4.1. Модель протоколов B-ISDN. Общее представление
Рекомендация ITU-T I.121 определяет модель взаимосвязи протоколов B-ISDN, состоящей из трех плоскостей: управления, пользователя и администрирования, и четырех уровней: физического, АТМ, AAL и верхних уровней (рисунок 4.1).
Плоскость управления (С) предназначена для установления, освобождения сетевых соединений и управления ими. При использовании постоянных виртуальных каналов (PVCs) эта плоскость не применяется.
Плоскость пользователя (U) обеспечивает передачу информации пользователя, управление потоком трафика (нагрузки) и выполнение операций по восстановлению после ошибок. В этой плоскости могут применяться протоколы ITU-T, ISO, IEEE и другие [1].
Плоскость администрирования (М) выполняет две функции: управление другими плоскостями и управление уровнями. Эта плоскость может содержать протокол интерфейса локального административного управления, LMI (Local Management Interface), простой протокол управления сетью, SNMP (Simple Network Management Protocol), протокол информации управления общий, CMIP
Рисунок 4.1. Модель протоколов B-ISDN на основе АТМ
(Common Management Information Protocol). К плоскости (М) относится также интерфейс ILMI (Interim Local Management Interface), предложенный ATM Форумом. Стандарт исходит из того, что каждое устройство АТМ поддерживает как минимум один UNI и для каждого UNI имеет элемент административного управления – UME (UNI Management Entity). Элементы UME обмениваются между собой информацией административного управления. Для ILMI зарезервирован виртуальный канал с VPI = 0 и VCI = 16.
Информация ILMI содержит данные о состоянии и конфигурации соответствующих UNI. Эта информация организована в виде информации базы данных MIB (Management Information Base) и содержит данные физического уровня, данные уровня АТМ, статистику уровня АТМ, данные по VPI/VCI, адресную информацию.
Общий расклад функций для уровней AAL, ATM и физического приведен в таблице 4.1.
В таблице приведены сокращения:
AAL (ATM Adaptation Layer) – уровень адаптации АТМ;
PHY (Physical Layer Protocol) – протокол физического уровня;
CS (Convergence Sublayer) – подуровень слияния (конвергенции);
SAR (Segmentation and Reassambly Sublayer) – подуровень сегментации и реагрегирования;
TC (Transmission Convergence) – слияние передачи;
PM (Physical Medium) – физическая среда.
Таблица 4.1. Функции уровней модели АТМ в B-ISDN
| Уровни | Подуровни | Функции |
| AAL | Слияния (CS) | Формирование блоков и восстановление потока данных |
| Сегментации и реагрегирования (SAR) | Формирование сегментов и восстановление (реагрегирование) блоков | |
| ATM | - | Управление потоком ячеек (GFC). Генерация и извлечение заголовков. Трансляция ячеек согласно VPI. Трансляция ячеек согласно VCI. Контроль скорости информации по каналу. Мультиплексирование и демультиплексирование ячеек. Проверка правильности заполнения заголовков. |
| Физический | Слияния передачи (ТС) | Генерация и восстановление циклов (кадров) передачи |
| Физической среды (РМ) | Передача по физической среде (оптическое волокно, металлическая цепь, радиоканал, атмосферная оптика) |
4.2. Физический уровень
Этот уровень делится на два подуровня: подуровень физической среды и подуровень слияния передачи.
Функции подуровня физической среды заключаются в следующем:
- генерация битов;
- передача и прием битов;
- линейное кодирование;
- преобразование электрических сигналов в оптические или радиосигналы и наоборот.
Функции подуровня слияния передачи заключены в следующем:
- генерация цикла (кадра) передачи (например, SDH, PDH или потока ячеек ATM в физической среде);
- ввод ячеек в цикл передачи;
- распознавание ячеек (информационных, служебных, с ошибками);
- распознавание и исправление одиночных битовых ошибок в заголовке ячейки;
- распознавание множественных ошибок в заголовке ячейки;
- адаптация скорости передачи ячеек к стандарту (например, 155 Мбит/с или 622 Мбит/с) с помощью вставки пустых ячеек.
Физический уровень передает ячейки уровню ATM и принимает ячейки от уровня ATM. Для синхронизации между передатчиком и приемником на физическом уровне используется пятый байт заголовка ячейки НЕС, который еще и обеспечивает контроль ошибок в заголовке и исправление одиночных ошибок.
Общее функциональное описание физического уровня сведено в таблицу 4.2.
Таблица 4.2. Функции физического уровня
| Физический уровень | Подуровень слияния передачи | Согласование скорости ячеек. Генерация и проверка последовательности HEC. Обозначение ячейки и распознание. | |
| Адаптация к циклу передачи. Синхронизация приемника. Формирование и ликвидация цикла передачи. | Функции SDH, PDH, FDDI и другие |
||
| Подуровень физической среды | Генерация и регенерация битов передачи, кодирование и декодирование. | Функции SDH, PDH, FDDI и другие |
|
| Преобразование электрических сигналов в оптические и другие и наоборот. Физическая среда: оптическое волокно, медные провода, радиоканал. | Функции SDH, PDH, FDDI и другие |
||
В таблице 4.2 обозначено:
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – волоконный интерфейс распределения данных – компьютерная сетевая технология локальных и метропольных вычислительных сетей (стандарт IEEE).
Физический уровень может быть реализован технологиями SDH, PDH, FDDI, собственной передачей ячеек с выравниванием битового потока путем вставки пустых ячеек и другими способами, рассмотренными в разделе 5 (передача ячеек в транспортной сети).
4.3. Уровень АТМ
На уровне ATM реализуются функции передачи ячеек и коммутации ячеек с помощью кроссов и коммутаторов ATM.
Характерная особенность функций этого уровня – независимость от функций физической среды. Уровень ATM в отличие от других уровней имеет простые (прозрачные) состояния функций: коммутация ячеек; генерация и извлечение заголовков; контроль скорости передачи информации по каналам; мультиплексирование ячеек и демультиплексирование; контроль правильности заполнения заголовков; управление потоком ячеек на интерфейсе UNI (GFC).
Управление потоком ячеек (GFC) на интерфейсе UNI необходимо для устранения перегрузок коммутаторов сети.
Генерация, извлечение и контроль заголовков необходимы при перемене маршрутизации ячеек в коммутаторах (VPI и VCI), а также для приема ячеек из физического уровня и передачи их на уровень адаптации.
Мультиплексирование и демультиплексирование ячеек необходимо для организации непрерывного потока ячеек в физической среде.
Составной поток ячеек различных пользователей и услуг это нормальный непрерывный поток ячеек. На приемной стороне непрерывный поток демультиплексируется (разделяется) на индивидуальные ячейки по назначенным адресам (VP и VC). Трансляции ячеек обусловлены процедурами коммутации, которые рассмотрены в отдельной части пособия.
Необходимо отметить, что на физическом уровне и уровне ATM функционируют не только ячейки для переноса трафика пользователей (т.е. оказания услуг), но и ряд специальных ячеек, которые реализуют служебные и вспомогательные функции:
- пустые ячейки необходимы для передачи по линии (физический уровень) непрерывного потока, вводятся и извлекаются на физическом уровне;
- неправильные ячейки (с ошибками), ячейки с ошибками, которые не удалось исправить, отбрасываются;
- назначенные (выделенные) ячейки для определения каналов, например для прокладки маршрутов соединения; неназначенные (невыделенные) ячейки не принадлежат никакому каналу.
Они используются, если разные уровни ATM используют один и тот же физический уровень, при этом физический уровень выполняет мультиплексирование ячеек уровней ATM и добавляет, если необходимо, пустые ячейки.
Уровни АТМ и физический в совокупности рассматриваются как транспортная среда для любого вида информации с определенным качеством переноса. В этой совокупности рассматриваются функции коммутации, мультиплексирования (подчеркнем, статистического мультиплексирования) и передачи c контролем ошибок.
4.4. Уровень AAL
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 трафика.
Все три плоскости (M, U, C) 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 Reassembly), 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 (CBR, VBR, ABR, UBR, GFR).
Разновидности адаптационных уровней:
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 компьютерных сетей на основе протоколов TCP/IP.
Классификация адаптационных уровней и категорий предоставляемых услуг сетью ATM приведены в таблице 4.3.
Каждому типу AAL соответствует ряд функций, которые поделены между подуровнями конвергенции (CS) и сегментации (SAR).
В зависимости от классов передаваемого трафика, которые определяются в таблице 4.3, 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 4.3. Основные типы уровней AAL
| Типы AAL | AAL1 | AAL2 | AAL3/4 | AAL5 |
| Синхронизация между источником и получателем | Требуется | Требуется | Не требуется |
Не требуется |
| Скорость передачи в битах | Постоянная | Переменная | Переменная | Переменная |
| Категория услуг (сервиса) | CBR | VBR (rt,nrt) | 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 Е1, nx64кбит/с | rt (realtime) сжатые аудио- и видеосигналы в реальном времени. nrt (non-realtime) пакетная передача звука, видео в нереальном времени, frame relay | Трафик локальных компьютерных сетей и на основе протоколов TCP/IP, дэйтаграммный метод передачи | |
TCP/IP – Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокольный набор для компьютерных сетей являющийся частью их операционных систем, например, системы UNIX.
На рисунке 4.2 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 ATM.
Рисунок 4.2. Структура протокола объединения данных CSPDU
На подуровне SAR выполняются следующие функции:
- сборка/разборка блоков C-PDUS из ячеек ATM и в ячейки ATM;
- идентификация полезной нагрузки (BOM, COM, EOM 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 ATM в поле ячейки 44...48 байтов.
Обозначения:
BOM (Beginning of Message) – начало сообщения;
COM (Continuation of Message) – продолжение сообщения;
EOM (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 ATM Adaptation Layer). Уровень SAAL транспортирует сообщения протокола Q.2931 между двумя устройствами, реализующими коммутируемые виртуальные каналы SVC ATM.
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 (Service Specific Coordination Function), обеспечивает интерфейс сосмежным 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.
Функциональное наполнение модели протоколов B-ISDN для верхних уровней (плоскостей U, M, C) будет рассмотрено в разделах 8, 9, 10, 11.
В заключении раздела необходимо указать на новую категорию услуг сети АТМ, специфицированную Форумом АТМ как GFR – Guaranteed Frame Rate – гарантированную скорость блока данных . Эта услуга реализуется в AAL-5 и предусмотрена для PDUs (Frames) с пиковой и минимальной скоростью передачи в ячейках (PCR, MCR). Для GFR определены также параметры CDVT, MBS и MFS (Maximum Frame Size - максимальная длина пользовательского блока данных PDU). GFR может быть специфицирован для MCR=0.
Передаваемый трафик GFR может быть доставлен ограниченными доступными ресурсами.
Контрольные вопросы
1. Какими плоскостями и уровнями представлена модель B-ISDN?
2. Какими функциями наделены протокольные уровни модели АТМ в B-ISDN?
3. Сколько видов AAL предусмотрено в модели АТМ?
4. Какие функции выполняет AAL-1?
5. Какие функции выполняет AAL-2?
6. Какие функции выполняет AAL-3/4?
7. Какие функции выполняет AAL-5?
8. С какой целью создается CSPDU?
9. В каком случае требуется синхронизация между источником и получателем информации?
10. Какие адаптационные уровни наиболее подходят для трансляции трафика компьютерных сетей?
11. Какое назначение может иметь категория услуги GFR?