Kapitel 2: Technologien im Überblick

2.6. ATM-gestütztes B-ISDN

2.6.1. Einleitung

ATM wurde ursprünglich im Hinblick auf die Realisierung des Breitband-ISDN (B-ISDN) vorgeschlagen und von der ITU-T (International Telecommunication Union) definiert. Aufgrund der getroffenen Festlegungen blieb das B-ISDN jedoch nicht die einzige ATM-Anwendung. Vielmehr entwickelte sich ATM in den letzten Jahren zur Grundlage der nächsten Generation von lokalen Netzen. Ausschlaggebend hierfür war insbesondere die flexible Art der Bandbreitenzuordnung je Verbindung, unabhängig vom augenblicklichen Bedarf einer Anwendung.

Bei ATM handelt es sich um eine Übermittlungstechnik, das ATM-Verfahren kann daher als Basis für die verschiedensten Netzwerke dienen. Hier muß nochmals betont werden, daß ATM nicht die Bezeichnung für ein bestimmtes Netz darstellt, kein Protokoll ist und erst recht keine Definition für ein neues LAN-Zugriffsverfahren oder ein bestimmtes Übertragungsmedium.

Die ATM-Übermittlungstechnik basiert auf einer vereinfachten, verbindungsbezogenen Paketvermittlung, bei der die Nutz- und Signalisierungsinformationen in Form von Paketen fester Länge, den sogenannten Zellen, übermittelt werden. Diese Zellen werden asynchron von den Quellen erzeugt und übertragen.

Einer Anwendung stehen keine fest zugeordneten Bandbreiten zur Verfügung, sondern die Quellen belegen eine gewisse Anzahl von Zellen innerhalb eines Zeitabschnitts.

Beim Verbindungsaufbau muß die resultierende Bandbreite reserviert werden. Die Zellenvermittlung arbeitet nach dem Speichervermittlungsverfahren. Der prinzipielle Ablauf ist mit der Paketvermittlung vergleichbar. Die Hauptunterschiede zwischen der Zellenvermittlung und der Paketvermittlung bestehen in den festgelegten Paketlängen sowie dem Verzicht auf Flußkontrolle und Fehlerbehebung. Die Flußkontrolle ist wegen den sehr hohen Übertragungsgeschwindigkeiten nicht möglich, Echtzeitanwendungen lassen zudem keine Fehlersicherung zu.

Das ATM-Prinzip stellt die Basistechnologie zukünftiger Kommunikationssysteme dar. Basierend auf dieser Technik werden Kommunikationsnetze der Zukunft Kommunikations-Ressourcen anbieten wie Strom aus der Steckdose - bedarfsgerecht und anwendungsunabhängig [17], [19], [20], [21].

2.6.1.1. Grundlagen verschiedener Übermittlungsverfahren

Bevor näher auf die Funktionsweise des Asynchronen Transfer Modus (ATM) eingegangen werden soll, werden in diesem Unterkapitel zunächst einige Grundlagen von Übermittlungsverfahren eingeführt. Zusätzlich wird ein kurzer Vergleich der wichtigsten Verfahren durchgeführt.

Ein Übermittlungsverfahren befaßt sich im wesentlichen mit der Übertragung und der Vermittlung von Nachrichten bzw. Signalen. Im Zusammenhang mit den Übertragungs- und Vermittlungstechniken wurde von der ITU-T der Begriff des Transfermodus geprägt. Hier wird grundsätzlich zwischen dem synchronen Transfermodus und dem asynchronen Transfermodus unterschieden. Die Übermittlungsverfahren unterscheiden sich dabei im wesentlichen durch das verwendete Multiplexverfahren, durch die jeweilige Vermittlungs-technik sowie durch den Verbindungsdienst.

Im folgenden soll versucht werden, diese Unterschiede genauer herauszustellen.

2.6.1.1.1. Multiplexverfahren

Multiplexverfahren ermöglichen die Übertragung mehrerer voneinander unabhängiger Datenströme über ein und dasselbe physikalische Medium. Es gibt eine Vielzahl verschiedenartiger Multiplexverfahren. Telefongesellschaften setzten schon vor über 30 Jahren sogenannte Frequenz-Multiplexverfahren ein. Bei diesem Verfahren wurden Sprachkanäle vor der Übertragung verschiedenen Übertragungsfrequenzen aufmoduliert und anschließend das gesamte Frequenzspektrum übertragen. Nach der Übertragung ließen sich die einzelnen Sprachkanäle durch Demodulation wieder zurückgewinnen.

Neben dem Frequenz-Multiplexverfahren spielen Zeit-Multiplexverfahren die größte Rolle. Man unterscheidet hier zwischen synchronen und asynchronen Zeit-Multiplexverfahren.

Synchrones Zeit-Multiplexing

Bei diesem Multiplexverfahren werden Übertragungsrahmen, die aus einer bestimmten Anzahl von Zeitschlitzen fester Größe bestehen, definiert. Jedem zu übertragenden Datenstrom wird nun ein ganz bestimmter Zeitschlitz innerhalb dieses Übertragungsrahmens zugeordnet. Ein Kanal läßt sich hier eindeutig anhand der Position des Zeitschlitzes innerhalb des Übertragungsrahmens identifizieren.

Asynchrones Zeit-Multiplexing

Bei diesem Verfahren werden die zu übertragenden Datenströme in Informationseinheiten umgewandelt und asynchron übertragen. Jedes Datenpaket wird hier mit einer eindeutigen Kanalkennung versehen, so daß eine eindeutige Zuordnung der Informationseinheiten zu den verschiedenen Sendekanälen erfolgen kann. Werden zur Übertragung Datenpakete fester Länge verwendet, so spricht man von Paket-Vermittlung, bei Datenpaketen variabler Länge spricht man hingegen von Zellen-Vermittlung.

2.6.1.1.2. Vermittlungstechniken

Vermittlungstechniken legen fest, auf welche Art und Weise der Übertragungspfad zwischen Sender und Empfänger in einem zugrundeliegenden Netzwerk ermittelt wird. Als traditionelle Vermittlungstechniken haben sich die Leitungsvermittlung und die Paketvermittlung etabliert. Darüber hinaus gibt es einige weitere Verfahren, die sich zwischen diesen beiden Eckpunkten einordnen lassen. ATM z.B. verwendet schnelle Paketvermittlung als Vermittlungstechnik.

Leitungsvermittlung

Bei der Leitungsvermittlung wird zwischen Sender und Empfänger eine physikalische Verbindung aufgebaut. Vor der eigentlichen Datenübertragung muß der Übertragungspfad zwischen den Kommunikationsteilnehmern etabliert sein. Für viele Anwendungen sind hier insbesondere die langen Verbindungsaufbauzeiten störend.

Ist eine Verbindung jedoch erst einmal geschaltet, so kommunizieren die Endteilnehmer exklusiv über den zur Verfügung gestellten Kanal, d.h. einer Verbindung steht die maximale Bitrate zur Verfügung.

Ist die gewünschte Datenrate allerdings niedriger als diese Bitrate, so geht die nicht benötigte Bandbreite verloren, da sie von keinem anderen Benutzer verwendet werden kann. Dies hat zur Folge, daß die Netzressourcen u.U. nicht besonders gut ausgelastet werden, dies ist insbesonere für burstartigen Datenverkehr der Fall, bei dem ein Kanal für die Spitzenlast dimensioniert werden muß.

Durch die feste Zuteilung der Verbindungen zu den jeweiligen Übertragungskanälen ist der Vermittlungsvorgang relativ einfach.

Paketvermittlung

Bei der paketorientierten Vermittlung werden die zu übertragenden Datenströme in Datenpakete variabler Länge gepackt. Zusätzlich werden im Paket-Header weitere Informationen, insbesondere Routinginformationen, untergebracht. Anschließend werden die Pakete über das Netz gesendet, ohne vorab eine physikalische Verbindung zwischen den Kommunikationsteilnehmern herzustellen. Bei der Paketvermittlung besteht also im Unterschied zur Leitungsvermittlung keine physikalische Verbindung, sondern lediglich eine logische Verbindung. Während bei der Leitungsvermittlung einer Verbindung eine feste Bandbreite zugeordnet wird, wird bei der Paketvermittlung Bandbreite bedarfsorientiert angefordert bzw. genutzt, d.h. hier können ungenutzte Übertragungskapazitäten von anderen Anwendern mitverwendet werden. Da den Verbindungen keine dezidierte Bandbreite zugeordnet ist, kann es im Falle der Paketvermittlung zu Paketverlusten durch Überlastung kommen, falls momentan keine ausreichende Bandbreite vorhanden ist. Da Pakete in den Vermittlungsknoten zwischengespeichert werden können, können solche Verluste bedingt aufgefangen werden.

2.6.1.1.3. Verbindungsdienste

Bei den Verbindungsdiensten unterscheiden wir zwei Arten: die verbindungsorientierte Kommunikation und die verbindungslose Kommunikation.

Verbindungsorientierte Kommunikation

Bei verbindungsorientierten Übertragungsverfahren lassen sich Mechanismen zur Fehlerkontrolle und zur Empfangs- bzw. Sendebestätigung anwenden. Diese Mechanismen setzen voraus, daß eine (virtuelle) Verbindung zwischen den Endteilnehmern besteht bevor Daten übertragen werden. Treten während der Datenübertragung Probleme auf, so können diese aufgrund verschiedener Konzepte, wie z.B. Sequenznummern, erkannt und der Gegenstelle mitgeteilt werden. Verbindungsorientierte Kommunikation ermöglicht die Realisierung von fehlertoleranten Diensten.

Verbindungslose Kommunikation

Bei verbindungsloser Kommunikation werden einzelne Pakete übertragen, ohne daß eine Empfangsbestätigung erfolgt, man spricht hier auch von Datagrammdienst. Da keine Verbindung zwischen den Kommunikationspartnern besteht, muß jedes Datenpaket die komplette Zieladresse beinhalten.

Jedes Datenpaket wird hier unabhängig von den anderen Datenpaketen der selben "Verbindung" übertragen. Bei verbindungsloser Kommunikation wird insbesondere auch keine Reihenfolgetreue der Pakete vorausgesetzt.

2.6.1.2. Vergleich der Transfertechniken

Aufgrund der zuvor eingeführten Konzepte unterscheiden wir drei verschiedene Übermittlungsverfahren. Dies sind der Synchronous Transfer Mode (STM) der Packet Transfer Mode (PTM) sowie der Asynchronous Transfer Mode (ATM).

Anschließend sollen die wesentlichen Merkmale der einzelnen Übermittlungsverfahren in einem vergleichenden Überblick dargestellt werden.

	STM	PTM	ATM
Multiplexverfahren	synchrones Zeit-Multiplexing	asynchrones Zeit-Multiplexing (Informations-einheiten variabler Länge)	asynchrones Zeit-Multiplexing (Informations-einheiten fester Länge)
Vermittlungstechnik	Leitungsvermittlung	Paketvermittlung bzw. Speichervermittlung	Zellenvermittlung
Verbindungsdienst	verbindungsorientiert (phys. Verbindung)	verbindungsorientiert (virtuelle Verbindung)	verbindungsorientiert (virtuelle Verbindung)
Anwendungsbeispiele	ISDN, VBN	Frame-Relay	B-ISDN

Tabelle 2.6.1.2.1. Vergleich der Transfertechniken [21]

Bild 2.6.1.2.1 Vergleich der verschiedenen Übemittlungsverfahren [19]

2.6.2. ATM-Prinzipien

Das ATM-Übermittlungsverfahren basiert auf einem vereinfachten, verbindungsorientierten Paketvermittlungsverfahren und schließt die Übertragung und Vermittlung von Nutzinformationen ein. Die Unterschiede zwischen dem ATM-Übermittlungsprinzip und einem traditionellen Paketvermittlungsverfahren lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Keine abschnittsweise Fehlersicherung

Bei der heute eingesetzten Glasfaserübertragung wird eine derart große Übertragungsgüte und -geschwindigkeit erreicht, daß auf eine abschnittsweise Fehlersicherung verzichtet werden kann. Dienste, die eine vollständig fehlerfreie Übermittlung erfodern, können eine Fehlersicherung zwischen den Endnutzern vereinbaren.

• Keine abschnittsweise Flußsteuerung

Die hohen Übertragungs- und Paketverarbeitungsgeschwindigkeiten machen eine solche Flußsteuerung unmöglich.

• Verbindungsbezogene Betriebsweise

Während des Verbindungsaufbaues wird eine virtuelle Verbindung zwischen den Endteilnehmern vereinbart. Zu diesem Zeitpunkt werden auch die benötigten Betriebsmittel für eine Verbindung reserviert. Alle Zellen werden über denselben Verbindungsweg transportiert. Bei Beendigung der Verbindung werden die belegten Resourcen wieder freigegeben.

Nutzdaten werden in Form von Paketen fester Länge - den sogenannten Zellen - übertragen. Jede ATM-Zelle besteht aus einem Zellenkopf, der 5 Oktetts umfaßt, und einem Informationsfeld von 48 Oktetts. Im Informationsfeld werden die eigentlichen Nutz- oder Signalisierungsinformationen übertragen, während das Kopffeld zur Zellenkennzeichnung dient. Diese Kennzeichnung dient dazu, Zellen verschiedener, gleichzeitiger Verbindungen an einem ATM-Anschluß auseinanderzuhalten. ATM-Zellen einer Verbindung tragen also immer die gleiche Kennzeichnung.

ATM arbeitet mit "virtuellen Verbindungen", d.h. es werden keine festen Kanäle oder Pfade zwischen den Endteilnehmern geschaltet, sondern es werden die Zellen einer bestimmten Verbindung dann, wenn sie erzeugt werden, auf einem vorher festgelegten Weg durch das Netz transportiert. Dazu unterscheidet man im Zellenkopf zwischen virtueller Kanal- und virtueller Pfad-Kennzeichnung. Unter einem virtuellen Pfad verstehen wir hier die Zusammenfassung mehrerer virtueller Kanäle. Diese Unterscheidung wird von einigen Netzelementen eingesetzt, um eine schnelle Lenkung der Zellen durch das Netz zu gewährleisten.

Abb. 2.6.2.1. Zellenmultiplex an einem ATM-Anschluß [19]

Nach dem Verbindungsaufbau werden die Zellen gemäß ihren Kennzeichnungen durch das Netz transportiert. Da die einzelnen Verbindungen unterschiedliche Kennzeichnungen verwenden, können mehrere Kommunikationsquellen und -senken einen ATM-Anschluß gemeinsam benutzen. An einem ATM-Anschluß ankommende Zellen werden entsprechend ihrer Kennzeichnung an das entsprechende Ziel weitergeleitet, d.h. es wird im Multiplexverfahren übertragen. Dabei wird allerdings die Gesamtdatenrate nicht in mehrere Kanäle kleiner Übertragungsraten aufgeteilt, wie das bei traditionellen Übermittlungsverfahren oft der Fall ist. Auch wird einer bestimmten Verbindung keine feste Anzahl von Zellen je Zeiteinheit zugeordnet. Die Zuordnung einer Nutzdatenrate erfolgt dynamisch, d.h. die Anzahl der produzierten Zellen entspricht dem tatsächlichen, momentanen Bedarf einer Verbindung.

Um einen kontinuierlichen Zellenstrom zu gewährleisten, werden nicht benötigte ATM-Kapazitäten durch Leerzellen aufgefüllt.

Man sieht, daß sich die Endnutzer hier kein gemeinsames Übertragungsmedium teilen, sondern lediglich ihre ATM-Zellen bei der ATM-Schalteinheit abliefern, ohne sich weiter um Zugriffsalgorithmen kümmern zu müssen. Die ATM-Schalteinheit verteilt die gesamte zur Verfügung stehende Bandbreite nach Bedarf. Diese flexible Datenratenzuordnung eigenet sich hervorragend für nicht kontinuierliche Datendienste, wie z.B. interaktive Datenkommunikation. Zusätzlich lassen sich jedoch auch Dienste mit kontinuierlichen Datenraten unterstützen. Diese Dienste belegen in gleichen zeitlichen Abständen die Zellen.

Abb. 2.6.2.2. Übertragung kontinuierlicher Nutzdaten [19]

Eine ATM-Zelle stellt die kleinste Elementareinheit in einem ATM-Netz dar. Die Festlegung der Zellengröße auf 53 Oktetts ist das Ergebnis eines Kompromisses zwischen den Anforderungen von analoger Sprach- und digitaler Datenübertragung.

Sämtliche anfallenden Nutz- und Signalisierungsinformationen werden auf ATM-Zellen verteilt und übertragen. Dabei können auch Zellen entstehen, deren Informationsfeld nicht vollständig ausgenutzt wird, hier werden Füllinformationen eingefügt, um eine einheitliche Zellenlänge zu garantieren.

Abb. 2.6.2.3. Aufteilung der Nutzdaten in Zellen [19]

In den Endeinrichtungen befinden sich sogenannte Wandler, die eine Anpassung der Nutzdaten an die Zellenübermittlung vornehmen. Das Übermittlungsnetz braucht sich daher nur noch auf den Transport von ATM-Zellen zu beschränken und kann aus diesem Grund sehr einfach gestaltet werden. Alle Netzelemente sind unabhängig von der Übertragungsbandbreite und den speziellen Anforderungen verschiedenster Dienste.

Abb. 2.6.2.4. Anpassung der Nutznachricht in Zellen [19]

Damit die Nutzdaten beim Empfänger rekonstruiert werden können, werden weitere Informationen benötigt. Diese Informationen werden ebenfalls über einen virtuellen Kanal in Form von ATM-Zellen ausgetauscht. Der durch den Austausch von Nutzinformationen entstehende Overhead ist aufgrund der hohen Übertragungsraten, der geringen Zellen-Verzögerungszeiten im Netz sowie der Anpassungsleistungen der Wandler für die Endteilnehmer nicht bemerkbar.

Abb. 2.6.2.5. Übermittlung von ATM-Zellen [19 ]

2.6.3. Aufbau von ATM-Zellen

Bei einer ATM-Zelle handelt es sich um die kleinste Elementareinheit in einem ATM-Netz, die von einem ATM-Übermittlungssystem übertragen und vermittelt wird. ATM-Zellen haben eine feste Länge von 53 Byte und bestehen aus einem Zellenkopffeld von 5 Byte sowie einem Informationsfeld von 48 Byte.

Bild 2.6.3.1. Aufbau einer ATM-Zelle [17], [19]

Das Zellenkopffeld dient der Steuerung der Zellen durch das Netz und unterstützt u.a. die folgenden Funktionen:

• Identifizierung des virtuellen Kanals (16 bit)

Dieses 16-bit-lange Feld dient der Unterscheidung verschiedener gleichzeitiger Verbindungen. Zellen, die zur gleichen virtuellen Verbindung gehören, tragen die gleiche Kanalnummer. Diese virtuelle Kanalnummer ist in beiden Richtungen gleich und wird jeweils für einen Übertragungsabschnitt vergeben.

• Identifizierung des Kanal-Bündels (8 bit am Teilnehmeranschluß und 12 bit zwischen ATM-Vermittlungsstellen)

Sie dient zur Unterscheidung mehrerer Wege der unterschiedlichen Richtungen. Kanal-Bündel stellen hier eine Zusammenfassung von virtuellen Kanälen dar. Kanäle des gleichen Kanal-Bündels werden durch das Übermittlungsnetz erkannt und können so schnell in die entsprechenden Wege geschaltet werden.

• Kennzeichnung der Informationsfeldart (3 bit)

Diese uterscheidet zwischen Nutz- oder Steuerinformationen. Steuerinformationen müssen von den Netzelementen interpretiert werden, Nutzinformationen lediglich weitergeleitet werden.

• Fehlererkennung und Fehlerbehebung im Kopffeld (8 bit)

Die Prüfsumme dient zur Fehlererkennung im Kopffeld und Behebung eines Fehlers.

Das Informationsfeld überträgt Nutz- bzw. Signalisierungsinformationen. Kontinuierliche Bitströme werden auf mehrere ATM-Informationsfelder verteilt und mittels eines kontinuierlichen Zellenstromes übertragen.

2.6.4. Das ATM-Referenzmodell

Analog zu den Prinzipien des OSI-Basisreferenzmodells wurde auch für ATM ein Referenzmodell eingeführt. Einige ATM-Funktionen lassen sich allerdings nicht auf die bekannten OSI-Schichten abbilden, so daß für ATM zwei sehr spezifische zusätzliche Schichten definiert wurden, und zwar die ATM- Schicht und die ATM-Adaptionsschicht (AAL). Diese beiden Schichten sind speziell für den asynchronen Transfer-Modus erforderlich. Die ATM-Schicht erbringt im Prinzip den Zellentransportdienst; in ihr sind die Funktionen des Zellenkopfes festgelegt. Die ATM-Adaptionsschicht paßt die Nutzdaten an das ATM-Zellenformat an.

Abb. 2.6.4. Das ATM-Referenzmodell [17], [19], [20]

Wie aus Abb. 2.6.4. ersichtlich, haben wir eine dreidimensionale Darstellung des ATM-Referenzmodells. Man unterscheidet neben den Schichten zwischen drei sogenannten Kommunikations-Ebenen:

2.6.4.1. Die Nutzerebene (User Plane)

Die Nutzerebene stellt einer Anwendung den Transport von Nutzdaten zur Verfügung. Zur Erbringung ihres Dienstes nutzt sie die Bitübertragungsschicht, die ATM-Schicht sowie die AAL-Schicht. In der AAL-Schicht werden vier verschiedene Adaptionsdienste unterschieden.

Der Informationsfluß innerhalb der Benutzerebene erfolgt also über alle Schichten hinweg. Zusätzlich werden Funktionen wie die Korrektur von Übertragungsfehlern oder die Überwachung des Datenflusses erfüllt.

2.6.4.2. Die Steuerebene

Die Steuerebene dient dem Aufbau, der Unterhaltung und dem Abbau von Nutzverbindungen in der Nutzerebene. ATM ist ein verbindungsorientierter Übertragungsmechanismus. Daher muß jeder Verbindung innerhalb der ATM-Schicht über das Signalisierungsverfahren der Steuerschicht zunächst eine eindeutige Kennung zugeordnet werden. Bei der Kennung unterscheiden wir zwischen Pfadidentifikationen und Kanalidentifikationen.

2.6.4.3. Die Managementebene

Die Managementebene besteht aus zwei Teilbereichen: der Ebene für das Schichten-

Management sowie der Ebene für das Ebenen-Management. Das Schichten-Management dient der Überwachung und Koordination der einzelnen Schichtaufgaben. Typische Aufgaben des Schichten-Managements sind Meta-Signalisierung und Bearbeitung bzw. Steuerung des OAM (Operation And Maintenance)-Informationsflusses. Unter Meta-Signalisierung verstehen wir einen eigenen Informationskanal zur Steuerung der verschiedenen Signalisierungsabläufe. OAM-Informationen dienen zur Überwachung der Netzwerkleistungsfähigkeit und zum Fehlermanagement auf ATM-Ebene.

Das Ebenen-Management übernimmt überwachende und koordinierende Aufgaben im Netz. Dabei werden auch die Funktionen und Abläufe der Managementebene mit den beiden anderen Ebenen koordiniert.

Im folgenden werden die einzelen Schichten des ATM-Referenzmodells näher beschrieben.

2.6.4.4. Die ATM-Bitübertragungsschicht

Die Hauptaufgabe der Bitübertragungsschicht besteht in der Übertragung von Signalen auf einem physikalischen Übertragungsmedium. Innerhalb dieser Schicht werden u.a. der Zugriff auf das Übertragungsmedium, die Signaldarstellung sowie Synchronisationsfunktionalitäten und Fehlerbehandlungsfunktionen definiert.

Bei unserem ATM-Referenzmodell besteht die Bitübertragungsschicht aus zwei Teilschichten: der PMD-Schicht (PMD = Physical Medium Dependent) und der TC-Teilschicht (TC = Transmission Convergence).

2.6.4.4.1. Die TC-Teilschicht

In der TC-Teilschicht paßt man die Zellen der ATM-Schicht an die Übertragungsrahmen des zugrundeliegenden Transportmediums an und übergibt der PMD-Teilschicht eine Bitsequenz.

Innerhalb des Rahmens werden zusätzliche Synchronisations-, Takt- und OAM-Informationen übertragen.

Zwei der wichtigsten Funktionen der Übertragungsanpassung sind die Zellenkodierung sowie die HEC-Generierung:

Zellenkodierung

Die Zellenkodierung stellt sicher, daß der Zelleninhalt eindeutig vom Zellenheader unterschieden werden kann.

HEC-Generierung

Die TC-Teilschicht ist für die Erstellung einer Headerprüfsumme verantwortlich. Diese Prüfsumme wird HEC (Header Error Control) genannt und als fünftes Zellenbyte übertragen.

2.6.4.4.2. PMD-Teilschicht

Da das ATM-Übermittlungsverfahren in seinen Grundfunktionen unabhängig von der Art der physikalischen Übertragung ist, sind verschiedene Übertragungsmedien und -formen vorgesehen. Beinahe jedes beliebige physikalische Medium kann verwendet werden, sobald eine entsprechende Übertragungsanpassung spezifiziert wurde.

Bei der Verwendung von Kupferkabeln liegen die maximal erreichbaren Übertragungs-bandbreiten für kurze Entfernungen bei etwa 300 bis 400 MHz, bei Glasfasern werden Teraherz-Größenordnungen erreicht.

Die PMD-Teilschicht enthält alle Funktionen, die notwendig sind, um die Bitsequenzen auf die Physik des übertragungstechnischen Mediums zu adaptieren.

Sie ist für die Übertragung von Bits auf dem Medium verantwortlich und umfaßt alle damit verbundenen Funktionen.

2.6.4.5. Die ATM-Schicht

Die ATM-Schicht liegt oberhalb der physikalischen Schicht. Ihre Funktionalitäten sind völlig unabhängig von der physikalischen Schicht. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die ihr von der übergeordneten Anpassungsschicht (AAL) übergebenen Daten bzw. ATM-Zellen an ihren Bestimmungsort zu transportieren.

Sie ist auch für die virtuellen Kanäle und Pfade verantwortlich, die für eine Kommunikation etabliert werden. Zellen verschiedener virtueller Kanäle und Pfade werden in einem einzigen Zellenstrom gemultiplext. Auf der Empfangsseite übernimmt die ATM-Schicht das demultiplexen, d.h. der Zellenstrom wird wieder aufgeteilt und die einzelnen Zellen dem entsprechenden virtuellen Pfad oder Kanal zugeordnet. Dabei wird die Reihenfolgetreue der Zellen garantiert. Weiterhin ist die ATM-Schicht für das korrekte Vermitteln von Zellen basierend auf ihren VCI- bzw. VPI-Kennungen zuständig. Die zentrale Aufgabe der ATM-Schicht in den ATM-Vermittlungsknoten besteht in der Vermittlung der ATM-Zellen. In den Endsystemen hat die ATM-Schicht zusätzlich die Aufgabe, Header beim Senden zu generieren bzw. beim Empfangen zu extrahieren und zu analysieren. Die Funktionen der ATM-Schicht finden sich im Zellenkopf wieder:

• Bearbeitung und Identifizierung der virtuellen Kanäle (VC) und der virtuellen Kanal-Bündel (VP) (VPI- (Virtual Path Identifier) Feld und VCI- (Virtual Channel Identifier) Feld)
• Generische Flußkontrolle (GFC (Generic Flow Control)-Feld)

Die ATM-Schicht überwacht die max. Übertragungsrate, die von höheren Schichten für eine bestimmte Verbindung gefordert wurde.

1. Sicherung der Zellenkopfinformationen (HEC- (Header Error Control) Feld)

• Kennzeichnung von Zellen für spezielle Verwendungen (PT- (Payload Type) Feld)

2.6.4.6. Die Adaptionsschicht (ATM Adaption Layer AAL)

Die Adaptionsschicht hat die Aufgabe, die an sie übergebenen Datenströme der höheren Schichten in 48 Byte lange Informationsfragmente zu zerteilen, bzw. aus ATM-Zellen die ursprünglichen Datenströme wiederherzustellen. Die Funktionen der AAL-Schicht hängen stark von der Charakteristik der übergeordneten Anwendungen ab, d.h. sie ist anwendungsabhängig.

Bild 2.6.4.6.1. Aufbau der ATM-Adaptionsschicht

Intern kann sie weiter untergliedert sein in zwei Teilschichten: die Konvergenzteilschicht (CS Convergence Sublayer) und der Segmentierungs- und Reassemblierungsteilschicht (SAR Segmentation and Reassembly Sublayer).

Die SAR-Schicht folgt unmittelbar über der ATM-Schicht. Ihre Hauptaufgabe besteht im Segmentieren zu sendender Pakete und im Reassemblieren empfangener ATM-Zellen.

Die Konvergenzschicht befindet sich oberhalb der SAR-Schicht. Ihr Aufbau ist stark von der Art des zu erbringenden Dienstes abhängig. Im einfachsten Fall kann sie leer sein, ansonsten sind ihre Aufgaben und Funktionen mit denen klassischer Transportprotokolle vergleichbar. Die Konvergenzschicht läßt sich wiederum in zwei Teilschichten einteilen, nämlich in:

• eine dienstspezifische Teilschicht (service specific sublayer, SS) und
• eine gemeinsame Teilschicht (common sublayer, CS)

Um die Anzahl der verschiedenen AAL-Implementierungen zu begrenzen, wurden vier Diensttypen zur Nutzinformationsübermittlung festgelegt. Der Definition der verschiedenen Diensttypen liegen dabei folgende Parameter zu Grunde:

• Echtzeitanforderungen
• Bitrate (konstant, variabel)
• Verbindungskonzept (verbindungsorientiert, verbindungslos)

Die Diensttypen lauten im einzelnen:

AAL-Typ 1

Dieser Diensttyp ist zuständig für die Anpassung von verbindungsorientierten Daten konstanter Bitrate, bei deren Übertragung es eine feste Zeitbeziehung zwischen Sender und Empfänger gibt. Beispiele für die Anwendung von AAL-Typ 1 sind:

Sprachübertragung

Videoübertragung mit einer konstanten Datenrate von N x 64 kbit/s

AAL-Typ 2

Dieser Diensttyp dient der Übertragung von Nutzdaten mit variabler Bitrate. Zusätzlich können auch Synchronisationsinformationen mit diesem Diensttyp ausgetauscht werden.

AAL-Typ 3 / 4

Dieser Diensttyp ist zuständig für die Anpassung von verbindungsorientierten oder verbindungslosen Daten variabler Bitrate, bei deren Übertragung keine feste Zeitbeziehung zwischen Sender und Empfänger besteht. Dieser Diensttyp beinhaltet die komplexeste Festlegung für die Nutzdatenübertragung.

AAL-Typ 5

Der Diensttyp 5 entspricht einer vereinfachten Implementierung des AAL-Typ 3 / 4. Er ist ebenso wie dieser für die Übertragung verbindungsorientierter Daten variabler Bitrate, ohne feste Zeitbeziehung zwischen Sender und Empfänger, zuständig. Er wird vorwiegend für die Übertragung von B-ISDN-Signalisierungskanälen und für Frame-Relay verwendet.

	Klasse A	Klasse B	Klasse C	Klasse D
Zeitbezug:	Zeitkontinuierlich		nicht zeitkontinuierlich
Bitrate:	konstant	variabel
Verbindungsart:	verbindungsorientiert			verbindungslos
Beispiele:	Sprachüber-tragung	variable Bitrate Video	verbindungs- orientierte Daten-übertragung (Frame Relay)	verbindungslose Datenüber- tragung
verwendbarer Diensttyp	Diensttyp 1	Diensttyp 2	Diensttyp 3 / 4 und 5	Diensttyp 3 / 4

Tabelle 2.6.4.6.1. Dienstanforderungen im Überblick [19], [21]

2.6.5. Zusammenfassung der wichtigsten Zusammenhänge

Schicht	Funktionen
ATM-Adaptionsschicht	Konvergenzfunktionen (z.B. Fehlerkontrolle, Synchronisation, ...) AAL-Typ 1 für zeitkontinuierliche Dienste mit fester Übermittlungsrate AAL-Typ 2 für zeitkontinuierliche Dienste mit variabler Übermittlungsrate AAL-Typ 3 / 4 für eine gesicherte, verbindungsorientierte Datenübertagung AAL-Typ 5 für eine einfache Form der Datenübertragung
ATM-Schicht	Multiplexen / Demultiplexen der Zellen Festlegung und Bearbeitung der VCI und VPI der Zellen Vermittlung von ATM-Zellen Kennzeichnung von speziellen Zellen (OAM, unassigned u.a.) Sicherung der Zellenkopfinformationen Generische Flußkontrolle
Bitübertragungsschicht	elektrische oder optische Übertragung über Koaxialkabel bzw. Lichtwellenleiter Zellsynchronisation Zellenbegrenzung Entkoppeln der Zellraten Generieren/Verifizieren der Prüfsumme Generieren/Wiederherstellen des Übertragungsrahmens Bittaktung OAM-Funktionen der Bitübertragungsschicht

Tabelle 2.6.5.1. Das ATM-Referenzmodell im Überblick [17], [19],

Abb. 2.6.5.2. ATM-Prinzipien im Überblick [19],