Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 3. Стандартизація мережних протоколів і телекомунікаційного обладнання   /  Тема 3.4. Стандартні стеки мережних протоколів

Зміст:

3.4.7. Стек протоколів технологій B-ISDN та АТМ

Модель протоколів B-ISDN цілком відповідає принципам, покладеним в основу розробки еталонної моделі взаємодії протоколів. Загальний вигляд еталонної моделі протоколів B-ISDN на основі технології ATM представлено на рис. 3.4.10. Модель містить три площини: площину користувача, площину контролю і площину менеджменту.

Площина користувача (U-plane) забезпечує транспортування всіх видів інформації в сукупності з відповідними механізмами захисту від помилок, контролю й управління потоком, обмеження навантаження тощо. Площина користувача має рівневу структуру.

Рис. 3.4.10. Еталонна модель протоколів у B-ISDN

Площина контролю (C-plane) визначає протоколи встановлення, контролю і роз’єднання з’єднань. Їй належать усі функції сигналізації, крім протоколів метасигналізації (сутність цього поняття розкрита нижче). Площина контролю також має рівневу структуру.

Площина менеджменту (M-plane) забезпечує виконання функцій двох типів: менеджмент (управління) площинами й менеджмент (управління) рівнями. Функції управління площинами забезпечують координацію між усіма «гранями» моделі протоколів і належать до всієї B-ISDN, пов’язуючи її в єдине ціле. Область управління площинами не має рівневої структури.

Функції управління рівнями розв’язують завдання розподілу мережних ресурсів, узгодження їх з параметрами трафіка, обробки інформації експлуатації і технічного обслуговування й управління мережею. Процедури метасигналізації також належать до функцій управління рівнями. Управління рівнями має рівневу структуру. На сьогодні детально визначені функції тільки перших трьох рівнів моделі. Перші три рівні еталонної моделі протоколів B-ISDN — це фізичний рівень, рівень ATM, де відбувається структурування чарунок, і рівень адаптації ATM, що підтримує послуги більш високого рівня, наприклад, емуляцію каналів, високошвидкісну передачу даних без встановлення з’єднання, ретрансляцію кадрів тощо.

Фізичний рівень відповідає 1-му рівню ЕМВВС, рівень ATM і частина рівня адаптації ATM відповідає 2-му (канальному) рівню, більш високі рівні відповідають мережному рівню ЕМВВС і вище.

Рис. 3.4.11 показує співвідношення рівневої структури АТМ (B-ISDN) і рівневої структури ЕМВВС, а також розподіл рівнів B-ISDN на підрівні.

Рис. 3.4.11. Рівні та підрівні АТМ (B-ISDN) і рівні OSI

Основні функції рівнів і їх розподіл на підрівні наведено в табл. 3.4.1.

Таблиця 3.4.1 Основні функції рівнів еталонної моделі протоколів B-ISDN

Рівень
Підрівень
Основні функції
Адаптації ATM
Конвергенції
Конвергенція до служби
Сегментації і збирання
Сегментація і збирання
ATM
Загальне управління потоком. Генерація/видалення заголовка чарунки. Перетворення ідентифікаторів віртуальних шляхів і віртуальних каналів. Мультиплексування/демультиплексування чарунок
Фізичний
Конвергенції із системою передачі
Узгодження швидкості чарунок. Формування поля контролю помилок/виявлення і виправлення помилок. Адаптація потоку чарунок до кадру системи передачі/виділення чарунок. Генерація кадру системи передачі/відновлення кадру
Залежний від фізичного середовища
Синхронізація. Передача двійкового сигналу в даному середовищі

Фізичний рівень (PHY) є найнижчим рівнем протокольного стека ATM, що визначає інтерфейс між рівнем ATM і фізичним середовищем. Фізичний рівень поділяється на два підрівні:

  • підрівень, який залежить від фізичного середовища (Physical Medium Dependent, PMD);
  • підрівень конвергенції із системою передачі (Transmission Convergence Sublayer, ТС).

Підрівень, який залежить від фізичного середовища, визначає швидкість передачі бітового потоку через дане фізичне середовище, а також забезпечує синхронізацію між передачею та прийомом. На цьому рівні здійснюється лінійне кодування і, якщо необхідно, електронно-оптичне й оптоелектронне перетворення сигналів. Як фізичне середовище, що використовується для поширення сигналу, найчастіше використовується одномодове або багатомодове оптоволокно. Можливе використання коаксіального кабелю, екранованої або неекранованої мідної пари, радіоканалу високої якості.

Підрівень конвергенції із системою передачі визначає порядок передачі чарунок ATM у бітовому потоці і виконує такі функції:

  • генерацію кадру системи передачі та його відновлення на прийомі;
  • адаптацію потоку чарунок до кадру передачі на стороні передачі й виділення чарунок з кадру на приймальній стороні;
  • формування поля контролю помилок у заголовку на передавальній стороні й виявлення та виправлення одиночних помилок, якщо це можливо, на приймальній стороні;
  • узгодження швидкості чарунок.

Як цифрові системи передачі можуть використовуватися системи передачі синхронної (SDH) або плезіохронної цифрової ієрархії (PDH) із власною структурою кадру. Тому потрібен спеціальний механізм пакування чарунок у поле корисного навантаження кадру систем передачі SDH або PDH. Окрім того, в інтерфейсі «користувач-мережа» ITU запропонована спеціальна структура, у якій кадр еквівалентний чарунці. Виділення чарунок — це механізм, що дозволяє на приймальному кінці відновити межі чарунки. Для захисту механізму виділення чарунок інформаційне поле чарунки перед передачею скремблюється.

На передавальній стороні здійснюється формування послідовності контролю помилок у заголовку (Header Error Control, НEС). Ця послідовність вміщується у відповідне поле заголовка чарунки. На стороні прийому значення послідовності контролю помилок у заголовку перераховується й порівнюється з тією, що надійшла. У разі розбіжності помилка, якщо це можливо, виправляється, або, в іншому разі, чарунка стирається.

Узгодження швидкості чарунок полягає в тому, що якщо з боку рівня ATM потік чарунок менше пропускної здатності системи передачі, то підрівень конвергенції фізичного рівня на передавальній стороні додає чарунки, які не містять інформації, а на стороні прийому відкидає їх. Такі чарунки отримали назву «порожніх».

Цікаво відзначити, що ITU покладає виконання цієї функції на підрівень конвергенції фізичного рівня за допомогою порожніх чарунок (Idle Cells), а Форум ATM розв’язує завдання узгодження швидкості на рівні ATM і використовує для цього непризначені чарунки (Unassigned Cells). Це свідчить про потенційну можливість несумісності на фізичному рівні двох систем, що використовують різні типи чарунок для узгодження швидкості.

Рівень ATM. За фізичним рівнем йде рівень ATM (табл. 3.4.1). Його характеристики не залежать ані від фізичного середовища передачі, ані від виду переданої інформації. На рівні ATM реалізуються такі основні функції:

  • мультиплексування і демультиплексування чарунок;
  • перетворення ідентифікаторів віртуальних шляхів і віртуальних каналів;
  • генерація або видалення заголовка чарунки;
  • загальне управління потоком в інтерфейсі «користувач-мережа».

На передавальній стороні реалізується механізм мультиплексування чарунок, що надходять від різних джерел, у єдиний потік пакетів ATM. На приймальній стороні механізм демультиплексування розбиває потік, який надходить, на потоки, що відповідають ідентифікаторам віртуальних шляхів і віртуальних каналів. У комутаторах ATM, у загальному випадку, відбувається заміна вхідних ідентифікаторів віртуальних шляхів і віртуальних каналів на вихідні. У комутаторах віртуальних шляхів відбувається перетворення тільки ідентифікаторів віртуальних шляхів.

Функція генерації або видалення заголовка чарунок здійснюється тільки в кінцевих точках ATM-рівня. На передавальній стороні до 48-октетного поля корисного навантаження, що надходить із рівня адаптації ATM, додається 5 октетів заголовка, утворюючи чарунку з незаповненим полем контролю помилок у заголовку. Заповнення поля контролю помилок заголовка є функцією фізичного рівня. На протилежній стороні механізм виділення заголовка видаляє його з чарунки, залишаючи 48-октетне поле корисного навантаження, що передається на рівень адаптації ATM.

Загальне управління потоком здійснюється тільки в інтерфейсі «користувач-мережа» з метою контролю навантаження в мережі доступу і захисту від перевантажень.

Рівень адаптації ATM знаходиться між рівнем ATM і вищими рівнями. Рівень адаптації ATM розбивається на два підрівні:

  • сегментації і збирання (Segmentation and Reassembly, SAR);
  • конвергенції (Convergence Sublayer, CS).

Його основною функцією є адаптація рівня ATM до потреб вищих рівнів. Основним завданням підрівня сегментації і збирання на передавальній стороні є сегментація протокольних блоків даних на сегменти, придатні для запису в інформаційне поле чарунки (48 октетів), і відновлення на стороні прийому прийнятих блоків даних з інформаційних полів чарунок рівня ATM.

Підрівень конвергенції залежить від служби і надає вищим рівням послуги рівня адаптації і збирання через точки доступу до послуг. Інформаційні блоки, що надходять від кожної служби, можуть бути різними, мати специфічну структуру і висувати різні вимоги до їхнього перенесення в мережі ATM. Для мінімізації кількості протоколів рівня адаптації ATM ITU було запропоновано провести класифікацію всіх служб за трьома ознаками:

  • часової залежності між джерелом і одержувачем (існує чи ні), яка виражається у вимогах (нормах) до часу доставки;
  • швидкості джерела (джерело з постійною швидкістю передачі або джерело зі швидкістю передачі, яка змінюється);
  • режиму зв’язку (із встановленням з’єднання або без встановлення з’єднання).

Теоретично можливе одержання 8 комбінацій, але до нині існуючих служб можуть належати тільки 4 з’єднання. Для кожної служби розроблений свій рівень адаптації ATM.