Лекция 31. (+) Технология АТМ

Гетерогенность (объединение разных типов сетей) - неотъемлемое качество любой крупной сети, и на согласование разных компонентов системные администраторы тратят большую часть своего времени. Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, АТМ) разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг, которые называются широкополосными сетями ISDN (Broadband-ISDN, B-ISDN) и сможет обеспечить несколько перечисленных ниже возможностей.

· Передачу компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, причем для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям.

· Иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гага-бит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений.

· Общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей.

· Сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов: Т1/Е1, ТЗ/ЕЗ, SDH STM-n, FDDI.

· Взаимодействие с протоколами локальных и глобальных сетей: IP, SNA, Ethernet, ISDN.

Технология АТМ с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все виды трафика в соответствии с их требованиями.

Главный недостаток технологии TDM, заключается в невозможности перераспределять пропускную способность объединенного канала между подканалами. В те периоды времени, когда по подканалу не передаются пользовательские данные, объединенный канал все равно передает байты этого подканала, заполненные нулями. В АТМ каждый пакет подканала имеет свой отдельный адрес. Наличие адреса у каждого пакета позволяет передавать его асинхронно, так как местоположение его относительно данных других подканалов уже не является его адресом. Асинхронные пакеты одного подканала извлекаются или вставляются в свободные тайм - слоты другого подканала по мере необходимости.

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, которые имеют иерархическую структуру, подобную номеру в телефонной сети, и использует префиксы, соответствующие кодам стран, городов, сетям поставщиков услуг и т. п., что упрощает маршрутизацию, как при использовании агрегированных IP-адресов

· маршрутизация выполняется на основе техники виртуальных каналов.

· Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC)

· Для ускорения коммутации в больших сетях используется понятие виртуального пути - Virtual Path, который объединяет виртуальные каналы, имеющие в сети АТМ общий маршрут или общую часть маршрута между некоторыми двумя коммутаторами сети.

· Таким образом, идея агрегирования адресов в технологии АТМ применена на двух уровнях - на уровне адресов конечных узлов (работает на стадии установления виртуального канала) и на уровне номеров виртуальных каналов (работает при передаче данных по имеющемуся виртуальному каналу).

· В сетях АТМ таблицы маршрутизации могут строиться администраторами вручную, как и в сетях Х.25, или могут поддерживаться протоколом PNNI, с помощью которого коммутаторы могут строить таблицы маршрутизации автоматически.

· АТМ основывается на технологии SDH/SONET, но использует только 2 скорсти:
- 155 Мбит/с - можно использовать волоконно-оптический кабель или UTP 5
- 622 Мбит/с - только волоконно-оптический кабель одномодовый и многомодовый.

· АТМ также может использовать линии:
- Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ - в глобальных сетях
- FDDI
- 25 Мбит/с
- 155 Мбит/с с передачей ячейками, а не кадрами SDH

· Особенности АТМ это система качественного обслуживания разнородного трафика (компьютерного и мультимедийного) таким образом, чтобы каждый тип трафика получил требуемый уровень обслуживания и не рассматривался как «второстепенный».

Трафик вычислительных сетей имеет ярко выраженный асинхронный и пульсирующий характер. Компьютер посылает пакеты в сеть в случайные моменты времени, по мере возникновения в этом необходимости. 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.

Мультимедийный трафик, передающий, например, голос или изображение, характеризуется малыми пульсациями, высокой чувствительностью к задержкам кадров данных (перерывы в звучании или дергающееся изображение) и низкой чувствительностью к потерям данных (потерю отдельных замеров голоса или кадров изображения можно компенсировать сглаживанием).

На возможности совмещения двух видов трафика большое влияние оказывает размер компьютерных пакетов. Если размер пакета может меняться в широком диапазоне (например, от 29 до 4500 байт, как в технологии FDDI), то даже при придании голосовым пакетам высшего приоритета обслуживания в коммутаторах время ожидания компьютерного пакета может оказаться недопустимо высоким. Например, пакет в 4500 байт будет передаваться в выходной порт на скорости 2 Мбит/с - 18 мс. За это время необходимо через этот же порт передать 144 замера голоса. т.е. произойдет задержка и прерывание голосовой передачи.

Подход, реализованный в технологии АТМ, состоит в передаче любого вида трафика - компьютерного, телефонного или видео - пакетами фиксированной и очень маленькой длины в 53 байта. Пакеты АТМ называют ячейками - cell. Поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок - 5 байт. Размер ячейки АТМ является результатом компромисса между телефонистами и компьютерщиками - первые настаивали на размере поля данных в 32 байта, а вторые - в 64 байта

Чтобы адрес узла был минимальным по размеру применена техника виртуальных каналов с номером виртуального канала в 24 бит, что достаточно для большого количества виртуальных соединений сети АТМ.

В отличие от Frame Relay, где определен только один параметр качества обслуживания - гарантированная пропускная способность, в АТМ определены 3 критерия:

1. Скорость - постоянная или переменная

2. Синхронизация кадров - контроль задержек кадров

3. Тип спередачи - с установкой или без установки соединения

Пояснения:

Постоянная скорость - данные передаются большим непрерывным потоком
[ характерна для мультимедийных данных ]

Переменная скорость - данные передаются хаотично порциями разной величины
[ характерна для компьютерных данных ]

Синхронизация - контроль задержек между кадрами
[ важен для мультимедийных данных ]

Установка соединения- перед началом передачи данных другими протоколами устанавливается соединение, которое контролирует достоверность передачи данных - тогда АТМ не нужно это контролировать

Без установки соединения - другие протоколы не устанавливают соединение и не контролируют достоверность передачи данных - в этом случае контроль достоверности берет на себя технология АТМ.

В результате было определено пять классов трафика, отличающихся следующими критериями:

А: мультимедийный трафик требует:
- постоянной скорости (нет пульсаций трафика)
- синхронизации (отсутствия задержек),
- установления соединения

В: компрессированный мультимедийный трафик требует
- переменной скорости (есть пульсации трафика)
- синхронизации (отсутствия задержек),
- установления соединения

С: компьютерный с установкой соединения трафик:
- переменной скорости (есть пульсации трафика)
- не нужна синхронизация,
- установливается соединение

D компьютерный без установки соединения трафик:
- переменной скорости (есть пульсации трафика)
- не нужна синхронизация,
- без установления соединения

Х Пользовательский: все характеристики задаются пользователе

Одних качественных характеристик, задаваемых классом трафика, оказывается недостаточно. В технологии АТМ для каждого класса трафика определен набор количественных параметров, которые приложение должно задать. Например, для трафика класса А необходимо указать постоянную скорость, с которой приложение будет посылать данные в сеть, а для трафика класса В - максимально возможную скорость, среднюю скорость и максимально возможную пульсацию. Для голосового трафика можно не только указать на важность синхронизации между передатчиком и приемником, но и количественно задать верхние границы задержки и вариации задержки ячеек.

Если для приложения не критично поддержание параметров пропускной способности и QoS, то оно может отказаться от задания этих параметров. Такой тип трафика получил название трафика с неопределенной битовой скоростью - Unspecified Bit Rate, UBR.

Для трафика UBR сеть выделяет ресурсы «по возможности», то есть те, которые в данный момент свободны от других соединений, заказавших качество обслуживания.

Технология АТМ допускает два варианта определения параметров QoS:

1. непосредственное задание их каждым приложением,

2. назначение их по умолчанию в зависимости от типа трафика.

Последний способ упрощает задачу разработчика приложения, так как в этом случае выбор максимальных значений задержки доставки ячеек и вариации задержек перекладывается на плечи администратора сети.

Стек протоколов АТМ

Распределение протоколов по конечным узлам и коммутаторам АТМ - на рис.1.

Рис. 1. Распределение протоколов по узлам и коммутаторам сети АТМ

Стек протоколов АТМ включает:

· уровень адаптации AAL,

· уровень АТМ

· физический уровень.

Прямого соответствия между уровнями протоколов технологии АТМ и уровнями модели OSI нет.

Уровень адаптации AAL

Он представляет собой набор протоколов AAL1-AAL5, которые преобразуют сообщения протоколов верхних уровней сети АТМ в ячейки АТМ нужного формата. Протоколы AAL работают только в конечных узлах сети.

Уровень адаптации состоит из 2 подуровней:

· Нижний подуровень AAL занимается разбиением (сегментацией) сообщения, принимаемого AAL oт протокола верхнего уровня, на ячейки АТМ, снабжением их соответствующим заголовком и передачей уровню АТМ для отправки в сеть или сбором ячеек на другом конце.

· Верхний подуровень AAL зависит от класса передаваемого трафика. Он обеспечивает синхронизацию трафика, контроль ошибок в пакетах…

Протокол АТМ

Протокол АТМ занимается передачей ячеек через коммутаторы при установленном и настроенном виртуальном соединении, то есть на основании готовых таблиц коммутации портов. Он выполняет коммутацию по номеру виртуального соединения, который в технологии АТМ разбит на две части:

- идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier, VPI)

- идентификатор виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI).

АТМ выполняет также ряд функций по контролю за соблюдением трафик - контракта со стороны пользователя сети, маркировке ячеек-нарушителей, отбрасыванию ячеек-нарушителей при перегрузке сети, а также управлению потоком ячеек для повышения производительности сети

Категории услуг протокола АТМ и управление трафиком

Для поддержания требуемого качества обслуживания по всем коммутаторам сети на уровне протокола АТМ определено пять категорий услуг, которые поддерживаются одноименными службами:

· CBR - мультимедиа потоки: с постоянной битовой скоростью;

· rtVBR - пульсирующие мультимедиа: с переменной скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и синхронизации кадров;

· nrtVBR - компьютерные без гарантии пропускной способности: с переменной скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и не требующего синхронизации;

· ABR - компьютерные с гарантией пропускной способности: с переменной скоростью, требующего соблюдения некоторой минимальной скорости передачи данных и не требующего синхронизации;

· UBR - компьютерные без требований: услуги для трафика, не предъявляющего требований к скорости передачи данных и синхронизации.

Кроме механизмов параметров трафика и параметров QoS, практически все производители оборудования АТМ реализуют в своих коммутаторах несколько очередей ячеек, обслуживаемых с различными приоритетами.

Чтобы поддерживать требования всех служб коммутатор АТМ предоставляет некоторую часть своей пропускной способности каждому классу служб:

· Трафик CBR получает часть пропускной способности, необходимую для поддержания пиковой скорости,

· трафик VBR получает часть пропускной способности, необходимую для поддержания средней скорости,

· трафик ABR получает часть пропускной способности, достаточную для обеспечения требования минимальной гарантированной скорости.

Дата добавления: 2014-12-07