Systemy i Sieci Telekomunikacyjne TI ATM Krzysztof Wajda Katedra Telekomunikacji AGH marzec, 2017
Zakres wykładu Terminale szerokopasmowe Podstawy ATM Wirtualizacja zasobów QoS, GoS QoS, GoS Warstwowa budowa protokołu Rola warstwy AAL
Literatura Rekomendacje ITU Dokumenty IETF (RFC i drafty) D. Ginsburg, ATM. Solutions for enterprise networking, Addison-Wesley, 1999 K. Nowicki, J. Woźniak, Sieci LAN, MAN, WAN, Wydawnictwo Fundacji Postępu Telekomunikacji Materiały wykładowe: http://kt.agh.edu.pl/~wajda Artykuły z IEEE Communications Magazine Dokumenty standaryzacyjne ATM Forum
Terminale typy, opis procesu generacji ruchu
Nowoczesna usługa szerokopasmowa Wymaganie na pasmo do pojedynczego abonenta powyżej 2 Mbit/s usługa: niesymetryczna, interaktywna, mutlimedialna
Cechy usług szerokopasmowych (1) Usługi wymagające transmisji w jednym lub w dwu kierunkach (unidirectional or bidirectional services), dla których kanał zwrotnej transmisji może być wymagany lub nie; usługi typu symetrycznego lub niesymetrycznego (symmetric or asymmetric services); usługi wąsko- i szerokopasmowe (narrowband and broadband services); usługi o stałej i zmiennej szybkości strumienia bitów (Constant Bit Rate - CBR - and Variable Bit Rate - VBR);
Cechy usług szerokopasmowych (2) Usługi zorientowane na połączenie i bezpołączeniowe (Connection-oriented - CO - and Connectionless - CL - services); usługi topologicznie dedykowane (międzypunktowe) lub typu rozgłoszeniowego (point-to-point and point-tomultipoint services); usługi mobilne lub niemobilne (mobile and non-mobile services); usługi wymagające przetwarzania danych wewnątrz sieci (services with data processing).
Parametry opisujące zgłoszenie Wybrane parametry muszą spełniać następujące warunki: mieć istotny wpływ na opis działania multipleksera - jako podstawowego elementu funkcjonalnego ATM, muszą być użyteczne zarówno dla sterowania przyjęciem zgłoszenia w czasie rzeczywistym jak również w procesie wymiarowania sieci, łatwość do przewidzenia jak również kontroli (czyli zarówno dla CAC jak i UPC).
Parametry opisujące zgłoszenie Chwilowy ruch generowany przez aktywne zgłoszenie może być reprezentowane przy pomocy obwiedni ON-OFF, tzn.: maksymalnej szybkości transmisjiźródła R i, średniej szybkości transmisjiźródła A i, lub przy pomocy obwiedni typu normalnego (gaussowskiego), tzn.: średniej szybkości transmisjiźródła A i, odchylenia standardowego szybkości transmisji źródła σ i. W praktyce przyjęto zbiór parametrów związany z modelem ON-OFF
Klasyfikacja źródeł ruchu Źródła typu ON-OFF, dla których charakterystyczne jest naprzemienne występowanie okresów aktywności i ciszy, źródła o zmiennej szybkości generowania danych (VBR- Variable Bit Rate), dla których proces wyjściowy jest skomplikowany i trudny do dokładnego modelowania, źródła o stałej szybkości generowania danych (CBR - Constant Bit Rate), proste do opisu oraz nie dające wielkiego zysku z multipleksacji statystycznej.
Reprezentacja strumienia ruchu poziom zgłoszeń odstęp między zgłoszeniami zgłoszenie poziom bursts cisza burst poziom pakietów pakiety odstęp między pakietami czas trwania pakietów
ATM podstawy ATM podstawy VC, VP
Podstawowe pojęcia techniki ATM kanał wirtualny ścieżka wirtualna multipleksacja statystyczna QoS, GoS, ich wzajemne zależności
Punkty odniesienia w B-ISDN S T B B B-TE1 B-NT2 B-NT1 U B Pętla abonencka TE2 / B-TE2 R B-TA S B TA - adapter terminala (Terminal Adaptor) TE - terminal (Terminal Equipment) NT - zakończenie sieci (Network Termination)
Koncepcja kanału wirtualnego Kanał wirtualny: ciąg łączy i węzłów 46 567 VCL 41 41 46 VCL 46 VCL 567 33 75 VCL 75 VCL 33 567 33 VCL - Virtual Channel Link - User End System - Network Node
Realizacja kanału wirtualnego w sprzęcie VC: sekwencja łączy i węzłów 46 567 VCL 41 41 46 VCL 46 VCL 567 33 75 VCL 75 VCL 33 567 33 VCL- Virtual Channel Link - User End System - Network Node
Koncepcja ścieżki wirtualnej (36,338) (0,75) VCL 41 (0,41) (36,338) VPC 36, VCL 338 VCL 75 VPC VCL - Virtual Path Connection - Virtual Channel Link - User End System - Network Node
Łącze fizyczne, kanały wirtualne, ścieżki wirtualne VC VC VP VP Łącze ATM (medium transmisyjne) VP VP VC VC VC VP VP VC WIRTUALIZACJA ZASOBÓW
Topologie logiczne ścieżek wirtualnych tworzone w sieci o prostej strukturze fizycznej (a) VP na łącze (b) VP typu end-to-end (c) VP na łącze i dla usługi (d) VP dla usługi i typu end-to-end
Transformacja struktury fizycznej w logiczną dzięki zastosowaniu ścieżek wirtualnych VP typu end-to-end
Struktura sterowania ruchem pojemności łączy i komutatorów zarządzanie poziom sieci przydział pasma scieżkom wirtualnym parametry ścieżki obciążenie ścieżek zgłoszenia poziom zgłoszeñ przydział pasma zgłoszeniom parametry zgłoszeñ informacja o natłoku bieżący ruch poziom pakietów egzekwowanie pasma zgłoszeń (i ścieżek) POLICING
Zastosowanie ścieżek wirtualnych: upraszcza zarządzanie siecią, umożliwia realizację różnych wymagań jakościowych w oparciu o te same zasoby sieciowe, upraszcza realizację dostępu do sieci, upraszcza realizację doboru trasy (choć może być w związku z tym nieefektywne).
Komutator typu VP oraz VC/VP Komutator VC (VC Switch) Punkt koñcowy VPC VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 VPI 1' VPI 3' VPI 2' VCI 1 VCI 2 VPI 1 VPI 2 VPI 3 VCI 4 VCI 3 VCI 1 VCI 1 VCI 2 VPI 4 VPI 5 VCI 2 Komutator VP (VP Switch) VCI 1 VCI 2 VPI 1 VPI 4 VCI 3 VCI 4 VCI 3 VCI 4 VPI 2 VPI 5 VCI 5 VCI 4 VCI 5 VCI 1 VCI 4 VPI 3 Komutator VP (VP Switch) VPI 6 VCI 2
ATM budowa pakietu, architektura protokołu
Plan Budowa pakietu (komórki) Architektura protokołu ATM Funkcje realizowane w poszczególnych warstwach protokołu ATM
Pakiet w standardzie ATM Długość pakietu ATM (komórki) jest kompromisem pomiędzy następującymi przeciwstawnymi czynnikami: specyficznymi potrzebami aplikacji (usług), np. charakterystyczna długość ramki, opóźnieniem pakietyzacji, wielkością nagłówka niezbędnego z powodów transmisyjnych (priorytety, adresowanie), narzutem związanym z zabezpieczeniem nagłówka, stopniem skomplikowania realizacji sprzętowej (hardware).
Ogólny format pakietu Bity 8 7 6 5 4 3 2 1 Nagłówek 5 oktetów Pole informacyjne 48 oktetów 1... 5 6.. Pakiet 53 oktety 53
Format pakietu ATM UNI NNI GFC VPI Octet 0 VPI VPI VCI Octet 1 VPI VCI Header VCI Octet 2 VCI VCI PT CLP Octet 3 VCI PT CLP HEC Octet 4 HEC Octet 5 Information field (48 octets) (48 octets) Octet 52 GFC: VPI: VCI: PTI: CLP: HEC: Generic Flow Control Virtual Path Identifier Virtual Channel Identifier Payload Type Identifier Cell Loss Priority Header Error Control 4-0 bits 8-12 bits 16 bits 3 bits 1 bit 8 bits
Budowa pakietu (1) Pole GFC (Generic Flow Control) - 4 bity, występuje tylko w interfejsie UNI, bez ściśle sprecyzowanej roli, Pole VCI (Virtual Channel Identifier) - 16 bitów (możliwe utworzenie 65536 kanałów wirtualnych w każdej ścieżce wirtualnej), Pole VPI (Virtual Path Identifier) - w styku UNI 8 bitów, w styku NNI 12 bitów (4096 ścieżek), Pole PT (Payload Type) - określa typ komórki,
Budowa pakietu (2) Pole CLP (Cell Loss Priority) - określa priorytet pakietu; gdy CLP=1 pakiet może być usunięty w sytuacji natłoku, Pole HEC (Header Error Control) - użyte w celu wykrywania błędów transmisji, Pole informacyjne - 48 bajtów przeznaczone do przenoszenia informacji użytkownika, zawiera także informację sterującą warstwy AAL.
Architektura protokołu Budowa warstwowa: warstwa adaptacji ATM (ATM Adaptation Layer), warstwa ATM (ATM layer), warstwa fizyczna (Physical layer).
Architektura protokołu (2) Uproszczenie budowy w stosunku do tradycyjnego modelu OSI/ISO model trójwymiarowy zamiast dwuwymiarowego (dla ISDN) lub jednowymiarowego (tradycyjne sieci pakietowe), Trzy warstwy dla ATM równoważne 2 warstwom dla klasycznych sieci pakietowych
Architektura protokołu Management plane P la Control Plane User Plane Higher Layers Higher Layers ATM Adaptation Layer ATM Layer L a y e r M an a g e m en t n e M an a g e m en t Physical Layer
Funkcje warstw w protokole ATM Z ar z ą d z a n i e w ar s t w a m i Funkcje wyższych warstw Podwarstwa zbieżności Podwarstwa segmentacji i składania Generic flow control Generacja i wydzielanie nagłówka Translacja pól VCI/VPI Multipleksacja i demultipleksacja pakietów Dopasowywanie szybkości transmisji pakietów Generacja i weryfikacja nagłówka pakietu Wydzielanie pakietów ze strumienia bitów Adaptacja ramki transmisyjnej Generacja i odtwarzanie ramki transmisyjnej Realizacja podstawy czasu Funkcja łącza fizycznego Wyższe warstwy C S S A R T C P M A T M A A L W ar s t w a f i z y c zn a
Warstwa AAL
Plan Rola warstwy AAL Klasy usług Podwarstwa zbieżności (CS) Podwarstwa segmentacji i składania (SAR) Wersje AAL1 AAL5
Warstwa AAL Stanowi warstwę pośrednią pomiędzy warstwami wyższymi protokołu ATM a warstwą ATM, realizuje takie funkcje jak: wykrywanie i reakcja realizuje takie funkcje jak: wykrywanie i reakcja na błędy transmisji, rozpoznawanie zagubionych lub niesekwencyjnych pakietów, sterowanie przepływem, kontrola podstawy czasu w systemie.
Klasy usług Klasa A Klasa B Klasa C Klasa D Synchroniza cja między terminalami Szybko ść bitowa Tryb po łączenia sta ła wymagana po łączeniowy Nie wymagana zmienna bezpo łącze niowy Typ AAL 1 2 3/4 i 5 typ 5
Funkcje podwarstwy CS Dopasowanie wielkości i cech jednostek danych aplikacji do sposobu ich przenoszenia w sieci ATM, Korekcja błędów, Realizacja synchronizacji.
Funkcje podwarstwy SAR Transformacja jednostek PDU wyższych warstw (aplikacji) na jednostki SDU (pola informacyjne komórki) oraz odwrotnie, warstwa n+1 warstwa n PCI n + PDU n+1 SDU n PDU n warstwa n-1 SDU n-1
AAL1 Przesyłanie danych w trybie CBR (usługa transferu jednostek SDU ze stałą szybkością), Zmniejszanie wpływu zmiennego opóźnienia komórek, Reagowanie na stratę komórek lub zmianę kolejności, Odtwarzanie częstotliwości zegara w odbiorniku, Monitorowanie i obsługa błędów pola kontrolnego AAL (SNP).
Format SAR-PDU dla AAL1 cell header SN SNP SAR-PDU payload SAR-PDU header SAR-PDU SN SNP = Sequence Number = Sequence Number Protection (4 bits) (4 bits)
Nagłówek SAR-PDU Najbardziej znaczący bit pola SN może być wykorzystany do specjalnych celów, 3 mniej znaczące bity zliczają komórki modulo 8, Pole SNP chroni cały nagłówek SAR-PDU,
Nagłówek SAR-PDU dla AAL1 SN-field SNP-field Special Purpose Indication Sequence Number Count CRC Parity Bit (Even)
Warstwa AAL1- podsumowanie Warstwy wyższe Pojedyncze bity lub bajty 47 bajtów Podwarstwa zbieżności konsolidacji (CS) SN SNP 48 bajtów Podwarstwa segmentacji i składania (SAR) ATM header SN SNP 53 bajty Warstwa ATM
AAL2 Przygotowana pod kątem realizacji usług VBR wraz z zachowaną synchronizacją odbiornika i nadajnika, Jednostki CS-PDU o różnej długości, Przez długi czas brak było ustaleń dotyczących stosowania AAL2, Duże zainteresowanie realizacją usług głosowych, w tym dla telefonii komórkowej,
Funkcje podwarstwy CS dla AAL2 Korekcja błędów dla usług audio i wideo, Realizacja synchronizacji terminali przez przesyłanie znaczników czasu (time stamps), Obsługa zagubionych i niesekwencyjnych komórek.
Format SAR-PDU dla AAL2 cell header SN IT SAR-PDU payload LI CRC SAR-PDU header SAR-PDU trailer SAR-PDU SN IT LI CRC = Sequence number = Information Type = Length Indicator = Cyclic Redundancy Check
AAL3 Przesyłanie danych w trybie VBR (usługa real-time w trybie połączeniowym), Synchronizacja pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem nie jest wymagana, Dwa tryby pracy: przesyłanie danych ramkowanych (framed mode, message mode), typu strumieniowego (streaming mode), Monitorowanie i obsługa błędów AAL (pole CRC w SAR-PDU).
Warstwa AAL3/4 podsumowanie
Warstwa AAL wersje 1-4, podsumowanie SN SNP SAR-PDU Informacja użyteczna nagłówek 1-bajtowy 47 bajtów a) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ 1 SAR-PDU ST IT LI CRC Informacja użyteczna nagłówek 1-bajtowy 45 bajtów b) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ 2 zakończenie 2-bajtowe ST SN Res SAR-PDU Informacja użyteczna LI CRC nagłówek 2-bajtowy c) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ 3 44 bajty zakończenie 2-bajtowe ST SN MID SAR-PDU Informacja użyteczna LI CRC nagłówek 1-bajtowy 44 bajty d) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ 4 zakończenie 2-bajtowe SN ( Sequence Number - 4 bity) - numer kolejny SNP ( Sequence Number Protection - 4 bity) - ochrona SN IT ( Information Type - 4 bity) - typ informacji LI ( Length Indicator - 6 bitów) - wskaźnik, długości CRC ( Cyclic-Redundancy-Check - 10 bitów) - ciąg kontrolny kodu cyklicznego ST ( Segment Type - 2 bity) typ segmentu Res ( Reserved - 10 bitów) - rezerwa MID ( Multiplexing IDentification - 10 bitów) -identyfikator multipleksowania
AAL5 Uniwersalna wersja AAL, pokrywa funkcje realizowane przez AAL3 i AAL4, Przesyłanie danych w trybie VBR, połączeniowym, bez synchronizacji, Brak numeracji kolejnych komórek, Brak mechanizmu retransmisji, SEAL (Simple and Efficient Adaptation Layer),
Format SAR-PDU dla AAL5 ATM cell header SAR-PDU payload SAR-PDU
Podział CS-PDU na komórki ATM CS-PDU CS-PDU trailer podwarstwa CS User data PAD CF LF CRC podwarstwa SAR PT ATM cell (AAL5) ATM cell (AAL5) ATM cell (AAL5) ATM cell (AAL5) PAD = Pad field (0 to 47 bytes) CF = Control Field (2 bytes) LF = Length Field (2 bytes) CRC= Cyclic Redundancy Check (4 bytes)
Podsumowanie Wprowadzenie koncepcji wirtualizacj zasobów (VC i VP) Skomplikowana 3-wymiarowa struktura protokołu Istotna warstwa AAL Wsparcie dla usług multimedialnych
Literatura Rekomendacje ITU Dokumenty IETF (RFC i drafty) Dokumenty standaryzacyjne ATM Forum D. Ginsburg, ATM. Solutions for enterprise networking, Addison-Wesley, 1999 K. Nowicki, J. Woźniak, Sieci LAN, MAN, WAN, Wydawnictwo Fundacji Postępu Telekomunikacji Materiały wykładowe: http://kt.agh.edu.pl/~wajda Artykuły z IEEE Communications Magazine
Dziękuję za uwagę!