Objektorientierte Modellierung von ATM-Netzknoten

Inhalt

1 Einleitung

2 Vermittlungsverfahren
2.1 Leitungsvermittlung (Circuit Switching)
2.2 Nachrichtenvermittlung (Message Switching)
2.3 Paketvermittlung (Packet Switching)
2.4 Verbindungslose Paketvermittlung (Datagram)
2.5 Verbindungsorientierte Paketvermittlung (Virtual Circuit)

3 Schichten des ATM
3.1 Die physikalische Schicht (Physical layer)
3.2 Die ATM-Schicht
3.3 Die Anpassungsschicht

4 Beschreibung des ATM-Zellformats
4.1 Generic Flow Control - GFC
4.2 Virtual Path Identifier - VPI / Virtual Channel Identifier - VCI
4.3 Payload Type - PT
4.4 Cell Loss Priority - CLP
4.5 Header Error Check - HEC

5 Routing in ATM-Netzwerken nach dem Verbindungsaufbau

6 Signalisierung in ATM-Netzwerken
6.1 UNI-Signalisierung
6.1.1 UNI-Signalisierung für den Verbindungsaufbau
6.1.2 UNI-Signalisierung für den Verbindungsabbau
6.2 NNI-Signalisierung
6.2.1 NNI-Signalisierung für den Verbindungsaufbau
6.2.2 NNI-Signalisierung für den Verbindungsabbau

7 Verbindungsaufbau in ATM-Netzwerken
7.1 Beispiel für einen gelungenen Verbindungsauf- und abbau
7.2 Ein zweites Beispiel für einen gelungenen Verbindungsauf- und abbau
7.3 Besondere Merkmale von ATM-Netzwerken
7.4 Konflikte und ihre Vermeidung bei der Vergabe von VPI/VCI

8 Zeitliche Vorgänge an der UNI-Schnittstelle

9 Koppelnetze
9.1 Crosspoints
9.2 2x2 Koppelnetz aus Crosspoints
9.3 Alternative Darstellungsmöglichkeit der Crosspoints
9.4 Banyan-Netzwerke

10 Wegesuche in Koppelnetzen
10.1 Selbststeuerndes Koppelnetz mit voreingestellten Wegen unter Verwendung von Banyan-Netzwerken
10.2 Alternative Konzepte
10.2.1 Suchverfahren mit voreingestellten Wegen
10.2.2 Suchverfahren ohne voreingestellte Wege

11 Massnahmen gegen Blockierung in Koppelnetzen
11.1 Eingangsspeicherung
11.2 Ausgangsspeicherung
11.3 Kombination aus Ein- und Ausgangsspeicherung
11.4 Zentralspeicherung

12 Datenübertragungsraten im Breitband-ISDN
12.1 Bezug Datenrate - Datenpakete pro Sekunde
12.2 Konsequenzen für die Simulation

13 Das in der Simulation verwendete Nummernsystem

14 Grundsätzliches zur Implementation

15 Die Implementation der ATM-Zellen ( Zelle.cpp )
15.1 Die Klasse ATM_ZELLE
15.2 Die Klasse ZELLE_UNI
15.3 Die Klasse ZELLE_NNI
15.4 Die Daten von Zelle.cpp
15.4.1 Die Eigenschaften der Klassen ATM_ZELLE, ZELLE_UNI bzw. ZELLE_NNI
15.4.2 Globale Deklarationen

16 Die Implementation der ATM-Knoten ( Knoten.cpp )
16.1 Die Klasse ATM_KNOTEN
16.2 Die Daten von Knoten.cpp
16.2.1 Die Eigenschaften der Klasse ATM_KNOTEN
16.2.2 Globale Deklarationen

17 Die Implementation der ATM-Teilnehmer ( Teiln.cpp )
17.1 Die Klasse ATM_TEILNEHMER
17.2 Die Daten von Teiln.cpp
17.2.1 Die Eigenschaften der Klasse ATM_TEILNEHMER

18 Die Implementation eines Zellgenerators ( Gener.cpp )
18.1 Die Klasse Generator
18.2 Die Daten von Gener.cpp
18.2.1 Die Eigenschaften der Klasse Generator

19 Beschreibung der Demonstrations-Programme
19.1 DEMO1.CPP: Fehlererkennung und Korrektur
19.2 DEMO2.CPP: Zeitstempel, Verbindungsaufbau
19.3 DEMO3.CPP: Koppelvielfach / Puffergrösse
19.4 DEMO4.CPP: Besetzt-Situation
19.5 DEMO5.CPP: Wegesuche/Routing
19.6 DEMO6.CPP: Service-Zellen
19.7 DEMO7.CPP: Konfliktvermeidung beim Routing
19.8 Zusammenfassung

20 Zusammenfassung und Ausblicke

21 Anhang
21.1 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
21.2 Abbildungsverzeichnis
21.3 Literaturverzeichnis
21.4 Index

1 Einleitung

ATM ist die Abkürzung für Asynchronous Transfer Mode und ist die Übertragungsart der Zukunft. Dabei handelt es sich um eine Art der digitalen Datenübertragung. Bei ATM werden die zu übertragenden Daten in kleine Pakete aufgeteilt, die dann vom Sender zum Empfänger über Netzwerkknoten hinweg geschickt werden. ATM benutzt ein besonderes Paketformat, welches ATM-Zelle genannt wird. Jede dieser Zellen hat die gleiche Größe und besteht aus einem Zellkopf, auch Header genannt, und einem Informationsfeld. Im Header befinden sich alle Parameter, die nötig sind, um eine ATM-Zelle durch das Netzwerk zu lenken und zu identifizieren. Im Informationsfeld befinden sich die zu übertragenden Informationen.

Der Begriff „asynchronous“ spielt darauf an, daß die Zeitabstände, in denen einzelne Pakete einer Verbindung den Empfänger erreichen, nicht gleich sein müssen. Eine Zelle wird nicht aufgrund ihrer zeitlichen Lage innerhalb eines Übertragungsfensters identifiziert, wie es z.B. beim STM (Synchronous Transfer Mode) der Fall wäre.

Bei ATM handelt es sich um eine verbindungsorientierte Übertragungsart. Vor der eigentlichen Übertragung wird eine Verbindung zwischen Sender und Empfänger aufgebaut. Dabei handelt es sich um eine virtuelle Verbindung. Bei dem Verbindungsaufbau legen die beteiligten Netzwerkknoten einen Weg von Sender nach Empfänger fest. Das bedeutet, daß alle Zellen einer Verbindung denselben Weg durch das Netzwerk nehmen. Das zeitaufwendige Routing findet nur ein einziges Mal je Verbindung statt. Die ausgewählten Netzwerkknoten merken sich mit Hilfe von sogenannten Verbindungstabellen, wo Zellen einer bestimmten Verbindung während des Verbindungsaufbaus herkamen, und wo sie hingeleitet wurden.

- ATM ist für jegliche Art von Diensten geeignet. Seien es Telephon, Bildtelephon, Fax, Datenübertragung, Fernsehprogrammübertragung etc.
- ATM hat einen entscheidenden Vorteil: Es ist schnell. Übertragungsraten von bis zu 622 Mbit/s werden damit möglich sein
- ATM ermöglicht eine gute Ausnutzung der Bandbreite durch Dienste variabler Bitrate, d. h. ATM ermöglicht die Benutzung nicht genutzter Bandbreite, indem es diese nicht genutzte Bandbreite anderen Verbindungen zur Verfügung stellen kann
- ATM ist das Übertragungsprotokoll des ISDN-Nachfolgers B-ISDN

2 Vermittlungsverfahren

Es gibt zwei grundlegende Vermittlungsverfahren.

Das eine ist die Leitungsvermittlung (Circuit Switching), das andere ist die Nachrichtenvermittlung (Message Switching).

Die Paketvermittlung (Packet Switching) ist eine Verfeinerung der Nachrichtenvermittlung, die sich in verbindungslose Paketvermittlung (Datagram) und verbindungsorientierte Paketvermittlung (Virtual Circuit) unterteilen.

Abbildung 1 gibt einen Überblick über die eben erwähnten Verfahren.

Die einzelnen Begriffe werden im folgenden näher erläutert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Überblick über Vermittlungsverfahren

2.1 Leitungsvermittlung (Circuit Switching)

Die Leitungsvermittlung ist die klassische Art der Vermittlung.

Jeder von uns kommt mit ihr in Berührung, wenn er das Fernsprechnetz oder ISDN benutzt.

Bei diesem Verfahren wird eine physikalische Verbindung durch ein Netzwerk geschaltet und dem Teilnehmer eine feste Bandbreite garantiert.

Dabei interessiert es nicht, wieviel von dieser Bandbreite tatsächlich genutzt wird.

2.2 Nachrichtenvermittlung (Message Switching)

Bei der Nachrichtenvermittlung werden im Gegensatz zu der eben erwähnten Leitungsvermittlung keine physikalischen Verbindungen durchgeschaltet.

Hier enthält jede Information einen Zusatz, der jene Parameter enthält, die notwendig sind, damit die Nachricht von Sender nach Empfänger geleitet werden kann. Ein solcher Parameter könnte z. B. die Adresse des Empfängers sein.

Jeder beteiligte Vermittlungsknoten empfängt ankommende Nachrichten und speichert sie zur weiteren Verarbeitung ab. Dann „überlegt“ der Knoten, wie sie zum Ziel gelangen können. Dementsprechend werden die Nachrichten weitergelenkt. Das bedeutet auch: Bevor eine Nachricht weitergeleitet werden kann, muß die gesamte Nachricht empfangen worden sein.

Jede Nachricht bildet eine abgeschlossene Einheit und wird unabhängig von den anderen Nachrichten behandelt.

2.3 Paketvermittlung (Packet Switching)

Wie eben schon erwähnt muß ein Knoten eine Nachricht vollständig empfangen haben, bevor er sie weiterleiten kann. Das ist umso zeitaufwendiger, je größer eine Nachricht ist.

Um die zum Weiterleiten benötigte Zeit zu reduzieren, ist es vorteilhaft, die Nachrichten zu segmentieren, d.h. sie in relativ kleine Pakete gleicher Größe zu unterteilen. Der Empfänger muß diese Pakete, sobald er sie empfangen hat, zu der ursprünglichen Nachricht zusammenfügen.

Eine Unterteilung von Nachrichten in Pakete hat folgenden Vorteil:

Wenn eine aus mehreren Paketen bestehende Nachricht weitervermittelt werden soll, so kann hier das erste Paket schon weitervermittelt werden, wenn das zweite eintrifft.

Folgendes Beispiel in Anlehnung an [6] möge dies verdeutlichen.

Eine Nachricht der Größe 8 kBit soll vom Sender A zum Empfänger B über den Knoten X geschickt werden. Die Datenübertragungsrate zwischen A und X bzw. zwischen X und B sei je 1MBit/s. Die Bearbeitungszeit im Knoten X sei vernachlässigbar klein. Dann braucht der Knoten X bei normaler Nachrichtenvermittlung 8 ms, um die Nachricht zu empfangen und weitere 8 ms um die Nachricht an B weiterzuleiten. Das sind zusammen 16 ms Übertragungsdauer zwischen den Teilnehmern A und B.

Wenn man aber die Nachricht in 8 Pakete zu je 1 kBit unterteilt, können sich im Knoten X Ankunft und Übertragung der Pakete zeitlich überlappen.

Wenn z.B. das zweite Paket ankommt, kann das erste Paket schon an den Empfänger B übertragen werden. So ergibt sich eine Übertragungszeit von nur noch 9 ms für die gleiche Datenmenge. Das ist in diesem Fall eine Zeitersparnis von fast 44 %.

Ferner läßt sich dadurch eine erhebliche Speicherplatzersparnis erzielen.

Das eben genannte Beispiel wird in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Schema der Paketvermittlung

2.4 Verbindungslose Paketvermittlung (Datagram)

Hier wird vor dem Versenden einer Nachricht keine Verbindung aufgebaut. Deshalb wird jedes Paket einzeln geroutet. Jedes Paket könnte so einen anderen Weg nehmen. Eine Nachricht kommt so unter Umständen nicht in ihrer richtigen Reihenfolge beim Empfänger an und müßte dann dort sortiert werden.

2.5 Verbindungsorientierte Paketvermittlung (Virtual Circuit)

ATM verwendet hauptsächlich die verbindungsorientierte Paketvermittlung.

Bei der verbindungsorientierten Paketvermittlung wird vor dem eigentlichen Senden der Nachricht eine logische Verbindung zwischen den Endteilnehmern aufgebaut. Alle Pakete dieser Nachricht folgen während der Datenübertragung dem gleichen Weg.

Die Wegewahl, das sogenannte Routing, findet nur ein einziges mal je Verbindung, nämlich nur während des Verbindungsaufbaus statt.

Dies bedeutet gegenüber der verbindungslosen Paketvermittlung ein Geschwindigkeitsvorteil, denn Routing kostet Zeit.

Da alle Pakete den gleichen Weg durch das Netzwerk nehmen, kommen sie in der gleichen Reihenfolge beim Empfänger an, wie sie gesendet wurden.

Auf den Teilstrecken befinden sich in der Regel mehrere Verbindungen.

Die einzelnen Verbindungen werden auf den einzelnen Teilstrecken durchnumeriert, damit sie voneinander unterscheidbar sind. Die einer Verbindung zugeordnete Nummer ist jedoch nur innerhalb der Teilstrecken eindeutig. Das bedeutet, daß eine Verbindung zwischen den Endteilnehmern A und B je nach gerade durchlaufender Teilstrecke unter Umständen eine andere Nummer zugewiesen bekommt. Ein an einer Datenübertragung beteiligter Knoten trägt während des Verbindungsaufbaus in eine Verbindungstabelle ein, wo die Pakete der einzelnen Verbindungen herkommen und wo sie hingelenkt werden sollen.

Beispiel (siehe Tabelle 1):

Ein Knoten trägt in seine Verbindungstabelle die folgenden fünf Verbindungen ein:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Beispiel einer Verbindungstabelle

Der Knoten lenkt anhand dieser Tabelle die Pakete um und gibt ihnen eine neue Nummer, die auf der am entsprechenden Ausgang anliegenden Teilstrecke die Pakete einer Verbindung identifiziert. Pakete an Eingang 5 mit der Nummer 35 werden zu Ausgang 7 gelenkt und werden auf der anliegenden Teilstrecke durch die Nummer 25 identifiziert.

Ein anderes Beispiel (siehe Abbildung 3):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Schema des Virtual Circuit

Gegeben seien der Knoten A mit den Endteilnehmern 1, 2 und 3 und der Knoten B mit den Endteilnehmern 4, 5 und 6.

Es seien drei Verbindungen aufgebaut. Die erste Verbindung besteht zwischen den Endteilnehmern 1 und 5 (durchgezogene Doppelpfeile), die zweite zwischen den Endteilnehmern 2 und 4 (gestrichelte Doppelpfeile), und die dritte zwischen den Endteilnehmern 3 und 6 (gepunktete Doppelpfeile). Zuerst wurde die Verbindung zwischen den Endteilnehmern 1 und 5 aufgebaut. Auf der Teilstrecke zwischen den Knoten A und B wird diese Verbindung durch die Nummer 1 identifiziert. Dann wurde die Verbindung zwischen den Endteilnehmern 2 und 4 aufgebaut. Da die Nummer 1 auf der Teilstrecke zwischen den Knoten A und B schon vergeben war, erhielt diese Verbindung auf dieser Teilstrecke die Nummer 2. Die Verbindung zwischen den Endteilnehmern 3 und 6 erhält auf der gleichen Teilstrecke die Nummer 3.

Alle Verbindungen haben aber die gleiche Nummer auf den Teilstrecken zwischen Endteilnehmer und Knoten. Da es sich hier bei den Verbindungen zwischen den Knoten und den angeschlossenen Endteilnehmern um getrennte, voneinander unabhängige Teilstrecken handelt, können Verbindungen auf diesen Teilstrecken ohne Probleme die gleichen Nummern tragen wie Verbindungen auf anderen Teilstrecken.

3 Schichten des ATM

Beim ATM wird ein eigenes Schichtenmodell verwendet, welches sich an das OSI 7 Schichten-Modell anlehnt. Eine detaillierte Beschreibung des OSI 7 Schichten-Modells befindet sich in [5].

Grundsätzlich gibt es beim ATM 3 Schichten: Physikalische Schicht, ATM-Schicht und Anpassungsschicht.

Es existieren im allgemeinen auch höhere Schichten, die in dieser Arbeit nicht beschrieben werden, da sie nicht ATM-spezifisch sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Einfaches Schichtenmodell

In Abbildung 4 sind die 3 relevanten Schichten dargestellt. Wie beim klassischen OSI Modell, stellt jede Schicht ihre Dienste der jeweils höheren Schicht zur Verfügung bzw. jede Schicht greift auf die Dienste der ihr unterstellten Schicht zu, sofern eine solche existiert.

3.1 Die physikalische Schicht (Physical layer)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die physikalische Schicht ist für den Transport der ATM-Zellen über das Übertragungsmedium zuständig. Dabei nimmt sie die Anpassung an das Übertragungsmedium vor, seien es Glasfaser, Koaxialkabel, Twisted Pair oder gar eine Funkverbindung.

Ferner paßt sie die Datenraten an das Medium an, welches auch das Einfügen von Leerzellen beinhaltet, um einen kontinuierlichen Zellenstrom zu ermöglichen.

In dieser Schicht findet auch die Berechnung des Header Error Check (HEC) statt. Wenn es möglich ist, nimmt sie eine Korrektur an defekten Zellen vor.

3.2 Die ATM-Schicht

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die ATM-Schicht dient auf der einen Seite dem Multiplexen und Demultiplexen von verschiedenen Verbindungen zu bzw. aus einem Zellenstrom.

Auf der anderen Seite dient diese Schicht der Behandlung des Headers, welche sich wiederum in Hinzufügen/Entfernen des Headers und Verarbeitung der in ihm befindlichen Informationen wie z.B. VPI/VCI unterteilt.

Die ATM-Schicht fügt bei einem Sendevorgang jeder Zelle einen Header hinzu. Bei einem Empfangsvorgang wird der Header wieder entfernt.

Die Beschreibung und Implementierung der Dienste der ATM-Schicht wird Hauptbestandteil dieser Arbeit sein.

3.3 Die Anpassungsschicht

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Anpassungsschicht (AAL) ist zuständig für die Anpassung von Informationen aus höheren Schichten an die ATM-Zellen.

Dies ist notwendig, da die ATM-Technologie für die verschiedensten Dienste ausgelegt ist.

So gibt es Dienste, die eine feste Datenübertragungsrate erfordern, während andere eine variable Datenübertragungsrate benötigen.

Eine andere wichtige Aufgabe der Anpassungsschicht ist das sogenannte Segmentation and Reassembly. Darunter ist die Aufteilung der zu übertragenden Information in einzelne Teile zu verstehen, die in die Informationsfelder der ATM-Zellen geschrieben werden. Dies ist dadurch begründet, daß das Informationsfeld einer ATM-Zelle 48 Bytes umfaßt und größere Informationen entsprechend auf mehrere Zellen verteilt werden müssen.

Dieser Vorgang ist beim Empfang umzukehren, um die ursprüngliche Information wieder als Ganzes zu erhalten.

Dabei ist zu beachten, daß es je nach verwendetem Dienst einen anderen AAL-Typ gibt.

Abbildung 5 (auf der folgenden Seite) gibt einen Überblick der Dienstklassen inklusive entsprechender Beispiele.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Die Diensttypen des ATM

Wie man der obigen Abbildung entnehmen kann, gibt es die Diensttypen AAL1, AAL 2,

AAL3/4 und AAL 5, welche gleich kurz beschrieben werden.

AAL1

Der Diensttyp AAL1 wird verwendet für die Übertragung von Daten unter Berücksichtigung zeitlicher Gegebenheiten. Das ist bei der Übertragung von Sprache in Echtzeit der Fall. Um Schwankungen vorzubeugen, werden zusätzlich zur Nutzinformation Synchronisationsdaten übertragen.

AAL2

Der Diensttyp AAL2 dient zur Übertragung von Informationen variabler Bitrate. Eine Nutzungsmöglichkeit dieses Diensttyps ist die z.B. die komprimierte Videoübertragung, die einen bitratenvariablen Datenstrom erzeugt. Auch bei dem Diensttyp AAL2 ist es möglich Synchronisationsdaten hinzuzufügen.

AAL3/4

Dieser Diensttyp dient zur verbindungsorientierten Übertragung von Daten, wie sie bei z.B. bei Computer-Netzwerken verwendet wird.

AAL5

Der Diensttyp 5 wird bei Diensten variabler Bitrate verwendet, die keiner Synchronisation bedürfen, wie zum Beispiel Datenübertragungen.

4 Beschreibung des ATM-Zellformats

Die ATM-Zelle ist das Paketformat des Asynchronous Transfer Mode. Eine ATM-Zelle besteht aus Zellkopf und Informationsfeld. Der Zellkopf hat ein Größe von 5 Bytes und das Informationsfeld hat eine Größe von 48 Bytes. Somit ergibt sich eine Gesamtgröße von 53 Bytes.

Im Zellkopf befinden sich alle Parameter, die zur Lenkung der Zelle durch das Netzwerk dienen. Im Informationsfeld befindet sich die zu übertragende Nutzinformation.

In einem ATM-Netzwerk gibt es zwei Schnittstellentypen. Die Schnittstelle zwischen Benutzer und Netzwerk, das sogenannte User Network Interface, im folgenden abkürzend UNI genannt und die Schnittstelle innerhalb des Netzwerks, das sogenannte Network Network Interface, im folgenden abkürzend NNI genannt.

Dies hat zwei im Detail unterschiedliche Zellformate zur Folge. Es gibt deshalb die sogenannte UNI-ATM-Zelle und die sogenannte NNI-ATM-Zelle.

Wie man Abbildung 6 und Abbildung 7 entnehmen kann, befindet sich der Unterschied im ersten Byte des Headers.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Die UNI-Zelle

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Die NNI-Zelle

4.1 Generic Flow Control - GFC

Die ersten 4 Bits der UNI-ATM-Zelle sind das Generic Flow Control (GFC) Feld. Gemäß [7] soll es zur Anwendung kommen, wenn Zellen unterschiedlicher ATM-Verbindungen über ein Netzwerk mit verteiltem Zugang gemultiplext werden. Werte für dieses Feld sind noch nicht definiert worden. Bei der NNI-ATM-Zelle gehören die ersten 4 Bits des Headers mit zum VPI-Feld, da NNI-ATM-Zellen kein GFC-Feld haben.

Das ATM-Forum überlegt die Beschränkung auf ein einziges Zellformat.

4.2 Virtual Path Identifier - VPI / Virtual Channel Identifier - VCI

Die nächsten 8 Bits der UNI-ATM-Zelle, bzw. die ersten 12 Bits der NNI-ATM-Zelle sind das Virtual Path Identifier (VPI) Feld. Das bedeutet, das GFC-Feld fällt bei der NNI-ATM-Zelle zugunsten eines größeren VPI-Felds weg. Ab dem zweiten Byte sind beide Zellformate identisch. Deshalb wird im folgenden nur noch von der ATM-Zelle gesprochen.

Die nächsten 16 Bits stellen das Virtual Channel Identifier (VCI) Feld dar.

VPI und VCI werden zur Unterscheidung der einzelnen Verbindungen voneinander benutzt. Der Virtual Channel Identifier dient zur Identifizierung einer individuellen Verbindung. Die so gekennzeichneten Verbindungen nennt man Virtual Channels (VC).

Man kann mehrere dieser VCs zusammenfassen. Eine derartige Zusammenfassung nennt man Virtual Path Connection (VPC).

4.3 Payload Type - PT

Das drei Bits große Payload Type (PT) Feld dient zur Kennzeichnung des Inhalts des Informationsfelds. Dabei benutzt man gemäß [7] folgende Belegungen.

a) Das erste Bit ist 0: Die Zelle enthält Nutzdaten
b) Das erste Bit ist 0 und das zweite Bit ist 1: Überlastfall
c) Das dritte Bit ist 1: Dies ist die letzte Zelle einer Nachricht
d) Das erste Bit ist 1: Zelle ist Managementzelle

4.4 Cell Loss Priority - CLP

Das ein Bit große Cell Loss Priority (CLP) Feld sagt aus, wie „wichtig“ eine Zelle ist. Es kann manchmal nötig, sein einzelne Zellen zu verwerfen, sei es z.B. durch einen Pufferüberlauf oder sonstige Überlastung. Ist CLP auf 1 gesetzt, so darf sie eher verworfen werden, als eine, bei der CLP gleich 0 ist.

Bei Telephonverbindungen wäre der Verlust einer Zelle nicht weiter schlimm. Bei einer Dateiübermittlung hingegen hätte ein Zellverlust zur Folge, daß der Empfänger die „verlorengegangene“ Zelle neu anfordern müßte.

4.5 Header Error Check - HEC

Das fünfte Byte einer ATM-Zelle ist das Header Error Check (HEC) Feld. Es dient zur Übermittlung einer Prüfsumme, um Übertragungsfehler feststellen und eventuell korrigieren zu können. Diese Prüfsumme bezieht sich aber nur auf die ersten 4 Bytes des Headers. Fehler im Informationsfeld bleiben so unerkannt. Zur Berechnung des HEC wird das Polynom x8 + x2 + x + 1 benutzt. Da dieses Polynom eine Hammingdistanz von 4 hat, ist man mit Hilfe des HEC in der Lage Einbitfehler, Zweibitfehler und Dreibitfehler zu erkennen. Korrigiert werden können aber nur Einbitfehler. Verwendet wird ein CRC-Verfahren.

In Tabelle 2 ist für beide Zelltypen die Größe der Felder in Bits angegeben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Belegung der Zellen

5 Routing in ATM-Netzwerken nach dem Verbindungsaufbau

Definition: Teilstrecken seien physikalische Verbindungen zwischen zwei unmittelbar benachbarten Knoten bzw. zwischen einem Knoten und seinen Endteilnehmeranschlüssen.

Bevor Daten zwischen Endteilnehmern ausgetauscht werden können, muß eine Verbindung zwischen ihnen aufgebaut werden. Während des Verbindungsaufbaus werden in den beteiligten Knoten Verbindungstabellen angelegt. Die zu einer Verbindung zugehörigen Zellen werden durch eine logische Kanalnummer identifiziert. Dies ist notwendig, da eine Teilstrecke in der Regel von einer Vielzahl von Verbindungen benutzt wird. Die logische Kanalnummer ist aber nicht global gültig. Sie wird für jede Teilstrecke neu vergeben. In den Verbindungstabellen wird während des Verbindungsaufbaus für jede einzelne Verbindung eingetragen, von welcher Teilstrecke die ihr zugehörigen Zellen kommen und welche logische Kanalnummer sie dort tragen. Ferner wird eingetragen, zu welcher Teilstrecke sie gelenkt werden sollen und welche logische Kanalnummer sie dort tragen. Die logische Kanalnummer befindet sich im Header der ATM-Zellen und heißt VCI (Virtual Channel Identifier). Aufgrund dieses Verfahrens muß für jede einzelne Verbindung ein Eintrag in den Verbindungstabellen der beteiligten Knoten erfolgen.

Es gibt aber eine Methode, die Anzahl der Einträge in den Verbindungstabellen zu reduzieren.

Man benutzt einen sogenannten virtuellen Pfad. Ein virtueller Pfad ist eine logische Direktverbindung zwischen zwei Knoten im Netzwerk, die über zwei oder mehr Teilstrecken verbunden sind. Nehmen wir an, 150 Verbindungen hätten einen gemeinsamen Weg über die Knoten X und Y und zwischen diesen beiden Knoten lägen 20 Zwischenknoten. Bei diesen Zwischenknoten wäre es unsinnig, für jede der 150 Einzelverbindungen einen Eintrag in der Verbindungstabelle zu haben. Diese 150 Verbindungen erhalten alle einen besonderen Eintrag im Header der dazugehörigen Zellen. Dies ist der VPI (Virtual Path Identifier). Auf den 21 Teilstrecken zwischen den Knoten X und Y erhalten alle Zellen, die zu diesen 150 Verbindungen gehören, den gleichen VPI.

Auch diese virtuelle Pfadnummer wird für jede Teilstrecke neu vergeben.

Die Zwischenknoten enthalten anstatt 150 Einzeleinträge in der Verbindungstabelle nur noch einen Eintrag. Da an diesen Zwischenknoten die Zellen nur nach ihrem VPI gelenkt werden, bleiben die VCI der einzelnen Zellen unverändert. Das bedeutet:

Ein virtueller Pfad verhält sich in bezug auf die Vergabe der VCIs wie eine Teilstrecke.

Als Beispiel diene unten skizziertes Netzwerk mit den Knoten 1, 2 und 3 bzw. den Endteilnehmern A bis J (Abbildung 8).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Ein ATM-Netzwerk

Tabelle 3, Tabelle 4 und Tabelle 5 sind mögliche Verbindungstabellen für die beteiligten drei Knoten, die für Anschauungszwecke nur jene Einträge enthalten, die sich auf die eben erwähnten Endteilnehmer A bis J beziehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3: Verbindungstabelle von Knoten 1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 4: Verbindungstabelle von Knoten 2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 5: Verbindungstabelle von Knoten 3

An den Knoten gebe es eine Vielzahl von UNI (User Network Interface) Schnittstellen und NNI (Network Network Interface) Schnittstellen. Die Endteilnehmer A bis E sind an den UNIs 12, 14, 22, 16 und 7 des Knotens 1 angeschlossen. Die Endteilnehmer F bis J sind an den UNIs 9, 7, 16, 5 und 1 des Knotens 3 angeschlossen. Während des Verbindungsaufbaus wurde festgestellt, daß die Verbindungen der Endteilnehmer untereinander den gemeinsamen Weg über die Knoten 1, 2 und 3 nehmen. Deshalb wurden sie durch Zuweisung des VPI 12 in Knoten 1 zusammengefaßt. Die von Knoten 1 kommende Teilstrecke mündet am NNI 26 (Network Network Interface) des Knotens 2. In der Tabelle des Knotens 2 steht: Alle Zellen, die am NNI 26 ankommen und den VPI 12 tragen, werden zum Ausgangs-NNI 9 gelenkt und erhalten den VPI 28. Da hier die VCIs der Zellen nicht benötigt werden, stehen sie auch nicht in der Verbindungstabelle. Die in den Zellen vorhandenen VCIs bleiben also unverändert. An Knoten 3 endet der gemeinsame Weg der betrachteten 5 Verbindungen. Anhand seiner Verbindungstabelle erkennt Knoten 3, daß er der letzte Knoten des Pfades ist. Deshalb werden nun die VCIs der Zellen zur weiteren Lenkung herangezogen. Aus der Verbindungstabelle des Knotens 3 ist ersichtlich, daß alle Zellen, die am NNI 15 ankommen und den VPI 28 tragen, anhand ihrer VCIs an die entsprechenden UNIs weitergeleitet werden müssen.

Die Kombination NNI = 15, VPI = 28 und VCI = 34 beispielsweise führt also zur Lenkung dieser Zellen zum UNI 1 hin.

Hat ein Knoten nur VPI-Einträge für eine Verbindung, so ist er ein Zwischenknoten innerhalb des virtuellen Pfades.

Hat ein Knoten sowohl VPI-Einträge als auch VCI-Einträge für eine Verbindung, so ist er ein Endknoten des virtuellen Pfades.

6 Signalisierung in ATM-Netzwerken

Signalisierung in einem Netzwerk besteht aus Vorgängen, die dazu dienen, eine Verbindung aufzubauen, zu erhalten und abzubauen. Dies erfordert einen Informationsaustausch zwischen Endteilnehmer und Vermittlungsstelle bzw. zwischen den Vermittlungsstellen.

Vermittlungsstellen sind nichts anderes als Netzwerkknoten.

Die Nachrichten, die von den Netzwerkkomponenten im Rahmen der Signalisierung ausgetauscht werden, werden Signalisierungsnachrichten genannt.

In den Signalisierungsnachrichten können sogenannte Informationselemente IE enthalten sein. Diese Informationselemente beinhalten die Parameter der Signalisierungsnachrichten. Ein IE ist z.B. die B-ISDN-Rufnummer des gerufenen Teilnehmers.

Verwendet wird für die Signalisierung die AAL 5. Eine Benutzung einer AAL ist zwingend erforderlich, da eine Signalisierungsnachricht durchaus eine solche Größe haben kann, daß sie nicht mehr in einer einzelnen ATM-Zelle untergebracht werden kann.

Diese Signalisierungsnachrichten werden auf reservierten virtuellen Kanälen, den sogenannten Signalisierungskanälen, transportiert. Die ITU empfiehlt: VPI=0 / VCI=5. Eine Vermittlungsstelle würde dann erkennen, daß es sich um Zellen mit Signalisierungsnachrichten handelt, die sie auswerten muß.

Da es in ATM-Netzwerken zwei Arten von Schnittstellen zwischen Netzwerkkomponenten gibt, nämlich die UNI-Schnittstelle zwischen Benutzer und Netzwerk und die NNI-Schnittstelle zwischen den Netzwerkknoten (Vermittlungsstellen), gibt es folglich auch zwei Arten der Signalisierung. Die UNI-Signalisierung auf der einen Seite und die NNI-Signalisierung auf der anderen Seite.

Die UNI-Signalisierung findet zwischen Endteilnehmer und seiner Vermittlungsstelle statt, wohingegen die NNI-Signalisierung zwischen unmittelbar benachbarten Knoten bzw. Vermittlungsstellen stattfindet.

In [8] finden sich zahlreiche Empfehlungen für Signalisierungsnachrichten. In dieser Arbeit werden jedoch nur jene Signalisierungsnachrichten beschrieben, die unbedingt für den Verbindungsaufbau bzw. für den Verbindungsabbau nötig sind.

Dies geschieht auch im Hinblick auf die Implementierung bezüglich der Netzwerksimulation.

6.1 UNI-Signalisierung

Diese Signalisierung findet zwischen Endteilnehmer und Vermittlungsstelle statt.

6.1.1 UNI-Signalisierung für den Verbindungsaufbau

Es werden hier folgende Signalisierungsnachrichten verwendet:

SETUP, CALL PROCEEDING, CONNECT, CONNECT ACKNOWLEDGE

SETUP

Die SETUP-Signalisierungsnachricht initialisiert den Verbindungsaufbau. Sie enthält alle Informationen, die notwendig sind, um eine virtuelle Verbindung aufzubauen. Sinnvolle Informationen sind u. a. B-ISDN-Adressen des rufenden Teilnehmers bzw. des gerufenen Teilnehmers, die gewünschte Datenrate und die verwendete AAL.

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