Асинхронные протоколы при передаче данных оформляются

Обновлено: 18.05.2024

Канальный уровень оперирует кадрами данных и обеспечивает синхронизацию между приемником и передатчиком на уровне кадров.

Обычно достаточно обеспечить синхронизацию на двух уровнях - битовом и кадровом, - чтобы передатчик и приемник смогли обеспечить устойчивый обмен информацией. Однако при плохом качестве линии связи (телефонным коммутируемым каналам) для удешевления аппаратуры и повышения надежности передачи данных вводят дополнительные средства синхронизации на уровне байт. Такой режим работы называется асинхронным или старт-стопным. Другой причиной использования такого режима работы является наличие устройств, которые генерируют байты данных в случайные моменты времени. Так работает клавиатура дисплея или другого терминального устройства, с которого человек вводит данные для обработки их компьютером.

Рис. 2.20. Асинхронная (а) и синхронная (б) передачи на уровне байт

При синхронном режиме передачи старт-стопные биты между каждой парой байт отсутствуют. Пользовательские данные собираются в кадр, который предваряется байтами синхронизации (рис. 2.20, б). Байт синхронизации - это байт, содержащий заранее известный код, например 0111110, который оповещает приемник о приходе кадра данных. При его получении приемник должен войти в байтовый синхронизм с передатчиком, то есть правильно понимать начало очередного байта кадра. Иногда применяется несколько синхробайт для обеспечения более надежной синхронизации приемника и передатчика.

Управление потоком

Другая важная проблема, которая решается на канальном уровне — управление потоком. Вполне может случиться, что отправитель будет слать кадры столь часто, что получатель не будет успевать их обрабатывать (например, если машина-отправитель более мощная или загружена слабее, чем машина-получатель). Для борьбы с такими ситуациями вводят управления потоком. Это управление предполагает обратную связь между отправителем и получателем, которая позволяет им урегулировать такие ситуации. Есть много схем управления потоком и все они в основе своей имеют следующий сценарий: прежде, чем отправитель начнёт передачу, он спрашивает у получателя сколько кадров тот может принять. Получатель сообщает ему определённое число кадров. Отправитель после того, как передаст это число кадров, должен приостановить передачу и снова спросить получателя, как много кадров тот может принять, и т.д.

Методы обнаружения и исправления ошибок

Существует несколько методов:

Методы обнаружения ошибок

Все методы обнаружения ошибок основаны на передаче в составе кадра данных служебной избыточной информации, по которой можно судить о достоверности принятых данных. Эту служебную информации принято называть контрольной суммой (или последовательностью контроля кадра — Frame Check Sequence, PCS). Контрольная сумма вычисляется как функция от основной информации. Принимающая сторона повторно вычисляет контрольную сумму кадра по известному алгоритму и в случае ее совпадения с контрольной суммой, вычисленной передающей стороной, делает вывод о корректости переданных данных.

Существует несколько распространенных алгоритмов вычисления контрольной суммы.

Контроль по паритету представляет собой наиболее простой метод контроля данных, обнаруживающий только одиночные ошибки в проверяемых данных. Метод заключается в суммировании по модулю 2 всех бит контролируемой информации (или добавление к блоку данных бита четности, чтобы количество единиц в блоке было четным). Результат суммирования также представляет собой один бит данных, который пересылается вместе с контролируемой информацией. Однако двойная ошибка, например 110101010, будет неверно принята за корректные данные. Метод редко применяется в вычислительных сетях из-за его большой избыточности (1/8).

Вертикальный и горизонтальный контроль по паритету представляет собой модификацию описанного выше метода. Его отличие состоит в том, что исходные данные рассматриваются в виде матрицы, строки которой составляют байты данных. Контрольный разряд подсчитывается отдельно для каждой строки и для каждого столбца матрицы. Этот метод обнаруживает большую часть двойных ошибок, однако обладает еще большей избыточностью. На практике сейчас почти не применяется.

Циклический избыточный контроль (Cyclic Redundancy Check, CRC) является в настоящее время наиболее популярным методом контроля в вычислительных сетях (и не только в сетях, например, этот метод широко применяется при записи данных на диски и дискеты). Метод основан на рассмотрении исходных данных в виде одного многоразрядного двоичного числа. В качестве контрольной информации рассматривается остаток от деления этого числа на известный делитель R. При получении кадра данных снова вычисляется остаток от деления на тот же делитель R, но при этом к данным кадра добавляется и содержащаяся в нем контрольная сумма. Если остаток от деления на R равен нулю, то делается вывод об отсутствии ошибок в полученном кадре, в противном случае кадр считается искаженным. Метод CRC обнаруживает все одиночные ошибки, двойные ошибки и ошибки в нечетном числе бит. Метод обладает также невысокой степенью избыточности (4 байта).

Методы коррекции ошибок

Расстояние Хэмминга для двух кодов равной длины равно числу разных бит в этих кодах.

Рассмотрим пример передачи кода буквы s = 0x073 = 1110011 с использованием кода Хэмминга.

Позиция бита:
Значение бита:	*	*	*	*

Символами * помечены четыре позиции, где должны размещаться контрольные биты. Эти позиции определяются целой степенью 2 (1, 2, 4, 8 и т.д.). Контрольная сумма формируется путем выполнения операции XOR (исключающее ИЛИ) над кодами позиций ненулевых битов. В данном случае это 11, 10, 9, 5 и 3. Вычислим контрольную сумму:

11 =

10 =

09 =

05 =

03 =

S =

Таким образом, приемник получит код:

Позиция бита:

Значение бита:

Просуммируем снова коды позиций ненулевых битов и получим нуль.

11 =

10 =

09 =

08 =

05 =

04 =

03 =

02 =

S =

Ну а теперь рассмотрим два случая ошибок в одном из битов посылки, например, в бите 7 (1 вместо 0) и в бите 5 (0 вместо 1). Просуммируем коды позиций ненулевых бит еще раз.

В обоих случаях контрольная сумма равна позиции бита, переданного с ошибкой. Теперь для исправления ошибки достаточно инвертировать бит, номер которого указан в контрольной сумме. Понятно, что если ошибка произойдет при передаче более чем одного бита, код Хэмминга при данной избыточности окажется бесполезен.

Пульсации ошибок характерны для беспроводных каналов, в которых применяют сверточные коды. Поскольку для распознавания наиболее вероятного корректного кода в этом методе задействуется решетчатая диаграмма, то такие коды еще называют решетчатыми. Эти коды используются и в модемах.

Суть асинхронного принципа управления состоит в независимой (полностью или частично) работе (по времени) передатчика и приемника, управляемой регулярной последовательностью сигналов синхронизации при реализации функций обмена и обработки информации.

Передача данных осуществляется порциями (кадрами). Начало и конец каждой порции информации отмечаются специальными метками.

Стандартный формат кадра последовательной асинхронной передачи данных изображен на рис. 2.1.

Уровень логической единицы в линии называют маркером, уровень логического нуля - пробелом. При отсутствии данных в линии действует сигнал маркера. Передача кадра начинается с посылки стартового бита пробела. После этого передаются биты данных, число которых в кадре может устанавливаться от 5 до 8. За битами данных может следовать бит паритета, который также называется битом контроля четности (или нечетности). Этот бит выбирается в каждом кадре данных таким образом, чтобы общее число единиц в битах данных и бите паритета было четным (или нечетным). Кадр заканчивается стоп-битом, имеющим уровень маркера. Может устанавливаться один, полтора или два стоповых бита. После этого в линии может поддерживаться состояние отсутствия данных (уровень маркера) либо начинаться следующий кадр (стартовым битом пробела).

Рис. 15.1 - Формат кадра при асинхронной последовательной передаче

Сигналы в линии могут иметь различное представление. При передаче на небольшое расстояние в линии действуют уровни напряжения 312 В. При расстояниях до 1-1,5 км используют токовую петлю - импульсы постоянного тока значением 20 мА, передаваемые по витой паре или кабелю. Асинхронная связь постоянным током (токовая петля) по четырехпроводной дуплексной линии носит название радиального последовательного интерфейса (ИРПС).

При передаче информации по телефонным линиям через модемы, уровни напряжения преобразуют в посылки (пачки) синусоидальных сигналов. Сигналу маркера соответствует частота (тон) 1270 Гц, сигналу пробела - 1070 Гц. Для дуплексной связи по одной и той же телефонной линии используют две пары частот, например 1270. 1070 Гц и 2225. 2025 Гц. Частота 2225 Гц служит для передачи в обратном направлении сигнала маркера, частота 2025 Гц - сигнал пробела.

Структура линии связи электронного оборудования источника информации с удаленной ЭВМ изображена на рис. 2.2.

Рис. 15.2 - Структура линии связи при последовательной передаче данных

Электронное оборудование (ЭО) должно быть снабжено последовательным интерфейсом (ПИ), преобразующим параллельный код, поступающий из ЭО, в последовательный в соответствии с описанным выше стандартным форматом. Преобразование сигналов напряжения, действующих на выходе ПИ, в сигналы телефонного тона осуществляется специальным устройством - модемом. Для управления модемом (подключения модема к линии, включения тона, передачи данных, контроля состояния модема) предусматриваются соответствующие стандартные сигналы. Совокупность линий для передачи этих сигналов образует стык С2, широко используемый в вычислительных системах.

Подключение телефонной линии к ЭВМ осуществляется через второй модем, преобразующий телефонные посылки в уровни напряжения стыка С2, и последовательный интерфейс, называемый часто адаптером дистанционной связи (АДС) или устройством последовательного обмена (УПО), который является связующим звеном между стыком С2 и системным интерфейсом ЭВМ. Следует отметить, что из трех изображенных на рис. 2.2. элементов линии связи - АДС, модема и ПИ - два первых относятся к числу стандартных устройств, включаемых в состав вычислительных систем (АДС) либо выпускаемых промышленностью как самостоятельные изделия (модемы). Что же касается последовательного интерфейса, то, поскольку его конструкция в какой-то степени определяется назначением и характеристиками подключаемого к нему электронного оборудования, его надо разрабатывать для каждого конкретного применения. Разработка ПИ облегчается тем, что основные функциональные узлы интерфейса выпускаются в виде интегральных микросхем.

Описанная структура связи (с преобразованием в частотный телефонный сигнал) применяется только в тех случаях, когда расстояние между ЭО и ЭВМ весьма велико - более 1,5. 2 км. При меньших расстояниях необходимость в использовании модемов отпадает, и связь ПИ и АДС осуществляется по двухпроводной линии с помощью токовой петли. Стандартные АДС часто имеют два выхода: на стык С2 (аналог RS-232) и токовую петлю.

Рассмотрим структуру адаптера дистанционной связи (рис. 2.3). Он включает в себя узлы связи с системным интерфейсом ЭВМ, универсальный асинхронный приемопередатчик (УАПП) и узлы согласования, осуществляющие, в частности, преобразование ТТЛ-уровней в уровни стыка С2. Узлы связи с системным интерфейсом (дешифратор адреса, модуль управления прерываниями и пр.) обеспечивают протокол системной магистрали при передаче данных между ЦП и интерфейсом.

Рис. 15.3 - Структура адаптера дистанционной связи

Наиболее специфической частью АПД является УАПП, упрощенная структурная схема которого приведена на рис. 2.4.

Асинхронный приемопередатчик состоит из трех секций: передачи, управления и приема. Секция передачи служит для преобразования данных из параллельной формы в последовательную. Байт данных поступает из ЭВМ (по команде программы) в параллельной форме в регистр данных РД передатчика. После завершения передачи в линию предыдущего байта и освобождения выходного регистра байт данных переносится (также параллельно) в выходной сдвиговый регистр. Здесь к нему добавляются служебные биты: стартовый, стоповый и паритета. Полученное таким образом содержимое кадра многократно сдвигается в сторону младших битов, в результате чего на выходе концевого триггера регистра, связанного с передающей линией, последовательно появляются значения всех битов кадра. Пока биты данных передаются в линию, в РД передатчика может загружаться из ЭВМ следующая порция информации.

Рис. 15.4 - Структура УАПП

Секция приема работает аналогично. Биты, поступающие из линии, вдвигаются во входной сдвиговый регистр. После получения всего кадра из него убираются служебные биты и оставшаяся информационная часть переносится параллельно в РД приемника, откуда по команде программы данные принимаются в ЭВМ. Пока происходит пересылка данных в ЭВМ, входной сдвиговый регистр может принимать следующую порцию (кадр) данных.

В секции управления имеются регистры команд и состояний (РКС) (обычно два), с помощью которых программно устанавливаются характеристики УАПП: скорость передачи, число информационных битов, наличие и вид паритета и т.д. Кроме того, отдельные разряды РКС (или иногда дополнительные разряды РД) фиксируют ошибки приема данных, например получения в РД приемника следующего байта данных до считывания в ЭВМ предыдущего (ошибка наложения или переполнения).

Тактовый генератор, входящий в состав УАПП, определяет частоту сдвига в сдвиговых регистрах и тем самым скорость передачи и приема данных. Очевидно, что передача и прием в конкретной линии должны вестись с одной скоростью.

Если АДС работает на токовую петлю, функции узла согласования ограничиваются преобразованием уровней напряжения, действующих на выходе УАПП, в токовые посылки. Если же АДС предназначен для подсоединения к модему либо другой аппаратуре с выходом на стык С2, узел согласования должен вырабатывать и воспринимать ряд управляющих сигналов. Число этих сигналов определяется функциональными возможностями АДС.

В простейшем случае из нескольких десятков сигналов, предусмотренных стандартом на стык С2, используются следующие:

цепь 108: подключить АПД к линии (сигнал вырабатывается по команде ЭВМ, говорит о готовности ЭВМ передавать данные и требует подключения модема к линии);
цепь 107: АПД готова (сигнал вырабатывается модемом в ответ на сигнал 108 и говорит о том, что модем подключен к линии связи и готов взаимодействовать с ЭВМ);
цепь 105: запрос передачи (модем, получив от ЭВМ этот сигнал, включает сигнал маркера и информирует тем самым удаленный модем о начале сеанса связи);
цепь 106: готов к передаче (сигнал вырабатывается модемом в ответ на сигнал 105 и говорит о готовности модема принимать данные);
цепь 103: передаваемые данные;
цепь 104: принимаемые данные;
цепь 109: детектор принимаемого сигнала (этим сигналом приемный модем сообщает АДС об обнаружении на линии несущей частоты - сигнала маркера).

Адаптер дистанционной связи с модемом или без него (в зависимости от длины линии связи) может использоваться для подключения к ЭВМ терминального оборудования, а также связи двух ЭВМ с целью организации двухпроцессорной вычислительной системы. При этом, если обе ЭВМ имеют выход на стык С2, их можно связать через нуль-модем, представляющий собой два разъема стыков С2 с перемычками, соединяющими ответные цепи: цепь 103 с цепью 104, цепь 105 с цепью 106 и т.д. Естественно, на обеих ЭВМ должны быть активизированы программы приема-передачи данных. Часто электронное оборудование, предназначенное для использования в автоматизированных системах, имеет выход на стык С2. Это дает возможность подключения такого оборудования к ЭВМ через стандартный последовательный интерфейс.

Асинхронный режим передачи ( ATM ) - это телекоммуникационный стандарт, определенный ANSI и ITU (ранее CCITT) для цифровой передачи нескольких типов трафика, включая телефонию (голос), данные и видеосигналы в одной сети без использования отдельных оверлейных сетей . ATM был разработан для удовлетворения потребностей широкополосной цифровой сети с интегрированными услугами , как это было определено в конце 1980-х годов, и предназначено для интеграции сетей электросвязи. Он может обрабатывать как традиционный трафик данных с высокой пропускной способностью, так и контент с малой задержкой в реальном времени , такой как голос и видео. ATM предоставляет функциональные возможности, использующие функции сетей с коммутацией каналов и коммутации пакетов . Он использует асинхронное мультиплексирование с временным разделением .

На канальном уровне эталонной модели OSI (уровень 2) базовые единицы передачи обычно называются кадрами . В ATM эти кадры имеют фиксированную длину (53 октета или байта ) и называются ячейками . Это отличается от таких подходов, как IP или Ethernet , в которых используются пакеты или кадры переменного размера. ATM использует модель, ориентированную на соединение, в которой виртуальный канал должен быть установлен между двумя конечными точками до начала обмена данными. Эти виртуальные каналы могут быть постоянными, т. Е. Выделенными соединениями, которые обычно предварительно сконфигурированы поставщиком услуг, или коммутируемыми, т. Е. Настраиваемыми для каждого вызова с использованием сигнализации и отключаемыми при завершении вызова.

Эталонная модель сети ATM приблизительно соответствует трем нижним уровням модели OSI: физическому уровню , уровню канала данных и сетевому уровню . ATM представляет собой протокол ядра , используемый в SONET / SDH остове коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN) и в Integrated Services Digital Network (ISDN), но в значительной степени были вытеснены в пользу сетей следующего поколения на основе Интернет - протокола (IP ), в то время как беспроводные и мобильные банкоматы так и не смогли занять прочную позицию.

СОДЕРЖАНИЕ

Архитектура протокола

Таким образом, конструкторы ATM используются маленькие элементы данных , чтобы уменьшить дрожание (большие изменения в пакете время прохождения или времени в одну сторону, в данном случае) в мультиплексирование потоков данных. Уменьшение джиттера (а также сквозных задержек приема-передачи) особенно важно при передаче голосового трафика, потому что преобразование оцифрованного голоса в аналоговый аудиосигнал по своей сути является процессом в реальном времени и для хорошей работы, декодер , который делает это должно равномерно разнесенных (во времени) потока элементов данных. Если следующий элемент данных недоступен, когда он необходим, у кодека нет выбора, кроме как производить молчание или угадывать - а если данные запаздывают, они бесполезны, потому что период времени, когда они должны были быть преобразованы в сигнал, уже прошло.

Во время разработки ATM синхронная цифровая иерархия (SDH) со скоростью 155 Мбит / с с полезной нагрузкой 135 Мбит / с считалась быстрым каналом оптической сети, и многие каналы плезиохронной цифровой иерархии (PDH) в цифровой сети были значительно медленнее, от 1,544 до 45 Мбит / с в США и от 2 до 34 Мбит / с в Европе.

На скорости 155 Мбит / с типичный полноразмерный пакет данных размером 1500 байт (12 000 бит), достаточный для содержания IP-пакета максимального размера для Ethernet , займет 77,42 мкс для передачи. В более низкоскоростном канале, таком как линия T1 1,544 Мбит / с , один и тот же пакет займет до 7,8 миллисекунд.

Задержка очереди индуцируется несколько таких пакетами данных может превысить цифру в 7,8 мсе в несколько раз, в дополнении к любой пакетной задержке генерации в более коротком речевом пакете. Это было сочтено неприемлемым для речевого трафика, который должен иметь низкий уровень джиттера в потоке данных, подаваемом в кодек, для получения звука хорошего качества. Пакетная голосовая система может создавать этот низкий джиттер несколькими способами:

Использование буфера воспроизведения между сетью и кодеком, достаточно большого, чтобы обработать кодеком почти весь джиттер в данных. Это позволяет сгладить дрожание, но задержка, вносимая прохождением через буфер, требует эхоподавителей даже в локальных сетях; в то время это считалось слишком дорогим. Кроме того, это увеличило задержку по каналу и затруднило разговор по каналам с высокой задержкой.
Использование системы, которая по своей сути обеспечивает низкий уровень джиттера (и минимальную общую задержку) для трафика, который в нем нуждается.
Работа с пользователем 1: 1 (т. Е. Выделенный канал).

Структура клетки

ATM определяет два разных формата ячеек: интерфейс пользователь-сеть (UNI) и интерфейс сеть-сеть (NNI). Большинство каналов ATM используют формат ячеек UNI.

Схема ячейки банкомата UNI

Полезная нагрузка и заполнение при необходимости (48 байтов)

Схема ячейки NNI ATM

Полезная нагрузка и заполнение при необходимости (48 байтов)

ATM использует поле PT для обозначения различных специальных типов ячеек для операций, администрирования и управления (OAM), а также для определения границ пакетов на некоторых уровнях адаптации ATM (AAL). Если старший значащий бит (MSB) поля PT равен 0, это ячейка пользовательских данных, а два других бита используются для обозначения перегрузки сети и в качестве бита заголовка общего назначения, доступного для уровней адаптации ATM. Если MSB равен 1, это ячейка управления, а два других бита указывают тип. (Сегмент управления сетью, сквозное управление сетью, управление ресурсами и зарезервировано для использования в будущем.)

Ячейка UNI резервирует поле GFC для локальной системы управления потоком / субмультиплексирования между пользователями. Это было предназначено для того, чтобы позволить нескольким терминалам совместно использовать одно сетевое соединение, так же, как два телефона цифровой сети с интеграцией служб (ISDN) могут совместно использовать одно соединение ISDN с базовой скоростью. По умолчанию все четыре бита GFC должны быть равны нулю.

Формат ячейки NNI почти точно воспроизводит формат UNI, за исключением того, что 4-битное поле GFC перераспределяется в поле VPI, расширяя VPI до 12 бит. Таким образом, одно соединение NNI ATM способно адресовать почти 2 12 виртуальных каналов до почти 2 16 виртуальных каналов каждый (на практике некоторые номера виртуальных каналов и виртуальных каналов зарезервированы).

Типы услуг

ATM поддерживает различные типы услуг через AAL. Стандартизированные AAL включают AAL1, AAL2 и AAL5, а также редко используемые AAL3 и AAL4. AAL1 используется для услуг с постоянной скоростью передачи данных (CBR) и эмуляции каналов. Синхронизация также поддерживается на AAL1. AAL2 - AAL4 используются для услуг с переменным битрейтом (VBR), а AAL5 - для данных. Какой AAL используется для данной ячейки, в ячейке не кодируется. Вместо этого он согласовывается или настраивается на конечных точках для каждого виртуального соединения.

После первоначального проектирования банкоматов сети стали намного быстрее. Полноразмерный кадр Ethernet размером 1500 байт (12000 бит) занимает всего 1,2 мкс для передачи в сети 10 Гбит / с, что снижает потребность в малых ячейках для уменьшения джиттера из-за конкуренции. Повышенные скорости соединения сами по себе не уменьшают дрожание из-за очередей. Кроме того, оборудование для реализации адаптации службы для IP-пакетов стоит дорого при очень высоких скоростях.

ATM обеспечивает полезную возможность переноса нескольких логических цепей на одном физическом или виртуальном носителе, хотя существуют и другие методы, такие как многосвязный PPP , Ethernet VLAN и поддержка нескольких протоколов через SONET .

Виртуальные схемы

Мотивация

Когда эти ячейки пересекают сеть ATM, переключение происходит путем изменения значений VPI / VCI (перестановка меток). Хотя значения VPI / VCI не обязательно последовательно от одного конца соединения к другому, понятие схемы является последовательным ( в отличие от IP, где любой данный пакет может добраться до места назначения по другому маршруту , чем другие). Коммутаторы ATM используют поля VPI / VCI для идентификации канала виртуального канала (VCL) следующей сети, которую ячейке необходимо пройти на пути к конечному пункту назначения. Функция VCI аналогична функции идентификатора соединения канала передачи данных (DLCI) в Frame Relay, а также номера логического канала и номера группы логических каналов в X.25 .

Еще одно преимущество использования виртуальных каналов связано с возможностью использовать их в качестве уровня мультиплексирования, позволяя использовать различные услуги (например, голосовую связь, ретрансляцию кадров , n * 64 каналов, IP). VPI полезен для сокращения таблицы коммутации некоторых виртуальных каналов, имеющих общие пути.

ATM может создавать виртуальные каналы и виртуальные пути статически или динамически. Статические каналы (постоянные виртуальные каналы или PVC) или пути (постоянные виртуальные пути или PVP) требуют, чтобы канал состоял из серии сегментов, по одному для каждой пары интерфейсов, через которые он проходит.

Сети ATM создают и удаляют коммутируемые виртуальные каналы (SVC) по запросу, когда это запрашивается оконечным оборудованием. Одно из применений SVC - это передача индивидуальных телефонных звонков, когда сеть телефонных коммутаторов соединена между собой с помощью банкоматов. SVC также использовались в попытках заменить локальные сети ATM.

Маршрутизация

Большинство сетей ATM, поддерживающих SPVP, SPVC и SVC, используют протокол частного сетевого узла или частный сетевой интерфейс (PNNI) для обмена информацией о топологии между коммутаторами и выбора маршрута через сеть. PNNI - это протокол маршрутизации по состоянию канала, такой как OSPF и IS-IS . PNNI также включает очень мощный механизм суммирования маршрута, позволяющий создавать очень большие сети, а также алгоритм контроля допуска вызовов (CAC), который определяет доступность достаточной полосы пропускания на предлагаемом маршруте через сеть, чтобы удовлетворить требования к сервису ВК или вице-президент.

Транспортная инженерия

Еще одна ключевая концепция банкоматов связана с договором трафика . Когда канал ATM настроен, каждый коммутатор в цепи информируется о классе трафика соединения.

CBR - Постоянная скорость передачи данных: указывается пиковая скорость передачи ячеек (PCR), которая является постоянной.
VBR - переменная скорость передачи данных: указывается средняя или устойчивая скорость передачи ячеек (SCR), которая может достигать пика на определенном уровне, PCR, в течение максимального интервала, прежде чем возникнет проблема.
ABR - Доступная скорость передачи данных: указана минимальная гарантированная скорость.
UBR - Неуказанная скорость передачи данных: трафик распределяется на всю оставшуюся пропускную способность.

Большинство классов трафика также вводят концепцию толерантности к вариациям задержки ячеек (CDVT), которая определяет "слипание" ячеек во времени.

Контроль за дорожным движением

Для поддержания производительности сети сети могут применять политику трафика к виртуальным каналам, чтобы ограничить их контрактами трафика в точках входа в сеть, то есть интерфейсах пользователь-сеть (UNI) и интерфейсах сеть-сеть (NNI): использование / управление параметрами сети (UPC и NPC). Эталонная модель, представленная ITU-T и ATM Forum для UPC и NPC, представляет собой общий алгоритм скорости передачи ячеек (GCRA), который является версией алгоритма дырявого ведра . Трафик CBR обычно контролируется только для PCR и CDVt, тогда как трафик VBR обычно контролируется с помощью контроллера двойного дырявого ведра для PCR и CDVt, а также SCR и максимального размера пакета (MBS). MBS обычно является размером пакета ( SAR - SDU ) для VBR VC в ячейках.

Если трафик в виртуальном канале превышает его контракт по трафику, как определено GCRA, сеть может либо отбросить ячейки, либо пометить бит приоритета потери ячеек (CLP) (чтобы идентифицировать ячейку как потенциально избыточную). Базовое применение политик работает от ячейки к ячейке, но это неоптимально для инкапсулированного пакетного трафика (поскольку сброс одной ячейки сделает недействительным весь пакет). В результате были созданы такие схемы, как частичное отбрасывание пакета (PPD) и раннее отбрасывание пакета (EPD), которые отбрасывают целую серию ячеек до начала следующего пакета. Это уменьшает количество бесполезных ячеек в сети, экономя полосу пропускания для полных пакетов. EPD и PPD работают с соединениями AAL5, поскольку они используют маркер конца пакета: бит индикации пользователя ATM-ATM (AUU) в поле типа полезной нагрузки заголовка, который устанавливается в последней ячейке SAR- SDU.

Формирование трафика

Формирование трафика обычно происходит в сетевой карте (NIC) в пользовательском оборудовании и пытается гарантировать, что поток ячеек на VC будет соответствовать его контракту на трафик, то есть ячейки не будут отброшены или уменьшен приоритет в UNI. Поскольку эталонной моделью для управления трафиком в сети является GCRA, этот алгоритм обычно также используется для формирования, и при необходимости могут использоваться реализации одиночного и двойного дырявого ведра .

Эталонная модель

Эталонная модель сети ATM приблизительно соответствует трем нижним уровням эталонной модели OSI . Он определяет следующие слои:

На уровне физической сети ATM определяет уровень, эквивалентный физическому уровню OSI .
Уровень 2 ATM примерно соответствует уровню канала данных OSI .
Сетевой уровень OSI реализован как уровень адаптации ATM (AAL).

Развертывание

Беспроводной или мобильный банкомат

Версии

Одной из версий ATM является ATM25 , где данные передаются со скоростью 25 Мбит / с .

Рис. 2.20. Асинхронная (а) и синхронная (б) передачи на уровне байт

Управление потоком

Методы обнаружения и исправления ошибок

Существует несколько методов:

Методы обнаружения ошибок

Существует несколько распространенных алгоритмов вычисления контрольной суммы.

Методы коррекции ошибок

Расстояние Хэмминга для двух кодов равной длины равно числу разных бит в этих кодах.

Рассмотрим пример передачи кода буквы s = 0x073 = 1110011 с использованием кода Хэмминга.

Позиция бита:
Значение бита:	*	*	*	*

11 =

10 =

09 =

05 =

03 =

S =

Таким образом, приемник получит код:

Позиция бита:

Значение бита:

Просуммируем снова коды позиций ненулевых битов и получим нуль.

11 =

10 =

09 =

08 =

05 =

04 =

03 =

02 =

S =

асинхронный режим передачи (Банкомат) это телекоммуникации стандарт, определенный ANSI и ITU (ранее CCITT) для цифровой передачи нескольких типов трафика, включая телефония (голос), данные, и видео сигналы в одной сети без использования отдельных оверлейных сетей. [1] [2] Банкомат был разработан для удовлетворения потребностей Широкополосная цифровая сеть с интегрированными услугамив соответствии с определением конца 1980-х годов, [3] и предназначен для интеграции телекоммуникационных сетей. Он может обрабатывать как традиционный высокопроизводительный трафик данных, так и в реальном времени, низкая задержка контент, такой как голос и видео. Банкомат предоставляет функциональность, использующую функции коммутация цепи и коммутация пакетов сети. Оно использует асинхронный мультиплексирование с временным разделением, [4] [5] и кодирует данные в небольшие файлы фиксированного размера сетевые пакеты.

в Эталонная модель ISO-OSI уровень канала передачи данных (уровень 2), основные единицы передачи обычно называются кадры. В банкоматах эти фреймы фиксированные (53 октеты или же байты) длина и специально названный клетки. Это отличается от таких подходов, как IP или Ethernet которые используют пакеты или кадры переменного размера. Банкомат использует ориентированный на соединение модель, в которой виртуальный канал должен быть установлен между двумя конечными точками до начала обмена данными. [5] Эти виртуальные каналы могут быть либо постоянными, то есть выделенными соединениями, которые обычно предварительно настраиваются поставщиком услуг, либо коммутируемыми, то есть настраиваемыми для каждого вызова с использованием сигнализация и отключается при завершении вызова.

Эталонная модель сети ATM приблизительно соответствует трем нижним уровням модели OSI: физический слой, уровень канала передачи данных, и сетевой уровень. [6] ATM - это основной протокол, используемый в SONET / SDH костяк телефонная сеть общего пользования (PSTN) и в Цифровая сеть с интегрированными услугами (ISDN), но была заменена на сети нового поколения на основе протокол Интернета (IP), в то время как беспроводные и мобильные банкоматы так и не смогли занять прочную позицию.

Содержание

Архитектура протокола

Таким образом, разработчики банкоматов использовали небольшие ячейки данных, чтобы уменьшить дрожь (в данном случае дисперсия задержки) при мультиплексировании потоков данных. Снижение джиттера (а также сквозных задержек приема-передачи) особенно важно при передаче голосового трафика, потому что преобразование оцифрованного голоса в аналоговый аудиосигнал является неотъемлемой частью в реальном времени процесс, и чтобы сделать хорошую работу, декодер (кодек), которому для этого нужен равномерно распределенный (во времени) поток элементов данных. Если следующий элемент данных недоступен, когда он необходим, у кодека нет другого выбора, кроме как произвести молчание или предположение - а если данные запаздывают, они бесполезны, потому что период времени, когда он должен был быть преобразован в сигнал, уже прошло.

На момент проектирования банкомата 155 Мбит / с синхронная цифровая иерархия (SDH) с полезной нагрузкой 135 Мбит / с считался быстрым оптическим сетевым каналом, и многие плезиохронная цифровая иерархия (PDH) каналы в цифровой сети были значительно медленнее: от 1,544 до 45 Мбит / с в США и от 2 до 34 Мбит / с в Европе.

На скорости 155 Мбит / с типичный полноразмерный пакет данных 1500 байтов (12000 бит), достаточный для содержания максимумразмер IP-пакет за Ethernet, займет 77,42 мкс передавать. В более низкоскоростном канале, например 1,544 Мбит / с Линия T1, тот же пакет займет до 7,8 миллисекунд.

А задержка в очереди вызванные несколькими такими пакетами данных, могут в несколько раз превышать цифру в 7,8 мс, в дополнение к любой задержке генерации пакета в более коротком речевом пакете. Это считалось неприемлемым для речевого трафика, который должен иметь низкий уровень джиттера в потоке данных, подаваемом в кодек, если он должен обеспечивать звук хорошего качества. Пакетная голосовая система может создавать этот низкий джиттер несколькими способами:

Использование буфера воспроизведения между сетью и кодеком, достаточно большого, чтобы обработать кодеком почти весь джиттер в данных. Это позволяет сгладить джиттер, но задержка, вносимая прохождением через буфер, требует эхоподавители даже в локальных сетях; в то время это считалось слишком дорогим. Кроме того, это увеличило задержку по каналу и затруднило разговор по каналам с высокой задержкой.
Использование системы, которая по своей сути обеспечивает низкий уровень джиттера (и минимальную общую задержку) для трафика, который в нем нуждается.
Работа с пользователем 1: 1 (т. Е. Выделенный канал).

Структура клетки

ATM определяет два разных формата ячеек: пользовательско-сетевой интерфейс (UNI) и сеть – сетевой интерфейс (NNI). Большинство каналов ATM используют формат ячеек UNI.

Схема ячейки UNI ATM

Полезная нагрузка и заполнение при необходимости (48 байтов)

Схема ячейки NNI ATM

Полезная нагрузка и заполнение при необходимости (48 байтов)

ATM использует поле PT для обозначения различных специальных типов ячеек для операции, администрирование и управление (OAM), а также для определения границ пакетов в некоторых Уровни адаптации ATM (AAL). Если старший бит (MSB) поля PT равен 0, это ячейка данных пользователя, а два других бита используются для обозначения перегрузки сети и в качестве бита заголовка общего назначения, доступного для уровней адаптации ATM. Если MSB равен 1, это ячейка управления, а два других бита указывают тип. (Сегмент управления сетью, сквозное управление сетью, управление ресурсами и зарезервировано для будущего использования.)

Ячейка UNI резервирует поле GFC для локального управление потоком/ система субмультиплексирования между пользователями. Это было предназначено, чтобы позволить нескольким терминалам совместно использовать одно сетевое соединение, так же, как два Цифровая сеть с интегрированными услугами (ISDN) телефоны могут совместно использовать одно соединение ISDN с базовой скоростью. По умолчанию все четыре бита GFC должны быть равны нулю.

Формат ячейки NNI почти точно воспроизводит формат UNI, за исключением того, что 4-битное поле GFC перераспределяется в поле VPI, расширяя VPI до 12 бит. Таким образом, одно соединение NNI ATM способно адресовать почти 2 12 ПО до почти 2 16 Каждый VC (на практике некоторые номера VP и VC зарезервированы).

Типы услуг

ATM поддерживает различные типы услуг через AAL. Стандартизированные AAL включают AAL1, AAL2 и AAL5, а также редко используемые [ нужна цитата ] AAL3 и AAL4. AAL1 используется для услуг с постоянной скоростью передачи данных (CBR) и эмуляции каналов. Синхронизация также поддерживается на AAL1. AAL2 - AAL4 используются для переменный битрейт (VBR) и AAL5 для данных. Какой AAL используется для данной ячейки, в ячейке не кодируется. Вместо этого он согласовывается или настраивается на конечных точках для каждого виртуального соединения.

На более медленных или перегруженных каналах (622 Мбит / с и ниже) ATM имеет смысл, и по этой причине большинство Асимметричная цифровая абонентская линия (ADSL) системы используют ATM в качестве промежуточного уровня между физическим канальным уровнем и протоколом уровня 2, например PPP или Ethernet. [10]

На этих более низких скоростях ATM предоставляет полезную возможность переносить несколько логических цепей на одном физическом или виртуальном носителе, хотя существуют и другие методы, такие как Многоканальный PPP и Ethernet VLAN, которые не являются обязательными в VDSL реализации. DSL может использоваться в качестве метода доступа к сети ATM, позволяя точке завершения DSL в телефонном центральном офисе подключаться ко многим поставщикам интернет-услуг через глобальную сеть ATM. По крайней мере, в Соединенных Штатах это позволило поставщикам DSL предоставлять доступ DSL клиентам многих поставщиков интернет-услуг. Поскольку одна точка завершения DSL может поддерживать несколько поставщиков услуг Интернета, экономическая целесообразность DSL существенно улучшается.

Виртуальные схемы

Мотивация

Поскольку эти ячейки пересекают сеть ATM, переключение происходит путем изменения значений VPI / VCI (замена меток). Хотя значения VPI / VCI не обязательно совпадают от одного конца соединения к другому, концепция цепи является согласованный (в отличие от IP, где любой данный пакет может добраться до пункта назначения по другому маршруту, чем другие). [12] Коммутаторы ATM используют поля VPI / VCI для идентификации ссылка на виртуальный канал (VCL) следующей сети, которую ячейка должна пройти на пути к конечному пункту назначения. Функция VCI аналогична функции идентификатор соединения канала передачи данных (DLCI) в ретрансляция кадров и номер логического канала и номер группы логических каналов в X.25.

Еще одно преимущество использования виртуальных каналов заключается в возможности использовать их в качестве уровня мультиплексирования, позволяя использовать различные услуги (например, голос, ретрансляция кадров, n * 64 канала, IP). VPI полезен для сокращения таблицы коммутации некоторых виртуальных каналов, имеющих общие пути. [ нужна цитата ]

Маршрутизация

Большинство сетей ATM, поддерживающих SPVP, SPVC и SVC, используют интерфейс узла частной сети или Частный сетевой интерфейс (PNNI) для обмена информацией о топологии между коммутаторами и выбора маршрута через сеть. PNNI - это протокол маршрутизации по состоянию канала подобно OSPF и IS-IS. PNNI также включает в себя очень мощный обобщение маршрута механизм, позволяющий строить очень большие сети, а также контроль допуска звонков (CAC) алгоритм, который определяет доступность достаточной полосы пропускания на предложенном маршруте через сеть, чтобы удовлетворить требования к обслуживанию VC или VP.

Транспортная инженерия

Еще одна ключевая концепция банкоматов включает договор перевозки. Когда канал ATM настроен, каждый коммутатор в цепи информируется о классе трафика соединения.

Контракты на трафик ATM являются частью механизма, с помощью которого "качество обслуживания"(QoS) обеспечивается. Существует четыре основных типа (и несколько вариантов), каждый из которых имеет набор параметров, описывающих соединение.

CBR - Постоянная скорость передачи данных: указывается пиковая скорость передачи ячеек (PCR), которая является постоянной.
VBR - переменная скорость передачи данных: указана средняя или устойчивая скорость передачи ячеек (SCR), которая может достигать пика на определенном уровне, PCR, в течение максимального интервала, прежде чем возникнет проблема.
ABR - Доступная скорость передачи данных: указана минимальная гарантированная скорость.
UBR - Неуказанная скорость передачи данных: трафик распределяется на всю оставшуюся пропускную способность.

Большинство классов трафика также вводят концепцию толерантности к вариациям задержки ячеек (CDVT), которая определяет "скопление" ячеек во времени.

Контроль трафика

Для поддержания производительности сети сети могут применяться контроль дорожного движения виртуальным каналам, чтобы ограничить их контрактами трафика в точках входа в сеть, т.е. пользовательско-сетевые интерфейсы (UNI) и межсетевые интерфейсы (NNI): использование / контроль параметров сети (UPC и NPC). [13] Эталонная модель, представленная ITU-T и ATM Forum для UPC и NPC, является общий алгоритм скорости передачи ячеек (GCRA), [14] [15] который является версией дырявое ведро алгоритм. Трафик CBR обычно контролируется только для PCR и CDVt, тогда как трафик VBR обычно контролируется с помощью контроллера двойного дырявого ведра для PCR и CDVt, а также SCR и максимального размера пакета (MBS). MBS обычно будет пакет (SAR-SDU) размер VBR VC в ячейках.

Если трафик в виртуальном канале превышает его контракт по трафику, как определено GCRA, сеть может либо отбросить ячейки, либо пометить Приоритет потери ячеек (CLP) бит (для идентификации ячейки как потенциально избыточной). Базовое применение политик работает от ячейки к ячейке, но это неоптимально для инкапсулированного пакетного трафика (поскольку отбрасывание одной ячейки сделает недействительным весь пакет). В результате были созданы такие схемы, как частичное отбрасывание пакета (PPD) и раннее отбрасывание пакета (EPD), которые отбрасывают целую серию ячеек до начала следующего пакета. Это уменьшает количество бесполезных ячеек в сети, экономя полосу пропускания для полных пакетов. EPD и PPD работают с соединениями AAL5, так как они используют маркер конца пакета: бит индикации пользователя ATM-ATM (AUU) в поле типа полезной нагрузки заголовка, который устанавливается в последней ячейке SAR- SDU.

Формирование трафика

Формирование трафика обычно происходит в сетевая карта (NIC) в пользовательском оборудовании и пытается гарантировать, что поток ячеек на VC будет соответствовать его контракту на трафик, то есть ячейки не будут отброшены или уменьшен приоритет в UNI. Поскольку эталонной моделью для контроля трафика в сети является GCRA, этот алгоритм обычно также используется для формирования, а также для одиночного и двойного дырявое ведро реализации могут использоваться по мере необходимости.

Эталонная модель

Эталонная модель сети банкоматов приблизительно соответствует трем нижним уровням сети. Эталонная модель OSI. Он определяет следующие уровни: [16]

На уровне физической сети ATM определяет уровень, эквивалентный OSI. физический слой.
Уровень 2 ATM примерно соответствует OSI уровень канала передачи данных.
Сетевой уровень OSI реализован как Уровень адаптации ATM (AAL).

Развертывание

Беспроводной или мобильный банкомат

Читайте также: