BAB 4: PROTOKOL ATM 4.1 Pengenalan ATM merupakan sejenis protokol paket di mana data daripada sumber yang berbeza dapat dihantar kepada saluran fizikal yang sama dengan menggunakan prosedur mod pemindahan tak serentak (asnychronous). Protokol ini telah direkabentuk untuk memenuhi keperluan pengguna yang menggunakan aplikasi yang berbeza. Sebagai contoh, ia tidak hanya sesuai untuk penyambungan perkhidmatan data tanpa wajar dalam pelbagai kadar bit, malah dalam LANs, ia juga menyokong pemindahan penyambungan, berstruktur, circuit- switched data dan 64-kb/s PCM speech signals. Begitu juga, ia boleh digunakan untuk mengangkut data pengguna serta call control messages untuk membuat penyambungan. Dalam bab ini, kita dapat mengetahui tentang asas-asas dalam protokol ATM [1]-[4]. 4.2 The ATM Protokol Stack Untuk mengendalikan perkhidmatan yang berbeza dengan berkesan, lapisan senibina telah dibina di dalam protokol, setiap lapisan menjalankan fungsi yang spesifik. Rajah 4-1 menunjukkan the genetic protokol stack. Lapisan protokol yang teratas menggolongkan di antara semua, lapisan aplikasi, lapisan pengangkutan dan lapisan rangkaian. Contoh bagi lapisan aplikasi ialah file transfer protokol (FTP) untuk memindahkan fail, simple mail transfer protokol (SMTP) untuk memindahkan mesej elektronik, protokol telnet yang menyediakan perkhidmatan virtual terminal dan lain-lain. Transmission control protocol (TCP) dan internet protocol adalah lapisan pengangkutan dan lapisan rangkaian protokol masing-masing. ATM Adaptation Layer (AAL), adalah lapisan yang mempunyai ciri-ciri lapisan penyesuaian service-dependent. Tujuan lapisan penyesuaian ini adalah untuk memformat data daripada lapisan aplikasi. Ia mengambil panjang paket 42
yang berubah-ubah daripada lapisan teratas, menambahkan header trailer dan jika perlu beberapa akan memenuhi beberapa oktet, bergantung kepada aplikasi yang digunakan, segmen keputusan paket kepada paket yang lebih kecil supaya dapat dipadankan dengan saiz sebenar sel ATM dan kemudian menghantar segmen tersebut ke lapisan ATM. Berpandukan daripada fungsi-fungsi tersebut, lapisan penyesuaian dapat dibahagikan kepada 2 sublapisan : sublapisan pemuratan (Convergence Sublayer - CS) dan segmentasi dan Reassembly Sublayer (SAR). Lapisan CS sendiri mengandungi 2 sublapisan: the servicespecific convergence sublayer (SSCS) dan the common-part convergence sublayer (CPCS). Rajah 4-1 The Generic protocol stack digunakan dalam aplikasi ATM. Higher-layer protocol ATM Adaptation Layer Service-specific Convergence sublayer Common- part Convergence sublayer Convergence Sublayer ATM Layer Physical Layer Segmentation and Reassembly sublayer Lapisan ATM adalah menyerupai dengan data link-layer protocol of Narrowband ISDN. Sebagai contoh, ia membenarkan pengguna data daripada sumber yang berbeza menjadi multipleks di atas multiple virtual channels di dalam laluan fizikal yang sama dan membekalkan untuk simple flow control dan framing. Untuk memahami ciri-ciri protokol ini kita akan memulakan dengan penerangan mengenai lapisan ATM. 43
4.3 Lapisan (Layer) ATM Sel ATM mengandungi 53 oktet: lima yang pertama merupakan header dan 48 yang selebihnya merupakan lapangan maklumat. Beberapa lapangan sel pada user network interface (UNI) ditunjukkan dalam Rajah 4-2. Secara ringkas, empat bit header yang pertama mengandungi Generic Flow Control (GFC); ia membekalkan mekanisme simple flow control pada lapisan ATM. Lapan bit yang berikutnya merupakan Virtual Path Identifier (VPI), diikuti dengan 16-bit Virtual Channel Identifier (VCI). Dua lapangan ini menentukan saluran logikal dalam penyambungan ATM. Lapangan Payload Type Indicator (PTI) ialah 3 bit panjang dan menerangkan jenis data yang dibawa lapangan maklumat sel. Bit Cell Loss Priority (CLP) menunjukkan kepada penerima adakah ia sel khas yang boleh dibuang jika kesesakan rangkaian berlaku. Lapangan Header Error Control (HEC) mempunyai 8 bit parity dalam empat oktet yang pertama pada header. Kegunaannya ialah supaya penerima boleh mengesan kesalahan yang mungkin telah berlaku di dalam header semasa transmisi. Format sel pada Network-to-Network Interface (NNI) adalah sama, kecuali pada NNI ia tiada lapangan GFC. Ini disebabkan ia menggunakan 12 bit lapangan VPI. Dalam B-ISDN, beberapa pre-assigned nilai header telah disimpan untuk operasi, pentadbiran dan penyelenggaraan (OA&M) yang digunakan pada lapisan fizikal. Jadual 4-1 menunjukkan sebahagian senarai nilai header. 44
Rajah 4-2 Struktur sel ATM pada B-ISDN UNI. NNI adalah struktur yang sama kecuali tidak boleh mengandungi GFC field. Instead it has a 12 bit VIP field. Oktet 1 1 2 3 4 5 6-53 8 7 6 5 4 3 2 1 GFC VPI VPI VCI VCI PT CLP HEC 48 Octets of information GFC-Generic Flow Control VPI- Virtual Path Identifier VCI- Virtual Channel identifier PT- Payload Type (indicator) CLP- Cell Loss Priority HEC- Header Erro Control Jadual 4-1 Pre-assigned Cell Headers for Use at the Physical Layer Header (4 octets in hex) Cell Type (for use at the physical layer) 00 00 00 01 Idle cell 00 00 00 09 Cell for OA&M functions at the physical layer 4.3.1 Generic Flow Control Dalam ATM, konsep yang paling penting ialah kualiti perkhidmatan (Quality of Service - QoS)[6]. Sebagai contoh, aplikasi kadar bit tetap seperti 64 kbps suara. Dalam kes ini, aplikasi semasa tempoh panggilan, mesti mempunyai lebar jalur yang terjamin sama dalam kedua-dua arah ke hadapan dan ke belakang. Ia boleh tolerate dengan beberapa kelewatan tetapi mestilah tiada 45
kesan besar daripada kelewatan itu. Aplikasi itu juga perlu beranggapan tiada sel yang hilang. Untuk aplikasi data, keperluannya adalah berbeza. Sebagai contoh bila memindahkan fail daripada pelayan ATM kepada PC, salah satu boleh tolerate dengan kelewatan penting (significant delay) atau kelewatan penting variasi. Pengguna boleh menentukan lebarjalur yang maksimum- diharapkan sedikit pada satu arah, tetapi kepentingannya adalah lebih tinggi pada arah yang lain dan menerima beberapa sel kerana protokol lapisan teratas di dalam aplikasi telah membina prosedur error-recovery (built-in error-recovery procedures). Dapat dilihat dengan jelas bahawa terdapat banyak lagi kelas dalam QoS. Pengguna virtual channel (VC) atau virtual path (VP) boleh meminta dan mengambil peluang yang ditawarkan QoS daripada rangkaian. QoS terdiri daripada parameter as average dan kadar puncak sel, nisbah kehilangan sel, purata kelewatan dan lain-lain. Parameter ini boleh di tetapkan pada waktu langganan atau mungkin juga sewaktu panggilan dibuat. Rangkaian akan mengawasi parameter kemudian bergabung dengan VCC dan cuba untuk menjamin trade pengguna menggunakan sumber rangkaian lebih daripadanya mendapat QoS yang diminta. Pada waktu kesesakan, rangkaian harus mengawal keadaan trafik yang dihasilkan oleh pengguna yang melakukan kesalahan. Sementara itu, lapisan pertama protokol di dalam rangkaian boleh menggunakan mekanisma kawalan kesesakan yang sofistikated. Dalam lapangan generic flow control (GFC), empat bit yang pertama membekalkan simple flow control pada lapisan ATM. Untuk melihat di mana mekanisme GFC boleh digunakan, lihat contoh, rajah 4-3, menunjukkan B-ISDN titik rujukan [5]. B-TE1 dan B-TE2 disambung pada B-NT2 pada S B. B-NT2, menggantikannya, disambung pada rangkaian ATM pada titik rujukan T B. Untuk mengawal keadaan trafik yang pada asalnya dihasilkan oleh B-TE1 dan B-TE2, B-NT2 boleh meminta mekanisme GFC. Dalam kes ini, GFC akan hanya mengawal trafik yang datang ke dalam B-NT2. Rangkaian awam mungkin atau tidak mungkin menggunakan lapangan GFC untuk mengawal terminal; tetapi jika ia melakukannya peraturan yang sama 46
akan digunakan. Sebagai contoh, B-TE2 yang disambungkan terus kepada rangkaian atau B-NT2 boleh dikawal dengan rangkaian menggunakan GFC. Di sini, rangkaian ini dipanggil sebagai peralatan pengawalan (Controlling Equipment). Terdapat 2 jenis sambungan ATM; terkawal dan tidak terkawal. Alat yang menghubungkan ke rangkaian pada titik rujukan S B dan T B mungkin dikawal atau tidak di kawal; sedangkan apa yang disambung pada SSB patut dikawal. Nilai lapangan GFC bergantung pada arah transmisi. Bila ia tidak digunakan, ia harus disetkan pada kosong. Jadual 4-2(a) menerangkan bagaimana empat bit bagi lapangan GFC digunakan dari rangkaian kepada terminal. Kegunaan lapangan GFC dalam arah yang bertentangan ditunjukkan dalam jadual 4.2 (b). Apabila bekalan kuasa dihidupkan, semua terminal mula lapangan GFC dalam sel-sel yang akan datang jika lapangan ini disetkan pada nilai SET, terminal akan bertukar kepada mol terkawal. Rajah 4-3 Physical configuration of terminal in B-ISDN. The GFC mechanism is used to control traffic from the terminals toward the network. The letter B in the terminal designations indicates their broadband capabilities. Terminal marked B- TE are connected in a bus configuration. SB B-TE2 R B-TE1 B-TA B-NT2 TB B-NT1 UB ATM Network B-TE2 or TE2 B-TA B-NT1 B-NT2 TB B-NT1 B-TE 0 0 0 B-TE SSB 47
Jadual 4-2(a) The GFC Field in the Network- to Terminal Direction. GFC Field Function Performed Bit 1 (lsb) When set to 1, it indicates a HALT command from the network, asking The terminal to stop to stop transmiting, assuming that controlled connection procedures are being used. Bit 2 In the default mode, the network sets it to 1 to indicate controlled connection and 0 otherwise. When it is 1, the terminal should monitor the GFC field for a HALT command. Bit 3 In the default mode, this bit is set to 0. Bit 4 Always set to 0. Jadual 4-2 (b) The GFC Field in the Terminal- to- Network Direction GFC Field Function Performed Bit 1 (lsb) Unused and always set to 0 Bit 2 In the default mode, the terminal sets this bit to 1 to indicate that this Cell is from a controlled connection, and 0 otherwise. Bit 3 In the default mode, this bit is unused and is set to 0 Bit 4 Set to 1 if the terminal is controlled and 0 otherwise. 4.3.2 Virtual Path and Virtual Channel Seperti yang telah ditunjukkan sebelum ini, Lapisan ATM membekalkan VC pada setiap pengguna aplikasi dan satu atau lebih VP. VPs mengandungi sekumpulan VCs yang mempunyai beberapa atribut yang biasa. Sebagai contoh, jika beberapa VCs mempunyai laluan kepada mod atau destinasi yang sama, mereka akan ditetapkan pada VP yang sama supaya semuanya dapat ditukarkan (switched) bersama. VPs biasanya digunakan pada coss-connect atau switching system. 48
Pada UNI, lapangan VPI-VCI mengandungi 24 bit. Bilangan bit dalam lapangan ini yang sebenarnya digunakan untuk tujuan laluan mungkin berbeza dengan biasanya diputuskan semasa masa langganan. Sementara setiap VC dalam VP mesti mempunyai VCI yang unik, dua VCs yang berbeza dengan VCI yang sama mungkin terkandung dalam dua VPs yang berbeza. Dalam ATM, aplikasi pengguna boleh meminta agar data dapat dipindahkan dalam satu arah sahaja atau ia boleh meminta transmisi dalam kedua-dua arah. Dalam kes yang terkemudian pada sebarang titik antaramuka samada ia adalah UNI atau NNI, nilai yang sama untuk lapangan VPI dan VCI digunakan dalam kedua-dua arah. Begitu juga dengan lebarjalur bagi VC yang diberikan mungkin sama setiap arah seperti dalam komunikasi simetrik atau berbeza dalam 2 arah. Begitu juga diperhatikan bahawa VPI atau VCI hanya mempunyai local signifikan dan sah hanya pada antaramuka yang diberikan. Dalam kata lain, nilai VPI/VCI yang sama mungkin wujud pada 2 atau lebih titik antaramuka. Jadual 4-3 adalah senarai beberapa VPI dan VCI yang biasa digunakan. Dalam jadual ini, xx bermaksud apa-apa nilai yang dibenarkan. VCI yang sama mesti dinilai digunakan dalam setiap VP untuk menunjukkan fungsi yang khusus untuk apa yang telah ditetapkan. Sebagai contoh, dalam semua VPs yang dinilai pada antaramuka, VCI=5 mesti digunakan untuk Q.2931 prosedur panggilan kawalan. Jadual 4-3 Pre-assigned VPIs dan VCIs Specific Use VPI (in hex) VCI (in hex) Unassigned cell 00 00 00 Meta- signaling xx 00 01 General broadcast signaling xx 00 02 Q.2931 (point-to-point) call xx 00 05 Control procedures ILMI protocol 00 01 00 49
4.3.3 Payload Type (PT) Field Lapangan ini menunjukkan samada sel membawa data pengguna maklumat OA&M, atau maklumat yang berkaitan dengan pengurusan sumber. Nilai yang dibenarkan untuk lapangan PT diberikan dalam Jadual 4-4. Apabila paket adalah terlalu panjang untuk dimasukkan dalam single ATM sel, ia akan dibahagikan kepada segmen segmen kecil. Header dan trailer ditambah ke dalam setiap segmen, menunjukkan samada segmen yang khas adalah yang pertama, terakhir atau segmen yang berterusan. Dalam setengah aplikasi adalah mustahil untuk menambah header atau trailer. Dalam kes ini, lapangan PTI digunakan menunjukkan segmen tersebut. Lapisan ATM User-to User Bit (AUU) dalam lapangan PT telah disetkan kepada 0 untuk yang pertama atau segmen pertengahan dan set kepada 1 untuk segmen yang terakhir. Jika dalam waktu yang sama Convergence Sublayer Protocol Data Unit (CS-PDU) mengandungi hanya satu segmen, baru bit diset kepada 1. Bit kesesakan (Congestion Bit) PT bersambungan digunakan dalam mod pesanan dan mempunyai maksud yang biasa-0 jika tiada kesesakan dan 1- jika lain lain. Bit Cell Loss Priority (CLP) dalam ATM sel header adalah 0 untuk high priority cell dan 1 untuk low priority cell. Sebaliknya, jika bit ini diset kepada 1 dalam sel, rangkaian akan mengalami kesesakan dan mungkin membuang sel tersebut. HEC bits dihasilkan oleh polynomial multipliation dan division modulo 2. Polynomial serupa dengan 4 oktet yang pertama dalam header di darabkan dengan x dan jawapannya dibahagikan dengan generation polynomial: x 8 + x 2 + x +1 Bakinya memberikan bit-bit HEC. 50
4.4 ATM Adaptation-Layer Protocol Tujuan utama ATM Adaptation-Layer Protocol ialah untuk membawa protokol data units (PDUs) daripada lapisan pertama ( lapisan aplikasi) dan menukarkan kepada format yang sesuai untuk transmisi dalam sel ATM. Erti kata lain, lapisan penyesuaian protokol (ATM Adaptation Layer) menyediakan antaramuka di antara lapisan aplikasi dan lapisan ATM. Memandangkan protokol lapisan aplikasi adalah service-specific, lapisan penyesuaian ATM direka untuk memenuhi keperluan perkhidmatan yang tertentu. Protokol AAL disesuaikan dengan protokol ATM untuk pelbagai aplikasi tanpa mengorbankan kelebihan semulajadi low delay and fast transport. Dalam banyak aplikasi yang dilakukan, higher-layer Service Data Unit ( SDU) boleh mempunyai oktet, di mana jumlah muatan untuk sel ATM ialah hanya 48 oktet. Fungsi asas AAL adalah untuk melakukan segmentasi dan penyusunan semula upper layer SDU. Fungsi lain pada lapisan ini termasuk pemulihan kesalahan, mengendalikan pelbagai kelewatan sel (cell delay), pemulihan sumber frekuensi waktu pada penghujung penerimaan dan lain-lain. Lapisan penyesuaian telah dibahagikan kepada 2 sublapisan iaitu: CS menunjukkan fungsi service-dependent, dan sublapisan SAR menunjukkan segmentasi dan penyusuran semula. Seperti yang telah dijelaskan CS telah dibahagikan kepada 2 lapisan iaitu : SSCS yang ditakrifkan dengan perkhidmatan khas dan CPCS yang biasa digunakan dalam semua perkhidmatan. Berpandukan kepada jenis perkhidmatan yang berlainan, protokol lapisan penyesuaian telah diklasifikasikan kepada lima jenis seperti yang akan diterangkan dibawah. 51
Jadual 4-5 Service Class Types that Determine the functions of the CS Service Class A B C D Atributes Connection-oriented, constant-bit-rate, and needs to transmit timing information over ATM cells. An example is the circuit emulation of a T1/PRI interface Connection-oriented, variable-bit-rate, and needs to transmit timing information over the ATM cells. An example is a multimedia service with variable bit-rate Video and audio. Connection-oriented, variable -bit- rate, but does not need to transmit timing information over the ATM cells. Connection-oriented, variable bit-rate and does not need to tansmit timing information over the ATM cells 4.4 Lapisan Fizikal Protocol lapisan fizikal berurusan dengan pengangkutan maklumat sebenar melalui medium yang dipilih, ini termasuklah perkara seperti line coding untuk menyediakan waktu pemulihan pada penghujung remote,signal conditioning untuk melindungi terhadap amplitud dan phase distortion,dan mekanisme untuk membekalkan beberapa maintenance capabilities remotely. Lapisan fizikal juga menentukan antara muka mana yang digunakan oleh pengguna pada rangkaian,atau satu rangkaian dihubungkan kepada rangkaian yang lain. Medium tersebut boleh mempunyai 2-wire twisted pair, 4 wires,fiber dan juga saluran wireless komunikasi. Protokol lapisan fizikal yang biasa digunakan dalam rangkaian ATM ialah SONET atas fiber. Dalam beberapa kes, DS3, TI/CEPT dan juga ADSL(asynchronous digital subcriber line) digunakan. Terdapat dua jenis antaramuka dalam ATM; User-to-Network Interface(UNI) dan Network-to-Network Interface(NNI). UNI boleh menjadi public 52
atau private. Jika rangkaian ATM adalah private, antaramuka ialah private UNI. Jika ia adalah rangkaian public, antaramuka ialah public UNI. Begitu juga, NNI boleh menjadi public atau private. Bagi beberapa jenis antaramuka, protokol lapisan fizikal dibahagikan kepada dua sublapisan: Physical Medium-Dependent(PMD) sublapisan dan Transmission Convergence(TC) sublapisan. Sublapisan PMD termasuk fungsi penyiaran sebagai pemindahan bit dan susunan bit. Sublapisan TC, membekalkan fungsi yang tidak bergantung pada fizikal medium dan termasuk juga menggariskan sel dan juga ATM sel header error checking. Sublapisan PMD yang berada pada antaramuka DSS berfungsi sebagai bit framing,line coding, dan juga keadaan untuk medium fizikal. Mediaindependent TC sublapisan pula berfungsi sebagai penggerak header dan pengesahan,pembentukan dan menggariskan sel, penggunaan bahagian overhed dan bit stuffing. SONET STS-3c akan dicapai dengan percantuman synchronous payload envelope(spfs) melalui 3 synchronous transport signal-1(sts-1). Fungsi lapisan fizikal dalam SONET adalah sama seperti dalam DS3. selain daripada itu, protokol ini menyediakan: Overhed bytes B-ISDN-operasi dan penyelenggaraan tertentu Pengurusan penyampaian Pengurusan keselamatan Kemudahan percubaaan 53
54
Tutorial: 1. Terangkan fungsi Generic Flow Control dalam ATM. 2. Berikan format suatu sel ATM. 3. Nyatakan kepentingan Header Error Control (HEC). 55