Приложение, которое использует сеть ATM, может выбрать одну из пяти категорий обслуживания соединения ATM, показанных в таблице 5.2. Каждое приложение включает передачу одного или более блоков или потока информации через сеть. Категории обслуживания ATM обеспечивают последовательную передачу ячеек по сети с некоторой задержкой или потерями. Это требует по крайней мере преобразования блоков данных в источнике, идущих от приложения в ячейки ATM, и преобразования в пункте назначения назад к прикладным блокам. Одна из целей уровня адаптации ATM состоит в том, чтобы обеспечить отображение блоков данных приложения в блоки данных ячеек ATM. Приложения, естественно, определяют свои требования к качеству обслуживания с точки зрения передачи своих блоков данных, а не с точки зрения передачи ячеек ATM. Возможно, что обслуживание, выполняемое уровнем ATM, не выполняет требования приложения. Например, уровень ATM не обеспечивает достоверного обслуживания отдельного потока из-за потери некоторых ячеек, которые могут быть существенны для прикладного уровня.

Другая цель уровня адаптации ATM состоит в том, чтобы гарантировать соответствие уровня обслуживания, обеспечиваемое уровнем ATM, уровню, требуемому приложением.

Заметим, что многие прикладные задачи сами содержат множественные преобразования. Например, прикладная задача HTTP может использовать для передачи протокол TCP/IP, информационный поток, в свою очередь, поступает на вход AAL. При этом функция AAL заключается в поддержке уровня непосредственно выше данного. Таким образом, если уровень, который находится выше AAL, - TCP, то AAL не должен выполнять задачу обеспечения достоверного обслуживания потока, поскольку она в TCP не выполняется.

С другой стороны, AAL можно использовать, чтобы обеспечить достоверное обслуживание потока, когда это недоступно в более высоких уровнях, как, например, в передаче сигналов управления в некоторых приложениях.

Различные приложения требуют комбинации различных функций в AAL. Например, передача цифрового потока E1 (эмуляция каналов circuit emulation) требует преобразования информации таким образом, чтобы ATM-соединение соответствовало всем требованиям цифровой передачи. Системы передачи в реальном масштабе времени (например, речь и некоторые системы передачи изображения) выдвигают аналогичные требования для имитации нужных прикладных задач. С другой стороны, приложение Frame Relay требует не реального масштаба времени, передачи, ориентированной на соединение для последовательной передачи кадров между двумя концами системы. В еще одном примере IP-маршрутизаторы требуют передачи пакетов без установления соединения к другому маршрутизатору, использующему ATM-сеть как "линию для передачи данных". В некоторых случаях IP переносит полезную нагрузку, которая управляется TCP c другого конца системы. Каждое из этих приложений имеет свои требования к AAL.

AAL разделяется на два подуровня, как показано на рис. 6.1.

Подуровень сегментации и сборки (SAR - Segmentation And Reassembly) предназначен для сегментации блоков данных прикладного уровня (или блоков пакетов) на 48-байтные блоки для последующей передачи в виде ATM-ячеек, сборки для восстановления исходного формата данных (блоков пакетов) на другом конце и передачи прикладному уровню.

Подуровень конвергенции (CS - Convergence Sublayer) состоит из двух частей:

• общей части, которая не изменяется в зависимости от типа сервиса (Common Part - CP CS);
• части, зависящей от типа сервиса (Service Specific Part -SS CS).

Этот подуровень выполняет задачи транспортирования информации источников с различными службами, например восстановление тактовой частоты, исправление ошибок в поле полезной нагрузки.

Уровень адаптации ATM 1-го типа

Уровень адаптации ATM 1-го типа предназначен для служб с постоянной скоростью передачи информации. Примером такого типа службы является одиночный цифровой ИКМ-канал 64 Кбит/с, поток E1 и другие потоки, входящие в плезиохронную цифровую иерархию. В структуре AAL блоки данных содержат поля, которые допускают и восстановление тактовой частоты, и нумерацию последовательности кадров. Они также содержат часть для передачи структуры кадра в непрерывном потоке бит.

Общий вид процесса AAL1 показан на рис. 6.2.

Функция подуровня конвергенции принимает пользовательский поток данных, вставляет 1-байтовый указатель (AAL1 pointer), чтобы создать 47-байтовый формат блока конвергенции, который тогда передается на уровень сегментации и сборки. Структура протокольного блока показана на рис. 6.3.

Заголовок подуровня сегментации и сборки содержит 1 байт, включающий в себя:

• индикатор подуровня конвергенции ( Convergance Sublayer Indicator - CSI) длиной 1 бит;
• порядковый номер блока данных (Sequence Number - SN) длиной 3 бита;
• защиту порядкового номера блока данных (Sequence Number Protection -SNP) длиной 4 бита.

Блок данных содержит 47-байтное поле полезной нагрузки, которое не обязательно заполняется информацией полностью.

Биты заголовка используются следующим образом.

Индикатор подуровня конвергенции ( Convergance Sublayer Indicator - CSI) позволяет на приемном конце опознать уровень конвергециии, чтобы направить информацию на обработку этим уровнем.

Порядковый номер блока данных (Sequence Number - SN) позволяет на приемном конце восстановить исходный порядок следования блоков данных.

Поле защиты порядкового номера обеспечивает обнаружение и исправление (коррекции) ошибок в заголовке блока подуровня сегментации и сборки. Для защиты применяется 3-битовый циклический полином и проверочный бит четности, который используется для защиты всего 7-битового заголовка.

Рассмотрим пример использования для передачи информации потока, который содержит кадры соединения, передающего кадры .

Напомним, что поток содержит кадры, состоящие из 32 байт, которые повторяются с частотой 8 КГц. Биты потока группируются подуровнем конвергенции в блоки по 47 байт и передаются на подуровень сегментации и сборки. Можно отметить, что байты на уровне конвергенции не совпадают с байтами потока , а имеют различное содержание, которое диктуется порядком разбиения по 47 байт. Байты потока E1 преобразуются непосредственно в байты блоков данных уровня конвергенции. Согласно предыдущему соглашению ( рис. 6.3) к ним добавляется заголовок для определения начала следующего блока данных уровня конвергенции. По соглашению между источником и пунктом назначения в единицы информации подуровня может быть вставлен указатель начала кадра . Поскольку этот указатель вставляется в блоки уровня , он может оказаться в любом месте полезной нагрузки или даже в другом блоке. Периодическая вставка указателя начала кадра обеспечивает защиту от потери синхронизации, которая может возникнуть при потере ячейки ATM.

Подуровень конвергенции в пункте назначения обеспечивает множество услуг, которые полезны для приложений, требующих постоянной скорости передачи.

Например, поток бит индикатора уровня конвергенции CSI, передаваемый в каждом блоке данных, может использоваться, чтобы передать временную отметку расхождения (Residual Time Stamp - RTS) для определения разности частот между общим и локальным генераторами.

Метод, основанный на применении остаточной метки расхождения, будет рассмотрен в разделе, посвященном синхронизации. Там же будут рассмотрены и другие методы синхронизации, не использующие бит индикатора уровня конвергенции CSI.

Чтобы поставлять информацию пользователю по фиксированной цене, уровень конвергенции приемника может полностью восстанавливать тактовую последовательность и затем применять ее для коррекции полученной информации с целью получения необходимого значения среднего квадратического отклонения задержки ячеек . Подуровень конвергенции может также использовать порядковые номера, чтобы обнаружить потерянные или доставленные не по адресу ячейки. Однако он не обеспечивает перезапрос неправильно принятой информации. Подуровень конвергенции может только известить, что произошла потеря или ложная доставка.

Подуровень конвергенции может также осуществить любой из двух методов исправлений ошибок и потерь ячеек.

В обеих методах используется метод "Прямая коррекция ошибок (Forward Error Correction - FEC)", при котором применяется класс кодов с автоматическим исправлением ошибок благодаря введению избыточных символов, без использования обратного канала.

В приложениях, которые требуют низкой задержки, при использовании метода прямой коррекции ошибок (FEC) группа из 15 ячеек и добавляет к ней необходимое число бит, формируя 16-разрядную группу. Такой метод может исправить потерю одной ячейки в группе из 16-ти. Дополнительная вносимая задержка применения FEC тогда равна 15 ячейкам.

Второй метод использует перемежение бит (interleaving technique). При этом все ячейки образуют матрицу, в которой информация ячеек образует колонки, а передача идет по строкам матрицы, которые защищаются обычными методами.

Такой метод позволяет обеспечить независимость влияния на одни и те же блоки в случае пачечных ошибок. В данном случае ячейки уровня конвергенции образуют массив из 124 колонок. К ним добавляются четыре колонки, что позволяет корректировать потерю 4 ячеек. Такой метод вызывает задержку 124 ячеек и применяется только для трафика, нечувствительного к задержке информации по времени.

Уровень адаптации ATM 2-го типа

Уровень предназначен для того, чтобы обеспечить поддержку приложениям, которые генерируют информацию на переменной битовой скорости передачи. Она динамически изменяется со временем и также имеет ограничение по времени на доставку из конца в конец. Главный пример такого приложения - телевидение, которое, применяя сжатие, производит сравнительно небольшой поток информации, битовая скорость которого изменяется в больших пределах в зависимости от ракурса съемки, деталей изображения и характеристик движения предметов в данной сцене. Развитие для этого типа трафика никогда не прекращалось. впоследствии начал работу над развитием , также названного "тип 2", отличающимся классом приложений. Об этом уровне мы поговорим в конце этого раздела. Уровень предназначен для обеспечения эффективной пропускной способностью передачи трафика коротких пакетов с низкой битовой скоростью, требующего малой временной задержки.

В действительности добавляет третий уровень мультиплексирования к виртуальному пути и виртуальному каналу (VP/VC) иерархии ATM так, чтобы два или больше пользователя низкой разрядной скорости могли совместно использовать то же самое соединение ATM. Пример, где эти функциональные возможности требуется применить в передаче сжатой речевой информации, - цифровая сотовой система при связи ее с базовой телефонной станцией, как это показано на рис. 6.4.

Низкая побитовая скорость цифрового потока для индивидуальной речевой информации вызывает потребность передать современным способом информацию на центр коммутации подвижных станций, где происходит телефонная коммутация. Если каждый, кто вызывает, имеет свой собственный виртуальный канал, то небольшой размер пакета и низкая разрядная скорость порождают низкую полезную нагрузку ячеек, которые только частично заполнены. мультиплексирует потоки отдельных вызовов к поставщику услуги с низкой задержкой и высоким уровнем использования полезной нагрузки ячеек.

рис. 6.5 показывает функционирование . Уровень разделен на общую часть (CP CS) и подуровень, зависящий от службы (SS CS).

На рис. 6.5 пользовательские блоки данных передаются на уровень конвергенции. В части, зависящей от службы, изменение формата не происходит. Далее они поступают в общую часть уровня конвергенции, где добавляется 3 байта заголовка. Как показано на рис. 6.6, первый байт - это идентификатор канала (Channel IDentifier - CID), который указывает номер пользователя. Эти -каналы - двунаправленные и используют один и тоже номер при передаче информации в оба конца. В следующем байте 6 бит старших разрядов занимает индикатор длины, который имеет значение на единицу меньше, чем байт в полезной нагрузке уровня конвергенции. Оставшиеся два бита второго байта определяют в заголовке тип полезной нагрузки пакета (Packet Payload Type - PPT). Значение указывает, что полезная нагрузка касается технической эксплуатации и администрирования. Когда эта метка не равна 3, пакет принадлежит к некоторому сервису, например, к передаче телевидения. Три старших бита третьего байта заголовка указывают на принадлежность (или не принадлежность) информации к передаче между пользователями (User-User Indication - UUI).

Если указатель полезной нагрузки (PPT) не равен 3, указатель переносится между объектами уровня , а именно - между подуровнями сегментации и сборки.

Если , то переносится между объектами уровня , относящимися к административному управлению. Последние 5 бит заголовка используются для обнаружения ошибок. Для проверки применяется полином 5-й степени: .

Далее пакеты прикладного уровня передаются прямо на уровень сегментации и сборки. Эти пакеты могут быть различной величины и различного типа. Имеется ограничение на максимальный размер пользовательского пакета - 64 байта. На уровне сегментации и сборки к каждому добавляется заголовок 1 байт.

Полезная нагрузка может содержать поле информации или поле заполнителя, при этом на уровне сегментации вводится один начальный байт, который устанавливается в начало поля информации и указывает длину этого поля (не более 26 бит = 64). Один пакет подуровня конвергенции может распределяться в одной или двух ячейках ATM (как, например, это показано для второй ячейки на рис. 6.5).

Уровень адаптации ATM 3/4-го типа

Этот уровень был предложен как уровень для обслуживания трафика со службами, ориентированными на соединение (в начале это был уровень , который был впоследствии объединен с уровнем 4). Рассматриваемый уровень обслуживает трафик, требующий строгого выполнения временных характеристик доставки из конца в конец. Он работает в двух режимах: режим "сообщение" и режим "поток". В режиме "сообщение" принимает одиночное сообщение для сегментации в полезную нагрузку уровня ATM и доставки на пункт назначения. В режиме "поток" один или более информационных пакетов пользователя принимаются последовательно от пользователя и последовательно доставляются в нескольких последовательных ячейках. Оба режима позволяют работать в режиме гарантированной или негарантированной доставки. При гарантированном режиме доставки протоколы доставки из конца в конец передают информационные блоки между подуровнями, зависящими от сервиса, который исправляет ошибки. При негарантированной передаче информация может быть доставлена с ошибками или не вся.

Процесс работы при передаче сообщений показан на рис. 6.7. Пользовательская информация поступает сначала на уровень конвергенции, в часть, зависящую от службы. Там информация обрабатывается с точки зрения защиты от ошибок. На этом уровне не происходит изменение формата. В общей части уровня конвергенции дополняются байты, так, чтобы образовать 4 байта заголовка (header) полезной нагрузки и 4 байта в ее конце формата (хвостовой заголовок - trailer).

Далее сформированный формат передается на уровень сегментации и сборки, где формируется поле полезной нагрузки этого уровня и два байта в начале и конце. Если необходимо, в конце полезной нагрузки формируется поле заполнения (), которое не несет информации.

Формат общей части подуровня конвергенции ( рис. 6.8а) содержит полезную нагрузку, при необходимости заполнение, не несущее информации, и "хвостовой" заголовок. Полезная нагрузка может иметь длину от до байт. Заголовок содержит один байт индикатора общей части (Common Part Indicator - CPI), который используется для интерпретации последующих полей заголовка. При указывается, что должны быть проанализированы поля "Размер буфера" (BASize) и "Длина сообщений" (). В других случаях заголовок указывает на то, что надо выдать значения этих полей. Один байт в начале содержит метку начала, а в конце метку (тег) конца; в конце один байт содержит метку окончания; они имеют одинаковое значение, которое изменяется при каждом успешном вставление блока данных в формат уровня конвергенции. Это позволяет выявлять ошибки при несовпадении этих данных в начале и конце. Поле "Размер буфера" (BASize) длиной 2 байта информирует приемное устройство о необходимом размере буфера для приема текущего блока данных общей части подуровня конвергенции. Поле заполнения () содержит от 0 до 3 байт, и оно должно быть кратно 4 байтам (32 битам). Это гарантирует, что заголовок "в хвосте" будет выровнен к границе, кратной 32 битам, упрощая процесс анализа концевого заголовка. Байты поля заполнения информации не несут. Выравнивание (ALignment - AL) заполняется нулями и так же, как предыдущее поле, обеспечивает выравнивание местоположения заголовка "в хвосте". Два байта указателя длины указывают длину полезной нагрузки.

рис. 6.8б показывает формат уровня сегментации, который содержит 2- байтный заголовок, 44-байтовое поле полезной нагрузки и 2-байтный заголовок в "хвосте" (концевой заголовок). Первые два бита заголовка - это тип сегмента. Его двоичные значения:

• - указывает, что блок данных содержит начальное сообщение (Beginning Of a Message - BOM);
• - означает продолжающее сообщение(Continuation Of a Message - COM);
• - указывает на конечное сообщение (End Of a Message - EOM);
• - указывает на сегмент, содержащий одиночное сообщение (Single-Segment Message - SSM).

Следующие 4 бита заголовка обеспечивают порядковый номер (Sequence Number - SN). Порядковый номер используется для обеспечения правильного следования ячеек и восстановления их с помощью программ в пункте назначения. Оставшиеся 10 бит в заголовке содержат идентификатор мультиплексирования (Multiplexing IDentifier - MID) или идентификатор сообщения (Message IDentifier - MID). С помощью этого идентификатора можно указать место пользовательских соединений, передаваемых по одному соединению ATM. Все блоки данных одной и той же общей части одного подуровня конвергенции имеют один и тот же MID.

Шесть бит конечного заголовка () указывают на размер поля полезной нагрузки. Как видно на рис. 6.8, полное поле полезной нагрузки подуровня сегментации и сборки составляет 44 байта. Последняя ячейка может содержать от 4 до 44 байт без учета заполнителя.

10 последних бит конечного заголовка обеспечивают защиту от ошибок методом избыточного циклического кодирования.

На рис. 6.9 рассматривается, как проходит мультиплексирование на уровне . Когда большое число пользователей используют один и тот же канал, сообщения от каждого пользователя посылаются к различным пользователям. Каждый такой производит блоки данных на уровне сегментации и сборки, чтобы они потом могли быть смешаны и установлены с произвольным по отношению к другим пользователям чередованием на уровне ATM. Преобразованные таким образом, они прибывают на конечный пункт. позволяет восстановить сегментацию для каждого пользователя. можно рассматривать как указатель очень короткого соединения по виртуальному каналу. Каждое такое соединение длится в течение передачи одного пакета и ограничено начальной и конечной метками.

Проблема протоколов уровня адаптации - в их избыточности: каждому сообщению на уровне сегментации добавляются 4 служебных байта.

Второй недостаток заключается в том, что 10-битовое поле защиты от ошибок и 4 бита порядкового номера не обеспечивают достаточного уровня защиты от ошибок. Эти факторы привели к созданию протоколов уровня 5 ().

Уровень адаптации ATM 5-го типа

Протоколы уровня обеспечивают более эффективную работу, чем протоколы уровеней . Основная задача, которая решалась на уровне , - это предоставление услуг высокоскоростной передачи данных с меньшей служебной избыточностью. Он поддерживает режимы передачи сообщений и передачи потока, обеспечивает гарантированную и негарантированную доставку.

На рис. 6.10 показана работа протоколов уровня . Пользовательские блоки данных принимаются уровнем и обрабатываются частью подуровня конвергенции, зависимым от сервиса. Потом они передаются на общую часть уровня, который закрепляет за блоком данных поле заполнения (длиной от 0 до 47 байт) и 8 байт конечного заголовка (на рис. 6.10 он обозначен ), образуя блок данных общей части уровня конвергенции, который мультиплексирует 48 байтов. Все блоки данных на уровне сегментации можно подразделить на начальные, продолжающие и конечные. На рис. 6.10 они помечены в скобках ( и ). Чтобы отличить их друг от друга, на уровне ATM вводится индикатор типа полезной нагрузки (Payload Type).Он принимает значение для начального и продолжающего блока данных и для конечного блока. Максимальная нагрузка блока данных общей части уровня конвергенции составляет байт.

На рис. 6.11 конечный заголовок содержит:

• один байт "пользователь-пользователь" (UU - User-User), который проходит насквозь из конца в конец между установками пользователей и используется в их алгоритме;
• один байт индикатора общей части (CPI - Common Part Indicator) который выравнивает конечный заголовок к 8 байтам.
• два байта указателя длины, который показывает длину полезной нагрузки;
• четыре байта циклического кода.

На уровне сегментации и сборки эта информация преобразуется в 48-байтовую полезную нагрузку, которая передается на уровень ATM. Уровень сегментации устанавливает на уровне ATM значение индикатора полезной нагрузки. Это действие нарушает автономность двух уровней и является нарушением правил эталонной модели ШЦСИО. Но протоколы становятся от этого более эффективными, поэтому эти нарушения разрешены.

Сигнализация на уровне AAL

Сигнализация на уровне AAL (Signaling AAL - SAAL) обеспечивает надежную транспортировку сигнальных сообщений, которыми обмениваются системы и коммутаторы при установлении соединения ATM

Как это показано на рис. 6.12, SAAL разделяется на общую часть и зависящую от сервиса. Часть, зависящая от сервиса, разделяется на ориентированную на соединение (Service - Specific Connection-Oriented Protocol -SSCOP) и на часть координирующих функций (Service-Specific Coordination Function - SSCF). SSCF поддерживает прикладную сигнализацию.

Протоколы части, зависящей от сервиса и ориентированной на соединение (Service-Specific Connection-Oriented Protocol - SSCOP) - протоколы, обеспечивающие обмен информацией между объектами сигнализации с протоколами того же уровня (peer-to-peer). Они обеспечивают установление соединения и разъединения и надежный обмен сигнальной информацией и могут работать в режимах гарантированной и негарантированной доставки. В режиме гарантированной доставки протокол использует для исправления ошибок форму выборочного ответа на автоматический запрос повторной передачи (Selective Automatic Repeat Request). При защите с помощью Автоматического запроса передачи передача данных происходит по блокам. На приемной стороне обеспечивается контроль ошибок и генерация запроса о необходимости повторения той части информации, где обнаружены ошибки. Выборочный ответ подразумевает запрос поврежденной информации по определенному правилу, а не в порядке поступления, что позволяет снизить затраты пропускной способности канала связи. Такого типа протокол особенно эффективен в тех случаях, когда имеется большая вероятность задержки, например, для спутниковых каналов и линий связи ATM. Этот протокол применяет накопление большого числа пакетов. Чтобы достигать эффективности пропускной способности, выборочная повторная передача использует обслуживание, обеспечиваемое подслоем конвергенции и другими подслоями , как показано на рис. 6.12. В пункте назначения уровень передает блоки данных на более высокий уровень, только если их контрольная сумма правильна. Протокол части, зависящей от сервиса и ориентированной на соединение (Service-Specific Connection-Oriented Protocol - SSCOP), буферизует все такие блоки данных и ищет пропуски в последовательности этих блоков. Поскольку ATM ориентирован на соединение, то понятно, что блоки, переданные с такими пропусками, содержат ошибки или ячейки были потеряны. Передатчик периодически опрашивает приемник, чтобы сравнить переданный и полученный размер сообщения пользователя. Базируясь на ответе приемника, передатчик выборочно повторно передает соответствующие блоки данных. Этот подход позволяет SSCOP гарантировать, что блоки данных повторно переданы и что сообщения доставлены в правильном порядке и без ошибок.

рис. 6.13 показывает структуру блока данных подуровня SSCOP. К информации добавляется конечный заголовок, содержащий:

• от нуля до трех байт поля заполнения;
• два бита индикатора длины поля заполнения;
• два бита резервного поля;
• четыре бита поля типа блока данных для определения типа сообщения в поле полезной нагрузки;
• 24 бита порядкового номера блоков данных для уровня конвергенции;
• 32 бита циклического остаточного кода (CRC). Следует обратить внимание на то, что он отличается от рассмотренного ранее кода на уровне AAL5.

В данном случае и на уровне AAL5 применяется код длины 32 бита.

Приложения, категории обслуживания AAL и ATM

Как уже было сказано, уровни AAL могут поддерживать широкий диапазон служб от транспортирования по сети ATM цифровых каналов до передачи потока различного типа пакетов. Таблица 6.1 перечисляет характеристики, которые требуются различным типам приложений. По строкам указаны свойства, которые могут комбинироваться в различных приложениях.

Таблица 6.2 показывает возможности различных типов AAL, рассмотренных выше.

ATM-сигнализация

Сигнализация обеспечивает автоматическое установление соединения и реализует переключение виртуальных соединений на сети ATM. Установление соединения включает в себя обмен сигнальными сообщениями через несколько типов интерфейсов. Например, интерфейс "пользователь-пользователь" (User-User Interface - UUI), интерфейс "сеть-сеть" (Network-Network Interface -NNI), интерфейс широкополосной межсетевой связи (Broad Itercarrier Interface - B-ICI). Эти интерфейсы будут рассмотрены ниже.

ATM-адресация

ATM применяет два типа адресации:

• по типу телефонной сети, используемую в общедоступной сети ATM,
• систему адреса конечной системы ATM (ATM End System Address - AESA). Телефонная нумерация будет рассмотрена позднее при изучении телефонной сети. Адреса AESA основываются на использовании формата адресации точки доступа сетевого сервиса (Network Service Access Point), который содержит 20 байт адреса. Структура такого формата показана на рис. 6.14

Каждый адрес имеет две части.

Начальная часть домена (Initial Domain Part - IDP) определяет административную принадлежность, которая содержит информацию об адресах в специфической части домена.

Специфическая часть домена (Domain-Specific Part - DSP), содержит адрес, принятый для данной административной области.

Начальная часть домена (IDP) сама состоит из двух частей однобайтного поля идентификатора полномочий и формата (Authority and Format Identification - AFI), описывающего структуру формата и идентификатора начальной части домена (Initial Domain Identifier - IDI) , который задает полномочия, размещающиеся в специфической части домена (Domain Specific Part - DSP).

рис. 6.14 показывает форматы трех типов систем адресации (AESA):

• идентификатор полномочий и формата. Для этого формата применяется код ;
• ATM-формат указателя международного кода данных (International Code Designator - ICD), идентификатор полномочий и формата. Для этого формата применяется код ;
• ATM-формат телефонной адресации (), идентификатор полномочий и формата. Для этого формата применяется код

На рис. 6.14можно увидеть, что начальная часть домена в ATM-формате национального кода данных имеет 2 байта длины, далее следуют 10 байт верхнего уровня специфической части домена (High Order Domain Specific Part - HO-DSP).

Для типа DCC ( рис. 6.14а) идентификатор начальной части домена занимает два байта и указывает страну в соответствии с таблицей ISO-3166-1 . Это сокращенное буквенное сокращение названия страны, выраженное в соответствующих кодах ANSI.

Для типа ICD ( рис. 6.14) идентификатор начальной части домена, так же как и в предыдущем случае, занимает два байта и указывает организацию, которая получила этот международный код. Для этих целей используются следующие 10 байт.

Для типа ATM-формата телефонной адресации идентификатор начальной части домена состоит из 8 байт и указывает номер по Рекомендации ITU-T E-164 . Он может содержать до 15 десятичных цифр международной нумерации ATM. Перечень кодов стран в соответствии с рекомендацией ITU - E.164 приведен в . Формат телефонной адресации показан на рис. 6.14в.

Для всех форматов поле идентификатора конечного заголовка (End Station Identifier - ESI) указывает на окончание формата, а иногда содержит адрес для подтверждения правильности сообщения (Message Authentication Code - MAC).

Однобитовый селектор точки доступа (SEL) к сервису используется в конченом заголовке системы, чтобы идентифицировать протокол высокого уровня, по которому работает объект, получающий информацию.

Сигнализация "пользователь-сеть"

Стандарты сигнализации ATM основаны на стандартах, разработанных для телефонных сетей. Ранее рассматривался стандарт ISDN сигнализации. В дальнейшем будет рассмотрена система сигнализации ISUP по общему каналу для установления телефонного соединения. Системы сигнализации для ATM разработаны для интерфейса "сеть-пользователь" (User-Network Interface - UNI), "сеть-сеть" (Network-Network Interface - NNI) и интерфейса широкополосной межсетевой связи (Broadband Intercarrier Interface - B-ICI). Сначала рассмотрим интерфейс "пользователь-сеть" (UNI).

Этот интерфейс Q.2931 создан на основе протоколов Q.931, разработанных для B-ISDN. На этом стандарте базируется сигнализация, принятая ATM-форумом как UNI 4.0 . Большое число сигналов установления и разъединения соединений ATM включают в себя значительное число сигналов узкополосной ISDN.

Таблица 6.3 показывает услуги, обеспечиваемые UNI 4.0 .

Эти услуги распределены между терминальным оборудованием и оборудованием коммутационной системы, в таблице они отмечены как "обязательно" и "возможно". Поясним только некоторые из них .

Услуга 5 - "ATM-соединение с одним из…" (ATM any cast) организует услугу, подобную серийному номеру в телефонной сети. При этом вызывающему пользователю предоставляется адрес, по которому он может соединиться с одним из объектов заданной группы сетевых элементов (иногда доступной только закрытой группе абонентов).

Услуга 9 - "сигнализация, имитирующая протоколы" (Proxy Signaling) - программа­посредник, позволяющая преобразование протоколов.

Таблица 6.4 показывает некоторые сигнальные сообщения UNI 4.0 и Q.2931 и их значение при обмене с конечным узлом отправителя или сетью. Более подробно состав этих сигналов был рассмотрен в таблице 4.7 лекции 4 курса "Оконечные устройства и линии абонентского участка информационной сети", которая посвящена ISDN.

Каждое сигнальное сообщение содержит:

• исходную точку вызова (call reference), которая служит идентификатором местоположения для UNI;
• номер информационного элемента (Information Elements - IF), включающий такие параметры, как номера вызывающего и вызываемого абонентов, параметры AAL, написание трафика ATM, параметры качества обслуживания и идентификатор соединения.

На рис. 6.15 рассматривается установление виртуального соединения "пользователь-пользователь" согласно рекомендациям Q.2931.

1. Источник информации посылает сигнальное сообщение ВЫЗОВ (SETUP) с адресацией пункту назначения с другими параметрами, указанными в разделе 4.
2. Первый коммутатор сети анализирует содержание сообщения ВЫЗОВ (SETUP), чтобы определить, может ли он обработать это сообщение. Если это возможно, то он выбирает виртуальный путь и канал и посылает сигнальное сообщение СВЯЗЬ УСТАНАВЛИВАЕТСЯ (CALL_PROCEEDING), после чего посылает сигнал ЗАНЯТИЕ (SETUP) на следующий узел сети для установления соединения с пунктом назначения.
3. После того как сигнал ЗАНЯТИЕ (SETUP) поступает в пункт назначения, первый коммутатор отвечает сигналом СВЯЗЬ УСТАНАВЛИВАЕТСЯ (CALL_PROCEEDING).
4. Если пункт назначения свободен и доступен, он отвечает сигналом ПРОКЛЮЧЕНО (CONNECT). После приема источником этого сигнала установление соединения подтверждается сигналом СОЕДИНЕНИЕ УСТАНОВЛЕНО (CONNECT_ACKNOWLEDGE). Этот же сигнал получает от сети входящий пользователь.
5. Когда соединение установлено, источник и пункт назначения могут обмениваться ячейками в обоих направлениях.
6. Когда одна из сторон хочет разъединить соединение, она посылает сигнал ОСВОБОДИТЬ РЕСУРСЫ (RELEASE). После освобождения ресурсов исходящая сторона посылает сигнал РЕСУРСЫ ОСВОБОЖДЕНЫ (RELEASE_ COMPLETE).

Соединение "точка­многоточие" устанавливается следующим образом. Источник начинает устанавливать соединение с первым пунктом назначения (листом графа "дерево") с использованием рассмотренной выше процедуры. Затем вырабатывается пользователем сигнал "добавить входящего пользователя", который устанавливает дополнительное соединение. Заметим, что соединение этого типа - однонаправленное: ячейки поступают от корня к деревьям.

Интерфейс между частными сетями (PNNI)

Интерфейс между частными сетями (Private Network-to-Network Interface - PNNI) разработан форумом ATM для установления соединений между частными коммутаторами (сетевыми узлами private network node interface) и между группами частных сетей (Private Network-to-Network Interface), как это показано на рис. 6.16.

Определение PNNI включает в себя два протокола

1. Протокол маршрутизации, который обеспечивает выбор маршрута, обеспечивающего требования по качеству обслуживания.
2. Сигнальный протокол для обмена сообщениями между станциями и между частными сетями.

Сигнальный протокол обеспечивает установление и разъединение соединения "точка­точка" и "точка­многоточие". Протокол основан на UNI 4.0 с некоторыми расширениями для обеспечения поддержки маршрутизации от источника, для проверки работы собственного передатчика по линии (crank back) и для поиска обходных путей в случае сбоя установления соединения. На рис. 6.17 источник передал запрос первой станции на соединение с получателем Б, при этом он передает сигнальное сообщение ВЫЗОВ (SETUP), затем, используя сигнализацию UNI, устанавливает соединения с контролем качества QoS (функция Connection Admission Ccontrol - CAC) и отвечает сигналом СВЯЗЬ УСТАНАВЛИВАЕТСЯ (CALL_PROCEEDING), если обработка вызова возможна. Первая станция имеет записанную базу данных по топологии сети, которая позволяет вычислить маршрут так, чтобы были выполнены требования, записанные в контракте. Сообщение ВЫЗОВ (SETUP) распространяется далее по сети, используя маршрут, заданный станцией источника. Каждая станция анализирует маршрут для выполнения качества обслуживания и в случае успеха передает далее сигнал ВЫЗОВ (SETUP). Источник также вырабатывает сигнал СВЯЗЬ УСТАНАВЛИВАЕТСЯ (CALL_PROCEEDING) в сторону предыдущей станции. Если станция назначения может обслужить вызов, то она отвечает сигналом ПРОКЛЮЧЕНО (CONNECT), который также передается по сети к источнику. При разъединении обмен сигналами проводится так, как это показано на рис. 6.17.

Маршрутизация между частными сетями (PNNI)

Маршрутизация сетей ATM разработана не так хорошо, как другие вопросы ATM, такие как управление при перегрузках и коммутация. Наиболее ощутимый результат - это стандарт PNNI.

Согласно PNNI в каждом узле накапливаются сведения о топологии сети, при этом в этом интерфейсе возможно изменение этих сведений при изменении сети от самых малых размеров до больших сетей, содержащих много узлов. Это достигается с помощью иерархии маршрутизации, показанной на рис. 6.18.

Как показано на рис. 6.18, группа одного ранга (peer group) собирает узлы (физические или логические), которые эксплуатируются и административно управляются на одном уровне. Например, группа одного ранга содержит узлы . Группы одного ранга представлены на более высоком уровне иерархии узлом логической группы (Logical Group Node - LGN). Например, узел логической группы B представляет на высшем уровне группу одного ранга . На нижнем уровне иерархии группа одного ранга соединяет узлы с помощью физических каналов. На высшем уровне - узел логической группы соединяется с помощью логического канала. Каждая группа одного ранга содержит один главный узел одноранговой группы, который выполняет функции узла логической группы для одноранговой группы. Главный узел суммирует топологическую информацию в пределах одноранговой группы и вводит ее в группу более высокого порядка. Преимущество использования иерархической структуры в том, что каждая станция обслуживает только часть всей сети, при этом уменьшается объем информации маршрутизации, которая сохраняется в каждой станции. Например, для рассмотрения топологии сети со станции применяется порядок сбора информации, показанный на рис. 6.19. Он гораздо проще, чем рассмотрение всей топологии сети.

PNNI использует маршрутизацию от источника. Этот метод заключается в том, что маршрут определяется не отправителем, а фактически первым маршрутизатором на пути следования сообщения. В отправляемом пакете указан точный маршрут его следования. Задача промежуточных маршрутизаторов состоит только в выполнении записанного маршрута, что ускоряет прохождение информации по сети. В начале узел источника определяет путь внутри группы одного ранга, которая отображается с помощью списка путей, предназначенных для транзита (Designed Transit List - DTL). Предположим, что запрос на установление соединения пришел на станцию для установления соединения с другой станцией - .

После получения запроса на установление соединения станция выбирает назначенный путь (), где и - обозначение станций, - бозначение станций либо групп. В этом случае используются совместно три списка :

указатель

указатель

указатель

Текущее значение указателя может изменяться на каждом узле и показывает, какой узел, записанный в списке, надо посетить следующим (значение указателя ). Первыми указаны исходящие узлы. Так, первая строка указывает, что от узла надо установить соединение (указатель ). Все остальные строки указывают возможные дальнейшие пути.

Когда получает сообщение ЗАНЯТИЕ (SETUP), она удаляет первую строку списка и действует согласно второй строке принятого списка маршрутизации, которой присваивает значения указателя . Она ищет путь к одноранговой группе . Маршрутная таблица выглядит следующим образом

указатель

указатель

По этой таблице станция ищет путь к одноранговой группе . С этой группой имеется непосредственная связь станции .

Когда станция получит сообщение ЗАНЯТИЕ (SETUP), она начнет поиск согласно таблице в группе 2. Она находит маршрут к оконечной группе B через станции и и создает новый список.

указатель

указатель

указатель

Второй указатель 2 показывает, что соединение идет через две группы.

Когда станция получает сигнал ЗАНЯТИЕ (SETUP), она устанавливает соединение со станцией , определяет, что имеет непосредственную связь с группой , удаляет две верхних строки таблицы и изменяет указатель.

Тогда таблица имеет вид

указатель .

Когда станция группы получает сигнал ЗАНЯТИЕ (SETUP), она находит список внутри данной группы:

указатель

указатель .

Когда сообщение достигает станции , там определяется, что эта станция есть пункт назначения.

Бывает случай, когда по сигналу ЗАНЯТИЕ (SETUP) выясняется, что отсутствуют ресурсы; тогда возможно нахождение обходных путей.

Краткие итоги

• Одна из главных целей уровня адаптации ATM (AAL) состоит в том, чтобы обеспечить отображение блоков данных приложения в блоки данных ячеек ATM.
• AAL разделяется на два подуровня: подуровень сегментации и сборки (Segmentation And Reassembly) и подуровень конвергенции (Convergence Sublayer CS).
• Подуровень конвергенции (Convergence Sublayer CS) состоит из двух частей:
  • общей части, которая не изменяется в зависимости от типа сервиса (Common Part - CP CS); части, зависящей от типа сервиса (Service Specific Part - SS CS).
• Уровень адаптации ATM 1-го типа предназначен для служб с постоянной скоростью передачи информации.
• Уровень AAL2 предназначен для того, чтобы обеспечить поддержку приложениям, которые генерируют информацию на битовой скорости передачи. Она динамически изменяется со временем и также имеет ограничение по времени на доставку из конца в конец.
• Уровень AAL3/4 обслуживает трафик, требующий строгого выполнения временных характеристик доставки из конца в конец. AAL3/4 работает в двух режимах: режим "сообщение" и режим "поток".
• Уровень AAL5 предоставляет услуги высокоскоростной передачи данных с меньшей служебной избыточностью. Он поддерживает режимы передачи сообщений и передачи потока, обеспечивает гарантированную и негарантированную доставку.
• Сигнализации на уровне AAL (Signaling AAL - SAAL) обеспечивает надежную транспортировку сигнальных сообщений, которыми обмениваются системы и коммутаторы при установлении соединения ATM.
• ATM-сигнализация обеспечивает автоматическое установление соединения и реализует переключение виртуальных соединений на сети ATM. Установление соединения включает в себя обмен сигнальными сообщениями через несколько типов интерфейсов.
• ATM использует два типа адресации: по типу телефонной сети, используемую в общедоступной сети ATM, и систему адреса конечной системы ATM (ATM End System Address - AESA).
• Системы сигнализации для ATM разработаны для интерфейса "сеть-пользователь" (User-Network Interface - UNI), "сеть-сеть" (Network-Network Interface - NNI) и интерфейса широкополосной межсетевой связи (Broadband InterCarrier Interface - B-ICI)
• Каждое сигнальное сообщение (UNI) содержит: исходную точку вызова (call reference), которая служит идентификатором местоположения для UNI, номер информационного элемента (Information Elements - IF), включающий такие параметры, как номера вызывающего и вызываемого абонентов, параметры AAL, написание трафика ATM, параметры качества обслуживания и идентификатор соединения.
• Протокол PNNI включает в себя два протокола: протокол маршрутизации, который обеспечивает выбор маршрута, обеспечивающего требования по качеству обслуживания; сигнальный протокол для обмена сообщениями между станциями и между частными сетями.

Задачи и упражнения

1. Предположим, что пакеты IP используют AAL5 до передачи информации по ATM-соединению. Объясните, какие будут задержки передачи пакетов IP, если ATM-соединение имеет следующий тип:
   • постоянная скорость передачи в битах в реальном масштабе времени,
   • постоянная скорость передачи в битах в нереальном масштабе времени,
   • передача данных с доступной скоростью,
   • негарантируемая скорость передачи.

2. Сторонники ATM утверждают, что соединение с переменной скоростью (VBR) соединения обеспечивают средства для достижения мультиплексирования с высоким качеством обслуживания. Сторонники IP утверждают, что не ориентированная на соединение маршрутизация IP может обеспечить лучшие характеристики.

   Можете вы придумать аргументы, чтобы поддержать каждое заявление? Эти заявления находятся в противоречии, или они могут оба быть правильны?
3. • Рассмотрите линию связи, которая переносит речевую информацию с использованием ИКМ. Какая требуется информация для выполнения управления доступом в сеть по этой линии связи?
   • Теперь предположим, что линия связи, которая переносит речевую информацию с использованием ИКМ, имеет средства для исключения пауз. Какая требуется информация для выполнения управления доступом в сеть по этой линии связи?
4. Предположим, что поток ATM содержит ячейки двух приоритетов, а именно с приоритетом потери элемента данных CLP=0 (высший приоритет) и с приоритетом потери элемента данных CLP =1 (низший приоритет).
   • Предположим, что мы желаем длительно поддерживать пиковую скорость передачи ячеек для потока ячеек с для CLP=0 с вероятностью p₀ , а пиковую скорость объединенного потока с CLP=0 и CLP=1 p₀₊₁ . Выразите эти требования в терминах двух "дырявых ведер".
   • Сравнить следующие стратегии: (1) стратегия достижения максимума скорости с приоритетом CLP=0 с вероятностью p0; стратегию для потока с CLP =1 с вероятностью p₁ . (2) стратегию для объединенного потока CLP=0 и CLP=1 с вероятностью p₀₊₁, Какой подход более гибок?
   • Повторить часть (a), если CLP = 0 ячеек для неконформных ячеек с вероятностью p0, изменяет бит CLP на 1. Ячейки, которые неконформны с вероятностью p₀₊₁ , отбрасываются.
5. Предположим, что поток ATM содержит ячейки двух приоритетов, то есть с высоким приоритетом CLP=0 и низкоприоритетных CLP=1.
   • Предположим, желательна стратегия устойчивой скорости SCR (Sustained Cell Rate) объединенного потока CLP=0 и CLP=1 с вероятностью p₀₊₁. Неконформные ячейки отбрасываются.
   • Повторить часть (a), если ячейки, которые не соответствуют SCRo, изменяют CLP на 1. Ячейки, которые не соответствуют p₀₊₁ , отбрасываются.

6. Предположим, что поток ATM содержит ячейки двух приоритетов, то есть с высоким приоритетом CLP=0 и низкоприоритетных CLP=1.

   Предположим, желательна стратегия устойчивой скорости SCRo (Sustained Cell Rate) объединенного потока CLP=0 и CLP=1. Выразите эти требования в терминах двух "дырявых ведер". Неконформные ячейки отбрасываются.
7. Объясните, как взвешенная равнодоступная организация очереди могла бы использоваться, чтобы объединить пять категорий ATM по одной линии связи передачи ATM. Как на различные категории обслуживания влияет перегрузка на линии связи?
8. • Объясните, что учитывается при расчете "из конца в конец" следующих показателей: коэффициента потерь ячеек (CLR), задержки при передаче ячейки (CTD), и вариации задержки ячеек (CDV).
   • Сравните следующие два подхода с распределением из конца в конец. Качество обслуживания по линии связи: одинаковое для всех линий и неодинаковое для различных линий. Какой из них более гибкий? Какой из них более сложен?
9. Предположим, что приложение использует обслуживание достоверного потока TCP, который, в свою очередь, использует IP-уровень AAL5 ATM.
   • Сравните метод, рассмотренный при описании AAL5 — использующий постоянную битовую скорость (CBR) , переменную битовую скорость в не реальном масштабе времени (VBR), доступную скорость передачи (ABR), неопределенную скорость передачи (UBR).
   • Рассмотрите эффект от применения этого приложения, если в соединении ATM где-нибудь возникает перегрузка.
10. Предположим, что соединение ATM доставляет речь, используя уровень AAL1. Предположим, что задержка пакетов должна быть менее 10 мс.
    • Подсчитайте процент информации, занимаемой заголовком, если для кодирования речи используется ИКМ.
    • Подсчитайте процент информации, занимаемой заголовком, если для кодирования речи используется скорость кодирования12 Кбит/с.
11. Объясните, как трехбитовый порядковый номер в заголовке AAL1 может быть использован при потере или неправильной доставке ячеек.
12. Какая по величине задержка получается при применении двух методов чередования в AAL1?
13. • Сколько одиночных низкоскоростных вызовов может поддержать AAL2 при одиночном ATM-соединении?
    • Оцените, какова битовая скорость соединения, если AAL2 обслуживает речь на скорости 12 Кбит/с.
    • Какой процент от общей информации составляет заголовок в части б).
    Сравните заголовки AAL3/4 с AAL5 при доставке 64-килобайтового пакета. Рассмотрите цель проверки ошибок, проводимой в конце системы и в сети для ATM-соединения, которое переносит ячейки, создаваемые AAL3/4, Повторите рассуждения для AAL5.
14. Предположим, что на рис. 19.9 пакеты от A и B прибывают одновременно и каждый производит 10 ячеек. Используя рис. 19.8, покажите последовательность блоков данных, включая тип сегмента, порядковый номер и идентификатор мультиплексирования.
15. Рассмотрите протокол подуровня SSCOP, AAL протокол сигнализации. Рассмотрите работу процедуры выборочного запроса повторной передачи (ARQ), чтобы исправить потерю ячейки.
16. Сравнить размер адресных пространств, обеспечиваемых телефонной адресацией (E-164) и адресацией конечной системы (AESA). Опишите последовательность, в которой используются списки, предназначенные для транзита при соединении от A.1.3 к A.2.2 на рис. 6.18. Повторите задачу для соединения от B.4 к A1.2.
17. Объясните, может ли быть модифицирован PNNI для того, чтобы обеспечить качество обслуживания в Internet.
18. Какие аспекты архитектуры сети ATM зависят от фиксированной длины ячеек ATM? Что изменится, если допустить наличие ячеек ATM, изменяющих свою длину?