Der asynchrone Transfermodus - ATM

Transkript

1 Das Breitband ISDN (B-ISDN) Als Übertragungswege für Netze im öffentlichen Bereich sind mehrere Techniken und etliche Geschwindigkeiten definiert worden. Die wichtigsten sind: Plesiochrone Digitale Hierarchie (PDH): USA,5 Mbps, 45 Mbps (DS (T), DS 3 (T3)) Europa 2 Mbps, 34 Mbps, 40 Mbps (E, E3, E4) Synchrone Digitale Hierarchie (SDH): USA Sonet (Synchronous Optical Network) Europa SDH (Synchronous Digital Hierarchy) mit den Geschwindigkeiten: 55,52 Mbps (Sonet OC-3c (STS-3c); SDH STM-) 622,06 Mbps (Sonet OC-2c (STS-2c); SDH STM-4) 2488,32 Mbps (Sonet OC-48c (STS-48c); SDH STM-6) Aus Conrads: Netzdienste der Telekom Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 4 Der asynchrone Transfermodus - ATM Die Folien zu ATM sind aus der Vorlesung Hochleistungskommunikation, die von Prof. Dr. Wilfried Juling und Dr. Hajo Wiltfang am Institut für Telematik der Universität Karlsruhe gehalten wurde, ausgewählt und zum Teil verändert worden. Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 42

2 ATM - Ziele Hohe Flexibilität Realisierung mehrerer Dienste (Audio, Video, Daten) Unterstützung unterschiedlicher Bitraten Konstante Bitrate Variable Bitrate Hohe Datenraten Komplexität in Endsysteme verlagert Einfache Verarbeitung in den en (Minimierung von Vermittlungskomplexität, Prozessorleistung und Speicherkomplexität) basierte Netze: B-ISDN, drahtloses ATM DQDB (Distributed Queue Dual Bus), SMDS (Switched Multi-Megabit Data Service) 55 Mbit/s Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 43 ATM: Charakteristiken Minimale Funktionalität im Netz hohe Datenraten: 55 Mbit/s, 622 Mbit/s, 2.4 Gbit/s ATM arbeitet verbindungsorientiert (virtuelle Verbindungen) Datenübertragung in kleinen Paketen (Zellen) fester Länge Asynchrones Multiplexen der Zellen auf das Übertragungsmedium Die Übertragung der Zellen kann synchron oder asynchron erfolgen Vermittlung der Zellen über lokal eindeutige Kennungen im Zellkopf Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 44

3 Minimale Funktionalität im Netz Bei einer Netzgeschwindigkeit von 55 Mbit/s stehen für das Weiterleiten einer Zelle im Zwischensystem ca. 2.8 μs (53Byte / 55Mbit/s) zur Verfügung Bei 622 Mbit/s nur noch ca. 680 ns Verlagerung von Funktionen in Endsysteme Fehler- und Flusskontrolle Ende-zu-Ende, nicht Link-zu-Link wie bei X.25 Keine Übertragungswiederholung auf Links niedrige Bitfehlerrate Ressourcenreservierung und geeignete Dimensionierung von Warteschlangen Verbindungsorientiertes Konzept (Virtuelle Verbindungen) Zugehörigkeit der Zellen zu Verbindungen im Zellkopf vermerkt effiziente Vermittlung Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 45 Verbindungskonzept: Motivation Privates Netz Öffentliches B-ISDN-Netz Privates Netz : Endsystem Bereitstellung einer "Virtuellen Standleitung" über das Breitband-ISDN zur Kopplung von LANs oder MANs Bündeln zusammengehörender Datenströme zwischen Stationen z.b.: alle Daten (Video-, Audio- und Datenstrom) einer Konferenz zwischen Multimedia-Rechnern Definition eines eines hierarchischen Verbindungskonzepts Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 46

4 Verbindungskonzept: Verbindungstypen VC VC... VC VP VP Übertragungspfad Definition von zwei unterschiedlichen Verbindungstypen: Virtueller Kanal (Virtual Channel, VC): virtuelle Verbindung Virtueller Pfad (Virtual Path, VP): Bündel virtueller Kanäle mit gleichen Endpunkten (Endgeräte, Vermittlungsknoten) Zuordnung über Kennungen im Kopf der Zelle: Virtuelle Kanalkennung: Virtual Channel Identifier (VCI) Virtuelle Pfadkennung: Virtual Path Identifier (VPI) Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 47 Zellen Kanal Zellkopf Kanal 5 Nutzdaten Kanal frei Kanal Zellen stellen Basiseinheiten für die Datenübertragung dar Zelle Zellen sind Dateneinheiten fester Länge (53 Bytes) Zellkopf Nutzdatenfeld 5 Bytes 48 Bytes Zuordnung zwischen Zelle und Kanal ist variabel Zellkopf enthält Routinginformation Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 48

5 Zellen: Aufbau Zellkopf an der Teilnehmer-Netz-Schnittstelle (UNI, User-to-Network-Interface): GFC (Generic Flow Control) [4 bit] Generische Flusskontrolle VPI (Virtual Path Identifier) [8] Virtuelle Pfadkennung VCI (Virtual Channel Identifier) [6] Virtuelle Kanalkennung PT (Payload Type) [3] Information über den Inhalt der Zelle CLP (Cell Loss Priority) [] Kennzeichnung von Prioritäten HEC (Header Error Control) [8] Prüfsumme über Zellkopf Generische Flußkontrolle VPI VCI Zellkopf 5 Bytes VCI HEC Nutzdaten 48 Bytes VPI VCI PT CLP [Byte] Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 49 Asynchronität von ATM Die Asynchronität von ATM bezieht sich nach der Definition der ITU- T-Empfehlung I.3 auf das Multiplexen von Daten: "... it is asynchronous in the sense that the recurrence of cells containing information from an individual user is not necessarily periodic." Die Asynchronität bezieht sich nicht auf die Übertragung Übertragung in periodischen Übertragungsrahmen, in die Zellen asynchron gemultiplext werden, ist möglich Zellen werden auf der Leitung kontinuierlich gesendet; stehen keine Zellen zur Verfügung, werden Leerzellen gesendet. Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 50

6 Übertragung von Zellen Der asynchrone Transfermodus ATM ist unabhängig von der eingesetzten Übertragungstechnik. Die Zellen können sowohl asynchron gesendet werden als auch in einem synchronen Rahmen. Übertragung in synchronen Rahmen Integration und STM-basierten Daten Kompatibilität mit vorhandenem Equipment und Signalisierung Verwendung der Übertragungshierarchie SONET/SDH (auch in B- ISDN vorgeschlagen) Asynchrone, zellenbasierte Übertragung über einen Zellstrom Spezifikation von Schnittstellen zu z.b. SDH/SONET, PDH, Fiber Channel, Zellstrom Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 5 Asynchrone, zellenbasierte Übertragung Kontinuierlicher Strom aus Zellen Falls keine Zellen zum Senden vorhanden sind, werden Leerzellen in den Zellenstrom eingefügt. Dieser Vorgang wird "cell rate decoupling" genannt. Erkennen der Zellengrenzen notwendig, wenn kein synchroner Rahmen vorhanden ist. Zusätzliche Zellen notwendig, die Information für Ablauf und Wartung enthalten (OAM-Zellen; Operations and Maintenance) OAM-Zelle OAM-Zellen können an festen Stellen (z.b. jede 27. Zelle) eingefügt werden, um so eine Rahmenstruktur zu generieren 26/27 * Mbit/s = Mbit/s Nutzdatenrate Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 52

7 Vermittlung von Zellen Zellkopf A K B Zelle E A Z D X Zelle A A En T n Tabelle Vermittlungsknoten An P Ti: Vermittlungstabelle am Eingang i Vermittlung von virtuellen Kanälen und virtuellen Pfaden Identifikation durch lokal eindeutige Kennungen Zellkopf enthält die relativ kurzen Kennungen Kennungen werden vom Vermittlungsknoten zur Weiterleitung der Pakete ausgewertet. Schema: Eingangsport und Kennung werden für den Tabellenzugriff verwendet. Ergebnis ist Ausgangsport und eine neue Kennung für den Zellkopf. Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 53 Virtueller Kanal und virtuelle Kanalkennung Endsystem A VPI= VCI=3 VPI=2 VCI=9 2 VPI=5 VCI=9 3 VPI=3 VCI=4 Endsystem B Virtueller Kanal Virtuelle Kanalkennung (VCI): ist jeweils für einen Übertragungsabschnitt gültig (lokale Gültigkeit) wird in jedem Vermittlungsknoten umgesetzt, der virtuelle Kanäle vermittelt Identifikation des virtuellen Kanals über eine Folge von VPI/VCI- Kombinationen. Im Beispiel: Virtueller Kanal zwischen Endsystem A und Endsystem B entspricht [VPI/VCI = /3, 2/9, 5/9, 3/4] Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 54

8 Virtueller Pfad und virtuelle Pfadkennung Endsystem A VPI= VCI=3 VPI=2 VCI=9 2 VPI=5 VCI=9 3 VPI=3 VCI=4 Endsystem B Virtueller Pfad Virtuelle Pfadkennung (VPI): ist jeweils für einen Übertragungsabschnitt gültig (lokale Gültigkeit) Identifikation eines virtuellen Pfades (VP) über eine Folge von VPIs Aber: Innerhalb eines virtuellen Pfades (VP) bleiben die virtuellen Kanalkennungen (VCI) konstant e innerhalb eines virtuellen Pfades (VP) setzen lediglich die virtuelle Pfadkennung (VPI) um. Im Beispiel: Virtueller Pfad [VPI=2, VPI=5] zwischen den Vermittlungs-knoten und 3, VCI=9 bleibt in diesem Pfad konstant Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 55 Arten der Vermittlung Entsprechend der Hierarchie von Verbindungstypen werden zwei Arten von Vermittlungsknoten unterschieden: VP-Vermittlungsknoten Vermittlung von virtuellen Pfaden (VP) Keine Auswertung der virtuellen Kanalkennung (VCI) Virtuelle Kanalkennungen (VCI) bleiben unverändert Unterschiedliche Anzahl virtueller Kanäle pro virtuellem Pfad möglich VP/VC-Vermittlungsknoten Auswertung der virtuellen Kanalkennung (VCI) und der virtuellen Pfadkennung (VPI) Umsetzen der virtuellen Kanalkennung (VCI) und der virtuellen Pfadkennung (VPI) Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 56

9 Vermittlung: VP-Vermittlungsknoten VCI VCI 2 VPI VPI 4 VCI 3 VCI 4 VCI 3 VCI 4 VPI 2 VPI 5 VCI 5 VCI 4 VCI 5 VCI 4 VPI 3 VP-Vermittlungsknoten VPI 6 VCI VCI 2 Vermitteln von virtuellen Pfaden (VP) Berücksichtigt wird ausschließlich die virtuelle Pfadkennung (VPI) der Zellen; die virtuelle Kanalkennung (VCI) wird nicht ausgewertet Umsetzen der virtuellen Pfadkennung (VPI); die virtuelle Kanalkennung (VCI) bleibt unverändert Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 57 Vermittlung: VP/VC-Vermittlungsknoten VC-Vermittlungselement VCI VCI 2 VCI 4 VCI 3 VCI VCI 2 VPI VCI VCI 2 VPI 4 VPI 5 VP-Vermittlungselement VP/VC-Vermittlungsknoten VPI 2 VPI 3 VCI 4 VCI 3 VCI VCI 2 Umsetzen der virtuellen Kanalkennung und der virtuellen Pfadkennung VCs aus einem VP können auf verschiedene VPs verteilt werden Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 58

10 Umsetzen der Pfad- bzw. Kanalkennung Entfernen von Leerzellen Ein VPI = VCI = 0 VPI = 2 VCI = 20 Aus VPI = 5 VCI = 2 VPI = 8 VCI = 23 Umsetztabelle Auswertung ankommender Zellen und Erzeugung neuer Zellköpfe Leerzellen werden entfernt Kennungen (Tabelleneinträge) sind für gesamte Verbindungsdauer fest Vergabe von Kennungen für die jeweiligen Übertragungsabschnitte (Aufbau der Umsetztabellen) durch Signalisierung bzw. das Netzwerkmanagement Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 59 Permanente und vermittelte Verbindungen Permanente Verbindungen (PVC, Permanent Virtual Circuit) werden durch externe Mechanismen etabliert; typischerweise durch das Netzwerkmanagement (Managementebene) VPIs und VCIs werden manuell vergeben zeitaufwendig und wenig flexibel, daher zumeist nur für langlebige Verbindungen Vermittelte Verbindungen (SVC, Switched Virtual Circuit) automatischer Aufbau während der Signalisierungsphase durch ein Signalisierungsprotokoll (Kontrollebene) kein manueller Eingriff erforderlich standardisierte Signalisierungsprotokolle (reservierter Kanal: VPI = 0; VCI = 5) PVCs schon lange im Einsatz; SVCs erst in jüngster Zeit (teilweise Probleme bei der Signalisierung zwischen Vermittlungsknoten unterschiedlicher Hersteller) Öffentliche Netze (SS 200) W.H. 60