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15

DM

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2.99

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1/1

020

In dieser Reihe erschienen:

Band 1

SDHTaschenlexikonfuÈ r synchrone UÈ bertragungssystemeD 5.98/WG1/1006

Band 2

GSMTaschenlexikonfuÈ r Mobilfunktests und GrundlagenD 8.98/WG1/1015

Band 3

SONETPocket GuideFundamentals and SONET TestingE 7.98/WG1/1013

VOL. 4

Taschen-Lexikon

Wandel & GoltermannCommunications Test Solutions

Taschenlexikon fuÈ r den Asynchronen Transfer-Modus und ATM-Tests

Herausgeber: Wandel & Goltermann GmbH & CoElektronische MeûtechnikP. O. Box 12 62D-72795 Eningen u.A.Germanye-mail: solutions@wago.dehttp://www.wg.com

Autor: Stephan Schultz

Wandel & Goltermann is an

active member of

The ATM Forum and ITU-T

A Principal Member of

INHALTSVERZEICHNIS

EinfuÈ hrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Wie sieht der ATM-Markt aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Warum ATM? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Was ist ATM? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Die Standardisierung von ATM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11ATM-Schnittstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Und am Anfang war die Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Welche Zellcodierungen gibt es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Die virtuelle Verbindung oder wie findet die Zelle ihren Weg . . . . . . . . . . 17ATM im Referenzmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Netzmanagement durch OAM-Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Fehler und Alarme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Zellsynchronisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Fehlererkennung und Fehlerkorrektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Signalisierung im ATM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Adressierung in ATM-Netzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37ATM-Service-Kategorien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Traffic Contract (Verkehrsvertrag) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Traffic Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45ATM-Meûaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48. Wie wird getestet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51. Quality of Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52. Usage Parameter Control-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54. Test der Kanaltransparenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56. Sensortest: Loss of Cell Delineation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57. Interworking-Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58AbkuÈ rzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

1

EinfuÈ hrung Multimedia ± ein Wort, das uns ± egal ob technikbegeistert oder nicht ±dieser Tage immer wieder begegnet. Der Trend geht hin zur VerknuÈ p-fung von ToÈ nen, Bildern, Texten und bewegten Bildern, um uns etwaszu lehren, uns zu unterhalten oder zu informieren. Immer wieder stellendie Anwender dabei fest, daû die Leistung der Computer mit dieserEntwicklung kaum noch Schritt halten kann. Dies und die weltweitzunehmende Vernetzung der PC in diesem Jahrzehnt stellten die Netz-betreiber vor voÈ llig neue Herausforderungen.Aus historischen GruÈ nden entstanden verschiedene, weitgehend von-einander unabhaÈ ngige Netze, die auf unterschiedlichen Technologienbasierten. So gab es auf der einen Seite Telefonnetze, die neben derSprachuÈ bertragung auch zur UÈ bertragung von Fax und Daten mit ent-sprechend geringer Bandbreite geeignet waren. Daneben existiertenNetze, die auf die speziellen BeduÈ rfnisse der DatenuÈ bertragung zuge-schnitten waren.Die AbkuÈ rzung ATM steht fuÈ r Asynchroner Transfer Mode. FuÈ r ATMstand dieselbe Idee Pate, die bereits zur Entwicklung von ISDN (Inte-grated Services Digital Network) fuÈ hrte. Es sollte ein Netz geschaffenwerden, das alle derzeitigen und alle zukuÈ nftigen Anwendungen unab-haÈ ngig von ihrem Bandbreitenbedarf abdeckt. Angestrebt wurde dieVereinigung von Telekom- und Datakom-Welt. ATM hat bereits bewie-sen, daû es in den naÈ chsten Jahren eine entscheidende Rolle im Back-bone-Bereich von Telekommunikationsnetzen spielen wird. DieEinfuÈ hrung von neuen Anwendungen wie Telemedizin oder Video-on-Demand (VoD) wird entscheidende Impulse fuÈ r den weiteren Ausbauvon ATM-Netzen liefern.

3

Dieses Taschenlexikon soll Ihnen einen EinfuÈ hrung in die ATM-Grundla-gen geben. Im Anschluû werden verschiedene Meûverfahren naÈ her be-leuchtet.

Bild 1: UÈ berblick uÈ ber neueDienste und deren Band-breitenbedarf (Quelle: Fern-meldeingenieur 5/96)

4

Wie sieht der ATM-Markt aus?

Es gibt kaum eine Technologie, die derzeit so kontrovers diskutiert wirdwie ATM. Die Verteidiger dieser Technologie preisen ATM als das zu-kuÈ nftige Transportnetz fuÈ r verschiedenste Dienste mit garantierter Quali-taÈ t an, waÈ hrend die Kritiker die KomplexitaÈ t und die relativ hohenKosten der Implementierung beanstanden. Dies spiegelt sich nicht zu-letzt auch in den Marktprognosen wider. GrundsaÈ tzlich wird jedoch einsolides Wachstum besonders im WAN-Markt erwartet. Inwieweit sichATM auch im Anschluûbereich durchsetzen wird, bleibt abzuwarten.

Bild 2: Weltweiter ATM-MarktQuelle: Vertical Systems 1997

System

Dienste

Bill

ionen

US

-$

Jahre

5

Einige Beispiele sollen beweisen, daû ATM auf dem Weg zu einer welt-weit akzeptierten Technologie ist:British Telecom plant den Aufbau eines ATM-Netzes mit 200 ATM-Ver-mittlungsstellen (6/98) in den naÈ chsten Jahren. Die Deutsche Telekombietet den Dienst flaÈ chendeckend unter den Namen ¹T-Net-ATMª an.Als naÈ chster Schritt wird Anfang 1999 das Produkt Global ATM in15 LaÈ ndern weltweit zur VerfuÈ gung stehen. Am weitesten sind dieschwedische TELIA und die Telecom Finnland. Diese beiden Netzbetrei-ber bieten IP (Internet Protocol) uÈ ber ATM an.

Warum ATM? Vor der Entwicklung von ATM gab es fuÈ r jede Anwendung ein speziellesNetz. Der Grund fuÈ r diese Entwicklung war in erster Linie, daû die ange-botenen Dienste die unterschiedlichsten Anforderungen an die UÈ bertra-gung stellten. So ist fuÈ r die UÈ bertragung von TelefongespraÈ chen eineBandbreite von 3,1 kHz ausreichend. Die Zeit fuÈ r die UÈ bertragung derSprachinformationen muû jedoch gering und konstant sein. Ganz ande-re Anforderungen ergeben sich fuÈ r die UÈ bertragung von Daten zwischenComputern. Die notwendigen Bandbreiten sind im Laufe der Zeit immergroÈ ûer geworden. Deshalb ist eine UÈ bertragung uÈ ber Telefonnetze aufgeringe Datenmengen begrenzt. Auûerdem ist die Art und Weise derKommunikation zwischen Computern eine ganz andere als zwischenMenschen. Die UÈ bertragung von Daten ist gepraÈ gt von Verkehrsspitzen(englisch: ¹burstª), d. h., die UÈ bertragung kann lange Zeit ruhen, bevorploÈ tzlich Daten im Mbit/s-Bereich fuÈ r einige Sekunden verschickt wer-den. Die Zeit fuÈ r die UÈ bertragung spielt dabei eher eine untergeordnete

6

Rolle. FuÈ r die Kommunikation zwischen Menschen ist ein konstanterZeitbezug zwischen gesprochenem und empfangenem Wort sehrwichtig.

Diesen unterschiedlichen Anforderungen wurde mit verschiedenstenTechnologien Rechnung getragen. So steht auf der einen Seite dasZeitmultiplexverfahren (TDM ± Time Division Multiplexing), das haupt-saÈ chlich zur UÈ bertragung von TelefongespraÈ chen genutzt wird. Auf deranderen Seite stehen eine ganze Reihe von standardisierten Protokol-len, die hauptsaÈ chlich auf der Benutzung von Paketen mit variablerLaÈ nge basieren. Stellvertretend seien hier X.25, Frame Relay und IP(Internet Protocol) genannt.

ATM vereinigt reine Datennetze und reine Telefonnetze.Folgende Vorteile ergeben sich durch den Einsatz von ATM:

. Integration von verschiedenen Diensten wie Sprache, Bild, Video,Daten und Multimedia sowie Anpassung an die unterschiedlichstenAnforderungen und Verkehrsprofile.

. Vereinheitlichung der Netzstrukturen und Netzkomponenten.Daraus ergibt sich eine Kostenreduktion fuÈ r Netzbetreiber. ATM er-moÈ glicht die Integration von Netzen und verbessert damit die Effizi-enz und Verwaltbarkeit.

. Bereitstellung von Bandbreite fuÈ r neue Anwendungen wie Tele-medizin, Telelearning, Internet, Video-on-Demand . . .

7

. MedienunabhaÈ ngige UÈ bertragung.PDH, SDH, SONET und andere Medien koÈ nnen fuÈ r den Transport vonATM-Zellen eingesetzt werden. Diese UÈ bertragungsverfahren sind fuÈ rATM transparent.

. ATM ist skalierbar. Das bedeutet, daû sich die Bandbreite sehr flexi-bel an die KundenwuÈ nsche anpassen laÈ ût.

. Garantierte UÈ bertragungsqualitaÈ t entsprechend dem vom Kunden ge-wuÈ nschten Dienst (Quality of Service ± QoS).

Telefon, Fax á digitales oder analoges TelefonnetzDaten á Datennetze, wie z. B. X.25, Frame Relay . . .Kabel-TV á CATV-Netze

Telefon, FaxDatenKabel-TVZukuÈ nftige Anwendungen

. ATM ist eine Technologie, die sich sowohl im Anschluûbereich alsauch im Fernbereich einsetzen laÈ ût. Das bringt den Vorteil, daû kost-spielige UÈ bergaÈ nge vermieden und durchgaÈ ngig von einem Teilneh-mer zum anderen auf eine UÈ bertragungstechnologie zuruÈ ckgegriffenwerden kann. Derzeit setzt sich ATM jedoch nur sehr zoÈ gernd gegenbestehende Technologien im LAN-Bereich durch.

ATM

8

Was ist ATM? ATM (Asynchronous Transfer Mode) ist ein verbindungsorientiertes,zellenvermitteltes DatenuÈ bertragungsverfahren. Es verwendet zur UÈ ber-tragung von Nutz- und Signalisierungsinformationen Zellen mit einerfestgelegten LaÈ nge von 53 Byte und unterscheidet sich damit deutlichvon den paketvermittelnden Systemen wie X.25 oder Frame Relay, indenen Datenpakete mit unterschiedlichen LaÈ ngen zur Anwendungkommen. Die zeitlich aneinandergehaÈ ngten Zellen bilden den kontinuier-lichen Datenstrom.

Bild 3: ATM-Zellenstrom

Im Vergleich zu synchronen Verfahren mit fester Zuordnung von Zeit-schlitzen haben die von einer Endeinrichtung benutzten Zellen keinefeste Position im Zellenstrom. Der Bandbreitenbedarf der Quellen wirddurch die Benutzung eine entsprechende Anzahl von Zellen pro Zeitein-heit gedeckt.

Teilnehmer

ATM-Vermittlungs-

stelle

53 Byte

9

Zum besseren VerstaÈ ndnis soll eine Seilbahn als Vergleich dienen(siehe Bild 4).

Bild 4: ¹Analogie ATM-Verfah-ren ± Seilbahnª

Die Gondeln bewegen sich unaufhoÈ rlich von der Talstation aufwaÈ rts undin der Gegenrichtung von der Bergstation abwaÈ rts. Ist die Anzahl der zubefoÈ rdenden Skifahrer groû, so wird fast jede Gondel benutzt. Die Ka-pazitaÈ t der Seilbahn wird so vollstaÈ ndig ausgenutzt. Verringert sich dieAnzahl der Passagiere, so bleiben einige der Gondeln leer.

ATM-Vermittlungs-

stelle

Teilnehmer

10

Ganz aÈ hnlich funktioniert die Bandbreitenanpassung in ATM. Ein konti-nuierlicher Zellenstrom bewegt sich vom Teilnehmer zum Netz und um-gekehrt. Sind keine Daten zu uÈ bertragen, so werden in den Zellenstromsogenannte Leerzellen eingefuÈ gt, die keinerlei Informationen beinhalten.Steigt der Bandbreitenbedarf, so wird das VerhaÈ ltnis von genutzten zuleeren Zellen groÈ ûer. Die Bandbreite laÈ ût sich somit sehr flexibel veraÈ n-dern.

Die Standardi-sierung von ATM

Die Standardisierung des ATM-Verfahrens wird durch zwei Gremienvorangetrieben. Auf der einen Seite gibt es einen Zusammenschluûvon ca. 700 Herstellern und Betreibern von Telekommunikationsein-richtungen, das sogenannte ATM-Forum. Auf der anderen Seite stehtdas internationale Normungsgremium ITU-T (fruÈ her CCITT). BeideGremien arbeiten eng zusammen, wobei bemerkt werden muû, daû dasATM-Forum wesentlich schneller auf die BeduÈ rfnisse des Marktes undneue technische Entwicklungen reagiert. Deshalb gibt es oft kleineUnterschiede zwischen den Empfehlungen der beiden Institutionen.

ATM-Schnittstellen In ATM-Netzen wird zwischen verschiedenen Schnittstellen unterschie-den. Die Schnittstelle zwischen der Teilnehmervermittlungsstelle undden Endeinrichtungen wird als UNI (User Network Interface) bezeichnet.Zwischen den Vermittlungsstellen befindet sich das NNI (Network NodeInterface). FuÈ r beide Schnittstellen wurden von der ITU-T gesonderte

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Signalisierungsprotokolle definiert. Das Protokoll fuÈ r die Public-UNI-Schnittstelle ist in der Recommendation Q.2931 festgelegt. FuÈ r die NNI-Schnittstelle gilt die Recommendation Q.2764. Beide Empfehlungensind stark an die ISDN-Protokolle angelehnt.FuÈ r Privatnetze gelten eigene Festlegungen fuÈ r NNI und UNI. Die dortangewendeten Protokolle sind durch das ATM-Forum definiert (PrivateUNI und Private NNI).

Bild 5: Vereinfachte ATM-Netzstruktur

PrivateATM-Switch

12

Und am Anfang wardie Zelle . . .

Die ATM-Zellen sind die kleinsten einheitlichen Informationseinheiten imATM-Netz. Alle Nutz- und Signalisierungsdaten muÈ ssen auf dieses Zel-lenformat abgebildet werden. Die Zelle ist insgesamt 53 Byte lang, wo-bei 5 Byte auf den Zellenkopf entfallen und 48 Byte fuÈ r die Nutz- oderSignalisierungsinformationen (die sogenannte Payload) zur VerfuÈ gungstehen. Die im Zellenkopf enthaltenen Informationen dienen vor allemdazu, die Zelle durch das ATM-Netz zu leiten.

GFC Generic Flow Control4 Bits (nur fuÈ r UNI,sonst = VPI)

VPI Virtual Path Identifier,8 Bits (UNI) oder 12 Bits (NNI)

VCI Virtual Channel Identifier, 16 Bits

PTI Payload Type Identifier, 3 Bits

C Cell Loss Priority, 1 Bit

HEC Header Error Control, 8 BitsBild 6: Aufbau der ATM-Zelle

GFC/VPI VPI

VPI VCI

VCI

VCI PTI C

HEC

Information48 bytes

13

. GFC (Generic Flow Control): Dieses Feld hat eine GroÈ ûe von 4 Bitund unterstuÈ tzt die Teilnehmerkonfiguration. Es soll ein moÈ glichesBussystem an der Teilnehmerschnittstelle steuern, kommt z. Z. nochnicht zum Einsatz.

. VPI (Virtual Path Identifier): Das VPI-Feld beinhaltet den zweiten Teilder Adressierungsanweisungen und ist dem VCI uÈ bergeordnet. DerVPI faût mehrere virtuelle KanaÈ le zusammen. Das ermoÈ glicht eineschnelle Lenkung der Zellen durch das Netz, da es UÈ bertragungsein-richtungen (ATM Cross Connect) gibt, die den Zellenstrom aufgrunddes VPI in verschiedene Richtungen schalten koÈ nnen. VPI und VCIwerden beim Verbindungsaufbau durch die Vermittlungsstellen ver-geben.

. VCI (Virtual Channel Identifier): Dieses Feld enthaÈ lt einen Teil derAdressierungsanweisungen. Alle Zellen, die zu einer virtuellen Verbin-dung gehoÈ ren, erhalten denselben VCI. Der Virtual Channel Identifierkennzeichnet jeweils einen Verbindungsabschnitt zwischen Vermitt-lungsstellen und zwischen Vermittlungsstelle und Teilnehmer. DieSumme der verschiedenen VCI markiert den Weg durch das Netz.

. PTI (Payload Type Identifier): Das Feld kennzeichnet die Art der Infor-mationsfelddaten. Es wird zwischen Netz- und Nutzinformationen un-terschieden.

. CLP (Cell Loss Priority): Der Inhalt des Feldes entscheidet daruÈ ber,ob eine Zelle im Falle eines UÈ bertragungsengpasses bevorzugt ge-loÈ scht wird oder nicht. Zellen mit CLP = 0 haben eine hoÈ here PrioritaÈ tals Zellen mit CLP = 1.

14

. HEC (Header Error Control): Aufgabe dieses Feldes ist es, die Fehler-sicherung und zum Teil auch die Fehlerkorrektur der Daten im Kopf-feld zu uÈ bernehmen. Anhand des HEC wird die Synchronisierung aufden Zellenanfang beim EmpfaÈ nger durchgefuÈ hrt. Zur Fehlererken-nung kommt ein CRC-Verfahren (CRC ± Cyclic Redundancy Check)zur Anwendung. Der CRC basiert auf der Division des Kopffeldesdurch das Generatorpolynom x8 + x2 + x + 1.

Welche Zellcodie-rungen gibt es?

Neben den bereits beschriebenen Zellen zur UÈ bertragung von Nutz-daten und den Leerzellen (idle cells), wurden noch weitere Zellentypendefiniert. So gibt es zusaÈ tzlich Zellen zur UÈ bertragung von Signalisie-rungsinformationen und sogenannte OAM-Zellen (Operation, Admini-stration and Maintenance), die bei Bedarf in den Zellenstrom eingefuÈ gtwerden. Letztere Zellenart uÈ bertraÈ gt Informationen zur Fehler-undAlarmuÈ berwachung, zur Steuerung von ATM-Netzelementen undFehlerlokalisierung.Zu erwaÈ hnen sind auch die sogenannten ¹nicht zugewiesenen Zellenª(unassigned cells). Diese Zellen werden ebenso wie die Leerzellen inden Zellenstrom eingefuÈ gt, wenn keine Informationen zu uÈ bertragensind. Sie enthalten GFC-Informationen, sind aber keiner Verbindung zu-geordnet. Alle Zellen werden durch speziell reservierte VCI/VPI-Kombi-nationen gekennzeichnet (siehe Tabelle).

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A: kann 0 oder 1 sein,entsprechend der Funk-tion der ATM-Schicht

B: der Inhalt dieses Bitshat keine Bedeutung

C: die sendende Endein-richtung soll das CLP-Bitauf Null setzen. Der Wertkann durch das NetzwerkveraÈ ndert werden.

Tabelle 1: Die Kombinationvon reservierten VPI-, VCI-und PTI-Werten am PublicUNI

Bedeutung VPI VCI PTI CLP

Unassigned cell 00000000 00000000 00000000 Anyvalue

0

Invalid Any VPI valueother than 0

00000000 00000000 Anyvalue

B

Point-to-pointsignaling

XXXXXXXX 00000000 00000101 0AA C

Segment OAM F4flow cell

Any VPI value 00000000 00000011 0A0 A

End-to-end OAMF4 flow cell

Any VPI value 00000000 00000100 0A0 A

VP resourcemanagement cell

Any VPI value 00000000 00000110 110 A

Segment OAM F5flow cell

Any VPI value Any VCI value other thandecimal 0, 3, 4, 6, 7

100 A

End-to-end OAMflow cell

Any VPI value Any VCI value other thandecimal 0, 3, 4, 6, 7

101 A

VC resourcemanagment cell

Any VPI value Any VCI value other thandecimal 0, 3, 4, 6, 7

110 A

Reserved for fu-ture VC functions

Any VPI value Any VCI value other thandecimal 0, 3, 4, 6, 7

111 A

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Die virtuelleVerbindung oderwie findet die Zelleihren Weg

ATM gehoÈ rt zu den verbindungsorientierten Vermittlungsverfahren, d.h.,daû vor der UÈ bertragung von Daten eine Verbindung durch das Netzaufgebaut werden muû (aÈ hnlich einer Telefonverbindung). Die Verbin-dung im ATM-Netz wird als ¹virtuellª bezeichnet, da diese nicht physi-kalisch besteht, sondern nur in Form von sogenannten ¹Routing-tabellenª in den Vermittlungsstellen.Die Lenkung der Zellen durch das Netz erfolgt aufgrund der Informatio-nen im VPI/VCI-Feld. Diese Kennzeichnung gilt dabei jeweils nur fuÈ reinen Verbindungsabschnitt. Der VCI wird von der Vermittlungsstellevergeben und kennzeichnet zusammen mit dem VPI alle Zellen, die zueiner Verbindung gehoÈ ren. Bei AufloÈ sung einer Verbindung werden dieVCI-Werte dem Netz wieder zur VerfuÈ gung gestellt. Die VPI-Werte kenn-zeichnen sogenannte virtuelle Pfade. Sie ermoÈ glichen eine Zusammen-fassung der KanaÈ le. Wie im Bild 7 dargestellt, koÈ nnen ATM CrossConnects den VPI aÈ ndern und damit eine Selektion vornehmen. DieVermittlung der Zellen und die damit verbundene AÈ nderung beiderAdressierungsinformationen bleibt dem ATM Switch vorbehalten.

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Bild 7: Beispiel fuÈ r einenvirtuellen Pfad

18

ATMim Referenzmodell

Das Schichtenmodell des ATM setzt sich aus 4 Schichten zusammenund basiert auf den Prinzipien des ISO-OSI-Schichtenmodells. Um ATMjedoch genau darzustellen, war die Erstellung von zwei speziellen ATM-Schichten notwendig. Dies sind die ATM-Schicht und die ATM-Anpas-sungsschicht. Alle Schichten sind uÈ ber drei Kommunikationsebenenmiteinander verbunden. Der Aufbau wird durch das Bild 8 verdeutlicht.

Bild 8: ATM imReferenzmodell

Management Plane

Layer Management

Control Plane User Plane

HoÈ here SchichtenfuÈ r Signalisierung

HoÈ here SchichtenfuÈ r Nutzdaten

ATM-Adaptionsschicht (AAL)

ATM-Schicht

BituÈ bertragungsschicht ManagementPlane

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Die Aufgaben der drei Kommunikationsebenen wurden durch die ITU-Twie folgt beschrieben:. Die Nutzerebene (User Plane) transportiert die Nutzdaten einer An-

wendung. Sie verwendet dafuÈ r die BituÈ bertragungs-, ATM- und ATM-Anpassungsschicht.

. Die Steuerebene (Control Plane) sorgt fuÈ r den Aufbau, den Unterhaltund den Abbau von Nutzverbindungen in der Nutzebene ± Stichwort:Signalisierung.

. Die Managementebene (Management Plane) besteht aus demSchichten-Management (Layer Management) und dem Ebenen-Management (Plane Management). Das Schichtenmanagement uÈ ber-wacht und koordiniert die einzelnen Schichtenaufgaben, waÈ hrenddas Ebenen-Management uÈ berwachende und koordinierende Auf-gaben im Netz uÈ bernimmt.

BituÈ bertragungsschicht Die BituÈ bertragungsschicht ist die einzige Schicht, die eine reale, physi-kalische Verbindung zu einem anderen System besitzt. Im ATM ist keinspezifisches UÈ bertragungsmedium festgelegt. SDH und SONET sind diebevorzugten UÈ bertragungsmedien im Kernbereich der Netze. DieseTechnologien garantieren hohe Bandbreiten und geringe Fehlerraten.Weiter kommen noch PDH und asynchrone UÈ bertragungsverfahren zumEinsatz. Eine immer groÈ ûere Bedeutung im Anschluûbereich werdendes weiteren die xDSL-Technologien spielen. Sie ermoÈ glichen die UÈ ber-tragung von Daten im Mbit-Bereich uÈ ber bereits verlegte Kupfer-doppeladern.

20

Bild 9: SONET/SDH alsphysikalische Schicht

ATM-Schicht Die Hauptaufgabe der ATM-Schicht ist der Transport und die Vermitt-lung der ATM-Zellen. Dazu fuÈ gt sie den von der ATM-Anpassungs-schicht erhaltenen Daten die ZellenkoÈ pfe hinzu. Diese enthalten alleSteuerungs- und Adreûinformationen. Zellen fuÈ r spezielle Anwendun-gen, wie z. B. OAM-Zellen, werden gekennzeichnet. Die Fehlersicherungder Kopfdaten erfolgt durch ein CRC-Verfahren (Cyclic RedundancyCheck) und die UÈ bertragung des Ergebnisses im HEC-Feld. Bei ankom-menden ATM-Zellen wertet die ATM-Schicht die Informationen desVPI/VCI-Feldes aus. Die Auswertung des HEC-Feldes ist eine Teilfunk-tion der BituÈ bertragungsschicht.

21

AAL-Schicht Die AAL-Schicht (ATM Adaptation Layer) hat die Aufgabe, die Daten derhoÈ heren Schichten an das Format des Informationsfeldes einer ATM-Zelle anzupassen. Dies erfolgt in AbhaÈ ngigkeit von den beanspruchtenDiensten. Andererseits setzt die auch als AAL-Schicht bezeichneteSchicht die Daten aus den Informationsfeldern wieder zum urspruÈ ngli-chen Datenstrom zusammen und gleicht Zellenlaufzeiten aus. In dieserSchicht erfolgt die Protokollanpassung fuÈ r die daruÈ berliegenden Schich-ten.Um die vielfaÈ ltigen Anforderungen an die DatenuÈ bertragung erfuÈ llen zukoÈ nnen, wurden vier Dienstklassen geschaffen. Diesen Klassen sindwiederum verschiedene Diensttypen zugeordnet. Es existieren vier ver-schiedene Diensttypen: AAL1, AAL2, AAL3/4 und AAL5.Die AAL wird in zwei Teilschichten, die Konvergenzteilschicht (CS, Con-vergence Sublayer) und die Segmentierungs- und Reassemblierungs-teilschicht (SAR, Segmentation and Reassembly Sublayer) unterteilt.Der SAR-Sublayer sorgt fuÈ r die Aufteilung der Daten hoÈ herer Schichtenauf die InformationsfeldgroÈ ûe der Zellen und fuÈ gt die aufgeteilten Datenauf der EmpfaÈ ngerseite wieder zusammen. Der CS erledigt Funktionenwie die Identifikation von Meldungen und die Zeit- bzw. Taktauffri-schung, wobei sich die Aufgaben je nach gewaÈ hltem Dienst unterschei-den.

22

AAL-Typ 1 Dieses standardisierte Protokoll wird fuÈ r den Transport von zeitkriti-schen Anwendungen mit konstanter Bitrate (z. B. Sprache und Video)und fuÈ r die Emulation von PDH-Pfaden wie E1 oder DS1 verwendet.

Bild 10: AAL-Diensttyp 1

23

AAL-Typ 2 Dieser AAL-Typ findet Anwendung bei zeitkritischen Diensten mit va-riabler Bitrate. Eine konkrete Anwendung zeichnet sich beim Einsatzvon ATM in Mobilfunknetzen ab.

Bild 11: AAL-Diensttyp 2

24

AAL-Typ 3/4 Die Aufgabe des AAL-Typs 3/4 ist die Anpassung von verbindungs-orientierter und verbindungsloser DatenuÈ bertragung an das ATM-Zellen-format. Das Anwendungsgebiet liegt in der Verbindung von LAN's undvon DatenuÈ bertragung via ATM. Zur Beschreibung der Funktion entstan-den nochmals zwei Teilschichten. Der Convergence Sublayer ist unter-teilt in den Common Part Convergence Sublayer (CPCS) und ServiceSpecific Convergence Sublayer (SSCS).

In der SSCS-, der CPCS- als auch in der SAR-Teilschicht werden zuden Daten aus den hoÈ heren Schichten Informationen hinzugefuÈ gt. Diesedienen beispielsweise der Fehlersicherung von Nutzdaten, der Fluû-steuerung und zur Kennzeichnung der Segmentierung.

SSCS

CPCSAAL-Schicht

CS

SAR

25

Bild 12: AAL-Diensttyp 3/4

26

AAL-Typ 5 Der AAL-Typ 5 wurde fuÈ r die speziellen Anforderungen von Frame Relayund TCP/IP geschaffen. Er stellt eine abgespeckte Version des AAL3/4dar.Die von der SSCS kommenden Daten werden mit einigen Zusatzinfor-mationen ergaÈ nzt. Die Padding Bytes sorgen dafuÈ r, daû eine durch 4teilbare LaÈ nge der CPCS-PDU entsteht. Das CRC-Feld enthaÈ lt diePruÈ fsumme uÈ ber die gesamte CPCS-PDU. Das LaÈ ngenfeld gibt die An-zahl der Bytes der SAR-PDU an (1 bis maximal 65 535). Danach wirddas so entstandene Datenpaket in der SAR-Schicht in 48 Bytelangen TeilstuÈ cken abgebildet. Der Rest zu 48 Byte wird mit dem PAO-Feld aufgefuÈ llt.

Bild 13: AAL-Diensttyp 5

27

Netzmanagementdurch OAM-Zellen

Die OAM-Zellen erlauben einem ATM-Netzbetreiber sein Netz hinsicht-lich auftretender Fehler zu uÈ berwachen, die QualitaÈ t der Verbindungenzu ermitteln und die QualitaÈ tsmessung eines ATM-Netzelements zu kon-figurieren. Die Zellen nehmen durch das Netz denselben Weg wie dieNutzzellen. Sie sind zur Unterscheidung im Header durch Kombinatio-nen von reservierten VCI- und PTI-Werten gekennzeichnet (siehe Ab-schnitt ¹Zellartenª). Das Format der OAM-Zellen ist im Bild 14 illustriert.

Zell-Kopf

OAM-Typ

Funktions-Typ

Funktions-spezifisches

Feld

ReserviertfuÈ r zukuÈ nfti-ge Anwen-

dungen

ErrorDetection

Code(CRC-10)

5 Bytes 4 Bits 4 Bits 45 Bytes 6 Bits 10 BitsBild 14: Standard-OAM-Zellen-Format

OAM-Typ: OAM-Zelltyp (siehe Tabelle 2)

Funktions-Typ: Aufgabe der OAM-Zelle (siehe Tabelle 2)

Funktionsspezifisches Feld: entsprechend dem OAM-Zelltyp (Perform-ance Management oder Activation/Deactivation)

EDC: Fehlersicherung uÈ ber den Payloadbereich mittels CRC-10

28

OAM Cell Type Value Function Type Bedeutung Value

FaultManagement

0001 AIS Defekte in VorwaÈ rts-richtung melden

0000

RDI Defekte in RuÈ ckwaÈ rts-richtung melden

0001

Continuitycheck

Kontinuierliches Monitorenvon Verbindungen

0100

Cell loopback Verbindungen/DurchgangpruÈ fenFehler lokalisierenTest von Verbindungenvor der Inbetriebnahme

1000

Performancemanagement

0010 Forwardmonitoring

On-line AbschaÈ tzung derQualitaÈ t

0000

Backwardmonitoring

GeschaÈ tzte Performancein RuÈ ckrichtung melden

0001

Monitoring &reporting

0010

Activation/deactivation

1000 Performancemonitoring

Performance Monitoringund Continuity Check ak-tivieren und deaktivieren

0000

Continuitycheck

0001Tabelle 2: OAM-Zelltypen undFunction Type Code

29

Es wird zwischen 5 verschiedenen Ebenen des Netzmanagements un-terschieden. Die Ebenen F1 bis F3 sind der physikalischen Schicht zu-geordnet, d. h. beispielsweise SDH oder SONET. Die Informationen derphysikalischen Schicht werden mittels Overheadbytes uÈ bertragen.(vergl. ¹SDH/SONET Pocket Guideª) Die Ebene F4 wird fuÈ r VirtuellePfad-Verbindungen benutzt, waÈ hrend die Ebene F5 Virtuellen KanaÈ lenzugewiesen ist.

Fehler und Alarme Eine praktische Anwendung der OAM-Zellen ist das Alarmmanagementin ATM-Netzen (siehe Bild 15). Tritt in der physikalischen Ebene ein De-fekt auf, so wird dies auch der VP- und als Folge davon auch der VC-Ebene gemeldet. In die Gegenrichtung erfolgt daraufhin das Aussenden

Bild 15: ATM-Alarm-management

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einer OAM-Zelle mit einem VP- oder VC-RDI-Alarm. Dies signalisiertdem sendenden ATM-Netzelement, daû ein Fehler in der Senderichtungaufgetreten ist. Dieses Alarmmanagement und die Kriterien zum Aus-loÈ sen der Alarme sind in der ITU-T-Empfehlung I.610 festgelegt.

Abk. Bedeutung

VP-AIS Virtual Path Alarm Indication Signal

VP-RDI Virtual Path Remote Defect Indication

VC-AIS Virtual Channel Alarm Indication Signal

VC-RDI Virtual Channel Remote Defect IndicationTabelle 3: UÈ bersicht der ATM-Alarme

Zellsynchronisation Wie synchronisiert sich ein EmpfaÈ nger auf einen ATM-Zellstrom? Oderanders gefragt, wie erkennt der EmpfaÈ nger, wo die eine Zelle beginntund die andere aufhoÈ rt? Die Antwort: Der EmpfaÈ nger versucht dasHEC-Feld des Zellheaders zu finden, indem er Bit fuÈ r Bit den ZellstromuÈ berpruÈ ft. Wie bei der Beschreibung des Zellformates bereits erwaÈ hnt,ist der Inhalt des HEC-Feldes ein CRC uÈ ber den Rest des Zellheaders.Der Algorithmus zur Bildung dieser PruÈ fsumme ist dem EmpfaÈ nger be-kannt. Der empfangene Zellstrom wird so lange Bit fuÈ r Bit verschoben,bis die PruÈ fsumme uÈ ber die ersten 4 Bytes gleich dem fuÈ nften Byte ist.Dies ist der sogenannte ¹HUNTª-Zustand. Wird eine UÈ bereinstimmung

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zwischen der berechneten PruÈ fsumme und dem HEC gefunden,so wechselt der EmpfaÈ nger in den ¹PRESYNCHª-Zustand. Es sollsichergestellt werden, daû nicht zufaÈ lligerweise eine Bitkombination ge-funden wurde, die der PruÈ fsumme entspricht. Deshalb wird Zelle fuÈ rZelle verschoben und uÈ berpruÈ ft, ob m aufeinanderfolgende HEC korrektsind (m ist normalerweise 6). Wurde ein HEC nicht erkannt, faÈ llt derEmpfaÈ nger wieder in den ¹HUNTª-Zustand zuruÈ ck. Nach m erkanntenHEC wechselt der EmpfaÈ nger in den ¹SYNCHª-Zustand. In diesem Zu-stand werden die Zellen korrekt erkannt. Wenn n aufeinanderfolgendeHEC falsch sind, geht der EmpfaÈ nger wiederum in den ¹HUNTª-Zu-stand uÈ ber (n ist normalerweise 7).

Bild 16: Zustandsdiagramm fuÈ rdie Zellsynchronisation

naufeinanderfolgend

falsche HEC

Zelle fuÈ rZelle

maufeinanderfolgend

korrekte HEC

Zelle fuÈ r Zelle

Korrekter HEC

Bit fuÈ r Bit

Unkorrekter HEC

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Fehlererkennungund Fehlerkorrektur

Der HEC erlaubt die Erkennung von Fehlern im Zellkopf. Der einge-setzte Algorithmus erlaubt des weiteren die Korrektur eines Fehlers.Dementsprechend funktioniert die Fehlerauswertung im EmpfaÈ nger.Wird ein Fehler erkannt, so wird dieser korrigiert und der EmpfaÈ ngerwechselt vom Correction Mode in den Detection Mode.Der HCOR-Alarm wird ausgeloÈ st (Correctable Header Errors). Wird mehrals ein Fehler im Zellkopf erkannt, so wird diese Zelle sofort verworfen.Der EmpfaÈ nger wechselt ebenfalls in den Detection Mode.In diesem Fall wird der HUNC-Alarm ausgeloÈ st (Uncorrectable HeaderErrors). Befindet sich der EmpfaÈ nger im Detection Mode, so fuÈ hrt jederweitere fehlerhafte Zellkopf zum Verwerfen der entsprechenden Zelle,auch wenn es sich um nur einen Fehler handelt. Folgt eine fehlerfreieZelle, so wechselt der EmpfaÈ nger in den Correction Mode.

Bild 17: HEC-Automaten-modell einer ATM-Vermittlungsanlage

Mehrfachbitfehler± Zeile wird geloÈ scht

Kein Bitfehler ± keine Aktion

Einfacher Bitfehler± Fehlerkorrektur

KeinFehler± keineAktion

Fehlerentdeckt ±Zelle wirdgeloÈ scht

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Signalisierungim ATM

ATM ist ein verbindungsorientiertes UÈ bertragungsverfahren, d. h., vorder UÈ bertragung von Nutzdaten muû eine virtuelle Verbindung aufge-baut werden. In PVC-Netzen (Permanent Virtual Circuits) sind die Ver-bindungen aÈ hnlich wie Mietleitungen fest zwischen bestimmtenTeilnehmern geschaltet. Eine AÈ nderung kann nur vom Netzbetreiber vor-genommen werden. Die beschriebene Art der ATM-Netze ist oft der er-ste Schritt zur EinfuÈ hrung dieser Technologie. Schritt fuÈ r Schritt erfolgtjedoch die Umstellung auf SVC-Netze (Switched Virtual Circuits). EinTeilnehmer, der an ein solches Netz angeschlossen ist, kann mittelsSignalisierung selber bestimmen, mit wem eine Verbindung aufgebautwerden soll. Dies ist vergleichbar mit der Wahl einer Telefonnummer.FuÈ r die UÈ bertragung der Signalisierungsinformationen wird ein gesonder-ter Kanal benoÈ tigt. Bei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ist dieser fest vor-gegeben. Zellen mit dem Wert VCI = 5 werden von der Vermittlungsstelleals Signalisierungsinformationen erkannt. Es wurde bereits erwaÈ hnt, daûin ATM-Netzen verschiedene logische UÈ bergabepunkte definiert sind.FuÈ r diese Schnittstellen haben die ITU-T und das ATM-Forum Protokollefestgelegt und in entsprechenden Empfehlungen und Spezifikationen pu-bliziert. An der UNI-Schnittstelle erfolgt die Signalisierung entsprechendder ITU-T-Empfehlung Q.2931. Diese Empfehlung ist aus der ISDN-Signalisierung Q.931 hervorgegangen. Sie gilt fuÈ r Punkt-zu-Punkt-Verbin-dungen. Die ATM-Forum-Empfehlungen UNI 3.1 und 4.0 sind eine Teil-menge von Q.2931. Sie enthalten jedoch Erweiterungen fuÈ r Punkt-zu-Mehrpunkt, privater Adressierung und Verkehrsparametern. FuÈ r die NNI-Schnittstelle gilt die ITU-T-Empfehlung Q.2764. Auch diese Empfehlungist aus einem ISDN-Protokoll entstanden, der Q.764.

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FuÈ r die Signalisierung wurde eine spezielle AAL definiert, die SAAL(Signalisierungs-AAL). Die SAAL ist in der ITU-T-Empfehlung Q.2100und AALS festgelegt. Da Signalisierungsdaten unbedingt einer Fehler-sicherung beduÈ rfen, wurde ein spezielles Protokoll festgelegt. Die dien-stespezifische Teilschicht (SSCS ± Service Specific ConvergenceSublayer) besteht aus zwei Teilschichten, dem SSCOP (Service SpecificConnection Oriented Protocol) und dem SSCF (Service Specific Coordi-nation Function). Das SSCOP sorgt fuÈ r die Fehlersicherung, indem esaÈ hnlich dem HDLC-LAPD-Protokoll des D-Kanals im ISDN funktioniert.Das SSCF ist das Bindeglied zwischen den hoÈ heren Schichten unddem SSCOP.

Bild 18: Schichtenaufbau derSignalisierungs-AAL

Signalisierungsprotokollez. B. Q.2931 z. B. Q.2763

Schicht 3

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Die eigentliche Signalisierung erfolgt mittels vordefinierter Nachrichten,die zwischen einer ATM-Endeinrichtung und einer Vermittlungsstelleoder zwischen Vermittlungsstellen ausgetauscht werden. Der Ablaufdes Austausches ist ebenfalls fest vorgegeben. Bild 19 verdeutlichteinen solchen Nachrichtenaustausch fuÈ r die UNI-Schnittstelle. Auf dieEinzelheiten der Signalisierung soll im Rahmen dieser Abhandlung ver-zichtet werden.

Bild 19: Beispiel fuÈ r dieSignalisierung an der UNI(Verbindungsaufbau)

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Adressierung inATM-Netzen

Jeder Teilnehmer eines ATM-Netzes mit WaÈ hlverbindungen braucht eineATM-Adresse (¹Telefonnummerª), um uÈ berhaupt ¹anwaÈ hlbarª zu sein.ITU-T E.164 spezifiziert Adressen des (¹Schmalband-ª)ISDN, einge-schlossen gewoÈ hnliche Telefonnummern. Sie besteht aus maximal15 Zeichen, wobei jedes Zeichen BCD codiert wird. Die Adresse ist infolgende 3 Teile strukturiert, die regionalen Codes (CC, NDC) und dieeigentliche Teilnehmer-Nummer (SN). Die jeweiligen ZeichenlaÈ ngen sindnational unterschiedlich.

Bild 20: ITU-T-E.164-Adresse

NSAP-Adreûformate: Diese sind 20 Byte lang und setzen sich zusammen aus einem netzspe-zifischen und einem geraÈ tespezifischen Teil. Um verschiedene Formatezu unterscheiden, reserviert man 1 Byte der Adresse fuÈ r den Format-Indikator (AFI ± Authority and Format Identifier). Der geraÈ tespezifischeTeil der Adresse betraÈ gt 6 Byte (ESI ± End System Indicator) und kannzum Beispiel eine 48-Bit-MAC-Adresse (oft auch ¹Hardware-Adresseª)genannt enthalten.

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EingebundeneITU-T-E.-164-Adresse:

Bild 21: EingebundeneITU-T-E.164-Adresse

Da E.164-Adressen maximal 15 Zeichen lang sind, wird vorne mit Nul-len aufgefuÈ llt und im letzten Oktett ein Padding mit ¹1111ª (oder ¹Fª,hex) eingefuÈ gt, um die LaÈ nge von 8 Oktetten zu erreichen.

DCC-(Data Code Country-)und ICD-(International Code Designator-)FormatIm AFI wird festgelegt, ob es sich um das DCC-(laÈ nderorientierte Hier-archien-) oder ICD-(organisationsmaÈ ûige Hierarchien-)Format handelt.

Bild 22: NSAP-Adresse(DCC-/ICD-Format)

AFI Netz-Adresse (12 byte) SEL

E.164-Adresse (8 byte) ESI (6 byte)

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ATM-Service-Kategorien

Wie in der Einleitung erwaÈ hnt, zeichnen sich ATM-Netze durch eine Viel-falt von Diensten aus. Die Bezeichnungen fuÈ r die Dienstearten variierenzwischen ITU-T und ATM-Forum. Die Tabelle 4 gibt einen UÈ berblick derstandardisierten Dienste.

Hinter den verschiedenen Dienstekategorien stehen natuÈ rlich konkreteAnwendungen. Es ist nicht immer moÈ glich, eine eindeutige Aussage zutreffen, welche Dienstekategorie fuÈ r welche Anwendung geeignet ist.Tabelle 5 soll anhand einiger konkreter Applikationen einen UÈ berblickbieten.

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ATM-Forum ITU-T MoÈ gliches Verkehrs-Profil Beschreibung/Applikation

Constant Bit Rate

CBR

DeterministicBit Rate

DBR

Konstante Bitrate mitZeitbezug (Echtzeit)

Sprache, Video

Realtime VariableBit Rate

rt-VBR

under studyVariable Bitrate mitZeitbezug (Echtzeit)

Komprimiertes Video/Audio

Non realtimeVariable Bit Rate

nrt-VBR

StatisticalBit Rate

SBR

Variable Bitrate ohneZeitbezug

File-Transfer

AvailableBit Rate

ABR

AvailableBit Rate

ABR

RessourcenabhaÈ ngigeBandbreitenzuordnung,das Netz hat interaktiveKontrolle

UnspecificBit Rate

UBR

±Keine Garantie bezuÈ g-lich Verkehrs- undQoS-Parameter

Tabelle 4: UÈ berblick derATM-Dienstekategorien

Timing!

Timing!

Feedback

control

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CBR rt-VBR

nrt-VBR

ABR UBR

Critical data . . . . . . . *

LAN interconnect . . . . . . . . .

WAN transport . . . . . . . . .

Circuit emulation . . . . . * * *

Telephony, Video-conferencing . . . * * * * * *

Compressed audio . . . . . . . . .

Video distribution . . . . . . . * *

Interactive multimedia . . . . . . . . . . .

. . . Optimum; . . Good; . Fair; * Not suitable; ** Under reviewTabelle 5: ATM-Dienste-kategorien und Applikationen(Quelle: ATM-Forum)

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Traffic Contract(Verkehrsvertrag)

ATM-Dienste sind nach verschiedenen Kriterien klassifiziert:. Art des Dienstes, charakterisiert durch die Verkehrsparameter (Traffic

parameter). DienstequalitaÈ t, charakterisiert durch QoS-ParameterDie wesentlichen Charakteristiken muÈ ssen vor Kommunikationsbeginnim Rahmen eines Traffic contract (Verkehrsvertrages) ¹ausgehandeltªwerden.

Verkehrsparameter (Traffic parameters)Die Art des Dienstes wird von den Verkehrsparametern charakterisiert:

Peak Cell Rate (PCR): Spitzen-Zellrate; maximale Bitrate, die von derQuelle gesendet werden darf.Cell Delay Variation Tolerance (CDVT) peak: Toleranz der Zell-Lauf-zeitschwankungen, bezogen auf die Spitzen-Zellrate. Dieser Wert wirdmeistens vom Netzbetreiber vorgegeben.Sustainable Cell Rate (SCR): Dauer-Zellrate; Obergrenze der mittlerenZellrate, die von der Quelle gesendet werden darf.Cell Delay Variation Tolerance (CDVT) sustained: CDVT, bezogen aufdie Dauer-Zellrate.Maximum Burst Size (MBS)/Burst Tolerance (BT): Maximale Zeitbzw. Zellenzahl, mit der die Quelle PCR senden darf.Minimum Cell Rate (MCR): Minimale Zellrate, die vom Netz garantiertwird (fuÈ r ABR).

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Bild 23: ATM-Verkehrs-parameter

Achtung: Die Verkehrsparameter des Verkehrsvertrages haben nur indi-rekt etwas mit den Quellparametern von EndgeraÈ ten tun. Die Quellpara-meter spiegeln das Sendeverhalten von ATM-EndgeraÈ ten wider. Siesollten den Verkehrsparameter nicht uÈ berschreiten.Oft werden nicht alle Parameter fuÈ r alle Dienstekategorien gebraucht.FuÈ r CBR genuÈ gt z. B. die Angabe von PCR und CDVT peak (siehe auchTabelle 6).

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Attribute CBR rt-VBR nrt-VBR UBR ABR Parameter-klasse

CLR definiert definiert definiert nichtdefiniert

definiert QoS

CTD undCDV

CDV undMean CTD

CDV undMax CTD

nur MeanCTD

nichtdefiniert

nichtdefiniert

QoS

PCR undCDTV

definiert definiert definiert definiert definiert Verkehr

SCR und BT nichtanwendbar

definiert definiert nichtanwendbar

nichtanwendbar

Verkehr

MCR nichtanwendbar

nichtanwendbar

nichtanwendbar

nichtanwendbar

definiert Verkehr

Tabelle 6:Dienstekatego-rien und diezugehoÈ rigenParameter

Quality-of-Service-Klassen (QoS-Klassen)Die QoS-Klassen sind diensteabhaÈ ngig. Folgende Klassen wurden be-reits spezifiziert:

Class 0: nicht spezifiziertClass 1: Circuit emulation, CBR videoClass 2: VBR Audio und VideoClass 3: Verbindungsorientierter DatenverkehrClass 4: Verbindungsloser Datenverkehr

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Die Klassen werden unterschieden, indem man fuÈ r folgende Parameterverschiedene Werte angibt:. CTD. CDV. CLR (fuÈ r CLP = 1- und CLP = 0-Zellen verschieden)

In Zukunft sind noch feinere Klassifizierungen moÈ glich.

Traffic Management Um eine bestimmte Quality of Service fuÈ r alle ATM-Dienste garantierenzu koÈ nnen, ist es wichtig, das Netz nicht uÈ ber seine KapazitaÈ t zu bela-sten. Weiterhin duÈ rfen sich die einzelnen Verbindungen nicht gegensei-tig beeinflussen, so daû QualitaÈ tseinbuûen zu erwarten sind. Um einreibungsloses Nebeneinander von verschiedenen virtuellen KanaÈ len zuermoÈ glichen, sind Regel- und Kontrollmechanismen eingefuÈ hrt. Zusam-mengefaût sind sie unter der Bezeichnung ¹Traffic Managementª.

Traffic-Management-Funktionen

. Connection admission control (CAC)UÈ berpruÈ ft im Rahmen des Verkehrsvertrages (waÈ hrend des Signali-sierungsvorganges), ob eine Verbindung die angeforderte QoS einhal-ten kann und die QoS der bereits eingerichteten Verbindungen nichtbeeintraÈ chtigt.

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. Usage parameter control (UPC) oder PolicinguÈ berwacht die Einhaltung der im Verkehrsvertrag ausgehandelten Pa-rameter. Nichtkonforme Zellen werden gekennzeichnet (CLP = 1).

. Cell loss priority controlsorgt dafuÈ r, daû gekennzeichnete Zellen (CLP = 1) bei Bedarf verwor-fen werden.

. Traffic shapingwird von EndgeraÈ ten sowie von einigen Netzelementen durchgefuÈ hrt,um den gesendeten Zellenstrom auf jeden Fall vertragskonform zuhalten.

. GCRA (generic cell rate algorithm) oder ¹Leaky Bucketª-AlgorithmusDieser Algorithmus wird sowohl bei der UPC als auch beim trafficshaping verwendet. Mit seiner Hilfe werden die Parameter PCR, SCRund MBS kontrolliert. Anschaulich kann man das Prinzip mit einem¹undichtenª Eimer beschreiben, wobei der Inhalt des Eimers ausATM-Zellen besteht. Das Leck ist so dimensioniert, daû bei konfor-mem ATM-Zellenfluû der Eimer nicht ¹uÈ berlaÈ uftª.

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Bild 24: Anschauliche Darstel-lung des ¹Leaky Bucketª-Algorithmus

Ab einer bestimmten ¹FuÈ llstandsanzeigeª werden die Zellen gekenn-zeichnet (CLP = 1, ¹taggingª). Bei der konkreten Realisierung des Algo-rithmus stellt der Eimer einen ZellzaÈ hler dar. Der ZaÈ hler wird bei jederankommenden Zelle um eine Einheit erhoÈ ht. Die ¹Leck-Tropfrateª ist indiesem Algorithmus die Dekrementierrate, die den ZellzaÈ hler kontinuier-lich um eine Einheit verringert. Sie ergibt sich aus der zu uÈ berpruÈ fendenBitrate (z. B.: 1/PCR) und wird bestimmt durch den Minimalabstand zwi-schen zwei aufeinanderfolgenden Zellen. Das ¹Eimervolumenª stellt denWertebereich des ZellzaÈ hlers dar und wird repraÈ sentiert durch die zulaÈ s-sige zeitliche Toleranz der ankommenden Zellen. Dieser Wert wird imRahmen des Verkehrsvertrages ausgehandelt bzw. vom Netzbetreiber

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vorgegeben: Toleranz der ZellverzoÈ gerungsvariation (CDVT). UÈ berschrei-tet der ZellzaÈ hler einen bestimmten Wert, gelten die Zellen als nichtkonform. Als Gegenmaûnahme kann nun die Markierung (Tagging,CLP = 1) oder die Verwerfung nichtkonformer Zellen (Dropping) getroffenwerden. Werden mehrere Parameter gleichzeitig uÈ berwacht (z. B. PCRund SCR), so spricht man von einem ¹Dual Leaky Bucketª, wird ein Pa-rameter uÈ berwacht, von einem ¹Single Leaky Bucketª.

ATM-Meûaufgaben ATM ist dafuÈ r ausgelegt, eine Vielzahl von verschiedenen Diensten zuuÈ bertragen und dabei Garantien auf die QualitaÈ t ebendieser UÈ bertra-gung zu geben. Dabei sind die Bandbreiten sehr groû und die Dienstestellen unterschiedlichste Anforderungen. Diese Fakten und eine Viel-zahl von Schnittstellen zu anderen Technologien und Protokollen ebnenden Weg fuÈ r ein sehr breites Anwendungsfeld fuÈ r ATM-Meûtechnik. Injedem Lebenszyklus eines ATM-Netzelementes und Netzes spielenTests eine wichtige Rolle. Ziel ist dabei immer die Sicherstellung derFunktion und die Reduzierung der Betriebskosten. Die groÈ ûtmoÈ glicheEffektivitaÈ t von ATM-Netzen laÈ ût sich durch den kombinierten Einsatzvon Netzmanagementsystemen und externer Meûtechnik erzielen.GrundsaÈ tzlich lassen sich die Meûaufgaben in die beiden Anwendungs-felder Telekommunikation (MAN-, WAN-Bereich) und Datenkommunika-tion (LAN-Bereich) unterteilen.

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Bild 25: Anwendungfelder fuÈ rATM-Meûtechnik

49

Eine UÈ bersicht der vielfaÈ ltigen Meûaufgaben:

Physikalische Schicht. Sicherstellung der korrekten Funktion der UÈ bertragungsschicht

(SONET, SDH, ADSL . . .)

ATM-Schicht. Performance-Analyse (Quality of Service). Sensor-Tests (Alarme). Traffic Management (Usage Parameter Control, . . .). OAM-Management

ATM-Anpassungsschicht. Test auf fehlerfreie Funktion

Analyse und Fehlersuche innerhalb der ein-gesetzten Dienste und Anwendungen, Internetworking. SVC-Signalisierungs-Tests. Dienste: ILMI, LANE, MPOA, . . .

Monitoring. Ermittlung der Auslastung und des Verkehrsprofils

Im folgenden werden einige Meûaufgaben naÈ her erlaÈ utert. Sie sollenIhnen ein GefuÈ hl fuÈ r die Meûaufgaben vermitteln.

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Wie wird getestet? ATM-Messungen koÈ nnen auf zwei verschiedene Arten durchgefuÈ hrtwerden:

1. Out-of-Service-MessungKennzeichnend fuÈ r diese Messung ist die Unterbrechung des eigentli-chen Verkehrs. Deshalb ist das Hauptanwendungsgebiet solcher Testsdie Produktion, Installation, Verifikation und bei schwerwiegenden Feh-lern eines bereits in Betrieb befindlichen ATM-Systems. SelbstverstaÈ nd-lich lassen sich einzelne KanaÈ le eines ATM-Systems auch noch nachder Inbetriebnahme durch eine Out-of-Service-Messung uÈ berpruÈ fen.

2. In-Service-MessungVor allem zur UÈ berwachung des laufenden Verkehrs kommen dieseMessungen zum Einsatz. Es laÈ ût sich die LeistungsfaÈ higkeit des ATM-Netzes feststellen und es koÈ nnen statistische RuÈ ckschluÈ sse auf dieNetzausnutzung gezogen werden. Es bestehen drei MoÈ glichkeiten, einMeûgeraÈ t so mit dem Netzwerk zu verbinden, daû der laufende Verkehrnicht gestoÈ rt wird. Zum einen koÈ nnen optische Splitter verwendet wer-den, die einen Teil der optischen Leistung zu Meûzwecken dem eigent-lichen Signal entnehmen. Eine andere MoÈ glichkeit ist die Benutzungvon MeûgeraÈ ten im sogenannten Durchgangsmodus. Das Signal wird indiesem Fall durch das GeraÈ t geleitet. Es kann dabei beeinfluût werden.Die dritte MoÈ glichkeit ist die Benutzung von Meûpunkten, die von ATM-Equipment-Herstellern eingebaut wurden.

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Quality of Service QoS Parameters (Was wird gemessen?)

Die folgenden Parameter wurden in der Empfehlung ITU-T I.356 defi-niert und stellen die Meûergebnisse eines QoS-Tests dar:

Cell Loss Ratio (CLR-) =

Cell Error Ratio (CER-) =

Cell Misinsertion Rate (CMR) =

Cell Transfer Delay (CTD) ist die Zeit t2±t1 einer Testzelle:t1: Zeitpunkt des Eintritts der Zelle in die DUTt2: Zeitpunkt des Austritts einer Zelle aus der DUT

Mean Cell Transfer Delay (MCTD) ist das arithmetische Mittel einer be-stimmten Anzahl von CTD-Werten.

Cell Delay Variation (CDV) ist die Schwankungsbreite der ZelluÈ bertra-gungsverzoÈ gerung (CTD) einer virtuellen Verbindung. Durch dieDefinition der ¹Quality of Serviceª ist ein differenzierteres Dienste-Ange-bot moÈ glich, zum Beispiel durch verschiedene Garantien fuÈ r Zellverlust-raten. Damit steht den Dienste-Anbietern auch ein Instrument derPreisvariation zur VerfuÈ gung. Dies wiederum bedeutet, daû ein Dienste-

verlorene Zellen

Alle gesendeten Zellen

fehlerhafte Zellen

Alle gesendeten Zellen (inkl. fehlerhafte)

falsch eingefuÈ gte Zellen

Zeitintervall

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Anbieter die QoS auch gegenuÈ ber seinen Kunden nachweisen muû.QoS measurement nach ITU-T O.191 (Wie wird gemessen?)

Die ITU-T legt in ihrem Standard O.191 Meûmethoden fest, nach denenauf der ATM-Schicht QoS nachgewiesen werden kann. Damit werdenherstellerspezifische oder ungenuÈ gende Meûmethoden ersetzt, die bis-her in Gebrauch waren.

Insgesamt beschreibt die O.191 ein Diagnosemodell zur Performance-analyse, fuÈ r die Testzellen uÈ ber eine vereinbarte virtuelle Verbindungtransportiert werden. Bei dem Verfahren handelt es sich um eine¹Out-of Serviceª-Messung.Wichtig: Die Messung nach O.191 testet die Performance auf Zellen-basis, also auf der ATM-Schicht. Die FunktionalitaÈ t und die Performanceder einzelnen AALs muû separat betrachtet werden.

Bild 26: Prinzipieller Aufbaueiner Testzelle

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Bild 27: Messung der QoS-Parameter nach ITU-T O.191

Usage ParameterControl-Test

Usage-Parameter-Control-(UPC-)FunktionalitaÈ ten sollen verhindern, daûnichtkonformer ATM-Verkehr eines Teilnehmers andere beeintraÈ chtigt.Somit stellt die Bereitstellung und QualitaÈ t von UPC-FunktionalitaÈ ten einwichtiges Unterscheidungskriterium fuÈ r die Auswahl eines Switches dar.UPC ± oder auch Policing ± ist ein wichtiger Bestandteil des Traffic Ma-nagements. Bei Abnahmen wird daher getestet, wie gut Policing-Funk-tionen von einem Switch unterstuÈ tzt werden.

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Am einfachsten erfolgt der Test mit einem Self Call in zwei Schritten:Ein ATM-Testkanal wird zuerst mit allen Parametern (Verkehrsvertrag,Verbindungsart, . . .) festgelegt. Nach erfolgreichem Verbindungsaufbautestet man im zweiten Schritt die Reaktion der UPC, indem man dasSendeverhalten des Instruments gezielt manipuliert (konformer/nicht-konformer Verkehr).

1. Schritt:

Bild 28: Einstellen derTraffic-Contract-Parameter

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2. Schritt:

Bild 29: Kontrolle derQuellparameter in Echtzeit

Test derKanaltransparenz

Der vollstaÈ ndige Bitfehlerratentest uÈ ber einen ATM-Kanal hat viele An-wendungen. Er zeigt unter anderem, ob eine eingerichtete Verbindungfehlerfrei steht. Beim AAL-0 BERT testet eine Bitsequenz die gesamteATM-Kanal-Payload. Der AAL-1 BERT testet hingegen die AAL-1 PDU.Das Beispiel zeigt den zu testenden Kanal, neben anderen geschaltetenATM-Verbindungen. Der Testkanal ist hier eine unidirektionale perma-nente virtuelle Kanal-Verbindung (PVCC). Das MeûgeraÈ t pruÈ ft, ob die

AÈ ndern des Verkehrsvertrages

AÈ ndern derQuellparameter

UPC

Anpassen an Verkehrsvertrag

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gesendete Bitsequenz der empfangenen entspricht. Durch das gezielteEinblenden von Fehlern kann festgestellt werden, ob wirklich eineSchleife im ATM-Switch besteht.

Bild 30: ATM-BERT-Test

Sensortest:Loss of Cell Delineation

Wie schon im Abschnitt ¹Zellsynchronisationª beschrieben, wird dasPrinzip der Synchronisation eines ATM-Switches auf einen eingehendenATM-Zellstrom mit Hilfe eines Zustandsdiagramms beschrieben. DerLCD-Alarm signalisiert dem ATM-Netzbetreiber, daû ebendiese Syn-chronisation verlorengegangen ist. Ziel dieser Messung ist es, denATM-Switch gezielt aus seinem synchronisierten Zustand zu bringenund zu testen, ob die Synchronisation wieder erreicht wird. Dazu wer-den 7 aufeinanderfolgende fehlerhafte ZellkoÈ pfe an den Switch ge-schickt. Die Folge sollte ein LCD-Alarm sein. Stellt man nun dasSenden der fehlerhaften Zellen ein, sollte der Switch sich wieder syn-chronisieren.

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Bild 31: Test des ATM-Synchronisationsvorgangs

Interworking-Tests Interworking Tests stellen sicher, daû die Schnittstellen zwischen ver-schiedenen Technologien innerhalb eines Netzes reibungslos funktionie-ren. Dies ist vor allem bei der EinfuÈ hrung von ATM-Systemen vongroûer Bedeutung. Zur Anwendung kommen hier Protokolltester. Sie er-lauben die EntschluÈ sselung der komplexen Telekomprotokolle. Proto-kolltester haben mindestens 2 Ports und damit die MoÈ glichkeit,mindestens 2 Leitungen gleichzeitig zu uÈ berwachen. Nur auf diese Wei-se lassen sich effektiv RuÈ ckschluÈ sse zwischen Ursache und Wirkung er-mitteln. Man denke dabei nur an den Austausch von Signalisierungs-

ATM switch

Cell syncalarm!

58

nachrichten, wie sie im Abschnitt ¹Signalisierung im ATMª beschriebensind.Protokolltester sind in der Lage, wie ein Netzelement zu agieren. DiesesVerhalten wird als Emulation bezeichnet. Mit Hilfe dieses Tests ist esmoÈ glich, die ProtokollkonformitaÈ t von Netzelementen zu uÈ berpruÈ fen.

Bild 32: Interworking-Test mitHilfe eines Protokollanalysa-tors

Frame Relay

SMDS

Lokale Netze

Ethernet

Token RIng

FDDI

Circuit Emulation

Sprache

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Noch Fragen? Wavetek Wandel & Goltermann bietet ein umfangreichespraxisorientiertes Trainingsprogramm. Ihre lokale Wavetek-Wandel &Goltermann-Vertretung wird Sie gerne beraten. Wir wuÈ rden uns freuen,Sie begruÈ ûen zu koÈ nnen. Auûerdem finden Sie auf unserer Homepageviele Dokumente zum Thema ¹ATM testingª.

WeiterfuÈ hrende Literatur:

. Application Note ¹KoÈ nnen Sie sich auf die QualitaÈ t der Verbindungenverlassen?ª

. ¹Meûtechnik in digitalen Netzenª von Roland Kiefer, HuÈ thig Verlag1997, ISBN 3-7785-2527-1

. ¹ATM ± Die Technikª von Gerd Sigmund, HuÈ thig Verlag 1997,ISBN 3-7785-2541-7

NuÈ tzliche WWW-Adressen:

ATM-Forum: http://www.atmforum.comITU-T: http://www.itu.chWandel & Goltermann: http://www.wg.comWavetek: http://www.wavetek.com

60

AbkuÈ rzungsverzeichnis

A AAL ATM Adaptation LayerAAL-1 ATM Adaptation Layer Type 1AAL-2 ATM Adaptation Layer Type 2AAL-3/4 ATM Adaptation Layer Type 3/4AAL-5 ATM Adaptation Layer Type 5ABR Available Bit RateACM Address Complete MessageACR Allowed Cell RateAIR Additive Increase RateAIS Alarm Indication SignalANSI American National Standars InstituteATM Asynchronous Transfer Mode

B B-ICI B-ISDN Inter Carrier InterfaceB-ISDN Broadband ISDNBER Bit Error RateBISUP Broadband ISDN User Part

C CAC Connection Admission ControlCBR Constant Bit RateCCR Current Cell RateCDV Cell Delay VariationCDVT Cell Delay Variation ToleranceCER Cell Error RatioCLP Cell Loss PriorityCLR Cell Loss Ratio

61

CMIP Common Management Interface ProtocolCMR Cell Misinsertion RatioCOM Continuation of MessageCPCS Common Part Convergence SublayerCPE Customer Premises EquipmentCRC Cyclic Redundancy CheckCS Convergence SublayerCTD Cell Transfer Delay

D DBR Deterministic Bit RateDSS2 Digital Subscriber Signaling #2

E EOM End of MessageETSI European Telecommunications Standards Institute

F FDDI Fiber Distributed Data InterfaceFEBE Far End Block ErrorFEC Forward Error Correction

G GCRA Generic Cell Rate AlgorithmGFC Generic Flow Control

H HEC Header Error ControlI ILMI Interim Link Management Interface

IP Internet ProtocolL LAN Local Area Network

LANE LAN EmulationLOC Loss of Cell DelineationLOF Loss of FrameLOS Loss of Signal

62

M MAN Metropolitan Area NetworkMBS Maximum Burst SizeMCR Minimum Cell RateMCTD Maximum Cell Transfer DelayMIB Management Information BaseMPOA Multi Protocol over ATM

N NNI Network Node InterfaceO OAM Operation Administration and MaitenanceP PCR Peak Cell Rate

PNNI Private NNIPOH Path OverheadPRBS Pseudo Random Bit Sequence, auch Quasi-ZufallsfolgePVC Permanent Virtual CircuitPVCC Permanent Virtual Path Connection

Q QoS Quality of ServiceS SAAL Signaling ATM Adaptation Layer

SAR Segmentation and ReassemblySBR Statistical Bit RateSCCP Signaling Connection and Control PartSCR Sustainable Cell RateSDH Synchronous Digital HierarchySMDS Switched Multi-Megabit Data ServicesSN Sequence NumberSONET Synchronous Optical NetworkSSCF Service Specific Coordination FunctionSSCOP Service Specific Connection Oriented Protocol

63

SSCS Service Specific Convergence SublayerSTM Synchronous Transport ModuleSTS Synchronous Transport SignalSVC Switched Virtual Circuit

T TCP Transmission Control ProtocolTM Traffic Management

U UBR Unspecified Bit RateUNI User Network InterfaceUPC Usage Parameter Control

V VBR Variable Bit RateVC Virtual ChannelVC Virtual ContainerVCI Virtual Channel IdentifierVP Virtual PathVPI Virtual Path Identifier

W WAN Wide Area Network

64

Schutz

geb

uÈhr

15

DM

±D

2.99

/WG

1/1

020

In dieser Reihe erschienen:

Band 1

SDHTaschenlexikonfuÈ r synchrone UÈ bertragungssystemeD 5.98/WG1/1006

Band 2

GSMTaschenlexikonfuÈ r Mobilfunktests und GrundlagenD 8.98/WG1/1015

Band 3

SONETPocket GuideFundamentals and SONET TestingE 7.98/WG1/1013

VOL. 4

Taschen-Lexikon

Wandel & GoltermannCommunications Test Solutions