Функции уровня адаптации атм

Уровень адаптации ATM представляет собой набор протоколов AAL1-AAL5, которые преобразуют сообщения протоколов верхних уровней сети ATM в ячейки ATM нужного формата. Функции этих уровней достаточно условно соответствуют функциям транспортного уровня модели OSI, например функциям протоколов TCP или UDP. Протоколы AAL при передаче пользовательского трафика работают только в конечных узлах сети. Каждый протокол уровня AAL обрабатывает пользовательский трафик определенного класса. Разрешается использовать для одного и того же класса трафика различные протоколы уровня AAL.

Протоколы AAL для выполнения своей работы используют служебную информацию, размещаемую в заголовках уровня AAL. После приёма ячеек, пришедших по виртуальному каналу, подуровень SAR протокола AAL собирает посланное по сети исходное сообщение (которое было разбито на несколько ячеек ATM) с помощью заголовков AAL, которые для коммутаторов ATM являются прозрачными, так как помещаются в 48-битном поле данных ячейки. После сборки исходного сообщения протокол AAL проверяет служебные поля заголовка и концевика кадра AAL и на их основании принимает решение о корректности полученной информации.

Ни один из протоколов AAL при передаче пользовательских данных конечных узлов не занимается восстановлением потерянных или искаженных данных. Максимум, что делает протокол AAL, - это уведомляет конечный узел о таком событии. Восстановление потерянных отводится протоколам верхних уровней, не входящим в стек протоколов технологии ATM.

Протокол AAL1 обычно обслуживает трафик класса А с постоянной битовой скоростью (CBR). Заголовок AAL1 занимает в поле данных ячейки ATM 1 или 2 байта. В задачи протокола AAL1 входит сглаживание неравномерности поступления ячеек данных в узел назначения.

Функция уровня адаптации AAL1 состоит в том, чтобы дать возможность восстановить переданные импульсы синхронизации информации, компенсировать различия во времени распространения в сети и административно управлять потерями или случайными вставками ячеек.

Относящиеся к этой функции поля занимают 1 байт, который включает в себя порядковый номер SN (Sequence Number), используемый для обнаружения потерянных или случайно вставленных ячеек, и защиту порядкового номера SNP (Sequence Number Protection). Поле SNP делится на два: 3-битовый код CRC для исправления одиночных ошибок и бит чётности для обнаружения двойных ошибок. Поле SN также делится на два: бит индикации подуровня конвергенции CSI (Convergence Sublayer Indication) может содержать метку остаточного времени, которая используется для установки синхронизации приёмника. Она также может быть использована для выделения блоков данных. Следующие 3 бита содержат счётчик для нумерации ячеек.

Рис. 2. Заголовок AAL1

Протокол AAL2 был разработан для передачи трафика класса В, но при развитии стандартов он был исключен из стека протоколов ATM, и сегодня трафик класса В передается с помощью протокола AAL1, AAL3/4 или AAL5.

Роль этой функции адаптации схожа с ролью той же функции адаптации AAL1. Она затрагивает восстановление синхронизации, компенсацию джиттера и административное управление действиями, связанными с потерями и вставлением ячеек.

Здесь поля занимают 3 байта, оставляя 45 байтов для информации.

Рис. 3. Заголовок AAL2

Имеется 4-битовый номер последовательности (SN), поле типа информации (IT), которое описывает тип ячейки (начало или конец сообщения, информация о синхронизации и т.д.), поле, указывающее число значащих битов (LI) для частично заполненной ячейки, и 10-битовый циклический код, способный обнаруживать ошибки в полезной нагрузке ячеек и исправлять одиночные ошибки.

Протокол AAL3/4 образовался в результате слияния протоколов AAL3 и AAL4, которые обеспечивали поддержку трафика компьютерных сетей соответственно с установлением соединения и без установления соединения. Однако ввиду большой близости используемых форматов служебных заголовков и логики работы протоколы AAL3 и AAL4 были впоследствии объединены.

Протокол AAL3/4 обрабатывает пульсирующий трафик - обычно характерный для трафика локальных сетей с переменной битовой скоростью (VBR). Этот трафик обрабатывается так, чтобы не допустить потерь ячеек, но ячейки могут задерживаться коммутатором. Протокол AAL3/4 выполняет сложную процедуру контроля ошибок при передаче ячеек, нумеруя каждую составляющую часть исходного сообщения и снабжая каждую ячейку контрольной суммой. При искажениях или потерях ячеек уровень не занимается их восстановлением, а отбрасывает все оставшиеся ячейки.

Функция адаптации AAL3/4 работает в режиме, ориентированном на соединения, или в режиме без соединений, в котором блоки данных маршрутизируются независимо друг от друга. Перенос потока в режиме, ориентированном на соединения, может либо гарантироваться сетью, либо нет.

В гарантированном режиме используется управление потоком и функции повторной передачи пропущенных или ошибочных блоков. В негарантированном режиме эти функции должны быть реализованы на верхних уровнях.

Эти функции адаптации принимают блоки данных с максимальной длиной 65535 байт и обеспечивают два уровня приоритета: обычный и высший.

Рис. 4. Работа функции AAL3/4

На уровнях AAL3/4 подготовка ячейки к передаче осуществляется в три этапа. Сначала блок данных высокого уровня, например, протокольный модуль данных, инкапсулируется в модуль данных подуровня CPCS (общая часть подуровня конвергенции). Затем модуль данных подуровня СРСS передаётся подуровню SAR (подуровень сегментации и восстановления), где он разбивается на 44-байтовые блоки. Каждый такой блок помещается в один модуль подуровня SAR, к которому добавляются заголовок и концевик, так что общая длина составляет 48 байт. Каждый 48-байтовый модуль данных подуровня SAR помещается в одну ячейку АТМ.

Таким образом, назначение подуровня СРСS заключается в предупреждении получателя о том, что получаемый блок данных сегментирован и для его восстановления требуется определённый объём памяти (буфер). Это позволяет получающим функциям СРСS проверить правильность приёма целого протокольного модуля данных CPCS.

Информация с верхнего подуровня CS прибывает в блоках, называемых служебными модулями данных (SDU) на подуровень SAR. Каждый служебный модуль данных передаётся в одном или нескольких протокольных модулях данных (PDU) подуровня SAR. Каждый протокольный уровень данных, в свою очередь, передаётся в одной ячейке АТМ. Поля заголовка протокольного модуля данных подуровня SAR используются для сегментации служебных модулей данных при передаче и их восстановления при приёме.

Заголовок AAL3/4 SAR PDU состоит из полей типа, порядкового номера и идентификатора мультиплексирования. Поля типа определяют, является ли ячейка началом, продолжением или концом сообщения, поля порядкового номера определяют последовательность сборки ячеек, а поле идентификатора мультиплексирования определяет, какие ячейки из других источников попали в этот же виртуальный канал, для того, чтобы собрать в источнике только нужные ячейки.

Функция адаптации AAL5 является упрощенным вариантом функции AAL4 и работает быстрее, так как вычисляет контрольную сумму не для каждой ячейки сообщения, а для всего исходного сообщения в целом и помещает ее в последнюю ячейку сообщения. Её целью является передача потоков данных, выполняемая блоками переменной длины с максимальной длиной 65535 байт в режиме, ориентированном на соединения.

Функция AAL5 может поддерживать различные параметры качества обслуживания, кроме тех, которые связаны с синхронизацией передающей и принимающей сторон. Поэтому он обычно используется для поддержки всех классов трафика, относящегося к передаче компьютерных данных, то есть классов С и D. Некоторые производители оборудования с помощью протокола AAL5 обслуживают трафик CBR (передача с постоянной скоростью), оставляя задачу синхронизации трафика протоколам верхнего уровня.

Также протокол AAL5 работает в коммутаторах ATM, где поддерживает служебные протоколы более высоких уровней, занимающиеся установлением коммутируемых виртуальных соединений.

Передаваемый пользователем блок данных AAL5 дополняется так, чтобы его можно было разделить на целое число ячеек; тогда длина полученного блока будет кратна 48 байтам, а длина дополнения – находиться между 0 и 47 байтами. Последняя ячейка содержит 8 байт, предназначенных для трёх различных функций: индикатор длины (16 бит), который используется приёмником для определения полезной нагрузки; код CRC (32 бита), который используется для обнаружения ошибок в передаваемых данных; 16 бит, зарезервированных на будущее.

Рис. 5. Работа функции AAL5

Поскольку все 48 байт полезной нагрузки заняты данными пользователя, функция AAL5 не может предоставить какие-нибудь явные указатели начала и конца блока данных. Поэтому последняя ячейка блока данных помечается с помощью последнего бита поля (PTI) в заголовке АТМ. Преимуществами этой функции являются полная нагрузка ячеек и эффективная защита блока данных с помощью 32-битового кода CRC.