Физический уровень

Как в модели АТМ, так и в модели OSI стандарты для физического уровня устанавливают, каким образом биты должны проходить через среду передачи. Точнее говоря, стандарты АТМ для физического уровня определяют, как получать биты из среды передачи, преобразовывать их в ячейки и посылать эти ячейки уровню АТМ.

Стандарты АТМ для физического уровня также описывают, какие кабельные системы должны использоваться в сетях АТМ и с какими скоростями может работать АТМ при каждом типе кабеля.

Изначально АТМ Forum установил скорость DS3 (45 Мбит/с) и более высокие. Однако реализация АТМ со скоростью 45 Мбит/с применяется главным образом провайдерамиуслуг WAN. Другие же компании чаще всего используют АТМ со скоростью 25 или 155 Мбит/с.

Хотя АТМ Forum первоначально не принял реализацию АТМ со скоростью 25 Мбит/с, отдельные производители стали ее сторонниками, поскольку такое оборудование дешевле в производстве и установке, чем работающее на других скоростях. Только 25-мегабитная АТМ может работать на неэкранированной витой паре (UТР) категории 3, а также на UТР более высокой категории и оптоволоконном кабеле. Вследствие того что оборудование для 25-мегабитной АТМ относительно недорого, оно предназначено для подключения к сети АТМ настольных компьютеров.

155-мегабитная АТМ работает на кабелях UТР категории 5, экранированной витой паре (SТР) типа 1, оптоволоконном кабеле и беспроводных инфракрасных лазерных каналах. 622-мегабитная АТМ работает только на оптоволоконном кабеле и может использоваться в локальных сетях (хотя оборудование, работающее с такой скоростью, реализовано еще недостаточно широко). А для беспроводной связи создается прототип радиосети АТМ, работающей со скоростью 100 Мбит/с.

Уровень АТМ и виртуальные каналы.

В модели OSI стандарты для канального уровня описывают, каким образом устройства могут совместно использовать среду передачи и гарантировать надежное физическое соединение. Стандарты для уровня АТМ регламентируют передачу сигналов, управление трафиком и установление соединений в сети АТМ. Функции передачи сигналов и управления трафиком уровня АТМ подобны функциям канального уровня модели 081, а функции установления соединения ближе всего к функциям маршрутизации, которые определены стандартами модели OSI для сетевого уровня.

Стандарты для уровня АТМ описывают, как получать ячейку, сгенерированную на физическом уровне, добавлять 5-байтный заголовок и посылать ячейку уровню адаптации АТМ. Эти стандарты также определяют, каким образом нужно устанавливать соединение с таким качеством сервиса (QoS), которое запрашивает АТМ-устройство или конечная станция.

Стандарты установления соединения для уровня АТМ определяют виртуальные каналы и виртуальные пути. Виртуальный канал АТМ – это соединение между двумя конечными станциями АТМ, которое устанавливается на время их взаимодействия. Виртуальный канал является двунаправленным; это означает, что после установления соединения каждая конечная станция может как посылать пакеты другой станции, так и получать их от нее.

После того как соединение установлено, коммутаторы между конечными станциями получают адресные таблицы, содержащие сведения о том, куда необходимо направлять ячейки. В них используется следующая информация:

- адрес порта, из которого приходят ячейки;

- специальные значения в заголовках ячейки, которые называются идентификаторами виртуального канала (virtual circuit identifiers – VCI) и идентификаторами виртуального пути (virtual path identifiers –VPI).

Адреса конечных узлов локальных сетях АТМ составляют 20 байт.

Для того, чтобы пакеты содержали адрес узла назначения, и в то же время процент служебной информации не был большим по сравнению с размером поля данных пакета, в технологии АТМ применен стандартный для глобальных вычислительных сетей прием – передача ячеек по виртуальным каналам. Техника коммутации данных в соответствии с номерами их виртуальных каналов давно использовалась в сетях Х.25, а затем нашла применение и в новых технологиях территориальных сетей – Frame Relay и АТМ.

Конечные узлы не могут просто начать обмениваться данными, как это принято в большинстве протоколов канального уровня локальных сетей. Они должны перед обменом установить между собой логическое соединение. При установлении соединения между конечными узлами используется специальный тип пакета – запрос на установление соединения – который содержит многоразрядный адрес узла-адресата, а также номер виртуального соединения, присвоенного данному соединению в узле-отправителе, например, 15. Ячейки АТМ имеют 3-х байтное поле номера виртуального соединения, что позволяет коммутаторам и конечным узлам поддерживать одновременно очень большое количество виртуальных соединений.

Адрес назначения используется для маршрутизации запроса на установление соединения на основании таблиц маршрутизации, аналогичных тем, которые используются маршрутизаторами IР или IРХ. В этих таблицах для каждого адреса назначения (или для группы адресов, имеющих общую старшую часть, соответствующую адресу сети) указывается номер порта, на который нужно передать приходящий пакет. Таблица маршрутизации по назначению аналогична адресной таблице коммутатора, но образуется она не путем изучения адресов проходящего трафика, а либо вручную администратором, либо с помощью обмена между коммутаторами АТМ специальных служебных данных о топологии связей сети. Протокол обмена топологической информацией для сетей АТМ имеет название РNNI –Private Network to Network Interface. Он разработан и принят в качестве стандарта. В приведенном примере в соответствии с таблицей маршрутизации оказалось необходимым передать пакет запроса на установление соединения с порта 1 на порт 0. Одновременно с передачей пакета маршрутизатор изменяет у пакета номер виртуального соединения – он присваивает пакету первый не использованный номер виртуального канала для данного порта данного коммутатора, например 1. Каждый конечный узел и каждый коммутатор ведет свой список использованных и свободных номеров виртуальных соединений для своих портов.

Кроме таблицы маршрутизации для каждого порта составляется таблица коммутации. В таблице коммутации входного порта маршрутизатор отмечает, что в дальнейшем пакеты, прибывшие на этот порт с номером 15, должны передаваться на порт 0. причем номер виртуального канала должен быть измененна10. Одновременно делается и соответствующая запись в таблице коммутации порта 0 – пакеты, пришедшие по виртуальному каналу 10 в обратном направлении нужно передавать на порт с номером 1, меняя номер виртуального канала на 15.

В результате действия такой схемы пакеты данных уже не несут длинные адреса конечных узлов, а имеют в служебном поле только номер виртуального канала, на основании которого и производится маршрутизация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения. В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в течение всего времени существования соединения. Пакеты в виртуальном канале циркулируют в двух направлениях, то есть в полнодуплексном режиме, причем, конечные узлы не замечают изменений номеров виртуальных каналов при прохождении пакетов через сеть.

После образования таблицы коммутации, ячейки АТМ обрабатываются коммутаторами АТМ примерно так же, как и коммутаторами технологий локальных сетей. Исключение составляет только режим фильтрации – он отсутствует, так как в АТМ нет разделяемых сред и переданную коммутатору ячейку всегда нужно передать на какой-либо порт.

Имеются три типа виртуальных каналов:

- постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuits- РVС);

- коммутируемые виртуальные каналы (switched virtual circuits – SVС);

- интеллектуальные постоянные виртуальные каналы (smart permanent virtual circuits –SPVC).

РVС – это постоянное соединение между двумя конечными станциями, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. Пользователь сообщает провайдеру АТМ-услуг или сетевому администратору, какие конечные станции должны быть соединены, и он устанавливает РVС между этими конечными станциями.

РVС включает в себя конечные станции, среду передачи и все коммутаторы, расположенные между конечными станциями. После установки РVС для него резервируется определенная часть полосы пропускания, и двум конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединение.

SVС устанавливается по мере необходимости – всякий раз, когда конечная станция пытается передать данные другой конечной станции. Когда отправляющая станция запрашивает соединение, сеть АТМ распространяет адресные таблицы и сообщает этой станции, какие VCI и VPI должны быть включены в заголовки ячеек. Через произвольный промежуток времени SVС сбрасывается.

SVС устанавливается динамически, а не вручную. Для него стандарты передачи сигналов уровня АТМ определяют, как конечная станция должна устанавливать, поддерживать и сбрасывать соединение. Эти стандарты также регламентируют использование конечной станциейпри установлении соединения параметров QoS из уровня адаптации АТМ.

Кроме того, стандарты передачи сигналов описывают способ управления трафиком и предотвращения «заторов»: соединение устанавливается только в том случае, если сеть в состоянии поддерживать это соединение. Процесс определения, может ли быть установлено соединение, называется управлением признанием соединения (connection admission control- САС).

SPVС – это гибрид РVС и SVС. Подобно РVС, SPVС устанавливается вручную на этапе конфигурирования сети. Однако провайдер АТМ-услуг или сетевой администратор задает только конечные станции. Для каждой передачи сеть определяет, через какие коммутаторы будут передаваться ячейки.

Большая часть раннего оборудования АТМ поддерживала только РVС. Поддержка SVС и SPVС начинает реализовываться только сейчас.

РVС имеют два преимущества над SVС. Сеть, в которой используются SVС, должна тратить время на установление соединений, а РVС устанавливаются предварительно, поэтому могут обеспечить более высокую производительность. Кроме того, РVС обеспечивают лучший контроль над сетью, так как провайдер АТМ-услуг или сетевой администратор может выбирать путь, по которому будут передаваться ячейки.

Однако и SVС имеют ряд преимуществ перед РVС. Поскольку SVС устанавливается и сбрасывается легче, чем РVС, то сети, использующие SVС, могут имитировать сети без установления соединений. Эта возможность оказывается полезной в том случае, если вы используете приложение, которое не может работать в сети с установлением соединений. Кроме того, 8УС используют полосу пропускания, только когда это необходимо, а РVС должны постоянно ее резервировать на тот случай, если она понадобится. SVС также требуют меньшей административной работы, поскольку устанавливаются автоматически, а не вручную. И наконец, SVС обеспечивают отказоустойчивость: когда выходит из строя коммутатор, находящийся на пути соединения, другие коммутаторы выбирают альтернативный путь. В некотором смысле SPVС обладает лучшими свойствами этих двух видов виртуальных каналов. Как и в случае с РVС, SPVС позволяет заранее задать конечные станции, поэтому им не приходится тратить время на установление соединения каждый раз, когда одна из них должна передать ячейки. Подобно SVС, SPVС обеспечивает отказоустойчивость. Однако и БРУС имеет свои недостатки: как и РVС, SPVС устанавливается вручную, и для него необходимо резервировать часть полосы пропускания – даже если он не используется.

Стандарты установления соединения для уровня АТМ также определяют виртуальные пути (virtual path). В то время как виртуальный канал – это соединение, установленное между двумя конечными станциями на время их взаимодействия, виртуальный путь – это путь между двумя коммутаторами, который существует постоянно, независимо от того, установлено ли соединение. Другими словами, виртуальный путь – это «запомненный» путь, по которому проходит весь трафик от одного коммутатора к другому.

Виртуальные каналы.

 

Физический канал передачи (оптоволокно, UТР, SТР, коаксиал)

^\——Виртуальные пути

Когда пользователь запрашивает виртуальный канал, коммутаторы определяют, какой виртуальный путь использовать для достижения конечных станций. По одному и тому же виртуальному пути в одно и то же время может передаваться трафик более чем для одного виртуального канала. Например, виртуальный путь с полосой пропускания 120 Мбит/с может быть разделен на четыре одновременных соединения по 30 Мбит/с каждый.

Дата добавления: 2014-01-06