Организация и функционирование сетей АТМ

Адресация ATM - в этой технологии адреса определяются на двух отдельных уровнях. Во-первых, в технологии ATM предусмотрена адресация виртуальных каналов. Во-вторых, в ATM адреса присваиваются самим устройствам ATM по аналогии с адресами управления доступом к передающей среде в сети Ethernet. Вначале рассмотрим адресацию виртуальных каналов.

В технологии ATM для адресации виртуальных каналов применяется пара обозначений, состоящая из идентификатора виртуального маршрута (Virtual Path Identifier - VPI) и идентификатора виртуального канала (Virtual Circuit Identifier - VCI). С идентификатором VPI связаны такие параметры, как пропускная способность соединения и опции QoS. Для идентификаторов VCI должны быть определены такие же требования QoS, как и для VPI, а параметры пропускной способности должны соответствовать пределам, установленным для VPI. После определения этих параметров соединения фактически устанавливаются путем выбора идентификаторов VCI, входящих в состав маршрута, который обозначен идентификатором VPI. Основное преимущество применения пар значений VPI / VCI состоит в том, что провайдеру намного проще управлять этими парами значений, чем идентификаторами DLCI. Например, при использовании идентификаторов DLCI провайдеру может потребоваться назначить для компании заказчика, скажем, 15 значений DLCI, на первый взгляд не имеющих между собой ничего общего: DLCI 534, 182, 97, 381 и т.д. В этом случае для определения того, какие идентификаторы относятся к данной компании, провайдеру приходится каждый раз сверяться со схемой. А при использовании пар значений VPI / VCI провайдер может назначить этой компании только один идентификатор VPI и включить в него 15 идентификаторов VCI. В процессе настройки виртуального канала для этой компании инженеру достаточно знать ее идентификатор VPI.

Кроме того, пары значений VPI / VCI могут выбираться в гораздо более широких пределах. Например, идентификатор DLCI позволяет применять для однозначного обозначения некоторого соединения только 10 битов, а для обозначения виртуального канала UNI может применяться 24 бита (8 битов идентификатора VPI и 16 битов идентификатора VCI). К тому же пары значений VPI / VCI позволяют выполнить основную часть действий по обработке вызова на уровне VPI, после чего с каждым идентификатором VCI будут просто связаны выбранные параметры VPI. Пример применения пар значений VPI / VCI приведен на рис. 3.

Рисунок 3 - Пример применения пар значений VPI/VCI

А что касается адресации устройств ATM, то здесь дела обстоят немного сложнее. Адреса ATM имеют длину 20 байтов и отличаются гораздо более сложной структурой по сравнению с большинством других адресов. К счастью, пользователю обычно не приходится сталкиваться с проблемой адресации устройств ATM. Устройства ATM компании Cisco, как правило, поступают к заказчику с заранее установленным адресом ATM, и при условии, что заказчик не создает у себя большую инфраструктуру ATM, для него такой предустановленный адрес должен быть вполне приемлемым. А если заказчик имеет открытые линии ATM, то адрес ATM обычно предоставляет ему провайдер. С другой стороны, если сам заказчик создает большую открытую инфраструктуру (иными словами, сам берет на себя роль провайдера ATM), то для получения блока назначенных ему адресов ATM он должен обратиться к правительственной организации своей страны, которая отвечает за распределение таких адресов.

Если же предприятие создает крупную закрытую инфраструктуру ATM, то ему придется вплотную заниматься не только адресацией ATM, но и решать другие сложные задачи. Кратко рассматривается структура адресации ATM, показанная на рис. 4.

Рисунок 4 - Пример адреса АТМ с обозначением его структуры

- ESI. Идентификатор оконечной системы (EndSystem Identifier - ESI), который используется для обозначения отдельного устройства (и обычно представляет собой MAC-адрес).

- Байт селектора. Применяется для локального мультиплексирования данных в оконечной станции. Не имеет значения для других устройств.

- Префикс NSAP. Префикс адреса точки доступа к сетевой службе (Network Service Access Point - NSAP), который применяется для обозначения сети ATM. Префикс NSAP состоит из отдельных полей. Для него на практике применяются три разных формата: DCC, ICD и Е.164. На рис. 4 показан формат DCC, который подразделяется, как показано ниже.

- AFI. Индикатор формата адреса (Address Format Indicator - AFI), который применяется для определения компоновки NSAP (DCC, ICD или Е.164).

- DCC. Код страны происхождения данных (Data Country Code - DCC), который позволяет определить, в какой стране сформированы данные (например, код 840 F обозначает США).

- DPI. Идентификатор формата домена (Domain Format Identifier - DPI), с помощью которого можно определить, какой регистрирующей организацией был определен формат применяемого адреса (например, организация ANSI обозначается идентификатором 80).

- АА. Код административного органа (Administrative Authority - АА) служит для указания уникального номера регистрирующей компании (компании заказчика).

- Зарезервировано. Это поле зарезервировано для использования в будущем.

- RD/A. Домен и область маршрутизации (Routing Domain and Area - RD / A) применяется для адресации коммутаторов ATM.

1.4 Особенности

Основные особенности АТМ-технологии.

АТМ - асинхронная технология, так как пакеты небольшого размера, называемые ячейками (Cells), передаются по сети, не занимая конкретных временных интервалов, как это имеет место в В-каналах сетей ISDN.

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

По технологии АТМ 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 АТМ-ячейке не предусматриваются позиции для определенных видов передаваемой информации, поэтому пропускная способность канала регулируется путем выделения полосы пропускания потребителю.

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.

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

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

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

Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий - коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй - использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. С помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания виртуальных каналов с разным качеством обслуживания удается добиться передачи в одной сети разных типов трафика без дискриминации.

Основные принципы технологии АТМ

Сеть АТМ имеет классическую структуру крупной территориальной сети - конечные станции соединяются индивидуальными каналами с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Коммутаторы АТМ пользуются 20-байтными адресами конечных узлов для маршрутизации трафика на основе техники виртуальных каналов. Для частных сетей АТМ определен протокол маршрутизации PNNI (Private NNI), с помощью которого коммутаторы могут строить таблицы маршрутизации автоматически. В публичных сетях АТМ таблицы маршрутизации могут строиться администраторами вручную, как и в сетях Х.25, или могут поддерживаться протоколом PNNI.

Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), который назначается соединению при его установлении и уничтожается при разрыве соединения. Адрес конечного узла АТМ, на основе которого прокладывается виртуальный канал, имеет иерархическую структуру и использует префиксы, что упрощает маршрутизацию запросов установления соединения, как и при использовании агрегированных IP-адресов в соответствии с техникой CIDR.

Использование технологии АТМ

Технология АТМ расширяет свое присутствие в локальных и глобальных сетях не очень быстро, но неуклонно. В последнее время наблюдается устойчивый ежегодный прирост числа сетей, выполненных по этой технологии, в 20-30 %.

В локальных сетях технология АТМ применяется обычно на магистралях, где хорошо проявляются такие ее качества, как масштабируемая скорость (выпускаемые сегодня корпоративные коммутаторы АТМ поддерживают на своих портах скорости 155 и 622 Мбит/с), качество обслуживания (для этого нужны приложения, которые умеют запрашивать нужный класс обслуживания), петлевидные связи (которые позволяют повысить пропускную способность и обеспечить резервирование каналов связи).

Основной соперник технологии АТМ в локальных сетях - технология Gigabit Ethernet. Она превосходит АТМ в скорости передачи данных - 1000 Мбит/с по сравнению с 622 Мбит/с, а также в затратах на единицу скорости.

В глобальных сетях АТМ применяется там, где сеть frame relay не справляется с большими объемами трафика, и там, где нужно обеспечить низкий уровень задержек, необходимый для передачи информации реального времени.

Сегодня основной потребитель территориальных коммутаторов АТМ - это Internet. Коммутаторы АТМ используются как гибкая среда коммутации виртуальных каналов между IP-маршрутизаторами, которые передают свой трафик в ячейках АТМ. Сети АТМ оказались более выгодной средой соединения IP-маршрутизаторов, чем выделенные каналы SDH, так как виртуальный канал АТМ может динамически перераспределять свою пропускную способность между пульсирующим трафиком клиентов IP-сетей.

2. Функционирование сетей АТМ

сеть асинхронный данные передача

Управление сквозным функционированием в сети с интеграцией АТМ, представляет собой проблему для сетевого администратора и требует принятия новых решений.

Проблемы совмещения технологий АТМ и существующих сетей решаются организацией ATM Forum и рядом промышленных фирм. Разрабатываются коммутаторы, обеспечивающие совместную работу АТМ магистралей, сетей, работающих по протоколам TCP/IP, и локальных сетей, таких, как Ethernet, Fast Ethernet, FDDI. В частности, разработаны спецификации IP-Over-ATM и более современные MPOA (Multi-Protocol-Over-ATM), а также реализующие их средства для передачи IP-дейтаграмм и пакетов, сформированных по другим протоколам, через АТМ сети.

При реализации TCP/IP поверх АТМ протоколов необходимо сохранить высокую скорость АТМ сети. Однако этому препятствуют возможные потери при передаче некоторых 53-байтных ячеек, на которые разбивается ТСР-сегмент. Такая потеря вызывает необходимость повторной передачи всех ячеек сегмента, поскольку в АТМ контроль правильности передачи ведется по отношению ко всему сообщению (в данном случае - сегменту). Существенно сократить число повторно передаваемых ячеек позволяют специальные алгоритмы, примером которых может служить алгоритм TCP Boston.

В этом алгоритме исходная совокупность А из m ячеек трансформируется во множество В из N ячеек с помощью матрицы W размера Nґ m

B = W ґ A,

передается только подмножество By, включающее m первых ячеек из В, а на приемном конце исходная совокупность восстанавливается

A = (Wy)-1ґ By,

где Wy является квадратной mґ m подматрицей преобразующей матрицы W, By = Wyґ A, N>m. Матрица W формируется таким образом, чтобы любая ее подматрица Wy из m строк была бы невырожденной, а N выбирается так, чтобы число Nґ m с запасом превышало бы число потенциально теряемых ячеек в любой группе из передаваемых m ячеек. Тогда сначала передается множество By и, если от приемника получена отрицательная квитанция с указанием, что принято только k ячеек, то передатчик вместо повторной передачи всех m ячеек передает лишь m-k дополнительных ячеек из множества В.

В качестве примеров коммутационного оборудования для совместной работы АТМ и существующих локальных сетей можно назвать коммутатор ES-3810 и концентратор PowerHub фирмы Fore Systems. В ES-3810 предусмотрены 72 порта для подключения сетей Ethernet и Fast Ethernet и один или два порта для АТМ магистрали 155 Мбит/с. PowerHub 7000 имеет следующие характеристики: до 240 портов Ethernet, до 54 портов Fast Ethernet, до 16 колец FDDI, скорость передачи данных по внутренней шине 3,2 Гбит/с.

Заключение