Уровень 3

Для передачи сигналов ISDN используются две спецификации Уровня 3: CCITT 1.450 (известная также как CCITT Q.930) и CCITT 1.451 (известная также как SSITT Q.931). Вместе оба этих протокола обеспечивают соединения пользователь-пользователь, соединения с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов. В них определены разнообразные сообщения по организации и завершению обращения, информационные и смешанные сообщения, в том числе SETUP (УСТАНОВКА), CONNECT (ПОДКЛЮЧАТЬ), RELEASE (ОТКЛЮЧЕНИЕ), USER INFORMATION (ИНФОРМАЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ), CANCEL (ОТМЕНА), STATUS (СОСТОЯНИЕ) и DISCONNECT (РАЗ'ЕДИНЯТЬ). Эти сообщения функционально схожи с сообщениями, которые обеспечивает протокол Х.25.

На рис., взятом из спецификации CCITT 1.451, показаны типичные стадии обращения с коммутацией каналов ISDN.

Лекция 4. Широкополосные цсио

В качестве технического решения, способного обеспечить функции В-ISDN, Международным консультативным комитетом по телефонной и телеграфной связи выбрана технология АТМ.

Сущность технологии АТМ заключается в передаче всех видов информации пакетами фиксированной длины , называемыми ячейками, при этом потоки ячеек от различных пользователей асинхронно мультиплексируются в едином цифровом тракте передачи.

АТМ-технология в значительной степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к перспективным компьютерным сетяи.

Ее достоинствами являются :

• Высокая и наращиваемая скорость передачи

• Обеспечение надлежащего качества передачи для любых видов информации

• Сохранение показателей качества при увеличении числа абонентов

• Возможность использования технологии как для создания ЛВС, так и ГВС.

Этапы становления АТМ-технологии:

1983г - первые публикации по АТМ-технологии:

1987г - CCITTвыбрал АТМ дляB-ISDN

1991г - Первая локальная АТМ-сеть

1993г - Первая глобальная АТМ-сеть

1996г - Первый международный АТМ-проект с участием России (ЦНИИ РТК)

И все же АТМ достаточно проблематичная технология.

Опыт успехов и неудач различных телекоммуникационных технологий показывает, что все появляющиеся технологии первоначально выглядят очень привлекательно.

Выживают только те, которые имеют

• низкую стоимость

• высокую производительность

• эффективные приложения

• вовремя завершенные стандарты

• обеспечивают совместимость различных реализаций и от различных производителей

• обеспечивают совместимость с уже существующими технологиями.

2. Основные понятия и принципы атм- технологии

Идея создания АТМ-сетей появилась в конце 80х годов, когда специалисты ведущих фирм разработчиков средств телекоммуникации поняли, что для удовлетворения новых требований пользователей необходимо решить две коренные задачи

• :разработать технологию, обеспечивающую высокую пропускную способность линий связи

• разработать технологию высокоскоростного переключения потока битов из одной щирокополосной линии связи в другую.

В результате для решения первой задачи было предложено семейство стандартных широкополосных волоконно-оптических линий связи - SDH(SynchronousDigitalHierarchy) - Синхронная Цифровая Иерархия. В США стандартSDHизвестен какSONET(SynchronousOpticalNetwork.).

Для решения задачи мультиплексирования и быстрой коммутации была предложена АТМ технология объединения высокоскоростных линий связи в единую сетевую архитектуру..

Раньше тип используемой сети существенно зависел от ее протяженности. Если оконечные системы располагались в пространстве в пределах 1-2 км лучшими решением было создание Локальной Сети ( ЛС). Для более длинных дистанций как правило требовалась Глобальная сеть (ГС). Иногда вводились промежуточные решения - MAN. Аппаратура, ПО и протоколы этих типов сетей были уникальны для каждого типа сети.

Аппаратура, ПО и протоколы, разработанные для ЛС, не могли функционировать на “глобальных расстояниях" без значительных модификаций или установки промежуточных дополнительных сетевых устройств. Объединение двух ЛС требовало включения между ними ГС с маршрутизатором, функционирующим одновременно и в качестве узла ЛС и ГС.

Технология АТМ декларирует принципиально другой подход.

Основные принципы АТМ-технологии сформулированы в виде семейства стандартов, не ограничивающих протяженность и пропускную способность сети и определяющих базовую сетевую инфраструктуру, единую для различных видов передаваемой информации,

Эти стандарты касаются аппаратных средств, программного обеспечения и принципов их взаимодействия.

Философия АТМ-технологии крайне проста: информацию любого вида можно представить в виде набора битов. Задача сети - наиболее эффективно транспортировать биты из пункта А в пункт В с наименьшей задержкой на обработку в узлах сети. .Для этого следует использовать блоки данных фиксированного небольшого размера и максимально упростить обработку этих блоков в узлах сети.

АТМ-сеть можно представить как множество оконечных систем (EndSystem–ES) и промежуточных узлов сети - коммутаторов (K), соединенных линиями связи (звеньями) точка-точка.

АТМ-коммутаторы поддерживают два типа интерфейсов :

• интерфейс пользователь-сеть (UNI)

• интерфейс сеть-сеть (NNI)

Рис.4.1. Структура АТМ-сети

Интерфейс NNIобычно означает интерфейс коммутатор-коммутатор (но только внутри сети одного класса : частная, широкого доступа)

Оба интерфейса очень схожи. Основное различие связано с административными функциями ( не с функцией передачи данных).

Интерфейс UNI- обеспечивает передачу управляющих сигналов, связанных с установлением соединения.

Интерфейс NNI- кроме того, обеспечивает передачу управляющих сигналов, связанных с обменом информации о таблицах маршрутизации, не связанные с установлением конкретного соединения.

Ключевые аспекты

• поддержка различных видов трафика (речь, видео, данные)

• асинхронный способ передачи

• ориентация на соединение

• гарантированное качество передачи

• использование меток (идентификаторов) вместо адресов

• коммутация вместо маршрутизации

• минимизация обработки в промежуточных узлах

• максимальная унификация на различных уровнях

Использование SONET(SDH) и асинхронного мультиплексирования

Использование преимуществ как метода коммутации каналов, так и метода коммутации пакетов.

Напомним, что в сетях с КП от источника к приемнику передаются блоки данных – пакеты. При этом одни и те же ресурсы сети используются для передачи пакетов различных пользователей.

В сетях с КК между любой парой или группой пользователей , пытающихся связаться друг с другом устанавливается отдельный путь передачи, который удерживается столько времени, сколько требует передача. При этом ресурсы этого пути (канала) не могут быть использованы для осуществления связи других пользователей.

• поддержка различных видов трафика (речь, видео, данные)

Технология АТМ является технологией передачи дискретной (цифровой) информации. Речь и видеоинформация представляется в виде набора (потока) оцифрованных значений аналогового сигнала.

АТМ технология предполагает передачу всех видов информации пакетами фиксированной длины , называемыми ячейками, по единому физическому каналу связи.

Каждая ячейка содержит 48 байт полезной информации и 5 байт служебной информации - заголовка ячейки.

Поскольку все ячейки должны иметь фиксированную длину информационное поле (payload) кроме полезной информации может включать “пустые байты”. Небольшая длина ячеек выбрана с целью максимального ускорения их обработки ( коммутации и мультиплексирования) в узлах сети. Это уменьшает как саму задержку передачи, так и изменение этой задержки, что существенно для приложений реального времени Наличие заголовка у каждой ячейки позволяет различать вид предаваемой информации и обеспечивать необходимое для данного вида информации качество передачи.

Структура АТМ - ячейки

Информация в АТМ-сетях независимо от вида приложения (данные, звук, видео) передается блоками фиксированной длины называемыми ячейками. Структура ячейки показана на Рис 4.2.и 4.3..

Длина ячейки составляет 53 байта. Для сравнения наименьший допустимый размер фрейма в сетях Ethernetсоставляет 64 байта.

Каждая ячейка включает заголовок длиной 5 байт и полезное информационное поле (Payload) длиной 48 байт. Указанная величина полезного пространства ячейки (48 байт) была выбрана для обеспечения минимальной задержки в приложениях реального времени, в первую очередь, связанных с передачей речевых сигналов. Поскольку речевой трафик допускает крайне незначительные задержки, лишь небольшое число цифровых отсчетов звукового сигнала может быть накоплено на передающей стороне, после чего они должны быть переданы. Если бы ячейка имела значительно большую информационную емкость, то большинство передаваемых ячеек

уходило бы незаполненными или даже пустыми, резко снижая, тем самым, эффективность использования сетей.

Передача ячейки осуществляется побайтно в порядке возрастания номеров, начиная с первого байта заголовка. Биты внутри байтов пронумерованы от 8 до 1, слева направо. (Бит 8 является старшим) и передаются в порядке убывания номера, т.е. старшими разрядами вперед.

При коммутации ячеек содержимое “полезного” информационного поля не изменяется, а содержимое заголовка претерпевает изменение в каждом коммутаторе.РH.,Структура ячейки неизменна на всех интерфейсах и линках АТМ-сети, однако стандарты не оговаривают неизменность структуры ячейки внутри коммутаторов.

Заголовок ячейки несет управляющую информацию и содержит несколько информационных полей. Структура заголовка показана на Рис.4.3. Строго говоря эта структура является официальной структурой заголовка ячеек стандарта “B-ISDNUNI”

В зависимости от типа интерфейса (UNIилиNNI) заголовок включает различные управляющие поля:

GFC- (GenericFlowControl) - Поле управления потоком

VPI- (VirtualPathIdentifier) - Поле идентификатора виртуального пути составляет 8 бит для интерфейсаUNIи 12 бит дляNNI, при этом занимаются незадействованные биты поляGFC.

VCI- (VirtualCircuitIdentifier) - Поле идентификатора виртуального канала содержит 16 бит для обоих интерфейсовUNIиNNI.

PTI– (PayloadTypeIndicator) - Поле индикатора типа полезной загрузки ячейки (3 бита) предназначено для хранения дополнительной признаков о передаваемой информации (допустимых ошибка, степени заполненности и др.) Функции этого поля пока строго не определены.

CLP– (CellLossPriority) - Однобитовое поле приоритета ячейки. В случае насыщения сети ячейка, содержащая “1” в полеCLP, отбрасывается в первую очередь.

HEC – (Header Error Control) - Поле коррекции ошибок. Восьмибитовое полеHECпредназначено для контрольной информации, позволяющей обнаруживать и корректировать однократные и многократные ошибки в заголовке (только в заголовке) ячейки. Поле НЕС генерируется передатчиком и проверяется приемником каждого узла. При выявлении ошибки в поле НЕС ячейка отбрасывается для предотвращения коммутации ее по неверному направлению.

• асинхронный способ передачи

В названии асинхронный способ передачи основным словом является слово асинхронный - то есть не периодический.

В АТМ сетях потоки ячеек от различных пользователей асинхронно мультиплексируются в едином цифровом тракте передачи. Асинхронность в данном контексте означает, что ячейки не привязаны к конкретным “своим” временным интервалам, и отражает способность сети осуществлять передачу данных конкретного приложения по мере необходимости. Это принципиально отличает АТМ сети от сетей с коммутацией каналов, в которых, даже если канал не занят - он простаивает - специальный (холостой) набор битов должен быть передан в каждый тайм слот этого канала., иначе получатель не сможет восстановить полезную информацию в других тайм слотах.

Термины синхронный и асинхронный способ передачи касаются способа мультиплексирования - смешивания трафика различных пользователей в едином физическом канале связи. В синхронных способах передачи каждому источнику назначается фиксированная пропускная способность на “позиционной” основе : полоса частот при частотном мультиплексировании (FDM) или временной интервал - тайм-слот при временном мультиплексировании (TimeDivisionMultiplexing). АТМ не основывается на позиции, трафик передается по требованию, Нет трафика - нет неэффективного использования полосы пропускания сети.