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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem zugehörigen Patentanspruch 1 zum
Umleiten einer Paketbetriebsart-Datenverbindung.
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Prinzipiell
kann das Verfahren der Erfindung auf jedes verbindungsorientierte
paketvermittelte Kommunikationsnetzwerk (z. B. X.25 oder Frame-Relay)
angewandt werden, aber die Erfindung ist vornehmlich für ein (Hochgeschwindigkeitsverbindungen
ermöglichendes)
ATM- („Asynchronous Transfer
Mode": Asynchroner Übertragungsmodus) Netzwerk
vorgesehen, für
das sie aufgrund ihrer internen Eigenschaften besonders gut geeignet
ist.
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ATM
ist eine neue verbindungsorientierte paketvermittelte Methode, bei
der die Probleme herkömmlicher
Paketnetzwerke durch Verwenden kurzer Pakete mit fester Größe (53 Bytes),
Zellen genannt, gelöst
wurden. Jede Zelle besteht aus einem 48-Byte-Nutzlastsegment und
einem 5-Byte-Nachrichtenkopf. Die ATM-Technologie wird hier jedoch nicht
ausführlicher
beschrieben, da das Verfahren der Erfindung keine speziellen Anwendungen
der ATM-Technologie
erfordert. Eine ausführliche
Beschreibung der ATM-Technologie ist z. B. in Literaturhinweisen
[1] und [2] verfügbar
(eine Quellenangabe findet sich am Ende der Beschreibung).
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In
einem ATM-Netzwerk können
(wie in anderen verbindungsorientierten Paketnetzwerken) Verbindungen
durch Verwendung einer oder mehrerer freier Routen bzw. Leitwege
zwischen den Knoten zusätzlich
zu der Hauptroute abgesichert werden. Daher kann Verkehr gegebenenfalls
von einer Route zu einer anderen überführt bzw. transferiert werden. Eine
zusätzliche
Anforderung für
das ATM-Netzwerk besteht darin, dass die Zellenreihenfolge einer
Verbindung beibehalten bleibt. Da die vorstehenden Zellen-Nachrichtenköpfe keine
ihre Neuordnung am empfangenden Ende ermöglichende Sequenznummern aufweisen,
muss die Verbindung immer der gleichen Route durch das Netzwerk
folgen.
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Es
ist jedoch hochwahrscheinlich, dass ein Überführen von Verkehr von einer
Route zu einer anderen ein Stören
der Zellenreihenfolge verursacht, was in einem Datenverlust resultiert,
zumindest wenn die Verzögerung
der neuen Route kürzer
ist als die der alten Route.
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Zum
Beispiel das US-Patent Nr. 5268897 von Hiroaki Komine et al. offenbart
ein Routenumschaltsystem in einem Kommunikationsnetzwerk. Das Komine-System
basiert auf der Erwartung, dass die Knoten des Routenumschaltsystems
zu einem unverzüglichen
Umschalten fähig
sind. Trifft diese Annahme nicht zu, kann ein Datenverlust auftreten.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, den vorstehenden Nachteil zu beseitigen
und ein Verfahren bereitzustellen, bei dem eine Paketbetriebsart-Daten übertragende
(virtuelle) Verbindung mit einem minimalen Datenverlust von einer
Route zu einer anderen transferiert bzw. überführt wird. Dieses Ziel wird
mit dem Verfahren der Erfindung erreicht, welches durch das gekennzeichnet
ist, was im kennzeichnenden Teil des zugehörigen Patentanspruchs 1 dargelegt ist.
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Die
Idee der Erfindung besteht darin, die Überführung innerhalb eines bestimmten
Zeitfensters zu realisieren, so dass beide Knoten während eines
Zeitraums von beiden Routen bzw. Leitwegen empfangen, aber die Übertragung
im entgegengesetzten Ende jedoch derart funktioniert, dass Daten zu
einem Zeitpunkt nur von einer Route empfangen werden. Das Zeitfenster
wird initialisiert, wenn der das Umleiten beginnende Knoten auch
damit beginnt, eine neue Verbindung abzuhören, und das Zeitfenster wird
geschlossen, wenn der entgegengesetzte Knoten ein Abhören der
zu deaktivierenden Route abschließt. Für beide Knoten wird ein Umleiten auf
die gleiche Art und Weise abgeschlossen, d. h. wenn der Knoten unabhängig (unter
Verwendung eines „time-out" bzw. einer Zeitüberschreitung)
ein Abhören
der zu deaktivierenden Route einstellt.
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Das
Verfahren der Erfindung ermöglicht
den verschiedenen Enden der Verbindung, die typischer Weise weit
voneinander entfernt liegen, zu verschiedenen Zeitpunkten zu einer
neuen Route bzw. einem neuen Leitweg zu transferieren, da beide
Enden für eine
Weile einen zu einer bestimmten Verbindung gehörenden Verkehr von zwei unterschiedlichen
Routen bzw. Leitwegen empfangen. Eine derartige Nicht-Gleichzeitigkeit
führt zu
Unterbrechungen in Systemen, in denen eine Überführung von einer Route zu einer
anderen augenblicklich erfolgt. Eine Nicht-Gleichzeitigkeit ist schwierig zu vermeiden,
da die Anforderung nach einer Überführung in
einem typischen Netzwerk üblicherweise über mehrere
Netzwerkelemente läuft.
Die Antwortzeiten dieser Elemente sind nicht deterministisch (zusätzlich werden die
Anforderungen nach einer Überführung typischerweise
mittels Software verarbeitet), weshalb es schwierig ist, den exakten
Zeitpunkt der Überführung zu
bestimmen. Eine Beibehaltung einer exakten Echtzeit im gesamten
Netzwerk ist ebenfalls schwierig.
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Wie
vorstehend beschrieben vereinfacht das Verfahren der Erfindung auch
die Steuerung von Konflikten, die von unterschiedlichen Interpretationen an
den unterschiedlichen Enden einer Verbindung verursacht werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf Beispiele gemäß den zugehörigen Zeichnungen ausführlicher
beschrieben, bei denen zeigen:
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1 einen Ausschnitt eines
paketvermittelten Netzwerks, bei dem es zwei mögliche Leitwege zwischen zwei
Knoten gibt,
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2 ein Zeitdiagramm, das
das Verfahren der Erfindung in Bezug auf Maßnahmen darstellt, die von
Knoten an den Endpunkten eines Leitwegs getroffen werden, und
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3 ausführlicher eine Teilnehmerschnittstelleneinheit
an einem Knoten an einem Endpunkt eines Leitwegs, wobei der Knoten
daher ein Teilnehmerknoten ist.
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Das
Verfahren der Erfindung ist besonders auf ein semipermanente virtuelle
Verbindungen (PVC) übertragendes
Netzwerk anwendbar:
- – in Verbindung mit einer Neuordnung
des Netzwerks, z. B. wenn Strecken zur Wartung deaktiviert werden,
oder
- – beim
Zurückkehren
von einer vorübergehend freien
Verbindung auf die ursprüngliche
Verbindung.
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1 zeigt einen Ausschnitt
eines paketvermittelten Kommunikationsnetzwerks, bei dem eine Verbindung
zwischen Teilnehmer A (erste Seite einer Datenverbindung) und einem
Teilnehmer B (zweite Seite einer Datenverbindung) zwei mögliche Routen bzw.
Leitwege zwischen Knoten A und B aufweist, d. h. A–B und a–b, so dass
- – A→B und a→b einseitige
Leitwege sind, auf denen Daten von Teilnehmer A (beim erstgenannten Leitweg über Knoten
A2 und beim letztgenannten über
Knoten A1) zu Teilnehmer B übertragen
werden können,
und
- – B→A und b→a einseitige
Leitwege sind, auf denen Daten von Teilnehmer B (beim erstgenannten Leitweg über Knoten
A2 und beim letztgenannten über
Knoten A1) zu Teilnehmer A übertragen
werden können.
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Im
Folgenden wird das Umleitungsverfahren der Erfindung unter der Annahme
beschrieben, dass ursprünglich
Leitwege a→b
und b→a
aktiv sind (d. h. eine bidirektionale Route a–b über Knoten A1). Ein Umleiten
wird auf Leitwege A→B
und B→A
durchgeführt
(d. h. auf einen bidirektionalen Leitweg A–B über Knoten A2). Bei diesem
Beispiel sei ferner angenommen, dass das Umleiten auf die Initiative
vom Teilnehmer A-Ende (Knoten A) erfolgt. Hier wird auch auf 2 Bezug genommen, bei der
die vertikale Achse die Zeit und die schraffierten vertikalen Balken
die Übertragungs-
und Empfangsperioden sowohl vom Knoten A als auch vom Knoten B in
Verbindung mit der Umleitung zeigen.
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Ursprünglich verwenden
beide Knoten den Leitweg a–b,
wie es mittels der oberen Teile der vertikalen Balken gemäß 2 veranschaulicht ist. Das Umleiten
beginnt damit, dass das initiierende Ende (d. h. in diesem Fall
der Knoten A) eine Nachricht an das entgegengesetzte Ende (zur Teilnehmerschnittstelleneinheit
des Teilnehmers B am Knoten B, sofern der Knoten B ein Teilnehmerknoten
am Rand des Netzwerks ist) überträgt; wobei
die besagte Nachricht ein Umleiten auf den Leitweg A–B ankündigt. Gleichzeitig
aktiviert der Knoten A die Verbindung B→A, d. h. beginnt mit einem
Abhören
eines neuen Leitwegs. Dieser Zeitpunkt ist mit Ta bezeichnet. Danach
sind daher die Leitwege a→b
und A→B
aktiv, d. h. der Knoten A empfängt
(möglichen)
zu der Verbindung gehörenden
Verkehr von beiden Leitwegen bzw. Routen.
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Anschließend wartet
der Knoten A (wahrt den gegenwärtigen
Stand) für
einen vorbestimmten Zeitraum einer Zeit T0 + T1, die ein Netzwerk-spezifischer
Parameter ist, wobei T0 die Gesamtheit der Verarbeitungszeitverzögerungen
der Knoten A und B bezeichnet und T1 die maximale Verzögerung des Leitwegs
(a→b) bezeichnet,
der bei der Benachrichtigung verwendet wird. Der Zweck der Wartezeit
besteht darin, sicherzustellen, dass der Knoten des entgegengesetzten
Endes eine Verarbeitung der das Umleiten betreffenden Benachrichtigung
abgeschlossen hat.
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Nachdem
die besagte Zeit abgelaufen ist, deaktiviert der Knoten A den Leitweg
a→b, d.
h. schließt
eine Übertragung
auf den Leitweg a→b
ab.
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Danach
wartet der Knoten immer noch für eine
vorbestimmte Zeit T2, woraufhin er auch die Route b→a deaktiviert,
d. h. ein Empfangen vom deaktivierten Leitweg beendet, und den Leitweg
A→B aktiviert,
d. h. eine Übertragung
auf einen neuen Leitweg A→B
beginnt. Die Zeit T2, während
derer der Knoten A möglichen
vom Teilnehmer A kommenden Verkehr zwischenspeichern muss, stellt
den maximalen Wert der Zwischenrouten-Verzögerungsdifferenz dar (die maximale
Verzögerung
des Leitwegs a–b
minus der minimalen Verzögerung
des Leitwegs A–B). Diese
Zwischenspeicherzeit stellt sicher, dass die Reihenfolge der Pakete
nicht gestört
wird, d. h. die entlang eines neuen Leitwegs übertragenen Pakete umgehen
nicht die als letztes entlang des alten Leitwegs übertragenen
Pakete. Ein Zwischenspeichern wird nicht durchgeführt, falls
die vorstehende Verzögerungsdifferenz
kleiner oder gleich Null ist, da die Paketreihenfolge in diesem
Fall nicht gestört
werden kann.
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Somit
hat der Knoten A aufgehört,
den Leitweg a–b
zu verwenden, und damit begonnen, nur den Leitweg A–B zu verwenden,
sowohl bei Übertragung
als auch bei Empfang.
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Was
den Knoten B betrifft schreitet ein Umleiten wie folgt (2) voran.
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Zur
Zeit Tb empfängt
der Knoten B vom Knoten A die vorstehende Benachrichtigung zur Umleitung
zum Leitweg A–B;
folglich aktiviert der Knoten B unverzüglich den Leitweg A→B, wodurch
sowohl Leitweg a→b
als auch A→B
aktiv sind, und der Knoten hört
beide Leitwege ab. Gleichzeitig deaktiviert der Knoten B den Leitweg
b→a, d.
h. beendet ein Übertragen
auf den Leitweg.
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Zu
diesem Zeitpunkt puffert der Knoten B möglichen vom Teilnehmer B empfangenen
Verkehr für
die Dauer der Verzögerungsdifferenz
T2 des Netzwerks, um wiederum sicherzustellen, dass Pakete das entgegengesetzte
Ende in der richtigen Reihenfolge erreichen. Nachdem die Zeit T2
abgelaufen ist, die maximal nur ungefähr wenige Millisekunden beträgt, aktiviert
der Knoten B den Leitweg B→A,
d. h. beginnt mit einem Übertragen
auf einen neuen Leitweg.
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Anschließend wartet
der Knoten B, bis die Zeit T1 verstrichen ist (wahrt den gegenwärtigen Stand),
woraufhin es sicher ist, dass keine Pakete vom deaktivierten Leitweg
eintreffen. Zu diesem Zeitpunkt deaktiviert der Knoten B den Leitweg
a→b, d.
h. er beendet auch ein Abhören
des deaktivierten Leitwegs.
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Somit
hat der Knoten B auch damit aufgehört, den Leitweg a–b zu verwenden,
und hat damit begonnen, sowohl bei Übertragung als auch bei Empfang
den Leitweg A–B
zu verwenden. Der Verkehr wird daher innerhalb eines bestimmten
Zeitfensters (von der Zeit Ta bis zur Zeit Tc) auf einen neuen Leitweg übertragen.
Ein Umleiten erfolgt auf die vorstehende Art und Weise, so dass
Daten nicht gleichzeitig von unterschiedlichen Leitwegen empfangen werden
und das Umleiten in Bezug auf beide Knoten damit abgeschlossen ist,
dass der Knoten unabhängig
(unter Verwendung eines „time-out" bzw. einer Zeitüberschreitung)
damit aufhört,
den deaktivierten Leitweg abzuhören.
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2 zeigt ein Beispiel der
zeitlichen Beziehungen zwischen den von den Knoten durchgeführten Übergängen. Prinzipiell
können
die zeitlichen Beziehungen zwischen den von den Knoten durchgeführten Funktionen
jedoch innerhalb bestimmter Grenzen variieren. Dies könnte gemäß 2 dargestellt werden, indem
z. B. die den Knoten B darstellende Hälfte herausgeschnitten und
vertikal (entlang der Zeitachse) verschoben wird. Das Verfahren
der Erfindung würde
einerseits immer noch funktionieren, wenn die oberste gestrichelte
Linie L1b auf Seite B auf die gleiche Höhe ansteigt wie die oberste
gestrichelte Linie L1a auf Seite A (unverzögertes Netzwerk), und andererseits,
wenn die oberste gestrichelte Linie L1b auf Seite B auf die Höhe der gestrichelten
Linie L2a auf Seite A abfällt.
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Verschiedene
Redundanzen können
zu dem vorstehenden Vorgang hingefügt werden, z. B. kann der Zustand
der Leitwege A→B
und B→A
mittels eines Zwischenknoten-Nachrichtenaustauschs
vor der Überführung auf
die besagten Leitwege gestestet werden. Die das Umleiten startende Überführungsnachricht
und der anschließende
Wartezeitraum, der sicherstellt, dass das entgegengesetzte Ende
Informationen der Umleitung empfangen hat, können in eine Anforderung verändert werden,
für die
vom entgegengesetzten Ende eine Bestätigung erwartet wird, und der
nächste
Schritt wird erst danach unternommen.
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Konfliktsituationen,
bei denen beide Knoten durch Senden der vorstehenden Benachrichtigung oder
Anforderung ein Umleiten beginnen, werden beseitigt, indem ein numerischer
Bezeichner in die Überführungs-Benachrichtigung
oder -anforderung aufgenommen wird, wobei der Bezeichner den Knoten
angibt, dessen Meinung dominieren wird. Ein derartiger Bezeichner
könnte
z. B. die Nummer des Netzwerkknotens (jeder Netzwerkknoten hat eine eindeutige
Nummer, die seine Autorität
in Bezug auf andere Knoten angibt) oder eine Zufallszahl sein.
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3 zeigt eine Teilnehmerschnittstelleneinheit 30 eines
ATM-Knotens A (oder B) als ein Blockschaltbild, wobei der Knoten
in diesem Fall ein Teilnehmerknoten ist. Die vom Knoten von Teilnehmer
A über
eine Teilnehmerleitung SL empfangenen Daten werden als erstes in
einem Eingangspuffer 31 gepuffert bzw. zwischengespeichert
und von dort in eine ATM-Anpassungseinheit 32 eingegeben,
die die mit dem anzupassenden Protokoll in Zusammenhang stehenden
Funktionen durchführt;
die Funktionen hängen
vom Typ der Teilnehmerstrecke ab. Falls z. B. Rahmen vom HDLC-Typ
vom Teilnehmer empfangen werden (welche Rahmen z. B. vom lokalen
Netzwerk des Teilnehmers kommen können), werden in der Anpassungseinheit
die Rahmen in Zellen segmentiert und den Zellen werden Nachrichtenköpfe bzw.
Header zugewiesen. Die fertigen ATM-Zellen werden in einen Ausgangspuffer 33 gepuffert
bzw. zwischengespeichert und von dort über ein (nicht gezeigtes) Koppelfeld
des Knotens und die (nicht gezeigte) Leitungsschnittstelleneinheit
weiter an eine Zwischenknoten-Hauptleitung übergeben.
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Die
Anpassungseinheit 32 und die Bezeichnereinheit 35 der
Empfangsrichtung führen
eigentlich Funktionen der ATM-Anpassungsschicht
ALL des ATM-Schichtenmodells durch, weshalb sie eigentlich auf eine
in den Empfehlungen I.362 (B-ISDN-ATM-Anpassungsschicht- (AAL) Funktionsbeschreibung)
und I.363 (B-ISDN ATM-Anpassungsschicht-
(AAL) Beschreibung) beschriebene Art und Weise arbeiten. Die Wahl
zwischen AAL-Protokollen (AAL1 ... AAL5) hängt auf eine an sich bekannte
Art und Weise vom Typ der Teilnehmerverbindung (Dienstklasse) ab.
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Daher
wird eine Umleitung in der Übertragungsrichtung
in der Praxis in der Anpassungseinheit 32 durch Verändern des
VPI/VCI-Bezeichnerpaares in den Nachrichtenköpfen bzw. Headern der zu übertragenden
Zellen derart realisiert, dass es der Strecke des neuen Leitwegs
entspricht.
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In
der Empfangsrichtung empfängt
ein Eingangspuffer 34 ATM-Zellen vom Koppelfeld; die Zellen
werden in eine Bezeichnereinheit 35 eingegeben, die die
Teilnehmerdaten bildet, z. B. HDLC-Rahmen. Der gleiche Teilnehmer
(Teilnehmerleitung SL) kann Daten von mehreren unterschiedlichen
Verbindungen empfangen, was bedeutet, dass mehrere unterschiedliche
Bezeichner eines virtuellen Kanals oder virtuellen Pfads (VCI, VPI)
des ATM-Zellenheader
die gleiche Teilnehmerleitung SL bezeichnen können. Schließlich wird
in der Bezeichnereinheit aus den gebildeten Datenrahmen eine Prüfsumme berechnet und,
falls die Summee korrekt ist, wird der Rahmen mit einer Adresse
versehen (z. B. einem DLCI-Bezeichner, „Data Link Connection Identifier") und über den
Ausgangspuffer 36 an die Teilnehmerleitung übergeben.
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Daher
bedeutet ein Aktivieren einer bestimmten Verbindung in der Empfangsrichtung
eigentlich, dass der Knoten damit beginnen wird, ATM-Zellen mit
einem virtuellen Pfad-/virtuellen
Kanal-Bezeichnerpaar entsprechend der neuen Strecke an die Teilnehmerverbindung
zu übertragen,
und ein Deaktivieren bedeutet, dass der Knoten damit aufhören wird,
ATM-Zellen mit einem virtuellen Pfad-/virtuellen Kanal-Bezeichnerpaar
entsprechend der alten Strecke an die Teilnehmerverbindung zu übertragen.
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Obwohl
die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf Beispiele gemäß den begleitenden Zeichnungen
erläutert
wurde, ist es offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese
beschränkt
ist, sondern innerhalb des Schutzbereichs der zugehörigen Ansprüche modifiziert
werden kann. Wie es aus dem Vorstehenden ersichtlich wird, weist
das Verfahren der Erfindung keine speziellen Anforderungen für den internen
Aufbau des Knotens auf; die Eigenschaften der Erfindung können als
Steuermaßnahmen
in einem an sich bekannten Typ von ATM-Knoten implementiert werden.
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Quellenangabe:
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- [1]. Empfehlung I.610: B-ISDN Betriebs- und
-wartungsprinzipien und -funktionen, CCITT-Studiengruppe XVIII Genf,
9.–19.
Juni 1992.
- [2]. Empfehlung I.361: B-ISDN ATM-Schicht-Spezifikation, CCITT;
ANSI T1.617 Anhang D.