William Stallings Data and Computer Communications. Κεφάλαιο 11 Aσύγχρονος Τρόπος Μεταφοράς

Transcript

1 William Stallings Data and Computer Communications Κεφάλαιο 11 Aσύγχρονος Τρόπος Μεταφοράς

2 Αρχιτεκτονική Πρωτοκόλλου Οµοιότητες µεταξύ του ATM και της µεταγωγής πακέτου Μεταφορά δεδοµένων σε ξεχωριστά τεµάχια Πολλαπλές λογικές συνδέσεις πάνω σε µια φυσική διασύνδεση Στο ATM η ροή πληροφορίας οργανώνεται σε πακέτα σταθερού µεγέθους που ονοµάζονται κυψελίδες Ελάχιστη ανίχνευση λαθών και ροής ελέγχου Μικρότερες επικεφαλίδες Ρυθµοί δεδοµένων (στο φυσικό επίπεδο) από

3 Αρχιτεκτονική Πρωτοκόλλου (διάγραµµα)

4 Επίπεδα µοντέλου αναφοράς Επίπεδο χρήστη Εξασφαλίζει την µεταφορά πληροφορίας του χρήστη Επίπεδο ελέγχου Έλεγχος κλήσης και σύνδεσης Επίπεδο διαχείρισης Επίπεδο διαχείρισης συναρτήσεις όλου του συστήµατος ιαχείριση στρώµατος Πηγές και παράµετροι στις οντότητες πρωτοκόλλου

5 Λογικές Συνδέσεις του ATM Συνδέσεις ιδεατού καναλιού (VCC) Ανάλογο µε τοιδεατόκύκλωµα στοx.25 Βασική µονάδα της µεταγωγής Μεταξύ δύο τελικών χρηστών Αµφίδροµη Κυψελίδες σταθερού µεγέθους εδοµένα, ανταλλαγή χρήστη-δικτύου (έλεγχος) και ανταλλαγή δικτύου-δικτύου (διαχείριση δικτύου και δροµολόγηση) Ιδεατή σύνδεση διαδροµής (VPC) έσµη από συνδέσεις ιδεατού καναλιού (VCC) µε τα ίδια τελικά

6 Σχέσεις Συνδέσεων στο ΑΤΜ

7 Πλεονεκτήµατα των ιδεατών διαδροµών Απλοποιηµένη αρχιτεκτονική δικτύου Αυξηµένη επίδοση δικτύου και αξιοπιστία Μειωµένη επεξεργασία Μικρός χρόνος προετοιµασίας σύνδεσης Εµπλουτισµένες υπηρεσίες δικτύου

8 Αποκατάσταση κλήσης µε ιδεατές διαδροµές

9 Χρήσεις Συνδέσεων Ιδεατών Καναλιών Μεταξύ τελικών χρηστών ιατερµατικά δεδοµένα χρήστη Σήµατα ελέγχου Η ιδεατή σύνδεση διαδροµής (VPC) παρέχει τη συνολική χωρητικότητα Η οργάνωση των συνδέσεων ιδεατού καναλιού γίνεται από τους χρήστες Μεταξύ τελικού χρήστη και δικτύου Έλεγχος σηµατοδοσίας Μεταξύ οντοτήτων δικτύου ιαχείριση κίνησης δικτύου ροµολόγηση

10 Χαρακτηριστικά ιδεατού καναλιού/ιδεατής διαδροµής Ποιότητα υπηρεσιών Συνδέσεις µεταγόµενων και όχι µόνιµων καναλιών (switched, semipermanent) Ακεραιότητα ακολουθίας κλήσεων ιαπραγµάτευση παραµέτρων κίνησης και χρήση της παρακολούθησης Ιδεατή σύνδεση διαδροµής (VPC) µόνο Περιορισµός αναγνωριστή ιδεατού καναλιού µέσα σε ιδεατή σύνδεση διαδροµής (VPC)

11 Έλεγχος σηµατοδοσίας - Συνδέσεις ιδεατού καναλιού (VCC) Γίνεται σε ξεχωριστή σύνδεση Όχι µόνιµες συνδέσεις ιδεατού καναλιού Κανάλι µετα-σηµατοδοσίας Χρησιµοποιείται για µόνιµο έλεγχο καναλιού σηµατοδοσίας Χρήστης-σηµατοδοσία δικτύου ιδεατού καναλιού Για σηµατοδοσία ελέγχου Χρησιµοποιείται για να στηθούν συνδέσεις ιδεατού καναλιού που θα µεταφέρουν δεδοµένα Σηµατοδοσία ιδεατού καναλιού από χρήστη σε χρήστη Μέσα στις προ-εγκατεστηµένες ιδεατές συνδέσεις διαδροµής Χρησιµοποιείται µεταξύ δύο τελικών χρηστών, χωρίς τη µεσολάβηση δικτύου, για την εγκατάσταση και αποδέσµευση συνδέσεων ιδεατού καναλιού από χρήστη σε χρήστη

12 Έλεγχος σηµατοδοσίας - Ιδεατή σύνδεση διαδροµής VPC Όχι µόνιµη Ελέγχεται από τον καταναλωτή Ελέγχεται από το δίκτυο

13 Κυψελίδες του ATM Σταθερό µέγεθος Επικεφαλίδα 5 bytes Πεδίο πληροφορίας 48 bytes Οι µικρές κυψελίδες µειώνουν την καθυστέρηση της ουράς για κυψελίδες µεγάλης προτεραιότητας Οι µικρές κυψελίδες µπορούν να αλλαχτούν πιο αποτελεσµατικά Ευκολότερη η υλοποίηση µεταγωγής των µικρών κυψελίδων σε υλικό επίπεδο

14 Σχήµα & ιάταξη Κυψελίδων του ATM

15 Μορφή επικεφαλίδας Γενικός έλεγχος ροής Μόνο στη διασύνδεση χρήστη-δικτύου Ελέγχει τη ροή µόνο σε αυτό το σηµείο Αναγνωριστής ιδεατής διαδροµής Αναγνωριστής ιδεατού καναλιού Ωφέλιµος τύπος π.χ. πληροφορίες χρήστη ή διαχείριση δικτύου Προτεραιότητα απώλειας κυψελίδων Έλεγχος λάθους επικεφαλίδας

16 Γενικός Έλεγχος Ροής (GFC) Έλεγχος ροής της κίνησης στη διασύνδεση χρήστηδικτύου για να ανακουφιστεί η µικρής διάρκειας υπερφόρτωση ύο σετ διαδικασιών Μη-ελεγχόµενη µετάδοση Ελεγχόµενη µετάδοση Κάθε σύνδεση είναι είτε υπό τον έλεγχο της ροής είτε όχι Υπό τον έλεγχο της ροής Mπορεί να υπάρχει προκαθορισµένη οµάδα (A) Mπορεί να υπάρχουν δύο οµάδες (A και B) Ο έλεγχος ροής είναι από τον συνδροµητή στο δίκτυο Ελέγχεται από την πλευρά του δικτύου

17 Απλή Οµάδα Συνδέσεων (1) Τα τερµατικά θέτουν αρχικές τιµές σε δύο µεταβλητές Σηµαία ΕΚΠΟΜΠΗΣ στο 1 GO_CNTR (απαριθµητής πίστωσης) στο 0 Αν η σηµαία ΕΚΠΟΜΠΗΣ (TRANSMIT=1) είναι ίση µε 1, οι κυψελίδες στις µη ελεγχόµενες συνδέσεις µπορούν να στέλνουν οποτεδήποτε Αν η σηµαία ΕΚΠΟΜΠΗΣ (TRANSMIT=0) είναι ίση µε 0, δεν εκπέµπεται καµία κυψελίδα (σε ελεγχόµενες ή µη συνδέσεις) Αν ληφθεί σήµα διακοπής (HALT), τότε η σηµαία ΕΚΠΟΜΠΗΣ γίνεται 0 και παραµένει έτσι µέχρι να ληφθεί σήµα µη-διακοπής (NO_HALT)

18 Απλή Οµάδα Συνδέσεων (2) Αν η σηµαία ΕΚΠΟΜΠΗΣ είναι 1 (TRANSMIT=1) και δεν υπάρχει κυψελίδα για εκποµπή σε καµία µη ελεγχόµενη σύνδεση: Αν ο απαριθµητής πίστωσης (GO_CNTR)>0, το τερµατικό µπορεί να στείλει κυψελίδες σε ελεγχόµενες συνδέσεις Η κυψελίδα καταγράφεται σαν να είναι σε ελεγχόµενη σύνδεση Μείωση του απαριθµητή πίστωσης (GO_CNTR) Αν ο απαριθµητής πίστωσης είναι 0 (GO_CNTR=0), το τερµατικό µπορεί να µη στείλει κυψελίδα σε ελεγχόµενη σύνδεση Το τερµατικό θέτει τον απαριθµητή πίστωσης (GO_CNTR) σε GO_VALUE upon receiving SET signal Το µηδενικό σήµα δεν έχει καµία επίδραση

19 Χρήση του σήµατος διακοπής (HALT) Για τον περιορισµό τουαποτελεσµατικού ρυθµού δεδοµένων στον ATM Πρέπει να είναι κυκλικό Για την µείωση του ρυθµού δεδοµένων στο µισό, το σήµα διακοπής εκπέµπεται για να είναι HALT issued to be in effect 50% of time Γίνεται σε µόνιµη βάσηκατάτηδιάρκειατης σύνδεσης

20 ύο µοντέλα ουράς (αναµονής) υο απαριθµητές GO_CNTR_A, GO_VALUE_A,GO_CNTR_B, GO_VALUE_B

21 Ανίχνευση λαθών επικεφαλίδας Πεδίο ελέγχου λαθών των 8 bits Υπολογίζεται στα 32 bits της επικεφαλίδας που αποµένουν Επιτρέπει την µερικήδιόρθωσηλαθών

22 Ανίχνευση λαθών επικεφαλίδας στον δέκτη

23 Επίδραση Λαθών σε Επικεφαλίδα Κυψελίδας

24 Mετάδοση Κυψελίδων ATM Mbps Mbps 51.84Mbps 25.6Mbps Φυσικό επίπεδο βασιζόµενο στις κυψελίδες Φυσικό επίπεδο βασιζόµενο σε SDH

25 Φυσικό επίπεδο βασιζόµενο στις κυψελίδες εν επιβάλλεται πλαισιοποίηση Συνεχές ρεύµα από κυψελίδες των 53 bytes Απεικόνιση κυψελίδων µε βάσητοπεδίο ανίχνευσης λαθών της επικεφαλίδας

26 ιάγραµµα κατάστασης της απεικόνισης των κυψελίδων

27 Φυσικό Επίπεδο Βασισµένο σε SDH Επιβάλλει τη δοµή τουρεύµατος του ATM Π.χ. για Mbps Χρησιµοποιεί το STM-1 (STS-3) πλαίσιο Μπορεί να µεταφέρει δεδοµένα ATM και STM Συγκεκριµένες συνδέσεις µπορεί να είναι τύπου µεταγωγής κυκλώµατος µε τη χρήση καναλιού SDH Οι τεχνικές πολύπλεξης SDH µπορούν να συνδυάσουν διάφορα ρεύµατα του ATM

28 STM-1 Ωφέλιµο Φορτίο για Μετάδοση Κυψελίδων του ΑΤΜ Βασισµένο σε SDH

29 Physical Interfaces Multimode Fiber: 155 Mbps SONET STS-3c Single-mode Fiber: 155 Mbps STS-3c, 622 Mbps Shielded Twisted Pair (STP): 155 Mbps 8b/10b Coax: 45 Mbps,34 Mbps (E3), DS3, 155 Mbps Unshielded Twisted Pair (UTP) UTP-3 (phone wire) at 25.6, 51.84, 155 Mbps UTP-5 (Data grade UTP) at 155 Mbps

30 Σηµεία αναφοράς B-TE1 or B-TE2 R B-TA S B-NT2 T B-NT1 U B-LT/ET ATM endpoint Private UNI Public ATM switch Public UNI Public ATM switch ATM Network ATM endpoint CPE Network

31 Κατηγορίες Υπηρεσιών του ATM Πραγµατικός Χρόνος Σταθερός ρυθµός bit (CBR) Μεταβλητός ρυθµός bit πραγµατικού χρόνου (rt-vbr) Μη-πραγµατικός Χρόνος Μεταβλητός ρυθµός bit µη-πραγµατικού χρόνου (nrt- VBR) ιαθέσιµος ρυθµός bit (ABR) Μη-καθορισµένος ρυθµός bit (UBR)

32 Υπηρεσίες Πραγµατικού Χρόνου Ποσότητα καθυστέρησης Μεταβλητότητα καθυστέρησης

33 Σταθερός ρυθµός bit (CBR) Συνεχής διάθεση σταθερού ρυθµού δεδοµένων υνατό άνω όριο καθυστέρησης Μη συµπιεσµένες ακουστικές συχνότητες και video Σύσκεψη µε χρήσηvideo ιαλογικές ακουστικές συχνότητες ιανοµή και ανάκτηση A/V

34 Μεταβλητός ρυθµός bit πραγµατικού χρόνου (rt-vbr) Εφαρµογή ευαίσθητη στο χρόνο υνατής κατασκευής καθυστέρηση και µεταβλητότητα καθυστέρησης Οι εφαρµογές rt-vbr µεταδίδουν σε ρυθµό που µεταβάλλεται µε το χρόνο Π.χ. συµπιεσµένο video Παράγει µεταβλητού µεγέθους πλαίσια εικόνας Αρχικός (µη-συµπιεσµένος) σταθερός ρυθµός πλασίων Άρα ο συµπιεσµένος ρυθµός δεδοµένων ποικίλει Στατιστικά µπορεί να πολυπλεχτούν οι συνδέσεις

35 Μεταβλητός ρυθµός bit µηπραγµατικού χρόνου (nrt-vbr) Μπορεί να χαρακτηρίζει την αναµενόµενη ροή κίνησης Βελτιώνεται η ποιότητα υπηρεσιών σε απώλειες και καθυστερήσεις Τα τελικά συστήµατα ορίζουν: Ρυθµός κορυφής κυψελίδων Sustainable ή µέσος ρυθµός Μέτρηση των αναπηδήσεων Π.χ. αεροπορικές κρατήσεις, εµπορικές συναλλαγές

36 Μη-καθορισµένος ρυθµός bit (UBR) Μπορεί να υπάρχει επιπρόσθετη χωρητικότητα πάνω από αυτή που χρησιµοποιείται στην περίπτωση του CBR και του VBR εν είναι όλες οι πηγές αποκλειστικές Η φύση των αναπηδήσεων του VBR Για εφαρµογές που µπορούν να αντέξουν κάποιες απώλειες κυψελίδων ή µεταβλητές καθυστερήσεις π.χ. κίνηση βασισµένη σε TCP Οι κυψελίδες προωθούνται σε βάση πρώτος µέσαπρώτος έξω FIFO Καλύτερη υπηρεσία προσπαθειών

37 ιαθέσιµος ρυθµός bit (ABR) Η εφαρµογή καθορίζει την κορυφή του ρυθµού κυψελίδων (PCR) και του ελάχιστου ρυθµού κυψελίδων (MCR) Ανιχνεύονται οι πηγές για να δώσουν τουλάχιστον τον MCR Η διαθέσιµη χωρητικότηταµοιράζεται µεταξύ των πηγών ARB Π.χ. ιασύνδεση τοπικών δικτύων

38 Επίπεδο Προσαρµογής του ATM Στήριξη για την µεταφορά πληροφοριών πρωτοκόλλου που δε βασίζονται στο ATM PCM (φωνή) IP Μετάφραση των bits σε κυψελίδες Ξαναµετάφραση σε συνεχή ροή Χαρτογράφηση των πακέτων IP σε ΑΤΜ κυψελίδες Πλαισίωση των IP πακέτων Χρήση του LAPF πάνω σε ATM για τη διατήρηση της υποδοµής του IP

39 Υπηρεσίες ρυθµού Bit του ΑΤΜ

40 Υπηρεσίες Προσαρµογής Επιπέδου ιαχείριση των λαθών µετάδοσης Τεµαχισµός και συναρµολόγηση ιαχείριση των χαµένων κυψελίδων και αυτών που εισήχθησαν λανθασµένα Έλεγχος ροής και συγχρονισµός

41 Υποστηριζόµενοι τύποι εφαρµογών Εξοµοίωση κυκλώµατος VBR φωνή και video Υπηρεσία γενικών δεδοµένων IP πάνω από ATM Ενθυλάκωση πολλαπλών πρωτοκόλλων πάνω σε ATM (MPOA) IPX, AppleTalk, DECNET) Εξοµοίωση LAN

42 AAL Πρωτόκολλα Σύγκληση υπο-επιπέδου (CS) Υποστήριση για συγκεκριµένες εφαρµογές Ο χρήστης AAL προσαρτάται στο SAP Τεµαχισµός και συναρµολόγηση υπο-στρώµατος (SAR) Οι πληροφορίες πακεταρίσµατος και ξεπακεταρίσµατος πηγαίνουν από τη CS στις κυψελίδες Τέσσερις τύποι Tύπου 1 Tύπου 2 Tύπου 3/4

43 Πρωτόκολλα AAL

44 Atm Adaptation Layer

45 AAL 1

46 Τεµαχισµός και συναρµολόγηση του PDU

47 AAL Tύπου 1 Πηγή CBR Το SAR πακετάρει και ξεπακετάρει bits Η οµάδα συνοδεύεται από ακολουθιακό αριθµό

48 AAL Tύπου 2 VBR Aναλογικές εφαρµογές

49 AAL 2

50 AAL Tύπου 3/4 Χωρίς διασύνδεση ή συνδεδεµένος Μέθοδος µηνυµάτων ή ρεύµατος

51 AAL 3/4

52 AAL Tύπου 5 Μετάδοση µέσω ρεύµατος για πρωτόκολλα υψηλότερου επιπέδου που

53 AAL 5

54 AAL 5

55 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΙΑΦΟΡΕΤΙΚΩΝ AAL Ιδιότητα AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5 Μήκος PDU (bytes) , ,535 Πολλαπλά λογικά κανάλια OXI NAI NAI OXI ανά VC

56 CPCS PDUs

57 Παράδειγµα Μετάδοσης AAL 5

58 ATM Standards Service definitions (ATM forum) ATM UNI 3.0,3.1,4.0 ATM NNI Broadband InterCarrier Interface (B-ICI) P-NNI (P=public or private) ATM LAN-Emulation MPOA MultiProtocol over ATM IP over ATM (RFC1577)