7.1. Адаптационный уровень AAL-1
7.2. Синхронизация в сети АТМ при передаче трафика цифровыми потоками через AAL-1
7.3. Адаптационный уровень AAL-2
Протокольные характеристики адаптационных уровней (AAL-1 – AAL-5) подробно рассмотрены в рекомендациях ITU-T I.363. Ниже приведены только краткие основополагающие сведения по наиболее сложным устройствам АТМ – устройствам адаптации в их протокольных решениях.
7.1. 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 чувствителен к изменениям задержки;
- трафик не допускает потери информации;
- трафик чувствителен к сжатию.
Функции, реализуемые в ААL, 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.
Рисунок 7.1. Формат структурированных данных в AAL-1
Рисунок 7.2. Отображение циклов Е1 в ячейках АТМ
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 7.1 показан формат структурирования данных для AAL-1 (SAR-PDU).
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 ATM и ее размещение на физическом уровне демонстрируется на рисунке 7.2 для трафика типа Е1 (2,048 Мбит/с).
7.2. Синхронизация в сети с АТМ при передаче трафика цифровыми потоками через AAL-1
На уровне AAL-1 обрабатываются сигналы реального времени, чувствительные к задержкам передачи (например, речевые сообщения). Для поддержки услуг самого высокого класса (категории А) требуется выполнение условий синхронизации источника и получателя сигнала. Сеть АТМ, являясь транспортной средой, как правило, имеет собственный высокостабильный синхронизм. Однако источник и приемник информационных сигналов не всегда имеют общий синхронизм с АТМ. По этой причине может возникать большое расхождение тактовых механизмов источника и приемника сигналов. Т.о. сеть АТМ не будет полностью «прозрачной» транспортной средой для сигналов. Поскольку сеть АТМ основана на передаче ячеек, то характеристика частоты источника синхронизма на приемной стороне может зависеть от сегментации ячеек и задержки возможных случайных смешиваний. Маршрут извлечения источника синхронизма принадлежит пользовательскому соединению типа «точка-точка», построенному по принципу буферизации FIFO в выходном буфере, например, для Е1 с регулировкой частоты записи-считывания. Частота считывания не может быстро меняться и подстраиваться под дрожание фазы приходящих импульсов (под джиттер). При этом может быть нарушено требование по стабильности синхронизма, например, для Е1 согласно рекомендации ITU-T G.703 требование стабильности составляет +-50*10–6 (или 50 ppm, part per million).
Поэтому важнейшей функцией AAL-1 может быть восстановление с требуемой точностью тактовой частоты. Рекомендацией ITU-T I.363.1 определен метод введения SRTS (Synchronous Residual Time Stamps) – синхронной остаточнойвременной метки. Эта метка вводится в сегмент AAL-1 (рисунок 7.3) в виде p-бита CSI.
Метка представляет собой четырех битовое слово, переносимое в восьми подряд следующих сегментах.
Рисунок 7.3. Структура ячейки АТМ с сегментом AAL-1
Рисунок 7.4. Формирование SRTS
Метка вычисляется на передаче как разность частот сигнала (например, Е1) и тактовой частоты АТМ сети, которая вычисляется делением:
МГц,
где х выбирается таким образом, чтобы переносимая частота была выше частоты тактов компонентного сигнала. Для Е1 значение х = 6 и частота тактирования в АТМ будет 2,43 МГц. Для Е3 х = 4, fАТМ = 38,88 МГц.
При этом частота Е1 делится на число N = 3008 (общее число битов данных в восьми сегментах) и используется как затвор 4х бит (p-бит) счетчика для частоты 2,43 МГц (рисунок 7.4).
На приемной стороне местный генератор кода SRTS сравнивается с источником SRTS передающей стороны. Разность двух SRTS кодов используется для выравнивания локальной частоты синхронизации, с которой информационные данные из сети АТМ поставляются в сеть потребителя [44].
7.3. Адаптационный уровень ААL-2
Сервис (услуги) этого уровня называется услугами 2-го класса (или категории В) и предоставляются пользователю сети с переменой скоростью (VBR).
Этот тип трафика 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 трафика, формируемого AAL-2, является очень сильная чувствительность к искажениям информации на передаче.
Рисунок 7.5. 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 ААL-2 формат структурированных данных состоит из трех полей: поля заголовка, поля полезной нагрузки (то есть переносимого трафика) и хвостовой части (рисунок 7.5).
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 ААL-2 позволяет защитить от ошибок поле информационной нагрузки и головную часть.
Размещение SAR-PDU в ячейке ATM и последующее размещение на физическом уровне аналогично рассмотренному на примере рисунка 7.5, однако, при пульсирующем трафике ячеек промежутки могут быть заполнены пустыми ячейками для выравнивания скоростного потока на физическом уровне.
7.4. Адаптационные уровни AAL-3 и AAL-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 ААL-3 и ААL-4, объединенные одним классом сервиса для передачи данных, допускающих задержки, различаются тем, что ААL-3 ориентирован на соединение пользователей через виртуальный канал с доступной скоростью передачи, а ААL-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 7.6. Структура протокольного (SAR-PDU) блока данных AAL-3/4 (передача сообщений)
CPI (Common Part Indicator) – индикатор основного поля
BT (Begin Tag) – поле начала
BAS (Buffer Allocation Size) – размер буфера
Р – поле выравнивания нагрузки
AL (Alignment) – поле выравнивания
ET (End Tag) – поле 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
Рисунок 7.7. Структура протокольного (SAR-PDU) блока данных AAL-3/4 (передача потока)
IDU, Interface Data Unit – интерфейсный блок данных
Особенности характеристик AAL-3/4 отражены на структурах сегментов полезной нагрузки SAR-PDU, изображенных на рисунках 7.6, 7.7. Первый рисунок отражает структурированную передачу данных в виде единых блоков (IDU), т.е. точно одного блока. Второй рисунок отражает 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 используются как вспомогательные для раздела сервисных данных для обслуживания уровня ATM 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.
7.5. Адаптационный уровень AAL-5
Адаптационный уровень AAL-5, обеспечивающий предоставление сервиса класса 5 (или категорий C и D), является частью стандарта широкополосных сетей с интеграцией услуг (В-ISDN).
Этот класс услуг предложено использовать для компьютерных сетей и обработки данных в следующих вариантах:
- в качестве AAL-5 может выступать ААL-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 ATM (таблица 2.1). Это могут быть метки:
- 0x1 конец данных;
- 0x0 начало или продолжение данных (х = 1 или х = 0).
На рисунке 7.8 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 4-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.
Поле выравнивания используется в случае, когда объём пользовательской информации не кратен 48 байтам. Полезная нагрузка может иметь величину до 65535 байт. Формирование информации на подуровнях уровня AAL-5 существенно проще, чем на AAL-3/4.
Рисунок 7.8. Протокольный блок и преобразование данных в AAL-5
PAD – поле выравнивания (0…47 байт);
UU (User-to-User) – поле индикатора «пользователь-пользователь»;
CPI (Common Part Indicator) – индикатор общей части;
LI (Length Indicator) – индикатор длины;
CRC – контрольная сумма обнаружения ошибок
В литературе, содержащей информацию о технологии ATM, встречается термин «нулевой адаптационный уровень» (ААL-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 ATM: пользователь-сеть; пользователь-пользователь; сетевой элемент – сетевой элемент разработана спецификация функций адаптационного уровня сигнализации (SAAL), который рассмотрен в разделе 8.
Контрольные вопросы
1. Какой класс услуг обеспечивает AAL-1?
2. Что представляет собой формат сегмента?
3. Какое назначение имеет p-бит в заголовке сегмента AAL-1?
4. Что представляет собой метка SRTS?
5. Что входит в состав сегмента структурированных данных AAL-2?
6. Какие функции реализует AAL-2?
7. Чем отличаются AAL-3 и AAL-4?
8. Чем отличаются сегменты AAL-1 и AAL-3/4?
9. Какое назначение имеет MID в сегменте AAL-3/4?
10. Какое отличие AAL-5 от AAL-3/4?
11. Какие виды трафика могут быть сегментированы AAL-5?
12. Какую максимальную величину может иметь блок данных полезной нагрузки для AAL-5?
13. В каком случае используется поле PAD ?
14. Как отмечается начало, продолжение и конец поля данных в ячейках АТМ, формируемых из сегментов AAL-5?