Стандартизованная двоичная комбинация идентификации

Пустых ячеек

 

1-й октет	2-й октет	3-й октет	4-й октет	5-й октет
00000000	00000000	00000000	00000001	Действительное, значение поля КОЗ

4. УРОВЕНЬ ATM

 

 

                

 

Рис. 11  Общий вид ячейки ATM.

 

 

Структура ячеек

 

 

Функциональная характеристика уровня ATM дана СС МСЭ в Рек. 1.150, а спецификация приведена в Рек. 1.361. Уровень ATM на передающей стороне реализует механизм мультиплексирования ячеек, поступающих от различных источников, в единый поток пакетов ATM. На приемной стороне механизм демультиплексирования разбивает поступающий поток на составляющие в соответствии с идентификаторами виртуальных путей и идентификаторами виртуальных каналов ячеек.

Базовым элементом уровня ATM является ячейка. Общий вид формата пакета ATM (ячейки), рекомендованного СС МСЭ для ШЦСИО, представлен на рис. 11. Заголовок ячейки занимает 5 октет, а информационное поле - 48.

Передача ячейки в соответствии с Рек. СС МСЭ 1.361 осуществляется в следующей по­следовательности:

- октеты передаются в порядке возрастания, начиная, с 1-го;

- биты внутри октета передаются в убывающем порядке, начиная с 8-го;

- для всех полей ячейки первый бит является наиболее значимым (MSB - Most Significant Bit).

Структура заголовка ячейки в интерфейсе "поль­зователь-сеть" приведена на рис. 12 а.

 

 

Рис. 12  Структура заголовка пакета ATM.

 

Заголовок ячейки в интерфейсе "пользователь-сеть" имеет следующие поля:

- общего управления потоком (GFC - Generic Flow Control) - ОУП длиною 4 бита;

- идентификатора виртуального пути (VPI - Virtual Path Identifier) - ИВП длиною 8 бит;

- идентификатора виртуального канала (VCI - Virtual Channel Identifier) - ИВК длиною 16 бит;

- типа полезной нагрузки (РТ - Payload Туре) - ТПН длиною 4 бита;

- приоритета потери ячейки (CLP - Cell Lass Priority) - ППЯ длиною 1 бит;

- контроля ошибок в заголовке (НЕС - Heder Error Control) - КОЗ длиною 8 бит.

Структура заголовка ячейки в сетевом интерфейсе приведена на рис. 12 б. Все различие состоит в том, что ОУП в сетевом интерфейсе не используется, а биты поля ОУП отданы полю иденти­фикатора виртуального канала, длина которого увеличена с 8-ми до 12 бит.

Поле общего управления потоком (ОУП) состоит из 4-х бит и предназначено согласно Рек. СС МСЭ 1.150 [31] для управления нагрузкой в соединениях "пользователь-сеть" с целью за­щиты от перегрузок как в двухточечных, так и в многоточечных конфигурациях доступа. Поле ОУП используется для контроля нагрузки, создаваемой оконечными устройствами пользователя, но не используется для управления потоком, порождаемого сетью.

Поле идентификатора виртуального пути (ИВП) занимает 8 бит в интерфейсе "пользователь-сеть" и 12 бит в сетевом интерфейсе, что расширяет возможности маршрутизации.

Поле идентификатора виртуального канала (ИВК) вместе с полем ИВП составляет маршрутное поле ячейки. Поле ИВК занимает 16 бит как в интерфейсе "пользователь-сеть", так и в сетевом интерфейсе.

Действительное число бит, используемых для маршрутизации, может устанавливаться по соглашению между пользователем и сетью. Для определения позиций, используемых для маршрути­зации бит внутри полей ИВП и ИВК, СС МСЭ согласовал следующие правила:

- биты, используемые в поле ИВП или в поле ИВК, должны быть смежными;

- битовая комбинация всегда должны начинаться с младшего значащего бита соответст­вующего поля;

- биты, не используемые ни пользователем, ни сетью, должны устанавливаться на ноль.

Поле типа полезной нагрузки (ТПН) используется для идентификации пользовательских ячеек, ячеек эксплуатации и технического обслуживания (ЭТО) F5 и управления ресурсами. Для ячеек, несущих пользовательскую информацию, предусмотрена возможность индикации нагрузки, а также для протокола уровня адаптации ATM 5-го типа - индикация "пользователь уровня ATM - пользователю уровня ATM".

Значения, которые может принимать поле типа полезной нагрузки, приведены в таблице 7.

При наличии перегрузки любой перегруженный сетевой узел может модифицировать значе­ние бита индикации перегрузки с 0 на 1 внутри поля типа полезной нагрузки ячеек пользователя. Это дает возможность информировать получателя о возникновении в сети перегрузки. В свою очередь получатель может информировать об этом пользователя, осуществляющего передачу ин­формации, о необходимости снижения скорости генерации ячеек.

Поле приоритета потери ячейки (ППЯ) используется для указания явного приоритета потери ячейки. Если в поле приоритета потери ячейки записана 1 (CLP=1), то данная ячейка может быть сетевым узлом отброшена в случае возникновения перегрузок. Если в поле ППЯ записан О (CLP=0), то ячейка имеет высокий приоритет и должна быть сохранена.

Приоритет потери ячейки устанавливается пользователем или поставщиком услуг.

Ячейки, принадлежащие источникам с постоянной скоростью передачи, всегда должны иметь приоритет по сравнению с источниками с изменяющейся скоростью передачи.

Таблица 7.

Значения поля ТПН.

 

 

Код поля ТПН	Значение
000	Ячейка пользователя
	Перегрузка отсутствует
001	Ячейка пользователя
	Перегрузка отсутствует
	• Пользователь уровня ATM - пользователю уровня ATM
010	Ячейка пользователя
	Имеет место перегрузка
011	Ячейка пользователя
100 101 110 111	Имеет место перегрузка Пользователь уровня ATM - пользователю уровня ATM Ячейка ЭТО виртуального канала для сегментного потока F5 Ячейка ЭТО виртуального канала для потока "точка-точка" Ячейка управления ресурсами Резерв

 

В свою очередь при передаче ячеек источника с изменяющейся скоростью передачи части ячеек может присваиваться CLP=1, а части - CLP=0. Это позволяет разделить поток ячеек на два: на поток, который определяет качество обслуживания (CLP=0), и на поток, потеря ячеек которого не очень сказывается на качестве обслуживания (CLP=1).

На узлах доступа может осуществляться проверка параметров потока пользователя, а на транзитных узлах - параметров сетевой нагрузки. Если параметры потока будут превышать уста­новленные соглашением, то у части ячеек значение поля приоритета потери ячейки может меняться с 0 на 1. При перегрузках на других узлах эти ячейки могут сбрасываться.

Поле контроля ошибок в заголовке на уровне ATM не заполняется и не проверяется. Механизм контроля ошибок в заголовке определен Рек. СС МСЭ I.432.

 

Виртуальные каналы и виртуальные пути

 

На уровне ATM имеется два иерархических слоя, основной задачей которых является транспорти­рование ячеек ATM, а именно:

- слой виртуальных каналов;

- слой виртуальных путей.

Оба этих понятия определены СС МСЭ в Рек. 1.113.

Понятие "виртуальный канал" (ВК) используется для описания однонаправленной передачи ячеек, имеющих общий идентификатор виртуального канала.

В свою очередь понятие "виртуальный путь" (ВП) используется для описания однонаправ­ленной передачи ячеек, принадлежащих виртуальным каналам, имеющих общий идентификатор виртуального пути.

 

Рис. 13  Соотношения между путем передачи, виртуальными путями и  виртуальными каналами.

 

Соотношение между понятиями "виртуальный канал", "виртуальный путь" и "путь передачи" показано на рис. 13.

Путь передачи может содержать несколько виртуальных путей, а каждый виртуальный путь может содержать несколько виртуальных каналов.

При рассмотрении слоя виртуальных каналов и слоя виртуальных путей уровня ATM очень полезно определить такие понятия как "звено виртуального канала", "звено виртуального пути", "соединение виртуальных каналов", "соединение виртуальных путей".

Понятие "звено виртуального канала" (Virtual Channel Link) используется как часть соедине­ния виртуальных каналов, которая заключается между точкой, в которой ячейкам присваивается данное значение идентификатора виртуального канала, и точкой, в которой идентификатор вирту­ального канала транслируется или заменяется.

Аналогично, звено виртуального пути (Virtual Path Link) определяется точками, где идентифи­каторы виртуальных путей назначаются, транслируются или меняются.

Последовательность звеньев виртуального канала называется соединением виртуальных каналов (VCC - Virtual Channel Connection), и аналогично, последовательность звеньев виртуального пути принято называть соединением виртуальных путей (VPC - Virtual Path Connection).

Соотношения между различными слоями уровня ATM приведены на рис. 14.

 

Рис. 14 Соотношения между слоями уровня ATM.

 

Так как ШЦСИО на технологии ATM ориентирована на соединения, то каждое соединение будет характеризоваться своим ИВК. При освобождении соединения значение ИВК освобождается и может быть присвоено другому соединению. Преимуществом такого принципа назначения ИВК является использование различных значений ИВК для обеспечения служб типа мультимедиа. Это позволяет добавлять или отнимать виртуальные каналы во время соединения пользователя. Так, например, служба видеотелефонии может начинаться только с речи (один ВК), а видео может быть добавлено или устранено по отдельному ВК. Сигнализация также будет осуществляться по отдельному ВК.

Идентификаторы виртуальных каналов и идентификаторы виртуальных путей в общем случае имеют смысл только для одного звена. В соединениях виртуальных каналов и соединениях вирту­альных путей значения идентификаторов виртуальных каналов и виртуальных путей должны меняться в устройствах, осуществляющих коммутацию ВК и ВП.

В сетях ATM нет необходимости делать разницу между кроссконнектором и коммутатором. В сетях ATM можно использовать один термин "коммутатор" (Switch), но можно делать разницу между коммутатором виртуальных путей и коммутатором виртуальных каналов. В коммутаторе ВП оканчиваются звенья виртуального пути и меняются входящие идентификаторы виртуальных путей на исходящие соответственно направлению соединения ВП. Значения ИВК остаются неизменны­ми. На рис. 15 показан пример сети ATM, построенной на коммутаторах виртуальных путей.

В ШЦСИО могут поддерживаться и полупостоянные соединения, которые будут транспортировать большое количество ячеек по одновременно действующим ВК. Эта концепция известна как кон­цепция "виртуальных путей" или " виртуальных сетей".

 

 

Рис. 15  Сеть ATM, построенная на  коммутаторах ВП.

 

 

Согласно этой концепции в одной сети ATM общего пользования может одновременно существовать огромное количество виртуальных сетей различных ведомств или корпораций, практи­чески не замечая друг друга. Ресурсы сети общего пользования распределяются между виртуальными сетями динамически, обеспечивая высокую эффективность при достаточной простоте управления.

Между пользователями А и Б установлено соединение ВП, транспортирующее ячейки двух ВК, каждый из которых имеет свой ИВК (ИВК=1,2), который не меняется на узлах, в которых про­изводится только смена входящего ИВП на исходящий ИВП.

Соединение ВП между пользователями В и Г имеет три виртуальных канала с идентифика­торами виртуальных каналов на каждом звене равными 2, 3 и 4. Можно отметить, что в звене ме­жду пользователями А и В и узлом № 1 ИВК=2 используется дважды. Однако это не создает труд­ности, т.к. различные идентификаторы ВП позволяют использовать одинаковые ИВК. Соединение ВП между пользователями Д и Е имеет один виртуальный канал.

В общем случае на пути передачи в интерфейсе "пользователь-сеть" полю идентификатора ВП отводится 8 бит. Таким образом, в цифровых линиях доступа в сеть может быть организовано одновременно до 2⁸=256 виртуальных путей, в каждом из которых может быть до 2¹⁶=65536 вир­туальных каналов.

В сетевом интерфейсе может быть организовано 2¹²=4096 ВП соответственно.

В коммутаторах ВК (рис. 16) оканчиваются звенья обоих виртуальных каналов и, следовательно, и звенья ВП. Таким образом, в коммутаторе виртуальных каналов выполняется замена как идентификаторов виртуальных путей, так и виртуальных каналов.

 

 

Рис. 16  Коммутатор виртуальных путей и виртуальных каналов.

 

Это позволяет сказать, что коммутатор виртуальных каналов всегда является и коммутатором вир­туальных путей.

Соединения ВК и ВП могут устанавливаться между:

- пользователями;

- пользователем и сетью;

- между коммутаторами в сети.

Все ячейки в соединении ВК транспортируются по одному маршруту. Сохраняется последователь­ность передачи ячеек. Соединения виртуальных каналов между пользователями могут устанавливаться для транспортирования информации пользователя или информации сигнализации. Соединения виртуальных каналов между пользователем и сетью могут использоваться для доступа в сеть, т.е. выполнять функции переноса информации сигнализации между пользователем и сетью, а соединения ВК между сетевыми узлами могут использоваться для транспортирования трафика маршрутизации и менеджмента. Соединение ВП между пользователями может создаваться только на время проведения, например, сеанса видеотелефонной связи и содержать соединения ВК для переноса информации пользователей (речи, данных, подвижных изображений) и ВК сигнализации.

Соединения ВП на постоянной или полупостоянной основе между пользователями могут создаваться для организации ведомственных или корпоративных сетей. Например, для организа­ции связи Центрального банка с его отделениями или филиалами. Соединения ВП между сетевы­ми узлами могут организовываться для создания соединений ВК между абонентами этих узлов в интересах обмена маршрутной информацией и информацией менеджмента.

Соединения ВП между пользователями и сетью могут создаваться для передачи агрегиро­ванного трафика локальной вычислительной сети или УПАТС к коммутатору доступа в ШЦСИО.

 

5. УРОВЕНЬ АДАПТАЦИИ ATM

 

Структура протоколов уровня адаптации ATM

 

 

В соответствии с эталонной моделью протоколов уровень адаптации ATM (УАА) расположен между уровнем ATM и верхними уровнями. Уровень адаптации ATM предназначен для преобразо­вания трафика пользователя в протокольные блоки данных для их размещения в поле полезной нагрузки одного или нескольких смежных пакетов ATM и наоборот. В качестве пользователя может также выступать система управления (C-plane) или менеджмента (M-plane).

На уровне ATM все виды пользовательской информации мультиплексируются, демультиплексируются и транспортируются единым способом в виде 53-х октетных пакетов ATM, у которых заголовок занимает 5 октетов, а информационная часть - 48.

При этом каждый протокол уровня адаптации ATM должен быть приспособлен к определен­ному классу трафика со своими специфическими характеристиками, определяющими уровень требований службы к временной и семантической прозрачности сети ATM. Все функции уровня адаптации ATM должны быть реализованы в терминальном оборудовании.

Уровень адаптации ATM принято в свою очередь делить на два подуровня:

- подуровень сегментации и сборки (SAR - Segmentation and Reassembly Sublayer);

- подуровень конвергенции или слияния (CS - Convergence Sublayer).

Основными функциями подуровня сегментации и сборки являются:

- на передающей стороне - сегментация протокольных блоков данных вышележащего уров­ня в 48 октетов информационного поля ячейки ATM;

- на приемной стороне - сборка информационных полей ячеек в протокольный блок данных более высокого уровня.

В свою очередь подуровень конвергенции может делиться на две части:

- общую часть подуровня конвергенции (CPCS - Common Part Convergence Sublayer);

- служебно ориентированный подуровень конвергенции (SSCS - Service-Specific-Convergence Sublayer).

При этом служебно ориентированного подуровня конвергенции может не быть. Общая структурная схема уровня адаптации приведена на рис.17.

 

 

 

Рис. 17 Структурная схема уровня адаптации ATM.

Термин "уровень адаптации ATM нулевого типа" не является официальным, но он встречается в технической литературе. Он означает, что в данном конкретном случае функции адаптации не требуются, и содержимое информационного поля ячейки непосредственно передается на более высокий уровень.

 

 

Уровень адаптации ATM 1-го типа.

Уровень адаптации ATM 1-го типа обеспечивает выполнение в интересах верхнего уровня сле­дующего перечня услуг:

- перенос блоков данных служб с постоянной битовой скоростью источника и доставку их получателю с той же скоростью;

- синхронизацию оконечных устройств источника и получателя информации;

- индикацию, если это необходимо, потери или искажения информации, если потеря или искажение информации не восстанавливаются в уровне адаптации;

- перенос между источником и оконечной точкой назначения данных о структуре транспортируемой информации.

Основными функциями, которые должен выполнять уровень адаптации ATM 1-го типа в целях обеспечения выполнения вышеперечисленных услуг, являются:

- сегментация и сборка пользовательской информации;

- обработка переменных задержек пакетов ATM с целью устранения влияния джиггера;

- обработка потерянных пакетов ATM и пакетов ATM, пришедших не по адресу;

- восстановление в приемнике тактовой частоты источника;

- мониторинг битовых ошибок в управляющей информации протокола уровня адаптации ATM (AAL-PCI, Protocol Control Informaition);

- обработка битовых ошибок в управляющей информации протокола уровня адаптации ATM (AAL-PCI);

- отслеживание битовых ошибок в информационном поле пользователя с возможностью их исправления.

 

Подуровень сегментации и сборки.

На передающем конце подуровень сегментации и сборки принимает 47-октетные блоки данных от подуровня конвергенции и добавляет к ним один октет заголовка, формируя протокольные блоки данных подуровня сегментации и сборки (SAR-PDU, Protocol Data Unit).

На приемном конце подуровень сегментации и сборки принимает от уровня ATM 48-ми ок-тетные блоки и отделяет от них заголовки протокольного блока данных подуровня сегментации и сборки. Полезная нагрузка протокольного блока данных в виде 47-ми октетного блока поступает в подуровень конвергенции.

 

Рис. 18  Структура 48-ми октетного протокольного блока данных подуровня сегментации и сборки уровня адаптации ATM 1-го типа.

 

Структура 48-ми октетного протокольного блока данных (информационное поле пакета ATM) подуровня сегментации и сборки для уровня адаптации первого типа показана на рис. 18.

Индикатор уровня конвергенции (CSI) выставляется подуровнем конвергенции и дает возможность на приемном конце опознать уровень конвергенции, на который должна быть направлена полезная нагрузка протокольного блока данных подуровня сегментации и сборки.

Значение номера последовательности (SN) подуровень сегментации и сборки получает от подуровня конвергенции для каждого 47-ми октетного блока полезной нагрузки. На приемном конце номер последовательности поступает в равноранговый подуровень конвергенции с целью обнаружения потери или вставки полезной нагрузки, т.е. сигнализирует о потере пакета ATM или о прибытии пакета ATM не по адресу.

Поле защиты номера последовательности обеспечивает обнаружение и исправление (коррекцию) ошибок в заголовке протокольного блока данных подуровня сегментации и сборки. Для защиты используется двухступенчатый метод:

- поля индикатора подуровня конвергенции и номера последовательности защищаются 3-х битовым полем контроля ошибок в заголовке;

- результирующее 7-ми битовое кодовое слово защищается проверочным битом четности.

В качестве производящего полинома рекомендуется использовать полином G(x) = х³ + х +1. Приемник имеет два устойчивых состояния:

- режим коррекции, при котором обнаруживаются ошибки и при одиночной ошибке произ­водится ее исправление;

- режим детектирования, при котором происходит только обнаружение ошибок.

Блок-схема алгоритма обнаружения и исправления ошибок в заголовке протокольного блока дан­ных подуровня сегментации и сборки протокола уровня адаптации ATM 1-го типа представлена на рис. 19.

 

 

 

Рис. 19  Блок-схема алгоритма обнаружения и исправления ошибок в заголовках протокольного блока данных подуровня сегментации и сборки протокола уровня адаптации ATM 1-го типа.

 

Приемник проверяет контрольные биты и бит четности в заголовке протокольного блока данных. Если в заголовке обнаружена ошибка, то действия предпринимаются в зависимости от того, в ка­ком состоянии находился приемник. При нахождении приемника в состоянии "коррекция" может быть исправлена только одна битовая ошибка, а приемник после исправления перейдет в состоя­ние "детектирование". В режиме "детектирование" все заголовки протокольных блоков данных с обнаруженными ошибками считаются имеющими некорректное поле номера последовательности. Если проверенный заголовок не содержит ошибок, то приемник переключается в режим "коррекция".

В таблицах 8 и 9 представлены подробные действия приемника в режимах "коррекция" и "детектирование", соответственно. Работа алгоритма полностью основана на совмещении кор­ректности значения поля контроля ошибок в заголовке и бита четности.

Приемник передает в подуровень конвергенции результаты подсчета номера последова­тельности и индикацию подуровня конвергенции, а так же результаты проверки заголовка прото­кольного блока данных.

 

Подуровень конвергенции.

Подуровень конвергенции является служебно зависимым и предназначен для транспортировки:

- асинхронных каналов, т.е. сигналов от источников с постоянной двоичной скоростью, чьи тактовые частоты не синхронизированы с частотой сети связи (например, сигналы G.702 со скоростями 1,544; 2,048; 6,312; 8,448; 32,064; 44,736 и 34,368 Мбит/с);

Таблица 8.