Gerd Siegmund. ATM - Die Technik. Grundlagen, Netze, Schnittstellen, Protokolle. 3., neubearbeitete und erweiterte Auflage. Hüthig Verlag Heidelberg

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Gerd Siegmund

ATM - Die Technik

Grundlagen, Netze, Schnittstellen, Protokolle

3., neubearbeitete und erweiterte Auflage

Hüthig Verlag Heidelberg

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Inhaltsverzeichnis

Geleitwort VII Vorwort IX

1 Einführung und Grundbegriffe 1 1.1 Einführung 1 1.1.1 Anwendungen im Breitband-ISDN 2 1.1.2 Dienste und Dienstklassen im Breitband-ISDN 4 1.2 Anwendung der ATM-Übermittlungstechnik 8 1.3 Generelle Netzaspekte 13 1.3.1 Grundsätzlicher ATM-Ansatz 13 1.3.2 Vergleich der Übermittlungsverfahren 17 1.3.3 Verbindungsorientierte Kommunikation in ATM-Netzen 22 1.3.4 VerBindungslose Nachrichtenübermittlung 23 1.3.5 Signalisierung in ATM-Netzen 24 1.3.6 Netzgestaltung ., .* 26 1.3.7 ATM-Netzstruktur. * 30 1.3.8 V-Schnittstellen ..' 31 1.3.9 Grundsätzlicher Aufbau einer ATM-Vermittlungsstelle -32 1.3.10 Prinzip der virtuellen Verbindung *?.... 34 1.3.11 Adressierung 39 1.4 Betriebsversuche, Pilotprojekte und Anwendungen 40 1.4.1 Betriebsversuche 40 1.4.2 Verfügbare Breitbandnetze 41 1.4.3 Frame Relay 42 1.4.4 SMDS * 46 1.4.5 Das ATM-Netz in Deutschland 47 1.4.6 Breitband-Wissenschaftsnetz (B-WiN) . . .•> 50 1.4.7 Anwendungen im Rundfunk und Fernsehbereich 51 1.4.8 ATM-Aktivitäten in Österreich und der Schweiz 52 1.5 ISDN 53 1.5.1 Dienste im ISDN 55 1.5.2 ISDN-Netzzugang 59 1.5.3 D-Kanal-Protokoll DSS1 61 1.5.4 Vermittlungsarten 61 1.5.5 Protokoll der Schicht 2 63 1.5.6 Protokollier Schicht 3 64

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XII ' Inhaltsverzeichnis

1.6 Synchrone Digitale Hierarchie (SDH) 70

• 1.6.1 SDH-Konzept 70 1.6.2 SDH-Strukturen 71 1.6.3 Elemente der SDH 76 1.6.4 Cross-Connect 78

2 ATM-Definitionen 79 2.1 ATM-Übermittlungsprinzipien 79 2.1.1 ATM-Übermittlung 80 2.1.2 Aufbau und Verwendung von ATM-Zellen 82 2.1.3 Effektivität der Zellenübermittlung 84 2.1.4 Multiplexen von verschiedenen Verbindungen ' 86 2.1.5 Statistische Aspekte 87 2.1.6 Zellenverzögerungen 88 2.1.7 ATM im Referenzmodell . . > 91 2.2 Bitübertragungsschicht 92 2.3 ATM-Schicht •. 95 2.3.1 Funktionen der VPI- und VCI-Felder 96 2.3.2 Netzelemente im ATM-Netz 97 2.3.3 Meta^Signalisierung 99 2.3.4 Zellenkopfformat für das UNI . 1 0 0 2.3.5 Zellenkopfformat für das NNI 104 2.3.6 Verkehrsüberwachung (Traffic Policing) 104'

* 2.3.7 Zellensynchronisation 105 2:4 Adaptionsschicht 106

V2.4.1 Aufteilung in TJeilschichten 107 2.4.2 Einteilung in Dienstklassen 108 2.4.3 Diensttypen 111 2.4.4 AAL-Diensttyp 1 113 2.4.5 AAL-Diensttyp 2 TV 120 2.4.6 AAL-Diensttyp 3/4 .' 122 2.4.7 AAL-Diensttyp 5 ? 129 2.5 Die höheren Schichten 132 2.5.1 Datenübertragung 133 2.5.2 Multimedia 136 2.5.3 Signalisierung 137 2.6 Zusammenfassung 141 2.6.1 Aufgaben der einzelnen Schichten 141 2.6.2 ATM-Übermittlungssysteme 143

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Inhaltsverzeichnis XIII

3 Teilnehmer/Netz-Schnittstelle ^ 145 3.1 B-ISDN-Netzzugang 145 3.1.1 Referenzkonfiguration 146 3.1.2 Rahmenstruktur für die 155-Mbit/s-Schnittstelle 150 3.1.3 Rahmenstruktur für die 600-Mbit/s-Schnittstelle 152 3.2 Zugangssysteme 152 3.2.1 SDH-basierter Zugang 152 3.2.2 Schnittstellen mit 2 Mbit/s bzw. 34 Mbit/s 154 3.2.3 Kabelfernsehanschlüsse 156 3.2.4 Anschlüsse mit Kupferdoppelader (xDSL-Techniken) 157 - 3.2.5 Funkzugangssysteme 161 3.2.6 ATM Inverse Multiplexer . 1 6 2 3.3 Signalisierung an der Teilnehmer/Netz-Schnittstelle DSS2 165 3.3.1 Elemente der Schicht-3-Nachrichten 166 3.3.2 Nachrichten der Schicht 3^V (Q.2931) 171 3.3.3 Informatiönselemente 187 3.3.4 Beispiele für die Codierung von Informationselementen 192 3.3.5>Dienstmerkmale 201 3.3.6 LOOK-AHEAD-Prozedur ' 202 3.3.7 Behandlung von Mehrpunktverbindungen 204 3.4 Festlegungen für die Signalisierungs-AAL (SAAL) 210 3.4.1 Koordinierungsteilschicht 210 . 3.4.2 Das verbindungsorientierte Protokoll der AAL-Schicht (SSCOP) . .^. . 212 3.4.3 ProtoKollablauf der SSCOP-Teilschicht 216 3.5 Metasignalisierung 222 3.5.1 Protokollarchitektur 222 3.5.2 Nachrichten der Metasignalisierung 224 3.5.3 Parameter der Metasignalisierungsnachrichten 225 3.5.4 Protokollablauf für die Metasignalisierung 227

4 Netzinterne Schnittstellen 229 4.1 Signalisierung zwischen den Vermittlungsstellen > 229 4.1.1 ITU-T-Zeichengabesystem Nr. 7 - Schichtenmodell 231 4.1.2 Nachrichtentransferteil (MTP), Schicht 1 . , 232 4.1.3 AAL-Schicht 233 4.1.4 ATM-Schicht 233 4.1.5 Nachrichtentransferteil (MTP), Schicht 3 234 4.1.6 Transportfunktionsteil (TF), Schicht 4 235 4.1.7 B-ISDN-Anwenderteil (B-ISUP), Schicht 4 (5) 236 4.1.8 Capability Sets 240

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XIV Inhaltsverzeichnis

4.1.9 Spezifikationsmodell 242 4.1.10 Verbindungsbeispiele 244 4.2 Management von Kommunikationsnetzen 245 4.2.1 TMN-Dienste und -Verwaltungsfunktionen 246 4.2.2 Netzmanagement-Anwendungen ." 247 4.2.3 Betrieb und Wartung 248 4.3 Dienste im Intelligenten Netz 254 4.3.1 Grundkonzept des Intelligenten Netzes 254 4.3.2 Beispiele für bisherige IN-Dienste 258 4.3.3 Architektur des Intelligenten Netzes 264

"4.3.4 IN-Dienste in Breitbandnetzen 269

5 ATM-Vermittlungstechnik 273 5.1 Verbindungskonfigurationen 275 5.1.1 Grundsätzliche Betrachtungen 275 5.1.2 Eigenschaften der Verbindungen und Dienste (Quality of Service) . . . 276 5.1.3 Festverbindungen 281 5.1.4 pjenstübergänge '.". 284 5.1.5 Prinzipieller Ablauf einer ATM-Vermittlung 287 5.2 ATM-Netze .* . . . ^ 291 5.2.1 Das Leitungsnetz . . ; . . . 291 5^.2 Abgesetzte ATM-Einheiten 292 5.2.3 ATM-Vermittlungsknoten" 293'

?5.3 Funktionen in emer ATM-Vermittlungsstelle '."T 294 5.3.1 Prinzipieller Aufbau und Ablauf 294

• 5.3.2 ATM-Koppelnetze 296 5.3.3 Wegesuchverfahren 299 5.3.4 Zellenbearbeitung am Koppelnetzeingang 304 5.3.5 Durchsatzüberwachung 305 5.3.6 Verkehrsbetrachtungen r 306 5.4 Beispiel einer ATM-Vermittlungsstelle 310 5.4.1 Koppelnetzaufbau •: 312 5.4.2 Wegesuche im Koppelfeld 314 5.4.3 Das Breitbandkoppelelement 315 5.4.4 Leitungsabschluß 317 5.4.5 Bearbeitung des internen Protokolls 319 5.5 EWSXpress-System 320 5.5-1 Systemarchitektur 320 5.5.2 ATM-Koppelfeld 321 5.5.3 Leitungsmodul 322

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Inhaltsverzeichnis XV

5.5.4 Steuerung 323 5.5.5 Verkehrsmanagement 323 5.6 Zukünftige Entwicklungen 324

6 ATM-Privatnetze 327 6.1 Einführung 327 6.1.1 Die Welt der TK-Anlagen 330 6.1.2 Die Welt der lokalen Netze 331 6.1.3 Weitere Entwicklung 332 6.2 Lokale Netze (LAN) 334 6.2.1 LAN im Referenzmodell • 334 6.2.2 Ethernet 335 6.2.3 Token Ring 337 6.2.4 Das Token-Ring-Zugriffsverfahren 338 6.2.5 FDDI 5, 339 6.2.6 TCP/IP-Protokollfamilie . . ." 341 6.2.7 Adressen 342 6.2.8 Internet-Protokoll (IP) ? 343 6.2.9 Next Generation - IP-Version 6 344 6.2.1j0 Transmission Control Protocol (TCP) 347 6.2.11 Internet •. .* 354 6.2.12 Switching Technologien im LAN 359 6.2.13 Virtuelle Netze . . : 361 6.3 ATM in konventionellen LAN ff. . . . 362 6.3.1 IP over ATM 364 6.3.2 LAN-Emulation 369 6.3.3 Multiprotocol over ATM (MPOA) 382 6.3.4 Einführung von ATM-Backbone-Netzen 385 6.4 ATM-f elekommunikationsanlagen und Corporate Networks 387 6.4.1 ATM-TK-Anlagen r. 387 6.4.2 Vorteile bei der TK-Anlagen-Vemetzung 389 6.4.3 Corporate Networks >. . 3 9 1 6.4.4 Verkabelungssysteme . . . 395 6.5 Native ATM-LAN 398 6.5.1 Vergleich der verschiedenen Technologien 398 6.5.2 Eigenschaft der ATM-LAN 399 6.5.3 Aufbau eines ATM-LAN 401 6.5.4 Kommunikation in einem ATM-LAN 402 6.5.5 Anschaltung an das Breitband-ISDN 407 6.6 ATM-Endeinrichtungen 407 6.6.1 Endeinrichtungen mit ATM-Schnittstellen 407

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XVI Inhaltsverzeichnis

6.6.2 Verwendung des ATM-Übermittlungsprinzips innerhalb von

Endeinrichtungen 408 6.6.3 Internet-Computer 411 6.6.4 Fibre-Channel-Definitionen 412 6.6.5 ATM-Terminaladapter 414 6.7 Festlegungen in ATM-Privatnetzen 417 6.7.1 Teilnehmer/Netz-Schnittstelle . . . 417 6.7.2 Signalisierung an der privaten UNI-Schnittstelle 418 6.7.3 Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 419 6.7.4 Behandlung von Mehrpunktverbindungen . . ; 420 - 6.7.5 NNI-Schnittstellen in Privatnetzen (PNNI) 424 6.7.6 Adressierung in Privatnetzen 434 6.8 Schnittstellen in Privatnetzen 435 6.8.1 Übersicht 435 6.8.2 Frame Based UNI (FUNI) .**. 436 6.8.3 155-Mbit/s-Schnittstelle 441 6.8.4 51-Mbit/s-Schnittstelle ..v 441 6.8.5 25,6-Mbit/s-Schnittstelle 446 6.8.6 Managementschnittstelle 449

* ' . • • « . *

7 Metropolitan Area Networks (MAN) 451 7.1 GVundprinzipien -;. 451 7.1.1 MAN-Slots . r 452

* 7.1.2 Nutzdatenübertragung ?? 454 7.2 MAN-Vermittlüngssysteme 455

7.2.1 MAN-Struktur 456 7.2.2 MAN-Netzelemente 459 7.2.3 DQDB-Zugriffsverfahren (vereinfacht) 462 7.3 MAN-Referenzkonfiguration 468 7.3.1 Referenzmodell für MAN . > 468 7.3.2 Referenzkonfiguration am Teilnehmeranschluß 470 7.4 Übergang vom MAN zum ATM • 471 7.4.1 Verbindung von MAN- und ATM-Netzen 472 7.4.2 Verbindungen zwischen MAN- und ATM-Teilnehmern 473

8 Ausblick - optische Vermittlungstechnik 475 8.1 Einführung 475 8.1.1 Grundlagen optischer Bauelemente 476 8.1.2 Lichtwellenleiter 479 8.1.3 Optische Systeme 484 8.2 Bauelemente für die optische Vermittlungstechnik 489

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Inhaltsverzeichnis XVII

8.2.1 Optische Richtkoppler 491 8.2.2 Y-Laser 492 8.2.3 Optische Verdrahtungstechniken 494 8.3 Optische Koppelnetze 497 8.3.1 Grundprinzipien optischer Koppelnetze 498 8.3.2 Multidimensionale optische Vermittlung 504 8.4 Struktur optischer Netze 508 8.4.1 Verteilnetze 508 8.4.2 Vermittlungsnetze 511

Anhang

ITU-T - Spezifikationsübersicht (Auszug) 517 Quellen und weiterführende Literatur, 521 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen 527 Stichwortverzeichnis . ^ 537