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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


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.


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


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


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


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


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


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.


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


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


ATM ATM ÜÜbermittlungsprinzipbermittlungsprinzip

ATM

Zellenbildung

Sprache Daten Video Multimedia

statistisches, asynchronesMultiplexen der Zellen

flexible Bandbreitenzuordnung


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


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


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


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


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


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


ZellenstrukturZellenstruktur

Zellentypen der ATM-Schicht:Assigned Cell & Unassigned Cell

Zellentypen der physikalischen Schicht:Invalid Cell, Valid Cell & Idle cell

Informationsfeld Zellenkopf


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


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


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


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


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 !


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 !


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


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


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


ZellgrenzerkennungZellgrenzerkennung

Bit-Vergleicher HEC-Berechnung

32 Bit Eingang

8 Bit Ausgang

ATM - Zellenstrom

korrekter Header empfangen heißt: hier ist die Zellengrenze

HECZellenkopf (Header)


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


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


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


NetzelementeNetzelemente

ATMMUX

ATMKonzentrator

StrgStrg

ATMVSt

ATM Multiplexer

ATM Konzentrator


Cross Connect und Cross Connect und Vermittlungsstelle (Switch) Vermittlungsstelle (Switch)

CrossConnect

Steuerung

Vermittlungs-leitungen


Einstellinformationvom

OAM-Zentrum

Ortsvermittlungsstelle Fernvermittlungsstelle

Steuerung

Teilnehmer-zugang


Steuerung




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)


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


Ziele des VerkehrsmanagementsZiele des Verkehrsmanagements

ATMVerkehrs-

managementVerkehrs-parameter

Überwachungder

VerkehrsparameterQoS-

Parameter

Zulassungneuer

Verbindungen

Überwachungder

QoS-Parameter

Net

z-R

esso

urce

n


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


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)


InformationsInformationsüübermittlungbermittlung

ES.....Endsystem

ATMES

ATMES

Zellen mit Fehlern im Header werden verworfenQuittungen nach Bedarf

ATM - Netz


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


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

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