Интегрированные сети ISDN

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Название ISDN (integrated system digital network - интегрированные цифровые сети) было предложено группой XI CCITT в 1971 году (cм. П. Боккер, ISDN. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы. “Радио и связь”, М. 1991). Основное назначение ISDN - передача 64-кбит/с по 4-килогерцной проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, данные и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование. Выбор 64 Кбит/c стандарта определен простыми соображениями. При 4-килогерцной полосе, согласно теореме Найквиста-Котельникова, частота стробирований должна быть не ниже 8 кГц. Минимальное число двоичных разрядов для представления результатов стробирования голосового сигнала при условии логарифмического преобразования равна 8. Таким образом, в результате перемножения этих чисел и получается значение полосы B-канала ISDN. Базовая конфигурация каналов имеет вид 2*B + D = 2*64 +16 = 144 кбит/с. Помимо B-каналов и вспомогательного D-канала isdn может предложить и другие каналы с большей пропускной способностью, канал Н0 с полосой 384 Кбит/с, Н11 – 1536 и Н12 – 1920 Кбит/c (реальные скорости цифрового потока). Для первичных каналов (1544 и 2048 Кбит/с) полоса D-канала может составлять 64 Кбит/с.

Ожидается, что к 2000 году в США будет 10000000 пользователей ISDN. Число же телефонных аппаратов в мире приближается к миллиарду. Существует около 10 разновидностей протоколов ISDN (national ISDN-1 (США); at&t custom; euro-ISDN (Net3) и т.д.

ISDN предполагает, что по телекоммуникационным каналам передаются цифровые коды, следовательно аналоговые сигналы в случае телефона или факса должны быть преобразованы соответствующим образом, прежде чем их можно будет передать. При передаче цифровых сигналов используется кодово-импульсная модуляция (cм. раздел ), впервые примененная во время второй мировой войны.
Широкое внедрение этого метода передачи относится к началу 60-х годов.

Чтобы обеспечить пропускную способность 64 Кбит/с по имеющимся телефонным проводам, не нарушая теоремы Шеннона, надо ставить ретрансляторы на расстоянии 2 км друг от друга (ведь ослабление сигнала в стандартном кабеле составляет около 15дБ/км). Последние достижения в телекоммуникационных технологиях существенно ослабили это ограничение.). Унификация скоростей передачи данных в ISDN способствует уменьшению объема оборудования, так как исключает необходимость межсетевых интерфейсов, согласующих быстродействие отдельных частей сети. Одной из наиболее массовых приложений ISDN является цифровая телефония. Человеческий голос можно удовлетворительно закодировать, используя лишь 6 бит, но вариации уровня входного сигнала приводит к тому, что нужно не менее 8 бит (с учетом логарифмической характеристики аналого-цифрового преобразователя - АЦП). Значения кодов, полученных в результате последовательных преобразований звука человеческой речи, сильно коррелированны, а это открывает дополнительные возможности для сжатия информации.

Сети ISDN дали толчок развитию сетевой технологии. На очереди интеграция Интернет с кабельным телевидением, а там, глядишь, появятся квартирные сети, объединяющие телевизор, ЭВМ, бытовую технику и телефон. Это неудивительно, когда цена хорошего телевизора почти сравнялась с ценой персональной ЭВМ, а многие бытовые устройства имеют встроенные процессоры. Здесь должно быть решено несколько проблем. С одной стороны телевизионные кабели имеют полосу пропускания достаточную для передачи как аналогового (заведомо более 10 каналов), так и цифрового телевидения. Проблема возникает при совмещении передачи телевизионного сигнала и цифрового (или PCM) канала Интернет (кабельные модемы пока достаточно дороги). Современные телевизионные системы обеспечивают порядка 50 каналов одновременно, что накладывает весьма жесткие требования на кабельную разводку между локальным распределительным узлом и оконечными пользователями.


Распределительные узлы сегодня объединяются с помощью ATM-каналов (~150 Мбит/с, широкополосный ISDN), что уже сегодня недостаточно. По мере удешевления можно ожидать, что в ближайшем будущем в квартиры конечных пользователей будет осуществлен ввод оптоволоконных кабелей, что решит проблему радикально (не нужен не только телевизионный, но и телефонный кабель). Попутно это решит проблему и видеотелефона. На очереди разработка новых стандартов, которые позволят осуществить такую интеграцию.

Так как первоначально ISDN создавалась для передачи голоса и изображения (факс), начнем именно с этих приложений. Для факсов сети ISDN особенно привлекательны, так как может обеспечить высокое разрешение (до 16 линий/мм и лучше) при разумном времени передачи.

Для иллюстрации взаимодействия различных частей ISDN рассмотрим рис. 4.3.3.1.

4.3.3.1 Традиционная схема сети ISDN

Network termination 1 (NT-1) представляет собой прибор, который преобразует 2-проводную ISDN-линию (от телефонной компании), называемую u-интерфейсом, в 8-проводный S/T-интерфейс. Как правило, к точке Т может быть подключено только одно оконечное устройство. NT2 же предназначено для подключения большого числа разнотипного оборудования (функции NT1 и NT2 могут быть совмещены в одном приборе). Допускается объединение интерфейсов NT2 и TA; возможна работа нескольких NT1 с одним NT2. Интерфейс NT2 может обеспечивать внутриофисный трафик, образуя шину, к которой может подключаться несколько терминалов. Терминальное оборудование (TE) в режиме точка-точка может быть подключено к системе кабелем длиной до 1 км, реальным ограничением служит ослабление в 6 дБ на частоте 96 кГц. В режиме точка-мультиточка (до 8 терминалов) подсоединение производится параллельно, но длина шины в этом случае не должна превышать 200 м (по временным ограничениям). Терминалы, чтобы не вносить искажений, должны иметь входное сопротивление не ниже 2500 Ом. Шина согласуется 100 омным сопротивлением, как со стороны NT1, так с противоположного удаленного конца (это справедливо для принимающих и передающих пар проводов).


Оборудование, следующее рекомендациям ISDN, может подключаться в точках S и T. Схемы кабелей, объединяющих интерфейсы ISDN с оконечным оборудованием, показаны на рис. 4.3.3.2.



Рис. 4.3.3.2. Кабели и разъемы в каналах ISDN

Точки s и t обеспечивают доступ к канальным услугам ISDN. В точке R (на рис. 4.3.3.2 TA - терминальный адаптер), в зависимости от типа терминального адаптера, доступны некоторые другие стандартные CCITT услуги (X.21 или X.25, V.35, RS-232 или V.24). Входы TE1 и TE2 предназначены для удаленных телекоммуникационных услуг. Все виды услуг могут быть разделены на три группы по форме доступа к 64кбит/с:

Услуги, для которых меняется лишь скорость исполнения (например, файловый обмен или электронная почта).

Принципиально новые услуги, которые недоступны при низких скоростях обмена, например, факсимильная передача со скоростью 3-4 секунды на страницу (против 20-30 сек при низких скоростях); видеотекст (напр., Prestel в Англии, Minitel во Франции или Bildschirmtext в Германии).

Услуги, абсолютно невозможные при скоростях ниже 64кб/с. Например, видеотелефон или высококачественная передача звука (G.722; ADPCM - adaptive differential pulse code modulation). Телефония часто использует каналы со скоростью передачи 32кбит/с (G.721). Полоса звукового сигнала равна 50 Гц - 20 кГц.

Эталонная конфигурация системы передачи и приема сигналов, а также подачи питания на терминальное оборудование показана на рис. 4.3.3.3. Передаваемая по проводам мощность составляет 1-0.5 Вт. Дополнительная пара проводов питания является в настоящее время опционной.



Рис. 4.3.3.3 Эталонная конфигурация системы передачи и приема сигналов, а также подачи питания на терминальное оборудование

(*) Относится к полярности кадровых сигналов. (**) относится к полярности питающего напряжения. Используется напряжение питания V= 40 v, которое (если требуется для питания управляющей электроники) преобразуется в 5 В.

Логика взаимодействия различных частей сети isdn показана на рис. 4.3.3.4.



Рис. 4.3.3.4 Взаимодействие основных протоколов ISDN



Процессом передачи информации между узлами управляет сигнальная система общего канала (CCS - common channel signaling system). В ISDN используется 7-я сигнальная система CCITT (рис. 4.3.1.1). Ее уровни сходны, но не идентичны OSI. На нижних уровнях используется MTP (message transfer part - система передачи сообщений), задачей которой является надежная пересылка сигнальных пакетов по сети. Пользовательские (прикладные) сообщения иерархически расположены над MTP, которая имеет три уровня.

Терминальное оборудование подключается к NT через трансформатор (см. рис. 4.3.3.5). На входе трансиверов используются схемы защиты от переходных процессов в линиях связи.



Рис. 4.3.3.5 Терминальный ISDN-интерфейс

Нормальная амплитуда сигнала составляет 750 мВ. Формат кадра первого уровня показан на рис. 3.5.3.6, он содержит 48 бит и имеет длительность 250 мксек. Физическая скорость обмена составляет 192 Кбит/с (~5,2 мксек на бит). Блок-схема терминального ISDN-интерфейса показана на рис. 4.3.3.5. Питание интерфейса осуществляется через 4-проводный выходной кабель. На вход интерфейса подается импульсно-кодовый модулированный сигнал (ИКМ). Интерфейс обеспечивает доступ к B- и D-каналам. Номинальное смещение в начале кадра в случае обмена терминал-сеть, как показано на рис. 4.3.3.6, составляет 2 бита. В некоторых случаях оно может оказаться больше из-за задержек в кабеле. Кадр включает в себя несколько l-битов, которые служат для балансировки цуга по постоянному току. Для направления NT -> TE (связь сетевого оборудования с терминальным) первыми битами кадра являются F/L-пары (см. начало и конец диаграмм; временная ось направлена слева направо), нарушающие AMI-правила (чередование полярности сигнала при передаче логической единицы). Раз чередование нарушено, до завершения кадра должно присутствовать еще одно такое нарушение. Бит FA реализует это второе нарушение чередования полярности. A-бит используется в процедуре активации для того, чтобы сообщить терминалу о том, что система синхронизована.


Активация может проводиться по инициативе терминала или сетевого оборудования, а деактивация может быть выполнена только сетью. Помимо B1, B2 (байты выделены стрелками) и D-каналов формируются также виртуальные E- и A-каналы. E-канал служит для передачи эхо от NT1 к TE в D-канале. Существует 10-битовое смещение (задержка) между D-битом, посылаемым терминалом, и E-битом эхо (отмечено стрелкой на рис. 4.3.3.6). M-бит используется для выделения мультифреймов (эта услуга недоступна в Европе). M-бит идентифицирует некоторые FA-биты, которые могут быть изъяты для того, чтобы сформировать канал управления (например, при проведении видеоконференций). S-бит является резервным. Назначения различных вспомогательных каналов собраны в таблице А.

Таблица А

A	4-килогерцный аналоговый телефонный канал
B	Цифровой ИКМ-канал для голоса и данных с полосой 64 кбит/c
C	Цифровой канал с полосой 8 или 16 кбит/c
D	Цифровой канал для внедиапазонного управления с полосой 16 кбит/c
E	Цифровой канал isdn для внутреннего управления с полосой 64 кбит/c
H	Цифровой канал с полосой 384, 1536 или 1920 кбит/c

Следует обратить внимание на то, что базовый ISDN-канал содержит два В-канала по 64 кбит/c и один D-канал с 16 кбит/c. Первичный же isdn-канал содержит 24 или 30 стандартных В-каналов и один D-канал с полосой 64 кбит/c.

На первом уровне протокола разрешаются конфликты доступа терминалов к D-каналу. Активация и деактивация осуществляется сигналом <info>. info=0 означает отсутствие сигнала в линии. info=1 передает запрос активации от терминала к NT. info=2 передается от NT к TE с целью запроса активации или указывает, что NT активировано вследствие появления info=1.



info=3 и info=4 представляют собой кадры, содержащие оперативную информацию, передаваемую из TE и NT, соответственно. nt активирует местную передающую систему, которая информирует коммутатор о начале работы пользователя. NT1 в ответ передает терминалу info=2, которое служит для синхронизации. TE откликаются, посылая пакетом info=3, который содержит оперативную информацию.


Все терминалы активируются одновременно.

Второй уровень решает проблему надежной передачи сообщений по схеме точка-точка. К каждому сообщению добавляется 16 контрольных чисел, включающих в себя идентификатор сообщения. Этот уровень описывает HDLC-процедуры (high level data link communication), которые обычно называются процедурами доступа для D-канала (LAP - link access procedure). LAP D базировался первоначально на рекомендациях X.25 слоя 2, но в настоящее время процедуры LAP D функционально обогатились (разрешено много LAP для одного и того же физического соединения, что позволяет 8-ми терминалам использовать один D-канал). Уровень 2 должен передать уровню 3 сообщения, лишенные ошибок. На уровне 2 решается проблема повторной передачи пакетов в случае их потери или доставки с ошибкой. LAP D базируется на LAP B рекомендаций X.25 для уровня 2. Кадры на уровне 2 представляют собой последовательности 8-битных элементов. Формат кадра второго уровня показан на рис. 4.3.3.7.



Рис. 4.3.3.7 Структура кадра для слоя 2

Стартовый и завершающие флаги передаются так, что к любым 5 единицам подряд добавляется нуль (чтобы избежать имитации сигнатуры в других, в том числе информационных полях). Принимающая сторона эти нули убирает. FSC- вычисляется по методике CRC, описанной в разделе 3.3.1.

Каждый кадр начинается и завершается одной и той же последовательностью (сигнатура начала/конца кадра). Размер управляющего поля зависит от типа кадра (1 или 2 октета). Информационные элементы присутствуют только в кадрах, содержащих данные 3-го уровня. Формат двухбайтного поля адреса для уровня 2 показан на рис. 4.3.3.7. Адрес имеет лишь локальное значение и известен только участникам процедуры обмена. Формат байтов адреса показан на рис. 4.3.3.8.



Рис. 4.3.3.8. Адресное поле кадра слоя 2

ea	бит расширения адресного поля;
c/r	бит поля команда/отклик;
SAPI	service access point identifier - идентификатор точки доступа, служит для описания характера реализуемого сервиса:
TEI	terminal endpoint identifier - идентификатор точки подключения терминала.

SAPI=0 - запрос соединения по схеме коммутации каналов;
SAPI=16 - переключение пакетов согласно протокола X.25;
SAPI=63 административные или управленческие функции (опционно). Точка доступа к услугам представляет собой виртуальный интерфейс между слоем 2 и 3 (см. рис. 4.3.3.9).



Рис. 4.3.3.9 Виртуальный интерфейс между слоями 2 и 3

Как видно из рисунка в системе могут использоваться и идентичные коды TEI, если они относятся к разным видам услуг (несовпадающими должны быть лишь комбинации SAPI-TEI). Для кодирования сигналов в ISDN используется метод 2B1Q (2 binary into 1 quaternary), что соответствует

Код	Уровень
10	+2.5 v
11	+0.833 v
01	-0.833 v
00	-2.5 v

Форматы полей управления для кадров различных модификаций представлены на рисунках 4.3.3.10, 4.3.3.11 и 4.3.3.12.



Рис. 4.3.3.10 Формат поля управления информационных кадров

N(S) - номер кадра, посылаемого отправителем (cм. также описание форматов для протокола X.25).
N(R) - номер кадра, получаемого отправителем;
P/F - флаг опроса, если кадр является командой, или флаг окончания, в случае отклика.



Рис. 4.3.5.11 Формат поля управления управляющих кадров

s - разряды кода управляющей функции;
x - зарезервировано, должно быть равно нулю.



Рис. 4.3.3.12 Формат поля управления ненумерованных кадров

m - бит модификатора функции (см. таблицу 4.3.1.2).

Мультиплексирование на уровне 2 осуществляется за счет использования отдельного адреса для каждого LAP (link access procedure) в системе. Адрес содержит два байта и определяет приемник командного кадра и адрес передатчика кадра-отклика. SAPI используется для идентификации типа услуг. Если наряду с цифровым телефоном используется обмен данными, то эти два терминала будут подключены к разным типам сервиса и, вообще говоря, к разным сетям. Для каждого вида услуг фиксируется определенный код SAPI. TEI (terminal endpoint identifier) обычно имеет определенное значение для каждого из терминалов пользователя.

Комбинация SAPI и TEI однозначно описывает LAP (link access procedure) и определяет адрес второго уровня.


Так как в системе не может быть двух идентичных TEI, коды TEI распределяются следующим образом:

0-63	коды tei, присваиваемые пользователем
64-126	коды tei, присваиваемые автоматически (сетью);
127	глобальный TEI (для широковещательных целей).

TEIс кодом в диапазоне 0-63 не нуждаются в диалоге с сетью в процессе установления связи на уровне 2. Но пользователь должен следить сам, чтобы в системе не было двух TEI с идентичными кодами. Терминалы с TEI в диапазоне 64-126 должны договариваться с сетью о TEI при установлении связи на уровне 2. Широковещательный TEI=127 служит для обращения ко всем терминалам, имеющим тот же код SAPI. Прежде чем предложить услуги уровню 3 уровень 2 должен запустить LAP. Это производится путем обмена пакетами между драйвером терминала уровня 2 и соответствующим сетевым драйвером. Предварительно должен быть активирован интерфейс уровня 1. До установления LAP возможен обмен только ненумерованными кадрами.

Этот процесс включает в себя передачу команды SET asynchronous balanced mode extended(SABME), адресат при этом должен откликнуться посылкой ненумерованного отклика (UA - unnumbered acknowledgment). После установления канала уровень 2 может передавать информацию для уровня 3. Ниже (рис. 4.3.3.13) приведена последовательность обмена кадрами на уровне 2:



Рис. 4.3.3.13 Последовательность обмена кадрами на уровне 2

Получение каждого информационного кадра (Iframe) должно быть в конце концов подтверждено (прислан пакет RR; см. таблицу 4.3.3.1). Число Iframe, которое может быть послано, не дожидаясь подтверждения получения (размер окна), может лежать в пределах 1-127. В случае телефонии это число равно 1. Если ресурс окна исчерпан, партнер вынужден задержать отправку очередного пакета до подтверждения получения посланного ранее кадра (RR). Для выявления потери кадров используется таймер. Таймер запускается всякий раз при посылке командного кадра и останавливается при получении подтверждения. Этого таймера достаточно, чтобы проконтролировать доставку, как команды, так и отклика.


Если произошел таймаут, нельзя определить, какой из этих двух кадров потерян. Кадр, поврежденный на уровне 1, будет принят с неверной FCS (frame check sequence) и по истечении времени, заданного таймером, будет произведена посылка командного кадра с битом poll=1. Партнер при этом вынужден прислать значение системной переменной, характеризующей ситуацию. По этой переменной можно судить, был ли получен исходный кадр.

Таким образом, можно идентифицировать факт потери информационного кадра (нужна ретрансмиссия) или отклика на него. После трех ретрансмиссий считается, что канал разорван, и предпринимается попытка его восстановить. FCS получается путем деления последовательности бит, начиная с адреса и кончая (но не включая) началом fcs, на образующий полином x16+x12+x5+1. Практически это делается с использованием сдвигового регистра, который в исходном состоянии устанавливается в единичное состояние. В конечном результате в регистре оказывается код остатка от деления. Дополнение по модулю 1 этого остатка и есть FCS.



Рис. 4.3.3.14 Схема вычисления контрольной суммы (FCS/CRC)

Другой возможной ошибкой является получение I-кадра с неверным номером N(S). Это возможно, когда LAP работает при ширине окна более 1. Если потерян кадр с номером N(s)=k, принимающая сторона не должна посылать подтверждение приема кадра k+1. Отклик при этом имеет тип REJ (см. таблица 4.3.3.1) с N(R)=k+1. Это укажет передающей стороне, что все кадры до k получены, но необходимо возобновить передачу, начиная с кадра k. При выявлении ошибки в N(R) связь прерывается, реинициализируются переменные состояния передающей и принимающей сторон, после чего канал восстанавливается, и обмен возобновляется с самого начала.

Таблица 4.3.3.1. (См. также раздел о протоколе X.25)

		Кодировка байтов
Команда	Отклик	8	7	6	5	4	3	2	1
Информационные кадры
iframe	-	N(S)							0
Iframe	-	N(R							P/td>
Кадры управления (supervisory)
RR	RR	0	0	0	0	0	0	0	1
RR	RR	N(R)							P/F
RNR	RNR	0	0	0	0	0	1	0	1
RNR	RNR	N(R)							P/F
REJ	REJ	0	0	0	0	1	0	0	1
REJ	REJ	N(R)							P/F
Ненумерованные кадры
SABME	-	0	1	1	p	1	1	1	1
-	DM	0	0	0	f	1	1	1	1
UI	-	0	0	0	p	0	0	1	1
DISC	-	0	1	0	p	0	0	1	1
-	UA	0	1	1	f	0	0	1	1
-	FRMR	1	0	0	f	0	1	1	1

P/F	poll=1 для команды, в противном случае конечный бит для отклика.
Iframe	(information frame) Информационный кадр
DISC	(disconnect) Отсоединить
RR	(receiver ready) Приемник готов
UA	(unnumbered acknowledge) Ненумерованное подтверждение
RNR	(receiver not ready) Приемник не готов
FRMR	(frame reject) Кадр отвергнут
REJ	(reject) Отказ
DM	(disconnect mode) Режим отключения
SABME	(set asynchronous balanced mode extended) Установка расширенного асинхронного сбалансированного режима
UI	(unnumbered information) Ненумерованная информация.

Ниже на рис. 4.3.3.15 показана схема алгоритма восстановления после потери кадра RR.



Рис. 4.3.3.15 Восстановление системы после потери кадра RR

Сигнал RNR(получатель не готов) используется для запрета пересылки пакетов партнеру на уровне 2 и может использоваться при реализации приоритетных услуг. Другим пакетом, который специфицирован на уровне 2, является кадр frame reject (FRMR). Этот кадр может быть получен объектом второго уровня, но не может быть послан. При получении этого кадра система сбрасывается в исходное состояние. После завершения процедуры обмена разрыв канала производится путем посылки кадров DISC (disconnect) и отклика UA (unnumbered acknowledgment), с этого момента обмен кадрами I-типа не возможен. Кадр DM(disconnect mode) может выполнять те же функции, что и UA. Он используется в качестве отклика на SABME, если слой 2 не может установить связь, или отклика на disc, если связь уже разорвана.

Для управления и контроля за выделяемыми идентификаторами TEI предназначен специальный драйвер, который имеет возможность выделять и удалять используемые TEI. Все сообщения, связанные с TEI, передаются с помощью пакетов SAPI (service access point identifier). Так как работа с TEI должна выполняться вне зависимости от состояния уровня 2, все TEI-сообщения являются ненумерованными (UI) и не требуют отклика. Надежность достигается путем многократной пересылки пакетов. Пока терминалу не присвоен TEI (terminal endpoint identifier), используется широковещательный метод обмена.


Все терминалы пользователя должны воспринимать любые управляющие кадры. Кадры управления в процессе присвоения TEI терминалу рассылаются широковещательно. Схема присвоения TEI и установления связи показана ниже на рис. 4.3.3.16:



Рис. 4.3.3.16 Алгоритм выделения TEI и формирования связи

Третий уровень X.25 служит для доставки управляющих сообщений даже в случае отказа сети, именно здесь выполняется реконфигурация маршрута, если это необходимо. Сигнальный пакет 3-го уровня имеет формат (рис. 4.3.3.17):



Рис. 4.3.3.17 Формат сигнального пакета уровня 3

Эти пакеты следуют от терминала к коммутатору и наоборот. Первый октет (поле протокольный дискриминатор) дает D-каналу в будущем возможность поддержки нескольких протоколов. Приведенный код соответствует стандартному управляющему запросу пользователя. Третий октет (поле код запроса - call reference value) используется для идентификации запроса вне зависимости от типа коммуникационного канала, где этот запрос может быть реализован. Четвертый байт характеризует назначение пакета (например, Setup - запрос установления канала). Возможные типы сообщений перечислены в таблице 4.3.3.2. Длина сообщения зависит от его типа. Стандарт не регламентирует содержания полей, следующих за полем тип сообщения, и они могут использоваться по усмотрению пользователя для расширения функциональных возможностей системы.

Таблица 4.3.3.2 Коды типов сообщений

8	7	6	5	4	3	2	1	Значение сообщение
0	0	0	0	0	0	0	0	Переход к определенным типам сообщений:
0	0	0	-	-	-	-	-	Сообщения о состоянии:
			0	0	0	0	1	Alerting (оповещение)
			0	0	0	1	0	Call proceeding (состояние запроса)
			0	0	0	1	1	Progress (прогресс)
			0	0	1	0	1	Setup (начальная установка)
			0	0	1	1	1	Connect (соединение)
			0	1	1	0	1	Setup acknowledge (подтверждение начальной установки)
			0	1	1	1	1	Connect acknowledge (подтверждение соединения)
0	0	1	-	-	-	-	-	Сообщения фазы запроса информации:
			0	0	0	0	0	User information (пользовательские данные)
			0	0	0	0	1	Suspend reject (отложенный отказ)
			0	0	0	1	0	Resume reject (отказ возобновления)
			0	0	1	0	1	Suspend (откладывание выполнения)
			0	0	1	1	0	Resume (возобновление)
			0	1	1	0	1	Suspend acknowledge (подтверждение откладывания)
			0	1	1	1	0	Resume acknowledge (подтверждение возобновления)
0	1	0	-	-	-	-	-	Сообщения об устранении дефекта:
			0	0	1	0	1	Disconnect (отсоединение)
			0	0	1	1	0	Restart (повторный старт)
			0	1	1	0	1	Release (освобождение)
			0	1	1	1	0	Restart acknowledge (подтверждение повторного старта)
			1	1	0	1	0	Release complete (освобождения завершено)
0	1	1	-	-	-	-	-	Прочие сообщения:
			0	0	0	0	0	Segment (сегмент)
			0	0	0	1	0	Facility (возможность)
			0	1	1	1	0	Notify (обращение внимания)
			1	0	1	0	1	Status inquiry (запрос состояния)
			1	1	0	0	1	Congestion control (управление перегрузкой)
			1	1	0	1	1	Information (информация)
			1	1	1	0	1	Status (состояние)

* Цифрами в верхней части таблицы пронумерованы биты кодов

В приведенной ниже таблице 4.3.3.3 представлены информационные элементы, которые могут содержаться в сообщениях Setup (это самый сложный тип сообщений).

Таблица 4.3.3.3. Поля setup-сообщений

Поле в пакете	Длина (октеты)	Комментарии
Дискриминатор протокола	1
Код запроса	2-3
Тип сообщения	1
Передача завершена	1	Опционно, включается, если пользователь или сеть указывает, что вся информация включена в это сообщение Setup
Возможности канала	6-8	Описывает CCITT телекоммуникационные услуги (BC)
Идентификация канала	2-?	Служит для идентификации канала в пределах isdn-интерфейса, управляемого данными процедурами
Специфические возможности сети	2-?	Опционно
Дисплей	2-82	Опционно: IA5 (ASCII) символы для отображения на терминале
keypad	2-34	Альтернатива для пересылки кода вызываемого объекта. keypad может использоваться и для другой информации
Номер отправителя	1-?	Опционно
Субадрес отправителя	2-23	Опционно
Номер адресата	2-?	В случае направления пользователь-сеть является альтернативой keypad
Субадрес адресата	2-23	Опционно
Выбор транзитной сети	2-?	Опционно
Совместимость с нижним уровнем (llc)	2-16	Опционно
Совместимость с верхним уровнем (hlc)	2-4	Опционно
Пользователь-пользователь	2-131	Опционно, когда вызывающий пользователь хочет передать информацию вызываемому

Сигнальная система ISDN позволяет пользователю уже на фазе формирования канала с помощью запроса setup сформулировать требования к каналу, задав значение BC (bearer capability, см. таблицу 4.3.3.3), а также HLC (high layer compatibility) и LLC (low layer compatibility), характеризуя необходимый вид услуг. При этом проверяется совместимость запрашиваемых скоростей и имеющихся в распоряжении возможностей. HLC определяет тип сервиса или оборудования (телефон, факс группы 3 или 4, видеотекст), а LLC - быстродействие терминала пользователя, механизм адаптации к скорости передачи данных, контроль четности, синхронный/асинхронный интерфейс и т.д.). BC может принимать значения (например, “BC=speech”):

BC=	speech	Означает, что используется обычная для этого вида услуг маршрутизация - может быть задействовано не более двух спутников, (G.711);
	3.1khz audio	Не должно использоваться эхо-подавление и dcme - (digital circuit multiplication equipment - оборудование уплотнения), необходим m/a-адаптер
	7 khz	Высококачественная телефония (рекомендации CCITT G.722/G.725), требует 64 Кбит/с;
	64kbit/s unrestricted	Скоростной информационный обмен

<


/p> Услуги типа speech или 3.1 khz audio возможны и через общественную коммутируемую телефонную сеть (PSTN), остальные из перечисленных требуют 64-килобитного цифрового канала. Схема формирования запроса, получения доступа к определенному виду услуг показана ниже на рисунке 4.3.3.18. Помимо названных услуг существуют и другие, например, видео-телефония, видеоконференции и пр., список этот постоянно расширяется. При реализации 7кГц-телефонии должны быть выполнены следующие требования:

Должно использоваться терминальное оборудование, рассчитанное для работы с 3.1кГц, и обычные сетевые телефонные каналы.

Время реализации вызова должно быть приемлемо малым.

Система должна выдавать сообщение в случае, если в результате диалога реализуется 3.1кГц вместо 7.

Видео телефония использует один или два B-канала. В Европе приняты следующие нормы (normes europeennes de telecommunication-net):

Net3	ISDN с обычной (базовой) скоростью обмена
Net5	ISDN с первичной скоростью обмена (64кбит/с)
Net7	терминальные адаптеры
Net33	цифровая телефония.

Рис. 4.3.3.18 Последовательность сообщений при реализации стандартного вызова

Вызываемый партнер получает setup-сообщение через широковещательное обращение. Все терминалы, соединенные с NT1 могут анализировать Setup-сообщение с тем, чтобы определить, соответствуют ли они вызывающей стороне. Соответствие определяется по возможностям канала и по совместимости информационных элементов нижнего уровня. Если терминал соответствует требованиям запроса, он посылает сети сообщение alerting (Оповещение). В то же время, если необходимо, терминал должен сформировать локальный сигнал вызова (напр. звонок). После получения всей необходимой информации сеть выдает сообщение call proceeding, которое указывает на то, что начата установка связи с объектом вызова. Когда терминал обнаружил, что на запрос получен отклик, он переадресует connect-сообщение сети. Сеть регистрирует запрос и выдает команду терминалу соединиться с соответствующим B-каналом, послав пакет connect acknowledge, содержащий код B-канала.


В любой момент времени к В- каналу может иметь доступ только один терминал. Все остальные терминалы, которые откликнулись на запрос, получат от сети сообщение release, которое переводит их в пассивное состояние. Пользователь может отменить запрос в любое время, послав три сообщения: disconnet, release и release complete (см. рис. 4.3.3.19 и таблица 4.3.3.2).



Рис. 4.3.3.19 Обмен сообщениями при разрыве связи

Возможна временная пассивация терминала посредством сообщения suspend с последующим возобновлением прерванного режима с помощью сообщения resume. Каждое из этих сообщений требует подтверждения получения (suspend acknowledge и resume acknowledge, соответственно). При вызове может оказаться несколько терминалов, отвечающих запрашиваемым требованиям (например, телефонных аппаратов). Вызывающая сторона может выбрать один из них (зная, например, их положение). Существует два механизма обращения к заданному терминалу. Первый использует вспомогательную службу direct dialling-in (DDI), которая в случае реализации обычного доступа к ISDN называется multiple subscriber number (MSN). В DDI и MSN номер сети используется для целей маршрутизации в пределах локальной сети пользователя. Каждому терминалу в сети должен быть присвоен уникальный MSN-номер. Именно этот номер используется для идентификации при Setup-процедуре.

Второй механизм адресации к заданному терминалу базируется на субадресации (subaddressing - SUB). В этом варианте дополнительная адресная информация передается от источника запроса к адресату. Этот адрес не является частью ISDN-номера, который используется для целей маршрутизации. Этот адрес может быть применен для обращения к некоторому процессу внутри терминала (не следует забывать, терминалом может быть ЭВМ) или к приложениям, которые не следуют стандартам OSI. Каждый терминал, подсоединенный к пассивной шине, нуждается в присвоении ему субадреса.

Принципиальное различие между DDI/MSN и SUB методами адресации заключается в том, что для DDI/MSN адрес является частью ISDN номера, в то время как для SUB это не так.



В этом случае каждому терминалу, подключенному к пассивной шине, должен быть присвоен такой субадрес. Процедура Setup должна содержать информацию о субадресе. Для выбора типа услуг и проверки терминальных возможностей используется обмен сообщениями alerting-connect.

Для максимального удовлетворения запросов потребителей isdn должна поддерживать самые разные дополнительные виды услуг. Чтобы решить эти задачи на уровне 3 для интерфейса пользователь-сеть разработаны два протокола - функциональная и стимулирующая сигнальные процедуры. В случае стимулирующей сигнальной процедуры терминал не должен иметь какой-либо информации о вспомогательных видах услуг. Работа терминала контролируется сетью с помощью сигнальных сообщений уровня 3. Сеть и терминал работают по схеме клиент-сервер и от терминала не требуется особых аналитических способностей. Базовый формат управляющих сообщений соответствует типу information. Существуют две разновидности этого протокола: один использует управляющие последовательности символов, заключенные между * и #, для второго - сеть должна хранить специальный профайл для каждого терминала. Такой профайл может переопределять функцию некоторых клавиш терминала. Нажатие такой клавиши осуществляет вызов определенного вида услуг.

В случае функциональной сигнальной процедуры терминал должен знать все о вспомогательном виде услуг и хранить всю необходимую информацию о них. Функциональный протокол использует информационные элементы facility (возможность, см. таблицу 4.3.5.4). Для пересылки этих информационных элементов используются сообщения типа register (см. описание протокола X.25). Функциональный протокол базируется на протоколе ROSE (remote operations service element). Этот протокол служит для поддержки приложений, где необходим интерактивный контроль сетевых объектов. Протокол ROSE обеспечивает запуск процесса, поддерживает процедуры подтверждения и последующее управление процессом. В таблице 4.3.5.4 приведен перечень дополнительных услуг, предоставляемых ISDN и поддерживаемых функциональным протоколом.



Таблица 4.3.5.4. Дополнительные услуги сети ISDN

Определение вызывающего номера (более эффективный аналог АОН);

Ограничение (запрет) по вызывающим номерам;

Ожидание вызова;

Прямой набор номера;

Субадресация;

Переносимость терминала;

Телефонные конференции;

Безусловная переадресация вызовов;

Переадресация, если номер занят;

Переадресация вызова при отсутствии ответа;

Групповые номера (по одному и тому же номеру к серверу могут дозваниваться несколько модемов)

Реально это лишь ядро списка, разные сети могут предоставлять и многие другие услуги.

При установлении телефонного канала используется сообщение TUP (telephony user part). В ISDN определены также сообщения ISUP (integrated services user part), которые должны стать основой всех будущих разработок. Примерами ISUP могут служить следующие сообщения:

IAM	(initial address message) используется для инициализации канала, передачи маршрутной информации и параметров запроса.
SAM	(subsequent address message) посылается вслед за iam, когда необходимо передать дополнительную информацию о предстоящей сессии.
INR	(information request message) посылается коммутатором для получения информации по текущей сессии.
INF	(information message) передает информацию, запрошенную inr.
ACM	(address complete message) подтверждает получение всей необходимой маршрутной информации.
CPG	(call progress message) посылается адресатом вызывающей стороне и информирует о том, что имело место какое-то событие.
ANM	(answer message) подтверждает получение запроса, используется для начала измерения времени обработки запроса, для контроля информационного потока и доступа пользователей.
FAR	(facility request message) посылается одним коммутатором другому для активации его состояния.
FAA	(facility accepted message) является позитивным откликом на запрос far.
FRJ	(facility reject message) отклик на запрос far, если он не может быть выполнен.
USR	(user-to-user information message) используется для обмена информацией между пользователями (помимо сигнальной информации).
CMR	(call modification request message) сообщение, которое может быть послано в любом направлении, для модификации сессии, например, для перехода от передачи данных к передаче голоса.
CMC	(call modification completed message) сообщение-отклик на запрос CMR, подтверждающее его исполнение.
CMRJ	(call modification reject message) сообщение-отклик на запрос cmr, оповещающее об отклонении этого запроса.
REL	(release message) сообщение, посылаемое в любом направлении и оповещающее о том, что система свободна и готова перейти в пассивное состояние при получении сообщения о завершении процедуры release.
RLC	(release complete message) - посылается в ответ на REL.

<


/p> В ISDN используются базовая (B-канал, 64 Кбит/с) и первичная (1,544/2,048 Мбит/с) скорости передачи информации. Сигнальный D-канал формируется на основе 24-го временного домена (timeslot) в случае 1,544 Мбит/с и 16-го для 2,048 Мбит/с. Характеристики первичных каналов ISDN приведены в таблице 4.3.3.5.

Таблица 4.3.3.5. Характеристики первичных каналов ISDN

Быстродействие первичного канала	Кодировка	Импеданс линии	Временной домен d-канала	Уровень сигнала
1,544 Мбит/с	B8ZS	100 Ом	24	3 В
2,048 Мбит/с	HDB3	120 Ом	16	3 В

Различие между базовой и первичной скоростями обмена заключается в следующем.

Для первичной скорости не предусматривается интерфейс многоточечного обмена в локальной сети пользователя; связь устанавливается между сетью и одним из PABX (public automatic branch exchange) или другим терминалом.

В случае первичной скорости отсутствуют какие-либо средства для деактивации связи с целью экономии энергии. Для пользователя желательно иметь доступ, как к базовым, так и первичным каналам

Для базовой скорости передачи работает сигнальная цифровая система доступа DASS (digital access signaling system). Формат кадра при этом имеет вид (DASS2/DPNSS - digital private network signaling system):



Рис. 4.3.3.20 DASS2/DPNSS-кадр уровня 2

Этот формат не отличается от общепринятого для уровня 2 ISDN, за исключением числа байт управления (см. рис. 4.3.3.20 и 4.3.3.7), что допускается регламентирующими документами. Использование местной ISDN-АТС открывает дополнительные возможности. Помимо высококачественной локальной связи появляются коллективные (групповые) номера, что снимает ограничение на число пользователей, подключенных к узлу через обычные аналоговые модемы. Все пользовательские модемы дозваниваются по одному и тому же номеру, а коммутатор выполняет функцию пакетного мультиплексора. Емкость таких АТС легко наращивается, отдельные АТС могут объединяться друг с другом. Схема взаимодействия такой АТС (PTNX) с терминальным пользовательским оборудованием, другими ptnx и основной сетью ISDN показана на рис. 4.3.3.21.


Местная АТС может предоставлять те же услуги, что и традиционная сеть ISDN, плюс запрограммированные локально виды сервиса (диалог между пользователями локальной сети, услуга типа “не беспокоить” и т.д.).



Рис. 4.3.3.21 Связи местной ISDN-АТС

Взаимодействие между ISDN и PSPDN регулируется стандартом ccitt x.31 (и i.462). x.31 позволяет использовать ISDN с существующими сетями x.25. Схема взаимодействия периферийного оборудования, ISDN и PSPDN показана на рисунке 4.3.3.22 (ISDN-коммутатор может и отсутствовать).



Рис. 4.3.3.22 Схема взаимодействия сетей ISDN и X.25

TA - терминальный адаптер; TE - терминальное оборудование; NT - сетевое терминальное оборудование

Доступ к программам обработки пакетов возможен через B- или D-каналы. В зависимости от вида приложения доступ через D-канал иметь определенные преимущества. D-канал в отличии от B-канала принципиально не может быть заблокирован. Возможна работа одновременно с 8-ю терминалами, подключенными к пассивной ISDN-шине. Кроме того, работа с D-каналом оставляет B-канал свободным для задач, которые не решаемы через D из-за его малого быстродействия (16 Кбит/с). А согласно рекомендациям LAPD быстродействие D-канала не может быть увеличено (по этой же причине максимальная длина пакетов X.25 в данной схеме не может превышать 260 октетов (против 1024 для обычных каналов X.25). К недостаткам использования D-канала можно отнести возможное увеличение задержек из-за низкого быстродействия. Протокол X.25 был разработан довольно давно для “традиционных” приложений и его недостаточная гибкость (большие задержки откликов, таймауты и пр.) приводит к тому, что он совершенно не пригоден для некоторых новых приложений. Это вынудило разработку для ISDN новых режимов работы с пакетами. И первое что было сделано - это четкое разделение управляющих и информационных потоков.

ISDN может рассматриваться как две логически независимые субсети - сигнальную субсеть и коммутируемую информационную сеть (в x.25 информация и управление осуществляется по одним и тем же каналам).


В соответствии с этим разделением терминология CCITT различает плоскость управления (C-plane) и пользовательскую информационную плоскость (U-plane, см. рис. 4.3.3.23). В ISDN существует два режима: frame relaying (передача кадров, наиболее простой из режимов) и frame switching (коммутация кадров). Отличительной особенностью режима frame relaying является отсутствие подтверждений получения пакета при обмене данными между ISDN-терминалами (аналог UDP в TCP/IP сетях). Для обоих режимов используется одни и те же сигнальные процедуры (Q.933), но они отличаются протоколами U-плоскости при пересылке информации. Здесь используются протоколы передачи данных, базирующиеся на усовершенствованном стандартном сигнальном протоколе LAPD слоя 2, известном как LAPF - link access procedures for frame mode bearer services (Q.922). Пользователь может установить несколько виртуальных соединений и/или постоянных виртуальных связей одновременно с несколькими адресатами.



Рис. 4.3.3.23 Услуги ISDN в режиме переключения (цифрами помечены уровни протоколов, в скобках приведены ссылки на документы ITU)

На сигнальном уровне C-плоскости используются стандартные LAPD-процедуры слоя 2 (Q.921 или I.441), а для слоя 3 спецификация кадрового режима (Q.933). Но на U-плоскости сеть поддерживает только небольшую часть связного протокола:

разделение кадров с использованием HDLC-флагов;

проверка кадров по длине и контрольной сумме, выбрасывание кадров с ошибками;

мультиплексирование и демультиплексирование кадров, относящихся к разным виртуальным запросам, на основе их адресов слоя 2.

В простейшем случае сеть посредством сигнальных процедур на фазе Setup формирует вход в маршрутную таблицу. На уровне 2 для каждого виртуального запроса выделяется адрес, который остается действительным только на время данного вызова. При пересылке данных сеть просто индексирует маршрутную таблицу, используя адреса слоя 2 поступающих кадров, и ставит их в очередь на передачу по соответствующему маршруту. На фазе передачи информации терминалы используют протоколы более высокого уровня по схеме точка-точка без привлечения сети.


Схема протокола коммутации кадров показана ниже на рис. 4.3.3.24, здесь передача кадров происходит с подтверждением получения (до какой-то степени аналог протокола tcp). Сеть детектирует потери и случаи дублирования пакетов.

Здесь на сигнальном уровне все процедуры следуют требованиям связного протокола ISDN в полном объеме в том числе и при передаче данных. Это подразумевает необходимость подтверждения получения каждого информационного кадра, пересылаемого от терминала к терминалу. Cеть контролирует доставку кадров и выявляет ошибки.

Как и в предыдущем случае мультиплексирование и демультиплексирование выполняется с использованием адресов слоя 2. Адрес кадра может содержать 2-4 октетов, а информация занимать от 1 до 262 октетов. Последняя величина может быть и увеличена в результате переговоров между отправителем и получателем при формировании виртуального канала. Рекомендуется не использовать кадров с размером поля данных более 1600 октетов во избежании фрагментации и последующей сборки сообщений.



Рис. 4.3.3.24 Режим переключения кадров

ITU-T делит все канальные услуги на две категории. 8 типов услуг уже определены для случая коммутации каналов и три определены для коммутации пакетов. Три из восьми считаются определяющими и каждый ISDN-переключатель должен их поддерживать (ITU-T рекомендация I.230).

Эталонная сетевая модель ISO

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Международная организация по стандартизации (ISO) определила 7-уровневую эталонную сетевую модель для открытых систем (OSI), (Интернет использует 4-х уровневое подмножество). Ниже на рис. 4.3.1.1 показана схема этих уровней, справа записаны коды документов международного Телекоммуникационного союза (ITU), регламентирующих протоколы соответствующих уровней.

Рис. 4.3.1.1. Семиуровневая эталонная модель ISO

Разбиение совокупности (стека) сетевых протоколов по уровням связана с попыткой унификации аппаратного и программного обеспечения. Предполагается, что каждому из уровней соответствует определенная ункциональная программа с жестко заданными входным и выходным интерфейсами. Форматы данных на заданном уровне модели для отправителя и получателя должны быть идентичны. Физический уровень локальных сетей определен документами, например, Ethernet II, IEEE 802.3 и т.д. Модели ISO наиболее полно соответствуют сети X.25.

Физический уровень X.25 определяет стандарт на связь между ЭВМ и сетевыми коммутаторами (X.21), а также на процедуры обмена пакетами между ЭВМ. X.21 характеризует некоторые аспекты построения общественных сетей передачи данных. Следует учитывать, что стандарт X.25 появился раньше рекомендаций ITU-T и опыт его применения был учтен при составлении новейших рекомендаций. На физическом уровне могут использоваться также протоколы X.21bis, RS232 или V.35.

Канальный уровень определяет то, как информация передается от ЭВМ к пакетному коммутатору (HDLC - high data link communication, бит-ориентированная процедура управления), на этом уровне исправляются ошибки, возникающие на физическом уровне.

Сетевой уровень определяет взаимодействие различных частей субсети, форматы пакетов, процедуры повторной передачи пакетов, стандартизует схему адресации и маршрутизации.

Транспортный уровень определяет надежность передачи данных по схеме точка-точка, избавляет уровень сессий от забот по обеспечению надежной и эффективной передачи данных.

Уровень сессий описывает то, как протокольное программное обеспечение должно организовать обеспечение выполнения любых прикладных программ. Организует двухстороннее взаимодействие сетевых объектов и необходимую синхронизацию процедур.

Презентационный уровень обеспечивает прикладной уровень стандартными услугами (сжатие информации, поддержка ASN.1 (abstract syntax notation 1) управляющих протоколов и т.д.).

Прикладной уровень - это все, что может понадобиться пользователям сетей, например X.400.

Международным стандартом в процедуре HDLC определены два вида кадров:



Рис. 4.3.1.2 Два вида кадров процедур HDLC

Флаг f = 01111110 задает границы кадра, SCS - контрольная сумма. Поля информация может иметь переменную длину, кратную восьми бит. Для HDLC определены три класса кадров: информационные (I), управляющие (S -supervisory) и ненумерованные (U - unnumbered). (Эти форматы соответствуют канальному уровню протокола x.25). Формат поля управление I-кадра показан на рис. 4.3.1.3.



Рис. 4.3.1.3. Формат поля управления I-кадра (нумерация по модулю 128)

N(S) и N(S) представляют собой поля номера кадров. N(R) - номер текущего кадра, а N(R) - номер следующего кадра, который отправитель текущего кадра ожидает получить. При несоответствии ожидаемого номера и полученного возникает ошибка. Если используется нумерация кадров по модулю 8, то максимальное число кадров, не получивших подтверждение не может превышать 7, а размер полей N(S) и N(R) равен трем бит. Это справедливо и для s-кадров. i, s и u-кадры могут иметь обычный (один байт) и расширенный (2 байта) форматы. Младший бит (1) расположен слева. Поле P/F - флаг опрос/окончание опроса. Информационный (I) кадр содержит поле информация (см. рис. 4.3.1.2). Формат S- кадра показан на рис. 4.3.1.4.



Рис. 4.3.1.4. Формат поля управления s-кадра (расширенный вариант)

Для однобайтовой версии s-кадра за полем s следует непосредственно поле P/F. Поле S определяет тип управляющего кадра (см. таблицу 4.3.1.1):

Таблица 4.3.1.1.


Коды поля S

Код s-поля	Назначение
00	RR-кадр (receiver ready) готов к приему
01	RNR-кадр ( receiver not ready) не готов к приему
10	REJ-кадр (reject) отказ от приема
11	SREJ-кадр (selected reject) выборочный отказ от приема

S-кадры служат для передачи сигналов подтверждения, запросов повторной передачи или прекращения посылки кадров из-за блокировки приема в местной станции. При получении кадра с неверным порядковым номером (напр., предшествующий кадр потерян), приемник посылает S-кадр REJ, что означает необходимость повторной посылки предшествующего кадра и всех последующих. Кадр SREJ(n) указывает на то, что все кадры до n-1, включительно, доставлены без ошибок, а при доставке кадра n допущена ошибка и он должен быть послан повторно. В отличии от rej запрашивается пересылка только одного кадра. Связь с терминалом является временной, если бит P/F равен 1. Если адрес места назначения равен 11111111, то обращение является широковещательным. Формат U-кадра представлен на рис. 4.3.1.5.



Рис. 4.3.1.5. Формат поля управления U-кадра

U-кадр используется для формирования канала, изменения режима работы и управления системой передачи данных. Существует версия, когда поле “0” размещается не в 8-ой позиции, а в 5-ой. В нижней части рисунка показана расширенная версия формата. Младшие разряды располагаются слева. Поле m может принимать значения, приведенные в таблице 3.5.1.2.

Установление соединения начинается с передачи в канал команды SABM (или SABME). Если удаленной станцией эта команда принята правильно и имеется возможность установления соединения, то присылается отклик UA. При этом переменные состояния на удаленной станции V(S) и V(R) (аналоги полей N(S) и N(R) в пакетах) устанавливаются в нулевое состояние.

Таблица 4.3.1.2. Коды поля M (U-кадр).

Код поля М	Мнемоника	Назначение
00000	UI	Ненумерованная информация
00001	SNRM	Установка нормального отклика (set normal regime mode)
00010	DISC/RD	Отсоединение (disconnect / request disconnect)
00100	up	Ненумерованный запрос передачи (unnumbered poll)
00110	ua	Ненумерованный отклик (unnumbered acknowledgment)
00111	test	Тестирование системы передачи данных
10000	SIM/RIM	Установка режима асинхронного отклика (set initialization mode / request initialization mode)
10001	FRMR	Отклонение кадра (frame reject)
11000	SARM/DM	Установка режима асинхронного отклика (set asynchronous acknowledgment regime mode / disconnect mode)
11001	RSET	Сброс (возврат в исходное состояние)
11010	SARME	SARM с расширенной нумерацией
11011	SNRME	snrm с расширенной нумерацией
11100	SAMB	Установка асинхронного сбалансированного режима
11101	XID	Идентификация коммутатора (exchange identifier)
11110	SABME	SABM с расширенной нумерацией

<


/p> После благополучного получения пакета ua локальной станцией соединение считается установленным и может начинаться обмен данными. Информацию несут кадры типа I, а также FRMR и UI-кадры типа U. В кадре ответа FRMR должно присутствовать информационное поле, содержащее обоснование присылки такого ответа. Структура этого поля для обычного и расширенного (внизу) форматов показана на рис. 4.3.1.6.



Рис. 4.3.1.6. Структура информационного поля для FRMR-кадров

Биты A, B, C и D определяют причину, по который кадр не был доставлен. Если бит равен 1, то это указывает на соответствующую причины недоставки. Бит A указывает на неверное значение N(R). Бит B =1 говорит о слишком большой длине информационного поля. Бит C - указывает на то, что поле управления неопределенно из-за наличия в кадре недопустимой для данной команды или отклика информационного поля, а D=1 означает, что поле управления принятого кадра не определено или же неприемлемо. V(R) и V(S) текущие значения переменных приема и передачи, соответственно. C/R (Command/Response) =1 означает, что ошибочное сообщение является откликом (=0 - командой). Большинство U-кадров интерпретируются как команды или отклики в зависимости от контекста и того, кто их послал. В некоторых случаях для разделения откликов и команд используется поле адреса. Одним из наиболее известных протоколов сетевого уровня, использующих HDLC, является X.25.

Модемы

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Само название этого прибора происходит от имеющихся в нем модулятора и демодулятора. Современный модем можно отнести к числу устройств с наибольшим числом современных технологий на кубический сантиметр. Разнообразие модемов огромно. Они различаются по конструкции, по используемым протоколам, по характеру интерфейсов и т.д. Основное назначение модема оптимальное преобразование цифрового сигнала в аналоговый для передачи его по каналу связи и, соответственно, обратное преобразование на принимающей стороне. Под “оптимальным преобразованием” понимается такое, которое обеспечивает надежность связи, улучшает отношение сигнал шум и как следствие пропускную способность канала. Это преобразование необходимо для обеспечения улучшения отношения сигнал-шум. В качестве канала передачи данных может быть использована городская телефонная сеть, выделенная линия или радио-канал. Схема взаимодействия модемов показана на рис. 4.3.7.1.

Рис. 4.3.7.1. Схема соединения двух модемов (М1 и М2) через канал

В качестве последовательного интерфейса может выступать RS-232, V.35, G.703 и т.д.. Все модемы содержат в себе управляющий микропроцессор, постоянную память (ROM), куда записано фирменное программное обеспечение и интерпретатор команд, энергонезависимую память (NVRAM - non-volatile RAM), которая хранит конфигурационные профайлы модема, телефонные номера и т.д., буфер ввода/вывода (128-256 байт), сигнальный процессор (DSP), включающий в себя модулятор и демодулятор, интерфейс для связи с ЭВМ (RS-232) и оперативную память.

Первоначально модемы использовались для связи через традиционные коммутируемые телефонные линии. Так как такие линии содержат только два провода, а информационный обмен должен происходить в обоих направлениях одновременно, возникает проблема отделения передаваемого сигнала от приходящего из вне (подавление эхо; см. раздел ). Для выделенных четырехпроводных линий эта проблема значительно упрощается, здесь прием и передача осуществляется по разным скрученным парам и эхо возникает лишь из-за перекрестных наводок (NEXT).
Модемы подключаются к последовательным интерфейсам ЭВМ (COM-порт, RS-232), иногда для подключения модема используется специальная плата расширения, которая имеет дополнительные буферы и помогает достичь большего сжатия информации, существуют модемы, подключаемые и к параллельному порту ЭВМ. Модемы (микромодемы) могут работать не только через общедоступную телефонную сеть, они могут найти применение при соединении терминалов или ЭВМ в пределах организации, если расстояние между ними исчисляются сотнями метров (а иногда и километрами). В этом случае они помогают повысить надежность связи и исключить влияние разностей потенциалов между земляными шинами соединяемого оборудования. Микромодемы не требуют подключения к сети переменного тока, так как получают питание через разъем последовательного интерфейса (RS-232).

Все протоколы модемов утверждаются международным телекоммуникационным союзом (ITU), ранее за это был ответственен Консультативный комитет CCITT. Асинхронные модемы поддерживают определенный набор команд, который был впервые применен фирмой hayes в модеме smartmodem 1200. Модемы, придерживающиеся этого стандарта, называются Hayes-совместимыми. Совместимость предполагает идентичность функций первых 28 управляющих регистров модема (всего модем может иметь более сотни регистров). Почти все внутренние команды начинаются с символов AT (attention) и имеют по три символа. По этой причине их иногда называют AT-командами. Hayes-совместимость гарантирует, что данный модем будет работать со стандартными терминальными программами. Реально набор команд для модемов разных производителей варьируется в широких пределах. Для синхронных модемов набор команд регламентируется стандартом V.25bis. Ниже (таблица 4.3.7.1) приводится перечень стандартных модемных протоколов и стандартов.

Таблица 4.3.7.1. Основные протоколы модемов

Название	Тип модуляции	Назначение протокола
V.21	FSK	Дуплексный модем на 300 бит/с для телефонных сетей общего назначения, используется факс-аппаратами и факс-модемами
V.22	DPSK	Дуплексной модем для работы при скоростях 600/1200бит/с
V.22bis	QAM	Дуплексной модем для работы при скоростях 1200/2400бит/с
V.23	FSK	Асинхронный модем на частоту 600/1200бит/с (сети videotex), несовместим с V.21, V.22 и V.22bis
V.24		Стандарт на схемы сочленения DTE и DCE
V.26		Модем для работы на выделенную линию на частотах 2400/1200бит/с
V.27		Модем для работы на частотах 4800бод/с
V.27bis		Модем для работы на выделенную линию на частотах 2400/4800бит/с
V.27ter	DPSK	Модем с набором телефонного номера на частоту 2400/4800бит/с (fax)
V.29	QAM	Модем на частоту 9600бит/с для 4-проводных выделенных линий (fax)
V.32	QAM tcm	Семейство 2-проводных модемов, работающих на частотах до 9600бит/с
V.32bis	TCM	Модем, работающий на выделенную линию для частот 7200, 12000 и 14400бит/с
V.33	TCM	Модем на частоту 14.4кбит/с для выделенных линий
V.34		Модем на частоту 28.8кбит/с, использован новый протокол установления связи
V.34bis		Модем на частоту 32 кбит/с
V.35		Модем, работающий на выделенную линию с частотами до 9600бит/с
V.42bis		Стандарт для сжатия данных в модемах (4:1)

<


/p> Начиная с модемов V.32bis, стала использоваться динамическая регулировка скорости в ходе телекоммуникационной сессии в зависимости от состояния линии связи. Качество линии отслеживается по отношению сигнал/шум или по проценту блоков, переданных с ошибкой за определенный период времени.

Важным свойством модемов является возможность коррекции ошибок и сжатия информации. Ошибки корректируются путем повторной пересылки ошибочных блоков (ARQ - automatic repeat request). Ошибки контролируются с использованием CRC (cyclic redundancy check). Этим целям отвечает стандарт V.42, принятый еще в 1988 году, он включает в себя протокол LAPM (link access procedure for modems) и один из протоколов mnp (microcom networking protocol). В V.42 применен алгоритм сжатия информации Lempel-Ziv. При установлении связи между модемами определяется, какой из протоколов коррекции и сжатия они оба поддерживают. Если это V.42, то они сначала пытаются работать с использованием протокола LAPM. При неудаче (один из модемов не поддерживает V.42) используется протокол MNP. Перечисленные ниже алгоритмы коррекции ошибок и сжатия информации работают только для асинхронных модемов. Для синхронных модемов известен алгоритм сжатия SDS (synchronous data compression) фирмы motorola (коэффициент упаковки ~3.5, что для модемов V.34 может довести скорость обмена до 100кбит/с).

Ниже приведена таблица основных протоколов детектирования ошибок и сжатия информации, все протоколы mnp совместимы снизу вверх. При установлении связи между модемами используется наивысший протокол, поддерживаемый с обеих сторон канала.

Таблица 4.3.7.2. Протоколы mnp

MNP-1	Асинхронная полудуплексная передача данных с побайтовой организацией. Эффективность 70% (2400Кбит/с -> 1680Кбит/c).
MNP-2	Асинхронная дуплексная передача данных с побайтовой организацией. Эффективность 84% (2400кбит/с -> 2000кбит/c)
MNP-3	Синхронная дуплексная передача данных с побитовой организацией. Эффективность 108%.
MNP-4	Адаптивная сборка передаваемых блоков (вариация размера блока) и оптимизация фазы. Эффективность 120%
MNP-5	Помимо новшеств MNP-4 применено сжатие данных. Эффективность 200%. Используется только совместно с MNP-2-4
MNP-6	Снабжен адаптивностью скорости передачи, рассчитан на работу до 9.6кбит/с. Имеется возможность автоматического переключения из дуплексного режима в полудуплексный и обратно с учетом ситуации
MNP-7	Усовершенствованный алгоритм сжатия данных. Эффективность до 300%.
MNP-8,9	Еще более мощные алгоритмы сжатия
MNP-10	Протокол, ориентированный на работу в сетях с высоким уровнем шумов (сотовые сети, сельские и междугородние линии), надежность достигается благодаря многократным попыткам установить связь, вариации размера пакета и подстройки скорости передачи

<


/p>

Рис. 4.3.7.2 Схема подключения модема

Модем подключается к ЭВМ (см. рис. 4.3.7.2) через последовательный интерфейс RS-232c ( существуют версии модемов, способных работать и с параллельным интерфейсом, который обладает почти в 3 раза большим быстродействием). Ниже в таблице представлена разводка для 9- и 25- контактных разъемов (таблица 4.3.7.3), используемых для последовательных интерфейсов (синхронные модемы используют только 25-контактный разъем).

Таблица 4.3.7.3. Разводка стандартных разъемов модема

Сигнал	Номер контакта (db-9)	Номер контакта (db-25)	Назначение
DCD	1	8	Несущая обнаружена (data carrier detected)
RXD	2	2	Передача данных от DCE к DTE(received data)
TXD	3	3	Передача данных от DTE к DCE(transmit data)
DTR	4	20	Данные для передачи готовы (data transfer ready )
GND	5	7	Земляной контакт
DSR	6	6	Готовность dce к работе (data set ready)
RTS	7	4	Готовность DTE к передаче (request to send)
CTS	8	5	Готовность DCE к передаче (clear to send)
RI	9	22	Индикатор звонка (ring indicator)

В персональных ЭВМ может быть 2 или 4 последовательных портов (интерфейсов), которые имеют логические имена COM1-COM4, им соответствуют следующие прерывания и адреса:

COM1,3	IRQ4	0x3f8
COM2,4	IRQ3	0x2f8

К телефонной сети модем подключается с помощью 6-х контактного разъема RJ11 (используется 4 контакта).

Модем может находиться в режиме данных (режим по умолчанию) и в командном режиме. Последний используется для реконфигурации модема и подготовки его к работе. Реконфигурация и управление возможны из локальной ЭВМ через последовательный порт, с передней панели модема, или при установленной связи через удаленный модем, если такой режим поддерживается. Переключение в командный режим производится с помощью ESC-последовательности (по умолчанию это три символа “+” с предшествующей и последующей секундной паузой).

При использовании большого числа модемов они для удобства обслуживания объединяются в группы (пулы). Модемный пул представляет в себя стандартный каркас, где размещается какое-то количество бескорпусных модемов.


На передней панели находится, как правило, только индикация, выходы в телефонную сеть и разъемы последовательного интерфейса подключаются через заднюю панель. Такой пул содержит в себе обычно управляющий процессор. Так как в настоящее время не существует стандартов на организацию модемных пулов, они ориентированы на использование модемов только определенной фирмы. К пулу может подключаться дисплей, который отображает текущее состояние всех модемов. Процессор может контролировать состояние модемов, устанавливать их режим работы, а в некоторых случаях и выполнять функцию маршрутизатора, управляя встроенным многоканальным, последовательным интерфейсом. В последнем случае такой пул подключается непосредственно к локальной сети (например, Ethernet), а не к ЭВМ. Пул позволяет предотвращать “повисание” и отключение телефонных линий, что заметно повышает надежность системы. Некоторые модемы (например, фирмы Penril) имеют независимые узкополосные (~300 бит/с), дополнительные каналы для дистанционного управления. Такие каналы обладают повышенной устойчивостью, что позволяет сохранять целостность системы даже при временных отключеньях электропитания.

Таблица 4.3.7.4. Протоколы передачи файлов

xmodem	Протокол (1977г, В. Кристенсен для ОС CP/M). Алгоритм: принимающая ЭВМ посылает символ NAK (ASCII 021) передающая ЭВМ посылает блок информации принимающая ЭВМ проверяет контрольную сумму и, если все в порядке, посылает код ASCII 06 (ACK), в противном случае NAK далее следует повтор передачи при ошибке или посылка следующего блока данных при успехе. Формат блока данных: номер пакета, 128 байт данных и 2 байта контрольной суммы. В Xmodem на принимающей стороне приходится вручную указывать имя файла
Kermit	Наиболее распространенный протокол, использующий блоки переменной длины с максимальным размером 94 байта (программы написаны на Си или ФОРТРАН). Является пакетным протоколом, позволяя пересылать за один раз несколько файлов, для повышения эффективности пересылки использует предварительную архивацию и коррекцию ошибок (Колумбийский университет, 1981г.).
Modem7	Усовершенствованная версия xmodem для работы по коммутируемым телефонным каналам (передается имя файла).
Xmodem/1024	Разновидность Xmodem с размером блока данных 1024 байта.
Xmodem/CRC	Разновидность xmodem, использующая 16 битовую crc.
Telink	Передается кроме имени файла, дата, время, можно передать несколько файлов за одну сессию.

<


/p> Практически все выше перечисленные протоколы устарели.

Ymodem	Протокол использует CRC-16, передает имена файлов, размер, дату создания и время, в зависимости от условий передачи размер блока варьируется от 128 до 1024 байт (Чак Форсберг, 1984-85).
Sealink	Модификация протокола ymodem.
Zmodem	Протокол использует CRC-32 (или CRC-16), динамическое изменение размера блока (32-1024 байта), автоматический выбор протокола обмена, сжатие файлов при пересылке, возобновление передачи с прерванного места в случае разрыва связи. На сегодня это самый совершенный протокол.

Передача файлов возможна с использованием терминальной программы, это особенно полезно для удаленных терминалов, не поддерживающих протоколы TCP/IP. Терминальные программы используют один из перечисленных выше протоколов, например, Zmodem. В качестве терминальной программы можно воспользоваться одной из: Term95 (Norton commander 5.0), Bitcom, Teleview, Telix, procomm plus (для DOS и Windows), Mtez, MTE, Zstem-240, Pctalk, Crosstalk (эта и следующие для Windows), Dataline, Hyperaccess.

Чтобы обеспечить безопасность и исключить несанкционированный доступ к сети, можно воспользоваться методом “обратного телефонного вызова”, некоторые модемы реализуют его аппаратно. Метод предполагает, что после установления связи и проверки авторизации связь прерывается, а входной модем сети производит набор номера клиента, который хранится в памяти, и устанавливает связь повторно. Такая схема исключает передачу входного пароля друзьям или знакомым, так как это становится бессмысленным - модем будет пытаться установить связь по номеру вашего домашнего телефона.

Модемы обычно имеют дисплей, который позволяет контролировать работу этого прибора. Модемы разных производителей имеют различные типы дисплеев, ниже приведен список наиболее часто встречающихся индикаторов.

MR	Модем включен и готов к работе (modem ready);
TR	“Терминал готов” (terminal ready) - включается, когда модем обнаруживает сигнал tdr (data terminal ready), передаваемый вашим программным обеспечением;
HS	Индикатор включается, когда модем работает на максимальной для него скорости (high speed).
CD	Обнаружен несущий сигнал (carrier detected), гаснет лишь тогда, когда "партнер положит трубку";
AA	Модем включен в режим авто-ответа (auto answer);
OH	Модем занял линию - “трубка снята” (off-hook);
RD	Индикатор мигает (receive data), когда ЭВМ принимает данные из своего модема.
SD	Индикатор (send data) мигает при передаче данных из ЭВМ в модем.
RL	Индикатор (reliable link) указывает на то, что модем договорился с партнером о типе протокола MNP.
RD	Принимаются данные (receive data). Индикатор мигает при передаче данных в ЭВМ.
TS	Модем находится в режиме самотестирования.
PWR	Включено питание модема.

<


/p> В современных ЭВМ имеется возможность совместить функции модема и факс-аппарата. Для решения этой задачи используются так называемые факс-модемы. Эти приборы работают в полудуплексном режиме. Ниже перечислены протоколы, используемые в этих аппаратах (кроме протоколов передачи данных факс-модемы поддерживают стандарты T.4 и T.30):

V.17	9.6 или 14.4 Кбит/с
V.21	200 бит/с (используется только на этапе установления связи)
V.27ter	2.4 или 4.8 Кбит/с
V.29	7.2 или 9.6 Кбит/с
V.527ter	2400 или 4800 бит/с

Для обеспечения работы факс-модема пригодны программы: Bitfax, Winfax, Quicklink или любая другая, поставляемая вместе с приобретенным вами модемом. Следует иметь в виду, что для пересылки через факс-модем традиционного документа, подготовленного на типографском бланке, написанного от руки и т.д., вам потребуется сканнер. В перспективе факс-технология будет вытеснена электронной почтой, которая эффективнее и, при необходимости, может обеспечить большую безопасность.

В настоящее время технология модемов продолжает развиваться, появились и активно внедряются кабельные модемы, много усилий тратится на развитие ADSL (см. (asymmetric digital subscriber line), SDSL (single line digital subscriber line), hdsl (high data rate digital subscriber line), VDSL (very high data rate digital subscriber line) и некоторых других технологий, связанных с передачей мультимедиа данных. (См. XDSL. atg’s communications & networking technology guide series. pairgain, copperoptics company; ). Эти технологии предназначены для обеспечения широкополосного канала между провайдером и конечным пользователем (проблема последней мили). [Должен заметить, что миля мера иностранная и российским 1,853 км, если речь идет о телефонных кабелях, не соответствует. Провода у нас другого качества и наша миля как бы длиннее, если судить по искажениям сигнала и шумам]. Здесь используются три метода модуляции (2B1Q, CAP и DMT). ADSL позволяет приспособить обычные телефонные линии для мультимедийных приложений и для высокоскоростной передачи данных (до 6 Мбит/с).


Два ADSL-модема, соединенные скрученной парой проводов образуют три информационных канала: скоростной однонаправленный (нисходящий) канал (1,5-6,1 Мбит/с), среднескоростной дуплексный канал (16-640 Кбит/с) и POTS-канал (plain old telephone service). POTS сохраняет работоспособность даже при отказе ADSL. Каждый из этих каналов может мультиплексироваться, образуя каналы меньшего быстродействия. ADSL-модемы могут работать и с ATM-сетями, но следует учитывать их принципиальную асимметричность – передача в одном направлении и в другом имеет разную скорость. Для передачи данных в сети Интернет это не удобно. Но для транспортировки телевизионного сигнала такая схема представляется вполне эффективной.

Для провода длиной 5,5 км при диаметре сечения 0,5 мм (стандартные условия для isdn) пропускная способность составляет 1,5 - 2,0 Мбит/с (верхний край полосы пропускания около 1 МГц). При организации дуплексного канала весь частотный диапазон делится пополам и одна из частей используется для передачи данных в одном направлении, другая - в противоположном. Каждый из частотных диапазонов в свою очередь делится на части и для каждой из них используется техника эхо-подавления. Для POTS-канала выделяется 4 кГц в низкочастотной части диапазона.

HDSL представляет собой способ передачи потоков T1 или E1 по скрученным парам проводов с использованием улучшенной техники модуляции (для передачи 1,544-2,048 Мбит/с достаточно полосы 80-240 кГц). SDSL представляет собой версию HDSL с одной скрученной парой. Ниже в таблице 4.3.7.5 приведены сравнительные данные для различных систем передачи информации.

Таблица 4.3.7.5. Свойства различных систем (модемов) передачи информации.

Название	Расшифровка	Длина канала при 24 awg (0,5мм)	Быстродействие	Применение
V.22 V.32 V.34	Модемы голосового диапазона	12 км	1200 бит/c 28800 бит/c	Передача данных
DSL	digital subscriber line	5,4 км	160 Кбит/с	Услуги ISDN, передача данных и голоса
HDSL	high data rate digital subscriber line	3,6 км	1,544 Мбит/с 2,048 Мбит/с	t1/e1 каналы, локальные и региональные сети.
SDSL	single line digital subscriber line	-	1,544 Мбит/с 2,048 Мбит/с	t1/e1 каналы, локальные и региональные сети
ADSL	asymmetric digital subscriber line	3,6/5,4 км	1,5-9 Мбит/с или 16-640 Кбит/c	Доступ к Интернет, видео, интерактивное мультимедиа.
VDSL	very high data rate digital subscriber line	-	13-52 Мбит/с или 1,5-2,3 Мбит/с	То же, что и ADSL плюс HDTV

<


/p> Верхние значения в третей колонке для ADSL и VDSL соответствуют нисходящему (асимметричный канал) и дуплексному потокам. HDTV - телевидение высокого разрешения.



Рис. 4.3.7.3. Ограничения пропускной способности для разных типов канала

DSL представляет собой канал ISDN-BRI (Basic Rate Interface; 2*64 + 16 Кбит/c), совместимый с POTS, ISDN и DDS. На рис. 4.3.7.3 показаны области применимости различных канальных технологий.

Для 5 Мбит/с при симметричной нагрузке можно работать до расстояний 1500 м (VDSL).

Для 10 Мбит/с при симметричной нагрузке можно работать до расстояний 1200 м.

Для 15 Мбит/с при симметричной нагрузке можно работать до расстояний 1000 м.

Метод модуляции 2B1Q характеризуется четырьмя уровнями амплитудной модуляции (4-PAM; +3, +1, -1 и -3). CAP-модуляция (Carrierless Amplitude and Phase) характеризуется четырьмя уровнями амплитуды и четырьмя фиксированными значениями фазы, что дает в плоскости амплитуда-фаза 16 независимых состояний. DTM-модуляция (Discrete Multi-tone) предполагает использование нескольких смежных, узких частотных диапазонов. На рис. 4.3.7.2 показана схема подключения оборудования ADSL для различных оконечных терминалов.



Рис. 4.3.7.4. Схема подключения оборудования ADSL (IF – ADSL/Ethernet интерфейс)

В качестве внешней сети на рис. 4.3.7.4 может использоваться практически любая достаточно быстродействующая среда, например ATM. Выбор того или иного внешнего канала зависит от стоящей задачи. Так файл размером 30 Кбайт (среднего размера электронное сообщение) будет передан через модем V.34 за 8,3 сек, по каналу ISDN – за 1,9 сек, по каналу HDSL – за 0,16 сек, а по каналу VDSL – быстрее 0,04 сек. В большинстве случаев вполне приемлемым можно считать уже первые два варианта. Деловой электронный документ имеет размер порядка 250 Кбайт. Здесь для пересылки его указанными способами потребуется уже, соответственно: 69,4; 15,6; 1,3 и 0,3 секунды. Более чем минутное время доставки (в реальности это обычно больше) в некоторых случаях не будет признано удовлетворительным.Время пересылки рентгенограммы (~5 Мбайт) будет пропорционально больше (23 мин, 5,2 мин, 26 сек и 6,5 сек). Считается, что приемлемым временем отклика на команду следует считать 3 секунды, а до 80% трафика локальной сети составляет внешний поток данных. Если же стоит задача организации видеоконференции (384 Кбит/с), то решение проблемы возможно уже только с использованием каналов xDSL. Учитывая стремительный рост потребной пропускной способности каналов, не трудно предсказать перспективность внедрения технологии xDSL.

Пример использования модема ADSL для подключения телевизора и модема к широкополосному каналу представлен на рис. 4.3.7.5. Управляющий канал на 16 кбит/с может использоваться для целей интерактивного телевидения (смотри раздел ).



Рис. 4.3.7.5. Схема подключения телевизора и телефона через модем ADSL

Протокол Frame Relay

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Протокол Frame Relay (I.122 ITU-t; ANSI T1S1.2; RFC-1490, -1315, -1604; cм. также ) является одним из новых телекоммуникационных протоколов (1993 г.), он обеспечивает большую скорость передачи данных (1,5Мбит/с), меньшие задержки, но и меньшую надежность доставки информации. Frame Relay предназначен для межсетевого общения, ориентирован на соединение и использует два протокольных уровня модели OSI. Остальные уровни должны реализоваться программно. Такая схема заметно удешевляет интерфейс. Протокол вводит понятие committed information rates (CIR - оговоренные скорости передачи), обеспечивая каждому приложению гарантированную полосу пропускания. Если приложение не использует полностью выделенную полосу, другие приложения могут поделить между собой свободный ресурс. Frame Relay гарантирует большее быстродействие, чем X.25. Стандарт предусматривает 2-х, 3-х и 4-х байтовые форматы заголовков (ANSI T1.618 и ITU-T Q.922) и синхронную передачу данных. Применение инкапсуляции гарантирует транспортировку пакетов других протоколов через сети Frame Relay. Пакет Frame Relay начинается и завершается разграничительным байтом 0x7e (что соответствует и стандарту Х.25). Максимальный размер кадра 1600 октетов. Формат пакета показан на рис. 4.3.4.1.

Рис. 4.3.4.1. Формат пакетов Frame Relay (цифры сверху - номера байт)

NLPID - идентификатор протокола сетевого уровня (network layer protocol ID).

FCS - двухбайтовая контрольная сумма кадра (frame control sum). Заполнитель является опционным и может отсутствовать.

Различные форматы заголовков кадров Frame Relay показаны на рисунках 4.3.4.2, 4.3.4.3 и 4.3.4.4. В верхней части рисунка приведена нумерация бит.

Рис. 4.3.4.2. 2-байтовый заголовок пакета Frame Relay (адрес)

C/R	бит command/response (Команда/Отклик).
E/A	бит extended address (Расширенный адрес) определяет, следует ли рассматривать следующий байт в качестве части адреса (E/A=0 заголовок продолжается в следующем октете).
DLCI	(data link control interface) адрес управляющего интерфейса информационного канала (имеет только локальный смысл). В двухбайтовой версии DLCI занимает в сумме 10 бит.
FECN	бит forward explicit congestion notification (указание на возможность реагирования на перегрузку при посылке пакетов). Сигнализирует отправителю о переполнении буферов на приеме.
BECN	бит backward explicit congestion notification (тоже для случая приема пакетов).
DE	бит discard eligibility (пометка пакета при перегрузке канала). Помеченный пакет может быть отброшен и потребуется его повторная пересылка.

<
/p> При возникновении перегрузки DCE-узел отправляет устройствам-адресатам пакет с FECN=1, а узлам, шлющим ему информацию, пакет с битом BECN=1. Большое число пакетов с такими битами говорит о перегрузке и отправитель должен снизить частоту посылки пакетов или вовсе ее прекратить.



Рис. 4.3.4.3. 3-байтовый заголовок пакета Frame Relay

D/C - бит data/control (данные/управление) определяет, является ли последующее поле младшей частью DLCI или его следует интерпретировать как управляющую информацию DL-core.



Рис. 4.3.4.4. 4-байтовый заголовок пакета Frame Relay

Первым передается младший бит байта. Для управления сетью используется протокол snmp и база данных MIB. Формат кадра Frame Relay показан на рис. 4.3.4.4.

NLPID - (network layer protocol identifier) идентификатор протокола сетевого уровня. Это поле может содержать коды многих протоколов, включая IP, CCITT Q.933, ISO 8208, IEEE SNAP, CLNP (ISO 8473) и т.д. Это поле говорит получателю, какой тип протокола инкапсулирован. Коды nlpid стандартизованы документом ISO/IEC TR 9577. Некоторые допустимые коды этого поля приведены в таблице 4.3.4.1. Пользовательская информация располагается, начиная с поля управления, и содержит код 0x03 для случая пересылки без подтверждения (Q.922, UI). Для всех прочих видов обмена (кадры I- S-типов) подтверждение доставки является обязательным. Поле заполнитель предназначено для выравнивания границы полей на 2-байтовый уровень. Длина этого поля может быть равной нулю или одному байту. Поле адрес описано выше (см. рис. 4.3.4.1, 4.3.4.2, 4.3.4.3). Если за кодом NLPID следует 4 октета уровней 2 и 3, это указывает на то, что используется связь, ориентированная на соединение. Протокол Frame Relay предусматривает гибкую систему межсетевых соединения на основе мостов-шлюзов и маршрутизаторов. Все мосты и маршрутизаторы должны быть способны воспринимать и правильно интерпретировать как NLPID- так и SNAP-инкапсуляцию. Для обеспечения правильной интерпретации идентификатора протокола PID, предусмотрен 3-октетный уникальный идентификатор OUI (organizationally unique identifier).


В пакетах для мостов и маршрутизатором в поле OUI предшествует двух-октетному полю PID.



Рис. 4.3.4.5. Формат маршрутизуемого кадра Frame Relay

Нетрудно видеть, что кадр Frame Relay имеет много общего с X.25 и ISDN. Здесь уже на протокольном уровне предусматривается мультикастинг.

Таблица 4.3.4.1. Коды поля NLPID (идентификатор протокола сетевого уровня)

Тип кадра	Название протокола	Код
I-кадр (ISO 8208)	N по модулю 8 N по модулю 128	0x01 0x10
UI-кадр	ip clnp q.933 snap q.922 802.2 Протокол, заданный пользователем (уровень 3)	0xcc 0x81 0x08 0x80 0x4e 0x4c 0x70

Код протокола SNAP используется и для протоколов 802.3, 802.4, 802.5, FDDI и 802.6. При вложении IP в кадры Frame Relay в поле управления записывается код 0x03, а в поле NLPID - 0xcc, начиная с байта 5 располагается тело IP-дейтограммы, за которой следует поле FCS. Формат маршрутизируемой IP-дейтограммы показан на рис. 4.3.4.5А.



Рис. 4.3.4.5А. Формат маршрутизируемой IP-дейтограммы

Аналогично осуществляется инкапсуляция пакетов протокола clnp, только здесь в поле NLPID записывается код 0x81. Для примера на рис. 4.3.4.6 и 4.3.4.7 показаны пакеты для мостов 802.3 и FDDI (см. ).



Рис. 4.3.4.6 Формат мостового кадра Ethernet 802.3



Рис. 4.3.4.7 Формат мостового кадра FDDI

Весьма перспективным сетевым протоколом особенно для передачи мультимедийных данных является ATM. Его модификация может стать транспортным протоколом для цифрового кабельного телевидения.

Протоколы сетей ATM

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

В настоящее время начинают широко внедряться каналы с пропускной способностью 150,52 и 622,08 Мбит/с. Эти каналы как для соединения локальных сетей, так и непосредственно для построения скоростных LAN. 150 Мбит/с может обеспечить любые современные телекоммуникационные услуги кроме телевидения высокого разрешения. Предусмотрен стандарт и на скорость передачи 2,48832 Гбит/c. Так как время доставки для многих видов сетевых услуг реального времени является крайне важной характеристикой, АТМ находит широкое применение в телефонии, кабельном телевидении и других областях. Следует учитывать, что оцифрованный видеосигнал качества VHS требует 100Мбит/с при отсутствии сжатия и 1,5-6 Мбит/c при использовании сжатия. Файл изображения 1000х1000 пикселей при 24 битах, характеризующих цвет, занимает 3 Мбайта. ATM справится с передачей такого кадра с учетом накладных расходов (заголовок) за ~0,2 сек. Понятно, что при использовании сжатия можно получить заметно большее быстродействие.

Это не значит, что доступны лишь указанные скорости, интерфейсы позволяют мультиплексировать большое число каналов с самыми разными скоростями обмена. Но мультиплексирование на таких частотах представляет собой значительную проблему. Определенные трудности представляет то обстоятельство, что в ATM трудно реализовать обмен без установления соединения (аналог utp в Интернет)

Протокол ATM (asynchronous transfer mode; см. также А.Н. Назаров, М.В. Симонов. "АТМ. Технология высокоскоростных сетей". ЭКО-Трендз, М. 1998) является широкополосной версией ISDN, работает на скорости 150,52 Мбит/с с пакетом постоянной длины и минимальным заголовком. Слово асинхронный в названии означает, что тактовые генераторы передатчика и приемника не синхронизованы, а сами ячейки передаются и мультиплексируются по запросам. При мультиплексировании используется статистическая технология. Асинхронная передача не предполагает упорядочивания ячеек по каналам при пересылке. ATM поддерживает аппаратную и пакетную коммутацию.

Каждый пакет ATM имеет 53 байта (в англоязычной документации пакеты ATM носят название cell (ячейка), этот термин введен, чтобы отличить пакеты ATM от пакетов низкоскоростных каналов), из них 48 байт несут полезную информацию (что для случая передачи звука, соответствует 6 мс). Для выделения пакета из потока используются такие же, как в ISDN разделительные байты (0x7E). Заголовок пакета содержит лишь 5 байт и предназначен главным образом для того, чтобы определить принадлежит ли данный пакет определенному виртуальному каналу. Отсутствие контроля ошибок и повторной передачи на физическом уровне приводит к эффекту размножения ошибок. Если происходит ошибка в поле идентификатора виртуального пути или виртуального канала, то коммутатор может отправить ячейку другому получателю. Таким образом, один получатель не получит ячейку, а другой получит то, что ему не предназначалось.

Виртуальный канал в ATM формируется также как и в ISDN. Формально эта процедура не является частью ATM-протокола. Сначала здесь формируется сигнальная схема, для этого посылается запрос с VPI=0 и VCI=5. Если процедура завершилась успешно, можно начинать формирование виртуального канала. При создании канала могут использоваться 6 разновидностей сообщений.

setup - запрос формирования канала.

call proceeding - запрос в процессе исполнения.

connect - запрос принят.

connect ACK - подтверждение получения запроса.

release - сообщение о завершении.

release compleate - подтверждение получения сообщения release.

Схема обмена сообщениями при установлении (и разрыве) виртуального соединения показана на рис. 4.3.5.1. Предполагается, что между ЭВМ-инициализатором и ЭВМ-адресатом находится два ATM-переключателя. Каждый из узлов по пути к месту назначения при получении запроса setup откликается, посылая сообщение call proceeding. Адрес места назначения указывается в сообщении setup. В ATM используется три вида адресов. Первый - имеет 20 байт и имеет структуру OSI-адреса. Первый байт указывает на вид адреса (один из трех).


Байты 2 и 3 указывают на принадлежность стране, а байт 4 задает формат последующей части кода адреса, которая содержит 3 байта кода администрации (authority), 2 байта домена, 2 байта области и 6 байтов собственно адреса. Во втором формате байты 2 и 3 выделены для международных организаций, а не стран. Остальная часть адреса имеет тот же формат, что и в варианте 1. Третий формат является старой формой (CCITT E.164) 15-цифровых десятичных телефонных номеров ISDN. В ATM не специфицировано никакого алгоритма маршрутизации. Для выбора маршрута (от коммутатора к коммутатору) используется поле VCP. VCI используется лишь на последнем шаге, когда ячейка посылается от переключателя к ЭВМ. Такой подход упрощает маршрутизацию отдельных ячеек, так как при этом анализируется 12- а не 28-битовые коды. В каждом коммутаторе (переключателе) формируются специальные таблицы, которые решают проблему переадресации ячеек.

Следует обратить внимание на то, что виртуальный канал (circuit) и виртуальный проход (path) в данном контексте не тождественны. Виртуальный проход (маршрут) может содержать несколько виртуальных каналов. Виртуальные каналы всегда являются полностью дуплексными.



Рис. 4.3.5.1. Обмен сообщениями при установлении и разрыве виртуального соединения

Сети ATM допускают создание мультикастных каналов. Такой канал имеет одного отправителя и много получателей. Первый канал формируется обычным путем, последующие участники сессии подключаются позднее путем посылки сообщения add party.

За видимую простоту ячеек приходится платить тем, что управляющая информация передается в общем информационном потоке. Высокая скорость передачи данных требует применения аппаратно реализованных маршрутных таблиц на каждом переключателе пакетов. На рис. 4.3.5.2 представлен формат заголовка пакета ATM. Заголовок обеспечивает два механизма маршрутизации пакетов:

VPI (virtual path identifier - виртуальный идентификатор маршрута) обеспечивает соединение точка-точка, но маршрут не является фиксированным и задается непосредственно перед началом пересылки с использованием сигнальных сообщений.


Слово “виртуальный” означает, что пакеты передаются от узла к узлу в соответствии с VPI.

VCI (virtual call identifier - виртуальный идентификатор запроса) запросы осуществляются в соответствии с виртуальным маршрутом, заданным VPI.

Эти два субполя вместе образуют поле маршрута, которое занимает 24 бита.



Рис. 4.3.5.2 Формат заголовка ATM-пакета (сетевой интерфейс пользователя - UNI)

Для интерфейса сеть-сеть (NNI) используется ячейка с несколько иным форматом заголовка. Там весь первый октет выделен для VPI, а поле GFC отсутствует.

GFC	Generic flow control (4 бита, смотри описание пакетов ISDN) – общее управление потоком.
VPI	Virtual path identifier (8 бит, служит для целей маршрутизации) – идентификатор виртуального пути.
VCI	Virtual call identifier (16 бит, служит для целей маршрутизации) – идентификатор виртуального канала.
PT	Payload type (2 бита, тип данных; это поле может занимать и зарезервированное субполе RES.)
RES	зарезервированный бит.
CLP	(Cell loss priority - уровень приоритета при потере пакета) указывает на то, какой приоритет имеет пакет (cell), и будет ли он отброшен в случае перегрузки канала.
HEC	header error control (8 бит, поле контроля ошибок)

Ряд значений VCI и VPI имеют фиксированные значения, приведенные в таблице 4.3.5.1 Таблица 4.3.5.1.

vci	vpi	Назначение
0	только 0	Неопределенная ячейка
1	все	Мета управление
3	все	Сетевое управление VP-каналом
4	все	vp-управление для соединения между конечными точками
5	все	Управление доступом по схеме точка-точка
6	все	Ячейка управления ресурсами (для подавления перегрузки)
16	только 0	UNI (snmp) управление сетью

Некоторые значения поля pt зафиксированы, их значения представлены в таблице 4.3.5.2.

Таблица 4.3.5.2. Заданные значения поля PT (payload type identifier)

PT	Назначение ячейки	Взаимодействие пользователь-пользователь
000	Пользовательские данные (перегрузка отсутствует)	Нет
001	Пользовательские данные (перегрузка отсутствует)	Нет
010	Пользовательские данные (имеет место перегрузка)	Да
011	Пользовательские данные (имеет место перегрузка)	Да
100	Ячейка виртуального канала oam сегментного потока f5
101	Соединение точка-точка oam сегментного потока f5
110	Управление ресурсами
111	Зарезервировано

OAM – эксплуатация и техническое обслуживание. ATM обеспечивает любые услуги в сети:

Передача голоса на скоростях 64 Кбит/с. Один ATM-пакет соответствует 6 мсек.

Передача музыки с использованием схемы кодирования MUSICAM.

Так как для случая изображения передается только переменная часть картинки, atm идеально подходит для решения такого рода задач.

Задачи управления решаются менее экономно, но, тем не менее, достаточно эффективно (предусмотрено несколько приоритетов для управления потоками данных).

В ATM предусмотрено несколько категорий услуг (таблица 4.3.5.3).

Таблица 4.3.5.3. Типы категорий ATM-услуг

Класс	Описание	Пример
cbr	Постоянная скорость передачи	Канал Т1
rt-vbr	Переменная скорость передачи (реальное время)	Видеоконференции
nrt-vbr	Пременная скорость передачи (нереальное время)	Мультимедиа по электронной почте
abr	Доступная скорость передачи	Просмотр web-информации
ubr	Не специфицированная скорость передачи	Пересылка файлов в фоновом режиме

CBR не предусматривает контроля ошибок, управления трафиком или какой-либо другой обработки. Класс CBR пригоден для работы с мультимедиа реального времени.

Класс VBR содержит в себе два подкласса - обычный и для реального времени (см. таблицу выше). ATM в процессе доставки не вносит никакого разброса ячеек по времени. Случаи потери ячеек игнорируются.

Класс ABR предназначен для работы в условиях мгновенных вариаций трафика. Система гарантирует некоторую пропускную способность, но в течение короткого времени может выдержать и большую нагрузку. Этот класс предусматривает наличие обратной связи между приемником и отправителем, которая позволяет понизить загрузку канала, если это необходимо.

Класс UBR хорошо пригоден для посылки IP-пакетов (нет гарантии доставки и в случае перегрузки неизбежны потери).

atm использует исключительно модель с установлением соединения (здесь нет аналогий с UDP-протоколом). Это создает определенные трудности для управления трафиком с целью обеспечения требуемого качества обслуживания (QoS).


Для решения этой задачи используется алгоритм GCRA (generic rate algorithm). Работа этого алгоритма проиллюстрирована на рис. 4.3.5.3.



Рис. 4.3.5.3. Иллюстрация работы алгоритма GCRA

gcra имеет два параметра. Один из них характеризует максимально допустимую скорость передачи (PCR - peak cell rate; T=1/PCR - минимальное расстояние между ячейками), другой - допустимую вариацию значения скорости передачи (CDVT=L). Если клиент не собирается посылать более 100000 ячеек в секунду, то Т=10 мксек. На рис. 4.3.5.3 представлены разные варианты следования ячеек. Если ячейка приходит раньше чем T-t, она считается неподтверждаемой и может быть отброшена. Ячейка может быть сохранена, но при этом должен быть установлен бит CLP=1. Применение бита CLP может быть разной для разных категорий услуг (смотри таблицу 4.3.5.3.). Данный механизм управления трафиком сходен с алгоритмом "дырявое ведро", описанным в разделе .

Можно вычислить число подтверждаемых ячеек N, которые могут быть переданы при пиковом потоке ячеек PCR=1/t. Пусть время ячейки в пути равно d. Тогда N = 1 + (l/(T-d)). Если полученное число оказалось нецелым, оно должно быть округлено до ближайшего меньшего целого.

Трудно устранимой проблемой для atm является предотвращение перегрузки на промежуточных коммутаторах-переключателях. Коммутаторы могут иметь 100 внешних каналов, а загрузка может достигать 350000 ячеек/сек. Здесь можно рассматривать две задачи: подавление долговременных перегрузок, когда поток ячеек превосходит имеющиеся возможности их обработки, и кратковременные пиковые загрузки. Эти проблемы решаются различными способами: административный контроль, резервирование ресурсов и управление перегрузкой, привязанное к уровню трафика.

В низкоскоростных сетях с относительно медленно меняющейся или постоянной загрузке администратор вмешивается лишь при возникновении критической ситуации и предпринимает меры для понижения скорости передачи. Очень часто такой подход не слишком эффективен, так как за время доставки управляющих команд приходят многие тысячи ячеек.


Кроме того, многие источники ячеек в ATM работают с фиксированной скоростью передачи (например, видеоконференция). Требование понизить скорость передачи здесь достаточно бессмысленно. По этой причине в АТМ разумнее предотвращать перегрузку. Но для трафика типа CBR, VBR и UBR не существует никакого динамического управления перегрузкой и административное управление является единственной возможностью. Когда ЭВМ желает установить новый виртуальный канал, она должна охарактеризовать ожидаемый трафик. Сеть анализирует возможность обработки дополнительного трафика с учетом различных маршрутов. Если реализовать дополнительный трафик нельзя, запрос аннулируется. В отсутствии административного контроля несколько широкополосных пользователей могут блокировать работу массы узкополосных клиентов сети, например, читающих свою почту.

Резервирование ресурсов по своей сути близко административному контролю и выполняется на фазе формирования виртуального канала. Резервирование производится вдоль всего маршрута (во всех коммутаторах) в ходе реализации процедуры setup. Параметрами резервирования может быть значение пикового значения полосы пропускания и/или средняя загрузка.

Для типов сервиса CBR и VBR отправитель даже в случае перегрузки не может понизить уровень трафика. В случае UBR потери не играют никакой роли. Но сервис ABR допускает регулирование трафика. Более того, такое управление здесь весьма эффективно. Существует несколько механизмов реализации такого управления. Так предлагалось, чтобы отправитель, желающий послать блок данных, сначала посылал специальную ячейку, резервирующую требуемую полосу пропускания. После получения подтверждения блок данных начинает пересылаться. Преимуществом данного способа следует считать то, что перегрузки вообще не возникает. Но данное решение не используется из-за больших задержек (решение ATM-форума).

Другой способ сопряжен с посылкой коммутаторами специальных ячеек отправителю в случае возникновения условий перегрузки. При получении такой ячейки отправитель должен понизить скорость передачи вдвое.


Предложены различные алгоритмы последующего восстановления скорости передачи. Но и эта схема отвергнута форумом atm из-за того, что сигнальные ячейки могут быть потеряны при перегрузке. Действительно данный алгоритм не всегда можно признать разумным. Например, в случае, когда коммутатор имеет 10 каналов с трафиком по 50 Мбит/с и один канал с потоком в 100 кбит/c, глупо требовать понижения трафика в этом канале из-за перегрузки.

Третье предложение использует тот факт, что граница пакета помечается битом в последней ячейке. Коммутатор просматривает входящий поток и ищет конец пакета, после чего выбрасывает все ячейки, относящиеся к следующему пакету. Этот пакет будет переслан позднее, а отбраcывание M ячеек случайным образом может вынудить повторение передачи m пакетов, что значительно хуже. Данный вариант подавления перегрузки был также не принят, так как выброшенный пакет совсем не обязательно послан источником, вызвавшим перегрузку. Но этот способ может быть использован отдельными производителями коммутаторов.

Обсуждались решения, сходные с тем, что используется в протоколе TCP "скользящее окно". Это решение требует слишком большого числа буферов в коммутаторах (как минимум по одному для каждого виртуального канала). После длинных дискуссий был принят за основу совершенно другой метод.

После каждых М информационных ячеек каждый отправитель посылает специальную RM-ячейку (resource management). Эта ячейка движется по тому же маршруту, что и информационные, но RM-ячейка обрабатывается всеми коммутаторами вдоль пути. Когда она достигает места назначения, ее содержимое просматривается и корректируется, после чего ячейка посылается назад отправителю. При этом появляются два дополнительных механизма управления перегрузкой. Во-первых, RM-ячейки могут посылаться не только первичным отправителем, но и перегруженными коммутаторами в направлении перегрузившего их отправителя. Во-вторых, перегруженные коммутаторы могут устанавливать средний PTI-бит в информационных ячейках, движущихся от первоисточника к адресату.


Но даже выбранный метод подавления перегрузки не идеален, так как также уязвим из-за потерь управляющих ячеек.

Управление перегрузкой для услуг типа abr базируется на том, что каждый отправитель имеет текущую скорость передачи (ACR - actual cell rate), которая лежит между MCR (minimum cell rate) и PCR (peak cell rate). Когда происходит перегрузка, ACR уменьшается, но не ниже MCR. При исчезновении перегрузки acr увеличивается, но не выше PCR. Каждая RM-ячейка содержит значение загрузки, которую намеривается реализовать отправитель. Это значение называется ER (explicit rate). По пути к месту назначения эта величина может быть уменьшена попутными коммутаторами. Ни один из коммутаторов не может увеличивать ER. Модификация ER может производиться как по пути туда, так и обратно. При получении RM-ячейки отправитель может скорректировать значение ACR, если это необходимо.

С точки зрения построения интерфейса и точек доступа (T, S и R) сеть ATM сходна с ISDN (см. ).

Для физического уровня предусмотрены две скорости обмена 155,52 и 622,08 Мбит/с. Эти скорости соответствуют уровням иерархии SDH STM-1 и 4*STM-1. При номинальной скорости 155.52 Мбит/с пользователю доступна реально скорость обмена 135 Мбит/c, это связано с издержками на заголовки и управление. Для ATM используются коаксиальные кабели, скрученные пары (<100м для обоих вариантов) и оптоволоконные кабели (~2км). Для канала связи рассматриваются два кода CMI (coded mark inversion) и скрэмблеры типа установка-сброс (set-reset). В CMI двоичный 0 передается как отрицательный импульс половинной длины, за которым следует положительный импульс той же длительности. Двоичная 1 представляется в виде отрицательного или положительного импульса полной длины, так чтобы уровень менялся для последовательно следующих 1 (система AMI, см. ). Это обеспечивает балансировку передающей линии по постоянному напряжению, но удваивает частоту переключения практически вдвое. Скрамблерный метод не меняет частоту переключения, но его эффективность зависит от передаваемой информации.


CMI предпочтительней для 155 Мбит/с. В настоящее время используется две схемы передачи данных применительно к ATM: базирующийся на потоке пакетов (cell stream) и на SDH структурах. В первом случае мы имеем непрерывный поток 53-октетных пакетов, во втором эти пакеты уложены в STM-1 кадры. Управляющие сообщения располагаются в заголовках секции и пути кадра SDH. AAL (ATM adaptation layer) служит для адаптации различных видов сервиса к требованиям ATM-уровня. Каждый вид услуг требует своего AAL-протокола. Главной целью AAL является обеспечение удобства при создании и исполнении программ прикладного уровня. Для всех AAL определены два субуровня:

SAR

(segmentation and reassemble) делит пакеты высокого уровня, передает atm и наоборот (сборка сообщений из сегментов).

CS

(convergent sub-layer) зависит от вида услуг (обработка случаев потери пакета, компенсация задержек, мониторирование ошибок и т.д.). Этот подуровень может в свою очередь делиться на две секции: CPCS (common part convergence sublayer) – общая часть субуровня конвергенции и SSCS (service-specific convergence sublayer) – служебно-ориентированный подуровень конвергенции (последний может и отсутствовать).

AAL-протоколы управляются значениями следующих переменных:

Скорость обмена (постоянная или переменная)

Режим соединения (с установлением связи или без)

Синхронизация (требуется или нет синхронизация между отправителем и получателем)

В настоящее время определены четыре класса услуг, которые могут требовать или нет синхронизации между отправителем и получателем, осуществлять обмен при постоянной или переменной частоте передачи бит, с установлением связи или без. Особенности этих видов услуг для адаптивного уровня систематизированы в таблице 4.3.5.4. Каждая из услуг имеет свой AAL протокол.

Таблица 4.3.5.4. Особенности видов услуг для адаптивного уровня

	Класс a (AAL1)	Класс b (AAL2)	Класс c (AAL3/4 или 5)	Класс d (AAL3/4 или 5)
Синхронизация работы отправителя и получателя	необходима	необходима	не нужна	не нужна
Частота следования битов	Постоянная	Переменная	Переменная	Переменная
Режим соединения	С соединением	С соединением	С соединением	Без соединения

Уровень адаптации 1-го уровня (AAL) выполняет для верхнего уровня следующие услуги (передача аудио- и видео- по каналам DS-1 и DS-3; постоянная скорость передачи):

синхронизацию передатчика и приемника;

передачу данных с фиксированной скоростью;

индикацию потери и искажения данных, если эти ошибки не устраняются на уровне адаптации;

передачу от отправителя получателю информации о структуре передаваемых данных.

Для решения этих задач AAL первого уровня должен устранять разброс задержек, выявлять ячейки, доставленные не по адресу, и потерянные ячейки, сегментацию пакетов и последующее их восстановление, выполнять мониторирование ошибок в управляющей информации протокола AAL-PCI (protocol control information). Характер обмена здесь строго ориентирован на соединение. AAL-1 использует субуровни конвергенции и SAR. Субуровень конвергенции обеспечивает постоянство скорости передачи ячеек. AAL-1 конвергенции не имеет какого-то специфического протокольного заголовка. Этот субуровень разбивает входные сообщения на 46- или 47-байтные блоки и передает их субуровню SAR для пересылки.

Структура протокольной части информационного поля ячейки SAR-pdu представлена на рис. 4.3.5.4

CSI позволяет приемнику распознать уровень конвергенции. Подуровень SAR получает значение SN (порядковый номер) для каждого 47-октетного блока данных от подуровня конвергенции. Поле SNR (sequence number protection - контрольная сумма) служит для обнаружения и исправления ошибок в заголовке, в качестве производящего полинома используется G(x)= x3 + x + 1. Один из битов SNP- представляет собой бит четности. Если CSI=1, то после поля SNP следует однобайтовое поле указатель, которое используется для определения положения начала следующего сообщения (значения 0-92; старший бит поля указатель зарезервирован на будущее). Поле данных в этом варианте имеет 64 байт.

Для сжатой аудио и видео информации скорость передачи может варьироваться в широких пределах. Ведь многие схемы предусматривают периодическую отправку полного видеокадра при последующей передаче транспортируются лишь отличия последовательных кадров.


Уровень адаптации 2- го типа предоставляет вышестоящему уровню возможность синхронизовать передатчик и приемник, осуществлять обмен с изменяющейся скоростью, оповещение об ошибках и потерях ячеек. Структура ячейки AAL 2-го типа показана на рис. 4.3.5.5 (субуровень SAR). Из-за переменной скорости передачи заполнение ячеек может быть неполным.



Рис. 4.3.5.4. Структура PDU подуровня SAR ATM 1-го типа (AAL1)

CSI	(convergence sublayer indicator) – индикатор подуровня конвергенции
SN	(sequence number) – номер по порядку
SNP	(sequence number protection) – защита номера последовательности

Рис. 4.3.5.5. Структура PDU подуровня SAR ATM 2-го типа (AAL2)

IT	(information type) – тип данных. Служит для указания начала, продолжения или окончания сообщения
LI	(length indicator) – индикатор длины. Указывает число октетов в поле данных
CRC	Контрольная сумма

Поля SN и IT имеют общую длину 1 байт, поля же LI и CRC вместе занимают 2 байта. Поле данных (PDU) в такой ячейке имеет длину 45 байт. Более детальной информации о длинах полей стандарт не оговаривает.

Уровень адаптации 3/4 типов предназначен для передачи данных как в режиме с установлением соединения, так и без него. Раньше службам С и D были выделены разные типы уровня адаптации, позднее они были объединены. Определены два типа обмена: сообщение и поток. В первом случае блок данных передается в одном интерфейсном блоке (IDU). Сервисные блоки данных могут иметь переменную длину. В режиме поток сервисный блок данных передается через интерфейс уровня адаптации в одном или нескольких IDU. В этом режиме может быть реализована услуга “внутренний контейнер”. Здесь допускается и прерывание передачи, частично переданный блок теряется. AAL3/4 допускает организацию нескольких сессий одновременно (например, несколько удаленных login). Структура протокольного блока данных подуровня SAR 3/4 типа представлена на рис. 4.3.5.6. Длина поля данных (PDU) составляет 44 байта. Заметим, что AAL3/4 имеет два уровня издержек - 8 байт добавляется для каждого сообщения и 4 избыточных байта приходятся на каждую ячейку, это достаточно много особенно для коротких сообщений.





Рис. 4.3.5.6. Структура pdu подуровня SAR ATM 3/4-го типов

ST	(segment type) – тип сегмента. Начало сообщения – 10 (BOM – beginning of message), продолжение – 00 (COM – continuation of message), завершение сообщения – 01 (EOM – end of message), односегментное сообщение – 11;
SN	(sequence number) – номер по порядку;
MID	(multiplexing identifier) – идентификатор мультиплексирования для протокола 4-го уровня (позволяет мультиплексировать до 1024 пользователей для одного соединения). Поле служит для определения того, к какой из активных сессий принадлежит данная ячейка.
li	длина заполнения поля данных.

При вычислении crc используется образующий полином G(x) = x11 + x9 + x5 + x4 + x +1. Подуровень конвергенции aal содержит общую часть подуровня CPCS (common path convergence sublayer) и служебную часть подуровня SSCS (service specific convergence sublayer). CPCS обеспечивает негарантированную доставку кадров любой длины в диапазоне 1-65535 байт. Данные пользователя передаются непосредственно на субуровень AAL. Формат протокольного блока данных подуровня конвергенции AAL 3/4-типа показан на рис. 4.3.5.7.



Рис. 4.3.5.7. Формат блока данных подуровня конвергенции AAL 3/4-типа

CPI	(common part indicator) – однооктетный индикатор общей части, используется при интерпретации последующих полей;
BTAG	(beginning tag) – однооктетная метка начала, в сочетании с ETAG определяет границы протокольного блока данных (PDU);
BAsize	(buffer allocation size) – емкость буфера, сообщает получателю максимальный размер буфера. Поле занимает 2 байта;
PAD	заполнитель, обеспечивает кратность поля данных 4 октетам;
AL	(alignment) – выравнивание, заполняется нулями;
ETAG	(end tag) – метка конца (один октет);
Длина	задает протяженность cpcs-pdu;
CPCS-PDU	(common part convergence sublayer – protocol data unit) – протокольный блок данных общей части подуровня конвергенции

Тип 3/4 имеет существенную избыточность (4 байта из 48 на каждый SAR-PDU). По этой причине был введен 5-ый тип. Этот уровень обеспечивает канал, ориентированный на соединение, с переменной скоростью обмена (VBR) в широковещательном режиме при минимальном контроле ошибок (или вовсе без него).


IP- дейтограммы передаются через сети ATM через адаптационный уровень 5 (RFC-1577). Уровень AAL5 иногда называют SEAL (simple and efficient adaptation layer – простой и эффективный адаптационный уровень). AAL5 занимает в наборе протоколов семейства ATM нишу протокола udp стека TCP/IP. Формат ячейки SAR-PDU 5-го типа показан на рис. 4.3.5.8.



Рис. 4.3.5.8. Формат ячейки SAR-PDU 5-го типа (AAL5)



Рис. 4.3.5.8a. Формат сообщения AAL5 субуровня конвергенции

UU	(user to user) – поле необходимо для верхних уровней, чтобы обеспечить мультиплексирование;
Длина	двухоктетное поле длины поля данных (PDU);
CRC	4-октетная контрольная сумма;

Однобайтовое поле, расположенное между полями UU и длина зарезервировано для использования в будущем. Так как здесь для переноса информации используется заголовок, работа AAL не является независимой от нижележащего уровня, что является нарушением эталонной модели. Инкапсулироваться в поля данных AAL5 могут блоки длиной до 216-1 октетов (65535). Выполнение операций здесь зависит от того, работает ли система в режиме сообщения или потока. На подуровне конвергенции для передачи протокольного блока данных используется 4-х байтовая CRC с образующим полиномом G(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1, что обеспечивает высокую надежность корректности доставки. Положение адаптационного уровня в рамках эталонной модели показано на рис. 4.3.5.9. Следует впрочем заметить, что не вполне ясно, какой уровень занимает сам протокол ATM (транспортный или сетевой?).



Рис. 4.3.5.9. Положение уровней ATM в универсальной модели

Верхние уровни управления для ATM базируются на рекомендациях ccitt I450/1 (Q.930/1). В случае использования ATM для Интернет значение MTU по умолчанию равно 9180 (RFC-1626), так как фрагментация IP-дейтограмм крайне нежелательна (AAL). Работа протоколов TCP/IP поверх ATM описана в документах RFC-1483, -1577, -1626, -1680, -1695, -1754, -1755, -1821, -1926, -1932 (полужирным шрифтом выделены коды документов, являющиеся стандартами Интернет).


Ниже на рис. 4.3.5. 10 показано, как пакеты atm размещаются в кадрах STM-1 (виртуальный контейнер VC-4).



Рис. 4.3.5.10. Размещение atm пакетов в STM-1 кадре

В STM-1 для передачи ячеек выделяется полоса пропускания =150,3 Мбит/c. (9 рядов по 261 байту, передаваемые каждые 125 мксек)

Форматы адресов согласно спецификации интерфейса “пользователь-сеть” представлены на рис. 4.3.5.11.



Рис. 4.3.5.11. Формат DCC ATM с числовым кодом страны.

AFI	(authority and format identifier) – идентификатор формата и привилегий.
DCC	(data country code) – код данных страны (стандарт МОС 3166).
DFI	(DSP format identifier) – идентификатор формата DSP.
DSP	(domain specific part) – часть, зависящая от домена.
AA	(administrative authority) – административное субполе.
RSVD	(reserved) – резерв на будущее.
RD	(routing domain) – область маршрутизации.
AREA	идентификатор зоны.
ESI	(end system identifier) – идентификатор оконечной системы.
SEL	(selector) – селектор.
IDI	(initial domain identifier) – идентификатор исходной области.
HO	(higher order) – старшая часть.

Формат ICD с указателем международного кода отличается от формата DCC тем, что в нем поле DCC заменено полем международного кода ICD (international code designator). Формат адреса Е.164 NSAP, где идентификатор исходной области является номером Е.164, представлен на рис. 4.3.5.12. Структура номера (15 десятичных цифр в кодировке BCD) места назначения отображена на рис. 4.3.5.13.

Важную роль в управлении сетями АТМ играет информация OAM(operations and maintenance). Здесь осуществляется тесное взаимодействие с потоками управления sdh (F1-F5).

F1 – поток данных oam уровня регенерационной секции SDH.
F2 - поток данных oam цифровой мультиплексорной секции SDH.
F3 - поток данных oam уровня пути обмена SDH.
F4 - поток данных oam виртуального пути АТМ.
F5 - поток данных oam виртуального канала АТМ.



Рис. 4.3.5.12. Формат адреса Е.164 NSAP



Рис. 4.3.5.13. Структура номеров

Код страны (СС –country code) занимает от одной до трех цифр (из 15).



Маршрутизация в atm отличается от аналогичных процессов в сетях с коммутацией пакетов. Сети АТМ в основном ориентированы на соединение. Ячейки транспортируются по уже выбранному маршруту через коммутаторы АТМ в соответствии со значениями идентификаторов виртуального пути и виртуального канала. Вычисление маршрута осуществляется на специальном сервере. Потоки информации F4 или F5 принимаются и обрабатываются устройствами, которые формируют виртуальные пути или каналы. Формат информационного поля ячейки oam показан на рис. 4.3.5.14. Поток информации oam F4 уровня виртуального пути для идентификации потока точка-точка использует идентификатор виртуального канала VCI=4, а для сегментных потоков VCI=3.



Рис. 4.3.5.14. Формат ячейки OAM F4

Поток ячеек OAM F5 уровня виртуального канала каких-либо специальных идентификаторов виртуальных путей не использует. В заголовках ячеек потока oam F5 типа точка-точка в поле типа данных (PT) записывается код 100, а для сегментных потоков виртуальных каналов PT=101. Значения кодов полей тип OAM и выполняемой функции приведены в таблице 4.3.5.5. Для решения проблем выявления и локализации отказов в сети АТМ используются ячейки AIS (alarm indication signal – аварийный сигнал), RDI/FERF (remote defect indication/far end reporting failure – указатель отказа на удаленном конце), контроля непрерывности (continuity check) и проверки с применением обратной связи (loopback). Для ячеек AIS и RDI поля тип отказа имеет 8 байт (по умолчанию во все октеты записывается 0х6А), а для указателя места отказа выделено 9 байт. Полезная часть поля данных в этих ячейках равна 45 байтам, из них 28 зарезервировано на будущее.

Таблица 4.3.5.5.

Код поля тип oam	Назначение	Код поля тип выполняемой функции	Назначение
0001	Обнаружение и определение места отказов (fault management)	0000	Указание отказа (AIS)
		0001	Указание на удаленный дефект (RDI/FERF)
		0100	Проверка непрерывности (continuity check)
		1000	Обратная связь (loopback)
0010	Контроль рабочих характеристик	0000	Прямой мониторинг (forward monitoring)
		0001	Сообщение о предыстории (backward reporting)
		0010	Мониторирование и предоставление результатов (monitoring and reporting)
1000	Активизация и завершение процессов oam	0000	Мониторинг рабочих характеристик (performance monitoring)
		0001	Проверка непрерывности (continuity check)

Контроль рабочих характеристик сети АТМ производится без нарушения соединений и без снижения качества обслуживания. Для запуска и остановки процесса измерения служат ячейки типа activation/deactivation. В ячейке oam для этих целей в поле данных выделено 45 байт. Формат субполей поля данных представлен на рис. 4.3.5.15.



Рис. 4.3.5.15. Формат субполей поля данных oam activation/deactivation

Субполе неиспользуемые октеты заполняется байтами 0х6А, а субполя блок РМ - кодами 0000. Значения кодов поля идентификатор сообщения приведены в таблице 4.3.5.6.

Таблица 4.3.5.6.

Код поля идентификатор сообщения	Назначение
000001	Активация (запрос)
000010	Подтверждение активации
000011	Отвержение запроса активации
000101	Деактивация
000110	Подтверждение деактивации
000111	Отвержение запроса деактивации

В субполе направление действия заносится код 10 при направлении от А к В и 01 при противоположном направлении. В поле размер записывается код 1000 при длине 1024 ячеек, 0100 - при 512, 0010 - при 256 и 0001 – при 128. Размеры блоков для направлений А ->b и В ->a могут быть и неравными. Мониторинг рабочих параметров может выполняться для А ->b, В ->a или для обоих направлений одновременно.

Формат ячеек oam типа измерение рабочих характеристик представлен на рис. 4.3.5.16.



Рис. 4.3.5.16. Формат ячеек oam типа измерение рабочих характеристик

В субполя BIP-16 (bit interleaved parity) и счет потерянных ячеек в отсутствии прямого мониторинга по умолчанию заносится код 0х6А, аналогичный код записывается в субполя число ячеек пользователя и результаты анализа в отсутствие обратного мониторинга. В неиспользуемое поле записываются 1 во все биты, если не использована временная метка. Поле порядковый номер мониторинга (MSN – monitoring sequence number) содержит номер ячейки oam типа PM по модулю 256. Поле общее число ячеек пользователя (TUC – total user cell) записывается число пользовательских ячеек, отправленных после последней ячейки OAM типа PM.

Один физический отказ может сгенерировать большое число ячеек OAM.


Для блокировки такой возможности введено ограничение на период генерации таких ячеек (> нескольких секунд). Операции проверки тракта, выполняемые с помощью ячеек OAM типа loopback, позволяют выявить место возникновения неисправностей. Формат поля специальных функций ячейки OAM типа loopback отображен на рис. 4.3.5.17 (см. также рис. 4.3.5.14).



Рис. 4.3.5.17. Формат ячейки oam типа loopback

Поле неиспользуемое содержит во всех октетах по умолчанию код 0х6А. Поле индикатор шлейфа содержит 1 при посылке отправителем (остальные семь бит равны нулю), единица заменяется нулем в момент приема. При получении ячейки с индикатором шлейфа, равным нулю, она уничтожается. Поле корреляционная метка используется отправителем для идентификации отклика. Поле идентификатор места шлейфа определяет место, откуда ячейка должна быть послана назад. Если поле содержит все единицы, таким местом является адресат. Поле идентификатор источника служит для распознавания ячейки и ее уничтожения при возвращении.

Предоставление услуг без установления соединения соответствует уровню выше чем АТМ и требует соединения каждого клиента с соответствующим сервером, решающим данную задачу. Большинство локальных и региональных сетей АТМ реализуют именно такой режим. Для передачи данных без установления соединения используется протокол доступа CLNAP (connectionless network access protocol), интерфейс CLAI (connectionless access interface) и сетевой протокол CLNIP (connectionless network interface protocol). Размер поля данных для CLNAP не является постоянным и составляет 9188 октетов, что подразумевает фрагментацию. Эти протоколы работают выше подуровня конвергенции. Соответствующая длина для CLNIP SDU равна 9236 октетам. Формат блока данных CLNIP показан на рис. 4.3.5.18.



Рис. 4.3.5.18. Формат структуры данных протокола CLNIP

PI	(protocol identifier) – идентификатор протокола.
PADLE	(padding length) – длина заполнения.
QoS	(quality of service) – качество обслуживания
С	(CRC indication bit) – индикатор числа бит в контрольной сумме CRC.
HEL	(header extension length) – длина расширения заголовка.

Проблему фрагментации и инкапсуляции этих длинных пакетов в АТМ ячейки берет на себя коммутатор доступа. Схема вложения и фрагментации для пакетов clnap отображена на рис. 4.3.5.19.

Из рисунка видно, что на подуровне SAR происходит деление пакета на части и укладка полученных сегментов в поля данных ячеек (48 байт).



Рис. 4.3.5.19. Схема вложения и фрагментации для пакетов CLNAP

АН	– (alignment header; 4 октета) – поле выравнивания.
SAR	– (segmentation and reassemble) – сегментация и сборка.
CPCS	- (common part convergence sublayer) общая часть подуровня конвергенции.

Для использования одного и того же виртуального канала многими протоколами служит LLC-инкапсуляция (logical link control). LLC-заголовок укладывается в поле данных перед PDU и содержит в себе информацию, необходимую для того, чтобы корректно обработать AAL5 CPCS-PDU. Обычно такой заголовок имеет формат IEEE 802.2, за которым может следовать SNAP-заголовок IEEE 802.1a. LLC-заголовок, содержащий код 0xFE-fe-03, говорит о том, что далее следует маршрутизируемый pdu длиной 216-4 октетов. Одно-октетный код NLPID идентифицирует сетевой протокол. Значения кодов NLPID представлены в таблице 4.3.5.7.

Таблица 4.3.5.7. Значения кодов NLPID

Код nlpid	Назначение
0х00	Нулевой сетевой уровень (в atm не используется)
0х80	SNAP
0х81	ISO CLNP
0х82	ISO ESIS
0х83	ISO ISIS
0хСС	Интернет (IP не является протоколом ISO)

Формат PDU для маршрутизируемых данных при использовании протоколов, не принадлежащих ISO, представлен на рис. 4.3.5.20 (случай IP-дейтограммы).



Рис. 4.3.5.20. Формат IP PDU при транспортировке с использованием AAL5 ATM

Пропускная способность сети АТМ (150 Мбит/с) позволяет передавать немного более 360000 ячеек в секунду, что означает для ATM-переключателя время коммутации менее 2,7 мксек. Реальный переключатель может иметь от 16 до 1024 входных линий, что может означать коммутацию 16-1024 ячеек каждые 2,7 мксек. При быстродействии 622 Мбит/с новая порция ячеек поступает каждые 700 нсек. Постоянство длины ячеек упрощает конструкцию ключа.


Все АТМ- ключи имеют целью обеспечить коммутацию с минимальной вероятностью потери и исключить возможность изменения порядка следования ячеек. Приемлемой считается вероятность потери ячейки не более 10-12. Это эквивалентно для большого коммутатора потери 1-2 ячеек в час. Уменьшению вероятности потери способствует создание буферов конвейерного типа. Если на вход переключателя приходят две ячейки одновременно, одна из них обслуживается, а вторая ставится в очередь (запоминается в буфере). Выбор ячеек может производиться псевдослучайно или циклически. При этом не должно возникать предпочтений для каких-то каналов. Если в один цикл на вход (каналы 1, 2, 3 и 4) коммутатора пришли четыре ячейки, предназначенные для выходных линий J+2, J, J+2 и J+1, соответственно, то на линии J+2 возникает конфликт. Предположим, что будет обслужена ячейка, поступившая по первой входной линии, а ячейка на входной линии 3 будет поставлена в очередь. В начале следующего цикла на выход попадут три ячейки. Предположим также, что в этот цикл на ходы коммутатора (1 и 3) придут ячейки адресованные для линий J+3 и J, соответственно. Ячейка, адресованная J, будет поставлена в очередь вслед за ячейкой, адресованной J+2. Все эти ячейки будут переданы только на 4-ом цикле. Таким образом, попадание в очередь на входе ячейки блокирует передачу последующих ячеек даже если выходные каналы для их передачи свободны. Чтобы исключить блокировку такого рода можно организовать очередь не на входе, а на выходе коммутатора. При этом для коммутатора с 1024 входами теоретически может понадобиться 1024 буфера на каждом выходе. Реально число таких буферов значительно меньше. Такая схема АТМ-коммутатора (8*8) показана на рис. 4.3.5.21.



Рис. 4.3.5.21. Схема переключателя с организацией очередей на выходе

Концентратор выбирает N ячеек для помещения в очередь (предполагается, что максимальная длина очереди может быть равна N). Выходной буфер уже заполнен, ячека может быть потеряна. При построении АТМ-коммутаторов часто используется схема .

Протоколы сетей X

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

В 1976 году был принят стандарт X.25, который стал основой всемирной системы PSPDN (Packet-Switched Public Data Networks), базирующейся на 7-уровневой модели ISO OSI. Стандарт X.25 был усовершенствован в 1984. X.25 - протокол (ISO 8208:1989; RFC-887, -1381, -1382, -1461, -1598, -1613), который определяет синхронный интерфейс между терминальным оборудованием (DTE - Data Terminal Equipment) и оборудованием передачи данных (DCE - Data Communication Equipment) для терминалов, работающих в пакетном режиме. По существу это протокол связи оборудования с сетью. Главный недостаток протокола X.25 - большие задержки отклика (типовое значение 0.6 сек). Терминалом может служить ЭВМ или любая другая система, удовлетворяющая требованиям X.25. Соединение DTE - DTE осуществляется через DCE. В протоколе X.25 DCE и DTE используют статистическое мультиплексирование с делением по времени. Одновременно могут реализовываться несколько обменных процессов. Схема взаимодействия DTE и DCE выглядит как:

DTE - <логический канал> - DCE <виртуальное соединение> - DCE - <логический канал> - DTE

Асинхронный старт-стопный терминал подключается к сети коммутации пакетов через пакетный адаптер данных ПАД (PAD - packet assemble/disassemble) и отвечает рекомендациям X.3, X.28 и X.29. Один ПАД обеспечивает интерфейс для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов. Пакет данных состоит обычно из 128 байтов, которые передаются по адресу, содержащемуся в пакете. Но длина пакета может лежать в пределах 64-4096 байтов. Размер пакета также как и величина окна (число пакетов, принимаемых без подтверждения) определяются на фазе установления канала. Прежде чем пакет будет передан, необходимо установить связь между исходными ЭВМ/ПАД и адресуемыми ЭВМ/ПАД. Существуют два вида соединений: коммутируемый виртуальный канал (SVC) и постоянный виртуальный канал (PVC). Предусмотрены две процедуры доступа к каналу:

Процедура доступа к каналу (LAP - link access procedure), в основе которой лежат симметричные операции режима асинхронного ответа (ARM - asynchronous response mode) протокола HDLC.

Балансная процедура доступа к каналу (LAPB - link access procedure balanced) на основе асинхронного балансного режима (ABM - asynchronous balanced mode) протокола HDLC. Сетевой уровень реализуется с использованием 14 различных типов пакетов.

Виртуальный канал описывается в общем формате пакета, как "логический канал". Логический канал имеет идентификатор, состоящий из 12 бит. Этот идентификатор обычно состоит из номера группы (4 бита) и номера логического канала (8 бит). В группе может быть до 256 логических каналов (за исключением группы 0, которая может иметь только 255 логических каналов). Возможное число групп - 16, поэтому теоретически возможное число виртуальных каналов для каждого соединения x.25 равно 4095 (16x256-1).

Постоянный виртуальный канал (PVC - permanent virtual circuit) является аналогом выделенного канала.

Коммутируемый виртуальный канал (SVC - switched virtual circuit - напоминает традиционный телефонный вызов) реализует обмен данными. Имеются три типа коммутируемых виртуальных каналов, работающие в дуплексном режиме, но отличающиеся направлением устанавливаемых соединений: входящий SVC, двунаправленный SVC и выходящий SVC. Адресат каждого пакета распознается с помощью идентификатора логического канала (LCI) или номера логического канала (LCN).

SVC используются только на время соединения и становятся доступными для повторного использования после разъединения. Все типы пакетов, за исключением пакетов запроса повторного пуска, содержат идентификатор логического канала. Пакет запрос соединения в SVC является единственным типом пакетов, которые содержат адреса в соответствии с рекомендацией X.121.

Для установки выходящего соединения через svc ЭВМ выбирает логический канал с наибольшим номером в группе и посылает пакет запрос соединения, содержащий выбранный номер группы канала, адрес получателя (в соответствии с рекомендацией X.121) и в отдельных случаях свой собственный адрес. При установлении входящего соединения центр коммутации пакетов (ЦКП) выбирает свободный логический канал с наименьшим номером в группе каналов порта адресуемой ЭВМ и помещает этот логический номер группы и канала в пакет входящий запрос соединения.


После того как соединение через svc установлено, ЭВМ направляют свои пакеты, используя номера своих логических групп/каналов, а ЦПК в сети осуществляет транспортировку пакетов и преобразование номеров логических групп/каналов. Как только установленное по svc логическое соединение разъединяется, номера логических групп/каналов на обоих концах соединения освобождаются и становятся доступными для повторного использования. Соответствие между ЦКП/портом, выделенным для терминального оборудования, адресами (согласно рекомендациям x.121) и номерами логических каналов известно в сети только ЦКП.

Выбор ЭВМ свободного канала с наибольшим номером при каждом выходящем соединении и выбор в ЦКП свободного канала с наименьшим номером для каждого входящего позволяют избежать конфликтов. С этой же целью используются две логические группы: одна только для входящих соединений, а другая только для выходящих. Перед подключением к сети пользователь должен определить, сколько pvc и svc требуется на каждую точку физического интерфейса x.25. Асинхронные терминалы подключаются к сети коммутации пакетов через встроенные или удаленные пакетные адаптеры данных (ПАД).

Встроенный ПАД обычно располагается вместе с ЦКП в его стойке. В этом случае каждый асинхронный терминал, расположенный в удаленном месте, подключается к своему встроенному ПАД через отдельный канал связи (протокол Х.28). В альтернативном случае удаленный ПАД (небольшое отдельное устройство) может быть расположен в удаленном месте и подключается к своему ЦКП через канал связи (X.25). С помощью удаленного ПАД к ЦКП подключается 8-16 асинхронных терминалов.

Встроенный ПАД может быть совместно использован несколькими терминалами, расположенными в различных местах, в то время как удаленный ПАД обслуживает терминалы, расположенные обычно в одном месте. Существует еще один аспект размещения ПАД, связанный с помехами в каналах связи и использованием протоколов. Удаленный ПАД подключается к ЦКП на канальном уровне в соответствии с рекомендацией X.25.


В качестве протокола канала данных в рекомендации X.25 реализуется подмножество HDLC, обеспечивающее автоматическую повторную передачу данных в случае их искажения при возникновении помех в линии. Асинхронный терминал использует для диалога с групповым ПАД процедуры, описанные в рекомендации X.28, в которых не предусмотрена возможность повторной передачи в случае ошибки. Поэтому канал между синхронным терминалом и групповым ПАД не защищен от возникновения ошибок данных в результате линейных помех. Процедуры ПАД определены в рекомендациях МККТТ (см. приложение ).

Рекомендация X.3: "Пакетный адаптер данных (ПАД) в сети передачи данных общего пользования".

Рекомендация X.28: "Интерфейс между терминальным оборудованием и оборудованием передачи данных (DCE) для старт-стопного оконечного оборудования, осуществляющего доступ к пакетному адаптеру данных в сетях общего пользования".

Рекомендация X.29: "Процедуры обмена управляющей информацией между терминальным оборудованием пакетного типа и пакетным адаптером (ПАД)".

Основные функции ПАД соответствуют рекомендациям X.3:

сборка символов (полученных от асинхронных терминалов) в пакеты;

разборка полей данных в пакетах и вывод данных на асинхронные терминалы;

управление процедурами установления виртуального соединения и разъединения, сброса и прерывания;

обеспечение механизма продвижения пакетов при наличии соответствующих условий, таких как заполнение пакета, получение символа (сигнала) на передачу пакета, истечение времени ожидания;

передача символов, включающих стартстопные сигналы и биты проверки на четность, по требованию подключенного асинхронного терминала;

обнаружение сигнала разрыв соединения от асинхронного терминала;

редактирование последовательностей команд ПАД.

В постоянном запоминающем устройстве ПАД хранятся параметры. Эти параметры могут быть установлены либо асинхронным терминалом, подключенным к ПАД, либо любой ЭВМ в сети, которая удовлетворяет условиям рекомендации X.29.


В рекомендации X. 29 МККТТ эти параметры названы управляющей информацией. Поэтому необходимо квалифицировать данные, проходящие между ЭВМ и ПАД, либо как управляющую информацию (сообщения ПАД), либо как собственно данные от асинхронного терминала.

Сеть X.25 предоставляет пользователю старт-стопного терминала средства, позволяющие выбрать параметры ПАД с заранее определенными значениями. Пользователь посылает в ПАД команду выбора профайла, которая включает идентификатор профайла. Этим определяется один из нескольких стандартных профайлов, хранящихся в ПАД.

Идентификатор профайла и параметр 11 ПАД (скорость терминала) включаются в "поле данных пользователя" пакетов типа запрос соединения, посылаемых ПАД. ЭВМ (ПАД) использует это поле, извлекая из него информацию о терминале, пославшем запрос.

Пакетный терминал является интеллектуальным устройством (например, ЭВМ, или внешним ПАД’ом), которое обеспечивает синхронный обмен с сетью на скорости 2400, 4800, 9600 бит/c или 48 Кбит/с, используя трехуровневый протокол X.25. Возможная схема подключения терминальных устройств к сети X.25 показана на рис. 4.3.2.1.

Из рисунка 4.3.2.1 видно, что подключение ЭВМ и другого терминального оборудования возможно как к встроенному, так и удаленному ПАД (протокол X.28), а также непосредственно к ЦКП (протокол X.25, X.29). Связи с удаленными объектами осуществляются через соответствующие модемы (на рисунке не показаны).

Для международного соединения необходимо указать код страны из трех цифр, а также набрать одну цифру 9 перед сетевым адресом пользователя. Таким образом, всего требуется не более 15 цифровых символов. Для установления коммутируемого соединения оператор вначале вручную набирает номер ПАД и ждет подтверждения соединения с телефонным узлом общего пользования. Как только соединение установлено, оператор набирает 12-символьный код "сетевого идентификатора пользователя". ПАД обеспечивает операцию эхо-контроля, которая позволяет оператору терминала визуально проверять данные, посылаемые в ПАД.


Наиболее серьезным недостатком встроенного ПАД является отсутствие какого-либо линейного протокола, предусматривающего устранение ошибок в данных, посылаемых от ПАД к терминалу. В удаленном ПАД предусмотрена процедура восстановления ошибочных данных, однако он подключается к сети как "пакетный терминал".



Рис. 4.3.2.1. Возможная топология сети X.25

Сетевой адрес пользователя состоит из 12 десятичных цифр. 1-4 - идентификатор сети передачи данных (3 - страна, 4 - сеть); 5-12 - национальный номер (5-7 местная область, 8-12 - местный номер). Международная система адресации для систем передачи данных общего пользователя описана в рекомендациях X.121 международного комитета по телефонии и телеграфии. Каждое подключение к сети коммутации пакетов имеет свой национальный номер. Протокол X.25 не определяет технику маршрутизации пакетов по сети. Для целей управления в сетях X.25 используется протокол snmp и база данных MIB (как и в сетях Интернет). Три базовых уровня протокола X.25 и схема потоков информации отображены на рис. 4.3.2.2.

Для подключения по виртуальному каналу ЭВМ/ПАД посылается пакет (call request), содержащий сетевой адрес пользователя. После подтверждения соединения и передачи/приема данных виртуальное соединение может быть разорвано путем передачи пакета (clear request), инициатором в этом случае выступает удаленная ЭВМ. При невозможности установить связь clear request посылается сетью. Такой пакет содержит два информационных октета. Первый содержит код причины, второй является диагностическим кодом. Ниже в таблице 4.3.2.1 приведены коды причин ошибки.

Таблица 4.3.2.1. Коды причины ошибки

Код причины	Причина
0x0	Удаленный сброс (remote cleared)
0x1	Адресат занят (number busy)
0x3	Нелегальный запрос (invalid facility request)
0x5	Перегрузка сети (network congestion)
0x9	Нарушен порядок (out of order)
0x11	Ошибка при выполнении удаленной процедуры
0xb	Доступ блокирован (access barred)
0xd	Не доступно, нет в наличии (not obtainable)
0x21	Несовместимость у адресата (ошибка при выполнении удаленной процедуры)
0x23	Ошибка при выполнении местной процедуры
0x29	Сигнал быстрой выборки не воспринят (fast select not accepted)

Один физический канал связи X. 25 может поддерживать несколько коммутируемых виртуальных каналов. Постоянный виртуальный канал подобен выделенной линии - обмен возможен в любой момент. X.25 определяет первые три уровня соединения открытых систем (см. рис. 4.3.2.2).

- физический x.21 (X.21bis)

- канальный (HDLC - high data link communication - протокол высокого уровня управления каналом). Этот уровень и последующие реализуются программным образом.

- сетевой (пакетный)

X.21 - универсальный интерфейс между оконечным оборудованием (DTE) и аппаратурой передачи данных (DCE) для синхронного режима работы в сетях общего пользования. X.21bis – тоже, но для модемов, удовлетворяющих рекомендациям серии V. Для канального уровня используется подмножество протокола HDLC (являющегося развитием стандарта SDLC IBM), обеспечивающее возможность автоматической повторной передачи в случае возникновения ошибок в линии.



Рис. 4.3.2.2. Три уровня X.25

Формат кадра для протокола HDLC показан на рис. 4.3.2.3 (байты передаются, начиная с младшего бита):



Рис. 4.3.2.3. Формат кадра X.25

Открывающий и закрывающий флаги для бит-ориентированного формата несут в себе код 0x7e. Когда не передается никакой информации, по каналу пересылается непрерывный поток флагов 01111110. Посылка более 6 единиц подряд воспринимается как флаг абортирования связи. Если необходимо передать информационную последовательность 01111110, после первых пяти единиц вводится дополнительный нуль, приемник восстанавливает истинную информацию, удаляя эти лишние нули. В случае байт-ориентированных кадров открывающий и завершающий флаги имеют по два байта [DLE (Символы кодов стандарта ISO 646-1973 (МТК-5, ГОСТ 13059-74). Здесь и далее используется русская терминология в соответствии со стандартом ГОСТ 26556-85, STX и DLE, ETX, соответственно, для информационного кадра и DLE, STX и DLE, ETX для управляющего]. Адрес в пакете X.25 занимает всего один байт, что определяет предельное число терминальных устройств, подключаемых к одному каналу.


Кадр на уровне 2 имеет двухбайтовый заголовок, содержащий байт адреса и байт типа. Для нумерации кадров на уровне 2 используется 3 бита. При работе со скользящим окном откликов это позволяет иметь до 7 кадров в очереди. При использовании спутниковых каналов с большими задержками можно переходить в режим расширенной нумерации (7 бит), где длина очереди может достигать 128. Если удаленный партнер не способен работать в режиме расширенной нумерации, он отклонит запрос соединения. При работе в режиме расширенной нумерации возможно применение 3-байтовых заголовков вместо двухбайтовых.

Значения поля идентификатора общего формата (GFI - general format identifier) приведено в таблице 4.3.2.2. Бит 8 этого поля (Q) используется в информационных пакетах как индикатор уровня передаваемых данных. Групповой номер логического канала и номер логического канала присваиваются по соглашению с администрацией сети во время постановки на обслуживание. Поля групповой номер логического канала и номер логического канала присутствуют во всех пакетах кроме пакетов регистрации и повторного пуска, где они принимают нулевое значение.

Таблица 4.3.2.2. Значения кодов идентификатора общего формата (GFI)

Тип пакета	Модуль нумерации	Номера битов
		8	7	6	5
Установка соединения	8 128	0 0	x x	0 1	1 0
Разрыв соединения, управление потоком, повторный пуск, регистрация, диагностика	8 128	0 0	0 0	0 1	1 0
Данные	8 128	x x	x x	0 1	1 0
Расширение	-	0	0	1	1

x - бит может принимать значения 0 или 1.

Допустимые значения кодов в поле тип пакета приведены в таблице 4.3.2.3.

Таблица 4.3.2.3. Значения кодов тип пакета

Тип пакета	Октет 3
Биты	8 7 6 5 4 3 2 1
Запрос	0 0 0 0 1 0 1 1
Запрос принят	0 0 0 0 1 1 1 1
Запрос завершения	0 0 0 1 0 0 1 1
Подтверждение завершения	0 0 0 1 0 1 1 1
Данные	x x x x x x x 0
Прерывание	0 0 1 0 0 0 1 1
Подтверждение прерывания	0 0 1 0 0 1 1 1
Готовность к приему по модулю 8 (RR)	x x x 0 0 0 0 1
Готовность к приему по модулю 128 (RR)	0 0 0 0 0 0 0 1
Неготовность к приему по модулю 8 (RNR)	x x x 0 0 1 0 1
Неготовность к приему по модулю 128 (RNR)	0 0 0 0 0 1 0 1
Запрос повторной установки	0 0 0 1 1 0 1 1
Подтверждение повторной установки	0 0 0 1 1 1 1 1
Запрос повторного пуска	1 1 1 1 1 0 1 1
Подтверждение повторного пуска	1 1 1 1 1 1 1 1
Диагностика	1 1 1 1 0 0 0 1
Запрос регистрации	1 1 1 1 0 0 1 1
Подтверждение регистрации	1 1 1 1 0 1 1 1

<


/p> x - отмечет разряды, которые могут принимать значения 0 или 1.

Четырехбитовые поля длина адреса отправителя и длина адреса получателя характеризуют длины последующих полей переменной длины. Длина выражается в полуоктетах. Далее следуют соответствующие адреса. В каждом полуоктете записывается десятичная цифра адреса, при необходимости поле адреса дополняется нулями до целого числа октетов. Для пакетов установления связи кадры имеют формат, показанный на рис. 4.3.2.4.



Рис. 4.3.2.4. Формат кадра запроса на соединение и соединение установлено

Поле опции содержит целое число октетов, но не более 109, следующее же поле может содержать до 128 байт. Опция типа fast select позволяет поместить до 64 байтов в информационном поле пользователя, во многих случаях этого оказывается достаточно и исключается необходимость переходить в режим пересылки данных.

Если вызываемое DTE не присылает сообщения вызов принят или запрос завершения (установление связи отвергнуто) за отведенное для этого время, процедура завершается и процессу, инициализировавшему запрос, присылается соответствующий код ошибки. При успешной обработке запроса (прислано сообщение соединение установлено) система переходит в режим обмена данными. DTE может в любой момент инициировать процедуру разрыва связи, послав сообщение запрос завершения. DCE сообщает о завершении соединения путем присылки пакета индикация завершения, на который DTE должно прислать отклик подтверждение завершения. Формат пакетов запроса и подтверждения завершения отображен на рис. 4.3.2.4. и 4.3.2.5. Байты 1 и 2 на рисунке 4.3.2.5 не показаны, так как они идентичны тому, что представлено на рис. 4.3.2.4.



Рис. 4.3.2.5. Формат пакетов запроса завершения

Коды причины завершения связи приведены в таблице 4.3.2.1. Однобайтовое поле диагностический код позволяет уточнить причину. В таблице 4.3.2.4 приведены коды причины повторного пуска. Формат пакетов подтверждения завершения представлен на рис. 4.3.2.6.

Таблица 4.3.2.4. Коды причин повторного пуска

Код причины	Причина повторного пуска
0x1	Ошибка локальной процедуры
0x3	Перегрузка сети
0x7	Сеть работоспособна

Рис. 4.3.2.6. Формат пакетов подтверждения завершения

Для инициализации обмена информацией (первичного или повторного), а также для прерывания виртуальной связи и возвращения виртуальных каналов в исходное состояние используются запросы повторного пуска (и подтверждение повторного пуска). DTE может выдать запрос повторного пуска (к DCE) в любой момент времени, переводя логический канал в исходное состояние. DCE в ответ должно послать сообщение подтверждение повторного пуска. Инициатором повторного пуска может быть и dce, для этого оно посылает сообщение индикация повторного пуска. DTE в результате устанавливает логический канал в исходное состояние и посылает dce сообщение подтверждение повторного пуска. Форматы пакетов, несущих эти сообщения показаны на рис. 4.3.2.6 и 4.3.2.7. Эти пакеты не имеют полей группового номера логического канала и LCN (см. рис. 4.3.2.7 и .8). Процедура повторной установки во многом аналогична повторному пуску и используются всякий раз при выявлении сбоя, чтобы вернуть виртуальную связь или постоянный виртуальный канал в исходное состояние.



Рис. 4.3.2.7. Формат пакета запроса повторного пуска (слева) и повторной установки

Таблица 4.3.2.5. Коды причин повторной установки

Причина повторной установки	Код причины
Установка по инициативе dte	0x0
Повреждение постоянного виртуального канала	0x1
Ошибка при исполнении удаленной процедуры	0x3
Ошибка при выполнении локальной процедуры	0x5
Перегрузка сети	0x7
Удаленное DTE работоспособно (постоянный виртуальный канал)	0x9
Сеть работоспособна (постоянный виртуальный канал)	0xf
Несовместимость партнеров	0x11

Партнер - получатель этого запроса должен прислать сообщение подтверждение повторной установки (рис. 4.3.2.8). При этом возможны потери информации (также как и в случае повторного пуска), так как некоторые пакеты, находящиеся в сети в момент реализации запроса повторной установки или повторного пуска будут потеряны.

Инициатором посылки запроса повторной установки может быть dte и dce. Коды причин повторной установки представлены в таблице 4.3.2.5.





Рис. 4.3.2.8. Формат пакета подтверждения повторного пуска (слева) и повторной установки (справа)

Пакеты данных передаются по постоянным виртуальным каналам или через виртуальные соединения после их создания. Пакеты данных распознаются по нулевому младшему биту (бит с номером 1) в третьем октете. Остальные биты этого октета используются для управления. Форматы пакетов данных показаны на рис. 4.3.2.9.

Информационное поле начинается с четвертого байта (при расширенной нумерации с пятого) и может иметь длину 16-4096, хотя в рекомендациях стандарта x.25 оговорена величина 128 октетов. Если принимающая сторона не способна принять пакет данной длины, связь должна быть переустановлена, а стороне-инициатору соединения послано сообщение об ошибке. Каждому пакету данные присваивается порядковый номер N(S), значение которого при установлении соединения равно нулю.



Рис. 4.3.2.9. Форматы пакетов данные. Слева - по модулю 8, справа - по модулю 128

Q -бит определяет тип кадра-пакета, Q=1 - управляющий пакет для PAD, Q=0 - информационный пакет. Бит D используется для запроса специального отклика на пакет со стороны удаленного конца виртуального канала. Бит M указывает на то, что данный пакет является частью более крупного пакета, который должен быть воссоздан позднее.

Индекс S (send) соответствует отправке, а индекс R - приему (receive). Если используется нумерация пакетов по модулю 8, N(S) занимает биты 2-4 включительно, при нумерации по модулю 128 для этого отводятся биты 2-8. Нумерация пакетов позволяет выявить потерю пакетов или изменение порядка их доставки. N(R) является номером пакета с принимающей стороны. Бит подтверждения доставки D (идентификатор формата) служит для указания необходимости сообщения о доставке данных получателем. Если D=1, то DTE обязано подтвердить доставку. Обязательность процедуры подтверждения определяется уже на фазе установления связи (сообщение запрос на установление связи принят). Если какой-либо узел по пути пересылки пакета не поддерживает процедуру подтверждения доставки, он пошлет сообщение запрос завершения (причина - несовместимость у адресата) и связь должна быть сформирована заново с учетом необходимости подтверждения во всех узлах-участниках.


Размер поля данные в пакете может быть разным для разных узлов, участвующих в обмене. По этой причине число полученных пакетов может оказаться больше (или меньше) числа посланных. Для таких случаев предусмотрен флаг m (дополнительные данные). Возможность фрагментации и последующей сборки пакетов определяется управляющими битами M и D (см. таблицу 4.3.2.6).

Таблица 4.3.2.6. Управление фрагментацией и сборкой пакетов с помощью битов M и D

Бит m	Бит d	Выполнение объединения с последующим пакетом (реализуется сетью)
0	0	Нет
0	1	Нет
1	0	Да
1	1	Нет

Таким образом, при фрагментации исходного сообщения все пакеты кроме последнего должны иметь бит m=1. Нумерация пакетов по модулю 8 означает, что им последовательно присваиваются номера 0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2 и т.д. Аналогично при нумерации по модулю 128 - 0,1,2,...127,0,1,2,3 и т.д. Форма нумерации пакетов определяет также размер “окна”, то есть число пакетов, которые могут быть переданы, не дожидаюсь подтверждения получения. По умолчанию размер окна равен 2, другие значения могут быть согласованы на фазе установления соединения. Принцип использования окон при передаче пакетов более подробно описан в разделе “3.6.2 .

Для управления процессом передачи данных используются сообщения “готов к приему” и “не готов к приему”. Форматы этих пакетов показаны на рис. 4.3.2.10 и 4.3.2.11.



Рис 4.3.2.10. Формат пакетов готовность к приему и неготовность к приему при нумерации по модулю 8.



Рис 4.3.2.11. Формат пакетов готовность к приему и неготовность к приему при нумерации по модулю 128.

Код N(R) на входе DCE должен лежать в пределах между N(R) последнего принятого пакета и N(S) следующего пакета, который должен быть послан из DCE к DTE. При невыполнении этого условия связь будет переустановлена и передача повторена. Пакеты готовность к приему используются для сообщения о готовности принять пакеты, с номерами, начиная с номера N(R), приведенного в пакете. Пакеты неготовность к приему служат для того, чтобы сообщить о временной неспособности принять данные.


При поступлении этого сообщения отправитель должен прервать передачу до получения сообщения готовность к приему. DTE может передавать данные удаленному DTE, не следуя правилам управления потоком данных. Для реализации такой возможности предусмотрена операция прерывания. Эта операция не влияет на передачу данных и управление. Формат пакета прерывание и подтверждение прерывания показан на рис. 4.3.2.12.



Рис. 4.3.2.12. Формат пакетов прерывание и подтверждение прерывания

Идентификатор формата равен 0x1 для нумерации по модулю 8 и 0x2 при нумерации по модулю 128. Передав сообщение прерывание, DTE должно ожидать получение пакета подтверждение прерывания. Максимальный размер поля данные пользователя в пакете прерывание не должен превышать 32 байт.

Иногда в сетях для сообщения об ошибке используется пакет “диагностика”. Этот пакет посылается DCE, адресуется DTE и несет информацию о неустранимых на уровне пакетов ошибках. Пакет диагностика посылается лишь один раз сразу после выявления ошибки. Подтверждения его получения не требуется. Формат пакета показан на рис. 4.3.2.13.



Рис. 4.3.2.13. Формат пакета диагностика

Поле код диагностики несет в себе информацию об ошибке, вызвавшей посылку этого пакета. Если же пакет диагностика передается в качестве отклика на пакет с ошибками от DTE, то поле уточнение диагностики содержит первые три байта пакета DTE.

Современные сети создаются ради доступа к определенным услугам. В протоколе X.25 предусмотрена процедура, которая позволяет получить текущие значения параметров услуг (опций) и модифицировать их. Эта процедура называется регистрацией и не является обязательной. Форматы пакетов запроса регистрации и подтверждения регистрации показаны на рис. 4.3.2.14 и 4.3.2.15. Максимальный размер поля регистрация составляет 109 байт. Инициатором регистрации всегда является dte, которое передает запрос регистрации. В качестве отклика dce посылает пакет подтверждение регистрации, в котором содержатся информация о параметрах доступных услуг.


Для выявления доступных услуг может быть послан запрос регистрации, не содержащий списка запрашиваемых услуг.



Рис. 4.3.2.14. Формат пакетов запрос регистрации



Рис. 4.3.2.15. Формат пакетов подтверждение регистрации

Получив список доступных услуг из сообщения подтверждение регистрации, может поменять параметры некоторых из них. Если значение какого-либо параметра услуги (опции) не разрешено, DCE должно сообщить разрешенное значение параметра и максимальное и или минимальное разрешенное значение (в зависимости от того больше или меньше допустимого оказалось значение запрошенного параметра).

Неисправность сети может привести к тому, что та или иная согласованная ранее услуга станет недоступной. В этом случае DCE должно инициировать процедуру повторного пуска, чтобы уведомить DTE о случившихся изменениях.

Кроме процедуры регистрации к необязательным процедурам относятся услуги для замкнутой группы, идентификация пользователей сети, группа поиска, ускоренный обмен, переадресация вызовов, выбор транзитной сети, сообщения о модифицированном адресе, согласование параметров управления потоком и некоторые другие.

Повторная передача пакетов согласуется на определенное время и может использоваться во всех логических каналах DTE-DCE. DTE запрашивает повторную передачу одного или нескольких пакетов данные путем посылки сообщения отказ reject), которое определяет логический канал и порядковый номер пакета N(R). Получив пакет отказ DCE, DTE начинает повторную передачу пакетов. Формат пакетов отказ для случаев нумерации по модулю 8 и 128 показан на рис. 4.3.2.16.



Рис. 4.3.2.16. Форматы пакетов типа отказ для нумерации по модулю 8 (слева) и 128

Программное обеспечение принимающей и передающей сторон должно иметь переменные состояния V(R) и V(S), содержащие, соответственно, номера пакетов, которые предстоит получить и послать (см. описание процедуры HDLC). После посылки очередного пакета с N(S) значение V(S) увеличивается на 1. Принимающая сторона сравнивает V(R) с N(S) полученного пакета, при совпадении укладывает N(S) в поле N(R) пакета-отклика и инкрементирует V(R).


Отправитель при получении пакета проверяет равенство переменной V(S) и кода поля N(R) в пакете-отклике. Если при получении пакета выясняется, что V(R) не равно N(S), V(R) не инкрементируется, а принимающая сторона отправляет отклик с N(R)=V(R). Отправитель, получив этот отклик и обнаружив, что V(S) не равно N(R), узнает о происшедшем сбое. Номер логического канала (LCN) служит для того, чтобы определить соответствие межу DTE и местным DCE. LCN вместе с полем группового номера логического канала занимают 12 бит, что позволяет иметь до 4095 логических каналов (LCN=0 зарезервировано для использования DCE).

4 бита первого байта управляющего пакета содержат в себе код типа сообщения (таблица 4.3.2.7):

Таблица 4.3.2.7 Коды типов сообщений

Код типа сообщения	Команда PAD	Отправитель
0001	Команда разъединения	ЭВМ
0010	Установление параметров	ЭВМ
0011	Индикация разъединения	ЭВМ или PAD
0100	Чтение параметров	ЭВМ
0101	Ошибка	PAD
0110	Установка и чтение параметров	ЭВМ

В поле управляющего сообщения PAD может быть включено любое число параметров, которое допускает максимальный размер пакета. Каждый параметр имеет свой код-номер, за которым в пакете следует значение параметра (таблица 4.3.2.8):

Таблица 4.3.2.8. Коды параметров PAD

Код параметра	Описание
1	Обращение к ПАД с использованием управляющего символа
2	Эхо-контроль
3	Выбор сигнала посылки пакета
4	Выбор продолжительности ожидания для таймера
5	Управление вспомогательным устройством
6	Подавление управляющих сигналов ПАД
7	Выбор действий ПАД при получении сигнала разрыва
8	Прерывание вывода
9	Кодовая последовательность после сигнала "возврат каретки"
10	Перенос строки, длина которой ограничена размерами экрана дисплея
11	Скорость работы старт-стопного терминала
12	Управление потоком ПАД
13	Вставка символа "перевод строки" после символа "возврат каретки"
14	Заполнение после сигнала "перевод строки"
15	Редактирование
16	Стирание символа
17	Стирание строки
18	Вывод строки на экран дисплея
19	Редактирование сигналов управления ПАД
20	Маскирование эхо-контроля
21	Обработка символов контроля на четность
22	Ожидание страницы

При работе TCP/IP сети через каналы X.25 и наоборот следует учитывать некоторые отличия кодов предпочтения в полях TOS. Таблица 4.3.2.9 содержит соответствие этих кодов для этих сетей.

Таблица 4.3.2.9. Соответствие кодов TOS для сетей TCP/IP и X.25

IP	X.25	IP	X.25
000	00	001	01
010	10	011 - 111	11

Для реализации работы сетей ISDN по существующим каналам сети X.25 разработан протокол X.31. X.31 организует канал пользователь-маршрутизатор X.25 (через посредство ISDN) и регламентирует работу ISDN с пакетами X.25.

Для решения первой задачи используется сообщение SETUP. Вторая задача решается, когда канал до маршрутизатора сформирован. На этом этапе привлекается набор протоколов X.25, возможно применение протокола X.75 (ISO 8208), который является расширением X.25 для межсетевых связей.

Региональные сети

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Региональные сети (WAN - Wide Area Network) с точки зрения архитектуры и протоколов практически не отличаются от глобальных. В региональных сетях обычно не используются трансокеанские кабели, но это отличие не может рассматриваться как принципиальное. Региональные сети решают проблему формирования из LAN (локальных сетей) сетей регионов и целых стран и даже наднациональных сетей (например, E-BONE для Европы). Как правило, эти сети строятся с использованием протоколов SDH, ATM, ISDN, Frame Relay или X.25. Архитектурно такие сети формируются из каналов со схемой точка-точка и мощных коммутаторов-мультиплексоров. Из таких фрагментов формируются и опорные сети (BackBone), которые позволяют сократить число шагов от узла к узлу. В этих сетях в основном используются оптоволоконные транспортные системы, а там где это нерентабельно, спутниковые или радиорелейные каналы.

С появлением корпоративных сетей типа Интранет понятия локальной и региональной сетей стало частично перекрываться. Для пользователя Интранет все узлы такой сети являются локальными, хотя и могут отстоять на сотни или даже тысячи километров друг от друга. По существу сети Интранет являются наложенными сетями по отношению к региональным сетям (WAN). Интернет также следует отнести к числу наложенных сетей по отношению к WAN.

Синхронные каналы SDH/SONET

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Мультиплексирование потоков информации при формировании мощных региональных и межрегиональных каналов имеет два решения. Одно базируется на синхронном мультиплексировании и носит название синхронная цифровая иерархия (SDH, cм. Н.Н.Слепов, Синхронные цифровые сети SDH. ЭКО-ТРЕНДЗ, Москва, 1998), другое использует простой асинхронный пакетный обмен и носит название асинхронный режим передачи (ATM, см. предыдущую главу).

Стандарт SDH (synchronous digital hierarchy) разработан в Европе, (предназначен для замены иерархии асинхронных линий E-1/E-3) используется в настоящее время многими сетями и представляет собой модификацию американского стандарта на передачу данных по оптическим каналам связи SONET (synchronous optical network). Несмотря на свое название SONET не ограничивается исключительно оптическими каналами. Спецификация определяет требования для оптического одно- и мультимодового волокна, а также для 75-омного коаксиального кабеля CATV 75. Пропускная способность SONET начинается с 51,84 Мбит/с STS-1 (synchronous transport signal-1). Более высокие скорости передачи информации в sonet кратны этому значению. Стандартизованы следующие скорости передачи, которые кратны скорости 64 Кбит/с.

STS-1	51,840		STS-18	933,120
STS-3	155,520		STS-24	1244,160
STS-9	466,560		STS-36	1866,240
STS-12	622,080		STS-48	2488,320

Соответствие каналов SONET и SDH приведено ниже[W. Simpson RFC-1619 “PPP over SONET/SDH”] (и тот и другой могут использоваться для организации связей по схеме PPP):

sonet	sdh
STS-3c	STM-1
STS-12c	STM-4
STS-48c	STM-16

sonet (стандарт ANSI, предназначенный для замены NADH - north american digital hierarchy) использует улучшенную PDH - (plesiochronous digital hierarchy - plesios - близкий (греч.)) схему мультиплексирования каналов. В плезиохронной (почти синхронной) иерархии используется мультиплексирование с чередованием бит, а не байт. Мультиплексор формирует из N входных потоков один выходной (сети, где разные часы сфазированы с разными стандартами, но все они привязаны к одной базовой частоте называются плезиохронными).
Так как скорости разных каналов могут не совпадать и нет структур, которые могли бы определить позиции битов для каждого из каналов, используется побитовая синхронизация. Здесь мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков путем введения (или изъятия) соответствующего числа бит. Информация о введенных и изъятых битах передается по служебным каналам. Помимо синхронизации на уровне мультиплексора происходит и формирование кадров и мультикадров. Так для канала Т2 (6312кбит/с) длина кадра равна 789 бит при частоте кадров 8 кГц. Мультикадр содержит 12 кадров. Помимо европейской и американской иерархии каналов существует также японская. Каждая из этих иерархий имеет несколько уровней. Сравнение этих иерархий представлено в таблице 4.3.6.1.

Таблица 4.3.6.1. Сравнение европейской и американской иерархии каналов

Уровень иерархии	Скорости передачи для иерархий
	Американская 1544 Кбит/c	Европейская 2048 Кбит/c	Японская 1544 Кбит/c
0	64 (DS0)	64	64
1	1544 (DS1)	2048 (Е1)	1544 (DS1)
2	6312 (DS2)	8448 (Е2)	6312 (DS2)
3	44736 (DS3)	34368 (Е3)	32064 (DSJ3)
4	274176 (Не входит в рекомендации МСЭ-Т)	139264 (Е4)	97728 (DSJ4)

Но добавление выравнивающих бит в PDH делает затруднительным идентификацию и вывод потоков 64 Кбит/с или 2 Мбит/с, замешанных в потоке 140 Мбит/с, без полного демультиплексирования и удаления выравнивающих бит. Если для цифровой телефонии PDH достаточно эффективна, то для передачи данных она оказалась недостаточно гибкой. Именно это обстоятельство определило преимущество систем SONET/SDH. Эти виды иерархических систем позволяют оперировать потоками без необходимости сборки/разборки. Структура кадров позволяет выполнять не только маршрутизацию, но и осуществлять управление сетями любой топологии. Здесь использован чисто синхронный принцип передачи и побайтовое, а не побитовое чередование при мультиплексировании. Первичной скоростью SONET выбрана 50688 Мбит/с (ОС1). Число уровней иерархии значительно расширено (до 48). Кратность уровней иерархии равна номеру уровня.



CCITT выработал следующие рекомендации на эту тему: G.707, G.708 и G.709. CCITT разработал рекомендации для высокоскоростных каналов H:

H0		384 Кбит/с=4*64 Кбит/с. 3*h0=1,544 Мбит/с
H1	H11	1536 Кбит/с
	H12	1920 Кбит/с
h4		~135 Мбит/с
H21		~34 Мбит/с
H22		~55 Мбит/с.

На нижних уровнях SDH и SONET в некоторых деталях различаются. Внедрение стандарта SONET ликвидировало многие недостатки каналов T-1 (ограничения на размер максимальной полезной нагрузки, простота стыковки скоростных каналов связи). SONET хорошо согласуется с ATM и FDDI, что создает фундаментальный базис для широкополосных сетей ISDN (B-ISDN). Следует учитывать, что SONET сохраняет совместимость с уже существующими каналами, убирая лишь некоторые присущие им недостатки. Одним из базовых каналов сегодня является T-1 (1544 Кбит/с для США). Он содержит в себе 24 субканалов DS-0 (digital signal at zero level, 64 Кбит/с, США). Мультиплексирование 24 каналов DS-0 по времени формирует канал DS-1 (24 канала*64 Кбит/с)+8 Кбит/с=1544 Кбит/с, последнее слагаемое связано с заголовками информационных блоков). Этой величине соответствует в Европе 2048 Кбит/с (канал E-1 = 30*ds0). Два канала T-1 образуют канал T-1c, четыре канала T-1 формируют канал T-2, а семь T-2 (28 T-1) образуют T-3. Для оптических систем связи в качестве базового принят канал OC-1, равный по пропускной способности T-3. А кадр STS-1 выбран в качестве основного в системе SONET. Кадр STS-1 имеет 9 строк и 90 столбцов (810 байт). Кадры передаются с частотой 8 кГц, что дает для канала STS-1 51840 Кбит/с = 8000Гц*810байт*8бит. Эта цифра характеризует физическую скорость обмена, включающую в себя передачу служебной информации (заголовков), эффективная информационная пропускная способность равна 50112 Кбит/с. Быстродействие каналов более высокого уровня SONET получается умножением пропускной способности STS-1 (51,84 Мбит/с) на целое число. Так пропускная способность OC-3 будет равна 155,52 Мбит/с, а OC-24 - 1244,16 Мбит/с и т.д. Целью создателей SONET было прямая стыковка оптических каналов различных сервис-провайдеров (вспомним, что непосредственное соединение каналов T-1 и E-1 не возможно).


SDH допускает сцепление нескольких контейнеров (в том числе и разных размеров), если в один контейнер данные не помещаются. Допускается объединение нескольких контейнеров равного размера в один большой. Хотя относительный размер заголовка виртуального контейнера невелик (~3,33%), его объем достаточен для передачи достаточно больших объемов служебной информации (до 5,184 Мбит/c).

В SONET предусмотрено четыре варианта соединений: точка-точка, линейная цепочка (add-drop), простое кольцо и сцепленное кольцо (interlocking ring). Линейные варианты используются для ответвлений от основного кольца сети. Наиболее распространенная топология - самовосстанавливающееся кольцо (см. также ). Такое кольцо состоит из ряда узлов, которые связаны между собой двухсторонними линиями связи, образующими кольцо и обеспечивающими передачу сообщений по и против часовой стрелки. Способность сетей SONET к самовосстановлению определяется не только топологией, но и средствами управления и контроля состояния. При повреждении трафик перенаправляется в обход, локально это приводит к возрастанию информационного потока, по этой причине для самовосстановления сеть должна иметь резерв пропускной способности (как минимум двойной). Но, проектируя сеть, нужно избегать схем, при которых основной и резервный маршрут проходят через одну и ту же точку, так как они могут быть, если не повезет, повреждены одновременно. Резервные пути могут использоваться для низкоприоритетных обменов, которые могут быть заблокированы при самовосстановлении.
Сети SONET (и SDH) имеют 4 архитектурных уровня:

фотонный (photonic) - нижний уровень иерархии. Этот уровень определяет стандарты на форму и преобразование оптических сигналов, на электронно-оптические связи.

секционный (section) - предназначен для управление передачей STS-кадров (sonet) между терминалами и повторителями. В его функции входит контроль ошибок.

линейный (line) - служит для синхронизации и мультиплексирования, осуществляет связь между отдельными узлами сети и терминальным оборудованием, например линейными мультиплексорами, выполняет некоторые функции управления сетью.



маршрутный (path) - описывает реальные сетевые услуги (T-1 или T-3), предоставляемые пользователю на участке от одного терминального оборудования до другого.

Существующие PDH-сети мультиплексируют каналы, используя каскадную схему, показанную на рис. 4.3.6.1.



Рис. 4.3.6.1. pdh-мультиплесирование

SDH-иерархия распространяется до 2500 Мбит/с и может быть расширена вплоть до 13 Гбит/с (ограничение оптического кабеля). SDH предоставляет существенно улучшенную схему мультиплексирования каналов для быстродействующих интерфейсов с полосой 150 Мбит/с и выше:

спечивается единый стандарт для мультиплексирования и межсетевого соединения;

мой доступ к низкоскоростным каналам без необходимости полного демультиплексирования сигнала;

стая схема управления сетью;

можность использования новых протоколов, по мере их появления (напр. atm)

При передаче по сети SDH информация вкладывается в специальные структуры, называемые виртуальными контейнерами (VC). Эти контейнеры состоят из двух частей:

бственно контейнер (C), где лежит передаваемая информация;

головок (path overhead - POH), который содержит вспомогательную информацию о канале, управляющую информацию, связанную с маршрутом передачи.

Описано несколько типов виртуальных контейнеров для использования в различных каналах.

Таблица 4.3.6.2. Виды виртуальных контейнеров

Виртуальный контейнер	Поддерживаемые услуги
VC-11	1.544 Мбит/с североамериканские каналы
VC-12	2.048 Мбит/с европейские каналы
VC-2	6.312 Мбит/с каналы (используются редко). VC-2 могут также объединяться для достижения больших скоростей
VC-3	34.368 Мбит/с и 44.736 Мбит/с каналы
VC-4	139.264 Мбит/с каналы и другие высокоскоростные услуги

В схеме мультиплексирования применены следующие обозначения:

С-n	Контейнер уровня n (n=1,2,3,4);
VC-n	Виртуальный контейнер уровня n (n=1,2,3,4);
TU-n	Трибные блоки уровня n (n=1,2,3);
TUG-n	Группа трибных блоков n (n=2,3);
AU-n	Административные блоки уровня n (n=3,4);
AUG	Группа административных блоков (стандарт G.709).

Контейнеры С-n используются для инкапсуляции сигналов каналов доступа или трибов, при этом уровни n соответствуют уровням PDH.


Контейнер С-1 может нести в себе контейнер С-11, который содержит триб Т1=1,54 Мбит/с, и контейнер С-12, несущий триб Е1=2 Мбит/с. Контейнер С-2 разбивается на контейнер С-21, содержащий триб Т2=6 Мбит/с и контейнер С-22 с трибом Е2=8Мбит/с. Контейнер С-3 разбивается на контейнер С-31 (триб Е3=34 Мбит/с) и контейнер С-32 с трибом Т3=45Мбит/с. С-4 не имеет подуровней и несет в себе триб Е4=140 Мбит/с.

Виртуальный контейнер VC-3 делится на два виртуальных контейнера VC-31 и VC-32, полезная нагрузка VC-3 образуется из одного контейнера С-3 или с помощью мультиплексирования нескольких групп TUG-2.

Виртуальный контейнер VC-4 с полезной нагрузкой в виде контейнера С-4 или путем мультиплексирования нескольких групп TUG-2 и TUG-3.

Административный блок AU-3 разбивается на подуровни AU-31 и AU-32, поле данных которых формируется из виртуального контейнера VC-31 или VC-32 соответственно.

Административный блок AU-4 не имеет подуровней, его поле данных формируется из виртуального контейнера VC-4 или комбинаций других блоков: 4*VC-31 или 3*VC-32 или 21*TUG-21 или 16*TUG-22.



Рис. 4.3.6.2 Иерархия мультиплексирования SDH

На рис. 4.3.6.2 отображена иерархия мультиплексирования потоков информации в SDH. На рисунке не показана возможность вложения контейнера VC-11 в TU-12. SDH-сигнал состоит из STM-1 кадров (synchronous transport module уровень 1; рис. 4.3.6.3). Этот сигнал обеспечивает интерфейс для обмена со скоростью 155.52 Мбит/c, что является базовым блоком, из которого строятся интерфейсы с более высоким быстродействием. Для более высоких скоростей может быть использовано n STM-1 кадров с перекрытием байтов (byte interleave, см. рис. 4.3.6.6). Согласно требованиям CCITT n может принимать значения 1, 4 и 16, предоставляя интерфейс для каналов с полосой 155.52, 622.08 и 2488 Мбит/с. Каждый STM-1 кадр содержит 2430 байтов, передаваемых каждые 125 мксек. Для удобства такой кадр можно отобразить в виде блока, содержащего 9 строк по 270 байт.



Рис. 4.3.6.3 Структура кадра STM-1



Первые 9 колонок кадра, исключая строку 4, используются в качестве заголовка. Регенераторная часть служит для передачи сигнала между линейным оборудованием и несет в себе флаги разграничения кадров, средства для обнаружения ошибок и управления телекоммуникационным каналом.

Мультиплексорный заголовок используется мультиплексорами, обеспечивая детектирование ошибок и информационный канал с пропускной способностью 576 Кбит/с. AU (administrative units) - предлагает механизм эффективной транспортировки информации STM-1. Административный блок перераспределяет информацию внутри виртуального контейнера. Начало виртуального контейнера индицируется указателем au, в котором содержится номер байта, с которого начинается контейнер. Таким образом, начала STM-1 и VC не обязательно совпадают.





Рис. 4.3.6.5. VC-4, плавающий в AU-4

VC-4 (см. рис. 4.3.6.5) позволяет реализовать каналы с быстродействием 139.264 Кбит/с. Более высокая скорость обмена может быть достигнута путем соединения нескольких VC-4 вместе. Для более низких скоростей (около 50 Мбит/с) предлагается структура AU-3.

Три VC-3 помещаются в один кадр STM-1, каждый со своим au-указателем. Когда три VC-3 мультиплексируются в один STM-1, их байты чередуются, то есть за байтом первого VC-3 следует байт второго vc-3, а затем третьего. Чередование байтов (byte interleaving) используется для минимизации задержек при буферизации. Каждый VC-3 имеет свой AU-указатель, что позволяет им произвольно размещаться в пределах кадра STM-1.



Рис. 4.3.6.6. Три VC-3 в STM-1 кадре

Каждому VC-3 при занесении в STM-1 добавляется 2 колонки заполнителей, которые размещаются между 29 и 30, а также между 57 и 58-ой колонками контейнера VC-3. VC, соответствующие низким скоростям, сначала вкладываются в структуры, называемые TU (tributary units - вложенные блоки), и лишь затем в более крупные - VC-3 или VC-4. TU-указатели позволяют VC низкого уровня размещаться независимо друг от друга и от VC высокого уровня.

VC-4 может нести в себе три VC-3 непосредственно, используя TU-3 структуры, аналогичные AU-3.


Однако транспортировка VC-1 и VC-2 внутри vc- 3 несколько сложнее. Необходим дополнительный шаг для облегчения процесса мультиплексирования VC-1 и VC-2 в структуры более высокого уровня (см. рис. 4.3.6.7).



Рис. 4.3.6.7. Транспортировка VC при низких скоростях с использованием TU-структур

Так как VC-1 и VC-2 оформляются как TU, они вкладываются в TUG (Tributary Unit Group). TUG-2 имеет 9 рядов и 12 колонок, куда укладывается 4 VC-11, 3 VC-12 или один VC-2. Каждый TUG-2 может содержать VC только одного типа. Но TUG-2, содержащие различные VC, могут быть перемешаны произвольным образом. Фиксированный размер TUG-2 ликвидирует различия между размерами VC-1 и VC-2, упрощая мультиплексирование виртуальных контейнеров различных типов и их размещение в контейнерах более высокого уровня. Данная схема мультиплексирования требует более простого и дешевого оборудования для осуществления мультиплексирования, чем PDH.

Если в SDH управление осуществляется на скоростях в несколько килобайт, в ATM оно реализуется на скорости канала, что влечет за собой определенные издержки.

Для управления SDH/SONET используется протокол SNMP (см. RFC-1595, “Definitions of Managed Objects for the SONET/SDH Interface Type”) и база данных MIB.

Архитектура сети, базирующейся на SDH, может иметь кольцевую структуру или схему точка-точка.

---

---