Folien 141-160

Transcrição

Folien 141-160

Das Breitband ISDN (B-ISDN)

Als Übertragungswege für ATM-Netze im öffentlichen
Bereich sind mehrere Techniken und etliche
Geschwindigkeiten definiert worden. Die wichtigsten
sind:

Plesiochrone Digitale Hierarchie (PDH):
• USA 1,5 Mbps, 45 Mbps (DS 1 (T1), DS 3 (T3))
• Europa 2 Mbps, 34 Mbps, 140 Mbps (E1, E3, E4)
Synchrone Digitale Hierarchie (SDH):
• USA Sonet (Synchronous Optical Network)
• Europa SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
• mit den Geschwindigkeiten:
– 155,52 Mbps (Sonet OC-3c (STS-3c); SDH STM-1)
Aus Conrads: „Netzdienste der Telekom“
Öffentliche Netze (SS 2010)
W.H.
141
Der asynchrone Transfermodus - ATM
Die Folien zu ATM sind aus der Vorlesung
„Hochleistungskommunikation“, die von Prof. Dr. Wilfried
Juling und Dr. Hajo Wiltfang am Institut für Telematik der
Universität Karlsruhe gehalten wurde, ausgewählt und
zum Teil verändert worden.
W.H.
142
ATM - Ziele

Hohe Flexibilität

Realisierung mehrerer Dienste
(Audio, Video, Daten)
Unterstützung unterschiedlicher Bitraten

Konstante Variable
Bitrate
Bitrate
Hohe Datenraten

Komplexität in Endsysteme verlagert
Einfache Verarbeitung in den
Vermittlungssystemen (Minimierung von
Vermittlungskomplexität,
Prozessorleistung und
Speicherkomplexität)

ATM-basierte Netze: B-ISDN,
drahtloses ATM DQDB (Distributed
Queue Dual Bus),
SMDS (Switched Multi-Megabit Data
Service)
W.H.
155 Mbit/s
143
ATM: Charakteristiken

Minimale Funktionalität im Netz

hohe Datenraten: 155 Mbit/s, 622 Mbit/s, 2.4 Gbit/s

ATM arbeitet verbindungsorientiert (virtuelle Verbindungen)

Datenübertragung in kleinen Paketen (Zellen) fester Länge

Asynchrones Multiplexen der Zellen auf das
Übertragungsmedium

Die Übertragung der Zellen kann synchron oder asynchron
erfolgen

Vermittlung der Zellen über lokal eindeutige Kennungen im
Zellkopf
W.H.
144
Minimale Funktionalität im Netz

Bei einer Netzgeschwindigkeit von 155 Mbit/s stehen für das
Weiterleiten einer Zelle im Zwischensystem ca. 2.8 μs (53Byte /
155Mbit/s) zur Verfügung
Bei 622 Mbit/s nur noch ca. 680 ns

Verlagerung von Funktionen in Endsysteme

Fehler- und Flusskontrolle Ende-zu-Ende,
nicht Link-zu-Link wie bei X.25
Keine Übertragungswiederholung auf Links
• niedrige Bitfehlerrate
• Ressourcenreservierung und geeignete Dimensionierung von
Warteschlangen
Verbindungsorientiertes Konzept (Virtuelle Verbindungen)

Zugehörigkeit der Zellen zu Verbindungen im Zellkopf vermerkt
effiziente Vermittlung
W.H.
145
ATM-Verbindungskonzept: Motivation
ATMES
ATMES
ATMES
Privates
ATM-Netz
Öffentliches
B-ISDN-Netz
Privates
ATM-Netz
ATMES
ATMES
ATMES

ATM-ES: ATM-Endsystem
Bereitstellung einer "Virtuellen Standleitung" über das Breitband-ISDN
zur Kopplung von LANs oder MANs
Bündeln zusammengehörender Datenströme zwischen ATM-Stationen

z.B.: alle Daten (Video-, Audio- und Datenstrom) einer Konferenz zwischen
Multimedia-Rechnern
Definition
Definitioneines
eineshierarchischen
hierarchischenVerbindungskonzepts
Verbindungskonzepts
W.H.
146
ATM-Verbindungskonzept: Verbindungstypen
VC
VC
VP
Übertragungspfad
...
VP
VC

Definition von zwei unterschiedlichen Verbindungstypen:

Virtueller Kanal (Virtual Channel, VC):
virtuelle Verbindung
Virtueller Pfad (Virtual Path, VP):
Bündel virtueller Kanäle mit gleichen Endpunkten
(Endgeräte, Vermittlungsknoten)

Zuordnung über Kennungen im Kopf der ATM-Zelle:

Virtuelle Kanalkennung: Virtual Channel Identifier (VCI)
Virtuelle Pfadkennung: Virtual Path Identifier (VPI)
W.H.
147
ATM-Zellen
Zellkopf
Kanal
1
Kanal
5
Nutzdaten
Kanal
1
frei
Nutzdatenfeld
5 Bytes
48 Bytes
Zellen stellen
Basiseinheiten für die
Datenübertragung
dar

ATM-Zellen sind
Dateneinheiten fester
Länge (53 Bytes)

Zuordnung zwischen
Zelle und Kanal ist
variabel

Zellkopf enthält
Routinginformation
Kanal
1
Zelle
Zellkopf

W.H.
148
ATM-Zellen: Aufbau
ATM-Zellkopf an der Teilnehmer-Netz-Schnittstelle
(UNI, User-to-Network-Interface):

GFC
(Generic Flow Control) [4 bit]
Generische Flusskontrolle
VPI (Virtual Path Identifier) [8]
Virtuelle Pfadkennung
VCI (Virtual Channel Identifier) [16]
Virtuelle Kanalkennung
PT (Payload Type) [3]
Information über den Inhalt
der Zelle
CLP (Cell Loss Priority) [1]
Kennzeichnung von Prioritäten
HEC (Header Error Control) [8]
Prüfsumme über Zellkopf
ZellNutzdaten
kopf
5 Bytes 48 Bytes
Generische
Flußkontrolle
VPI
VPI
1
VCI
2
3
VCI
VCI
PT
CLP 4
HEC
5
[Byte]
W.H.
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Asynchronität von ATM

Die Asynchronität von ATM bezieht sich nach der Definition der ITUT-Empfehlung I.113 auf das Multiplexen von Daten:
" ... it is asynchronous in the sense that
the recurrence of cells containing
information from an individual user is not
necessarily periodic."

Die Asynchronität bezieht sich nicht auf die Übertragung

Übertragung in periodischen Übertragungsrahmen, in die Zellen
asynchron gemultiplext werden, ist möglich
ATM-Zellen werden auf der Leitung kontinuierlich gesendet; stehen
keine Zellen zur Verfügung, werden Leerzellen gesendet.
W.H.
150
Übertragung von ATM-Zellen

Der asynchrone Transfermodus ATM ist unabhängig von der
eingesetzten Übertragungstechnik.

Die Zellen können sowohl asynchron gesendet werden als auch in
einem synchronen Rahmen.

Übertragung in synchronen Rahmen
• Integration ATM- und STM-basierten Daten
• Kompatibilität mit vorhandenem Equipment und Signalisierung
• Verwendung der Übertragungshierarchie SONET/SDH (auch in BISDN vorgeschlagen)
Asynchrone, zellenbasierte Übertragung über einen Zellstrom
Spezifikation von Schnittstellen zu z.B. SDH/SONET, PDH, Fiber
Channel, Zellstrom
W.H.
151
Asynchrone, zellenbasierte Übertragung

Kontinuierlicher Strom aus Zellen

Falls keine Zellen zum Senden
vorhanden sind, werden Leerzellen
in den Zellenstrom eingefügt. Dieser
Vorgang wird "cell rate decoupling"
genannt.

Erkennen der Zellengrenzen
notwendig, wenn kein synchroner
Rahmen vorhanden ist.

Zusätzliche Zellen notwendig, die
Information für Ablauf und Wartung
enthalten (OAM-Zellen; Operations
and Maintenance)
OAM-Zelle
OAM-Zellen können an festen
Stellen (z.B. jede 27. Zelle)
eingefügt werden, um so eine
Rahmenstruktur zu generieren

26/27 * 155.520 Mbit/s = 149.76
Mbit/s Nutzdatenrate
W.H.
152
Vermittlung von ATM-Zellen
Zellkopf
A
K
B
A1
E1
Z
D
Zelle
A
A
En
An
Tabelle 1
P
Tn
Ti: Vermittlungstabelle am Eingang i
Vermittlungsknoten

X
Zelle
Vermittlung von
virtuellen Kanälen und
virtuellen Pfaden
Identifikation durch lokal
eindeutige Kennungen
Zellkopf enthält die
relativ kurzen
Kennungen

Kennungen werden vom Vermittlungsknoten zur Weiterleitung der Pakete
ausgewertet.

Schema: Eingangsport und Kennung
werden für den Tabellenzugriff
verwendet. Ergebnis ist Ausgangsport
und eine neue Kennung für den
Zellkopf.
W.H.
153
Virtueller Kanal und virtuelle Kanalkennung
VPI=1
VCI=3
Endsystem A
Vermittlungssystem 1
VPI=2
VCI=9
VPI=5
VCI=9
VPI=3
VCI=4
Endsystem B
Virtueller
Kanal

Virtuelle Kanalkennung (VCI):

ist jeweils für einen Übertragungsabschnitt gültig (lokale Gültigkeit)
wird in jedem Vermittlungsknoten umgesetzt, der virtuelle Kanäle vermittelt
Identifikation des virtuellen Kanals über eine Folge von VPI/VCIKombinationen. Im Beispiel: Virtueller Kanal zwischen Endsystem A und
Endsystem B entspricht [VPI/VCI = 1/3, 2/9, 5/9, 3/4]
W.H.
154
Virtueller Pfad und virtuelle Pfadkennung
VPI=1
VCI=3
Endsystem A
VPI=2
VCI=9
VPI=5
VCI=9
VPI=3
VCI=4
Endsystem B
Virtueller Pfad

Virtuelle Pfadkennung (VPI):

ist jeweils für einen Übertragungsabschnitt gültig (lokale Gültigkeit)
Identifikation eines virtuellen Pfades (VP) über eine Folge von VPIs
Aber: Innerhalb eines virtuellen Pfades (VP) bleiben die virtuellen
Kanalkennungen (VCI) konstant

Vermittlungssysteme innerhalb eines virtuellen Pfades (VP) setzen
lediglich die virtuelle Pfadkennung (VPI) um.

Im Beispiel: Virtueller Pfad [VPI=2, VPI=5] zwischen den
Vermittlungs-knoten 1 und 3, VCI=9 bleibt in diesem Pfad konstant
W.H.
155
Arten der ATM-Vermittlung

Entsprechend der Hierarchie von Verbindungstypen
werden zwei Arten von Vermittlungsknoten unterschieden:

VP-Vermittlungsknoten

Vermittlung von virtuellen Pfaden (VP)
Keine Auswertung der virtuellen Kanalkennung (VCI)
Virtuelle Kanalkennungen (VCI) bleiben unverändert
Unterschiedliche Anzahl virtueller Kanäle pro virtuellem
Pfad möglich
VP/VC-Vermittlungsknoten

Auswertung der virtuellen Kanalkennung (VCI) und der
virtuellen Pfadkennung (VPI)
Umsetzen der virtuellen Kanalkennung (VCI) und der
virtuellen Pfadkennung (VPI)
W.H.
156
ATM-Vermittlung: VP-Vermittlungsknoten

VCI 1
VCI 2
VPI 1
VCI 3
VCI 4
VPI 2
VPI 5
VCI 5
VCI 4
VCI 5
VCI 4
VPI 3
VPI 6
VCI 1
VCI 2
VPI 4
VP-Vermittlungsknoten
VCI 3
VCI 4
Vermitteln von virtuellen Pfaden (VP)
Berücksichtigt wird ausschließlich die virtuelle Pfadkennung (VPI) der
ATM-Zellen; die virtuelle Kanalkennung (VCI) wird nicht ausgewertet
Umsetzen der virtuellen Pfadkennung (VPI); die virtuelle Kanalkennung
(VCI) bleibt unverändert
W.H.
157
ATM-Vermittlung: VP/VC-Vermittlungsknoten
VC-Vermittlungselement
VCI
1
VCI 1
VCI 2
VPI 1
VCI 1
VCI 2
VPI 4
VCI 2
VCI 3
VCI 4
VPI 2
VCI 4
VPI 3
VCI 3
VPI 5
VCI 1
VCI 2
VP-Vermittlungselement
VP/VC-Vermittlungsknoten

Umsetzen der virtuellen Kanalkennung und der virtuellen Pfadkennung
VCs aus einem VP können auf verschiedene VPs verteilt werden
W.H.
158
Umsetzen der Pfad- bzw. Kanalkennung
Entfernen von
Leerzellen
Ein
VPI = 1
VCI = 10
VPI = 2
VCI = 20
Aus
VPI = 5
VCI = 12
VPI = 8
VCI = 23
Umsetztabelle

Auswertung ankommender ATM-Zellen und Erzeugung neuer Zellköpfe
Leerzellen werden entfernt
Kennungen (Tabelleneinträge) sind für gesamte Verbindungsdauer fest
Vergabe von Kennungen für die jeweiligen Übertragungsabschnitte (Aufbau der
Umsetztabellen) durch Signalisierung bzw. das Netzwerkmanagement
W.H.
159
Permanente und vermittelte Verbindungen

Permanente Verbindungen (PVC, Permanent Virtual Circuit)

Vermittelte Verbindungen (SVC, Switched Virtual Circuit)

werden durch externe Mechanismen etabliert; typischerweise durch
das Netzwerkmanagement (Managementebene)
VPIs und VCIs werden manuell vergeben
zeitaufwendig und wenig flexibel, daher zumeist nur für langlebige
Verbindungen
automatischer Aufbau während der Signalisierungsphase durch ein
Signalisierungsprotokoll (Kontrollebene)
kein manueller Eingriff erforderlich
standardisierte Signalisierungsprotokolle
(reservierter Kanal: VPI = 0; VCI = 5)
PVCs schon lange im Einsatz; SVCs erst in jüngster Zeit
(teilweise Probleme bei der Signalisierung zwischen
Vermittlungsknoten unterschiedlicher Hersteller)
W.H.
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