IP ALAPÚ TÁVKÖZLÉSlab Asynchronous Transfer Mode ATM Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem TMIT BME I

Átírás

1 lab Asynchronous Transfer Mode ATM Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem ATM és a B-ISDN Az N-ISDN hálózat/szolgáltatás bevezetése lekéste az adatátviteli igények fejlődését Beszéd: vonalkapcsolt, 64 kbps Adat: vonalkapcsolt nx64 kbps, 2 Mbps, esetleg csomagkapcsolt 16 kbps A B-ISDN alapvetően az adatban akart szélessávú lenni: az átvitel és a kapcsolás legyen egységes: csomagkapcsolás, illetve annak egy fajtája: cellakapcsolás 2 ATM céljai különböző szolgáltatások hatékony megvalósítása hatékony erőforrás-kihasználás kis bonyolultságú kapcsolás a feldolgozási idők minimalizálása a szükséges tároló-méretek minimalizálása különböző minőségi követelmények kielégítése 3 1

2 Jellemzők A B-ISDN ajánlott átviteltechnikája csomag(cella)kapcsolt átvitel gyors kapcsolás hibajavítás nélkül virtuális csatornák szükséglet szerinti sávszélesség biztosítása statisztikus multiplexelés fix hosszúságú csomagok (cellák) a fejrész feladatai minimálisak különféle minőségi garanciák 4 Jellemzők Szolgáltatás független átviteli technika Nincs hibavédelem Végpontok protokolljára van bízva Megbízhatóbb átvitel Összeköttetés orientált Logikai/virtuális kapcsolat felépítés Erőforrások lefoglalása (statisztikai alapon) Fejléc szerepe csökken Korlátozott funkciók Virtuális összeköttetés azonosítók ez alapján routol Hibajavítás! Információs mező hossza kicsi Kapcsolókban kicsi bufferek Késleltetés kicsi 5 Aszinkronitás és statisztikus multiplexelés 6 2

3 Fix és változó hosszúságú cellák jellemzői Fix (ATM): egyszerűen kezelhető (pl. kapcsolható) kapacitásveszteség lehet: nem teljesen kitöltött cellák (rövid üzenet v. nem n x 48 oktett) Változó (IP): jobb kihasználtságot biztosít nehezen kezelhető a késleltetés-ingadozás nem tartható kézben 7 ATM cellák mérete Fix hosszúságú cellák mérete kis cellák: kis üzenethiba-arány (rövid cella elvesztése még javítható) kis sorbanállási késleltetés kis késleltetés-ingadozás kis kapacitásveszteség a nem kitöltött celláknál nagy overhead, de a fejléc viszonylag kicsi! (5/53) Gyors feldolgozás Összekötettés alapnál elegendő az eredmény: kis végtől-végig késleltetés nagy cellák: elhanyagolható overhead nagy késleltetés-ingadozás kapacitásveszteség kis adategységeknél (pl. vezérlő üzenetek) 8 cellaméret: 53 oktet (bájt) fejrész: 5 oktet Cellaformátum GFC (Generic Flow Control) forgalomszabályozás a felhasználó-hálózat interfészen VCI/VPI kapcsolat azonosítás PT (Payload Type) felhasználói adat, OAM... CLP (Cell Loss Priority) a nem eldobható cellák jelölésére HEC hibaellenőrzés, csak a fejrészre 9 3

4 ATM referencia modell 10 ATM referencia modell 11 Fizikai réteg Két alréteg TC átviteli konvergencia alréteg Transmission Convergence a fizikai közegtől független eljárások HEC generálás és ellenőrzés cella határok megtalálása (keret v. HEC) egyenletes cellafolyam előállítása (idle cells) PMD átviteli közeg függő alréteg Physical Medium Dependent jelátvitel, az átviteltechnikától függően időzítési információk kinyerése optikai/elektronikai átalakítás 12 4

5 Fejrész ellenőrzés TC alréteg: forrásnál HEC mező kialakítása kapcsolópontoknál HEC ellenőrzés egyszeres hibák javítása nem helyreállítható hiba esetén a cella eldobása Tipikus hibák: egyszeres bithiba hiba börszt, általában a link meghibásodása miatt 13 Szemantikus átlátszóság 3 féle hiba adódhat: Információs mező Átviteli bithiba Buffer túlcsordulás esete Csomagvesztés Hibás routolás fejléc hiba miatt javítható? 14 Hibás routolás 2 hiba 1-1 összeköttetésben: Csomagvesztés egyik ök-ben Csomag beszúrás masik ök-ben Hibasokszorozódás B - hibaarány H=h+i, h -header, i -információ Header meghibásodásának valószínűsége: Információs mező meghibásodásának valószínűsége i B h + i h B h + i 15 5

6 Hiba sokszorozódás M 1 (i=128) M 1 (i=512) M 2 (i=128) M 2 (i=512) M 3 2h + 1 M1 = h 1+ i h + 1 M 2 = h 1+ i 1 M 3 = h 1+ i 16 Adaptív hibakorrekció Hiba sokszorozódás kivédésére adaptív korrekció error (multi, single bit) correct detect no error no error error 17 Cellahatár detektálás Szinkronizálás a cellahatár detektálásával, a HEC szekvencia alapján 18 6

7 Fizikai réteg átviteltechnikák 1. PDH 2. SDH/SONET 3. ATM saját átviteltechnikája Nyers cella blokk-kódolt 4. WDM felett bármely a fentiek közül 5. Hozzáférési hálózatokban (ADSL) 19 ATM referencia modell 20 Az ATM réteg funkciói Független a fizikai közegtől GFC generic flow control ATM fejléc generálás, kifejtés A cellák útvonalválasztása és kapcsolása: a routing táblák generálása, letöltése VPI-VCI transzláció Cellák multiplexelése / Demultiplexelése A cellák megkülönböztetése a hordozott információ függvényében - PTI CLP érvényesítése Összeköttetések felépítése és bontása A QoS igények kiszolgálása 21 7

8 Jellemzők hibavédelem hiánya az átviteli közeg hibaaránya eleve alacsony nagy késleltetést okozna a hiba-detekció és javítás a végpontok javítanak átvitel-vezérlés (flow control) hiánya A digitális átvitel, a kapcsolás és a nagy tárolók minimalizálják a túlcsordulást és cellavesztést A hívásengedélyezés (CAC) előre gondoskodik erőforrásokról Kritikus helyzetben az alacsonyabb prioritású cellákat dobják el 22 Átviteli út 23 ATM cellaformátumok ATM cella: 5 bájt fejléc, 48 bájt adat Interfészenként különböző UNI - User Network Interface GFC VPI VCI VCI PT HEC VPI VCI RES CLP data 24 8

9 ATM cellaformátumok 2 NNI - Network Network Interface VPI VCI VPI VCI PT HEC VCI RES CLP data 25 A virtuális út (VP) és csatorna (VC) ATM hálózatban az összeköttetéseknek két szintjét különböztetjük meg VP (Virtual Path) (VPI-vel azonosítva) 1 fizikai link hosszú VC-ket fog össze VC (Virtual Channel) (VCI-vel azonosítva) VP-n belül 26 Virtuális út (VPC) és a csatorna (VCC) kapcsolata VP összeköttetés az együtt kapcsolható csatornák összefogása (nyalábolása) VC összeköttetés (egy összeköttetés ATM hálózatban) a kapcsolópontok közötti virtuális csatornák sorozata melyet az irányítási táblák definiálnak a virtuális csatornákhoz felhasználói paraméterek és minőségi követelmények rendelhetők 27 9

10 ATM cella irányítás Címke alapú irányítás Az irányítási információ nem a teljes cím, mert explicit címzés a rövid cellákban nem gazdaságos az irányítási táblát kapcsolat-felépítéskor töltik ki az útvonal lehet rögzített, vagy dinamikusan változó irányítási információ a VPI-VCI érték a VPI-VCI értékek csak lokális információt hordoznak 28 ATM forgalom-menedzselés Célja a megkívánt szolgáltatás minőségének biztosítása, a megadott forgalmi paraméterek alapján Források jellemzése, QoS paraméterek Hívásengedélyezés és sávszélesség foglalás Forgalomszabályozás a kapcsolat fenntartása idején Torlódásvezérlés 29 Források jellemzése a forrás forgalmi jellemzői a szolgáltató szempontjából szolgáltatások minőségi követelményei a felhasználó szempontjából a kapcsolat kiépítésekor rögzített paraméterek ez az ún. forgalmi szerződés (traffic contract) 30 10

11 A forgalom jellemzése A forgalom jellege, jellemzői: minimális paraméterhalmaz, melyet a felhasználó ad meg, effektív forgalomszabályozást és jó kapacitás kihasználtság elérését teszi lehetővé Előzetes ismeretekre van szükség: a hang és képátvitel igényei előre becsülhetők a LAN állomások forgalma nem becsülhető 31 Forgalom jellemzők Forrás forgalmi leírói: Peak Cell Rate (PCR) Sustainable Cell Rate (SCR) Maximum Burst Size (MBS) Maximum Frame Size (MFS) Minimum Cell Rate (MCR) Cell Delay Variation Tolerance (CDVT) konformancia definíció (pl. Lyukas vödör) 32 Forrás típusok és kiszolgálásuk CBR forrás sebesség VBR forrás csúcssebesség átlagsebesség börsztösség aktív és teljes periódusok hossza ABR a várható forgalom csak nagyon rosszul becsülhető hatékony sávszélességfoglalás nem lehetséges de jellemzően nincsenek késleltetési korlátok (csak cellavesztési) UBR nincs sem kesleltetés sem cellavsztési garancia 33 11

12 Szolgáltatások minősége: QoS paraméterek Áramkörkapcsolt hálózatokban kapcsolat felépítési és bontási idők blokkolási valószínűség Csomagkapcsolt hálózatokban késleltetés csomagvesztés valószínűsége Az információtranszfer jellemzői - a cellák átvitelével összefüggő paraméterek Kialkudható peak-to-peak CDV (Cell Delay Variation) max CTD (Cell Transfer Delay) CLR (Cell Loss Ratio) Kialkudhatatlan CER (Cell Error Ratio) SECBR cella-blokk hibaarány (Severely Errored Cell Block Ratio): Több mint M cella az N-ből meghibásodott, eltévedt vagy elveszett CMR (Cell Misinsertion Rate) 34 ATM referencia modell 35 ATM adaptációs réteg (AAL) Alkalmazások eltérő igényeinek megfelelő átvitel biztosítása: időzítés Cellasorrend kezelése Cellavesztés detektálása, kezelése Késleltetésingadozás kiegyenlítése 36 12

13 Jellemzők Alkalmazásfüggő szolgálatok 4 szolgálat csoport 5 AAL típus fő funkciók szegmentálás cella sorrend ellenőrzés időzítés, késleltetés ingadozás kiegyenlítése változó csomaghossz kezelése hibadetektálás, elveszett vagy hibás cellák kezelése kapcsolatazonosítás 37 Szolgálat osztályok Szempontok: időzítés szükségessége állandó vagy változó bitsebesség összeköttetés-orientált vagy összeköttetés mentes átvitel A: kódolatlan hang, video, nx64 emuláció B: kódolt, tömörített (VBR) video C: összeköttetés alapú adatátvitel: FR, X.25 D: LAN-ok közti adatátvitel: IP, SMDS 38 Alkalmazásfüggő funkciók Példa: állandó sebességű szolgáltatások (CBR) jellemzően beszéd-, és video-átvitel Késleltetés-ingadozásra érzékeny adatvesztésre nem túlzottan érzékeny feladatok cellák kialakítása időzítés (órajel visszaállítása) a késleltetés-ingadozás kiegyenlítése az elveszett cellák helyettesítése a tévesen beékelődött cellák eldobása 39 13

14 Alkalmazásfüggő funkciók Változó sebességű szolgáltatások (VBR) tömörített mozgó-kép, hang Késleltetés-ingadozás korlátozandó információvesztés korlátozandó feladatok cellák kialakítása időzítés (nem minden esetben) részben telített cellák kezelése cellavesztéskor újraküldés biztosítása vagy kérése rt-vbr nrt-vbr 40 AAL al-rétegek és típusok SAR (Segmentation and Reassembly) : CS adategységek cellákra bontása ill. visszaállítása, SAR fejrész generálás CS (Convergence Sublayer) CPCS (általános rész): alkalmazás-független eljárások SSCS (szolgálat specifikus rész) 41 AAL 1 A osztályú szolgálatok számára jellemzően beszéd, hang, video átvitel állandó bitsebesség forrás-nyelő szinkronizálás szükséges Az ATM adatmező felépítése: SN: cella sorszám (1...7) SNP: ellenőrző tag CSI: jelzi, hogy a 47 byte tartalmaz-e időzítési információt EPB: paritás jelző (SN+CRC) 42 14

15 AAL 1 SAR réteg feladatai SN, SNP generálás vételnél SN ellenőrzése, hibajavítás cellasorszám ellenőrzés CS réteg feladatai cellavesztés és idegen cellák kezelése SAR réteg üzenete alapján helyettesítés egy előre definiált mintával a cellakésleltetés ingadozásának kiegyenlítése az órajel frekvencia beállítása 43 VBR szolgáltatások AAL 2-5 Változó hosszúságú adategységek szegmentálás az összetartozó cellák kezelése nem kitöltött cellák kezelése Cellavesztés kezelése Összeköttetés mentes átvitel 44 AAL 3/4, 5: szegmentálás a CS al-réteg változó hosszúságú üzenetet továbbít amit a SAR al-réteg cellákba rendez 45 15

16 Az AAL 3/4 CS-PDU keret felépítése és feladatai CPI - Common Part Indicator: verzió értelmű, jelenleg 0 BTag - Beginning Tag: (BTag = ETag) ellenőrzés BASize - Buffer Allocation Size: vételnél mennyi puffer kell a CPCS- PDU összeállításához (tájékoztató adat) PAD: 32 bites határra igazítja az adatot AL Alignment: 32 bitre kerekíti a farokrészt ETag - Ending Tag: lásd BTag Length: CPCS-PDU Payload Length (ez a tényleges hossz) 46 Az AAL 3/4 SAR-PDU cella felépítése és feladatai Type: 10 első, 00 közbenső, 01 utolsó, 11 single Seq.No.: lehetővé teszi cellevesztés detektálását MID: Multiplexing Identifier, a vevő válszthat 1024 adó közül, amelyek ugyanazt a VCI-t használják Length: a cellában lévő, érvényes adatbyte-ok CRC: az ATM fej kivételével képezett ellenőrző kód 47 Az AAL 3/4 CS-PDU keret felépítése és feladatai CPI - Common Part Indicator: verzió értelmű, jelenleg 0 BTag - Beginning Tag: (BTag = ETag) ellenőrzés BASize - Buffer Allocation Size: vételnél mennyi puffer kell a CPCS-PDU összeállításához (tájékoztató adat) PAD: 32 bites határra igazítja az adatot AL Alignment: 32 bitre kerekíti a farokrészt ETag - Ending Tag: lásd BTag Length: CPCS-PDU Payload Length (ez a tényleges hossz) 48 16

17 Az AAL 5 CS-PDU keret felépítése és feladatai SEAL Simple and Efficient Adaptation Layer Az SAR réteg nem ad többletinformációt, csak darabol pl. FR, IP átvitelére Rövidítések: CPI Common Part Indicator UU User-to-User indication CRC-32 PDU-hoz tartozó utolsó cella PTI mezője nem 0 (a többié 0) 49 17