Realisierung von ATM-Vermittlungsknoten

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1 Ebenenmanagement management Realisierung von ATM-Vermittlungsknoten Eingang Ausgang Eingang Umsetztabelle Ausgang ATM-Cross-Connect Steuereingang Verbindungsschaltung innerhalb des Koppelelements wird durch Mechanismen der Managementebene gesteuert (nur PVCs) In der Praxis überwiegend für VP-Vermittlung eingesetzt (z.b. im Backbone großer Netzwerke) ATM-Switch Verbindungsschaltung innerhalb des Koppelelements wird durch die Kontrollebene (Signalisierung) gesteuert (vorrangig SVCs) In der Praxis überwiegend für VP/VC-Vermittlung eingesetzt Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 161 ATM modell 3-dimensionales Referenzmodell Drei vertikale Ebenen (Säulen) Benutzerebene Kontrollebene Managementebene Drei hierarchische Schicht ATM-Schicht ATM-Adaptionsschicht Kontrollinformation wird getrennt von Benutzerdaten übertragen (Out-of- Band-Signalisierung) Benutzerebene Kontrollebene Höhere ATM-Adaptionsschicht ATM-Schicht Höhere Schicht Managementebene Ebenen Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 162

2 Ebenenmanagement management Funktionen der Ebenen Benutzerebene Übertragung von Benutzerdaten Überprüfung und Regulierung des Datentransfers Entspricht dem B-Kanal im (Schmalband-) ISDN Kontrollebene Übertragung von Signalisierungsinformation Aufbau, Abbau und Überwachung von Verbindungen Entspricht dem D-Kanal im (Schmalband-) ISDN Benutzerebene Kontrollebene Managementebene Ebenen Managementebene Übertragung von Managementinformation Unterteilung in zwei Kategorien Ebenenmanagement: Management des Gesamtsystems, Koordination zwischen den verschiedenen Ebenen management: Management einer spezifischen Schicht (z.b. Verwaltung des Pufferspeichers) Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 163 Funktionen der Protokollschichten Schicht Bitübertragung Generieren/Wiederherstellen der Übertragungsrahmen Entkoppeln der Zellraten Erkennen von Zellgrenzen ATM-Schicht Transport von ATM-Zellen (Dateneinheiten der ATM-Schicht) Adressieren von virtuellen ATM-Verbindungen Multiplexen/Demultiplexen von ATM-Zellen Fluss- und Zugangskontrolle ATM-Adaptionsschicht Höhere ATM-Adaptionsschicht ATM-Schicht Höhere Schicht Unterstützung unterschiedlicher Transportdienste Konvergenzfunktionen (z.b. Fehlerkontrolle, Synchronisation,...) Segmentieren und Reassemblieren Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 164

3 Datenfluss in ATM-Netzen Datenübertragung (Benutzerebene): netzinterne ATM-Vermittlungsknoten realisieren nur die physikalische Schicht und die ATM-Schicht Vermittlung der Zellen auf ATM-Ebene Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 165 Schicht B-ISDN ATM- ATM- ATM- ATM- Schicht Schicht ATM-Vermittlungsknoten ATM- ATM- Adaptions- Adaptions- ATM- ATM- ATM-Endsystem B ATM- ATM- Adaptions- Adaptions- ATM- ATM- ATM-Endsystem A Konvergenzschichschicht Medienabhängige- - Entkoppeln der Zellrate -HEC - Zellenbegrenzung - Bit timing - physikalisches Medium Konvergenzschicht unterscheidet 5 verschiedene Zelltypen: Leere Zellen: werden eingefügt/entfernt, um die Zellrate konstant zu halten Ungültige Zellen: sind fehlerhaft und werden verworfen Gültige Zellen: weisen keine Fehler auf zugeordnete Zellen: gehören zu einer Anwendung Nicht zugeordnete Zellen: Sind keiner Anwendung zugeordnet. Sie enthalten Informationen für die ATM-Schicht nur gültige Zellen werden an die ATM-Schicht weitergeleitet Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 166

4 Phys. Schicht: Kontrolle von Fehlern im Zellkopf mehrere Bitfehler/verwerfen keinen Fehler entdeckt Korrigieren keinen Fehler entdeckt Erkennen Fehlerentdeckt/ verwerfen Einzelbitfehler/korrigieren Berechnen und Überprüfen des HEC-Feldes im Zellkopf in jedem Knoten (Generatorpolynom: x 8 + x 2 + x + 1) : Erkennen und Korrigieren von Einzelbitfehlern Erkennen von Mehrbitfehlern Zelle verwerfen Zustände auf der Empfangsseite: Korrigieren: Einzelbitfehler korrigieren, Mehrbitfehler erkennen Erkennen: Verwerfen aller Zellen mit Fehlern auf Charakteristiken von Glasfaserübertragung zugeschnitten; Mischung aus Einzelbitfehlern und relativ langen Bündelfehlern Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 167 Phys. Schicht: Erkennen der Zellenbegrenzungen Zum Erkennen der Zellgrenzen wird beim Empfänger ein auf einem endlichen Automaten basierender Algorithmus eingesetzt: HUNT: Bitweise Überprüfung des Datenstromes PRESYNCH: Zellenweise Überprüfung SYNCH: Betriebszustand (zellenweise Überprüfung) PRESYNCH Zustand ist notwendig, da kein Bitstopfen wie bei HDLC verwendet wird. α aufeinanderfolgende inkorrekte HEC-Felder HUNT SYNCH ITU-T Vorschlag für die zellenbasierte Übertragung: α= 7 δ =8 Korrektes HEC-Feld Fehlerhaftes HEC-Feld δ aufeinanderfolgende korrekte HEC-Felder PRE- SYNCH Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 168

5 ATM-Schicht Die ATM Schicht ist unabhängig vom physikalischen Medium Funktionen der ATM-Schicht: Multiplexen/Demultiplexen von Zellen Vermitteln von Zellen durch VPI/VCI-Übersetzung Generieren/Extrahieren von Zellköpfen Generische Flusskontrolle (GFC am UNI) An der Dienstschnittstelle werden folgende Dienstprimitive zur Verfügung gestellt ATM-DATA.Request ATM-DATA.Indication Austausch von Zellen zwischen der physikalischen Schicht und der ATM-Schicht PH-DATA.Request PH-DATA.Indication Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 169 ATM-Schicht: Dienste UNI-Spezifikation 4.0 (User-Network-Interface) vom Juli 1996 und TM-Spezifikation 4.0 (Traffic Management) des ATM-Forums vom April 1996 spezifizieren die folgenden Dienstkategorien für die ATM-Schicht: CBR (Constant Bit Rate): für Echtzeit-Anwendungen mit konstanter Bitrate und hohen Anforderungen an Verzögerung und Jitter rt-vbr (Real-Time Variable Bit Rate): für Echtzeit-Anwendungen mit variabler Bitrate und hohen Anforderungen an Verzögerung und Jitter nrt-vbr (Non-Real-Time Variable Bit Rate): für Anwendungen mit burstartigem Verkehr, die eine niedrige Fehlerrate erwarten UBR (Unspecified Bit Rate): bestmögliche Übertragung für Anwendungen, die keine Dienstgarantien benötigen ABR (Available Bit Rate): für Anwendungen, die ihre Datenrate an die Netzlast anpassen können; als Belohnung gibt s weniger Datenverluste Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 170

6 ATM-Schicht: ABR-Dienst Ziel: schneller Zugriff auf die aktuell freie Übertragungsbandbreite ABR-Dienst Spezifikation von maximaler und minimaler Zellrate Sender erhält Rückmeldungen zur Auslastung des Netzwerks minimale Zellrate wird garantiert, sofern sich der Dienstnehmer an die Rückmeldungen vom Netzwerk hält nicht zur Unterstützung von Echtzeit-Anwendungen geeignet Jitter und Verzögerung nicht definiert geringe Zellverlustrate gefordert, aber kein konkreter Wert spezifiziert typische Anwendungen: Filetransfer Feedback-Signale vom Netzwerk dienen zur Anpassung der Senderate an die aktuellen Netzcharakteristiken Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 171 ATM-Schicht: Bandbreitenverteilung Bandbreite ABR UBR VBR CBR Zeit ABR-Anwendungen steht die aktuell freie Bandbreite zur Verfügung Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 172

7 ATM-Adaptionsschicht (ATM Adaptation Layer, AAL) ATM-Adaptionsschicht bietet ein vielfältiges Dienstespektrum an Ursprüngliche (veraltete) Gliederung in 4 Dienstklassen (A-D) basierend auf: Bitrate: konstante Bitraten: z.b. Sprachverkehr, unkomprimiertes Video variable Bitraten: z.b. klassische Datenkommunikation Zeitbeziehung zwischen Sender und Empfänger: Dienste mit Zeitbeziehung: z.b. Echtzeitdienste, Sprach-, Videoübertragung Dienste ohne Zeitbeziehung: z.b. Dateitransfer Verbindungsmodus: verbindungsorientiert verbindungslos Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 173 ATM-Adaptionsschicht: Dienstklassen & AAL-Typen Dienstklasse Klasse A Klasse B Klasse C Klasse D Bitrate konstant variabel Zeitbeziehung Verbindungsart benötigt verbindungsorientiert nicht benötigt verbindungslos Beispiele Isochrone Dienste (Sprache, unkomp. Video) Variable Bitrate mit Zeitbeziehung (komp. Video) Verbindungsorientierte Datenübertragung Verbindungslose Datenübertragung (LAN) AAL- Diensttyp AAL-1 AAL-2 AAL-3/4 AAL-5 Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 174

8 Aufbau der ATM-Adaptionsschicht Die AAL ist in zwei Unterschichten gegliedert: Convergence Sublayer (CS): diensteabhängige Anpassung Service Specific Convergence Sublayer (SSCS) Common Part Convergence Sublayer (CPCS) Segmentation and Reassembly Sublayer (SAR): zum Segmentieren und Reassemblieren von Dateneinheiten in ATM-Zellen Einzelne Unterschichten können auch leer sein Höhere A B C/D CS-1 SAR- 1 CS-2 SAR- 2 SSCS-3/4 CPCS-3/4 SAR- 3/4 AAL-1 AAL-2 AAL-3/4 AAL-5 ATM-Adaptionsschicht ATM-Schicht C/D SSCS- 5 CPCS- 5 SAR- 5 Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 175 AAL-1: Eigenschaften CSI CSI SAR-Nutzlast SAR-Nutzlast 47 AAL-1 - Bereitstellung eines Dienstes mit konstanter Bitrate (z.b. Audio) CS-Schicht: ITU-T: I. 363: Video- und Sprach-Dienst Abbildung zwischen AAL-SDUs (Bitstrom, Bytes) auf 47-Byte-Blöcke (d.h. direkte Abbildung auf SAR-PDU, keine eigene CS-PDU) Vollständige und reihenfolgegetreue Datenübertragung Ausgleich von Verzögerungsschwankungen zwischen Zellen und Nutzdaten Zwischenspeichern der Daten; bei fehlenden Daten evtl. "Dummy-Bits" einfügen Auslieferung mit konstantem Zeitabstand Liefern von Taktinformation Anzeige von Fehlern SAR-Kopf SAR-Kopf SAR-Schicht: Bearbeiten der SAR-PDUs 5 1 Einfügen einer Sequenznummer (0..7) Sequenz- Absicherung durch CRC und Parität Sequenz- CRC nummer nummer CRC Parität Parität [Bit] [Byte ] Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 176

9 AAL-1: Datenformat 5 SAR-PDU von AAL-1 SAR-Kopf SAR-Kopf 1 SAR-Nutzlast SAR-Nutzlast 47 Sequenznummer CRC Parität Parität CSI CSI Sequenznummer CRC [Bit] [Byte] CSI (Convergence Sublayer Indication): Übermittlung von Taktinformation (seriell in Zellen mit ungerader Sequenznummer) Sequenznummer: Reihenfolgeerhaltung der Nutzdaten CRC: Absicherung von CSI und Sequenznummer (Polynom: x 3 + x + 1) Parität: deckt CSI, Sequenznummer und CRC ab; erkennt damit Fehler in CRC Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 177 AAL-2: Eigenschaften AAL-2 - Dienst mit sehr geringer Bitrate und kurzer Verzögerung völlig anderes Einsatzgebiet als ursprünglich vorgesehen (nicht Video- Übertragung mit variablen Bandbreiten) Anwendungsbereich: z.b. Wireless ATM effektive Datenübertragung mit geringer Geschwindigkeit und Verzögerung Multiplexen mehrerer Anwendungsverbindungen auf eine AAL2-Verbindung SAR-Schicht nicht notwendig wegen der wesentlich kleineren Größe der Benutzer- Dateneinheiten im Vergleich zu ATM-Zellen CS-Schicht Benutzerdaten in kleinen CPS-Paketen (Common Part Sublayer) Verteilen der aneinandergereihten CPS-Pakete auf den Nutzdatenbereich der ATM-Zellen Start-Feld (STF) bestimmt die Anordnung der CPS-Pakete in der Zelle Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 178

10 AAL-2: Datenformate CID CID CPS-Paketkopf CPS-Paketkopf CPS-PDU OSF OSF Länge Länge Nutzlast Nutzlast 3 max. 45 CPS-Paket SN SN PPT PPT P UUI UUI HEC HEC Start-Feld (STF) Nutzdaten Nutzdaten 5 48 [Bit] [Byte] [Byte] Common Part Sublayer (CPS)- Kopf: Channel Identifier (CID): Multiplexen von Verbindungen Länge der Nutzlast Payload Types (PPT): Nutzdaten oder Management User-to-User-Information (UUI): zwischen AAL2-Instanzen Fehlerkontrolle (HEC) Start-Feld (STF): Offset-Feld (OSF): zeigt zum Begin des CPS- Pakets Sequenznummer (SN): für jede CPS-PDU Parität (P): Sicherung des Start-Feldes Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 179 AAL-3/4: Eigenschaften AAL-3/4: stellt einen traditionellen Dienst für die Datenübertragung zur Verfügung (variable Bitrate, keine Zeitbeziehung zwischen Sender und Empfänger) Die Konvergenzschicht (CS) ist in zwei Unterschichten gegliedert: Common-Part-CS (CPCS) ist immer vorhanden Service-Specific-CS (SSCS) kann auch leer sein Jede Teilschicht verwendet eigene Dateneinheiten Funktionen reihenfolgetreue Auslieferung Fehlererkennung und -anzeige Multiplexen auf eine ATM-Verbindung AAL-Schicht vom Typ 3/4 SAP Service Specific CS (SSCS) Primitive Common Part CS (CPCS) CS Primitive SAR SAP Öffentliche Netze (SS 2010) W.H. 180