4.10.1. Адаптационный уровень AAL-1
4.10.2. Адаптационный уровень AAL-2
4.10.3. Адаптационные уровни AAL-3/4
Уровень AAL действует как интерфейс с вышерасположенными уровнями и адаптирован к требованиям различных применений. Он поддерживает различные приложения и различные типы трафика: речевой, видео и данных.
AAL исполняет ключевую роль в способности сети АТМ поддерживать операции многих приложений. Он изолирует уровень АТМ от множества операций, необходимых для поддержки различных типов графика.
Все три плоскости (М, U, С) верхнего уровня имеют свои спецификации в AAL.
В плоскости U уровень AAL подразделяется на два подуровня:
- подуровень сходимости CS (Convergence Sublayer), функции которого зависят от выполняемой прикладной программы;
- подуровень сегментации и сборки SAR (Segmentation and Reas-sembly), осуществляющий сегментирование данных пользователя в ячейки при передаче и сборке сообщений на приемной стороне.
Поскольку AAL зависит от типов предоставляемых услуг, то это определяет разные типы AAL, которых насчитывается пять, и число каждой услуги составляет пять:
AAL1 или первый тип с постоянной скоростью передачи битов (или эмуляцией канала);
AAL2 или второй тип с переменной скоростью передачи битов видео- и аудиоинформации;
AAL3 или третий тип с ориентацией на соединение при передаче данных;
AAL4 или четвертый тип без ориентации на установление соединения при передаче данных;
AAL5 или пятый тип для высокоскоростной передачи данных компью-терных сетей на основе протоколов TCP/IP.
Классификация адаптационных уровней и категорий предоставляемых услуг сетью АТМ приведены в таблице 4.8.
Каждому типу AAL соответствует ряд функций, которые поделены между подуровнями конвергенции (CS) и сегментации (SAR).
В зависимости от классов передаваемого трафика, которые опреде-ляются в таблице 4.8, в типах AAL 3/4 и 5 подуровень CS разделяется на два подуровня, которые еще не полностью стандартизированы ITU-T:
- общую часть CPCS (Common Part of Convergence Sublayer);
- специфическую часть SSCS (Service Specific CS).
Как следует из названия этих подуровней, часть SSCS выполняет специфичные для прикладной программы функции CS, а часть CPCS - общие для всех прикладных программ функции.
Таблица 4.8. Основные типы уровней AAL
| Типы AAL | AAL1 | AAL2 | AAL3/4 | AAL5 |
| Синхронизация между источником и получателем | Требуется | Требуется | Переменная | Переменная |
| Скорость передачи в битах | Постоянная | VBR (rt, nrt) | Переменная | Переменная |
| Категория услуг (сервиса) | CBR | На основе VC | ABR | UBR(GFR) |
| Режим соединения | На основе виртуальных каналов (VC) |
На основе VC | На основе VC | Без каналов, т.е. без установления соединения |
| Примеры | Аудио- и видеосистемы E1, nх64кбит/с |
rt (real-time) сжатые аудио- и видеосигналы в реальном времени, nrt (non-real-time) пакетная передача звука, видео в нереальном времени, frame relay |
Трафик локальных компьютерных сетей и на основе протоколов TCP/IP, дэйтаграммный метод передачи |
|
В таблице 4.8 обозначено:
GFR, Guaranteed Frame Rate - гарантированная скорость блока данных;
ТCP/IP, Transmisson Control Protocol / Internet Protocol —протокольный набор для компьютерных сетей являющийся частью их операционных систем, например, системы UNIX.
На рисунке 4.18 представлен пример структуры протокола объединения (слияния) данных на подуровне конвергенции (CS PDU, Convergence Sublayer Protocol Data Units) и функции протокола подуровня конвергенции. Подуровень CS обеспечивает формирование блоков данных разной длины с заголовком и завершением каждого блока служебной информацией, благодаря которой на приеме из блоков формируется непрерывный поток данных к пользователю сети АТМ
Рисунок 4.18. Структура протокола объединения данных CSPDU
На подуровне SAR выполняются следующие функции:
- сборка/разборка блоков C-PDUS из ячеек АТМ и в ячейки АТМ;
- идентификация полезной нагрузки (ВОМ, СОМ, ЕОМ или SSM);
- операция проверки на ошибки поля информации ячейки (процедура CRC);
- функции сегментации и реагрегирования применительно к 2-м байтам головной и 2-м байтам хвостовой части сегмента;
- включение/извлечение полезной нагрузки АТМ в поле ячейки 44...48 байтов.
Обозначения на рисунке 4.18:
ВОМ (Beginning of Message) - начало сообщения;
СОМ (Continuation of Message) - продолжение сообщения;
ЕОМ (End of Message) - завершение сообщения;
SSM (Signaling System Message) - сообщение сигнальной системы;
CRC (Cyclic Redundancy Check) - контроль циклической избыточности.
В плоскости С на верхних уровнях действуют протоколы, отвечающие за установление соединений в сети АТМ, например, стандартизированный ITU-T в Q.2931. На уровне AAL выполняются функции адаптации сигнализации АТМ (SAAL, Signaling АТМ Adaptation Layer). Уровень SAAL транспортирует сообщения протокола Q.2931 между двумя устройствами, реализующими коммутируемые виртуальные каналы SVC АТМ. Уровень SAAL состоит из трех подуровней, которые выполняют следующие функции:
- общая часть AAL CP (Common Part) обнаруживает искаженный трафик, передаваемый через любой интерфейс, с использованием процедур плоскости С;
- специфическая часть для режима с установлением соединения SSCOP (Service Specific Connection - Oriented Part) обеспечивает передачу трафика переменной длины через интерфейс и восстанавливает искаженные и потерянные сервисные блоки данных SDU (Service Data Unit);
- функция координации, специфицированная для услуг SSCF (Serv-ice Specific Coordination Function), обеспечивает интерфейс со смежным верхним уровнем.
В плоскости М уровень адаптации формирует сегменты передачи информации управления и восстанавливает из сегментов информационные блоки управления с контролем ошибок. В этом подразделении уровня AAL предусмотрено использование AAL-3/4 или AAL-5.
4.10.1. Адаптационный уровень AAL-1
Сервис (услуги) этого уровня называются услугами 1-го класса (или категории А) и предоставляются пользователю сети с постоянной скоростью (CBR). По всей линии передачи характеристики передачи данных определены, и время доставки данных строго ограничено. Этот класс услуг имеет следующие характеристики:
- трафик представляет собой поток данных в виде блоков по 193 бита каждые 125 мкс;
- трафик не терпит изменений задержки;
- трафик не допускает потери информации;
- трафик чувствителен к сжатию.
Функции, реализуемые в AAL, заключены в следующем:
- сегментации и восстановлении информации пользователя;
- управление отклонением времени задержки ячейки;
- управление искажениями и неверно введенными ячейками;
- восстановление источника синхронизации;
- наблюдение за ошибками байтов и управление этими ошибками;
- генерация и обнаружение структурного указателя.
Возможности сервиса 1 класса определяют возможности передачи звука, изображения и данных в реальном времени с постоянной скоростью. При этом информация может быть структурирована, т.е. представлена по байтам, или не структурирована, т.е. передаваться по битам, и размещаться в 48 байтовых полях полезной нагрузки отправителем.
Заполнение 48 байтового поля обусловлено протоколом структурирования данных. На рисунке 4.19 показан формат структурирования данных для AAL-1 (SAR-PDU).
Рисунок 4.19. Формат структурированных данных AAL-1
Порядковый номер поля позволяет отделить пустые и неисправные ячейки от информационных. Защита номера поля предназначена для обнаружения ошибок с помощью процедуры CRC и исправления одиночной ошибки. Участок, обозначенный SAR-PDU, несет необходимую полезную нагрузку (трафик) информации При этом в первом байте SAR-PDU фиксируется указатель структурирования. Дальнейшее преобразование сегмента в ячейку АТМ и ее размещение на физическом уровне демонстрируется на рисунке 4.20 для трафика типа Е1 (2,048 Мбит/с).
Рисунок 4.20. Отображение циклов Е-1 в ячейках АТМ
4.10.2. Адаптационный уровень AAL-2
Сервис (услуги) этого уровня называется услугами 2-го класса (или категории В) и предоставляются пользователю сети с переменой скоростью (VBR).
Этот тип графика в настоящее время еще не имеет широкого распространения из-за недостатков стандартизации преобразований звука и видео со сжатием. Сжатие данных для передачи звука и видео приводит к пульсирующему трафику, поэтому его характеризуют как «взрывной» (пиковый) во времени. Каждая ячейка, формируемая AAL-2, должна быть снабжена временной меткой для реагрегирования и формирования непрерывного потока данных на приеме. Особенной характеристикой графика, формируемого AAL-2, является очень сильная чувствительность к искажениям информации на передаче.
Рисунок 4.21. Формат структурированных данных AAL-2
Функции, реализуемые в AAL-2, заключены в следующем:
- сегментация и реагрегирование пользовательской информации;
- управление переменной задержкой ячейки;
- управление искаженными ячейками;
- восстановление синхронизма источника и приемника;
- контроль за битами ошибок и управление этими ошибками;
- просмотр поля пользовательской информации для процедуры обнаружения и исправления ошибок.
Для AAL-2 формат структурированных данных состоит из трех полей: поля заголовка, поля полезной нагрузки (то есть переносимого трафика) и хвостовой части (рисунок 4.21)
Порядковый номер сегмента служит для отделения пустых и ошибочных ячеек от информационных. Индикатор типа информации, следующий за порядковым номером, указывает на тип передаваемой части информации, т.е. на начало передачи, продолжение передачи и завершение передачи данных. Хвостовая часть SAR-PDU содержит индикатор длины поля полезной нагрузки (переносимого трафика) и блок контроля ошибок процедурой CRC поля полезной нагрузки. Хвостовая часть формата SAR-PDU для AAL-2 позволяет защитить от ошибок поле информационной нагрузки и головную часть
Размещение SAR-PDU в ячейке АТМ и последующее размещение на физическом уровне аналогично рассмотренному на примере рисунка 4.20 однако, при пульсирующем трафике ячеек промежутки могут быть заполнены пустыми ячейками для выравнивания скоростного потока на физическом уровне.
4.10.3. Адаптационные уровни AAL-3/4
В этой части рассматриваются уровни адаптации с сервисом класса 3/4 (или категорий С и D) с предоставлением услуг с переменой доступной скоростью передачи (ABR).
Адаптационные уровни AAL-3 и AAL-4, объединенные одним классом сервиса для передачи данных, допускающих задержки, различаются тем, что AAL-3 ориентирован на соединение пользователей через виртуальный канал с доступной скоростью передачи, а AAL-4 не ориентирован на соединение.
К особенностям характеристик класса сервиса 3/4 можно отнести следующее:
- передаваемая информация (трафик) может иметь «взрывной» характер и переменную длину блоков;
- нет жестких требований к задержкам передачи, что недопустимо в классах услуг А и В, т.е. для передачи звука и видео;
- возможна буферизация информации и ее следование к месту назначения разными путями.
Рисунок 4.22. Формирование сегментов AAL-3/4
CPI (Common Part Indicator) - индикатор основного поля
ВТ (Begin Tag.) – поле начала
ВАS (Buffer Allocation Size)-paзмep буфера
Р - поле выравнивания нагрузки
AL (Alignment)—поле выравнивания
ЕТ (End Tag)-полe конца
LT (Length Indicator) - индикатор длины
ST (Segment Type) - тип сегмента (2 бита)
SN (Segment Number) - порядковый номер
MID (Multiplexing Identifier) -идентификатор мультиплексирования
CRC (Cyclic Redundancy Check) - метка задержки цикличности передачи. IDU, Interface Data Unit - интерфейсный блок данных
Рисунок 4.23. Структура протокольного (SAR-PDU) блока данных AAL-3/4 (передача потока)
Особенности характеристик AAL-3/4 отражены на структурах сегментов полезной нагрузки SAR-PDU, изображенных на рисунках 4.22, 4.23. Первый рисунок отражает структурированную передачу данных в виде единых блоков (IDU), т.е. точно одного блока. Второй рисунок отображает возможность передачи одного или нескольких IDU, которые могут быть разнесены во времени.
Головная часть сегмента содержит: указатель типа сегмента, порядковый номер, идентификатор мультиплексирования. Тип сегмента представлен двумя битами и указывает на начало пакетирования, непрерывность или продолжение информации в пакете и сообщение о завершении информационного блока. Следующие четыре бита заголовка предназначены для порядкового номера сегмента. Каждый последующий сегмент содержит номер на единицу больший предыдущего. Десять битов идентификатора мультиплексирования головной части SAR-PDU исполь-зуются как вспомогательные для раздела сервисных данных для обслуживания уровня АТМ от потока данных, направляемых на подуровень конвергенции уровня AAL, а также разделения на подуровне конвергенции данных, передаваемых другими сегментами.
Второе большое поле SAR-PDU - это поле полезной нагрузки (или переносимого трафика), состоящее из 44 байтов. Если это поле не полностью заполнено данными, то свободный остаток заполняется нулями.
Хвостовая часть сегмента состоит из двух небольших полей: индикатора длины полезной нагрузки и битов контроля ошибок процедуры CRC.
Индикатор длины состоит из 6 битов и содержит число, указывающее число байтов информационных данных, включенных в поле полезной нагрузки SAR-PDU. Его максимальное значение равно 44 байтам. Поле контроля ошибок процедурой CRC состоит из 10 бит и формируется логически на передающей стороне из битов сегмента.
4.10.4. Адаптационный уровень AAL-5
Адаптационный уровень AAL-5, обеспечивающий предоставление сервиса класса 5 (или категорий С и D), является частью стандарта широкополосных сетей с интеграцией услуг (B-ISDN).
Этот класс услуг предложено использовать для компьютерных сетей и обработки данных в следующих вариантах:
- в качестве AAL-5 может выступать AAL-3/4, но с упрощенным заголовком;
- приспособлением к протоколам TCP/IP.
Класс услуг AAL-5 предполагается использовать в локальных масштабах. При этом из поля сегмента устранены служебные биты. Тип сообщения (начало, продолжение и конец) отмечается в РТ поля заголовка ячейки АТM (таблица 2.1).
Это могут быть метки:
0х1 конец данных;
0х0 начало или продолжение данных (х = 1 или х = 0).
На рисунке 4.24 демонстрируется структура преобразования данных в AAL-5.
На уровне конвергенции AAL-5 происходит формирование блока данных с присоединением к данным пользователя хвостовой части из 8 байт, образующим четыре поля служебной информации.
Первое поле состоит из одного байта UU, предназначенного для индикации участка цепи от пользователя к пользователю. Второе поле CPI также состоит из одного байта и предназначено для идентификатора тракта передачи. Третье поле LI, состоящее их 2-х байт, служит для раздела блоков данных. Четвертое поле, состоящее из 2-х байт, может быть использовано для контроля ошибок в блоке данных на основе процедуры CRC. Необходимо отметить, что руководящие документы по уровню AAL-5 не предусматривают обязательное использование двух последних полей.
PAD - поле выравнивания (0 ... 47 байт);
UU (User-to-User)-none индикатора «пользователь-пользователь»;
CPI (Common Part Indicator) - индикатор общей части:
LI (Length Indicator) - индикатор длины:
CRC - контрольная сумма обнаружения ошибок
Рисунок 4.24. Протокольный блок и преобразование данных в AAL-5
В литературе, содержащей информацию о технологии АТМ, встречается термин «нулевой адаптационный уровень» (AAL-0). Это означает, что в данном случае функции адаптации не выполняются, а содержимое информационной части ячеек передается непосредственно в более высокий уровень модели B-ISDN.
Для реализации функций сигнализации на участках сети АТМ: пользователь-сеть: пользователь-пользователь; сетевой элемент - сетевой элемент разработана спецификация функций адаптационного уровня сигнализации (SAAL).
4.10.5. Сигнальный адаптационный уровень S-AAL
Сигнализация в АТМ предназначена для установления виртуальных соединений (точка-точка и тока - много точек) с заданными показателями качества услуг (категорий А, В, С, D). При этом в АТМ предусмотрены сигнальные каналы между получателем и сетью, между пользователями и между коммутаторами (рисунок 4.25).
Передача сигнализации организуется в сети по выделенным виртуальным каналам без передачи пользовательской информации. С помощью сигнализации поддерживаются узкополосные (до 2048 кбит/с) и широкополосные (свыше 2048 кбит/с) услуги, включая мультимедиа. При этом система сигнализации должна обеспечивать установление, контроль и разъединение виртуальных каналов для передачи звука, видео, данных, а также согласовывать трафик.
Сигнализация проводится параллельно с передачей информационных данных. Это экономит время для установления виртуальных соединений. Передача сигнальных сообщений и информационных сообщений происходят по практически одинаковым алгоритмам.
Рисунок 4.25. Типы сигнализации B-ISDN