreitet die Größe der Nutzdaten im Datenpuffer die Payload - was in der Regel immer zutrifft - werden immer Datenböcke mit der maximalen Payloadgröße übergeben. Nachdem ein Datenblock gesendet wurde, werden die letzten 4 Byte 26

27 mit dem VC überschrieben. Dies ist möglich, da die überschriebenen Daten nicht mehr benötigt werden. Beim nächsten Aufruf der transmit - Funktion steht damit wieder die Struktur des raw - Modus zur Verfügung. Die Größe der Nutzdaten im Datenpuffer ist beliebig. Bild 4.1 zeigt den die Zerlegung eines Datenpuffes an einem Beispiel. Das Datenpaket das an den STREAM Treiber der ATM Karte übergeben wird kann maximal 64 kbyte ( = Byte ) groß sein. Da im raw Modus in den ersten 4 Byte der VC stehen muß bleiben für die eigentlichen Nutzdaten nur noch maximal Byte übrig. Die AAL 5 kann allerdings bis zu Byte Nutzdaten transportieren (vgl. Abschnitt ). Diese Beschränkung gilt auch für den Empfänger, wenn bei der Konfigurationen der Befehl atm_setraw() benutzt wird (vgl. Abschnitt. 4.5). In der transmit() Funktion erfolgt die Übergabe der Daten an den Treiber der ATM - Karte. Dies geschieht mit der C- Funktion putmsg(). Sie erwartet die Daten allerdings in einem besonderen Format. Dafür ist eine eigene Struktur strbuf definiert, die folgende Elemente enthält: int maxlen int len void *buf Maximale Länge der Daten (wird bei putmsg() nicht benutzt) Länge der Daten Zeiger auf den Beginn des Datenblocks Diese Struktur wird zweimal benutzt, um Daten an die putmsg() zu übergeben. Die eine Struktur wird als ctl und die andere als data bezeichnet. Die Bezeichnung ctl steht für cotrol und enthält Steuerdaten. Die mit data bezeichnete Struktur beinhaltet die eigentlichen Nutzdaten. Diese sind allerdings dann wie in beschrieben zu strukturieren. Da der Sender aber im raw Modus arbeitet, benötigt er keine aufwendigen Steuerdaten und deshalb werden die Variablen der ctl Struktur auf bestimmte Werte fest eingestellt, nämlich den Zeiger ctlbufp auf 0 und die Variable ctllen auf -1 gesetzt. Die Hauptfunktion main() besteht aus zwei Teilen. Im ersten Teil werden anhand der Parameter, die beim Programmstart übergeben werden, die ATM - Karte und die I/O- Karten konfiguriert. Im Zweiten Teil erfolgt die eigentliche Adaption der Videodaten. Die Daten werden durch die Funktion edt_start_buffers() kontinuierlich in den Ringpuffer eingelesen. Sobald edt_wait_for_buffers() meldet, daß ein Datenpuffer komplett gefüllt, ist können die Videosignale durch segmentation() an die ATM - Karte übergeben werden. Die restlichen Operationen in der Endlosschleife dienen zur Ausgabe der gesendeten 1 MByte Datenblöcke bzw. der Ausgabe der Übertragungsgeschwindigkeit. 4.5 Der Empfänger Die Aufgabe des Programms empfänger.c ist es die empfangenen Videodaten aus dem ATM- Netz über die DMA Interface Karte auszugeben. Der Empfänger ist sehr ähnlich wie der Sender aufgebaut. Der erste Teil ist fast identisch zum Sender, nur einige Variablen und Funktionen haben sich geändert. Im zweiten Teil ergeben sich jedoch wesentliche Unterschiede im Verglich zum Sender. 27

28 Die Funktion reassembling() stellt das Gegenstück zur segmentation() Funktion im Sender dar. Sie füllt die Datenpuffer des Ringpuffers mit den empfangenen Datenpaketen der receive() Funktion auf. Die Funktion receive() schreibt die empfangenen Daten in die Puffer ctlbuf und puffer. Die eigentlichen Nutzdaten werden direkt in den Datenpuffer geschrieben. Der Zeiger puffer markiert nur die Stelle im Datenpuffer, in den das nächsten Datenpaket geschrieben wird. Auf der Empfängerseite kann es vorkommen, daß die Summe der einzelnen Datenpakete das Volumen eines Datenpuffers übersteigt. Diese Informationen dürfen nicht einfach verworfen werden sondern müssen bis zum nächsten Aufruf von reassembling() gesichert werden. Dies wird ebenfalls in dieser Funktion durch die statischen Variablen static_puf und static_puf_len gewährleistet. Wenn auf der Empfängerseite der Befehl atm_setraw() zur Konfiguration verwendet wird, werden die Nutzdaten von der Funktion getmsg() mit vorgestellten VC zurück geliefert. Wird allerdings auf atm_setraw() verzichtet, werden nur die Nutzdaten übergeben. Bei dem Programm Empfänger.c wurde auf atm_setraw() verzichtet und deshalb ist die reassembling() Funktion auch einfacher zu realisieren als die segmentation() Funktion. 28

29 5 Die erzielten Testergebnisse Um die Eigenschaften des Adapters zu ermitteln, wurden zwei Tests durchgeführt, ein Dauertest und eine Funktionstest. Beide Untersuchungen wurden mit dem in Bild 5.1 gezeichneten Aufbau durchgeführt. Der Logik Generator erzeugt eine Bitfolge, bei der mit 16 Bit Breite 252 mal von 0x0000 bis 0x000F hochgezählt wird. Zu Beginn jeder dieser Folgen wird ein 0xAAAA gesendet. Diese Daten werden an den ATM Adapter übergeben und nach der Übertragung durch das ATM Netz vom Logik Analysator ausgewertet. HP 1663EP Logik Generator und Analysator 16 Sun Workstation PCI CD40 DMA Interface ATM Karte ATM Netz 16 PCI CD40 DMA Interface Abb. 5.1: Der Messaufbau 5.1 Der Dauertest Ziel des Dauertestes ist es, festzustellen, ob die Programme über einen längeren Zeitraum stabil funktionieren. Nur bei solchen langen Versuchen können Fehler bei der Speicherverwaltung aufgedeckt werden. Beim Dauertest wurde folgende Werte ermittelt: Dauer: gesendete Daten: empfangene Daten: 22 Stunden 4 Minuten MByte 3 032'745 MByte Aus der Differenz zwischen gesendeten und empfangenen Daten ergeben sich ein Datenverlust von 343 MByte. Dies entspricht einer Verlustrate von 1, Obwohl dieser Effekt erste Experimente zur grundlegenden Funktionalität der gesamten Anordnung nicht wesentlich beeinträchtigt ist für einen Einsatz im täglichen Betrieb die absolut fehlerfreie Übertragung der Daten erforderlich. Weitere Untersuchungen zur Datenübergabe und zu den Programmabläufen, die aufgrund des begrenzten Zeitrahmens für die Durchführung der Arbeit nur begonnen werden konnten sollen Klarheit über die Ursachen bringen. 29

30 5.2 Der Funktionstest Bei dem Funktionstest wird das korrekte Übertragen der Daten über den ATM Adapter überprüft. Dabei wird ein Pattern Generator und Logik Analysator (HP 1663EP )benutzt. In Bild 5.2 bis 5.4 werden die 16 Bit breiten Datenworte in zwei Spalten aufgelistet. Die Überschrift DAT_IN kennzeichnet das vom Generator erzeugt Bitmuster und DATOUT die vom Analysator empfangen Datenfolge. Alle Daten werden in Hexadezimaler Schreibweise dargestellt. Den Beginn der Bitfolge ist in Bild 5.2 dargestellt. Die Zeilennumerierung beginnt mit Null bei 0xAAAA. Abb. 5.2: Der Beginn der Datenfolge (Screenshot vom Meßgerät) Nach 2484 Takten erscheint der Beginn der Datenfolge erstmals am Ausgang des ATM Adapters (Abb. 5.3). Die Periodendauer bei diesem Versuch beträgt 100 ns. Durch Multiplikation der Periodendauer mit den Anzahl der Takten ergibt sich die Verzögerung durch das gesamte System. Die Verzögerung beträgt hier 248,4 µs. Bei diesem Meßaufbau kann auch festgestellt werden, daß die Daten in der richtigen Reihenfolge über das System übertragen werden. 30

31 Abb. 5.3: Der Beginn der Datenfolge am Adapterausgang (Screenshot vom Meßgerät) Abb. 5.4: Das Ende der Datenfolge (Screenshot vom Meßgerät) 31

32 5.3 Die Messung des Zellstroms Auch der Zellstrom, der von der ATM Karte ausgesendet wird, wurde mit Hilfe des ATM - Analysator HP BBS untersucht. Bei dieser Messung fand unter folgenden Randbedingungen statt: An die Funktion segmentation() wird eine 1 MByte großer Datenspeichers übergeben Die maximale Größe der CPCS-SDU war auf Byte festgesetzt. Der 1 MByte große Nutzdatenblock wird in 16 CPCS-SDU s übertragen. Die ersten 15 CPCS-SDU s sind komplett mit Byte gefüllt. Von den Byte die zu übertragen werden in den 15 AAL 5 Paketen Byte übertragen. In der letzten CPCS- SDU müssen sich nur noch Byte Daten befinden. Der folgende Bildschirmausdruck zeigt jeweils die letze Zelle einer CPCS-PDU : HP Broadband Series Tester Capture Data Record 07:29: CPP:2 LIF:4 Rx ATM Header: Generic Flow Control 0 Virtual Path Identifier 0 Virtual Channel Identifier 34 Payload Type 1 (User Data, No Congest, UserInd=1) Cell Loss Priority 0 (Higher Priority) Header Error Control 0x91 Payload: wuvuwuvuwuvuwuvu wuvuwuvuwuvuwuvu FF E8 EF D wuvuwuvu...= Pad Characters <none> Trailer: User-User Indication 0x00 Common Part Indicator 0x00 Length CRC32 0xEF12033D 07:29: CPP:2 LIF:4 Rx ATM Header: Generic Flow Control 0 Virtual Path Identifier 0 Virtual Channel Identifier 34 Payload Type 1 (User Data, No Congest, UserInd=1) Cell Loss Priority 0 (Higher Priority) Header Error Control 0x91 Payload: wuvuwuvuwuvuwuvu wuvuwuvuwuvuwuvu A8 82 BD FC 12 wuvuwuvu..c... Pad Characters <none> Trailer: User-User Indication 0x00 Common Part Indicator 0x00 Length CRC32 0x82BDFC12 32

33 6. Zusammenfassung Im Rahmen der Diplomarbeit wurde ein TV-Studiosignal (SDI; 270 Mbit/s) in einen ATM- Datenstrom (622 Mbit/s) gemappt. Zur Lösung dieser Aufgabe wurde eine Rechnerkonfiguration mit DMA Karte und Sun ATM Karte gewählt und die benötigten Softwaremodule (Treiber, Steuerung) geschrieben bzw. angepaßt. Die meßtechnische Überprüfung ergab eine ausreichende Übertragungskapazität für den Transport von Studiosignalen. Mit diesem Testsystem ist die Grundlage für den transparenten Transport von SDI Signalen in ATM gelegt. Zukünftige erweiterte Untersuchungen mit diesem Testsystem sollen betriebstechnische Fragen für den Praxiseinsatz klären. 33

34 Anhang A) Verwendete Abkürzungen Abkürzung Langfassung Erläuterung AAL ATM Adaptation Layer Paßt den Datenstrom an die ATM- Struktur an API Application Programmers Software Schnittstelle für Anwendugen Interface ATM Asynchronous Transfer Module Asynchrones Übertragungsverfahren: wird im B-ISDN verwendet ATM Forum Weltweites Konsortium aus Unternehmen und Verbänden zur Standardisierung von ATM im LAN Bereich B-ISDN Broadband Integrated Service Digital Network Dienst integrierendes digitales Telekommunikationsnetz mit Datenraten > 2 MBit/s CPCS Common Part Convergence Die obere Teilschicht der AAL 5 Sublayer CS Convergence Sublayer Die obere Teilschicht der AAL CSI Convergence Sublayer Indication Zeigt bei der AAL 1 an ob die CS verwendet wird DMA Direct Memory Access Direkter Zugriff auf den Speicher (ohne Umweg über die CPU) ESI End System Identifier Teil einer ATM Adresse (Endsystem) GFC Generic Flow Control Flußkontrolle am UNI HEC Header Error Control Header - Prüfsummen - Feld ISDN ITU -T Integrated Service Digital Network International Telecommunications Union - Telecommunications ( Standardisation Sector) Integriertes digitales Netz für alle Dienste Standardisierungsgremium für Telekommunikation Bei ATM im WAN Bereich LAN Local Area Network Lokales Netzwerk innerhalb eines Gebäudes NNI Network-Node Interface Schnittstelle zwischen zwei ATM - Knoten OSI Open System Interconnection Das OSI Model teilt die Kommunikation 7 Schichten ein PDU Protocol Data Unit Übergabedaten zwischen den Teilschichten (enthalten Steuer und Nutzdaten) PECL Pseudo Emitter Coupled Logic Logikfamilie PNNI Private Network-Node Interface Schnittstelle zwischen zwei ATM - Knoten in einem Campus - Netz SAR Segmentation and Reassembling Sublayer Unterschicht in der AAL die den Datenstrom in 48 Blöcke zerlegt SAP Service Access Point Adressieren der ATM Anwendung 34

35 SDH Synchronous Digital Hierarchy Übertragungsverfahren SDU Service Data Unit Übergabedaten zwischen den Teilschichten (enthalten Steuer und Nutzdaten) SSCOP Service Specific Connection Oriented Protocol Protokoll zur Fehlererkennung und Fehlerkorrektur SVC Switched Virtual Connection Wählverbindungen im ATM - Netz (or Circuit) UNI User-Network Interface Schnittstelle zwischen Teilnehmer und ATM - Knoten VCI Virtual Channel Identifier Nummer des Virtuellen Kanals VPCI Virtual Path Connection Sammelbegriff für VPI und VCI Identifier VPI Virtual Path Identifier Nummer des Virtuellen Pfades WAN Wide Area Network Weitverkehrsnetz 35

36 B) Verzeichnis verwendeter Quellen [1] PCI CD USER S GUIDE FOR SOLARIS: Configurable DMA Interface for PCI Bus Computers. EDT, Inc September 1998 [2] Recommendation ITU-T I.361 : B-ISDN ATM Layer Specification In: ITU-T Recommendations : I series ; Integrated Services Digital Network (ISDN). - Geneva, 1995 [3] Berg, Markus: Eine kurze Zusammenfassung der ITU-T-Recommendations I.361, I.362, I.363, I.365.1, I.365.2, und I IRT internes Dokument, München 1997 [4] Recommendation ITU-T I.363 : B-ISDN Adaptation Layer (AAL) Specification In: ITU- T Recommendations : I series ; Integrated Services Digital Network (ISDN). - Geneva, 1993 [5] Recommendation ITU-T I.362 : B-ISDN Adaptation Layer (AAL) Functional Description In: ITU-T Recommendations : I series ; Integrated Services Digital Network (ISDN). - Geneva, 1993 [6] Recommendation ITU-T I : B-ISDN Adaptation Layer specification: Type 1 AAL In: ITU-T Recommendations : I series ; Integrated Services Digital Network (ISDN). - Geneva, 1996 [7] Recommendation ITU-T I : B-ISDN Adaptation Layer specification: Type 2 AAL In: ITU-T Recommendations : I series ; Integrated Services Digital Network (ISDN). - Geneva, 1997 [8] Recommendation ITU-T Q.2931 : Broadband integrated service digital network (B- ISDN) - digital subscriber signalling system No. 2 (DSS 2) - User-Network Interface (UNI) layer 3 specification for basic call/connection control: In: ITU-T Recommendations : Q series ; B-ISDN application protocols for access signalling. - Geneva, 1995 [9] SunATM Application Programmers Interface and Man Pages, Sun Microsystems, August 1998 [10] The ATM Forum Glossary, The ATM Forum, Mai 1997 [11] Tardy, Georges; Treweek, Kevin; Sidhwa, Farhad G.: IBM 8265 Nways ATM Campus Switch. New York. IBM 1998 [12] Sigmud, Gerd ; ATM - Die Technik des Breidband ISDN Aufl.- Heidelberg: Decker, 1994 [13] Dorling, Brian; Freedman, Daniel; Metz, Chris; Burger, Jaap : Internetworking over ATM: An Introduction. New Jersey : Prentice Hall, 1996 [14] Markus Berg : Approximation des Speicherbedarfes hybrider ATM-Koppelemente mit Speichern an jedem Abgang. Diplomarbeit, Universität des Saarlandes : Lehrstuhl für Nachrichten- und Vermittlungstechnik, Saarbrücken,