В соответствии с определением МСЭ, ISDN - это сеть, обеспечивающая полностью цифровые соединения между оконечными устройствами для поддержки широкого спектра речевых и неречевых услуг, доступ к которым осуществляется с помощью ограниченного набора стандартизованных многофункциональных интерфейсов.
Сеть ISDN устанавливает соединение от абонента до абонента по непрерывному цифровому каналу. В ISDN предусмотрены основной доступ, используемый обычно для подключения отдельного абонента и первичный доступ, используемый, как правило, для подключения учрежденческих станций. Основной и первичный доступ могут быть организованы на парах медных жил существующих абонентских линий. Все установки конкретного пользователя могут иметь один абонентский номер независимо от количества и вида служб связи, которыми пользуется данный абонент. Наличие универсального стыка пользователь-сеть даёт возможность подключать различные оконечные установки для различных видов информации к одной "штепсельной розетке связи".
Сеть ISDN позволяет не только устанавливать соединение между оконечными установками пользователей, но и осуществляет выбор терминала вызываемого пользователя соответствующего виду задействованной услуги и совместимого с терминалом вызывающего пользователя. По сети ISDN можно передать любую информацию, которая может быть представлена в цифровом виде и передаваться по битам. Сеть ISDN совместима с имеющимися телефонными сетями и со всеми видами сетей передачи данных.
Сеть ISDN предлагает пользователю большой комплекс услуг связи, получивший название основных услуг. Основные услуги, предоставляемые сетью ISDN делятся на:
|
|
Услуги по передаче информации:
3.1 кГц Аудио (3.1 kHz Audio)
Речь (Speech)
Передача цифровой информации без ограничений (Unrestricted Digital Info)
Пакетный режим (Packet Mode)
Услуги телесервиса:
Телефакс гр. 2/3 (Telefax Grp. 2/3)
ISDN Телефония 3.1 кГц (Telephony ISDN 3.1 kHz)
ISDN Телефония 7 кГц (Telephony ISDN 7 kHz)
Телефакс гр. 4 (Telefax Grp. 4)
Телетекс 64 кбит/с (Teletex 64 kbit/s)
Видеотекс (Videotex)
Видеотелефония (Videotelephony)
Классификация осуществляется в зависимости от требований, предъявляемых к каждой конкретной услуге уровнями с 1 по 3 (услуги по передачи информации) и с 4 по 7 (услуги телесервиса) модели OSI. Требования, предъявляемые к услугам уровнями с 1 по 3 получили название Bearer Capability (способность к передаче информации), а требования предъявляемые к услугам уровнями с 4 по 7 - High Layer Compatibility (высокоуровневая совместимость).
Услуги по передаче информации
Речь (Speech). Услуга передачи информации со структурой - 8 кГц, 64 кбит/с в режиме с коммутацией каналов обеспечивает поддержание обмена речевой информацией между точками обмена. Каждая из этих точек обмена может быть либо стыком S, либо совпадением стыков S/T. В сети могут использоваться такие приёмы обработки, подходящие для речи аналогового сигнала, как эхоподавление и низкоскоростное кодирование. Эта категория услуги передачи не предназначена для передачи данных модемами в полосе частот речевого сигнала.
3.1 кГц Аудио (3.1 kHz Audio). Услуга передачи информации со структурой - 8 кГц, 64 кбит/с в режиме с коммутацией каналов обеспечивает передачу аудиоинформации в спектре шириной 3.1 кГц и соответствует услуге передачи речи и данных в речевом диапазоне через модемные устройства, которая широко используется на телефонной сети общего пользования.
|
|
Цифровая информация без ограничений (Unrestricted Digital Info). Услуга передачи информации без ограничений со структурой - 8 кГц, 64 кбит/с в режиме с коммутацией каналов обеспечивает неограниченный обмен информацией между точками обмена. Каждая из этих точек обмена может быть либо стыком S, либо совпадением стыков S/T.
Пакетный режим (Packet Mode). Эта услуга передачи информации обеспечивает передачу информации пользователя без ограничений (без изменения) в пакетном режиме между точками обмена. Каждая из этих точек обмена может быть либо стыком S, либо совпадением стыков S/T.
Услугами более высокого уровня являются услуги телесервиса, к ним относятся:
ISDN Телефония 3.1 кГц (Telephony ISDN 3.1 kHz). В любой момент времени существуют два канала для передачи разговора.
ISDN Телефония 7 кГц (Telephony ISDN 7 kHz). Подобна телефонии 3.1 кГц, но в терминальном оборудовании осуществляется специальное кодирование, делающее возможным передачу полосы 7 кГц со скоростью 64 кбит/с.
Tелефакс гр. 4 (Telefax Grp. 4). Услуга телефакс сегодня страдает от несовершенства оборудования, для передачи страницы формата А4 всё ещё необходимо от 1 до 3 минут. В случае применения услуги телефакс группы 4, обеспечивающей цифровое соединение из конца в конец, значительно возросла эффективность передачи, теперь она составляет менее 10 секунд, а разрешающая способность достигает 300-400 точек на дюйм. Также возможен обмен информацией между факсами группы 3 и группы 4, совместимость реализуется в терминальном оборудовании.
|
|
Телетекс 64 кбит/с (Teletex 64 kbit/s). Услуга телетекс даёт пользователям возможность обмениваться через сеть связи деловой корреспонденцией в форме документов, содержащих телексно-кодированную информацию. Обмен производится автоматически "из памяти в память". Базовым элементом корреспонденции, которой обмениваются пользователи, является страница формата А4, представляющая собой самую мелкую единицу текста как объекта. При использовании услуги телетекс в других сетях передачи данных требуется приблизительно 12 секунд для передачи со скоростью 2.4 кбит/с одной страницы формата А4. С увеличением темпа передачи в сети ISDN, это время сократилось до 1 с.
Видеотекс (Videotex). Телеслужба видеотекс является интерактивной телеслужбой, которая обеспечивает пользователям терминалов видеотекса при помощи стандартизированных процедур через соответствующий доступ возможность связи с базами данных и другими основными компьютерными системами через сеть связи. ISDN видеотекс способствует сегодня развитию и популяризации видеотекса как услуги. Используя комбинации режимов работы с текстом, геометрией и фотографией можно более эффективно передавать текстовую и графическую информацию в смешанном виде. Более быстрая генерация картинки на экране (до 2 секунд) стала возможной при использовании скорости передачи 64 кбит/с.
Видеотелефония (Videotelephony). Позволяет передавать цветное малоподвижное изображение и высококачественный звук. При этом для установления одного соединения задействуются оба В-канала, 20% нагрузки приходится на передачу голоса, а 80% нагрузки на передачу изображения. При передачи по сети изображение пакуется источником и распаковывается приёмником, вследствие чего отстаёт от звука. Функцию синхронизации звука и изображения выполняет терминальное оборудование.
Многие современные оконечные устройства и отдельные коммутационные системы предоставляют ряд дополнительных услуг - это услуги, которые не требуют доступа к данным в других устройствах сети. К ним относятся, например: сокращённый набор номера, повтор последнего набранного номера. Кроме услуг подобного рода, в ISDN предлагаются ещё услуги для обслуживания вызовов внутри сети ISDN.
Дополнительные услуги, предоставляемые сетью ISDN, связаны с:
абонентским доступом (подадресация);
предоставлением информации (немедленное извещение о стоимости вызова);
соединением (переадресация вызовов).
Предварительные условия для функционирования сети ISDN представлены на рис. 3.1. Они заключаются в:
наличии цифровых трактов,
наличии станций с услугами ISDN,
наличии системы сигнализации №7 между станциями,
наличии интерфейсов по базовому или первичному доступу.
Абонентский доступ ISDN может быть реализован:
по двухпроводной медной паре, такие линии используются в аналоговой телефонии. Этот тип линии называется базовым доступом (basic rate access, BA) и используется для соединения ISDN станции общего пользования с обычными абонентами и небольшими учрежденческими станциями.
по четырех проводной медной линии, которой передается поток ИКМ30. Этот тип линии называется первичным доступом (primary rate access, PA) и используется для соединения средних и больших учережденческих станций с ISDN станцией общего пользования.
Рис. 3.1. Предварительные условия для функционирования сети ISDN
Основной доступ ISDN.
Передача цифровой информации по двухпроводной медной паре в сети ISDN возможна со скоростью 160 кбит/с при нормальных условиях (длина кабеля не более 8 км при диаметре поперечного сечения 0.6 мм, или не более 4.2 км при диаметре поперечного сечения 0.4 мм). 160 кбит/с организуются следующим образом.
Два канала, каждый по 64 кбит/с, для передачи пользовательской информации (речь, текст, данные и т.д.). Эти каналы называются В-каналами (basic channels В1 and В2); каждый из которых используется индивидуально и коммутируются по вызову. И как результат этого два разных вызова могут осуществляться одновременно и независимо один от другого.
Один канал с 16 кбит/с для передачи сигнализации. Этот канал называется D-каналом (delta-channel); он не предназначен для коммутации, а используется, как правило, для передачи сигнальной информации в виде пакетов сигнальных сообщений (D-channel messages). D-канальные сообщения, независимо от сигнальной информации, могут нести пакетно-ориентированную пользовательскую информацию, если подключено соответствующие терминальное оборудование.
Оставшиеся 16 кбит/с используются для синхронизации и поддержки данных для абонентской линии во время передачи.
Медная пара, работающая в режиме 2В+D (144 кбит/с полезной информации) с синхронизацией и поддержкой данных (160 кбит/с общей информации) входит в состав Uk0-интерфейса. Со стороны пользователя медная пара заканчивается сетевым окончанием (network termination NT). Сетевое окончание переводит двухпроводной Uk0-интерфейс (160 кбит/с) в четырех проводной S0-интерфейс (192 кбит/с); для случая 2В+D сетевое окончание прозрачно в обоих направлениях. Оператор сети несет ответственность за соединение от станции только до сетевого окончания, а за участок от NT до абонента отвечает абонент. Таким образом, наличие NT помогает определить ответственность за ошибки в работе системы (по чьей вине).
S0-интерфейс – этосоединительная шина, через которую ISDN-совместимое оборудование может соединяться с основной ISDN станцией через стандартный разъём. Для учрежденческой станции S0 - интерфейс - это точка, в которой учрежденческая станция соединяется с основной ISDN станцией. Длина шины S0 не должна превышать одного километра.
Первичный ISDN доступ аналогичен основному доступу, где D-каналом передающим сигнальную информацию для обоих В-каналов (каждый по 64 кбит/с) является временной интервал 16 (time slot 16, со скоростью передачи 64 кбит/с) потока ИКМ30, в котором передается сигнальная информация для всех 30 разговорных каналов (time slot 1-15, 17-31, каждый со скоростью передачи 64 кбит/с). Если линию ИКМ30 использовать для обеспечения первичного доступа ISDN, тогда временные интервалы с 1 по 15 и с 17 по 31 используются как пользовательские каналы (для передачи речи, текста, данных и т.д.), в то время как сигнальная информация передаётся как обычно во временном интервале 16. По аналогии с основным доступом временные интервалы с 1 по 15 и с 17 по 31 называются В-каналами (основные каналы с В1 по В31), в то время как временной интервал 16 рассматривается как D-канал. Подобно основному доступу, В-каналы используются и переключаются индивидуально, а сигнальная информация (D-канальные сообщения) передаются в D-канале. Но в отличие от основного доступа, D-канал здесь используется только для передачи сигнальной информации, пакетно-ориентированные пользовательские данные должны быть отделены от сигнальной информации в учрежденческой станции и передаваться по В-каналам. Поскольку по В-каналам всегда передаются данные со скоростью 64 кбит/с, они обозначаются как В64. Данные по D-каналу могут передаваться со скоростью 16 кбит/с (основной доступ) и со скоростью 64 кбит/с (первичный доступ), такие каналы обозначаются D16 и D64 соответственно. Звено ИКМ, работающее как первичный доступ с 30В64 + D64 называется Uk2pm интерфейсом или Uk2m интерфейсом. Окончание линии со стороны абонента оформлено как сетевое окончание (NT), где интерфейс Uk2m трансформируется в S2m интерфейс. От NT до учрежденческой станции расстояние не должно превышать одного километра. Учрежденческая станция соединяется с ISDN станцией общего пользования посредством S2m интерфейса. При использовании учрежденческой станции S0-интерфейс выступает как шина для подключения терминального оборудования.
В качестве терминалов для ISDN могут использоваться различные виды коммутационного оборудования. Это оборудование должно только поддерживать интерфейс S0, т.е. 4-проводный интерфейс со скоростью передачи 192 кбит/с. Терминалами могут быть аналоговые и цифровые телефоны, видеотелефоны, персональные компьютеры и другое коммуникационное оборудование. Если терминал не поддерживает интерфейс S0, то он может быть адаптирован к нему посредствам терминального адаптера (TA - terminal adapter). ТА даёт возможность адаптировать поток данных ISDN (64 кбит/с для В-канала и 16 кбит/с для D-канала) со скоростями поддерживаемыми множеством терминалов. С использованием терминальных адаптеров можно адаптировать к сети ISDN оборудование, которое не было специально разработано для работы в этой среде. Персональный компьютер адаптируется к сети ISDN посредством вставляемой в него ISDN-карты и программного обеспечения. Оборудованный подобным образом, компьютер способен передавать/получать информацию в цифровом виде (текст, данные, картинки), а также использоваться как телефакс группы 3. Доукомплектованный мультимедийным оборудованием (телекамера, колонки), компьютер может выступать в роли видеотелефона, всё это делает ПК универсальным ISDN терминалом.
Сеть ISDN обладает возможностями, присущими сетям телефонной связи и возможностями сетей передачи данных. Однако в сети ISDN практически все услуги предоставляются с более высоким качеством.
Телефония: улучшенная помехоустойчивость передачи речи благодаря цифровому кодированию; вывод на дисплей дополнительной информации (о текущей тарификации, номере вызывающего абонента и т.д.); качество, равное передаче по аналоговому каналу в спектре 7 кГц.
Факсимильная связь: передача страницы формата А4 меньше чем за 10 секунд (по аналоговой или цифровой сети общего пользования - 60 секунд); в 4 раза более высокая разрешающая способность.
Телетекс: передача страницы формата А4 менее чем за 1 секунду (по аналоговой или цифровой сети общего пользования - 12 секунд); возможен смешанный режим с факсом.
Видеотекс: заполнение экрана дисплея менее чем за 1 секунду (по аналоговой или цифровой сети общего пользования - 8 секунд); улучшенная графика.
Передача данных: до 20 раз быстрее, чем по аналоговой телефонной сети с использованием модемов.
Единая всеобщая сеть связи с унифицированной для всех служб техникой приводит к унификации эксплуатации и технического обслуживания. Архитектура ISDN обладает большой гибкостью и легко развивается, как следствие этого возможно предоставление большого количества дополнительных услуг, число которых постоянно растёт. Гибкость цифровой сети позволяет также вводить новые службы связи при сравнительно низких затратах. Перспективой развития ISDN является широкополосная ISDN. Сеть ISDN легко внедряется, т.к. для абонентских участков не нужно прокладывать новые кабели, а можно воспользоваться старыми. Любая ISDN станция может поддерживать как аналоговых, так и цифровых абонентов, поэтому переход на цифровую сеть будет проходить плавно.
В настоящее время в развитых западных странах уже практически осуществлён перевод телефонных сетей с аналоговой на цифровую технику передачи и коммутации. Преобразование аналоговой сети в сеть ISDN может осуществляться в соответствии с двумя стратегиями внедрения: с помощью наложенной сети и с помощью островов.
Стратегия внедрения с помощью наложенной сети заключается в том, что новая техника размещается так, чтобы охватить всю территорию аналоговой сети. Цифровые станции ISDN соединяются между собой только цифровыми системами передачи и обмениваются сигнальной информацией с помощью протоколов системы сигнализации ОКС №7. При этом новая цифровая сеть получается как бы наложенной на старую аналоговую. Сопряжение сети ISDN с существующей сетью обеспечивается минимально возможным числом специальных станций - шлюзов, выполняющих функции согласования систем сигнализации. Недостатками такой сети является плохая загруженность на первых этапах внедрения каналов наложенной сети, а также ограниченные возможности для трафика.
Основной особенностью стратегии внедрения с помощью островов является внедрение цифровой сети и осуществление возможности передачи по ней информации в определённом районе до внедрения цифровой техники передачи и коммутации в других районах. Обе стратегии, приведённые выше, практически не учитывают особенности каждого конкретного региона, поэтому на сети чаще всего применяется их комбинация. Внедрение сети ISDN в Российской Федерации также происходит с использованием комбинированной стратегии внедрения с помощью наложенной сети островов.
В нашей стране наряду с телефонной сетью имеются ведомственные сети, а также независимые сети передачи данных (Спринт, Интернет). Даже когда ISDN достигнет значительного объёма, многие из этих сетей, а также части аналоговой телефонной сети будут ещё сохраняться. Сеть ISDN предусматривает возможность совместной работы абонентов ISDN c абонентами, пользующимися такими сетями. Сопряжение ISDN и абонентов аналоговой телефонной сети осуществляется по принципу наложенной сети.
При сопряжении с сетями передачи данных общего пользования с коммутацией каналов или пакетов необходимо учитывать, что это сети обладают собственными протоколами сигнализации, скоростями передачи, а иногда и собственной нумерацией, отличающейся от плана нумерации сети общего пользования. Сопряжение со всеми такими сетями также должно осуществляться через специальный шлюз. В настоящее время уже существуют принципиальные решения для стыковки ISDN с сетями передачи данных общего пользования. Стыковка ISDN с другими сетями осуществляется в соответствии с индивидуальным системным проектом для каждого конкретного региона.
Основы технологии АТМ
В 1980-е годы во многих промышленных развитых странах началась разработка широкополосной цифровой сети интегрированным обслуживанием (B-ISDN - Broadband Integrated Services Digital Network). Создание такой сети позволяет организовать такие службы, как высококачественная видеотелефония, видеоконференции, высокоскоростная передача данных, передача телевизионных программ высокого качества, поиск видеоинформации и ряд других. Для этого требуются скорости передачи, превышающие 2 Мбит/с, являющихся максимальной скоростью, предоставляемой пользователю узкополосной ISDN.
В результате исследований, проводившихся с середины 80-х годов, МККТТ (ныне МСЭ-Т - сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи) принял в 1988 г. рекомендацию I.121, определившую общие принципы B-ISDN. Наиболее важный из них - использование асинхронного режима переноса информации (АТМ - Asynchronous Transfer Mode), реализующего процессы передачи и коммутации выше физического уровня (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Модель протоколов B-ISDN
Решающее значение при выборе АТМ имело то, что большинство источников информации работают в прерывистом режиме. Например, коэффициент активности речи составляет 0,3 - 0,4, еще меньше он в интерактивных системах передачи данных, весьма разнообразна видеоинформация и т.д.
Поэтому применение синхронного режима переноса (STM - Synchronous Transfer Mode), при котором выделяется постоянная полоса пропускания, соответствующая наивысшей мгновенной скорости передачи информации, оказывается весьма неэффективным. В то же время асинхронный режим переноса, основанный на статистических (пакетных) методах, позволяет гибко распределять полосу пропускания, обеспечивая совместную работу разнообразных служб в условиях изменения параметров служб и нагрузки. Различие между STM и АТМ иллюстрирует рис. 3.3. В 1990 г. МККТТ принял еще ряд рекомендаций серии I, регламентирующие организацию B-ISDN на основе АТМ.
Рис. 3.3. Синхронный (а) и асинхронный (б) режимы переноса
В соответствии с определениями рекомендаций I.113 и I.121, термин АТМ обозначает специфический пакетно-ориентированный режим переноса информации, использующий метод асинхронного временного разделения, при котором поток информации организуется в блоки фиксированной длины, называемые ячейками. Для прояснения терминологии следует заметить, что согласно рекомендации G.803 различают термины "передача" (transmission), обозначающий физический процесс распространения сигнала по каналу связи, и "перенос" (transfer) - процесс перемещения информации по сети. Ячейка (по английски cell) имеет длину 53 байта, из которых 48 байтов - информация пользователя и 5 байт - заголовок. Основное назначение заголовка - идентификация ячеек, принадлежащих одному и тому же виртуальному каналу. Более подробно форматы ячеек АТМ будут описаны ниже. АТМ является методом, ориентированным на установление соединений. До начала передачи информации между пользователями должен быть организован виртуальный канал. Сигнальная и пользовательская информация передаются по отдельным виртуальным каналам. Группа виртуальных каналов, проходящих на некоторых участках сети по одному и тому же направлению, может объединяться в виртуальный тракт. Поскольку АТМ предполагает использование высокоскоростных и обладающих высокой помехозащищенностью цифровых систем передачи (как правило, на основе волоконно-оптических линий), повышение верности осуществляется только в оборудовании пользователей. Отказ от повышения верности в узлах коммутации значительно упрощает алгоритм их функционирования и позволяет применять в них аппаратные средства, имеющие значительно более высокое быстродействие, чем программируемые микропроцессоры. Высокая пропускная способность трактов передачи, быстродействие коммутационных устройств и короткая длина ячеек обеспечивают, как правило, быструю доставку ячеек по сети. Контроль за их доставкой осуществляется в оконечном оборудовании пользователей. По своей сути метод АТМ представляет собой разновидность метода коммутации пакетов - так называемую быструю коммутацию пакетов - наиболее близкую по своим пользовательским характеристикам методу коммутации каналов.
Несмотря на то, что технология АТМ своим происхождением связана с созданием B-ISDN, АТМ - больше, чем основа только для B-ISDN. Сеть АТМ способна не только быть основой для организации самых разнообразных служб в рамках B-ISDN, предназначенных для передачи данных, изображений и т.д. Она также может служить транспортной средой для телефонной сети, узкополосной ISDN, связи городских сетей передачи данных (MAN) и др.
Использования технологии АТМ позволяет строить гибкие сети, эффективно использующие пропускную способность трактов передачи за счет их статистического мультиплексирования. Универсальность АТМ состоит еще и в том, что это первая технология, которая может использоваться в сетях любого масштаба: локальных (LAN), городских (MAN) и территориальных (WAN).
Упрощенная архитектура сети АТМ представлена на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Структура сети АТМ
Сеть АТМ состоит из связанных между собой АТМ коммутаторов. Находящееся за пределами сети оборудование пользователя взаимодействует с коммутаторами через интерфейс пользователь-сеть (UNI - User-Network Interface). Для взаимодействия коммутаторов между собой служит интерфейс сетевого узла (NNI - Network Node Interface). МСЭ-Т стандартизировал в рекомендации I.432 два типа интерфейса UNI: на скоростях 155 и 622 Мбит/с (это скорости 1-го и 4-го уровней SDH). Подготовлены стандарты по использованию технологии АТМ на первичной скорости европейской иерархии 2 Мбит/с.
Рассмотрим функции каждого из трех нижних уровней B-ISDN (сети АТМ).
Уровень адаптации АТМ (AAL - ATM Adaptation Layer) осуществляет преобразование пользовательской информации в информационные поля ячеек и наоборот. Именно наличие AAL придает АТМ присущую ей способность переносить разнообразную пользовательскую информацию в стандартных ячейках. Стандартизировано несколько типов уровня адаптации, соответствующие различным классам обслуживания и предназначенные для преобразования разных видов информации. Их характеристики описаны ниже. Следует подчеркнуть, что процедуры ААL реализуются вне пределов сети АТМ в оконечном оборудовании пользователя. Уровень адаптации может использовать для своих нужд до 4 байт в пределах 48-байтного информационного поля ячейки, оставляя таким образом непосредственно для полезной информации пользователей 44 байта. AAL делится, в свою очередь, на два подуровня: подуровень конвергенции (CS - Convergence Sublayer) и подуровень разборки и сборки (SAR - Segmentation And Reassembly). Верхний из них - CS - получает информацию от пользователя и разбивает ее на протокольные единицы данных этого подуровня, длина которых определяется конкретным типом уровня адаптации. Далее к ним добавляются заголовок и окончание, содержащие служебную информацию о виде передаваемого трафика и размере протокольной единицы, а также позволяющие осуществлять контроль и исправление ошибок на приеме. При необходимости этот подуровень обеспечивает также синхронизацию. Подуровень разборки и сборки принимает полученные протокольные единицы CS и разбивает их на фрагменты, длина которых от 44 до 48 байтов. К ним могут добавляться заголовок (1-2 байта), идентифицирующий тип данного фрагмента, и окончание (до 2 байт), содержащее контрольную сумму. В результате получается 48-байтная последовательность, образующая информационное поле ячейки АТМ. Описанный выше алгоритм варьируется в зависимости от типа уровня адаптации. На приеме все процедуры выполняются в обратной последовательности.
Уровень АТМ добавляет к полученным от подуровня SAR 48-байтным последовательностям 5-байтовые заголовки, формируя таким образом ячейки АТМ, передаваемые затем на физический уровень. К функциям уровня АТМ относятся также: управление входным потоком на интерфейсе пользователь-сеть; мультиплексирование ячеек, принадлежащим различным виртуальным каналам и трактам, в единый поток; преобразование идентификаторов виртуальных каналов в узлах коммутации. На приемной стороне уровень АТМ осуществляет демультиплексирование потока ячеек и удаление заголовков.
Физический уровень также состоит из двух подуровней: подуровень конвергенции передачи (TC - Transmission Convergence) и подуровень, зависящий от физической среды (PMD - Physical Medium Dependent). Подуровень ТС осуществляет согласование потока ячеек с используемой системой передачи (например, упаковывает ячейки АТМ в контейнеры SDH). Подуровень PMD ответственен за передачу и прием битов, передаваемых в конкретной физической среде (оптическое волокно, коаксиальный кабель). Вся иерархия уровней приведена на рис. 3.5.
Рис. 3.5. Иерархия уровней сети АТМ
Как уже указывалось выше, ячейки АТМ имеют фиксированную длину 53 байта, из которых первые 5 байта - заголовок, а остальные 48 байт - информационное поле (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Структура ячейки АТМ
Структура заголовка несколько различается на интерфейсах пользователь-сеть (UNI) и сетевого узла (NNI). На интерфейсе UNI первые 4 бита отводятся для управления потоком, поступающим от пользователя. Следующие 24 бита составляет поле маршрутизации, содержащие 8-битный идентификатор виртуального тракта (VPI - Virtual Path Identifier) и 16-битный идентификатор виртуального канала (VCI - Virtual Channel Identifier). Следующие 3 бита занимают указатель типа нагрузки, содержащейся в информационном поле данной ячейки. Значения этого поля от 0 до 3 указывают на информацию пользователя, значения 4 и 5 - управляющую информацию, а значение 6 и 7 пока не используются и зарезервированы на будущее. Далее расположено 1-битное поле приоритета потери ячейки, использующиеся для управления потоком ячеек. Оно устанавливается равным 1 для тех ячеек, которые при перегрузках в сети могут быть отброшены в первую очередь. Последний (пятый) байт заголовка отведен для контроля ошибок заголовка с использованием циклического избыточного кода. С его помощью можно исправить единичную или обнаружить многократную ошибку в первых четырех байтах заголовка. Заголовок ячейки на интерфейсе сетевого узла NNI отличается от описанного выше заголовка ячейки на интерфейсе UNI только тем, что в нем исключается поле управления потоком, а первые четыре бита отведены для идентификатора виртуального тракта, который таким образом занимает 12 бит. Такое перераспределение позволяет увеличить число возможных виртуальных каналов.
Как уже отмечалось, сети АТМ являются ориентированными на соединения. Это означает, что прежде чем между пользователями будет передаваться какая-либо информация, между ними должно быть установлено виртуальное соединение. В отличие от каналов при синхронном временном разделении, определяющихся определенной временной позицией (канальным интервалом) в цикле, виртуальные каналы при АТМ выделяются логически: они образуются ячейками, имеющими в заголовке одни и те же комбинации значений идентификаторов виртуального тракта и виртуального канала (VPI и VCI). Виртуальные каналы всегда однонаправленные, поэтому для передачи между теми же оконечными точками информации в обратном направлении должны использоваться уже другие виртуальные каналы. Объединение группы виртуальных каналов, следующих на каком-то участке сети в общем направлении, в виртуальный тракт позволяет коммутатору оперировать с такой группой как единым целым, ускоряя прохождение ячеек через него. Физический тракт передачи может содержать несколько виртуальных трактов и каналов. Конфигурация виртуальных соединений не связана с физической структурой сети, и логическая топология сети может быть практически любой.
Коммутатор АТМ, исходя из номера входного порта, на который подступила ячейка, и содержащихся в ее заголовке значений VPI и VCI, определяет по таблице перевода номер выходного порта и новые значения VPI и VCI, после чего направляет ячейку на требуемую выходную линию с соответствующими новыми идентификаторами. Схема коммутации виртуальных каналов и трактов показана на рис. 3.7.
Рис. 3.7. Коммутация виртуальных каналов и трактов
В крупных узлах может быть целесообразно применение коммутаторов, осуществляющих только коммутацию виртуальных трактов. Их называют кроссовыми соединителями (кросс-коннекторами) АТМ. Различают постоянные и коммутируемые виртуальные соединения. Постоянные соединения организуются на достаточно длительный срок с помощью некоторого внешнего механизма управления сетью человеком-оператором. Такие соединения могут устанавливаться, например, между узлами какой-либо сети, организованной на базе сети АТМ. Они являются аналогами традиционных арендованных каналов и трактов. Коммутируемые виртуальные соединения устанавливаются автоматически посредством системы сигнализации по требованию пользователей на время сеанса связи.
Для того, чтобы минимизировать число возможных протоколов уровня адаптации, в рекомендации I.350 были определены четыре класса обслуживания B-ISDN. В основу их классификации положены следующие три признака: требуется ли синхронизация между источником и получателем информации; является ли скорость передачи постоянной или переменной; ориентированы ли услуги на установление соединения или нет (следует обратить внимание на то, что хотя сама по себе сеть АТМ работает в режиме с установлением соединений, она может предоставлять услуги, не требующие установления соединения). Характеристики всех классов, обозначения соответствующих типов уровня адаптации и примеры их использования приведены на рис. 3.8.
Класс А (соответствующий тип уровня адаптации AAL1) применяется для передачи трафика, требующего обеспечения фиксированной и небольшой задержки при передаче. Это, например, речь, преобразованная в цифровой поток 64 кбит/с посредством ИКМ. При помощи AAL1 осуществляется эмуляция цифрового канала, дающая пользователю полное впечатление, что он имеет в своем распоряжении сквозной канал (например, со скоростью 64 кбит/с или 2048 кбит/с).
Рис. 3.8. Классы обслуживания и типы уровня адаптации
Класс В (уровень AAL2) отличается от предыдущего тем, что предназначен для работы с переменной скоростью передачи. Пример использования - передача компрессированного видеосигнала. Протоколы AAL2 еще находятся в стадии разработки.
Классы С и D (уровни AAL3 и AAL4) вначале рассматривались раздельно, но затем из-за схожести функций их решено было объединить и обозначать AAL3/4. Этот уровень предназначен для обслуживания коротких интенсивных потоков данных с нерегулярными интервалами между периодами активности (например, пересылка файлов между ЭВМ, связь локальных сетей). Уровень AAL5 разработан как упрощенный вариант AAL3/4 для передачи данных. Его обозначают также SEAL (Simple and Efficient Adaptation Layer), т.е. "простой и эффективный уровень адаптации". Он предусматривает уменьшение объема служебной информации в ячейке, перекладывая на пользователя контроль ошибок и защиту от перемешивания ячеек различных пакетов в одном соединении. За счет этого достигается упрощение алгоритмов и повышается эффективность передачи полезной информации. Именно этот тип уровня является на сегодняшний день наиболее популярным и используется для создания корпоративных компьютерных сетей.