SMDS

SMDS (Switched Multimegabit Data Service) należy do rodziny technologii szybkich sieci pakietowych, w których kontrolą błędów zajmują się stacje końcowe. Pakiety z błędami są z założenia odrzucane. Bezpołączeniowy tryb pracy sieci zapewnia komunikację typu każdy z każdym bez konieczności nawiązywania połączenia i uruchamiania procedur rozłączania. Metodą dostępu jest DQDB, a najważniejszym protokołem komunikacyjnym - interfejs SIP. Do kanału dostępowego dopuszcza się pakiety po każdorazowym sprawdzeniu adresu źródłowego. Nośnikiem informacji mogą być światłowody lub przewody miedziane.

Charakterystyka technologii SMDS

Sieci oparte na technologii SMDS zapewniają:

• przepływności odpowiadające zwykle pięciu klasom dostępu: 4, 10, 16, 25 i 34 Mb/s, a coraz częściej - 45 i 140 Mb/s;
• transport pakietów o długości do 9188 bajtów;
• sprawdzanie adresów źródłowych;
• przesyłanie adresów źródłowych i docelowych;
• adresowanie grupowe;
• wsparcie SNMP (Simple Network Management Protocol).

SMDS charakteryzuje się wysoką dostępnością usług. Prawdopodobieństwo dostępności usługi w dowolnie wybranej chwili wynosi z założenia 0,999, a więc dużo więcej niż w typowej sieci lokalnej. Około 95 proc. transmisji najdłuższego pakietu między dwoma CPE pod systemem DS-3 nie powinno trwać dłużej niż 20 ms. Średni czas transferu danych jest niższy od 10 ms i sieć SMDS staje się praktycznie niewidoczna dla abonentów.

Technologia SMDS powstała w laboratoriach BELLCORE (BELL COmmunications REsearch). Upowszechnia się od 1989 r. jako technologia szybkich sieci pakietowych WAN z usługami bezpołączeniowymi.

Sieć SMDS i jej charakterystyczne elementy: dostęp DQDB bezpołączeniowy protokół SIP, przełącznik MSS oraz interfejsy SNI i ISSN

W Europie upowszechnia się ekwiwalentna technologia o nazwie CBDS (Connectionless Broadband Data Service), zaakceptowana przez ETSI (European Telecommunications Standard Institute). Jest to w istocie pierwsza kompletna architektura, która implementuje usługę ATM i jest dobrze specyfikowana. Pierwsze sieci ATM spełniają specyfikacje CBDS. Obydwie technologie są identyczne przy dostępie na kanałach E1 lub E3. Czołowym europejskim dostawcą urządzeń zgodnych z protokołami SMDS/CDBS jest Siemens.

Zastosowanie

Do podstawowych zastosowań technologii SMDS zalicza się łączenie odległych sieci LAN i kampusowych oraz poszerzanie ich zasięgu na obszarze miasta lub większym. Inne zastosowania wynikają z typowych przymiotów połączeń komutowanych: komunikacja między stacjami roboczymi lub grupami użytkowników, połączenia dużych komputerów z terminalami itp.

Dostęp do SMDS: podsieć DQDB

PModel DQDB na tle modelu OSI

Protokół IEEE 802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bas) definiuje architekturę dwu jednokierunkowych magistral sterowanych przeciwbieżnie oraz metodę dostępu polegającą na cyklicznym generowaniu na początku każdej z magistral uporządkowanych ciągów pustych ramek, w których węzły mogą umieszczać swoje 53-bajtowe komórki, nazywane szczelinami. Magistrale sieci DQDB mogą przyjmować postać szyny lub otwartych pętli, a magistrale dostępowe - tylko tę pierwszą. Jednostki AU (Access Unit) wykonują zadanie narzucone protokołem DQDB, a inne moduły odczytują dane z magistral lub kierują do nich dane przygotowane do wysłania.

W warstwie fizycznej DQDB rozróżnia się: interfejs do łącza transmisyjnego, jednostkę zbieżności PLCF (Physical Layer Convergence Function) i blok fizyczny LMM (Layer Management entity). PLCF umożliwia tej warstwie wykonywanie typowej dla niej konwersji, niezależnie od używanego systemu transmisyjnego. LMM natomiast współpracuje z nadrzędnym systemem zarządzania, spełniając jednocześnie funkcje pokrewne zarządzaniu, jak detekcja błędów na łączach i w węzłach, izolowanie niesprawnego węzła i in.

Dostęp do sieci SMDS: DQDB z magistralami A i B w topologii szyny. AU - moduły nadawcze i odbiorcze

Najprostsza podsieć dostępowa do SMDS to dwa węzły połączone ze sobą szyną DQDB. Jednym z tych węzłów jest urządzenie CPE, a drugim - przełącznik sieci SMDS. DCE nie musi tu rywalizować o dostęp. Dużo trudniejszy jest dostęp wielowęzłowy. Wszystkie urządzenia CPE takiej złożonej podsieci muszą dysponować dodatkowo protokołem DQDB zarządzającym kolejkami i priorytetami. Urządzenia DCE mogą też komunikować się ze sobą lokalnie, ale pod kontrolą przełączników.

W aplikowanym systemie transmisyjnym DS-1 dostęp do sieci uzyskują tylko pojedyncze terminale, a w DS-3 pojedyncze terminale oraz ich grupy.

Protokół SIP

Protokół SIP na tle modelu ISO/OSI

SIP (SMDS Interface Protocol) jest protokołem komunikacyjnym między CPE a przełącznikami sieci SMDS. Swoje usługi bezpołączeniowe realizuje za pośrednictwem interfejsu SNI. Należy do protokołów otwartych, wspierając wszystkie usługi SMDS łącznie z wnoszonymi przez technologię BISDN. Z tych względów jego więzi z IEEE 802.6 są bardzo ścisłe. Wyróżnia się strukturą trzypoziomową.

SIP poziomu trzeciego

Związki między protokołami SIP i DQDB

Na poziomie SIP L3 powstaje pakiet, nazywany segmentem L3 PDU (Level 3 Protocol Data Unit). Pakiet tworzą dane SMDS zaopatrzone w odpowiedni nagłówek i zakończenie. Długość pola danych dochodzi do 9188 bajtów, dzięki czemu sieć SMDS łatwo się adaptuje do Ethernetu, Token Ring, Token Bas czy FDDI.

• Dane+padding - dane SMDS oraz ich dopełnienie do całkowitej krotności 32 bitów;
• Rsvd (Reserved) - zawiera same zera;
• BEtag (Beginning-End tag) - jednakowe pola z nagłówka i zakończenia z identycznymi zawartościami, porównywanymi po zakończeniu transmisji całego L3 PDU. W razie rozbieżności segment zostanie odrzucony w całości;
• BAsize (Buffer Allocation size) - długość przestrzeni od adresu przeznaczenia DA do pola danych;
• DA (Destination Address) - pole adresu docelowego;
• SA (Source Address) - pole adresu źródłowego;
• HLPI (High-Level Protocol Identifier) - określa typ protokołu kapsułkowanego w polu danych, ważny dla systemu przyłączonego do SMDS (dla samej sieci SMDS nie ma żadnego znaczenia);
• X+ (Carried across network unchanged+) - zapewnia zrównanie formatu SIP PDU z formatem protokołu DQDB. Sieć SMDS nie może ani przetwarzać, ani zmieniać zawartości tego pola;
• HEL (Header Extension Length) - określa liczbę 32-bitowych słów zawartych w polu HE. Od czasu, kiedy długość pola HE SMDS wynosi 12 bajtów, w pole HEL wpisuje się zawsze 0011;
• HE (Header Extension) - numer wersji SMDS. Zawartość tego pola może też być wykorzystana do przenoszenia ruchu SMDS z sieci lokalnej jednego operatora do innego;
• Length - długość SIP L3 PDU.

SIP poziomu drugiego

Format SIP poziomu trzeciego (SIP Level 3 PDU)

Na tym poziomie powstają komórki L2 PDU (Level 2 Protocol Data Unit) przez podzielenie segmentów L3 PDU na 44-bajtowe jednostki segmentacji i dodanie do każdej z nich 7-bajtowego nagłówka i 2-bajtowego zakończenia.

Ramka SIP L2 PDU opiera się w całości na szczelinie DQDB. W polu ramki DQDB, odpowiadającym XXX, znajdują się kolejno dwa 1-bitowe pola SL Type (Slot Type) i PSR (Previous Slot Release) oraz jeden z nie wykorzystywanych bitów Rsdv (Reserved). Z kolei NCI odpowiada w ramce DQDB nagłówek segmentu obejmujący: 20 bitów VCI (Virtual Channel Identifier), 2 bity PayT (Payload Type), 2 bity priorytetu (Priority) i 8 bitów HCS (Header Check Sequence) - w sumie również 32 bity.

• Busy - bit zajętości szczeliny: 1 - zajęta, 0 - wolna;
• REQ 0 do REQ 3 (Priority REQuest) - cztery bity związane z tworzeniem kolejki i priorytetami. W transmisjach z MSS do CPE w pozycje tych bitów wpisuje się zera
• NCI (Network Control Information) - 32-bitowa alternatywna informacja złożona albo z samych zer (szczelina pusta), albo (kiedy szczelina przenosi informację) z kolejno: 20 jedynek, 6 zer i 100010;
• Segment Type - określa 4 możliwe kody pozycji, jaką w podzielonym L3 PDU zajmuje transmitowana komórka L2 PDU:
  • 10: pierwszy, BOM (Beginning of Message),
  • 00: kolejny, COM (Continuation of Message),
  • 01: ostatni, EOM (End of Message),
  • 11: jedyny, SSM (Single-Segment Message), kiedy cała informacja L3 PDU mieści się w jednym L2 PDU;
• SN (Sequence Number) - numery sekwencyjne jednostek BOM, COM i EOM, służące do wykrywania błędów transmisji. Wartością odniesienia jest numer pierwszej jednostki - BOM. Do numeru sekwencyjnego każdej pośredniej jednostki COM i ostatniej EOM dodawana jest jedynka;

Format SIP L2 PDU

• MID (Message IDentyfier) - identyfikator wiadomości, wykorzystywany podczas składania wielu L2 PDU w jeden L3 PDU. Wszystkie jednostki COM oraz EOM, powstałe w wyniku segmentacji określonego L3 PDU, muszą mieć taki sam MID;
• SA (Segmentation Unit payload) - 44 bajty danych użytkowych, fragment danych L3 PDU. Jeśli komórka nie przenosi danych, pole SA musi zawierać same zera;
• PL (Payload Length) - liczba bajtów danych L3 PDU, transportowanych w danej chwili przez określoną komórkę. Jeśli komórka nie przenosi danych, pole PL musi zawierać same zera;
• CRC (Cyclic Redundancy Check) - wartość kodu cyklicznego, wyliczana dla całej jednostki L2 PDU, łącznie z nagłówkiem i zakończeniem.

SIP poziomu pierwszego

Tworzenie komórek

SIP L1 funkcjonuje w warstwie fizycznej. Jest on w istocie protokołem łącza fizycznego między CPE a siecią, przystosowanego do szybkości odpowiadającej systemowi DS-1 czy DS-3. Dzieli się na podwarstwę transmisyjną i PLCP (Physical Layer Convergence Procedure). Podwarstwa transmisyjna definiuje metodę i charakterystyki interfejsu z łączem transmisyjnym, a PLCP sposób rozmieszczania komórek, na przykład w ramce DS-3. Każdy system transmisyjny musi mieć swój własny PLCP dla PLCF. IEEE 802.6 DQDB nie specyfikuje żadnego systemu transmisyjnego, pozostawiając decyzję wyboru użytkownikom.

Adresowanie

Jednostka danych protokołu SMDS - PDU (Protocol Data Unit) - przenosi adres zarówno docelowy DA, jak i źródłowy SA. Każdy z nich składa się z dwu części: typu adresu i adresu właściwego. Typ adresu zajmuje 4 najbardziej znaczące bity pola adresowego, adres właściwy - 60 pozostałych bitów.

• 1100 w pozycji typu obydwu adresów wskazuje, że pole adresu właściwego zawiera adres indywidualny;
• 1110 w pozycji typu adresu docelowego identyfikuje adres grupowy. W pozycji typu adresu źródłowego jest zawsze sekwencja 1100 (SA nie może być adresem grupowym);
• 0001 w pozycji 4 najbardziej znaczących bitów adresu właściwego informuje, że 40 następnych bitów zawiera 10 lokacji adresowych SMDS w kodzie BCD (format numerów telefonicznych). Pozostałe bity są zapełniane jedynkami.

Z adresowaniem SMDS wiążą się dwie ważne funkcje bezpieczeństwa danych:

• Source address validation - weryfikacja adresu źródłowego i kasowanie pakietów pochodzących od nadawców spoza listy uprawnionych;
• Address screening - sprawdzanie statusu adresów źródłowych i docelowych (dozwolony/zabroniony) z listą adresową abonentów tworzących prywatną sieć wirtualną. Każdy użytkownik może wybrać z ogólnie dostępnych adresów tylko te, które uzna za niezbędne dla swojej pracy czy zainteresowań.

Adresowanie grupowe w sieci SMDS funkcjonuje na podobnych zasadach jak multicasting w sieciach lokalnych. W polu adresu docelowego znajduje się pojedynczy adres, odniesiony do wielu CPE. Sieć tworzy kopie pakietu SMDS i wysyła je do wszystkich użytkowników tworzących grupę.