Сети с передачей ячеек

Ячейки ATM

В технологии ATM для передачи данных и служебной информации используют­ся небольшие фиксированного размера элементы данных, называемые ячейками. При этом, имея фиксированный размер, ячейки различаются по сфере исполь­зования. В каждом конкретном случае ячейки имеют свой уникальный фор­мат. Формат этих ячеек определяют специальные рабочие характеристики сетей ATM. В некоторых случаях ячейки более эффективны по сравнению с кадрами, в других случаях их использование приводит к определенным ограничениям.

Традиционные сети используют кадры переменной длины, которые генериру­ются отправителем. При этом их длина должна находиться в определенных пределах. Фактически, генерируемый кадр зависит от объема передаваемых дан­ных. Например, кадр в сети Ethernet имеет минимальный размер 64 байта, а максимальный — 1518 байт. В некоторых сетях на базе технологии Token Ring размер кадра может достигать 18 000 байт. Эти кадры с переменной длиной яв­ляются очень эффективными при передаче большого объема данных, так как требуется намного меньше кадров. Это особенно заметно в сетях с ограниченной пропускной способностью.

Тем не менее кадры с переменной длиной значительно усложняют предска­зание возможного поведения сети в тех или иных ситуациях. Задержка, которую могут вносить кадры на участке сети между отправителем и получателем, зависит от множества факторов, тесно связанных с размером самого кадра.

Каждое сетевое устройство, через которое передаются кадры, читает их, анали­зирует служебную информацию и передает далее. Некоторые сетевые устройства, такие как коммутаторы и мосты, должны после анализа служебной информации в кадре определить порт, на который нужно переслать кадр. Другие более слож­ные устройства, такие как маршрутизаторы, помимо проверки полей, выполняют модификацию их содержимого. В результате, задержка, возникающая при пере­даче кадра через сетевые устройства, может быть достаточно большой.

Для большинства приложений величина задержки не играет существенной роли. Однако обработка аудио- и видеоинформации очень чувствительна ко всем видам задержек в сети. Когда задержка может быть предсказана и гаранти­рована, обмен аудио- и видеоинформацией происходит намного проще.

Передача ячеек — это один из видов технологии коммутации пакетов. В основе этой технологии лежит ретрансляция трафика с использованием адреса получа­теля, содержащегося в самом пакете. Технология коммутации пакетов не нова; некоторые из ее реализаций восходят к 1970 году (например Х.25). В табл. 11.4 описаны элементы коммутации, используемые в существующих технологиях.

Таблица 11.4. Элементы коммутации

Технология	Элемент коммутации
Х.25	Пакет
Ethernet	Кадр
Frame Relay	Кадр
FDDI	Пакет
DQDB	Ячейка
SMDS	Ячейка
ATM	Ячейка
B-ISDN	Ячейка

Так как пакеты несут различный объем информации, это опять-таки приво­дит к задержкам из-за того, что обрабатывающему оборудованию требуются специальные временные таймеры и механизмы для определения того факта, что исходная информация принадлежит одному пакету.

Для борьбы с задержками и накладными расходами при обработке был пред­ложен новый подход, при котором в сети передавались ячейки фиксированной длины, а не пакеты переменной длины.

В начале 1992 года этот подход сформировался в новую технологию коммута­ции ячеек, которая была названа ATM. В этой технологии использовались относи­тельно короткие (53 байта) ячейки фиксированной длины, которые служат для передачи информации как через частные сети, так и через сети общего пользования. Достоинством этой технологии является ее возможность с большой скоростью передавать большие объемы данных, в том числе аудио- и видеоинформацию.

Так как ячейка имеет длину гораздо меньшую, чем длина типичного кадра, коммутацию и передачу ячейки следующему получателю можно осуществить значительно быстрее, чем для кадра. Однако слишком малый размер ячейки также недопустим. Величина 53 байта является неким компромиссом между стремлением получить низкую задержку при коммутации и желанием увеличить емкость единицы передачи данных. Организации, которые планировали переда­вать по сетям ATM голосовую информацию, предлагали остановиться на мень­шем размере ячейки, так как в этом случае требуется меньше времени для занесения в нее оцифрованной речи и ячейка быстрее передается по сети. Их оппоненты, нацеленные на передачу данных, предлагали выбрать больший раз­мер ячейки, так как это повышает эффективность передачи.

Сеть с использованием ячеек фиксированного размера становится достаточ­но предсказуемой. Когда коммутатор получает первый байт ячейки, он твердо знает, что ячейка закончится на 53-м байте. Эта предсказуемость позволяет ком­мутатору ATM вносить гораздо меньшую общую задержку и управлять ею. Небольшой размер ячеек и их заголовков позволяет коммутаторам ATM выпол­нять коммутацию чрезвычайно быстро, используя только аппаратную логику. Вместо того чтобы считывать содержание кадра во внутреннюю память и проверять его поля для выполнения коммутации или маршрутизации, коммутатор ATM спо­собен быстро проанализировать короткую ячейку и после этого действовать гораздо быстрее, чем обычный коммутатор или машрутизатор в локальной сети.

Так как ячейки унифицированы (в отличие от кадров), коммутаторы после мультиплексирования могут направлять ячейки, поступающие от различных станций, в один физический канал.

Служебная информация, записанная в заголовке ячейки, уменьшает и так небольшой объем ячейки, доступный для полезной информации. Как следствие, необходимо гораздо больше ячеек для передачи одного и того же объема инфор­мации по сравнению с кадрами.

Дата добавления: 2015-07-13