Einführung in die ATM Technik Copyright by Martin Kluge, 2003

Transkript

1 Einführung in die ATM Technik Copyright by Martin Kluge, Die Entstehungsgeschichte von ATM Im Jahre 1983 begannen CNET, AT&T und Alcatel Bell mit der Entwicklung von ATM (Asynchronous Transfer Mode) wurde das ATM Forum gegründet, das mittlerweile ca. 600 aktive Mitglieder aus der Industrie und Telekommunikationsunternehmen hat. Das ATM Forum hat die Aufgabe, die Standardisierung von ATM zu forcieren und auf die Einführung der ATM Technologie auf dem Markt zu dringen. Mit den immer höheren Anforderungen auf schnelle, stabile und skalierbare Kommunikationsleitungen und der Notwendigkeit, neue Applikationen (Sprache, Daten, Video) zur Verfügung zu stellen, wird die ATM Technik vorallem bei Telekommunikationsunternehmen eingesetzt. ATM stellt heute als einzige Technologie eine garantierte Bandbreite und unterschiedliche Serviceoptionen zur Verfügung. Durch diese Vorraussetzungen ist die ATM-Technik in der Lage, gleichzeitig Daten, Sprache und Videos zu übertragen. Die Aufgabe von ATM besteht darin, Anwendungskommunikation unterschiedlicher Art und Anforderungen auf einem Medium zu vereinen und sicherzustellen, dass sie sich nicht beeinflussen. 2. Einordung von ATM in das OSI Modell ATM liegt in der Schicht 2 (Data Link Layer / Sicherungsschicht) des Open Systems Interconnect (OSI) Modells: OSI Layer 7. Application 6. Presentation 5. Session 4.Transport 3. Network IP 2. Data Link AAL ATM-Layer 1. Physical SONET / SDH ATM 3. Die physikalische Schicht

2 ATM wird meist auf SDH (Synchronous Digital Hierarchy), bzw. SONET (Synchronous Optical Network) gefahren. SDH hauptsächlich in Europa verwendet, wogegen SONET in den USA verwendet wird. Der ATM Physical Layer ist in den Physical Medium Sublayer (PM) und den Transmission Convergence Sublayer (TC) aufgeteilt. - Übertragung von Bits PM Sublayer - Abhängig vom jeweils verwendeten Medium TC Sublayer - Unabhängig vom verwendeten Medium - Nutzt die Services der PM Sublayer - Übertragung der ATM Zellen - Synchronisation zwischen den ATM-Knoten (Idle Zellen / Cell Decoupling) - Checksummenüberprüfung der Zellen Damit ATM Zellen übertragen werden können, müssen diese in den ATM Datenstrom eingefügt werden, wobei dies durch die Transmission Frame Adaption erledigt wird. SDH (und SONET) definieren diese Übertragungsrahmen, in der die ATM Zellen eingefügt werden können. Bis jetzt wurden folgende Physical Layer definiert: OC = Optical Carrier (nur SONET) STM = Synchronous Transport Modules (nur SDH) Carrier Typ Bandbreite Erklärung OC Mbps SONET Standard Bandbreite OC-3 / STM Mbps Backbone großer Firmen, ISP Backbones OC-12 / STM-4 622,08 Mbps Internet Backbones OC-24 1,2440 Gbps Internet Backbones OC-48 / STM-16 2,4880 Gbps Internet Backbones OC-192 / STM-64 9,9530 Gbps Backbones OC ,271 Gbps Backbones OC-768 ca. 40 Gbps Backbones Die ATM Zellen haben immer 53 Byte, wovon 5 Byte der ATM Header und 48 Byte der Payload, also die Daten der höherliegenden Protokolle sind. Eine genauere Erklärung des ATM Headers folgt später. Header (5 Byte) Payload / Cell information (48 Byte)

3 4. Die ATM Transportschicht Die ATM Transportschicht stellt die Funktionen für den Transport der ATM Zellen bereit, wobei die Daten Zeit-gemultiplext werden und zu einem gemeinsamen digitalen Ausgangssignal zusammengefasst werden, dass für eine optimale Ausnutzung der Bandbreite (auch verschiedener Dienste mit unterschiedlicher Bandbreite) sorgt. Dieses Multiplexing Verfahren wird Asynchronous Time Division (ATD) genannt. Bei diesem Verfahren werden die Folge der Signale in gleich lange Zellen mit jeweils 53 Byte eingeteilt (siehe oben). GFC (4 bit): Das erste halbe Byte in einer ATM Zelle dient zur Flusskontrolle, es sorgt für die Zelleneingliederung, je nach Auslastung des Mediums. Dieses Verfahren wird Generic Flow Control (GFC) genannt und dient einfach der Verhinderung von Staus. VPI (8 bit / 12 bit): Der Virtual Path Identifier (VPI) kennzeichnet eine virtuelle Verbindung, wobei maximal 256 bzw virtuelle Pfade (VPs) vorhanden sein können. VCI (16 bit): Der Virtual Channel Identifier (VCI) ist im Prinzip ein Kanal innerhalb des ATM Netzes, er unterstützt pro VPI einer ATM Schnittstelle maximal Kanäle. VPI und VCI bilden zusammen eine Addresse (ähnlich einer IP oder MAC Addresse), wodurch maximal 256 * = Verbindungen addressiert werden können. PT (3 bit): Das Payload-Type-Field (PT) zeigt an, welche Art von Daten eine ATM Zelle transportiert: Nutzerdaten oder Managementdaten Eine Null oder eine Eins Zelle Netzüberlastung Wenn das PT Feld Nutzerdaten anzeigt, muss diese Zelle an den ATM Adaption Layer (AAL) weitergegeben werden. CLP (1 bit): Der Cell Loss Priority (CLP) Wert zeigt die Priorität einer ATM Zelle an. Ist der Wert nicht gesetzt, so werden im Falle einer Überlastung des Netzes dieses Zellen verworfen. Im Normalfall ist das CLP Flag immer gesetzt.

4 HEC (8 bit): Das Header Error Control Feld (HEC) ist eine 8 bit Checksumme und dient dazu, einzelne Bitfehler zu korrigieren. Das Flag überprüft nur den ATM Zellenheader und nicht die Daten an sich. Diese Checksumme wird an jeder ATM Vermittlungsstelle neu berechnet und gesetzt. 5. Der ATM Adaption Layer (AAL) Die Adaptionsschicht stellt die zur Anpassung an die Anforderungen der Dienste (Audio, Video, Daten) benötigten Funktionen bereit. Der ATM Adaption Layer (AAL) liegt zwischen dem eigentlichen ATM Layer und den Schichten der höheren Protokolle und ist in den Segmentation and Reassembly (SAR) und den Convergence Sublayer (CS) aufgeteilt. Segmentation and Reassembly (SAR) - Aufteilung der Protocol Data Units (PDU) der höheren Protokolle auf das ATM Zellformat Convergence Sublayer - Anpassung der unterschiedlichen Services an den SAR Sublayer Die Informationen des ATM Adaption Layer (AAL) werden nicht im Header, sondern im Informationsfeld der jeweiligen ATM Zelle übertragen. Der AAL enthält außerdem Funktionen zur Fehlererkennung / Fehlerkorrektur und zur Zeitüberwachung. ATM Adaption Layer (AAL) ATM Adaption Layer 1 ATM Adaption Layer 2 Funktionen Leistungsvermittelnde Dienste mit konstanter Bandbreite Anwendungen mit variabler Bitrate und exakter Zeitsynchronität ATM Adaption Layer 3/4 Dienste mit variabler Bitrate (verbindungsorientierte und verbindungslose Dienste) ATM Adaption Layer 5 Vereinfachter AAL 3/4 Dienst der nur Messageexchange erlaubt ( Simple and Efficient Adaption Layer ) Beispiel ISDN Primärmultiplexanschluss Ton- und Bildübertragungen X.25, Frame Relay, TCP und UDP X.25, Frame Relay, TCP und UDP 6. Das User-to-User Interface (UNI) Das User-to-User Interface (UNI) ist für den Auf- und Abbau von ATM Verbindungen verantwortlich. Dynamische Verbindungen (SVC) Point-to-Point Verbindungen (PVC) Point-to-Multipoint Verbindungen Einrichten von Virtual Connection Identifieren (VCI) Signalisierungsfunktionen Fehlererkennung

5 Das UNI ist momentan in der Version 4.0 aktuell. Weiterhin unterstützt das UNI folgende Services und Service Klassen (zumindest in der aktuellen UNI Version): Serviceklasse Constant Bitrate (CBR) Real-Time Variable Bitrate (rt-vbr) Non Real-Time VBR Services (nrt-vbr) Unspecified Bit Rate (UBR) Available Bit Rate (ABR) Funktionen Applikationen mit konstanter Datenrate (z.b. Sprachdienste) Echtzeitapplikationen mit gewissen Verzögerungsbedingungen. Nicht-Echtzeitapplikationen (z.b. Filetransfer) Applikationen ohne Echtzeitanforderungen, aber mit variabler Bitrate Dynamischer Flusssteuerungsmechanismus, der bei Verbindungen eingesetzt wird, bei denen die Bitrate dynamisch angepasst werden kann. Desweiteren gibt es noch folgende Service Parameter, die auf (die meisten) Serviceklassen angewendet werden können: Peak Cell Rate (PCR) Sustainable Cell Rate (SCR) Maximum Burst Size (MBS) Maximum Cell Transfer Delay (MaxCTD) 7. ATM Adressen Der Aufbau der ATM Adressen folgt dem Format für den OSI Network Service Access Point. Hierbei sind 3 unterschiedliche Formate möglich: Address Format Data Country Code (DCC) International Code Designator (ICD) Beschreibung Der Ländercode gibt an, in welchem Land der Adressteilnehmer gemeldet ist Kennung der Institution, die für die Adressregistrierung zuständig ist E.164 Adresse ISDN-Rufnummerplan, der international festgelegt ist Beispiel einer ATM Adresse: c

6 8. Private Network-Network Interface (PNNI) Das Private Network-Network Interface (PNNI) ist das Protokoll, mit dem ATM Vermittlungsknoten untereinander kommunizieren. Das PNNI Protokoll gilt nur für SVCs, PVC werden im Prinzipeinfach nur geswitcht. PNNI ermöglicht den Aufbau heterogener ATM Netze und ist die Voraussetzung für die Kommunikation von ATM Geärten unterschiedlicher Hersteller. Das Private Network-Network Interface ist ein dynamisches Link State Protocol, das den Aufbau großer ATM Netze ermöglicht. Desweiteren definiert es die Signalisierungsanforderungen zum Aufbau von Point-to-Point (PVC) und Point-to-Multipoint Verbindungen. Ähnlich wie OSPF im IP Bereich, fasst PNNI das Vermittlungssystem in logische Gruppen zusammen. Die PNNI Knoten tauschen Datenbankinformationen über die PNNI Topology State Elements aus (z.b. ob eine bestimmte Verbindung unterstützt wird). 9. Interim Local Management Interface (ILMI) Das Interim Local Management Interface (ILMI) ist Teil der UNI Spezifikationen und informiert die Managementeinheit über den Status des Netzes und der Netzinfrastruktur. Auch das ILMI gilt nur für SVC Verbindungen. Dabei benutzt ILMI eine fest definierte virtuelle Verbindung der ATM-UNI, um zwischen Switches und Managementapplikationen kommunizieren zu können. Die Kommunikation findet dabei über SNMP (Simple Network Management Protocol) statt. Aus diesem Grund baut das ILMI auf einer Management Information Base (MIB) auf und jede UNI Schnittstelle muss das ILMI unterstützen. ILMI Funktionen Gerätestatus Gerätekonfiguration Status der Bitübertragungsschicht Virtuelle Pfad Verbindungen (VPI) Virtuelle Kanal Verbindungen (VCI) SNMP Funktionen Einkapselung einer SNMP Mitteilung in den AAL-5 Service Reservierung eines VCC für ILMI Mitteilungen Benutzung von VCI 16 für ILMI Mitteilungen Cell Loss Priority 0 für Mitteilungen des ILMI Maximale Verbindungsauslastung darf nicht mehr als ca. 1% des ILMI-Verkehrs ausmachen 10.Quellenangaben Für den Vortrag Einführung in die ATM-Technik wurden folgende Quellen benutzt: Netzwerkprotokolle gepackt (mitp) Cisco CCIE Fundamentals: Network Design and Case Studies (Cisco Press) TCP/IP Internetprotokolle im professionellen Einsatz (mitp) Cisco Remote Access Netzwerke (Cisco Press / Markt & Technik)

7 11. Anmerkungen 1. Der Vortrag darf jederzeit unverändert weitergegeben werden und auch vor anderen Leuten gehalten werden. 2. Es dürfen jederzeit Teile des Vortrags kopiert werden, solange ein Verweis auf den ursprünglichen Vortrag gesetzt wird. Vielen Dank an Maik Pfeil der diesen Vortag korrekturgelesen hat.