atm prinzip - tkhf.adaxas.nettkhf.adaxas.net/cd2/23 pre atm prinzip.pdf · poel ©2007 atm prinzip...
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ATM PrinzipATM Prinzip
Merkmale und EigenschaftenReferenzmodell
ZellstrukturNetzstruktur
POEL © 2007 ATM Prinzip 2
EvolutionsschritteEvolutionsschritte
Datenkommunikation
Leitungsvermittlung
Paketvermittlung
Fast Packet Switching
Telefonie
Analog
Digital IDN
Digital ISDN
TV-Verteilung
FunkKoaxialkabel
Satelliten
Glasfaser
Breitband-ISDN mit ATM
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BegriffsdefinitionenBegriffsdefinitionen• Breitband
ist ein qualifizierender Begriff für Netze oder Systeme, die Bitraten über der Primär-Multiplexrate unterstützt.
• B-ISDNist der Begriff für ein Netz, das auf den ISDN-Prinzipien aufbaut, aber im Gegensatz zu ISDN-64 auch höhere Bitraten zulässt.
• ATM (Asynchronous Transfer Mode)bezeichnet ein Übermittlungsverfahren, bei dem die Information in Zellen transportiert wird.
• ATD (Asynchronous Time Division)Ein Vermittlungs- und Multiplex-Prinzip. ATM baut auf dem ATD-Prinzip auf.
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Vergleich der TransferVergleich der Transfer--ModiModiRahmen
Zeitschlitzelementare Einheit: Zeitschlitz im RahmenVerbindung: Fester Zeitschlitz in jedem Rahmen
t
tBit
Paket
elementare Einheit: BitVerbindung:Variable Anzahl von Bits (= Paket)theoretisch beginnend an jeder Bitposition
Zellet
elementare Einheit: ZelleVerbindung: Feste Anzahl von Bits (= Zelle),beginnend an festen Grenzen (Zelltakt)
Synchroner Transfer Modus
Asynchroner Transfer Modus
Paket Transfer Modus
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Vergleich STM Vergleich STM -- ATMATMSynchronous Transfer Mode (time division
multiplexing)• Fixe Zuordnung eines Zeitschlitzes zu einer
Verbindung, unabhängig davon, ob Daten zu übertragen sind oder nicht → geringe Effizienz
Asynchronous Transfer Mode• Zellen fester Länge
(5 Byte Header + 48 Bytes Nutzlast = 53 Bytes)• Übertragung der Zellen nur bei Bedarf• Nachteil: Overhead durch Header-Information
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Unterschiede zur traditionellen Unterschiede zur traditionellen PaketvermittlungPaketvermittlung
• Keine abschnittsweise Fehlersicherung• Keine abschnittsweise Flusssteuerung• Verbindungsbezogene Betriebsweise,
verbindungslose Betriebsweise durch Einsatz von Connentionless Servern (CLS) möglich
• Datentransport in Form von Paketen fester Länge
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Charakteristische MerkmaleCharakteristische Merkmale
• Benutzerdaten werden in Pakete fester Länge, sog. Zellen, zerlegt
• Einsatz von Zellen gleicher Länge ermöglicht hohe Vermittlungsgeschwindigkeiten
• Zellen bestehen aus einem Zellkopf und einem Informationsfeld
• Häufigkeit der Zellen einer Verbindung ent-spricht der momentan benötigten Kapazität
• Nicht benötigte Kapazität wird mit Leerzellen gefüllt
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EigenschaftenEigenschaften• die Anforderungen des Benutzers und die
Fähigkeiten des Netzes sind entkoppelt, damit kann die Spezifikation der Dienste weitgehend unabhängig vom Netz erfolgen
• daher geeignet für:- verbindungsorientierte und „verbindungs-
lose“ Wegedurchschaltung- bursty traffic- unterschiedliche Dienste mit unterschiedl.
Charakteristiken- nicht-kontinuierliche Bitströme
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FlussFluss-- und Fehlerkontrolleund Fehlerkontrolle
In X.25-Netzen wird eine abschnittsweise Fluss- und Fehlerkontrolle durchgeführt, welche in ATM-Netz wegen der hohen Geschwindigkeiten nicht erfolgen kann. Dies bedeutet, dass die über eine physikalische Leitung übertragenen Nutzzellen lokal nicht quittiert werden und die Flusskontrolle erst bei Bedarf zwischen den ATM-Endsystemenrealisiert werden muss.
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FlussFluss-- und Fehlerkontrolle inund Fehlerkontrolle inATMATM--NetzenNetzen
ATM-Zelle
ATM-Endsystem
höhereSchichten
S 2S 1
ATM-Endsystem
höhereSchichten
S 2S 1
ATM-ZelleS 2
S 1S 2
S 1VF
ATM-Netzknoten
1010001000 1010001000
virtuelle Kanäle virtuelle Kanäle
fehlerhafte Zelle fehlerhafte ZelleQuittung desInformationsblocks
Informationsblock
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Vergleich ATM Vergleich ATM –– X.25X.25
Fluss- und Fehlerkontrolle in X25-Netzen
Fluss- und Fehlerkontrolle in ATM-Netzen
ATM-Zelle
ATM-Endsystem
höhereSchichten
S 2S 1
ATM-Endsystem
höhereSchichten
S 2S 1
ATM-ZelleS 2
S 1S 2
S 1VF
ATM-Netzknoten
1010001000 1010001000
virtuelle Kanäle virtuelle Kanäle
fehlerhafte Zelle fehlerhafte ZelleQuittung des
Informationsblocks
Informationsblock
HDLC-Rahmen
HDLC-Quittung
X.25-Endsystem
höhereSchichten
S 3S 2
S 1
X.25-Endsystem
höhereSchichten
S 3S 2
S 1
HDLC-Rahmen
HDLC-Quittung
S 2S 1
S 2S 1
VF
X.25-Netzknoten
1010001000 1010001000
X.25-Paketvirtuelle Kanäle virtuelle Kanäle
fehlerhafter Rahmen fehlerhafter RahmenX.25-Quittung
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ATM ATM ÜÜbermittlungsprinzipbermittlungsprinzip
ATM
Zellenbildung
Sprache Daten Video Multimedia
statistisches, asynchronesMultiplexen der Zellen
flexible Bandbreitenzuordnung
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ATMATM--ÜÜbermittlungsprinzipbermittlungsprinzip
34 Mbit/s
2 Mbit/s
34 Mbit/s
2 Mbit/s
64 kbit/s 64 kbit/s
ATM - Zellenbildung ATM - Zellentransport(Übertragungsweg)
Wiederherstellung des Bitstroms
ATM - Zellen
Leerzellen
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VerbindungsartenVerbindungsarten
verbindungslos
verbindungs-orientiert
Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung
Punkt-zu-PunktVerbindung
konstant (CBR) variabel (VBR)
unidirektional
bidirektionalasymmetrisch
Verk
ehrs
-be
zieh
ung
Symmetrie
Bitr
ate
Ende-zu-EndeBeziehung
ATM-Verbindungs-
arten
bidirektional symmetrisch
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ATM ATM -- ReferenzmodellReferenzmodell
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data Link
Physical
physikalische Schicht
ATM AnpassungsschichtAAL
ATM Vermittlungsschicht
CSConvergence Sublayer
(Service Specific Sublayer)SAR
Segmentation & Reassembly
Transmission Convergence
Physical Medium Sublayer
HöhereSchichten
fürSteuerungs-
bzw.Signalisierungs-
daten
HöhereSchichten
fürNutzdaten
OSI - Referenzmodell ATM - Referenzmodell
Virtual Channel
Virtual Path
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ATMATM--VermittlungsVermittlungs--LayerLayerInformation
Ergänzung um zusätzlicheSteuerungsangaben
HTSchritt 1
Füllbits
Schritt 2
Zelle 1
Zellenkopf
Segmentierung der Informationund Bildung von ATM-Zellen
Zelle 2
Zelle 3
Zelle 4
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HinzufHinzufüügen des Zellkopfesgen des Zellkopfes
48 Byte Nutzinformation (= Zelle)
5 Byte HeaderATM - Schicht
+ HEC = komplette Zelle (= 53 Byte)
ATM - Adaptionsschicht
phisikalische Schicht
jedoch ohne HEC
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ATMATM--AdaptationAdaptation--LayerLayer
PaketierteSprache
bzw. Video
Synchroni-sation
Bitrate
Verbindungs-art
Beispiele
verbindungsorientiert
konstant variabel
erforderlich nicht erforderlich
verbindungs-los
verbindungs-orientiert/-los
AAL1(Class A)
AAL2(Class B)
AAL3(Class C)
AAL4(Class D)
AAL 5(SEAL)
SpracheVideo
Datex-P (X.25)Frame Relay
AAL3/4Dienste
LAN-Protokolle
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ZellenstrukturZellenstruktur
Zellentypen der ATM-Schicht:Assigned Cell & Unassigned Cell
Zellentypen der physikalischen Schicht:Invalid Cell, Valid Cell & Idle cell
Informationsfeld Zellenkopf
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HeaderHeader--TypenTypen
8 7 6 5 4 3 2 1Bit
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
UNI - Zellenkopf
8 7 6 5 4 3 2 1Bit
VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC
NNI - Zellenkopf
1
2
3
4
5
Okt
ett
POEL © 2007 ATM Prinzip 21
GenericGeneric FlowFlow ControlControl
GFC: Generic Flow Control (nur bei UNI-Zellen)4 bits zur Unterscheidung mehrerer Anwender, die sich einen lokalen ATM-Anschluss untereinander teilen (üblicherweise nicht verwendet)
TE1TE1TE1 NT 2 NT 1SB TB
"controlled" Equipment(an gemeinsamen Medium)
"controlling"Equipment
ATM-Verbindung "controlled" oder "uncontrolled"durch VPI unterschieden
POEL © 2007 ATM Prinzip 22
VPI und VCIVPI und VCI
VPI/VCI dienen allein der Adressierung von Übermittlungsabschnitten zwischen ATM-Switches
• VPI: Legt die Richtung bzw. Route fest• VCI: Legt die Leitung innerhalb der Richtung fest
TransmissionPayload
VPIZ
VPIY
VPIXVCIB
VCIA
VCIC
POEL © 2007 ATM Prinzip 23
Payload TypePayload Type
• PT: Payload Type (3 bits)
Bit 1 = 0: User DatenBit 2: Congestion (Gassenbesetzt)Bit 3: Fortsetzungsbit (siehe AAL 5)
Bit 1 = 1: Management Information (OAM)Bit 2 + 3: Typ der Management Info
POEL © 2007 ATM Prinzip 24
CellCell LossLoss PriorityPriority
• CLP: Cell Loss Priority– 1 bit für das Congestion Management– Zellen mit CLP=1 werden bei Netzüberlastung
verworfen– Wenn ein ATM-Switch feststellt, dass die
vereinbarte Cell-Rate überschritten wird, so setzt er CLP=1. Falls einmal CLP=1 gesetzt worden ist, so darf es von keinem anderen ATM-Switch mehr gelöscht werden !
POEL © 2007 ATM Prinzip 25
Header Error ControlHeader Error Control
• 8 bit Prüfsumme über die 4 Bytes des Headers• CRC Generatorpolynom: G (x) = x8 + x2 + x + 1
Zur Prüfsumme wird noch 01010101 modulo-2 addiert, um lange Folgen von Nullen zu vermeiden
• Bei fehlerhafter Header-Prüfsumme wird die ganze Zelle verworfen (es könnte ja die Adresse falsch sein)
• Die übergeordneten Protokolle (z.B. TCP) müssen das Fehlen einer Zelle detektieren und die neuerliche Sendung beantragen, das ist nicht die Aufgabe der ATM-Switches !
POEL © 2007 ATM Prinzip 26
Korrektur des ZellkopfesKorrektur des Zellkopfes
Fehler imKopf ?
Fehlererkannt?
Modus?
Korrektur wirddurchgeführt
Zelle wirdverworfenVALID CELL VALID CELL
mit Fehler im Kopf
nein ja
ja nein
Correction Mode Detection Mode
erfolgreichkorrigiert nicht korrigierbar
korrigiert, aber falsch
POEL © 2007 ATM Prinzip 27
Zell Zell -- TerminologieTerminologie
Assigned Cell
Zelle ist einervirtuellen Verbindung
zugeordnet
Unassigned Cell
Zelle ist keinervirtuellen Verbindung
zugeordnet
ATM
Sch
icht
phys
ikal
isch
e Sc
hich
t
Invalid Cell
Fehler im Zellen-kopf durch HECnicht reparierbar
Valid Cell
Zelle, deren Zellenkopfdrch HEC als gültig
erklärt wurde
Idle CellDient der Anpassung
zwischen den Zelratender physikalischen
und der ATM-Schicht
POEL © 2007 ATM Prinzip 28
SynchronisationsprinzipienSynchronisationsprinzipien
Übertragungsrahmen
Line code violation
Synchronis. Zellen
Leerzellen
Sync. und Leerzellen
Übertrag. Overhead
Header Error Controll
Bit sync.
Frame sync.
Cell sync.
Service sync.
Synchronization
POEL © 2007 ATM Prinzip 29
ZellgrenzerkennungZellgrenzerkennung
Bit-Vergleicher HEC-Berechnung
32 Bit Eingang
8 Bit Ausgang
ATM - Zellenstrom
korrekter Header empfangen heißt: hier ist die Zellengrenze
HECZellenkopf (Header)
POEL © 2007 ATM Prinzip 30
ATM ATM -- NetzeNetze
UNI (User Network Interface) als eine Netzzugangs-SchnittstelleNNI (Network Network Interface) als Knoten-Knoten-Schnittstelle
privatesATM-Netz
öffentlichesATM-Netz
öffentlichesesATM-Fernnetz
PNNIUNI
ATM Switch
ATM Switch
Standardisierung: ATM-Forum
NNI
NNI
UNI
UNI
VB5
INI / NNI
ATMSwitch ATM
Switch
ATMSwitch
ATMSwitch
Konzentrator
Standardisierung: ITU-T
POEL © 2007 ATM Prinzip 31
Teilnehmerschnittstelle UNITeilnehmerschnittstelle UNIBB--ISDN ReferenzmodellISDN Referenzmodell
R US T V P Referenzpunkte
RB SB TBUNI
UB VB NNI Schnittstellen
TE2
TE1
TA NT2 NT1 LT LTET SN ET
Teilnehmer-Schnittstelle
übertragungs-technische
Schnittstelle
vermittlungs-technische
Schnittstellen
ET…Exchange Termination, LT…Line Termination, NT…Network Termination, SN…Switching Network, TA…Terminal Adapter, TE…Terminal Equipment
POEL © 2007 ATM Prinzip 32
SignalisierungSignalisierung
Koppelnetz
Signalisierungs-verbindung
Steuerung und Signalisierungsbearbeitung nach Q.2931
Steuerung derNutzverbindung AAL5AAL5
CH 1 CH 2
Meta-Signalisierungsbearbeitung
Leitungsabschluss
Met
a-Si
gnal
isie
rung
Met
a-Si
gnal
isie
rung
Signalisierungs-verbindung
Leitungsabschluss
Teilnehmer A Teilnehmer B
POEL © 2007 ATM Prinzip 33
NetzelementeNetzelemente
ATMMUX
ATMKonzentrator
StrgStrg
ATMVSt
ATM Multiplexer
ATM Konzentrator
POEL © 2007 ATM Prinzip 34
Cross Connect und Cross Connect und Vermittlungsstelle (Switch) Vermittlungsstelle (Switch)
CrossConnect
Steuerung
Vermittlungs-leitungen
Vermittlungs-leitungen
Einstellinformationvom
OAM-Zentrum
Ortsvermittlungsstelle Fernvermittlungsstelle
Steuerung
Teilnehmer-zugang
Vermittlungs-leitungen
Steuerung
Vermittlungs-leitungen
Vermittlungs-leitungen
POEL © 2007 ATM Prinzip 35
WegedurchschaltungWegedurchschaltung
physikalische Struktur
logische Struktur
ATMES
ATMCC
ATMVSt
ATMCC
ATMES
ATMES
ATMCC
ATMVSt
ATMCC
ATMES
VCI=x VCI=yVCI=x VCI=yVCI=x VCI=yVPI = a VPI =b VPI = c VPI = d
a b ≠ c d≠
VP-Verbindung VP-Verbindung
VCI-Verbindung (ATM-Verbindung)
POEL © 2007 ATM Prinzip 36
Bearbeiten vonBearbeiten vonATMATM--VerbindungenVerbindungen
Bündelvermittlung(Pfadvermittlung)
Leitungsvermittlung(Kanalvermittlung)
VPI 1
VPI 2
VPI 3
VPI 4
VPI 5
VPI 6
VPI 4
VPI 5
VPI 6
VPI 1
VPI 2
VPI 3
VCI 1VCI 2
VCI 3VCI 1
VCI 4VCI 2
VCI 3VCI 1
VCI 4VCI 2
VCI 1VCI 2
VCI 1VCI 2
VCI 3VCI 1
VCI 4VCI 2
VCI 4VCI 2
VCI 3VCI 1
VCI 4VCI 2
VCI 1VCI 2
VCI 3VCI 1
VCI 3VCI 1
VCI 4VCI 2
Cross ConnectVP - Switch
SwitchVC - Switch
POEL © 2007 ATM Prinzip 37
Ziele des VerkehrsmanagementsZiele des Verkehrsmanagements
ATMVerkehrs-
managementVerkehrs-parameter
Überwachungder
VerkehrsparameterQoS-
Parameter
Zulassungneuer
Verbindungen
Überwachungder
QoS-Parameter
Net
z-R
esso
urce
n
POEL © 2007 ATM Prinzip 38
VerkehrsvertragVerkehrsvertrag
CAC: Connection Admission Control,PCR: Peak Cell Rate (Spitzenzellenrate),SCR: Sustainable Cell Rate (mittlere Zellenrate),MBS: Maximum Burst Size (maximale Zellengruppengröße),CDV: Cell Delay Variation
(angeforderte Verkehrsparameter)PCR: Peak Cell Rate (Spitzenzellenrate)
SCR: Sustainable Cell Rate (mittlere Zellenrate)MBS: Maximum Burst Size (max. Zellengruppengröße)
Source Traffic Descriptor
(zugeteilte Verkehrsparameter)Source Traffic Descriptor
CDV (Cell Delay Variation) ToleranceArt der Konformitätsprüfung
Connection Traffic Descriptor
ATMEndsystem
ATMAnwendung
ATM-Netz
ConnectionAdmission
ControlCAC
POEL © 2007 ATM Prinzip 39
TrafficTraffic DescriptorDescriptor
• Maximale Zellrate (Peak Cell Rate — PCR)• Vertretbare bzw. durchsetzbare Zellrate
(Sustainable Cell Rate — SCR)• Maximale Burst-Länge (Maximum Burst
Size — MBS)• Maximale Rahmengröße (Maximum Frame
Size — MFS)• Minimale Zellrate (Minimum Cell Rate —
MCR)
POEL © 2007 ATM Prinzip 40
InformationsInformationsüübermittlungbermittlung
ES.....Endsystem
ATMES
ATMES
Zellen mit Fehlern im Header werden verworfenQuittungen nach Bedarf
ATM - Netz
POEL © 2007 ATM Prinzip 41
Aufgaben des Aufgaben des VerkehrsmanagementsVerkehrsmanagements
UPC
CAC - Funktion
Verwerfen von ATM-Zellen
Setzen vonVerkehrsparametern
Setzen vonTS - Parametern
Reservierungvon
Netzressourcen
ATMES
ATMES
Verbindungs-aufbauwunsch Netzressourcen - Management - System
ATM - Netz
ATM - Verbindung
POEL © 2007 ATM Prinzip 42
QualitQualitäätseinfltseinflüüssesse
Schwankung der VerzögerungATM: Cell Delay Variation, CDV
SynchronisationsverlustLoss of Sync
BitfehlerBit Error
fehlerhafter BlockATM: Severely errored Cell Block
Verlust eines BlocksATM: Cell Loss
Fehleinfügung eines BlocksATM: Cell Misinsertion
Verzögerung eines BlocksATM: Cell Delay
ATM spezifischkann in jedem
Übertragungssystemauftreten