Tartalomjegyzék Bevezetés...7 1. ATM elve és tulajdonsága...8 2. Az ATM hálózat felépítése...11 2.1. ATM referenciamodell...11 2.2. Fizikai réteg...13 2.2.1. Fizikai réteg funkciói...14 2.2.4. TC alréteg nem rendszerfüggő funkciói...15 2.3. ATM réteg...16 2.3.1. UNI, NNI...16 2.3.2. VPI/VCI (Virtual Path Identifier, Virtual Channel Identifier)...17 2.4. ATM Adaptációs réteg (ATM Adaptation Layer)...19 2.4.1. AAL-1...20 2.4.2. AAL-2...22 2.4.3. AAL-3/4...22 2.4.4. AAL-5...23 2.4.5. A felhasználói sík SSCS rétegei...24 2.4.6. A kontroll sík SSCS rétege...24 3. Forgalomszabályozás és torlódásvezérlés...26 3.1. Szolgáltatás minőségi paraméterek (QoS)...27 3.2. QoS osztályok...27 3.3. Hozzáférés vezérlés (CAC Connection Admission Control)...29 3.3.1. Késleltetés...32 3.3.2. Cellavesztési valószínűség...32 3.4. Hálózat kapacitásának menedzselése...33 3.5. UPC (Usage Parameter Control), NPC (Network Parameter Control)...33 3.6. Forgalomformálás, Traffic Shaping...34 3.7. Torlódást jelző üzenetek küldése a forrás részére...34 3.8. Leaky Bucket...34 3.9. Ugró ablak (Jumping Window)...36 3.10. Triggerelt ugró ablak (Triggered Jumping Window)...36 3.11. Csúszó ablak (Moving Window)...36 4. OAM (Operating and Maintenance)...37 5. Az ATM B-ISDN jelzésrendszere...40 5.1. Jelzéstovábbítási funkciók...40 5.2. Meta-jelzésrendszer...41 5.3. jelzési konfigurációk...41 5.4. B-ISDN jelzési protokoll...42 5. 4. 1. ATM címformátum...43 6. LAN emuláció...45 6.1. IP-over-ATM...48 6.1.1. Encapsulation (becsomagolás)...50 6.1.2. Klasszikus IP-over-A TM...51 5
Az ATM Hálózatok 6.1.3. Next Hop Resolution Protocol (NHRP)... 51 6.1.4. Cell Switch Routing (CSR)... 53 6.1. 5. Multicast... 54 7. LAN-Flex szolgáltatások (MATÁV RT.)... 56 7.1. A LAN-Flex szolgáltatások műszaki jellemzése... 56 7.1.1. LAN-Bridge... 56 7.1.2. LAN-Route... 57 7.1.3. CELL-Flex... 58 7.1.4. Az alszolgáltatások közös műszaki tulajdonságai... 58 7.2. A szolgáltatás hálózata, ellátási területe... 58 7.3. A szolgáltatások a megrendelő szemszögéből... 59 7.3.1. LAN-Bridge... 59 7.3.2. LAN-Route... 60 7.3.3. CELL-Flex... 60 7.3.4. LAN-Bridge és a LAN-Route szolgáltatások összehasonlítása... 61 7.4. A LAN-Flex általános előnyei... 61 7.4.1. Az egyes szolgáltatások legkedvezőbb alkalmazási területei... 62 7.5. Kinek érdemes ATM alapú szolgáltatást igénybe venni?... 62 Összefoglaló... 63 Summary... 64 Irodalomjegyzék... 65 Függelék... 66 1.függelék: A VC és VP szemléltetése... 66 2. függlék: AAL1 felépítése... 66 3. függelék: AAL3/4... 67 4. függelék: AAL5... 68 5. függelék: OAM... 69 6. függelék: A LAN-Flex hálózat végződtető berendezései... 69 6.1. Catalyst 2820 ATM multiplexer... 69 6.2. Cisco 7200 sorozatú routerek: 7202, 7204... 70 6.3. ATM NTU (Network Termination Unit)... 70 Rövidítések, jelölések... 72 6
Bevezetés A mai információra éhes világunkban egyre gyorsabb, nagyobb sávszélességű kommunikációs csatornákra van szükség. Az eddigi gyakorlat szerint általában a különböző kommunikációs szolgáltatások különböző hálózatokat igényeltek. Az ATM (Asynchronous Transfer Mode) technológia alkalmazása lehetővé teszi a szélessávú ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network, B-ISDN) szolgáltatás bevezetését. A B-ISDN lehetőséget nyújt a hálózaton keresztüli videózásra, élő TV-s közvetítésekre, CD minőségű zenehallgatásra. Az ATM nem csak világméretű hálózatok (WAN-ok) kiépítésére alkalmas, hanem támogatja MAN (városi hálózatok) és a LAN (helyi hálózatok) kiszolgálását is. A LAN emuláció segítségével képes a hagyományos LAN hálózatokkal (pl.: Ethernet, Token Ring) kommunikálni az ATM kapcsoló és ezáltal beintegrálni azokat a nagysebességű hálózatba. Az ATM sebességét tekintve a Gigabites nagyságrendbe tartozik. Maximális sebessége laboratóriumokban már a fizikai határokat súrolja. Kutatóintézetekben elérhetik az 1 Tbit/s-os átviteli sebességet is. Azt, hogy az ATM a jövő meghatározó átviteli technológiája legyen nem csak a nagy átviteli sebesség biztosítja. Egyrészt képes a jelenlegi különböző átviteli eljárásokat az adaptációs rétegeinek segítségével egyesíteni. Másrészt az ATM vezette be a szolgáltatás minőségi paramétereket, mint új fogalmat az átviteli szolgáltatásban. A felhasználó az általa megrendelt minőségű szolgáltatást kapja és erre garanciát is kap a szolgáltatótól. A hálózat ezeket a szolgáltatás minőségi paramétereket betartja, betartatja. Ezt csak úgy lehet elérni, ha a forgalom folyamatos ellenőrzés alatt áll. Az ATM szabványa még nem teljes, alkalmazásában több nyitott kérdés van. A szabványok illetve ajánlások kidolgozásában nagy szerepet tölt be az ATM Forum és az ITU (Nemzetközi Telekommunikációs Egyesület). 7
Az ATM Hálózatok 1. ATM elve és tulajdonsága Az ATM alapelve az, hogy a csomagok mérete legyen kicsi és fix méretű. A nagy és változó méretű csomagok nagy puffereket igényelnek, valamint a késleltetési idő is elfogadhatatlan értékű lehet. Az ATM az információkat 53 byte hosszúságú cellákra bontja, melyekből 48 byte szállít hasznos információt, e cellák folyamait multiplexeli egy közös vonalra. 1.1. Ábra ATM cella Az ATM cella rakománya (payload-ja) nincs védve semmilyen hibaellenőrző eljárással az átvitel során. A fejrész viszont a pontos kapcsolás érdekében védve van. A fejlécben lokális értékű információk szerepeljenek, így redukált funkciók építhetők be. Ezek a lokális értékű információk az úgynevezett virtuális utak (VP Virtual Path) és csatornák (VC Virtual Channel) azonosítására szolgálnak. Az adatátvitelt hívásfelépítés előzi meg, majd a tranzakció után lebontás történik. Az átviteli közeg a legtöbb esetben optikai hálózat, de lehet más az eddigi gyakorlatban alkalmazott fizikai közeg. Az 1.2. ábra egy fizikai közegen lévő virtuális utak (VP) és virtuális csatornák (VC) általános elhelyezkedését mutatja be. 1.2. Ábra VP és VC elhelyezkedése Ha valamelyik VC-n egy ideig nincs átviendő cella, akkor az a VC, azon idő alatt nem foglal el sávszélességet, lehetővé téve, hogy más VC-k viszont többet forgalmazzanak. Ezt statisztikus multiplexálásnak nevezik. A csatornák átlagos sebessége kiadja az átviteli vonal kapacitását, azonban ennél szinte mindig nagyobb vagy kisebb sebességre van szükség igény szerint. Nagyobb sávszélességet igénylő forgalmakat nem lehet maradéktalanul átvinni, hiszen nincs rá kapacitás. Ebben az esetben egy forgalomvezérlő eljárás dönt a túlzott igényekből fakadó torlódás megszüntetéséről, aminek következménye a cellaeldobás. Ez az elv egy lépéssel közelebb helyezi az ATM-et a csomagkapcsolt hálózatok felé. A fix cellaméret hatékony berendezés- 8
orientált áramkörök kifejlesztését teszi lehetővé, így a router-eknél sokkal gyorsabb kapcsoló-berendezések építhetőek. Az Asyncronous Transfer Mode aszinkron jellege abban keresendő, hogy az egy forrásból érkező csomagok szabálytalan időközönként érkezhetnek. Ellentétben a szinkron technikákkal, ahol egy meghatározott időrés áll a csomagok rendelkezésére. Az ATM elve azt mondja, hogy a különböző bitsebességű cellákat eltérő gyakorisággal lehet adni. Minden cellát ugyanazzal az algoritmussal kell kezelni. Ez a dinamikus sávszélesség-menedzselés. VCC kapcsolás Virtuális csatorna kapcsolás esetén mind a VPI mind a VCI értékeket fel kell dolgozni, ami lassabb feldolgozást eredményez. Ez nagyszámú összeköttetések esetén számottevő. Különböző csatornák egymástól függetlenül kapcsolódhatnak esetleg más VPI-hez. VPC kapcsolás Virtuális csatorna kapcsolás esetén csak a VPI mezőben található értékek kerülnek feldolgozásra. A virtuális útban összefogott csatornák egyszerre kerülnek kapcsolásra, a VCI értékek érintetlenek maradnak. A 1.3. ábra a VCC és VPC kapcsolásokról mutat szemléletes képet. 1.3. Ábra VCC és VPC kapcsolások 9
Az ATM Hálózatok Az ATM kapcsolásban két szintet lehet ilyen módon megkülönböztetni: A gyors, de nem intelligens virtuális út szint, melyet a VP cross-connectek végzik. Ez felel meg a vonalkapcsolt technikák analógiájában az átviteli szintnek. A lassúbb, de intelligensebb virtuális csatorna szint, melyet a VC kapcsolók végzik. Ez felel meg a vonalkapcsolt technikák analógiájában a forgalmi hálózati szintnek. 10
2. Az ATM hálózat felépítése Az ATM felépítése rugalmas, a hálózat bármely részén definiálható a nyilvános- és magán hálózatot elválasztó interfész, ami minden esetben UNI (User-Network Interface). A magán hálózat saját magán belül definiálhat NNI (Network-Network Interface) interfészeket a saját kapcsolói között. Ilyen konfigurációs lehetőségek mellett egy nagy hálózat számtalan kis hálózattá bontható szét. 2.1. Ábra ATM hálózat felépítése 2.1. ATM referenciamodell A hálózati protokollok két részre oszthatók: Kapcsolat-orientált Az előbbiek esetén az adatok átvitele előtt szükség van valamiféle kapcsolatfelvételre a két végpont között. Minden csomagot ellátunk a kapcsolat azonosítójával, így a hálózat a már kiépült útvonalon keresztül továbbíthatja csomagjainkat. Ez azzal az előnnyel jár, hogy nem kell minden csomagba elhelyeznünk a címzett és a feladó címét, csupán a kapcsolat azonosítóját. Ezen felül a hálózatnak nem kell minden egyes alkalommal kitalálnia, hogy milyen útvonalon továbbítsa a csomagot, hiszen a kapcsolat felépítésekor az útvonal rögzül. A kapcsolatorientáltság legjobb analógiája a telefonhálózat, ahol a beszélgetés a híváskor kiépült vonalon zajlik. Tipikus kapcsolatorientált hálózati protokoll az X.25, a Frame Relay és az ATM. 11
Az ATM Hálózatok Datagram A második, kapcsolatmentes esetben az adattovábbításhoz nincsen szükség kapcsolatfelvételre, egyszerűen veszünk egy csomagot, megcímezzük és a hálózatra bízzuk annak továbbítását. Ilyen például az IPX, az SMDS és az IP is. A datagram hálózatokban elmarad a kapcsolat-felépítés által okozott késleltetés. Ez a megoldás ezen felül sokkal bonyolultabb is. Ha ugyanis egy kapcsolatorientált hálózatban kiépült kapcsolatunk közepén valamilyen hiba keletkezik, a kapcsolat megszakad. A datagram jellegű hálózatok esetében viszont minden csomag egyedi elbírálás alá esik és ha egy útvonal megszűnik, akkor egy másikon még célba juthat a csomag. Arról, hogy hiba történt, a kommunikáló felek nem is értesülnek. A datagram jellegű hálózatok legjobb analógiája a postai levéltovábbítás, ahol a megcímzett borítékot egyszerűen beejtjük a postaládába, s az célbajut bármilyen forgalmi szituáció esetén is, legfeljebb kis késleltetéssel. Az ATM referencia modell A B-ISDN általános protokoll referencia modelljét a 2.2. ábra mutatja. 2.2. Ábra ATM protokoll referencia modell (B-ISDN) Az ATM, mint a B-ISDN hálózat alapjául kiválasztott technológia, az OSI modelltől eltérő, de réteges szerkezetű referencia modellt használ. Nem csak egymás fölötti rétegek, hanem egymás melletti síkok alkotják a modellt. Fizikai réteg Átviteli Közegillesztő Alréteg (Physical Medium Dependent PMD) feladat az átviteli közeg villamos- és mechanikai paramétereihez való illesztés, valamint a bitszinkron kinyerése. Átviteli Konvergencia alréteg (Transmission Convergence TC) feladat a cellafejléc hibakezelése, az átviteli közegnek megfelelő sebesség illesztése. E réteg állítja elő és 12
dolgozza fel az átviteli kereteket (pl.:stm-1,..), valamint felel a cellák szinkronizációjáért. ATM réteg Feladata a cellafejléc előállítása, kezelése, cellaszintű multiplexelés elvégzése, és nem utolsósorban a kapcsolás végrehajtása a réteg által leképezett irányítási mező segítségével. Feladata továbbá a forgalomvezérlés és előfizetői paraméterek figyelése, szükség esetén a forgalom korlátozása. Ezt a réteget tartják az ATM lelkének. ATM Adaptációs Réteg (AAL: ATM Adaptations Layer ) Szegmentációs alréteg (Segmentation and Reassembly Sublayer SAR) végzi a felsőbb rétegektől kapott keretek szegmentálását, összerakását, és ezek fejlécét állítja elő, illetve kezeli. Ezen kívül felel a cellavesztések és tévesen beszúrt cellák kezelésért. Konvergencia alréteg (Convergence Sublayer CS) feladata az órajel kinyerése, multiplexelés és hibavédelem. A magasabb réteg felbomlik vezérlési síkra (C-), és felhasználói síkra (U-). Bár mindkét sík ugyanazt az átviteli csatornát használja, de logikailag különválik. A C síkon az U sík összeköttetéseihez szükséges információk haladnak. Mint például hívásfelépítés és bontás, vezérlés és egyéb menedzselési információk. Az U síkon halad a tiszta felhasználói információ, amit az ATM transzparensen kell, hogy továbbítson a társ entitásnak. A management sík (Management Plane) végzi az egész rendszer felügyeletét. Két része van, az egyik a rétegek különböző paramétereit állítja, méri és ellenőrzi (Réteg management), a másik egy egyelőre még nem tisztázott feladattal bíró al-sík, amely azonban csak a réteg managementtel van kapcsolatban (Sík management). Az egész management sík specifikációja még kezdeti stádiumban van. Ez a réteg, ami nyújtja azokat a szolgáltatásokat, melyekre tulajdonképp a hálózat használóinak szüksége van. Kezdetben 4 szolgáltatás (Class A-D), kiszolgálásukra 4 AAL réteget (rendre AAL1-4) definiáltak. Az AAL-1 az áramkör-emulációt, a PSTN hálózattal való kompatibilitást nyújtja. Az AAL2 még nem teljesen kidolgozott szolgáltatás, ez majd az audiovizuális szolgálatot fogja jelenteni. Az AAL-3 és AAL-4 közös funkciókat lát el, ezért AAL-3/4 néven említik. Az AAL-5 szolgál a LAN-ok és Man-ok összekapcsolására. Mindegyik szolgáltatás által felvett felhasználói információ átvitelére más szolgáltatásminőségi paramétereket kell definiálni, hiszen mindegyik szolgáltatás egymástól független és teljesen más működési elvű rendszer átviteléért felel. 2.2. Fizikai réteg Az ATM-nek mint rendszernek egyik nagy előnye az aszinkron üzemmódja. A fizikai réteg feladata valamilyen közegen való átvitel biztosítása bitszinkron, vagy pleziokron üzemmódban. Ez szigorú szinkron állapotot követelő feladat. Az ATM rétegtől kapott cellákat átmeneti tárban kell tárolni, míg a megfelelő pillanatban továbbítani lehetséges. 13
Az ATM Hálózatok Az UNI használhat szabványos, illetve adaptált sebességeket is. Az ATM-ben alkalmazott szabványos sebességek összegyűjtve a következők: STS-1 51.84 Mbit/s STS-3C/ STM-1 tiszta ATM 155.52 Mbit/s STS-12c/STM-4 622.08 Mbit/s DS1-3 1.5-44 Mbit/s E1-4 2-140 Mbit/s Az ATM-ben alkalmazható adaptált sebességek összegyűjtve a következők: 100 Mbit/s-ig FDDI, Ethernet 155.52 Mbit/s-ig Fiber Channel, STP 10 Mbit/s-ig Token Ring 25 Mbit/s-ig UTP 2.2.1. Fizikai réteg funkciói A Fizikai réteg két alcsoportra lett osztva. Fizikai közeg (PM - Physical Medium), átviteli konvergencia (TC - Transmission Convergence). PM - Physical Medium átviteli közeg villamos illesztése (G.703 elektromos; G.957 optikai) kimenő jelek villamos paramétereinek biztosítása, valamint bemenő jelek bitszintű vétele vonali kódolás órajel kinyerése a bemenő jelből táplálási funkciók ellátása a vonalon az interfész üzemmódjának beállítása TC - Transmission Convergence Az alréteg feladatai részben az átviteli rendszertől, valamint a cellák kezelésével függ össze. Rendszerfüggő feladatok bejövő oldalon a keretszinkronizálás, kimeneti oldalon az átviteli rendszer keretszerkezetének előállítása keretszerkezet információinak feldolgozása (hibafigyelés, menedzselési funkciók) cellasebesség illesztés bitkeverés (jelfolyam fehérítés a payload-ra vonatkozóan, vagyis az 1, és 0 csomók véletlenítése) Rendszertől független feladatok cellaszinkronizálás (cellahatárok felismerése) fejrész hibajavító kód előállítása és beillesztése bejövő cellák fejlécének hibakezelése 14
2.2.4. TC alréteg nem rendszerfüggő funkciói Fejrész hibajavító kód (HEC - Header Error Code) Az első négy okteten végzett CRC kód elkészítéséhez tartozó polinom P(x) = x 12 +x 5 +1. A HEC részben alkalmazzák a Coset eljárást. Az eljárás a teljesen nullát tartalmazó bitfolyamok esetén segítséget ad a cella kezdetének meghatározásában. Az eljárás a következő: r(x)+01010101b modulo 2, vagyis minden második bit invertálódik. Ezek után, ha négy nullát tartalmazó oktet érkezik, akkor a HEC 55 h 01010101b lesz. Az 55 h adja a fejléc 5. oktetjét. Természetesen így nem a cella kezdete lesz az a pillanat, mikor a rendszer felismeri a cellafejlécet, de legalább tudja, hol van. 2.3. Ábra Szinkronizációs algoritmus A cella szinkronizáció csak akkor lehetséges, ha a az átviteli rendszer is szinkron állapotban van. Első lépés a Hunt (keresési) állapot (2.4. ábra). Egy öt oktet hosszú ablakban keressük bitenként azt az oktetett, melynek a megelőző négy oktetre számolt HEC kódja megegyezik az ötödik oktetben található bitmintával. Ha talál ilyen ablakot, következik a Presynch (előszinkronizált) állapot. Most már az ablak 53 oktetes csúszással kerül vizsgálat alá. Ha δ kereten keresztül szinkron állapot regisztrálható, következhet a Synch állapot, ellenkező esetben az algoritmus visszatér a kiinduló Hunt állapotba. A szinkron állapot két állapotrészt takar. Az egyik a javító (correction) a másik a detektáló (detection) állapot. Előszinkronizált állapotból a TC a javító állapotba kerül. Ebben az állapotban kihasználja az alkalmazott HEC kód hibajavító képességét. Hibás esetben átkerül detektáló állapotba, ahol a HEC hibajavító képességét nem használja ki és az egy bithibás fejrészű cellákat is eldobja. Ha a detektálási állapotban (α-1) darab hibás fejrészű cellát talál a TC a cellaszinkron elvesztését detektálja és visszakerül keresési állapotba. A paraméterek értékei a következők: A δ értéke: = SDH esetén 6 = Cellaalapú átvitel esetén 8 Az α értéke mindkét esetben 7. 15
Az ATM Hálózatok 2.3. ATM réteg 2.4. Ábra Cella szinkronizáció Az ATM réteg tekinthető a B-ISDN lelkének, ami alapján fontos és bonyolult felépítés képzelhető el. Az ATM-re marad a kapcsolás és továbbítás feladata. Az ATM réteg feladata még természetesen a torlódás- és forgalomvezérlés. Az ATM első látásra nem bonyolult, de nagyon összetett réteg. Az AAL rétegtől a SAP-on keresztül kapott cellák fejlécet kapnak, multiplexálás után a fizikai réteg kapja meg az 53 byte hosszú cellákat. Ellenkező irányban cellákat fogad a fizikai rétegtől, az érvényes cellákat a fejlécben közölt lokális érvényű értékek alapján demultiplexálja, majd továbbadja az AAL rétegnek. Az ATM rétegnek egyidőben több virtuális összeköttetést is tudnia kell kezelni. Természetesen nem ilyen egyszerű a folyamat. Az ATM réteghez való hozzáférés aszimmetrikus. A TE ATM az AAL réteget szolgálja ki a SAP-okon keresztül, míg a kapcsoló csak ATM szintű kapcsolásokat végez, nem rendelkezik SAPokkal. A TE ATM multiplexál/demultiplexál, míg a kapcsoló nem. A TE ATM egyetlen fizikai entitással áll kapcsolatban, míg a kapcsoló a be-és kimenetnek megfelelő számú fizikai entitással rendelkezik. A GFC, forgalomvezérlési, funkció az UNI interfészen létezik, míg az NNI ilyennel nem rendelkezik. Forgalomszabályzás és torlódásvezérlés a 3. fejezetben kerül tárgyalásra, de az ATM réteg szerves része. 2.3.1. UNI, NNI User Network Interface, Network Network Interface. Az ITU-T két interface-t definiált, az UNI a felhasználói interfész, míg az NNI hálózat kapcsolói között működő interfész. A két interfész között csak a fejlécben van egy kis különbség. Az ATM berendezések kapcsolástechnikája a szakdolgozat terjedelmi korlátai miatt nem szerepel a szakdolgozatban. 16
Az ATM cella 53 oktet hosszú. Ebből 48 oktet a rakomány, amit a hálózat transzparens módon továbbítani köteles. 5 oktet hosszú fejlécben szerepelnek a lokális értékű vezérlési információk. A 2.5. ábrán egy UNI cella fejléce látható. bit 2.5. Ábra UNI cella fejléce 1. Generic Flow Control (GFC): Eredetileg multiplexelés támogatását szolgálta, azonban valószínűtlen, hogy ilyen célú felhasználása szabványosításra kerülne. Jelenlegi funkciója nem tiszta. Ez a mező csupán az előfizetői interface-en (UNI) áthaladó cellákban található, a hálózaton belül (NNI) nem használatos, ott ez a 4 bit is a VPI-hez tartozik, 4096 VP együttes használatát lehetővé téve. 2. VPI/VCI: A VC azonosítására szolgálnak. 3. Payload Type (PT): A cella típusát határozza meg (felhasználói vagy management adat, van-e torlódás, stb.). Egy felhasználói adatot hordozó cella esetén 1 bitje az AAL részére van fenntartva. 4. Cell Loss Priority (CLP): Hasonlít a Frame Relay DE (Discard Eligibility) bitjéhez. Beállított értéke jelzi a hálózatnak, hogy ez a cella inkább eldobandó, mint a nem megjelöltek. Az egy bites értékkel csak két prioritást lehet megkülönböztetni, 0" a magas, 1 az alacsony prioritást jelöli. 5. Header Error Control (HEC): A fejléc 5 byte-jára számolt ellenőrző összeg. Képes bármely a fejlécében bekövetkező, egybites hibát kijavítani és több bitnyi hibát észlelni. Minthogy a fejléc mondja meg az ATM kapcsolóknak, hogy mit kell a cellával tenni, nagyon fontos, hogy ilyen hatásos (20%-nyi) védelemben részesüljön. A hibás fejlécű kereteket el kell dobni. Az NNI cella annyiban különbözik az UNI cellától, hogy nincs benne GFC mező, így a virtuális útazonosító 12 bitesre egészül ki. Valamint a PT mezőben a fenntartási értékek az OAM F4 szintű csatornákat jelöli szegmenshez rendelten. 2.3.2. VPI/VCI (Virtual Path Identifier, Virtual Channel Identifier) Az ATM kapcsolatorientált, a kapcsolatokat használat előtt ki kell építeni. A cellák nem a célpont címét, csupán a kapcsolat azonosítóját hordozzák, amelynek itt is, mint az 17
Az ATM Hálózatok X.25-ben vagy a Frame Relay-ben lokális jelentősége van, ezúttal azonban a Virtual Path Identifier és a Virtual Channel Identifier (VPI/VCI) néven hívjuk. Egy kapcsolatot a VPI/VCI mezők együttesen azonosítanak. Egy VP (Virtual Path) segítségével több, azonos irányba tartó VC-t foghatunk össze. Az ezekbe a VC-kbe tartozó cellákat azután pusztán a VPI alapján továbbíthatjuk, változatlan VCI-vel. A VP végén, ott, ahol esetleg az eddig egy irányba futó VC-k elágaznak, meg kell vizsgálni természetesen a VCI mezőt is. Az alábbi ábrán a 6 VC látható, melyeket bizonyos szakaszokra egy VP-be fogtak össze. Az ábrán a VC-k számozásában az első szám a VPI, a második a VCI; az egyszerűség kedvéért minden VC és VP minden kapcsolóban ugyanazt a számot kapta, de természetesen ezek az értékek az X.25-höz hasonlóan a kapcsolat mentén szakaszonként változhatnak. Egyetlen célszerű kivétel van: az egy VP-ben futó kapcsolatok VCI-je célszerűen azonos marad a VP mentén. A VP-n kívüli" kapcsolatok az ábrán a 0 VPI számot kapták, de ez csupán a szemléletesség kedvéért van így. 2.6. Ábra A VPI/VCI használata A VPI/VCI értékek nemcsak kapcsolók között, de egy összeköttetéshez kapcsolón belül is változhatnak a kimenő irányok foglaltsága esetén. A VPI/VCI értékeket kapcsolatfelvételkor a helyi központ határozza meg. A kapcsolat felépülhet virtuális útként, egy VPI-n belül a VCI transzparenciája szavatolt, vagy virtuális csatornaként, ahol a VPI/VCI transzparenciája nem szavatolt. Az ATM cella fejléce tetszőleges értékeket nem tartalmazhat. 18
A táblázat az UNI fejrész értékeket tartalmazza. Réteg Elnevezés GFC VPI VCI PT CLP P HY Üres 0 0 0 0 1 P L-OAM-F 1 0 0 0 1 1 PL-OAM-F3 0 0 0 100 1 Fenntartva PPPP 0 0 PPP 1 * Nem hozzárendelt NNNN 0 0 BBB 0 Meta-jelzés csat. NNNN X 0..0001 0A0 C * Vég végjelzés csat. NNNN X 0..0101 0AA C ATM Broadcast NNNN X 0..0010 0AA C * Szegmens OAM-F4 NNNN Y 0..0011 0A0 A Vég - vég OAM-F4 NNNN Y 0..0100 0A0 A Szegmens OAM-F5 NNNN Y Z 100 A Vég - vég OAM-F5 NNNN Y Z 101 A Forrásmenedzselés NNNN Y Z 110 A A ATM réteg állítja be, B értéke lényegtelen, C a forrásjelzés entitás 0"-ra állítja be, amit a hálózat megváltoztathat, P fizikai réteg állítja be, X VP=0000 esetén felhasználó-helyi központjelzést szállít, Y VP értéke tetszőleges, Z VC 0000, N nem használt, értéke 0, * NNI csak ezeket használja. Az ATM kapcsolatai lehetnek egyirányú, vagy kétirányú pont-pont kapcsolatok (mint az X.25 esetén), vagy egyirányú pont-multipont (broadcast, vagy multicast) kapcsolatok, amikor a küldő egy cella feladásával számos végponthoz juttatja el annak tartalmát. Ez takarékosabb, mintha minden célponthoz külön VC létesülne, nemcsak a kevesebb VC miatt, hanem azért is, mert a multipont VC-n a cella mindaddig csak egy példányban halad, amíg a célpontokhoz vezető útvonal közös. 2.4. ATM Adaptációs réteg (ATM Adaptation Layer) Az AAL réteg nyújtja azokat a szolgáltatásokat, melyekre tulajdonképp a hálózat használóinak szüksége van. Kezdetben 4 szolgáltatás (Class A-D), kiszolgálásukra 4 AAL réteget (rendre AAL1-4) definiáltak. Class A Class B Class C Class D Időzítés Időzítésre érzékeny Időzítésre érzéketlen Sebesség Állandó (CBR) Változó (VBR) Kapcsolat Kapcsolatorientált Datagram AAL AAL1 AAL2 AAL3/4, 5 AAL3/4, 5 19
Az ATM Hálózatok (Constant Bit Rate, CBR), (Variable Bit Rate, VBR) Később a négy szolgáltatási osztály ki lett bővítve további kettő szolgáltatási osztállyal. A nem definiált sebességű szolgáltatás (Unspecified Bit Rate, UBR), valamint az elérhető sebességű szolgáltatás (Avariable Bit Rate, ABR). Minthogy a C és D osztályok csak abban tértek el egymástól, hogy a C osztály kapcsolatorientált, a D pedig nem, az AAL3 és 4 nagyon hasonlóak. Éppen ezért funkcióikat egyetlen, AAL3/4 entitásban célszerű megvalósítani. Minthogy ebben a két osztályban időzítésre nincs szükség, az AAL3/4 legfontosabb feladata a kapott csomagok cellákra tördelése és vételkor való újra-összeállítása (Segment Assembly & Reassembly, SAR). Az AAL3/4 azonban ezt meglehetősen bonyolultan teszi, ezért definiálták az egyszerűbb AAL5-öt. Mára már 6 szolgáltatási osztály körvonalazódott, melyek laza kapcsolatban vannak az eredeti néggyel. Számos, a forgalomra és a QoS-re jellemző attribútum is definiálásra került (sebesség. késleltetés, késleltetés-ingadozás, stb.), mely szoros kapcsolatban van a szolgáltatási osztályokkal. 2.7. Ábra Az AAL felépítése Az AAL réteg 3 részből áll (2.7. ábra). A felső kettő együttesen alkotja a Convergence Sublayert (CS), melynek feladata, hogy a magasabb szintektől kapott csomagokat illessze az ATM hálózathoz. A harmadik rész, a SAR Sublayer, amelynek feladata elsősorban az adó oldalon a csomagok cellákra tördelése, a vevő oldalon pedig a cellákból való összeállítása. A CS két részből áll, az alsó az adott AAL-re jellemző, míg a felső szolgáltatásonként különböző. Például az AAL5-höz mind a Frame Relay SSCS, mind pedig az SMDS SSCS definiálásra került, de mindkettő ugyanazt az AAL5 CPCSt használja, éppen ezért a CPCS és SAR részeket együttesen AAL CP-nek (közös résznek) szokták nevezni. 2.4.1. AAL-1 Ez az osztály állandó bitsebességű, áramkör-emulációnak nevezhető. Úgy működik, mint a vonalkapcsolt szolgáltatások. A meglévő távközlési hálózatokkal való együttműködésre definiált. Csak nyugtázatlan továbbítási szolgáltatást képes nyújtani. A magasabb rétegektől kapott bitfolyamot blokkokba szervezi. A vételoldal átmeneti tárban tárolja a beérkező információt, amit az órajelnek megfelelően ürít. Így keletkezik egy csomagolási késleltetés. A szigorú szinkronizmusból eredően az információt nem hordozó cellák kitöltő oktetek kerülnek feltöltésre. Ez a szolgáltatás a cellavesztésre, illetve késleltetésre érzékeny. A SAR alréteg végzi a 47 oktetnyi információ darabolását, összerakását. 20
2.8. Ábra Az AAL-1 felépítése A SAR-PDU fejléc 4 bites SN mezeje tartalmazza a CSI bitet, valamint a SEQ almezőt. 2.9. Ábra Az SN mező felépítése A CSI mezőben van a frekvencia eltérés értéke. A SEQ mező egy 3 bites számláló, ami a cellavesztések detektálására szolgál. A SAR-PDU fejléc 4 bites SNP mezeje is két almezőt tartalmaz. 2.10. Ábra Az SNP mező A CRC mező csak a SEQ mezőt védi a P(x)= x 3 + x + 1 generátorpolinom segítségével. A P mező egy egyszerű páros paritásbitet tartalmaz a megelőző 7 bit védelmére. A CS alréteg feladata a cellakésleltetés kezelése puffertárakkal, cellarakomány összeállítása, órajelfrekvencia kinyerése a vételi oldalon, az átvitt adatstruktúra visszaállítása, pl.: 2048 bps bitfolyamnál a keret kezdete, míg 64kbps-nál a 8 khz-es struktúránál az oktet kezdete. Mivel az ATM átvitelhez nem szükséges szinkron átvitel az órajel visszaállításáról gondoskodni kell, erre két módszer ismeretes. Az egyik az adaptív óra módszer. A vételi. oldalon a puffer hosszúidejű megfigyelése adja az ötletet. Ha a puffer lassan töltődik, akkor a vétel oldali frekvenciát kell kissé növelni, ill. vica versa. Ez az eljárás jitter-t visz a rendszerbe. A másik módszer a szinkron időjel-különbség (SRTS - Synchronous Residual Time Stamp. Az adóoldali frekvencia független a hálózat frekvenciájától, az összeköttetés mindkét végén ismert AAL szinten a hálózati frekvencia, amiből az adó ki tudja számolni a különbséget. Ezzel az eltéréssel a vételoldal korrigálható. 21
Az ATM Hálózatok 2.4.2. AAL-2 A szolgáltatás változó bitsebességű. Abban különbözik az AAL1-től, hogy csak akkor küld bitfolyamot, ha van hasznos információ. Tulajdonképpen a magasabb, kiszolgált rétegekben van a nagyobb különbség. A menedzselő réteggel való együttműködés megegyezik az AAL1 szolgáltatáséval. AAL2 szolgáltatás tartalmazza majd az audiovizuális információk átviteléhez szükséges eljárásokat. A kép- és hangminták szinkron követik egymást, de nem csak időben, hanem egymáshoz képest is. Az eredő bitfolyam periodikusan börsztös. A szolgáltatás pontos definíciója még nem került kidolgozásra, nincs ITU-T ajánlás. 2.4.3. AAL-3/4 Az AAL3 és az AAL4 egyforma közös résszel rendelkezik, ezért az AAL3/4 elnevezés. Alkalmazása a csomagkapcsolt hálózatok átvitelére fontos, mint az X.25, Frame Relay... stb. Ez a réteg a felülről kapott csomagokat két lépésben darabolja szét, CPCS a kapott csomagot a 2.11. ábrán látható keretbe helyezi. A CPI (Common Part Indicator) mutatja meg, hogy a BASize bitben vagy byteban mérendő, a BASize (Buffer Allocations Size) jelzi, hogy mekkora pufferre van szüksége a keret összeállításához a vételi oldalon. A PAD szolgál a teljes keret hosszának 44 byte egész számú többszörösére való kiegészítésére, az AL a keret végét egészíti ki 32 bitre a könnyebb feldolgozás érdekében. Az Etag és a Btag értéke tetszőleges, de azonosnak kell lennie, üzenetenként nő az értékük eggyel, így ellenőrizhetők az összeköttetésekhez tartozó fej- és farokrészek. A hossz azonosító pedig az adat hosszát jelöli, hogy a PAD mezőt el lehessen különíteni az értékes adattól. Hiszen a PAD mező csak kitöltő karaktereket tartalmaz a könnyebb darabolás érdekében. Az AAL3/4 SAR processz a következőképp osztja cellákba a kapott keretet.(2.11. ábra) Az ST (Segment Type) azonosítja, hogy a cella egy keret első, közbülső vagy utolsó cellája, illetve, hogy egy cellába beférő keret-e. Az SN (Sequence Number) mezőt az adó sorban növeli az egymást követő cellákban, a vevő pedig vételkor ellenőrzi. A MID (Multiplex Identification) szolgál az egy VC-n párhuzamosan átküldött több keret azonosítására. Minden keret kap egy sorszámot, amit a SAR processz minden hozzá tartozó cellában beír a MID mezőbe. Ez alapján a vevő SAR processz csoportosítani tudja az egy kerethez tartozó cellákat. A LI (Length Indicator) mező mutatja, hogy a keret utolsó cellája esetén hány értékes byte van a 44 adatbyte-ban, a CRC pedig a teljes cellát védi. 22
1 byte 1 byte 2 byte 0-43 byte 1 byte 1 byte 2 byte CPI B tag BA size AAL rakomány PAD AL E tag Hossz CPCS 2 byte 44 byte 2 byte SAR SAR fejrész farokrész SAR fejrész SAR farokrész SAR fejrész SAR farokrész SAR ST SN MID LI CRC 2 bit 4 bit 10 bit 6 bit 10 bit 2.11. Ábra Az AAL3/4 CPCS és SAR működése 2.4.4. AAL-5 Az AAL5 közös része teljesen ugyanazt a funkciót látja el, mint az AAL3/4 közös része nevezetesen csomagok feladása és vétele", csupán sokkal egyszerűbben, de kevésbé megbízhatóan. Ezért ez a szolgáltatás alkalmas a LAN-ok és MAN-ok összekötésére. Itt ugyanis nem követelmény a precizitás, a késleltetés. Az a fontos, hogy a datagramok megérkezzenek rendeltetési helyükre 2.12. Ábra Az AAL5 keretszerkezete Az AAL5 CPCS szintén keretbe helyezi a kapott csomagot. Az UU (Uset-to User Indication) mező a felhasználó rendelkezésére áll, az AAL nem módosítja. A CPI egyetlen jelenleg is definiált funkciója, hogy a keret végén levő információt a 32-bit határra igazítsa. Vagyis megegyezik az AAL-3/4-ben alkalmazott AL mezővel. A Hossz 23
Az ATM Hálózatok az Adat hosszát adja meg, hogy a PAD eltávolítható legyen. A CRC az egész keretet védi, mert az egyes cellákba már nem kerül hibaellenőrző kód. Az AAL5 SAR cellastruktúrája roppant egyszerű, a 48 byte-nyi adatot teljes egészében a keret darabjai töltik ki. Az AAL-5 szolgáltatás ellentétben az AAL3/4-gyel, tehát nem 44 hanem 48 byte hosszú darabokat készít. A keret utolsó celláját a cella fejlécében lévő PT (Packet Type) mező egyik, az AAL részére fönntartott bitje jelzi. Az AAL5 nem azonosítja az egyes csomagokat, így egy VC-n egyszerre csak egy csomag haladhat, amíg a csomag összes cellája át nem ért, nem kezdhetünk új csomag adásába, hisz semmi sem mutatja, melyik cella melyik csomaghoz tartozik. (lsd. még a függelék ábráját) 2.4.5. A felhasználói sík SSCS rétegei Mind az AAL3/4, mind az AAL5 közös részének felhasználásával üzemeltethető a fölöttük levő, a szolgáltatásra jellemző SSCS rész. A felhasználói síkon eddig igazán két SSCS került definiálásra, az egyik a Frame Relay-hez, a másik az SMDS-hez. A Frame Relay SSCS feladata a Frame Relay és az ATM QoS paramétereinek egymásnak való megfeleltetése, a DCLI-VC fordítás, a DE bit CLP bitbe való átírása és a Frame Relay forgalomszabályzó bitjeinek a csomagba való elhelyezése. Az SMDS SSCS eltávolítja az SMDS harmadik rétege által a csomagba helyezett fejlécet és végtagot, amit a saját fejlécével és végtagjával helyettesít Szintén fontos, hogy az SMDS által használt forgalomellenőrzést az ATM megfelelő algoritmusával (GCRA) szimuláljuk, ezen algoritmusok paramétereinek egymásba fordítását is meg kell oldani. Ezen kívül létezi még a nulla SSCS is, amikor közvetlenül a közös rész funkcióit használjuk, nevezetesen nagyméretű csomagok küldését és fogadását. Erre épül például az IP-over-ATM. 2.4.6. A kontroll sík SSCS rétege A kontroll sík AAL rétege az AAL5 közös részeit használja. Azért az AAL5-re esett a választás, mert a hívásfelépítés üzeneteinél igazából nincsen szükség az egyes csomagok átlapolhatóságára és a bonyolult hibaellenőrzési funkciókra. Ha ugyanis az üzenet hibás, aminek kiderítésére elegendő az AAL5 CRC-je-, akkor úgyis újra kell küldeni. 24