Технология atm обеспечивает максимальную скорость передачи данных. Технология ATM. Компоненты сетей АТМ

Сегодня для всех организаций вопросы стандартизации играют немалую роль. Не остаются в стороне от этого процесса и вопросы стандартизации сетевых решений.

Корпоративные сетевые стандарты позволяют обеспечить эффективное взаимодействие всех станций сети за счет использования одинаковых версий программ и однотипной конфигурации. Однако, значительные сложности возникают при унификации технологии доступа рабочих станций к WAN-сервису, поскольку в этом случае происходит преобразование данных из формата token ring или Ethernet в форматы типа X.25 или T1/E1. ATM обеспечивает связь между станциями одной сети или передачу данных через WAN-сети без изменения формата ячеек - технология ATM является универсальным решением для ЛВС и телекоммуникаций.

Нет сомнений в том, что скоростные технологии ЛВС являются основой современных сетей. ATM, FDDI и Fast Ethernet являются основными вариантами для организация сетей с учетом перспективы. Очевидно, что приложениям multimedia, системам обработки изображений, CAD/CAM, Internet и др. требуется широкополосный доступ в сеть с рабочих станций. Все современные технологии обеспечивают высокую скорость доступа для рабочих станций, но только ATM обеспечивает эффективную связь между локальными и WAN-сетями.

ATM - история и базовые принципы

Технология ATM сначала рассматривалась исключительно как способ снижения телекоммуникационных расходов, возможность использования в ЛВС просто не принималась во внимание. Большинство широкополосных приложений отличается взрывным характером трафика. Высокопроизводительные приложения типа ЛВС клиент-сервер требуют высокой скорости передачи в активном состоянии и практически не используют сеть в остальное время. При этом система находится в активном состоянии (обмен данными) достаточно малое время. Даже в тех случаях, когда пользователям реально не нужна обеспечиваемая сетью полоса, традиционные технологии ЛВС все равно ее выделяют. Следовательно, пользователям приходится платить за излишнюю полосу. Перевод распределенных сетей на технологию ATM позволяет избавиться от таких ненужных расходов.

Комитеты по стандартизации рассматривали решения для обеспечения недорогих широкополосных систем связи в начале 80-х годов. Важно то, что целью этого рассмотрения было применение принципов коммутации пакетов или статистического мультиплексирования, которые так эффективно обеспечивают передачу данных, к системам передачи других типов трафика. Вместо выделения специальных сетевых ресурсов для каждого соединения сети с коммутацией пакетов выделяют ресурсы по запросам (сеансовые соединения). Поскольку для каждого соединения ресурсы выделяются только на время их реального использования, не возникает больших проблем из-за спада трафика.

Проблема, однако, состоит в том, что статистическое мультиплексирование не обеспечивает гарантированного выделения полосы для приложений. Если множество пользователей одновременно захотят использовать сетевые ресурсы, кому-то может просто не хватить полосы. Таким образом, статистическое мультиплексирование, весьма эффективное для передачи данных (где не требуется обеспечивать гарантированную незначительную задержку), оказывается малопригодным для систем реального времени (передача голоса или видео). Технология ATM позволяет решить эту проблему.

Проблема задержек при статистическом мультиплексировании связана в частности с большим и непостоянным размером передаваемых по сети пакетов информации. Возможна задержка небольших пакетов важной информации из-за передачи больших пакетов малозначимых данных. Если небольшой задержанный пакет оказывается частью слова из телефонного разговора или multimedia-презентации, эффект задержки может оказаться весьма существенным и заметным для пользователя. По этой причине многие специалисты считают, что статистическое мультиплексирование кадров данных дает слишком сильную дрожь из-за вариации задержки (delay jitter) и не позволяет предсказать время доставки. С этой точки зрения технология коммутации пакетов является совершенно неприемлемой для передачи трафика типа голоса или видео.

ATM решает эту проблему за счет деления информации любого типа на небольшие ячейки фиксированной длины. Ячейка ATM имеет размер 53 байта, пять из которых составляют заголовок, оставшиеся 48 - собственно информацию. В сетях ATM данные должны вводиться в форме ячеек или преобразовываться в ячейки с помощью функций адаптации. Сети ATM состоят из коммутаторов, соединенных транковыми каналами ATM. Краевые коммутаторы, к которым подключаются пользовательские устройства, обеспечивают функции адаптации, если ATM не используется вплоть до пользовательских станций. Другие коммутаторы, расположенные в центре сети, обеспечивают перенос ячеек, разделение транков и распределение потоков данных. В точке приема функции адаптации восстанавливают из ячеек исходный поток данных и передают его устройству-получателю, как показано на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 Адаптация ATM

Передача данных в коротких ячейках позволяет ATM эффективно управлять потоками различной информации и обеспечивает возможность приоритизации трафика.

Пусть два устройства передают в сеть ATM данные, срочность доставки которых различается (например, голос и трафик ЛВС). Сначала каждый из отправителей делит передаваемые данные на ячейки. Даже после того, как данные от одного из отправителей будут приниматься в сеть, они могут чередоваться с более срочной информацией. Чередование может осуществляться на уровне целых ячеек и малые размеры последних обеспечивают в любом случае непродолжительную задержку. такое решение позволяет передавать срочный трафик практически без задержек, приостанавливая на это время передачу некритичной к задержкам информации. В результате ATM может обеспечивать эффективную передачу всех типов трафика.

Даже при чередовании и приоритизации ячеек в сетях ATM могут наступать ситуации насыщения пропускной способности. Для сохранения минимальной задержки даже в таких случаях ATM может отбрасывать отдельные ячейки при насыщении. Реализация стратегии отбрасывания ячеек зависит от производителя оборудования ATM, но в общем случае обычно отбрасываются ячейки с низким приоритетом (например, данные) для которых достаточно просто повторить передачу без потери информации. Коммутаторы ATM с расширенными функциями могут при отбрасывании ячеек, являющихся частью большого пакета, обеспечить отбрасывание и оставшихся ячеек из этого пакета - такой подход позволяет дополнительно снизить уровень насыщения и избавиться от излишнего объема повторной передачи. Правила отбрасывания ячеек, задержки данных и т.п. определяются набором параметров, называемым качеством обслуживания (Quality of Service) или QoS. Разным приложениям требуется различный уровень QoS и ATM может обеспечить этот уровень.

Поскольку приходящие из разных источников ячейки могут содержать голос, данные и видео, требуется обеспечить независимый контроль для передачи всех типов трафика. Для решения этой задачи используется концепция виртуальных устройств. Виртуальным устройством называется связанный набор сетевых ресурсов, который выглядит как реальное соединение между пользователями, но на самом деле является частью разделяемого множеством пользователей оборудования. Для того, чтобы сделать связь пользователей с сетями ATM как можно более эффективной, виртуальные устройства включают пользовательское оборудование, средства доступа в сеть и собственно сеть ATM.

В заголовке ATM виртуальный канал обозначается комбинацией двух полей - VPI (идентификатор виртуального пути) и VCI (идентификатор виртуального канала. Виртуальный путь применяется в тех случаях, когда 2 пользователя ATM имеют свои собственные коммутаторы на каждом конце пути и могут, следовательно, организовывать и поддерживать свои виртуальные соединения. Виртуальный путь напоминает канал, содержащий множество кабелей, по каждому из которых может быть организовано виртуальное соединение.

Поскольку виртуальные устройства подобны реальным, они также могут быть "выделенными" или "коммутируемыми". В сетях ATM "выделенные" соединения называются постоянными виртуальными устройствами (PVC), создаваемыми по соглашению между пользователем и оператором (подобно выделенной телефонной линии). Коммутируемые соединения ATM используют коммутируемые виртуальные устройства (SVC), которые устанавливаются путем передачи специальных сигналов между пользователем и сетью. Протокол, используемый ATM для управления виртуальными устройствами подобен протоколу ISDN. Вариант для ISDN описан в стандарте Q.931, ATM - в Q.2931.

Виртуальные устройства ATM поддерживаются за счет мультиплексирования трафика, что существенно снижает расходы на организацию и поддержку магистральных сетей. если в одном из виртуальных устройств уровень трафика невысок, другое устройство может использовать часть свободных возможностей. За счет этого обеспечивается высокий уровень эффективности использования пропускной способности ATM и снижаются цены. Небольшие ячейки фиксированной длины позволяют сетям ATM обеспечить быструю передачу критичного к задержкам трафика (например, голосового). Кроме того, фиксированный размер ячеек обеспечивает практически постоянную задержку, позволяя эмулировать устройства с фиксированной скоростью передачи типа T1E1. Фактически, ATM может эмулировать все существующие сегодня типы сервиса и обеспечивать новые услуги. ATM обеспечивает несколько классов обслуживания, каждый из которых имеет свою спецификацию QoS.

Большая часть трафика, передаваемого через сети ATM использует класс обслуживания C, X или Y. Класс C определяет параметры QoS (качество обслуживания) для задержки и вероятности отбрасывания, но требует от пользователя аккуратного управления трафиком во избежание перенасыщения сети. трафик класса X дает пользователю большую свободу, но может не обеспечить стабильной производительности. Класс Y, называемый также "Available Bit Rate" (ABR или доступная скорость) позволяет пользователю и сети установить совместно скорость на основе оценки потребностей пользователя и возможностей сети.

ATM как технология ЛВС

Технология ATM изначально создавалась как часть сервиса "Broadband ISDN" под эгидой CCITT (сейчас ITU). Однако возможности ATM можно эффективно использовать и в локальных сетях.

Современные крупные сети используются для передачи самых разных типов данных, включая изображения, звук, CAD/CAM и т.п. Несмотря на то, что большинство компьютерных приложений используется уже достаточно давно, возможности современных настольных компьютеров позволяют по новому подойти к организации работы. Однако, рост возможностей настольных компьютеров существенно опережает расширение сетевых возможностей (в частности, пропускной способности сетей).

Возьмем для примера издательские системы, где с одним набором данных может одновременно работать множество людей. Представьте себе процесс подготовки газетной полосы для публикации. редакторы работают с одной частью полосы, корректоры просматривают текст, дизайнеры размещают материал на полосе - и все это происходит в одно время. Не будем забывать и о том, что высокое качество печати требует использования графических фалов размером в сотни мегабайт. Традиционные сети обеспечивают разделение доступа к таким файлам, однако из-за ограниченной пропускной способности доступ к расположенному на другом компьютере файлу размером в несколько сот мегабайт будет отнюдь не быстрым. ATM 25 позволяет пользователям организовать каналы доступа с полосой 25 Мбит/с для работы с серверами. Такое решение избавляет от задержек и позволяет готовить публикации существенно быстрее.

Преимущества ATM не ограничиваются вертикальным рынком. Сегодня организации могут связать через магистрали ATM свои корпоративные серверы. Можно ожидать и достаточно широкого использования ATM в настольных компьютерах при работе пользователей с большими объемами данных или использовании критичных к задержкам приложений.

Экономический фактор играет далеко не последнюю роль в расширении использования технологий ATM. Сегодня большинство людей использует в своей работе и телефон и компьютер. В течение нескольких лет существенно расширится обмен данными multimedia (клипами), использование видеоконференций и т.п. технология ISDN позволяет решить такие задачи. Однако, это потребует установки оборудования ISDN в каждый компьютер. Телефонные и сетевые кабельные системы не могут полностью совпадать, что дополнительно увеличивает сложность такого решения. Использование решения на базе ISDN с необходимостью приведет к возникновению параллельных кабельных систем для ЛВС и телефонии и подключению каждого компьютера к обеим системам. Нужно учесть еще и телевизионные кабели, которые также требуется проложить по причине расширения использования настольных видео-приложений. Такая кабельная система будет весьма сложна, а ее установка и поддержка потребуют высоких расходов. Переход на использование технологии ATM в локальных сетях позволяет обойтись одной кабельной системой и одним адаптером в компьютере, что не может не привести к значительному снижению расходов.

ATM позволяет не только организовать ЛВС, но может обеспечить передачу голосового и видео-трафика. Такое решение позволяет использовать настольные системы видеоконференций и приложения multimedia.

Фактически, использование ATM обеспечивает сразу множество преимуществ. Во-первых, высокая скорость доступа за приемлемую цену, во-вторых, возможность организации компактных магистралей на базе ATM (collapsed backbone). Наконец, эта архитектура обеспечивает сквозное повышение эффективности использования сетевых ресурсов.

Пользователи, которые думают об использовании ATM в будущем, должны использовать совместимые с ATM устройства уже сегодня - в противном случае переход может оказаться слишком дорогим и трудоемким. Мы рассмотрим этот вопрос более подробно в следующем разделе.

ATM как современная инфраструктура

Если виртуальные устройства напоминают реальные, ATM можно легко приспособить для текущих приложений, просто заменив выделенные или коммутируемые линии виртуальными устройствами ATM. Фактически, этот способ вместе с переходом на ATM в сетевых магистралях, является наиболее очевидным первым шагом.

На рисунках 4.2 , 4.3 и 4.4 показан типичный пользовательский сайт с устройствами, порождающими разнотипный трафик (голос, видео, данные). Эти три типа трафика могут передаваться с использованием сервиса ATM тремя показанными на рисунках способами.

1. Голос, данные и видео преобразуются в ячейки ATM в сети оператора с использованием функций адаптации ATM. Оператор будет реализовать все функции доступа и передачи, а для каждого устройства потребуется отдельная линия доступа в сеть ATM.

Рисунок 4.2 Преобразование в ATM осуществляется оператором

2. ЛВС, голосовые и видео-устройства подключаются к локальному коммутатору ATM для преобразования трафика в ячейки. Для доступа в сеть оператора используется одна линия, передающая все потоки трафика одновременно (как виртуальные устройства). Сеть оператора обеспечивает маршрутизацию трафика. Такое решение более экономично и может использоваться для организации "частных сетей ATM" для пользователей, которые имеют доступ к ATM-сервису или хотят создать свою распределенную сеть на базе ATM. Отметим, что находящийся в сети пользователя коммутатор ATM может принадлежать оператору и находиться у него на обслуживании.

Рисунок 4.3 Преобразование в ATM осуществляется у пользователя

3. Устройства оборудуются собственными интерфейсами ATM. Одно устройство доступа позволяет объединить весь пользовательский трафик в одном транке, связанном с сетью оператора. В этом случае на стороне пользователя устанавливается принадлежащее ему оборудование ATM, которое можно использовать для организации магистралей ЛВС или подключения настольных станций.

Рисунок 4.4 Сеть на базе ATM

Скорое появление интерфейсов ATM в телефонном и видео-оборудовании не представляется вероятным, поэтому реализация третьего варианта соединения с сетью не сможет в ближайшие годы стать доминирующей. Фактически, скорость распространения каждого из приведенных вариантов будет определяться темпами снижения цен на оборудование и услуги операторов сетей ATM. Отсутствие эффективного управления этими процессами порождает определенный хаос и не позволяет надежно предсказать перспективы того или иного сервиса ATM.

Стандарт, определяющий интерфейс между операторами и пользователями ATM называется Public User Network Interface или Public UNI. Этот интерфейс определяется для различных значений скорости. Первые услуги ATM предлагались в основном со скоростью T3 (45 Мбит/с). Сейчас многие операторы предлагают скорость 155 Мбит/с и выше, но такая полоса обычно не требуется пользователям, да и стоимость подобных услуг весьма высока. Для большинства пользователей, планирующих организовать доступ к ATM или создать частную сеть ATM основной проблемой является стоимость оборудования.

Форум ATM - организация производителей оборудования ATM и пользователей работает в направлении развития стандартов и обеспечения интероперабельности оборудования. В конечном итоге это не может не привести к снижению цен. Кроме обеспечения интероперабельности ATM ведется большая работа по реализации ATM на скоростях меньше T3. Здесь возможно несколько вариантов:

1. Полнофункциональные решения ATM при скорости T1. Один стандарт для ATM T1 уже утвержден, но некоторые производители и пользователи считают, что связанные с реализацией этого стандарта накладные расходы слишком велики - канал T1 с полосой 1.544 Мбит/с может обеспечить полезную полосу только около 1.1 Мбит/с.
2. Так называемый dixie-стандарт (от акронима DXI - Data eXchange Interface). DXI был разработан как способ использования ATM в кадровом режиме с маршрутизаторами и другими устройствами передачи данных и специальными устройствами DSU, обеспечивающими преобразование кадров в реальные ячейки ATM. DXI работает через стандартные интерфейсы типа V.35 и HSSI.
3. Интерфейс пользователь - сеть Frame Relay или F-UNI (произностися как FOONY), являющийся стандартом использования frame relay для доставки "кадров данных ATM" в сеть, которая будет конвертировать их в ячейки непосредственно на границе сети.
4. Инверсное мультиплексирование ATM или AIM - стандарт для инверсного мультиплексирования множества линий T1 в один транк с полосой между T1 и T3. Такая полоса обеспечивает поддержку ATM для приложений, где скоростные запросы незначительно превышают возможности T1.

Проверка этих вариантов показывает, что они в основном подходят для систем обмена данными. Причиной этого является эффективная поддержка технологией ATM взрывного трафика современных систем передачи данных (ЛВС). Как было отмечено выше ATM может просто использоваться взамен выделенных линий в таких сетях, обеспечивая коммутацию ЛВС, поддерживаемую ATM UNI.

Замена выделенных линий системами ATM позволяет более эффективно организовать сети. Отметим, что виртуальные устройства ATM используются для организации многосвязных систем, позволяющих обеспечить доставку трафика непосредственно адресату. Сегодня желание пользователей применять многосвязные системы на базе ATM для связи своих сетей в значительной мере определяется предлагаемыми операторами ценами на услуги. Если оператор берет деньги за каждое виртуальное устройство ATM UNI, а не за общий трафик, стоимость организации многосвязной сети может оказаться слишком велика. Конечно, в кампусной магистрали ATM стоимость полосы в многосвязной системе будет несравненно ниже. Поддержка многосвязности требует лишь прокладки дополнительных физических соединений (кабелей) и установки более скоростных транковых портов в коммутаторы. Эти дополнительные расходы достаточно малы по сравнению с общей стоимостью сети.

Рисунок 4.5 Многосвязная сеть

В многосвязной (каждый с каждым) сети ATM существует меньше транзитных точек, снижающих производительность и вносящих дополнительные задержки и насыщение. Такое решение обеспечивает существенное повышение стабильности работы приложений. Более того, каждый коммутатор является соседом для всех остальных коммутаторов и связан с ними напрямую. Это упрощает задачу динамического определения маршрута для протоколов маршрутизации типа RIP, используемого TCP/IP или NetWare, OSPF или IS-IS. Эти протоколы часто генерируют значительный трафик и могут существенно замедлить сеть при обмене конфигурационными данными (интервал сближения или конвергенции).

Если существует способ передачи "телефонного номера" ATM точке публичной сети ATM, которая достаточно близка к пользователям традиционной ЛВС, насколько можно приблизиться к пользователям? Ближайшей, готовой к использованию ATM станцией, сегодня является коммутатор. Это может быть магистральный коммутатор пользователя, коммутатор рабочей группы или даже настольный компьютер с адаптером ATM. В этом случае ATM используется как универсальная архитектура для коммуникаций, обеспечивающая связь между настольными системами вместе с традиционными технологиями ЛВС, а в некоторых случаях - взамен их. Это наиболее интересная, но и наиболее спорная часть применений ATM.

Сквозная ATM-парадигма для сетей

ATM на настольных станциях имеет несколько преимуществ. Во-первых, способность ATM гарантировать для приложений качество обслуживания (QoS) обеспечивает сквозную передачу критичного к задержкам трафика типа видео или голоса. Будучи технологией передачи данных, ATM не только может поддерживать "приложения завтрашнего дня", но и эффективно справляется с сегодняшними задачами. Пользователи задаются двумя основными вопросами - как будут формироваться распределенные сети на базе ATM и какие шаги нужно предпринять, чтобы быть готовым к переходу? Есть три разных варианта включения ATM в архитектуру межсетевого взаимодействия для современных и будущих приложений:

1. Эмуляция традиционных протоколов ЛВС с использованием оборудования ATM. В этом случае существующие приложения будут продолжать работать как раньше, а ATM-добавит к существующим протоколам новые, специально разработанные для приложений multimedia. Отметим, что слово "новые" в данном контексте отнюдь не означает, что эти протоколы еще не существуют (они скорее еще не стали общепринятыми).
2. Подключение сервиса ATM напрямую к интерфейсам прикладных программ, используемых сегодня, в обход традиционных протоколов нижних уровней. Для поддержки этого варианта потребуется разработка новых API.
3. Использование новых API для "новых" приложений и эмуляция традиционных протоколов для существующих приложений.

Поскольку использование ATM обычно начинается с нескольких станций, которым требуются multimedia-приложения, требуется обеспечить эмуляцию традиционных протоколов ЛВС в сетях ATM. Это позволяет обеспечить надежное взаимодействие между новыми станциями на базе ATM и традиционными ЛВС. Для эмуляции ЛВС в системах на базе ATM (ATM LAN emulation) предложены два варианта - ATM Forum LAN Emulation (LANE) и RFC 1577. Говоря здесь об эмуляции, мы имеем в виду оба варианта.

Как LANE, так и RFC 1577 основаны на допущении что пользователи ATM применяют адаптеры, поддерживающие интерфейс ATM UNI. Поскольку этот интерфейс располагается со стороны пользователя, его иногда называют "Private UNI"; существует набор стандартов, определяющих данный интерфейс. Стандарты Private UNI существуют для скоростей 25 Мбит/с (по медному кабелю), 100 Мбит/с (оптический кабель)и 155 Мбит/с (медь и оптика). Оба стандарта эмуляции ЛВС предполагают также, что пользователи подключены к коммутатору ATM. Некоторые ATM-коммутаторы поддерживают также станции других типов (не ATM). Такие коммутаторы обеспечивают взаимодействие между ЛВС Ethernet и token ring и сетями ATM. Коммутаторы также поддерживают порты (для подключения станций и серверов) и транки (для соединения коммутаторов ATM или подключения к магистральным коммутаторам) ATM. Интерфейс между коммутаторами основан на UNI, но включает дополнительно специальные сообщения для маршрутизации и управления состоянием маршрутов. ATM Forum называет этот интерфейс Private Network-to-Network Interface или P-NNI.

Эмуляция ЛВС во всех вариантах состоит из двух программных частей - функции клиента используются на конечных системах, подключенных к эмулируемым ЛВС, а функции сервера - реализуются в каждой группе клиентских станций. Группа клиентов и связанный с ней сервер называются эмулируемой ЛВС (Emulated LAN или ELAN).

Протоколы ЛВС являются многоуровневыми и, следовательно, любой стандарт, обеспечивающий взаимодействие традиционных ЛВС и ATM должен обеспечивать поддержку соответствующих уровней. В этом вопросе существующие стандарты эмуляции ЛВС существенно различаются. ATM LANE (стандарт ATM Forum) предназначен для эмуляции протоколов канального (MAC/LLC) уровня. Поскольку этот протокол занимает самый нижний для ЛВС уровень, LANE можно использовать со всеми протоколами ЛВС вышележащих уровней, включая TCP/IP, NetWare SPX/IPX, IBM SNA/LLC2. RFC 1577, с другой стороны, работает на сетевом уровне (уровень 3) и предназначен для протокола TCP/IP.

Оба варианта эмуляции ЛВС похожи по принципам работы, несмотря на различие уровней. При организации ATM ЛВС клиентские системы пытаются вступить в контакт с сервером и зарегистрировать адресную информацию, которая содержит адрес ATM, а также адреса канального и сетевого уровней. Сервер строит каталог адресной информации для последующего использования. По завершении регистрации клиенты и серверы переходят в режим ожидания пользовательского трафика.

Пользовательские программы, работающие на клиентских и серверных системах, функционируют в среде эмуляции ЛВС как в обычных средах традиционных локальных сетей и только коммуникационные драйверы нижних уровней связаны с ATM. Когда программа генерирует сообщение, это сообщение передается вниз по стеку протоколов программам ATM, прибывая к ним в форме дейтаграммы или сообщения без организации соединения на уровне два (канальном) или уровне 3 (сетевом) в зависимости от способа эмуляции ЛВС. Программы ATM должны обеспечить эмуляцию ЛВС.

Если между отправителем и получателем будет существовать виртуальное устройство, дейтаграммы можно просто помещать в это виртуальное устройство и передавать получателю в исходной форме (дейтаграмма) для обработки на станции получателя программами ATM и приложением. Фактически, каждый клиент ATM поддерживает таблицу адресов канального и сетевого уровня, а же идентификаторов виртуальных устройств ATM (VPI/VCI). Если адрес получателя найден в таблице, дейтаграмма передается соответствующему виртуальному устройству. Проблема возникает когда адрес получателя не найден - в этом случае в игру вступает сервер эмуляции ЛВС.

Клиентская система, не имеющая виртуального устройства ATM, должна организовать его, но дейтаграмма является сообщением ЛВС и не содержит ATM-адреса получателя. Для получения этого адреса клиент посылает сообщение своему серверу, указывая получателя дейтаграммы с помощью адреса сетевого и/или канального уровня и запрашивая соответствующий адрес ATM. Сервер сообщает адрес, после чего клиент организует коммутируемое соединение ATM SVC с адресатом, в которое направляется поток дейтаграмм.

Сервер также обеспечивает поддержку широковещательного и неадресованного (broadcast and unknown) трафика для клиентов, рассылающих широковещательные и групповые (multicast() дейтаграммы. Сервер в таких случаях пересылает принятые дейтаграммы всем зарегистрированным клиентам. Перед организацией SVC клиент может также использовать режим "broadcast and unknown" для рассылки дейтаграмм адресатам, для которых адреса ATM еще не получены.

Устройства традиционных ЛВС должны обмениваться данными со станциями ATM, работающими в эмулируемых ЛВС; коммутаторы обеспечивают функции proxy-клиента от имени станций традиционных ЛВС (не ATM). В этом случае станция ATM, вызывающая станцию ЛВС будет получать от сервера адрес proxy-клиента и организовывать SVC по этому адресу. Proxy-клиент будет в этом случае играть роль моста или маршрутизатора для передачи дейтаграмм нужной станции. На практике такое использование эмуляции является преобладающим, поскольку большинство настольных станций по-прежнему используют Ethernet или token ring.

Это может выглядеть как попытка создания всемирной "плоской" сети, но это не так. RFC 1577 задает ограничение на размер доменов эмуляции ЛВС - не более одной IP-подсети на домен. ATM Forum LANE не содержит такого ограничения, но практический размер домена устанавливается числом генерируемых многоадресных сообщений (с ростом этого числа растет нагрузка на сервер и клиентов). В действительности LANE представляет собой мост, а широковещательный и групповой трафик всегда является ограничивающим фактором для сетей на базе мостов.

Как связать между собой эмулируемые домены ЛВС? Лучшим способом является использование коммутаторов ЛВС. Поскольку коммутатор может одновременно работать с ATM LANE и дейтаграммами традиционных ЛВС, он может обеспечивать связь эмулируемых доменов (как подсетей IP или сегментов ЛВС).

Проблема возникает при использовании маршрутизаторов для соединения устройств ATM, использующих multimedia-приложения. Маршрутизаторы, как устройства, работающие без организации соединений, не могут обеспечивать гарантии качества обслуживания (QoS), предлагаемой коммутаторами ATM. Таким образом, маршрутизатор между двумя станциями ATM существенно ограничивает возможности связи между этими станциями (до уровня станций традиционных ЛВС). Решения на базе коммутаторов позволяют сохранить гибкость и скорость ATM.

Естественные соединения ATM требуют коммутируемого пути между адресатом и отправителем. Если оба устройства подключены к одному коммутатору, проблем не возникает. Также просто организовать связь между устройствами, использующими услуги одного оператора или коммутаторы одного производителя. При соединении устройств в среде с разнотипным оборудованием может потребоваться использование PNNI для организации мостов между двумя или несколькими коммутаторами ATM и в тех случаях, когда ATM-соединение организуется через распределенную сеть (WAN).

Существует три варианта организации "реальных" соединений ATM через распределенную сеть:

1. Выделенная цифровая линия от оператора (T3, например) служить транком между двумя коммутаторами ATM - эти коммутаторы будут генерировать ячейки, обеспечивать сигнализацию ATM и поддерживать потоки трафика. Фактически, это вариант частной сети ATM.
2. Оператор ATM может обеспечивать виртуальный путь между парой коммутаторов. В этом случае оператор передает ячейки и принимает участие в управлении трафиком ATM, но соединенные между собой устройства управляются виртуальными устройствами как при использовании соединения по выделенной линии.
3. Может использоваться предоставляемое оператором коммутируемое соединение ATM SVC.

В первых двух вариантах ATM-коммутаторы принадлежат пользователю и должны выполнять все операции по преобразованию адресов (логические адреса, известные приложениям, конвертируются в реальные адреса ATM). В последнем варианте может потребоваться преобразование адресов оператором или, по крайней мере, использование архитектуры, поддерживающей соединений частных сетей через публичные. Одна из таких архитектур обеспечивается протоколом NHRP (маршрутизация в следующий интервал), предложенным IETF. Поскольку элементы протокола NHRP включены в базовую архитектуру стандарта ATM Forum MPOA, очевидно, что MPOA будет поддерживать управление адресами в больших сетях ATM, подключенных к системам общего пользования.

В долгосрочной перспективе ATM может полностью заменить технологии ЛВС и системы межсетевого взаимодействия в их современном виде. Сети на базе коммутаторов, в результате, будут значительно более гибкими, нежели связанные между собой ЛВС. Стоимость таких решений также может оказаться меньше. Многие пользователи верят в перспективность ATM и даже неизбежность успеха этой технологии. Однако переход к использованию ATM тормозится высокими ценами на оборудование и сложностью его использования.

Эволюция

Большинство организаций входят в одну из трех категорий с точки зрения перспектив использования ATM:

1. Организации, которые используют приложения сильно выигрывающие в результате перехода на ATM. Примером компаний этого класса являются организации здравоохранения, брокерские фирмы с большими потоками коммерческой информации, компании, занимающиеся производством видеопродукции.
2. Организации, которые могут перейти на ATM в результате агрессивной ценовой политики поставщиков услуг.
3. "Оборонительная стратегия" Организации этого типа знают, что технология ATM обеспечит им целый ряд преимуществ, но пока не планируют использовать данную технологию.

Для любой компании первым правилом эволюции ATM является предотвращение потери средств, вложенных на этапе оценки технологии ATM . Это означает, что при покупке сетевого оборудования сегодня нужно принимать во внимание возможность использования этого оборудования в будущей сети на базе ATM. Если от закупаемого сегодня оборудования придется потом отказываться, лучше сразу поискать другое решение.

Это правило наиболее ярко проявляется при выборе сетевых коммутаторов. Приобретаемые сегодня устройства должны обеспечивать возможность использования в системах на базе ATM. Минимальным требованием является возможность использования ATM-транков для связи между коммутаторами. Желательно также иметь в коммутаторе порт (или гнездо для его установки), позволяющий в будущем подключить настольные станции с интерфейсом ATM. Маршрутизаторы, пока не будет найдено более эффективного решения для ATM, должны использоваться как краевые устройства, обеспечивающие возможность подключения устройств традиционных ЛВС к сетям ATM. По крайней мере, такие устройства должны иметь интерфейс proxy-клиента эмуляции ЛВС.

Организации с "оборонной" стратегией, отмеченные в категории три, могут счесть наличие транкового порта ATM в коммутаторе достаточной для ближайших перспектив использования ATM (использовать не будем, но на всякий случай возьмем).

Компании, планирующие для ATM ключевую роль в своей сети, должны выбирать коммутаторы с портами ATM для подключения настольных станций. ATM обеспечивает широкий диапазон скоростей для подключения настольных станций - от 25 до 155 Мбит/с. ATM25 работает с кабельными системами категории 3 - 5 и может использоваться вместо token ring или 10BaseT для станций с высоким уровнем сетевых запросов.

Снижение цен на оборудование ATM для настольных станций играет важную роль, поскольку сегодня приложений, не способных обойтись без возможностей ATM, еще не так много. Скорей всего, пользователи первых станций ATM будут работать с одним из рассмотренных выше вариантов эмуляции ЛВС и большинство приложений будут скорее использовать эмуляцию, нежели естественные ATM API. Адаптеры ATM и коммутационные технологии должны удовлетворять потребности пользователей в течение 5 -8 лет, а скорость отказа от традиционных технологий ЛВС будет в значительной мере определяться темпами расширения числа видеоприложений.

Понимание того, что большинство пользователей не работает с приложениями, требующими возможностей ATM зачастую служит тормозом внедрения ATM, поскольку никому не хочется тратить деньги га приобретение неиспользуемых возможностей. Использование ATM только на части станций избавит от ненужных расходов на модернизацию сети.

Если вы предполагаете начать использование ATM в настольных станциях в течение ближайшей пары лет, вам нужно выбирать коммутаторы с учетом этой перспективы. Коммутаторы должны иметь порты для подключения станций и магистральны порты 155 и 622 Мбит/с для соединения коммутаторов. Порты ATM должны поддерживать эмуляцию ЛВС. Важно также обратить внимание на перспективы реализации в коммутаторах поддержки таких протоколов, как RFC 1577 и MPOA. наконец, транковый интерфейс для связи с другими коммутаторами должен поддерживать стандарт PNNI.

Если оператор ATM предлагает свои услуги по разумным ценам или ваша организация планирует организовать собственную магистраль ATM, следует оценить потребности до покупки оборудования ATM. Остается ответить на вопрос "Какой тип ATM-сервиса использовать?"

Публичные или частные системы ATM будут нормально поддерживать подключение устройств frame relay через специальные преобразователи (ATM DSU/CSU). Если ваше соглашение с оператором ATM требует покупки такого оборудования для подключения других источников трафика к ATM, может оказаться более эффективной реализация сервиса frame relay на базе существующих коммутаторов и их связь с ATM через краевые устройства.

Если для подключения связывающих сети устройств (типа маршрутизаторов) к ATM вам потребуется покупать дополнительные устройства, лучше будет купить интерфейс ATM для коммутатора. Этот интерфейс можно будет использовать и после перехода на ATM, тогда как устройства DSU/CSU после такого перехода станут просто ненужными. Существует три варианта подключения ATM к коммутаторам:

1. Естественная форма ATM (ячейки) с прямым подключением цифрового транка ATM (обычно T1 или T3) к маршрутизатору. Этот тип интерфейса может поддерживать все типы сервиса ATM (включая multimedia). Такой вариант целесообразно выбирать при планировании перехода от маршрутизаторов к коммутаторам ATM.
2. DXI-форма ATM - интерфейс на основе кадров, поддерживающий только транспортный сервис ATM, ориентированный на передачу данных. Такой тип подключения хорош для систем, где не планируется замена маршрутизаторов на коммутаторы ATM. Выбирая этот вариант, следует помнить, что некоторые операторы ATM не поддерживают DXI-сервис и может потребоваться покупка ATM DSU/CSU для преобразования DXI в ячейки ATM.
3. Интерфейс F-UNI, который представляет собой вариант интерфейса frame relay с поддержкой сигнализации ATM. Этот вариант пока распространен недостаточно широко, но может обеспечить просто и недорогой переход для маршрутизаторов, которые уже поддерживают frame relay.

При любом варианте перехода на ATM в первую очередь возникает задача организации магистралей. Организация компактных магистралей (collapsed backbone) без использования технологии ATM в таком случае будет весьма рискованным решением. Магистральные технологии при переходе на ATM приходится менять в первую очередь. Наиболее критичным при переходе на ATM будет первый шаг в сторону от традиционной коммутации ЛВС. В системах коммутации ЛВС без ATM-транков магистрали не используют технологии ATM и, следовательно, модернизация магистралей будет достаточно рискованным шагом. В идеальном случае коммутаторы ЛВС должны поддерживать магистрали ATM и других типов (например, FDDI).

Переход приложений на ATM будет постепенным. На настольных станциях ATM будет поначалу использоваться для эмуляции ЛВС и работы с набором традиционных приложений ЛВС. По мере расширения инфраструктуры ATM станет возможным связать большие группы пользователей в "чистые" сети ATM. Это позволит использовать специальные приложения, рассчитанные на качество обслуживания ATM (видео, multimedia и т.п.) или упростить работу с традиционными потоками данных за счет более высокой производительности ATM.

ATM, по мере реализации, будет делать сеть компании более гармоничной - сначала на уровне магистралей, а потом и для настольных систем. Полный переход на ATM наверняка будет определяться темпами снижения цен на порты для подключения настольных станций и адаптеры, а также реализацией поддержки возможностей в прикладных программах. Использование единой технологии для организации магистралей, подключения настольных станций и распределенных сетей может обеспечить, в конечном итоге, существенную экономию.

В долгосрочной перспективе ATM должна стать единой архитектурой внутрикорпоративных и межкорпоративных коммуникаций. Коммутируемые виртуальные устройства, используемые настольными системами могут быть расширены за счет поддержки соединений SVC операторами публичных сетей, делая ATM универсальной технологией multimedia-сетей. Протоколы типа NHRP являются средством обеспечения универсальной связи, но в конечном итоге набор протоколов ATM для multimedia будет, по-видимому, основан на службах каталогов.

Степень воздействия универсальных multimedia-коммуникаций на бизнес достаточно трудно прогнозировать с учетом отсутствия альтернативных вариантов. Несомненно, ATM будет играть значительную роль в коммерции, здравоохранении, обучении за счет систем распространения информации. Системы ATM основаны на экономичной технологии мультиплексирования, позволяющей преодолеть барьеры, связанные с взрывным характером трафика во многих приложениях.

С учетом всех этих влияний технология ATM остается привлекательной реализацией и очевидно, что множество пользователей будут готовы перейти на ATM в ближайшем будущем. Это означает, что и ваша организация может быстро начать работу с ATM и расширять использование этой технологии для повышения эффективности работы.

Приведенная в документе техническая информация может быть изменена без предупреждения.
© 1997 Xylan Corporation.
Перевод на русский язык © 1998, BiLiM Systems Ltd.

АТМ — Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим транспортировки, который создавался как единая система для транспортировки разного трафика (голосовой,цифровой и тд) по одним каналам связи. Технологию АТМ когда-то считали самой универсальной и перспективной — от локальных сетей до глобальных магистралей. Но из-за большой цены и сложности реализации она ограничивается на глобальных и локальных магистралях.

Данные в этой технологии транспортируются в ячейках (call), конкретного размера — 53 байта, из которых доступными являются 48 байт. Коммутация ячеек имеет преимущества , а заключается в скачкообразном изменяющеимся трафике. Маленький размер ячеек отлично подходит к трафику, который чувствителен к задержкам. Также ее фиксированый размер разрешает на аппаратном уровне работать на большой скорости с ячейками.

Интерфейсы NNI и UNI

Технология ATM предполагает двухточечным соединением друг с другом. Коммутаторы поддерживают два типа интерфейса: UNI и NNI.

• UNI — пользовательский интерфейс для подключение конечных узлов к коммутатору
• NNI — межсетевой интерфейс, который реализован между коммутаторами

Сеть ATM с интерфейсами NNI и UNI показана на рис.1.

Рисунок — 1

ATM ачейки имеют 5-байтные заголовки, формат разный для UNI и NNI (рис.2). Поля ячеек имеют назначение:

• GFC — общее управление потоком. Поле существует в UNI и традиционно не используется
• VPI — идентификатор виртуальной сети, вместе с VCI определяет следующую точку назначения ячейки при транспортировке по каналам коммутаторов. Для NNI разрядность поля расширения, так как там больше виртуальных сетей
• VCI — идентификатор виртуальной линии
• PT — тип данных. Первый бит дает понять, данные пользовательские (0) или управляющие (1).Для пользовательских данных:
  • второй бит — для сигнализации о перегрузке
  • третий бит — признак последней ячейки в цепочке

  При управляющих данных, ячейки могут быть: передавать данные информационного потока (ОАМ), для управления, и еще один зарезервирован.

• HEC — контрольная последовательность, реализована только для заголовка. Разрешает исправлять однократные и выявлять многократные ошибки

Рисунок — 2, а — UNI, б — NNI

ATM принципиально работают с соединениями, в следствии которого должен быть реализован между абонентами виртуальный канал VC. Виртуальный путь — связка виртуальных каналов, которые коммутированы на основе общего VPI. Однако VCI и VPI имеют ценность для конкретного канала связи и перераспределяются на каждом коммутаторе. Существуют три типа сервиса АТМ:

• PVC — постоянные виртуальные цепи — реализуют прямую связь между узлами
• SVC — коммутируемые виртуальные цепи, устанавливаются динамически на время транспортировки данных
• Сервис без установки соединения

Архитектурная модель АТМ

Архитектурная модель АТМ показана на рис.3. В существует три плана, которые распространяются на все уровни:

• Управления — генерация и обслуживания запросов сигнализации
• Пользовательский — обслуживание транспортировки информации
• Менеджмент — управление функциями, специфическими для конкретных уровней и управление планами в комплексе

Рисунок — 3

Уровни модели ATM:

• Физический — аналогичный уровню OSI определяет методы транспортировки относительно среды
• Уровень АТМ — отвечает за транспортировку через сеть АТМ, реализуя данных их заголовков
• Уровень адаптации АТМ, AAL реализует изоляцию верхних протокольных уровней от деталей АТМ-процесса
• Высшие уровни, которые над AAL, принимают данные, оформляют их в виде пакетов для AAL

Физический уровень преобразует ячейки в биты и обратно, транспортирует и принимает биты, определяет границы ячеек и упаковывает ячейки в кадры. Физический уровень делится на два подуровня:

• PMD — Синхронизирует транспортировку и прием с непрерывными потоками, определяет физическую среду, типы кабелей и коннекторов. К примеру это каналы: SDH/SONET, DS-3/E3, транспортировка по ММ-волокну или витой паре со скоростью 155 Мбит/с с кодированием 8B/10B.
• Подуровень конвергенции передачи ТС определяет границы ячеек в потоке бит, проверяет и генерирует контрольное поле заголовка (HEC), согласует скорость транспортировки ячеек и упаковывает ячейки в кадры.

Сеть АТМ работает с установлением виртуального канала и позволяет качественно передавать компьютер-ные данные, видеоизображение и голос со скоростью от 155 до 622 Мбит/с (сети ATM используют на фи-зическом уровне технологию SONET/SDH, принимая ее иерархию скоростей). Сеть ATM имеет структуру, сходную со структурой сетей X.25 и Frame Relay: конечные станции соединяются каналами "точка-точка" с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Конечные узлы в сети ATM имеют адреса длиной в 20 байт из которых: 1 байт определяет один из возможных форматов адреса (Authority and Format Identifier, AFI), 8 байт – основная часть адреса (до 15 цифр: код страны, код города, номер абонента – аналогично номеру абонента в сети ISDN), 4 байта номер сети/подсети ATM, 6 байт номер конечного узла в сети ATM (MAC-адрес сетевой карты компьютера), 1 байт – поле селектора (вспомогательное поле). Таблицы маршрутизации коммутаторов составляются вручную, или при помощи протокола PNNI. Установленные виртуальные каналы (выделенные или коммутируемые) нумеруются при помощи идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI). Несколько виртуальных каналов, проходящих через одни и те же коммутаторы, могут объединяться в один виртуальный путь (Virtual Path Identifier, VPI). Так как виртуальных путей меньше, чем виртуальных каналов, то и записей в таблице коммутации портов будет меньше, что ускоряет коммутацию.

Важной отличительной чертой сети ATM является маленький размер пакета данных (53 байта) и хорошо проработанная система параметров качества обслуживания (QoS), что позволяет в равной степени хорошо передавать по сети, как компьютерный трафик (объединение локальных сетей), так и мультимедий-ный трафик (видеоизображение, голос).

Трафик вычислительных сетей имеет ярко выраженный асинхронный и пульсирующий характер. Компьютер посылает пакеты в сеть в случайные моменты времени, по мере возникновения в этом необходи-мости. При этом интенсивность посылки пакетов в сеть и их размер могут изменяться в широких пределах. Чувствительность компьютерного трафика к потерям данных высокая, так как без утраченных данных обойтись нельзя, и их необходимо восстановить за счет повторной передачи. В то же время, чувствитель-ность компьютерного трафика к задержкам передачи пакетов данных незначительна. Мультимедийный трафик (голос, видео) характеризуется низким коэффициентом пульсаций, высокой чувствительностью к задержкам передачи данных (отражающихся на качестве воспроизводимого сигнала) и низкой чувствитель-ностью к потерям данных (из-за инерционности физических процессов потерю отдельных замеров голоса или кадров изображения можно компенсировать сглаживанием на основе предыдущих и последующих значений). Сложность совмещения компьютерного и мультимедийного трафика в одной сети проиллюстрирована на рис. 7.6.

Рис. 7.6 Два типа трафика: а – компьютерный, б- мультимедийный.

На возможности совмещения этих двух видов трафика большое влияние оказывает размер компьютерных пакетов. Если в сети допускаются большие размеры пакетов данных, то один единственный большой пакет может "занять" порт коммутатора и затормозить передачу всех остальных пакетов, что не допустимо для мультимедийного трафика. Кроме того, если минимально допустимый размер пакета велик, то в одном пакете данных (чтобы не терять впустую место) будет передаваться несколько замеров голоса. В результате, первый замер голоса, помещаемый в пакет, будет отправлен не сразу же, а только после того, как в пакет будут помещены все остальные замеры, что приведет к значительным задержкам и потере качества переда-чи голоса. Поэтому в сети ATM данные передаются в небольших ячейках (пакетах) фиксированного размера (53 байта: поле данных – 48 байт, заголовок - 5 байт).

Однако использование небольших ячеек фиксированного размера еще не решает всей проблемы. Для полного решения задачи равноправного совмещения в одной сети компьютерного и мультимедийного трафика, технология ATM использует хорошо разработанную схему заказа пропускной способности и качества обслуживания. Соглашение между программой, передающей данные в сеть, и сетью ATM называется трафик-контрактом. Основным его отличием от соглашений, применяемых в сетях Frame Relay, является то, что помимо указания параметров пропускной способности, указывается класс трафика. В сети АТМ выделяется 5 классов трафика (см. табл. 7.4).

Таблица 7.4.

Классы трафика ATM

Помимо класса трафика, в трафик-контракте указываются и количественные параметры:

Peak Cell Rate (PCR) - максимальная скорость передачи данных;

Sustained Cell Rate (SCR) - средняя скорость передачи данных;

Minimum Cell Rate (MCR) - минимальная скорость передачи данных;

Maximum Burst Size (MBS) - максимальный размер пульсации;

Cell Loss Ratio (CLR) - доля потерянных ячеек;

Cell Transfer Delay (CTD) - задержка передачи ячеек;

Cell Delay Variation (CDV) - вариация задержки ячеек.

Заключение трафик-контракта происходит автоматически, при установлении виртуального канала, по схеме аналогичной описанной для сети Frame Relay, используя пакет SETUP. Сходными с Frame Relay методами осуществляется и управление пропускной способностью сети: ячейки-нарушители трафик-контракта отмечаются признаком CLP=1 (Cell Loss Priority – приоритет потери кадра) и удаляются при перегрузке коммутаторов.

Передача трафика IP через сети ATM – протокол Classical IP

На основании технологии ATM можно построить полностью самодостаточные сети и передавать в ячейках ATM сразу пакеты протоколов прикладного уровня. Однако в реальности сети ATM чаще всего используют-ся не самостоятельно, а как универсальный транспорт, позволяющий передавать трафик других сетей. При этом по сети ATM передаются пакеты протоколов канального и сетевого уровня других технологий: Ethernet, IP, IPX, Frame Relay, X.25, т.е. сеть ATM не заменяет старые технологии, а сосуществует с ними.

Рассмотрим как решается проблема передачи трафика IP-сетей через сети ATM. Для этих целей был разработан протокол Classical IP (RFC 1577). В соответствии со спецификацией Classical IP одна сеть ATM может быть представлена в виде нескольких логических IP-подсетей LIS (Logical IP Subnet), см. рис. 7.7. Все компьютеры одной LIS имеют общий IP-адрес сети. Как и в обычной IP-сети, прямые соединения на каналь-ном уровне между компьютерами из разных LIS невозможны: такой трафик должен обязательно проходить через маршрутизатор, который и занимается доставкой пакета на сетевом уровне. Здесь необходимо отме-тить, что, теоретически, прямые соединения между компьютерами из разных LIS возможны, т.к. все они подключены к одной сети ATM, однако протокол Classical IP запрещает это делать, требуя, чтобы трафик между двумя разными LIS проходил только через маршрутизатор. Это позволяет логически структурировать сеть на более мелкие подсети и легче контролировать трафик между подсетями в привычной для системных администраторов форме – используя межсетевые экраны (firewall) на маршрутизаторе.

Рис. 7.7. Разделение сети ATM на логические IP-подсети (LIS) в протоколе Classical IP.

Маршрутизатором, в данном случае, является сетевое устройство, подключенное к сети ATM при помощи одного физического интерфейса, но этот физический интерфейс имеет несколько IP-адресов – по одному IP-адресу в каждой из LIS. Маршрутизатор также может быть совмещен с сервером ATMARP, который выпол-няет функции протокола ARP обычных IP-сетей (см. лекции ранее). В обычных IP-сетях протокол ARP отве-чает за нахождение соответствия "IP-адрес компьютера" – "MAC-адрес сетевой карты компьютера" и рабо-тает широковещательно, т.е. ARP-запросы направляются "всем подряд" в расчете на то, что нужный компь-ютер распознает свой IP-адрес и сообщит свой MAC-адрес. В сети ATM широковещательные запросы не предусмотрены, поэтому для централизованного хранения информации о соответствии "IP-адрес компью-тера" – "ATM-адрес компьютера" выделяется отдельный ATMARP-сервер, который строит свои таблицы автоматически. Если какой-либо компьютер обращается с запросом к ATMARP-серверу, то ему направля-ется встречный инверсный запрос ATMARP, чтобы выяснить IP- и ATM-адреса этого компьютера и зарегистрировать его в таблицах ATMARP-сервера.

Компьютеры конфигурируются традиционным образом: для них задается их собственный IP-адрес, маска подсети, IP-адрес маршрутизатора по умолчанию и ATM-адрес (или номер VPI/VCI для постоянного виртуального канала) сервера ATMARP. Если компьютер-отправитель хочет отправить пакет компьютеру-получателю из той же LIS, то он пошлет IP-адрес компьютера-получателя на сервер ATMARP, сервер прос-мотрит свою базу данных и вернет ATM-адрес компьютера-получателя, после чего компьютер-отправитель установит с компьютером-получателем прямое соединение, используя средства сети ATM. Если же компью-тер-получатель находится в другой LIS (что видно по маске подсети), то пакет будет направлен не напря-мую, а на маршрутизатор, который и займется дальнейшей доставкой пакета.

Использование технологии ATM в локальных сетях – спецификация LAN Emulation (LANE).

Рассмотренная выше схема Classical IP требует полной замены сетевого оборудования на оборудование ATM-сети. Это приемлемо в глобальных сетях, где основную стоимость составляют оптоволоконные линии большой длины, так что замена старого оборудования на коммутаторы ATM будет экономически оправдана. Однако в локальных сетях внедрение технологии ATM по затратам равнозначно созданию новой сети. Поэтому хотелось бы иметь возможность не полностью заменять уже купленное и работающее оборудование, а постепенно "внедрять" высокоскоростные коммутаторы ATM в уже работающую сеть. Такая возможность реализована в спецификации LANE (LAN Emulation - эмуляция локальных сетей).

Технология LANE позволяет на канальном уровне объединить между собой различные физические сегменты, при помощи коммутаторов ATM (см. рис. 7.8.). Необходимо отметить, что для протокола IP (или другого протокола сетевого уровня) такая "объединенная" сеть будет выглядеть как единый сегмент сети канального уровня. Для объединения нескольких сегментов LANE между собой на сетевом уровне необхо-димо использовать обычные маршрутизаторы локальных сетей.

В спецификации LANE предполагается, что каждый из физических сегментов сети подключен к коммутаторам ATM при помощи специальных конвертеров, которые преобразуют кадры и адреса Ethernet (или других протоколов канального уровня) в кадры и адреса ATM. В конверторы встроено специальное программное обеспечение LEC (LAN Emulation Client, клиент LANE). Также имеется сервер LES (LAN Emulation Server), который ведет общую таблицу, где указывается соответствие "MAC-адрес компьютера" – "ATM-адрес конвертора, через который к сети ATM подключен данный компьютер". Если компьютер-отправитель хочет направить пакет компьютеру-получателю из другого физического сегмента, то этот пакет попадет на конвертор (клиент LEC), который передаст на сервер LES MAC-адрес компьютера-получателя и запросит ATM-адрес конвертера, к которому подключен компьютер-получатель. После получения ATM-адреса конвертера - получателя, конвертер-отправитель установит с ним виртуальный канал средствами сети ATM и дальнейшее взаимодействие между компьютером-отправителем и компьютером-получателем будет идти через виртуальный канал и соответствующие конверторы, которые будут преобразовывать кадры Ethernet в ячейки ATM и наоборот.

Рис. 7.8. Технология LAN Emulation.

Помимо сервера LES, в спецификации LANE также определен сервер BUS (Broadcast and Unknown Server) для эмуляции в сети ATM широковещательных пакетов локальных сетей, а также пакетов с неизвестными адресами. Этот сервер распространяет такие пакеты во все пограничные коммутаторы (и, соответственно, во все конверторы). Если на канальном уровне необходимо объединить между собой несколько эмулируемых сетей, аналогичных приведенным на рис. 7.8., то для каждой такой сети создаются собственные серверы LES и BUS, а в пограничных коммутаторах активизируют по одному элементу LEC для каждой эмулируе-мой сети, а также вводят дополнительный сервер конфигурации LEGS (LAN Emulation Configuration Server) для хранения информации о количестве объединяемых эмулируемых сетей и об ATM-адресах серверов LES и BUS в каждой из этих сетей. Еще раз напомню, что для объединения нескольких эмулируемых сетей на сетевом уровне применяются обычные маршрутизаторы.

Сети и технологии ATM

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхрон­ной передачи) является одной из самых перспективных технологий по­строения высокоскоростных сетей. Она обеспечивает максимально эффективное использование полосы пропускания каналов связи при передаче различного рода информации: голоса, видеоинформации, дан­ных от самых разных типов устройств - асинхронных терминалов, узлов сетей передачи данных, локальных сетей и т.д. (к таким сетям относятся практически все ведомственные сети). Сети, в которых ис­пользуется ATM-технология, называются ATM-сетями. Эффектив­ность ATM-технологии заключается в возможности применения раз­личных интерфейсов для подключения пользователей к сетям ATM.

Основные особенности ATM-технологии .

1. ATM - это асинхронная технология, так как пакеты небольшо­го размера, называемые ячейками (cells), передаются по сети, не зани­мая конкретных временных интервалов, как это имеет место в B-ка­налах сетей ISDM.

2. Технология ATM ориентирована на предварительное (перед пе­редачей информации) установление соединения между двумя взаимо­действующими пунктами. После установления соединения ATM-ячей­ки маршрутизируют сами себя, поскольку каждая ячейка имеет поля, идентифицирующие соединение, к которому она относится.

3. По технологии ATM допускается совместная передача различных видов сигналов, включая речь, данные, видеосигналы. Достигаемая при этом скорость передачи (от 155 Мбит/с до 2,2 Гбит/с) может быть обес­печена одному пользователю, рабочей группе или всей сети. В ATM-ячейке не предусматриваются позиции для определенных видов переда­ваемой информации, поэтому пропускная способность канала регули­руется путем выделения полосы пропускания потребителю.

4. Поскольку передаваемая информация разбивается на ячейки фиксированного размера (53 байта), алгоритмы их коммутации реа­лизованы аппаратно, что позволяет устранить задержки, неизбежные при программной реализации коммутации ячеек.

5. ATM-технология обладает способностью к наращиваемости, т.е. к увеличению размера сети путем каскадного соединения нескольких АТМ-коммутаторов.

6. Построение ATM-сетей и реализация соответствующих технологий возможны на основе оптоволоконных линий связи, коаксиальных кабелей, неэкранированной витой пары. Однако в качестве стандарта на физичес­кие каналы для ATM выбран стандарт на оптоволоконные каналы связи синхронной цифровой иерархии SDH. Технология мультиплексирования и коммутации, разработанная для SDH, стала ATM-технологией.

7. ATM-технологии могут быть реализованы в ATM-сетях прак­тически любой топологии, но оконечное оборудование пользователей подключается к коммутаторам ATM индивидуальными линиями по схеме «звезда».

Главное отличие ATM-технологии от других телекоммуникаци­онных технологий заключается в высокой скорости передачи инфор­мации (в перспективе - до 10 Гбит/с), причем привязка к какой-либо одной скорости отсутствует. Важным является и то обстоятельство, что ATM-сети совмещают функции глобальных и локальных сетей, обеспечивая идеальные условия для «прозрачной» транспортировки различных видов трафика и доступа к услугам и службам взаимодей­ствующих с сетью ATM-сетей.

ATM-технология допускает использование как постоянных (PVC), так и коммутируемых виртуальных каналов (SVC).

Постоянные каналы PVC представляют собой соединение (после предварительной настройки) между взаимодействующими пользова­телями сети, которое существует постоянно. Устройства, связывае­мые постоянным виртуальным каналом, должны вести довольно гро­моздкие таблицы маршрутизации, отслеживающие все соединения в сети. Следовательно, рабочие станции, соединенные PVC, должны иметь таблицы маршрутизации всех остальных станций сети, что нерационально и может вызывать задержки в передаче.

Коммутируемые виртуальные каналы (SVC) позволяют устранить необходимость ведения сложных таблиц маршрутизации и таким об­разом повысить эффективность функционирования сети. Здесь соеди­нение устанавливается динамически, при этом используются АТМ-маршрутизаторы. В отличие от традиционных маршрутизаторов, ко­торые требуют физического подключения сетевого сегмента к каждо­му из своих портов, в ATM-маршрутизаторах используется не физи­ческая архитектура с ориентацией на соединения, а виртуальная сетевая архитектура, ориентированная на протоколы. Такие маршрутизаторы необходимы и удобны для создания виртуальной сети, для которой характерной является возможность переключения пользова­телей, находящихся в любой точке сети, с одного сегмента на другой с сохранением виртуального адреса рабочей группы, что упрощает ад­министратору сети задачу учета изменений списка пользователей.

ATM-технология способна обрабатывать трафики различных классов.

В существующих спецификациях предусмотрены четыре класса трафика, которые могут быть в режиме ATM .

Класс А - синхронный трафик с постоянной скоростью передачи и с предварительным установлением соединения. Протокол, обслу­живающий трафик этого класса, предназначен для обеспечения по­требностей в сетевых услугах при передаче информации с посто­янной скоростью (передача и прием ATM-ячеек по ATM-пути осуществляются с одной и той же скоростью). Примеры такого тра­фика - несжатая речь, видеоинформация.

Класс В - синхронный трафик с переменной скоростью передачи и с предварительным установлением соединения (например, сжа­тая речь, видеоинформация). Здесь, как и в случае трафика класса А, необходимы синхронизация аппаратуры отправителя и полу­чателя и предварительное установление связи между ними, но до­пускается переменная скорость передачи. Информация передает­ся через фиксированные промежутки времени, но ее объем в тече­ние сеанса передачи может изменяться. Если объем передаваемой информации превышает фиксированный размер одной ячейки, эта информация разбивается на несколько ячеек, сборка которых осу­ществляется в пункте назначения.

Класс С - асинхронный трафик с переменной скоростью переда­чи и с предварительным установлением соединения. Здесь синхро­низации аппаратуры отправителя и получателя не требуется. Та­кой способ передачи необходим в сетях с коммутацией пакетов (сети Х.25, Интернет, сети с ретрансляцией кадров). Трафик клас­са С, видимо, станет основным для передачи информации в гло­бальных сетях.

Класс D - асинхронный трафик с переменной скоростью переда­чи и без установления соединения. Протокол, управляющий дос­тавкой трафика класса D, разработан для обеспечения многоби­товой коммутации данных без установления соединения. В этом протоколе предусматривается использование кадров переменной длины: с помощью передатчика каждый кадр делится на сегменты фиксированного размера, которые помещаются в ATM-ячейки; приемник собирает сегменты в исходный кадр, завершая таким образом процесс, который называется сегментацией и сборкой. Режим асинхронной передачи основан на концепции двух оконеч­ных пунктов сети (абонентских систем, терминалов), осуществляю­щих связь друг с другом через совокупность промежуточных комму­таторов. При этом используются интерфейсы двух типов: интерфейс пользователя с сетью (UNI - User-to-Network Interface) и интерфейс между сетями (NNI - Network-to-Network Interface). UNI соединяет устройство оконечного пользователя с общедоступным или частным ATM-коммутатором, a NNI представляет собой канал связи между двумя ATM-коммутаторами сети (рис. 13.4).

Рис. 13.4. Сеть на базе ATM

Соединение между двумя оконечными пунктами сети (напомним, что ATM-технология ориентирована на предварительное установле­ние соединения) возникает с того момента, когда один из них переда­ет через UNI запрос в сеть. Этот запрос через цепочку АТМ-коммутаторов отправляется в пункт назначения для интерпретации. Если узел-адресат принимает запрос на соединение, то в ATM-сети между двумя пунктами организуется виртуальный канал. UNI-устройства этих пунктов и промежуточные узлы сети (т.е. ATM-коммутаторы) обеспечи­вают правильную маршрутизацию ячеек за счет того, что каждая ATM-ячейка содержит два поля - идентификатор виртуального пути (VPI

Virtual Path Identifier) и идентификатор виртуального канала (VCI

Virtual Circuit Identifier). Информация, содержащаяся в полях VPI и VCI ATM-ячейки, используется для однозначного решения задачи маршрутизации даже в случае, если у оконечной системы организова­но несколько виртуальных связей.

Движущей силой развития технологии ATM является ее эффектив­ность в обслуживании низкоскоростных приложений и возможность работы на сравнительно низких скоростях (от 2 Мбит/с). Говорить о «конкуренции» сетей FR и ATM неправомочно, так как в настоящее время FR является основным интерфейсом доступа к сетям ATM, позволяющим обеспечивать передачу по сети ATM разнородного тра­фика, динамически распределяя полосу пропускания.

Совмещение разнородных телекоммуникационных сетей, постро­енных на базе различных технологий (Х.25, FR, IP и др.), для предос­тавления пользователям всего спектра услуг в настоящее время воз­можно только при использовании технологии ATM. Возможности этой технологии по совмещению различных ТСС возрастают, несмотря на их существенные различия, главные из которых состоят: в приспо­собленности к передаче разнородной информации (данных, голоса, видеоинформации); в возможности полного использования имеющей­ся полосы пропускания и адаптации к качеству каналов связи; в нали­чии и качестве интерфейсного оборудования связи с другими сетями; в степени рассредоточенности элементов сети, а также в степени рас­пространенности в том или ином регионе.

Технология ATM представляет собой концепцию телекоммуникаций, определенную международными стандартами для передачи полного спектра пользовательского трафика, включая сигналы голоса, данных и видео. Она была разработана для удовлетворения потребностей цифровой сети широкополосных услуг и изначально предназначена для интеграции сетей электросвязи. Расшифровка аббревиатуры ATM звучит как Asynchonous Transfer Mode и переводится на русских язык как "асинхронная передача данных".

Технология была создана для сетей, которые должны обрабатывать как традиционный высокопроизводительный трафик данных (например, передача файлов), так и контент в режиме реального времени с низкой задержкой (такой как голос и видео). Эталонная модель для ATM приблизительно сопоставляется с тремя низшими уровнями ISO-OSI: сетевым, канала передачи данных и физическим. ATM является основным протоколом, используемым по основному каналу SONET/SDH (телефонной сети общего пользования), а также цифровой сети Integrated Services (ISDN).

Что это такое?

Что значит ATM для сетевого соединения? Она обеспечивает функциональность, аналогичную коммутации каналов и сетей пакетной коммутации: технология использует асинхронное мультиплексирование с временным разделением и кодирует данные в небольшие пакеты фиксированного размера (кадры ISO-OSI), называемые ячейками. Это отличается от таких подходов, как интернет-протокол или Ethernet, которые применяют пакеты и фреймы с переменным размером.

Основные принципы технологии ATM заключаются в следующем. Она использует ориентированную на соединение модель, в которой виртуальная схема должна быть установлена ​​между двумя конечными точками до начала фактического обмена данными. Эти виртуальные схемы могут быть «перманентными», то есть выделенными соединениями, которые обычно предварительно сконфигурированы поставщиком услуг, или же «переключаемыми», то есть настраиваемыми для каждого вызова.

Asynchonous Transfer Mode (расшифровка ATM с английского) известна как способ связи, используемый в банкоматах и платежных терминалах. Однако данное применение постепенно снижается. Использование технологии в банкоматах в значительной степени было заменено Internet Protocol (IP). В эталонном канале ISO-OSI (уровень 2) базовые передаточные устройства обычно называются кадрами. В ATM они имеют фиксированную длину (53 октета или байта) и специально называются «ячейками».

Размер ячейки

Как уже было отмечено выше, расшифровка ATM - это асинхронная передача данных, осуществляемая с помощью их разделения на ячейки определенного размера.

Если речевой сигнал сводится к пакетам, и они вынуждены передаваться ссылкой с интенсивным трафиком данных, то независимо от того, каковы их размеры, они будут сталкиваться с объемными полномасштабными пакетами. В нормальных условиях ожидания они могут испытывать максимальные задержки. Чтобы избежать этой проблемы, все пакеты ATM или ячейки имеют одинаковый малый размер. Кроме того, структура фиксированных ячеек означает, что данные могут быть легко переданы аппаратным обеспечением без присущих задержек, введенных программными коммутируемыми и маршрутизируемыми кадрами.

Таким образом, разработчики ATM использовали небольшие ячейки данных для уменьшения джиттера (в данном случае дисперсии задержки) в мультиплексировании Это особенно важно при переносе голосового трафика, поскольку преобразование оцифрованного голоса в аналоговый аудиосигнал является неотъемлемой частью процесса реального времени. Это помогает работе декодера (кодека), для которого требуется равномерно распределенный (по времени) поток элементов данных. Если следующий в очереди недоступен, когда это необходимо, у кодека нет выбора, кроме как приостановить работу. В дальнейшем информация оказывается утерянной, потому что период времени, когда она должна была быть преобразована в сигнал, уже прошел.

Как происходило развитие ATM?

Во время разработки ATM синхронная цифровая иерархия 155 Мбит/с (SDH) с полезной нагрузкой 135 Мбит/с считалась быстрой оптической сетью, а многие каналы плезиохронной цифровой иерархии (PDH) в сети были значительно медленнее (не более 45 Мбит/с). При такой скорости типичный полноразмерный 1500-байтовый (12 000-битный) пакет данных должен загружаться со скоростью 77,42 микросекунды. В низкоскоростном канале, таком как линия T1 1,544 Мбит/с, передача такого пакета занимала до 7,8 миллисекунды.

Задержка загрузки, вызванная несколькими такими пакетами в очереди, может превышать число 7,8 мс в несколько раз. Это неприемлемо для речевого трафика, который должен иметь низкий джиттер в потоке данных, подаваемом в кодек, чтобы производить звук хорошего качества.

Система голосовой передачи пакетов может производить это несколькими способами, например, такими как использование буфера воспроизведения между сетью и кодеком. Это позволяет сгладить дрожание, но задержка, возникающая при прохождении через буфер, требует эхоподавителя даже в локальных сетях. В то время это считалось слишком дорогостоящим. Кроме того, он увеличивал задержку по каналу и затруднял взаимодействие.

ATM по своей сути обеспечивает низкий джиттер (и минимальную общую задержку) для трафика.

Как это помогает в сетевом соединении?

Дизайн ATM предназначен для сетевого интерфейса с низким уровнем дрожания. Тем не менее «ячейки» были введены в проект, чтобы обеспечить короткие задержки в очередях, продолжая поддерживать трафик датаграмм. Технология ATM разбила все пакеты, данные и голосовые потоки на 48-байтовые фрагменты, добавив к каждому из них 5-байтовый заголовок маршрутизации, чтобы позже их можно было собрать повторно.

Данный выбор размера был политическим, а не техническим. Когда CCITT (в настоящее время ITU-T) стандартизовал ATM, представители из США хотели получить 64-байтовую полезную нагрузку, поскольку это считалось хорошим компромиссом между большими объемами информации, оптимизированными для передачи данных, и более короткими полезными нагрузками, рассчитанными для приложений реального времени. В свою очередь, разработчики из стран Европы хотели получить 32-байтовые пакеты, потому что небольшие размеры (и, следовательно, малое время на передачу) упрощают голосовые приложения в отношении эхоподавления.

В качестве компромисса между двумя сторонами был выбран размер 48 байт (плюс размер заголовка = 53). 5-байтовые заголовки были выбраны, поскольку считалось, что 10 % полезной нагрузки является максимальной ценой для оплаты маршрутизации информации. Технология ATM мультиплексировала 53-байтовые ячейки, которые уменьшали повреждение и задержку данных почти в 30 раз, что уменьшало потребность в эхоподавителях.

Структура ячейки ATM

ATM определяет два разных формата ячеек: пользовательский сетевой интерфейс (UNI) и сетевой интерфейс (NNI). Большинство каналов сети ATM используют UNI. Структура каждого такого пакета состоит из следующих элементов:

• Поле Generic Flow Control (GFC) - это 4-битовое поле, которое изначально было добавлено для поддержки присоединения ATM в сети общего доступа. По топологии оно представлено как кольцо с двойной шиной распределенной очереди (DQDB). Поле GFC было разработано так, чтобы предоставить 4 бита User-Network Interface (UNI) для согласования мультиплексирования и управления потоком среди ячеек различных соединений ATM. Однако его использование и точные значения не были стандартизированы, и поле всегда установлено на 0000.
• VPI - идентификатор виртуального пути (8 бит UNI или 12 бит NNI).
• VCI - идентификатор виртуального канала (16 бит).
• PT - тип полезной нагрузки (3 бит).
• MSB - ячейка управления сетью. Если ее значение 0, используется пакет пользовательских данных, и в ее структуре 2 бита - это явная индикация прямой перегрузки (EFCI), и 1 - опыт перегрузки сети. Кроме того, выделен еще 1 бит для пользователя (AAU). Он используется AAL5 для указания границ пакетов.
• CLP - приоритет потери ячейки (1 бит).
• HEC - управление ошибкой заголовка (8-битный CRC).

Сеть АТМ использует поле PT для обозначения различных специальных ячеек для целей операций, администрирования и управления (OAM), а также для определения границ пакетов в некоторых адаптационных уровнях (AAL). Если значение MSB поля PT равно 0, это ячейка пользовательских данных, а остальные два бита используются для указания перегрузки сети и как бит заголовка общего назначения, доступный для уровней адаптации. Если MSB равно 1, это пакет управления, а остальные два бита указывают его тип.

В некоторых (асинхронного способа передачи данных) используется поле HEC для управления алгоритмом кадрирования на основе CRC, который позволяет находить ячейки без дополнительных затрат. 8-битный CRC используется для исправления однобитовых ошибок заголовка и обнаружения многобитовых. При обнаружении последних текущая и последующие ячейки отбрасываются до тех пор, пока не будет найдена ячейка без ошибок заголовка.

Пакет UNI резервирует поле GFC для локальной системы управления потоком или субмультиплексирования между пользователями. Это предназначалось для того, чтобы несколько терминалов могли совместно использовать одно сетевое соединение. Также данная технология использовалась с той целью, чтобы два телефона цифровой сети с интегрированной услугой (ISDN) могли бы использовать одно базовое соединение ISDN с определенной скоростью. Все четыре бита GFC по умолчанию должны быть нулевыми.

Формат ячейки NNI реплицирует формат UNI почти аналогично, за исключением того, что 4-битное поле GFC перераспределяется в поле VPI, расширяя его до 12 бит. Таким образом, одно соединение NNI ATM может обрабатывать почти 216 VC каждый раз.

Ячейки и передача на практике

Что значит ATM на практике? Она поддерживает различные виды услуг через AAL. Стандартизованные AAL включают AAL1, AAL2 и AAL5, а также редко используемые AAC3 и AAL4. Первый тип используется для услуг постоянной битовой скорости (CBR) и эмуляции схемы. Синхронизация также поддерживается в AAL1.

Второй и четвертый тип используются для услуг с переменным битрейтом (VBR), AAL5 - для данных. Информация о том, какой AAL используется для данной ячейки, не закодирована в ней. Вместо этого она согласовывается или настраивается на конечных точках для каждого виртуального соединения.

После первоначального проектирования данной технологии сети стали работать намного быстрее. 1500-байтовый (12000 бит) полноразмерный Ethernet-кадр требует всего 1,2 мкс для передачи в сети 10 Гбит/с, что уменьшает необходимость в небольших ячейках для уменьшения задержек.

В чем сильные и слабые стороны такой связи?

Преимущества и недостатки сетевой технологии ATM следующие. Некоторые считают, что увеличение скорости связи позволит заменить ее на Ethernet в магистральной сети. Однако следует отметить, что увеличение скорости само по себе не уменьшает джиттер из-за очереди. Кроме того, аппаратное обеспечение для реализации адаптации услуг для IP-пакетов является дорогостоящим.

В то же время по причине фиксированной полезной нагрузки в 48 байт ATM не подходит в качестве канала передачи данных непосредственно под IP, поскольку уровень OSI, на котором работает IP, должен обеспечивать максимальный блок передачи (MTU) не менее 576 байт.

В более медленных или перегруженных соединениях (622 Мбит/с и ниже) применение сети ATM имеет смысл, и по этой причине большинство асимметричных систем цифровой абонентской линии (ADSL) используют эту технологию в качестве промежуточного уровня между физическим канальным уровнем и протоколом уровня 2, таким как PPP или Ethernet.

На этих более низких скоростях ATM обеспечивает полезную возможность переносить несколько логических схем на одном физическом или виртуальном носителе, хотя существуют и другие методы, такие как многоканальные PPP и Ethernet VLAN, которые являются необязательными в реализациях VDSL.

DSL может использоваться как способ доступа к сети АТМ, позволяющий подключаться ко многим провайдерам интернет-услуг через сеть широкополосных банкоматов.

Таким образом, недостатки технологии заключаются в том, что в современных высокоскоростных соединениях она теряет свою эффективность. Достоинства же такой сети заключаются в том, что она существенно увеличивает полосу пропускания, поскольку обеспечивает напрямую соединение между различными периферийными устройствами.

Кроме того, при наличии одного физического подключения при помощи АТМ могут одновременно функционировать несколько разных виртуальных каналов, обладающих различными характеристиками.

Данная технология применяет довольно мощные инструменты, предназначенные для управления трафиком, которые продолжают развиваться и в настоящее время. Благодаря этому становится возможным передавать одновременно данные различного типа, даже если они предъявляют совершенно разные требования для их отправки и получения. Так, можно создать трафик, осуществляемый по различным протоколам, на одном канале.

Основы функционирования виртуальных цепей

Asynchonous Transfer Mode (аббревиатура ATM) работает как транспортный уровень на основе канала, используя виртуальные схемы (VC). Это связано с концепцией виртуальных путей (VP) и каналов. Каждая ячейка ATM имеет 8- или 12-битный идентификатор виртуального пути (VPI) и 16-битный идентификатор виртуального канала (VCI), определенный в его заголовке.

VCI вместе с VPI используется для идентификации следующего пункта назначения пакета, когда он проходит через ряд коммутаторов ATM на своем пути к месту назначения. Длина VPI варьируется в зависимости от того, отправлена ​​ли ячейка по пользовательскому либо по сетевому интерфейсу.

По мере того как эти пакеты проходят через сеть ATM, переключение происходит путем изменения значений VPI/VCI (заменой ярлыков). Несмотря на то что они не обязательно согласуются с концами соединения, концепция схемы является последовательной (в отличие от IP, где любой пакет может попасть в пункт назначения другим маршрутом). Коммутаторы ATM используют поля VPI/VCI для идентификации виртуального канала (VCL) следующей сети, которую ячейка должна транзитировать на своем пути в конечный пункт назначения. Функция VCI аналогична функции идентификатора соединения линии передачи данных (DLCI) в реле кадра и номера группы логических каналов в X.25.

Еще одно преимущество использования виртуальных схем заключается в возможности применять их в качестве уровня мультиплексирования, позволяя использовать различные сервисы (такие как голос и ретрансляция кадров). VPI полезен для уменьшения таблицы переключения некоторых виртуальных схем, которые имеют общие пути.

Использование ячеек и виртуальных схем для организации трафика

Технология АТМ включает в себя дополнительно перемещение трафика. Когда настраивается схема, каждый коммутатор цепи информируется о классе соединения.

Контракты на трафик ATM являются частью механизма, обеспечивающего «качество обслуживания» (QoS). Существует четыре основных типа (и несколько вариантов), каждый из которых имеет набор параметров, описывающих соединение:

• CBR - постоянная скорость передачи данных. Указана пиковая скорость (PCR), которая является неизменной.
• VBR - переменная скорость передачи данных. Указано среднее или устойчивое ее значение (SCR), которое может достигать пика на определенном уровне, на максимальный интервал до возникновения проблем.
• ABR - доступная скорость передачи данных. Указано минимальное гарантированное значение.
• UBR - неопределенная скорость передачи данных. Трафик распределяется по всей оставшейся пропускной способности.

VBR имеет варианты в режиме реального времени, и в других режимах служит для «ситуационного» трафика. Некорректное время иногда сокращается до vbr-nrt.

Большинство классов трафика также используют концепцию вариации толерантности к ячейке (CDVT), которая определяет их «скопление» во времени.

Управление передачей данных

Что значит АТМ с учетом вышеизложенного? Чтобы поддерживать производительность сети, могут применяться правила трафика для виртуальных сетей, ограничивающие объем передаваемых данных в пунктах входа в соединение.

Эталонная модель, утвержденная для UPC и NPC, является алгоритмом общей скорости ячейки (GCRA). Как правило, трафик VBR обычно контролируется с использованием контроллера, в отличие от остальных видов.

Если объем данных превышает трафик, определенный GCRA, сеть может либо сбросить ячейки, либо отметить бит приоритета потери ячеек (CLP) (чтобы идентифицировать пакет как потенциально избыточный). Основная работа по обеспечению безопасности работает на основе последовательного мониторинга, но это не оптимально для инкапсулированного пакетного трафика (поскольку отбрасывание одной единицы приведет к аннулированию всего пакета). В результате были созданы такие схемы, как Partial Packet Discard (PPD) и Early Packet Discard (EPD), которые способны отбрасывать целую серию ячеек до тех пор, пока не начнется следующий пакет. Это уменьшает количество бесполезных единиц информации в сети и экономит полосу пропускания для полных пакетов.

EPD и PPD работают с соединениями AAL5, поскольку они используют конец маркера пакета: бит индикации пользовательского интерфейса пользователя ATM (AUU) в поле «Тип полезной нагрузки» заголовка, который устанавливается в последней ячейке SAR-SDU.

Формирование трафика

Основы технологии АТМ в этой части можно представить так. Формирование трафика обычно происходит в сетевой интерфейсной плате (NIC) в пользовательском оборудовании. При этом происходит попытка обеспечить такие условия, где поток ячеек на VC будет соответствовать его контракту трафика, то есть единицы не будут отброшены или уменьшены в приоритетном порядке в UNI. Поскольку эталонной моделью, заданной для управления трафиком в сети, является GCRA, этот алгоритм обычно используется и для формирования и направления данных.

Типы виртуальных цепей и путей

Технология ATM может создавать виртуальные схемы и пути как статически, так и динамически. Статические схемы (ПВС) или пути (ПВП) требуют, чтобы схема состояла из серии сегментов, по одному для каждой пары интерфейсов, через которые она проходит.

ПВП и ПВХ, хотя и являются концептуально простыми, требуют значительных усилий в крупных сетях. Они также не поддерживают повторную маршрутизацию службы в случае сбоя. Напротив, динамически построенные ПВП (SPVP) и ПВХ (SPVC) строятся путем указания характеристик схемы (сервисного «контракта») и двух конечных точек.

Наконец, сети ATM создают и удаляют коммутируемые виртуальные схемы (SVC) по требованию конечной части оборудования. Одним из приложений для SVC является перенос отдельных телефонных вызовов, когда сеть коммутаторов соединена между собой через ATM. SVC также использовались при попытке заменить локальные сети ATM.

Виртуальная схема маршрутизации

Большинство сетей технологии АТМ, поддерживающих SPVP, SPVC и SVC, используют интерфейс Private Network Node или протокол Private Network-to-Network Interface (PNNI). PNNI использует тот же алгоритм кратчайшего пути, который используется OSPF и IS-IS для маршрутизации IP-пакетов для обмена топологической информацией между коммутаторами и выбора маршрута через сеть. PNNI также включает в себя мощный механизм суммирования, позволяющий создавать очень большие сети, а также алгоритм управления доступом к вызову (CAC), который определяет доступность достаточной полосы пропускания по предлагаемому маршруту через сеть для удовлетворения требований к обслуживанию VC или VP.

Прием и подключение к звонкам

Сеть должна установить соединение, прежде чем обе стороны могут отправлять ячейки друг другу. В называется виртуальной схемой (VC). Это может быть постоянная виртуальная схема (PVC), которая создается административно в конечных точках, или коммутируемая виртуальная схема (SVC), создаваемая по мере необходимости передающими сторонами. Создание SVC управляется сигнализацией, в которой запрашивающая сторона указывает адрес принимающей стороны, тип запрашиваемой услуги и любые параметры трафика, которые могут быть применимы к выбранной службе. Затем «Сеть» подтвердит, что запрашиваемые ресурсы доступны, и что маршрут существует для соединения.

Технология АТМ определяет следующие три уровня:

• адаптации ATM (AAL);
• 2 ATM, примерно соответствующий уровню линии передачи данных OSI;
• физический, эквивалентный аналогичному уровню OSI.

Развертывание и распространение

Технология ATM стала популярной среди телефонных компаний и многих производителей компьютеров в 1990-х годах. Однако даже к концу этого десятилетия лучшая цена и производительность продуктов на базе протокола Интернет начала конкурировать с ATM для интеграции в реальном времени и пакетного сетевого трафика.

Некоторые компании и сегодня ориентированы на продукты ATM, в то время как другие предоставляют их в качестве опции.

Мобильная технология

Беспроводная технология состоит из базовой сети ATM с сетью беспроводного доступа. Ячейки здесь передаются от базовых станций к мобильным терминалам. Функции мобильности выполняются на коммутаторе ATM в базовой сети, известном как «кроссоверный», который аналогичен MSC (мобильному коммутационному центру) сетей GSM. Преимуществом беспроводной связи ATM является ее высокая пропускная способность и большая скорость передачи обслуживания, выполненная на уровне 2.

В начале 1990-х годов некоторые исследовательские лаборатории активно работали в этой области. Был создан форум ATM для стандартизации технологии беспроводных сетей. Его поддерживали несколько телекоммуникационных компаний, в том числе NEC, Fujitsu и AT&T. Мобильная технология ATM нацелена на предоставление высокоскоростных мультимедийных коммуникационных технологий, способных предоставлять широкополосную мобильную связь, помимо сетей GSM и WLAN.