8.1. Сигнальный адаптационный уровень S-AAL
8.2. Основные функции сигнализации АТМ
8.1. 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 A, B, C, D). При этом в АТМ предусмотрены сигнальные каналы между получателем и сетью, между пользователями и между коммутаторами (рисунок 8.1).
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. Поэтому для сигнализации предусмотрен свой уровень адаптации S-AAL (Signaling AAL) (рисунок 8.2).
В структуре уровня адаптации S-AAL четко пролеживаются четыре подуровня:
SAR (Segmentation and Reassembly Sublayer) – подуровень сегментации и сборки; CPCS (Common Part Convergence Sublayer) – подуровень общей части конвергенции (слияния); SSP (Service Specific Part) – служебно-ориентированная часть, которая в свою очередь делится на SSCOP (Service Specific Connection-Oriented Protocol) – служебноориентированный протокол с установлением соединения и SSCF (Service Specific Coordination Function) – функций специальных услуг координации.
Рисунок 8.1. Типы сигнализации в сети АТМ
Рисунок 8.2. Структура уровня адаптации S-AAL
Основное достоинство протокола SSCOP – предоставление гарантий доставки сигнальных сообщений. Реализация SSCOP зависит от функций координации протокола SSCF, который координирует работу SSCOP с сигнальными сообщениями высших уровней (на рисунке 8.2 не показаны). CPCS не меняется в зависимости от службы связи, осуществляющей обмен данными через SAAL. Подуровень SAR – самый нижний подуровень S-AAL, принимающий участие в выполнении функций упаковки и распаковки 48 байтовых сегментов сигнальных сообщений.
В качестве общей части S-AAL могут использоваться AAL-3/4 и AAL-5. Например, AAL-5 способен обнаружить потерянные блоки с помощью механизма проверки последовательности и восстановить их методом повторной передачи, что гарантирует доставку сигнального сообщения.
8.2. Основные функции сигнализации АТМ
Перечислим более подробно все функциональные возможности сигнализации и контроля:
- установление коммутационных соединений «пользователь-пользователь» и «пользователь - много пользователей»;
- соединение с симметричным или асимметричным широкополосным каналами;
- передача сигнала установления соединения;
- сигнализация транспортного сервиса соответствующих классов (AAL-1, AAL-2, AAL-3/4, AAL-5);
- выполнение требований по индикации сигнальных параметров;
- задание VPI/VCI;
- выполнение базовых (основных) функций протокола сигнальных сообщений, включающего элементы информации и процедур;
- сигнализация о непрерывности контроля полосы частот исходящего канала для всех посылаемых сообщений;
- устранение ошибок;
- задание формата адреса сети общего пользования на участке UNI и сети частного (корпоративного) пользователя UNI для индивидуальной идентификации точки окончания (терминала);
- реализация механизма регистрации пользователя сети;
- адресное информирование на другой стороне соединения;
- идентификация совместимости терминалов пользователей;
- адресация многоразовых сервисов;
- соединение мультимедийных терминалов с многими услугами при независимости контроля каждой из услуг.
Все указанные функции сигнализации условно можно разбить на две большие группы:
- функции, связанные с установлением и обслуживанием вызова (Call Control);
- функции, связанные с управлением соединениями, по которым транспортируется информация пользователя (Bearer Control).
Большинство функций сигнализации реализуются в коммутаторах доступа. При этом сообщения сигнализации могут передаваться виртуальными каналами сигнализации SVC (Signaling Virtual Channels), которые могут быть четырех типов:
- виртуальный канал метасигнализации;
- общий широковещательный канал сигнализации;
- селективный широковещательный канал сигнализации;
- виртуальный канал сигнализации «пользователь-пользователь».
8.3. Типы каналов сигнализации и систем
На каждом интерфейсе «пользователь-сеть» Ш-ЦСИО может быть организован виртуальный канал метасигнализании. Этот канал является постоянным и двунаправленным и используется для установления, проверки и разъединения селективных широковещательных виртуальных каналов сигнализации и каналов типа «пользователь-пользователь».
Виртуальный канал метасигнализации является постоянным. Виртуальный канал сигнализации «пользователь-пользователь» организуется одним из пользователей, когда он активизирует соединение. При этом созданный канал сигнализации будет двусторонним и используется для установления соединения, контроля и разъединения виртуальногоканала, по которому передается пользовательская информация.
Широковещательные виртуальные каналы сигнализации являются однонаправленными. Они организуются от сети к пользователям и служат для передачи сигнальных сообщений во все оконечные точки сигнализации сети доступа.
В ITU-T разработана концепция поэтапного внедрения системы сигнализации в B-ISDN. Эта концепция закреплена в рекомендациях Q.93B, Q.2931, Q.2761.
Предлагается две фазы внедрения сигнализации:
- фаза 1 для постоянных и изменяющихся скоростей передачи;
- фаза 2 для всех видов сообщений, включая полный набор мультимедийных услуг.
В настоящее время внедряется первая фаза.
Для взаимодействия на транспортном участке сети ATM разработана сигнальная система, опирающаяся на сигнальную систему № 7 (ОКС7), но предназначенная только для ATM сети.
Необходимо отметить, что кроме протоколов сигнализации ITU-T разработаны протоколы ATM-Forum для корпоративных и частных сетей. Протоколы ITU-T и ATM-Forum для абонентского участка (UNI) основаны на принципах DSS-1 (Digital Subscriber Signaling), применяемых в N-ISDN.
Система абонентской сигнализации ITU-T, называемая DSS-2 предполагает две конфигурации «пользователь-сеть»:
- конфигурация доступа «точка-точка» с фиксированным значением VPI:0/VCI:5;
- конфигурация доступа «точка - много точек» со значением VPI и VCI, назначаемыми метасигнализацией по потребности.
При конфигурации доступа «точка-точка» на стороне пользователя имеется только одна оконечная точка сигнализации (рисунок 8.3).
Таким оконечным оборудованием может быть односервисный терминал или широкополосное сетевое окончание. Для этого типа доступа требуется организация одного постоянного канала сигнализации VPI:0/VCI:5 (рисунок 8.4).
Рисунок 8.3. Конфигурация доступа «точка-точка»
Рисунок 8.4. Формирование сигнального сообщения
Архитектура протокола сигнализации для этой конфигурации показана на рисунке 8.2. При конфигурации «точка - много точек» на стороне пользователя имеется несколько оконечных точек сигнализации. В этом случае для организации и управления другими виртуальными каналами сигнализации необходим постоянный виртуальный канал метасигнализации VPI:0/VCI:1.
Метасигнализация (рекомендация ITU-T Q.2120) используется для установления, поддержания и разъединения виртуальных каналов сигнализации в интерфейсе «пользователь-сеть» и работает только по выделенному виртуальному каналу метасигнализации.
Протокольные процедуры метасигнализации имеют возможности:
- определяют оконечные точки сети сигнализации;
- назначать скорости для виртуальных каналов сигнализации;
- разрешать возможные конфликтные ситуации.
Сегмент сигнального сообщения приведен на рисунке 8.5.
Скоростные градации ячеек (пользователь-пользователь) для сигнализации 42, 84, 168, 336, 672, 1344, 2688 ячеек в секунду или при умолчании 42 ячейки в секунду. Идентификатор профиля услуги для запроса со стороны пользователя основных или дополнительных услуг.
Рисунок 8.5. Сегмент сигнального сообщения метасигнализации
PD (Protocol Discriminator) – определитель типа протокола;
PV (Protocol Version) – определитель версии протокола;
МТ (Message Type) – идентификатор сообщения (возможны шесть
типов сообщения);
II (Indicate Information) – индикатор справки;
ISVC А, В – идентификатор виртуального канала сигнализации А, В;
CAUSE – причины запроса или отправления сообщения;
CRC – процедура контроля ошибок
Пример сигнальных сообщений участка «пользователь-сеть» приведен на рисунке 8.6.
Рисунок 8.6. Сигнальные сообщения
ATM-Forum разработал протоколы абонентской сигнализации UNI 3.0/3.1 и UNI 4.0. Особенностью протоколов является высокая степень масштабируемости, надежность и гибкость при выборе коммутаторами маршрута с помощью протоколов динамической маршрутизации.
На межузловом интерфейсе АТМ-Forum предложил использовать протоколы:
IISP (Inter-Switch Signaling Protocol) – промежуточный межузловой протокол сигнализации;
PNNI (Private NNI) – частный протокол межузловой сигнализации.
IISP-протокол предназначен для работы по принципам спецификаций UNI 3.0/UNI 3.1 и основан на процедурах протокола сигнализации, изложенного в этих спецификациях. Такое решение оказалось возможным благодаря симметричности процедур протокола сигнализации «пользователь-сеть». Так, чтобы установить соединение между коммутаторами в сети, один из коммутаторов играет роль «пользователя», а второй «сети» и так далее. Протокол IISP работает в паре с протоколом статической маршрутизации.
Рисунок 8.7. Структура сети сигнализации PNNI
PNNI-протокол, обеспечивающий обмен маршрутной и сигнальной информацией, предназначен для установления коммутируемого виртуального соединения и состоит из протоколов маршрутизации и сигнализации. Он является дальнейшим развитием протокола IISP, который является очень простым и требующим ручной настройки таблиц адресов на каждом коммутаторе.
Особенность протокола маршрутизации PNNI заключается в том, что он позволяет выбирать маршрут для установления соединения с учетом состояния топологии сети, т.е. реального состояния сетевых узлов и соединяющих их каналов. Он использует иерархическую структуру сети, которая составляется в виде логических узлов разного уровня и связывающих их логических звеньев.
На самом нижнем уровне каждый логический узел представлен физическим узлом сети, а его идентификатор соответствует адресу сетевого узла (VPI/VCI 
m/n) (рисунок 8.7).
Логические звенья между узлами на нижнем уровне являются физическим звеном или соединением виртуального тракта VP!
Каждый узел обеспечивает в рамках своей равноправной группы передачу информации о топологии сети, которая используется узлами для вычисления маршрута с учетом параметров качества QoS. Т.о. PNNI интересен тем, что он обеспечивает построение больших территориально распределенных сетей АТМ и без использования SDH в качестве технологии транспортной сети.
Протокол PNNI обладает высокой степенью гибкости, поскольку позволяет в случае выхода из строя направлений передачи данных восстанавливать соединения через альтернативные пути, при этом направление альтернативной маршрутизации не должно быть сформировано до возникновения сбоя в сети, и выбирается коммутаторами АТМ, что приводит к функциям самовосстановления сети АТМ. Наличие динамической маршрутизации в протоколе PNNI значительно усложняет его структуру, которая включает несколько подсистем сигнализации [20, 27, 45].
Установление вызова в B-ISDN UNI
Установление вызова в B-ISDN UNI требует поддержки трех отдельных протоколов одновременно:
- промежуточного локального интерфейса управления (Interim Local Management Interface – ILMI), используемого для регистрации адреса конечного пользователя в сети АТМ (только для UNI версий 3.0 и 3.1 АТМ форума);
- сигнализации уровня адаптации АТМ (SAAL), гарантирующего передачу данных сообщений сетевого уровня;
- сетевого уровня (UNI 3.0 и 3.1, Q.2931, IISP, PNNI), используемого для поддержки, установления и разрыва соединений.
8.4. Адресация в сети АТМ
Для установления коммутируемых виртуальных соединений в сети АТМ необходимо назначить уникальный адрес каждому оконечному устройству. На начальной стадии становления B-ISDN структура форматов адресов для сетей общего пользования и частных сетей была различной из-за разных требований к адресации.
Требования в сетях общего пользования:
- единство адресного пространства в рамках международной сети (по ITU-T);
- возможность взаимодействия АТМ с другими сетями (ISDN, Frame Relay), использующими адреса в формате E.164;
- возможность расширения адресного пространства.
Рисунок 8.8. Форматы адресов в сетях общего пользования
AFI (Authority and Format Indicator) – индикатор формата заголовка (число 47, 39 или 45);
DSP (Domain Specific Part) – специальная часть адреса;
IDI (Initial Domain Identifier) – идентификатор начальной части адреса;
IDP (Initial Domain Part) – начальная часть адреса;
AESA (ATM End System Addresses) – адрес АТМ оконечной системы
Согласно этим требованиям ITU-T предусмотрел использование в сети общего пользования формата адреса по рекомендации Е.164 (рисунок 8.8).
В формате А адрес состоит из обязательного поля адреса Е.164 (8 байт) и поля подадреса (до 20 байт), обеспечивающего дополнительную адресную емкость вне плана нумерации. Подадрес передается по сети АТМ от пользователя к пользователю прозрачно. Структура поля подадреса нестандартизирована, однако обычно применяется формат точки доступа к услуге сетевого уровня согласно рекомендации ITU-T Х.213.
Учитывая, что сеть АТМ общего пользования должна взаимодействовать с частными сетями АТМ, были расширены международные стандарты. Так согласно рекомендации ITU-T E.191 для адресации в сети АТМ общего пользования может применяться формат адреса AESA (на рисунке 8.8 формат Б). AESA состоит из начальной части домена (области) IDP и специальной части домена (области) DSP. Информация, содержащаяся в поле IDP, используется для маршрутизации в сети общего пользования. Она указывает на номер абонента в формате Е.164, администрацию, ответственную за выделение кодов в рамках сети общего пользования, и тип адреса – групповой или индивидуальный.
Рисунок 8.9. Форматы AESA
HO-DSP (High Order-Domain Specific Part) – адресная часть
пространства для подсети;
ESI (End System Identifier) – идентификатор конечной системы;
SEL (Selector) – селектор, используемый конечной системой
Информация DSP передается в сети общего пользования без обработки и содержит адрес пользователя в частной сети АТМ.
При адресации в частных сетях АТМ-Forum предусматривает использование трех форматов адреса AESA: NSAP (OSI Network Service Access Point – точка доступа к услугам сетевого уровня семиуровневой модели открытых систем); DCC (Data Country Code – код страны); ICD (International Code Designator – идентификатор организации) (рисунок 8.9).
Указанные форматы основаны на OSINSAP, однако за выделение адресного пространства отвечают разные международные организации.
Формат NSAP E.164 предназначен для использования в сетях АТМ общего пользования, где распределение адресного пространства регулируется ITU-T.
Формат DCC используется в США. Распределение в нем адресов могут осуществлять организации, зарегистрированные в стандарте ISO 3166.
Формат AESA ICD выдают организации, которые зарегистрированы институтом стандартов Великобритании BSO (British Standards Organization).
В России система адресации в сети АТМ может быть выполнена двумя способами (согласно РД 45.123-99): нумерация Е.164 и адрес AESA.
В сети АТМ России должна использоваться двухуровневая система адресации согласно требованиям пересмотренной (1998 год) рекомендации Е.191 ITU-T.
В качестве первого уровня адресации, определяющего окончание сети АТМ общего пользования, должен использоваться формат Е.164.
В качестве второго уровня адресации, определяющего элементы сети АТМ ограниченного пользования (корпоративной сети АТМ) сети средств пользователя, подключенные к сетевому окончанию сети АТМ общего пользования должен использоваться любой формат адреса AESA (DCC AESA, ICD AESA, E.164 AESE, Local AESA, ITU-T).
Рисунок 8.10. Структура адреса Е.164 для России
Сеть АТМ общего пользования должна распознавать все возможные виды форматов адреса AESA и, если пользователь указал только адрес AESA, формировать номер Е.164 для маршрутизации вызовов через сеть АТМ общего пользования. При передаче адреса AESA сеть АТМ общего пользования не должна его изменить.
Структура номера Е.164 для России приведена на рисунке 8.10 [40].
Согласно стандарта ISO 3166 значение кода IDI для России равно 643. Поле HO-DSP для сетей общего пользования и частных сетей включает следующие поля (рисунок 8.11):
х1х2– поле организации (1 байт);
х3х4х5х6х7х8 – поле кода оператора магистральной сети или корпоративной сети (3 байта);
х9х10х11х12 – поле кода точки подключения к магистральной сети или сети корпоративной (2 байта);
х13х14х15х16 – поле кода точки подключения к региональной сети (2 байта).
Значения полей кодируются десятичными цифрами, каждая цифра занимает 4 бита.
Рисунок 8.11. формат адреса NSAP DSP
8.5. Маршрутизация в сети АТМ
Сложная топология сети АТМ требует использования протоколов маршрутизации. При этом нет необходимости маршрутизировать данные пользователя – достаточно выполнить маршрутизацию запросов на установление виртуальных соединений.
Известно множество методов маршрутизации, которые подробно описаны в литературе [32, 34]. Маршрутизация может быть основана на адаптивных и неадаптивных алгоритмах. Неадаптивные алгоритмы не учитывают при выборе маршрута топологию и текущее состояние сети, не измеряют трафик в линиях. Вместо этого выбор маршрута для каждой пары станций производится заранее, в автономном режиме, и таблица маршрутов создаётся при загрузке сети. Адаптивные алгоритмы, напротив, изменяют решения о выборе маршрутов при изменении топологии сети и также часто в зависимости от загруженности линий. Адаптивные алгоритмы различаются по месту получения информации, по причинам изменения маршрута и происхождением данных для определения оптимального маршрута. Для сетей АТМ Форум АТМ в 1996 году принял первую редакцию протокола PNNI, который включает адаптивные функции маршрутизации и сигнальную систему. В сети, поддерживающей протокол PNNI, маршрутизация запросов выполняется на основе первых 19 байт адреса АТМ (всего в адресе 20 байт). Каждый коммутатор в сети имеет уникальный 22 байтовый идентификатор. Отдаленные узлы (коммутаторы) группируются и каждая группа идентифицируется 14 байтовым идентификатором группы. Все узлы в одной группе имеют один и тот же идентификатор группы. Этот идентификатор формируется по адресам АТМ коммутаторов. При назначении адресов стараются сделать так, чтобы место положения любого узла можно было однозначно определить по адресу. В сложных иерархических сетях в состав адреса закладывается информация об уровне иерархии протокола PNNI.
Для получения информации о текущем состоянии соседних коммутаторов происходит постоянный обмен специальными сообщениями (протокол PNNI – Hello), которые проходят через каналы. Успешная передача этих сообщений указывает на возможность использования этих каналов.
Информация о маршрутной топологии сети для PNNI включает сведения об узлах, каналах связи, доступных адресах, параметрах скорости передачи данных, задержки и т.д. Т.о. каждый узел сети может хранить запись, описывающую «видимую» им часть сети. В терминологии PNNI эти записи называются элементами состояния топологии (PNNI Topology State Element, PTSE). Если узел, кроме своего PTSE, имеет PTSE всех узлов своей группы, он может вычислить маршрут для любого адреса группы. Соединение может быть осуществлено только по тому адресу, который указан в PTSE на одном из доступных коммутаторов. Размер группы ограничен объемом памяти и мощностью процессоров коммутаторов. Каждый адрес, канал связи, узел сети повышают объем информации о топологии группы и требуют дополнительных ресурсов коммутатора. Поэтому для улучшения масштабируемости протокол PNNI поддерживает иерархическое построение сети, что позволяет обслуживать практически неограниченное число каналов связи и узлов, не требуя при этом больших ресурсов коммутаторов. Примеры протоколов адаптивной и неадаптивной маршрутизации рассмотрены в [20, 30, 34].
Контрольные вопросы
1. Какое назначение имеет S-AAL?
2. Какие протокольные подуровни поддерживают S-AAL?
3. Какие основные функции выполняет сигнализация в АТМ?
4. Какие каналы сигнализации предусмотрены в B-ISDN?
5. Какие фазы внедрения сигнализации предусмотрены ITU-T?
6. Каким образом назначаются каналы сигнализации?
7. С какой целью применяется метасигнализация?
8. Какие процедуры характерны для сигнализации?
9. Какая информация сосредоточена в сигнальном сегменте?
10. Какие сигнальные протоколы предусмотрены для UNI и NNI?
11. Какие виды адресации могут быть использованы в B-ISDN?
12. Чем отличаются форматы адресов?
13. Что следует понимать под маршрутизацией в сети АТМ?
14. Какая информация необходима для маршрутизации?
15. Какое общее подразделение имеют алгоритмы маршрутизации?