Рисунок 6.16. Распределение каналов в широкополосном интерфейсе между

Различными службами b-isdn

Два типа каналов (D и Е) используется в основном для передачи служебной информации (сигнализация "абонент - сеть", управление сетью, профилактическое обслуживание). Скорость передачи по D - каналу может быть равной 16 или 64 Кбит/с, а по каналу Е - 64 Кбит/с. Протоколы передачи в каналах типа D базируются на рекомендации ITU-T X.25 [38]. В канале Н12 размещается две стереофонические программы, а в канале Н4 можно обеспечить передачу одного канала высококачественного телевидения.

Категории (классы) служб

В B-ISDN базируется большое количество служб. Каждая из них предъявляет к сети специфические требования по скорости доставки информации, организации сеанса связи, необходимости диалога. В документах ITU-T (Рекомендация I.362) весь диапазон служб разделён на 4 категории (табл. 6.9). Категория 1 предъявляет к сети наиболее жёсткие требования. Это объясняется тем, что для служб этой категории нельзя изменять скорость передачи, что характерно, например, для телефонной связи и телевидения. Для служб 2-ой категории допустима переменная скорость передачи, если при этом не происходит ухудшения качества. К этой категории относятся службы передачи данных в интерактивном режиме и видеоинформации. Службы 3-ей и 4-ой категории являются службами передачи данных, для которых скорость может варьироваться. Характерной службой этих категорий является электронная почта. Службы 4-ой категории характерны для связи локальных вычислительных сетей.

Таблица 6.9. Категории служб B-ISDN

Категории служб	1	2	3	4
Согласование по времени	Требуется		Не требуется
Скорость передачи	Постоянная	Переменная
Способ связи	С установлением соединения			Без установления соединения

Асинхронный режим передачи

В настоящее время этот режим известен как режим ATM (Asynchronous Transfer Mode). В дальнейшем, говоря об этом режиме, будем использовать аббревиатуру ATM.

Характерным отличием ATM является отсутствие жесткого закрепления временного окна в кадре за вызовом. Каждому вызову соответствует своя метка. Функции установления метки, как и временного окна в кадре при СВРК, могут быть реализованы на первом (физическом) уровне модели ВОС. Основное достоинство ATM состоит в возможности динамического распределения ресурсов, как при передаче пакетов, так и при их коммутации на станциях B-ISDN. Основные свойства метода ATM таковы:

• информационный поток разделяется на блоки фиксированной длины для любых видов источников;

• формируется кадр фиксированной длины, состоящий из информации пользователя сети и заголовка, этот кадр назван в документах ITU-T ячейкой;

• ячейка имеет малую длину, всего 53 октета;

• процедуры управления потоками и контроля ошибок перенесены на верхние уровни эталонной модели ВОС. Благодаря этому функции транспортной системы упрощены.

Малая и постоянная длина ячейки, используемая в ATM, позволяет:

• существенно уменьшить, по сравнению с методом чистой КП, как среднее время задержки ячейки в сети, так и дисперсию задержки, что важно для средств обработки в реальном масштабе времени;

• уменьшить искажения при потере отдельных ячеек;

• упростить структуру коммутационного поля станции, т. к. во всех звеньях используется простой коммутационный элемент с двумя входами и двумя выходами;

• упростить процедуры мультиплексирования благодаря постоянной длине ячейки (нет необходимости вести поиск окна требуемой длины в кадре, как это имеет место в сетях с КП при переменной длине пакетов).

Размер ячейки ATM влияет на такие сетевые параметры, как:

• задержка пакетизации;

• задержка буферизации;

• дисперсия задержки;

• эффективная скорость передачи;

• сложность реализации технологии ATM;

• соотношение между длиной заголовка и информационного поля ячейки.

Чем больше длина сообщения пользователя, тем больше задержка пакетизации, т.к. необходимо формировать большее количество ячеек, чем для коротких сообщений. Наибольшая величина задержки пакетизации в ATM характерна для службы передачи данных (большой объём файлов). Задержка буферизации возникает из-за конкуренции ячеек разных служб, отличающихся по приоритету.

Как уже отмечалось ранее, протокол уровня звена данных в ATM не реализует функции защиты от ошибок для информации пользователя, однако заголовок ячейки, ввиду его исключительной важности для закрепления ячеек за виртуальным соединением, имеет специальную защиту в виде контрольной комбинации. Контрольная комбинация выбрана так, чтобы исправлять одиночные и обнаруживать двойные ошибки, которые могут проявляться как потеря или повторение ячеек. Важным свойством ATM, позволяющим уменьшить задержку, является прозрачная передача информационного поля ячейки через станции и узлы B-ISDN. Обрабатывается только заголовок. Скорость потока ячеек в линии, соединяющей две станции B-ISDN, является постоянной, но скорость в битах, которая требуется для передачи информации от некоторого источника, обеспечивается увеличением количества ячеек, принадлежащих одному виртуальному соединению. Теоретически скорость передачи информации от одного источника может изменяться от нуля до максимальной скорости, обеспечиваемой системой передачи, работающей на межстанционной линии [2, 7, 18, 43]. Метод ATM способен поддерживать практически неограниченное количество служб, обеспечивать высокую пропускную способность сети и стандартизовать доступ к широкополосным службам.

Как известно [43], при КП применяется обслуживание с помощью виртуальных соединений. Перед передачей пакета данных устанавливается логический тракт (виртуальный канал). Виртуальный канал может быть установлен сразу между двумя корреспондирующими объектами до начала передачи информации пользователя (это характерно для способа управления "из конца в конец") или шаг за шагом, последовательно ("от звена к звену"), подключая промежуточные звенья коммутационного поля станции или сети (это характерно для способа поэтапного управления). Управление “из конца в конец” используется в сетях с КП при установлении постоянных виртуальных соединений, управление “от звена к звену” - на станциях и узлах с быстрой коммутацией пакетов (БКП) и в сети сигнализации ОКС № 7.

Как асинхронный метод передачи по линиям - ATM, так и метод высокоскоростной коммутации - БКП - используют упрощенные протоколы и базируются на динамическом распределении связного ресурса (пропускной способности канала). Общей является также маршрутизация, основанная на стратегии виртуального канала. Благодаря использованию упрощенных протоколов и динамического разделения связного ресурса обеспечивается независимость структуры ячейки ATM и системы коммутации станции с БКП от особенностей поддерживаемой службы.

Коммутация на станциях B-ISDN

Важным для понимания способов реализации рассмотренных методов коммутации в B-ISDN является изучение структуры и свойств коммутационных полей станций и узлов БКП. Рассмотрим структуру коммутационных полей для БКП. Коммутационные поля станций B-ISDN имеют модульную структуру. На рис. 6.17 приведена структурная схема станции (узла) БКП. Назначением станции БКП является пересылка (коммутация) ячеек ATM из входящих линий в исходящие. Каждая линия связана со своим портом - входящая с портом вх.П_i и исходящая с портом вых.П_j. За каждым портом закреплена своя база данных (БДП). Общее супервизорное управление коммутацией реализуется с помощью центрального процессора (ЦПР) и центральной базы данных маршрутизации (ЦБД). Коммутационное поле станции является многозвенным со специфической структурой, приспособленной для аппаратного (без использования программ) управления коммутацией. Рассмотрим процессы коммутации, основанные на использовании содержимого поля заголовка ячейки ATM (рис. 6.18, б).

Процесс управления коммутацией на станции БКП состоит в идентификации ВК во входящей линии по ИВТ, в поиске пути в коммутационном поле к требуемой исходящей линии и в присвоении нового значения ИВТ для передачи по исходящей линии ATM на следующую станцию. Для установления виртуальных соединений необходима сигнальная информация. Она передаётся в одном из виртуальных каналов, функции которого подобны функциям звена сигнализации ОКС № 7, создаваемого для целей сигнализации в N-ISDN. По этому сигнальному ВК передаются данные о каждом виртуальном соединении пользователя: ИВТ, ИВК, этап обслуживания, адрес вызываемого абонента. Эти данные собираются супервизором от всех входных портов и аккумулируются в ЦБД. Массив данных ЦБД разделён на подмассивы, каждый из которых закреплён за своим ВТ. В подмассиве имеется информация: о номере порта, по которому поступил вызов, ИВТ и ИВК, номере этапа обслуживания, адресе вызываемого абонента, номере исходящей линии, регистре свободных ВТ в выходных портах. Если для коммутации ВТ в коммутационном поле станции применяется алгоритм самомаршрутизации, то ЦПР формирует метку маршрутизации (ММ) по номерам входного и выходного портов и координатам найденного пути в коммутационном поле. Формат ММ очень прост: количество битов в ней равно числу звеньев коммутационного поля (по одному биту на каждое звено). Коммутационное поле станции БКП может быть построено с использованием экономичных схем, в которых любой вход может быть соединен с требуемым выходом только по единственному пути. На всех звеньях коммутации используются простейшие коммутационные элементы (КЭ), имеющие два входа и два выхода. Ячейка, снабженная ММ, называется быстрым пакетом.

Основной функцией заголовка является идентификация ячеек, принадлежащих одному и тому же виртуальному каналу в линии ATM. В линии ATM передаются только ячейки активных терминалов пользователей. В одной линии ATM может быть образовано большое количество виртуальных каналов (независимых информационных потоков), определяемое числом битов идентификатора виртуальных каналов (ИВК) в поле заголовка. Количество ВК может быть доведено до 2¹⁶ = 65536.

Виртуальные каналы объединяются в виртуальные тракты (ВТ). Количество ВТ одной линии ATM может быть доведено до 2¹² = 4096. Видим, как велико число ВК в одной линии ATM, причём во всех ВК передаётся информация только активных терминалов пользователей (в периоды молчания источника те места, которые бы занимала его информация в цикле ATM, используются для передачи информации других источников). Каждое соединение в B-ISDN однозначно определяется двумя идентификаторами: ИВТ и ИВК. Поэтому функцией станции БКП является преобразование значений идентификаторов входящей линии ATM в идентификаторы исходящей линии.

Понятие виртуальный тракт используют для описания однонаправленной передачи ячеек разных ВК, имеющих общий ИВТ (рисунок 6.19).

На рис. 6.20 приведена трехзвенная коммутационная схема, в которой быстрый пакет, поступающий на любой вход любого КЭ, передается по маршруту, указанному в ММ. Нумерация выходов схемы соответствует коду в ММ быстрого пакета. В трёхзвенной коммутационной схеме показан маршрут передачи БП от входа с адресом 001 к выходу с адресом 101. Это соединение реализуется в соответствие с ММ = 101.

Рисунок 6.20. Трехзвенная коммутационная схема узла БКП

Маршрутизация ячейки ATM в такой коммутационной схеме выполняется с помощью жесткой логики (без программного управления коммутацией), в отличие от выбора маршрута и управления коммутацией в многозвеньевых коммутационных полях станций и узлов с программным управлением современной сети связи общего пользования (ССОП). Каждый вход КЭ первого звена связан со своим входным буферным накопителем в составе входного порта. Поэтому в КЭ, связанном с двумя такими портами, могут возникать внутренние блокировки, когда быстрый пакет на входе “0” и пакет на входе “1” должны быть переданы на один и тот же выход. В каждом КЭ выполняется самомаршрутизация ячеек для передачи от входа к выходу в зависимости от содержимому соответствующего бита в ММ. Пример самомаршрутизации БП от входа 1 одного из КЭ звена А приведён на рис. 6.21. Значение бита А в ММ однозначно определяет направление БП к выходу 0 {ММ (А)=0} или к выходу 1 {ММ (А)=1}.

Нумерация выходов схемы соответствует коду в ММ (рис. 6.21) коммутируемого быстрого пакета.

В процессе обмена адресными (о номере вызываемого абонента) и линейными сигналами с другими станциями сети станция B-ISDN устанавливает виртуальное соединение из конца в конец. С этого момента накопленные в буфере входного порта ячейки данного виртуального канала будут передаваться к найденному супервизором выходному порту в соответствии с подготовленной записью в БДП. Запись имеет такой вид: ИВТ_f, ИВК_h > ММ > ИВТ_m, ИВК_n. Эта запись дублируется во входном порте и используется им для маршрутизации каждой ячейки данного ВК.

Благодаря такой автономии маршрутизации ячеек в установленном виртуальном соединении каждым входным портом супервизор освобождается от рутинных и весьма объёмных по количеству операций функций обработки ячеек для уже установленных виртуальных соединений. Так на станции с БКП реализуется принцип распределённого управления коммутацией. В БДП выходного порта ММ стирается, но сохраняется копия данных БДП входного порта. Это необходимо для предотвращения сбоев маршрутизации в коммутационном поле станции. Если сбои возникают, то информация о них передаётся в супервизор для выполнения необходимых коррекций. В БДП выходных портов имеются регистры свободных и занятых ВК. Данные этих регистров используются при необходимости передачи ячеек по обходному пути в сети, если заняты все ВК в линии прямого направления.

Контрольные вопросы

1. В чем состоят отличия транспортных систем узкополосной и широкополосной ISDN?

2. Благодаря чему обеспечивается в B-ISDN уменьшение задержки пакетов, коэффициента ошибок и упрощение протоколов сетевого уровня?

3. Назовите параметры, которые характеризуют службы электросвязи.

4. Какая из известных Вам служб электросвязи предъявляет наиболее жесткие требования к допустимой задержке сообщений от абонента до абонента?

5. Какая из известных Вам служб электросвязи требует наибольшей скорости передачи сообщений по каналам сети?

6. Каковы основные отличия широкополосной ISDN от узкополосной?

7. Поясните возможности использования каналов типов Н12 и Н4 для передачи информации в широкополосной ISDN.

8. Какие задачи необходимо решить для перехода от узкополосной к широкополосной ISDN?

9. Сформулируйте требования, предъявляемые к коммутационным полям станций и узлов в B-ISDN?