ATM Adaptation Layers

ATM Adaptation Layers, czyli adaptacyjna warstwa w modelu odniesienia techniki Asynchronous Transfer Mode, to warstwa, która odpowiada za generowanie 48-oktetowych datagramów. Te datagramy są wykorzystywane jako ładunki użyteczne w komórkach ATM. Opracowano pięć różnych warstw AAL, numerowanych od 1 do 5, z których każda została stworzona do obsługi jednej z czterech klas usług: A, B, C lub D. Warto zaznaczyć, że każda klasa obsługuje transmisje w inny sposób, co wymaga zastosowania różnych protokołów w stacjach końcowych.

AAL

Warstwa AAL rozszerza funkcje warstwy ATM, co umożliwia spełnienie specyficznych wymagań różnych aplikacji usługowych. W każdym przypadku implementacja AAL musi odzwierciedlać charakterystykę danej usługi, ponieważ AAL musi wspierać różnorodne protokoły użytkownika.

Klasy AAL są zgodne z specyfikacją ITU-T, która definiuje następujące rodzaje usług realizowanych przy użyciu technologii ATM:

klasa A: dotyczy usług, w których konieczne jest zachowanie ścisłej synchronizacji czasowej pomiędzy źródłem a odbiornikiem; przeznaczona dla źródeł wymagających stałej szybkości transmisji (Constant Bit Rate – CBR);
klasa B: obejmuje usługi o zmiennej szybkości przesyłania, które wymagają synchronizacji pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem (Variable Bit Rate – VBR);
klasa C: dla usług transmisji danych, które wymagają zestawienia połączenia;
klasa D: dla usług transmisji danych, które nie wymagają zestawienia połączenia.

Aktualnie zdefiniowane klasy AAL nie obejmują wszystkich możliwych kombinacji atrybutów aplikacji usługowych.

Typowe zadania realizowane przez AAL to:

obsługa użytkownika oraz zarządzanie, w tym odwzorowanie danych wymienianych z warstwą ATM;
zarządzanie błędami transmisyjnymi;
zapewnienie wymagań dotyczących przekazu danych dla różnych aplikacji (podwarstwa CS) oraz realizacja „mappingu” PDU warstw wyższych na odpowiednie pola informacyjne w komórkach ATM (podwarstwa SAR) i „na odwrót”.
dostosowanie danych dostarczanych w formie ramek przez aplikację usługową do przesyłania ich przez komórki ATM;
podejmowanie działań korygujących w przypadku utraty lub nadmiaru komórek z danymi użytkowymi;
kontrola przepływu danych oraz utrzymanie wymaganych parametrów czasowych przekazu.

Duża różnorodność zadań sprawia, że ich realizacja odbywa się z wykorzystaniem funkcji, które tworzą następujące podwarstwy:

Podwarstwa Segmentacji i Zestawiania (Segmentation and Reassembly Sublayer – SAR): Po stronie nadawczej dokonuje podziału bloków informacji użytkowej na segmenty odpowiadające rozmiarowi komórek. Na odbiorniku zestawia ramki wymagane przez aplikację usługową, wypełniając je informacjami dostarczonymi przez warstwę ATM.
Podwarstwa Konwergencji (Convergence Sublayer – CS): Odpowiada za realizację podstawowych funkcji punktu dostępu do usług warstwy AAL (AAL Service Access Point – AALSAP).

W szczególnych przypadkach zbiór funkcji realizowanych przez SAR i CS może być pusty, zazwyczaj jednak obejmuje liczne procedury, których zadania zależą od klasy realizowanej aplikacji usługowej, określanej przez:

rodzaj powiązań czasowych pomiędzy źródłem a odbiornikiem (wymagane lub nie);
tryb realizacji wymiany danych (połączeniowy lub bezpołączeniowy);
charakter zmian prędkości transmisji (stała lub zmienna);

Pozostałe cechy są traktowane jako parametry jakości świadczenia usług telekomunikacyjnych (Quality of Service – QoS) i nie wpływają na rozszerzenie listy obsługiwanych przez warstwę AAL klas usługowych.

Warstwy AAL

AAL1

Warstwa AAL1 jest przeznaczona do realizacji usługi CBR, która wymaga synchronizacji pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Oferowane przez tę warstwę usługi obejmują odbiór SDU (Service Data Unit) z stałą szybkością transmisji oraz ich przekazanie z tą samą szybkością, przesyłanie informacji synchronizacyjnych pomiędzy źródłem a odbiornikiem oraz identyfikację utraconych lub błędnych informacji (klasa A ITU).

AAL1 realizuje:

segmentację i zbieranie danych od użytkownika;
zarządzanie zmiennym opóźnieniem komórek (CDV – Cell Delay Variation);
obsługę utraconych lub źle umiejscowionych komórek;
odtwarzanie w odbiorniku częstotliwości zegara nadajnika;
monitorowanie informacji sterującej protokołu AAL dla obsługi błędów, tj. AAL-PCI (AAL-Protocol Control Information);
zarządzanie błędami AAL-PCI;
monitorowanie pól informacji użytkowych w kontekście błędów bitowych i podejmowanie działań korygujących;
monitorowanie parametrów QoS pomiędzy wskazanymi zakończeniami sieciowymi.

AAL2

Warstwa AAL2 jest przeznaczona do realizacji usługi VBR, która również wymaga synchronizacji pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Podobnie jak w AAL1, jednak SDU są odbierane ze zmienną szybkością. Typ 2 AAL akceptuje CS-PDU o zmiennej długości, co oznacza, że mogą występować SAR-PDU, które nie są całkowicie wypełnione.

AAL2 realizuje podobne zadania jak warstwa AAL1, rozszerzając funkcjonalność warstwy ATM:

segmentację i zbieranie informacji użytkowych;
zarządzanie zmiennym opóźnieniem komórek;
obsługę utraconych i źle umiejscowionych komórek;
odtwarzanie w odbiorniku częstotliwości zegara nadajnika;
odtwarzanie źródłowej postaci danych przez odbiornik;
monitorowanie informacji sterującej protokołu AAL-PCI w celu wykrywania i obsługi błędów;
na życzenie użytkownika AAL2 może prowadzić monitoring parametrów QoS pomiędzy wskazanymi zakończeniami sieciowymi.

Inne funkcje AAL2, a zwłaszcza sposób realizacji zadań podwarstw SAR oraz CS, są obecnie przedmiotem intensywnych badań.

Zastosowanie AAL2 (klasa B):

Przekaz audiowizualny poddawany kompresji (np. MPEG);

AAL3

Warstwa AAL3 jest wykorzystywana do transmisji danych komputerowych w trybie połączeniowym (klasa C ITU).

AAL4

Warstwa AAL4 umożliwia transfer zbiorów i wiadomości bez zestawiania połączenia (klasa D ITU). Specyfikacje AAL3 i AAL4 są identyczne, dlatego oba typy połączono w jedną warstwę oznaczaną jako AAL3/4.

Typ ten dotyczy usług wymagających zestawienia połączenia, które nie wymaga synchronizacji pomiędzy źródłem a odbiornikiem. Funkcje realizowane przez typ 3 AAL obejmują segmentację i scalanie danych użytkowych generowanych o zmiennej szybkości oraz obsługę błędów. Zarówno typ 3, jak i 4 mogą być wykorzystywane do przekazu danych w ramkach oraz w postaci strumienia danych. Różnicą jest to, że typ 3 jest przeznaczony dla ruchu wymagającego zestawienia połączenia, natomiast typ 4 dla ruchu, który nie wymagał zestawienia połączenia (tj. połączenie było już wcześniej zestawione). Oba typy AAL obejmują mechanizmy retransmisji. Dwa typy usług: dla danych przesyłanych w ramkach (message mode) i dla danych strumieniowych (streaming mode).

Zastosowanie AAL3 (klasa C):

Dane sygnalizacyjne, realizacja transakcji;

AAL4 (klasa D):

Emulacja LAN, sieci wirtualne, dostęp do sieci rozległych (Internet).

AAL5

Warstwa AAL5 jest odpowiednia zarówno dla usług połączeniowych, jak i tych, które nie wymagają zestawienia łącza. Typ 5 AAL dotyczy usług z zestawianiem połączenia, które nie wymagają synchronizacji czasowej pomiędzy źródłem a przeznaczeniem. Funkcjonalność AAL5 jest uproszczona, aby obsługiwać ruch o dużej szybkości. Zakłada się, że warstwy leżące powyżej realizują funkcje związane z obsługą błędów, retransmisji oraz sprawdzeniem kolejności komórek.

AAL5 dysponuje rozbudowanymi funkcjami przekazywania danych pomiędzy użytkownikami AAL za pośrednictwem połączeń zestawianych przez warstwę ATM. Sposób realizacji tych funkcji jest zbliżony do realizacji funkcji w warstwie adaptacyjnej typu AAL3/4.

Zastosowanie AAL5:

TCP/IP, Frame Relay, UBR

Podstawowe zestawy protokołów obejmujące funkcje podwarstw SAR i CS, odpowiednio dobrane do obsługi wymienionych aplikacji, zawiera zalecenie I.363. W miarę rozwoju rynku usług telekomunikacyjnych może być konieczne rozszerzenie obowiązujących specyfikacji poprzez różnicowanie parametrów funkcji istniejących oraz definiowanie nowych procedur. Dotyczy to szczególnie realizacji trybów bezpołączeniowych (ConnectionLess – CL), które ostatnio są intensywnie rozwijane w związku z dużą popularnością sieci opartych na protokole TCP/IP. Dodatkowe funkcje niezbędne do realizacji usług CL to adresowanie warstwy sieciowej oraz trasowanie, które, będąc zlokalizowane w wyższych warstwach, stają się użytkownikami AAL. Na podobnych zasadach wykorzystują AAL procedury sygnalizacyjne, obsługiwane przez klasy 3 i 4, zgodnie z intencjami ITU, które dążą do przypisania ruchu służbowego do jednej, konkretnej klasy warstwy adaptacyjnej.