16. Технология atm. Коммутация ячеек. Стек протоколов. Уровень адаптации. Категории услуг.

ATM (Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи) – сетевая технология, основанная на асинхронной передаче данных по виртуальным каналам в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта) с заданным качеством обслуживания.

Взамен устаревшей технологии ISDN Международные телекоммуникационным союзом (ITU) было предложено новое поколение сетей ISDN - B-ISDN (Broadband ISDN) - широкополосной ISDN.

B-ISDN - это цифровые виртуальные каналы, по которым движутся пакеты фиксированной длины (ячейки) со скоростью 155 Mбит/с. В основе B-ISDN предполагается использовать коммутирующую технологию ATM, а также SONET в качестве стержневой технологии магистральных соединяющих каналов. АТМ - технология с коммутацией пакетов. Переход на коммутацию пакетов – это технологический, принципиальный сдвиг.

B-ISDN построен на своего рода компромиссе между коммутацией каналов и коммутацией пакетов. Сервис в этих сетях ориентирован на соединения, но эти соединения - коммутируемые виртуальные каналы. Есть два вида коммутируемых каналов – постоянно виртуальные каналы и коммутируемые виртуальные каналы.

В сети с коммутацией каналов установить соединение означает создать физическое соединение между источником и получателем. В сетях с виртуальными каналами то, что соединение установлено означает, что маршрут между источником и получателем выбран.

Это означает, что в таблицах коммутаторов заранее известно по какому маршруту направлять тот или иной пакет.

По планам разработчиков, одна транспортная технология АТМ сможет обеспечить несколько перечисленных ниже возможностей:

– Передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного трафика, чувствительного к задержкам, причем для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям.

– Иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гигабит 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 унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей: IP, SNA, Ethernet, ISDN.

Высокие скорости технологии АТМ создают гораздо больше возможностей для служб верхнего уровня.

Стандарт АТМ не вводит свои спецификации на реализацию физического уровня.

Коммутация ячеек

ATM-коммутаторы используют принцип пакетной коммутации, ориентируемый на соединение.

Рисунок 47: Принципы мультиплексирования

[16.1]

Этот принцип заключается в том, что коммутация проводится с буферизацией. Входящий пакет записывает в буфер, анализируется заголовок и на основании этой информации сообщение передается далее. Имеется несколько способов такой передачи (быстрый способ без проверки ошибок, с проверкой ошибок). На рисунке 47 показан принцип работы ATM-мультиплексора для иллюстрации различия между мультиплексированием с разделением по времени и ATM-мультиплексированием.

На входы мультиплексора поступает различная информация.

При методе ВРК — поток при временном разделении - (Рисунок 47, а) информационный поток периодически последовательно опрашивается в порядке номеров портов. Если имеется информация, то она передается в канал в виде блока информации, занимающего определенную временную позицию. Если информация отсутствует, то этот блок уходит в канал "пусто" либо в канал, заполненный служебной информацией. Система с опросом ориентирована на постоянное соединение с каналом, поскольку передает непосредственно информацию от источника. В этом случае при небольшой плотности передаваемой информации большие ресурсы сети загружены непроизводительно.

Достоинством такой системы является минимальная задержка информации, которая определяется циклом опроса.

При пакетной коммутации мультиплексор размещает полученную информацию в одну или несколько очередей (промежуточный буфер) и обслуживает эту очередь в соответствии с заданной стратегией, которая определяет порядок считывания поступивших ячеек. При передаче формируется пакет (в ATM ограниченной длины - 53 байта), в котором передается все сообщение или часть его. Если далее очередь (буфер) пустая, то соединение разъединяется и свободно для другого соединения. Таким образом, этот метод обеспечивает меньшую нагрузку на сеть. Стратегия ведения очереди предоставляет возможность обеспечивать различное качество обслуживания для различных потоков. Система передачи называется асинхронной потому, что при передаче ячеек она не связана ни с какой синхронизацией кадров, сверхкадров и т. п., как это происходит в системах с ВРК.

Недостатком такой системы является задержка информации при большой нагрузке, связанная с пребыванием в очереди. Этот недостаток уменьшается принятыми стратегиями ведения очередей и структурой коммутаторов ATM. Применение методов, ориентированных на соединение, позволяет уменьшить объем служебной информации, связанной с адресацией, а фиксированная сравнительно короткая величина пакета уменьшает время пребывания в очереди.

Стек протоколов АТМ

Стек протоколов АТМ соответствует нижним уровням семиуровневой модели ISO/OSI и включает уровень адаптации ATM, сам уровень адаптации АТМ и физический уровень. Прямого соответствия между уровнями протоколов технологии АТМ и уровнями моделей OSI нет. Стек протоколов и распределение протоколов по конечным узлам и коммутаторам АТМ показаны на рисунках ниже.

[16.2]

Уровень адаптации ATM

Уровень адаптации АТМ (ATM Adaptation Layer, AAL) представляет собой набор протоколов AAL1 – AAL5, которые преобразуют сообщения протоколов верхних уровней сети ATM в ячейки АТМ нужного формата. Протоколы AAL при передаче пользовательского трафика работают только в конечных узлах сети. Каждый протокол уровня AAL обрабатывает пользовательский трафик определенного класса.

Уровень адаптации состоит из двух подуровней:

Подуровень сегментации и реассемблирования (Segmentation And Reassembly, SAR) является нижним подуровнем AAL. Эта часть не зависит от уровня протокола AAL и занимается разбиением сообщения, принимаемого AAL от протокола верхнего уровня, на ячейки АТМ, снабжением их соответствующим заголовком и передачей уровню ATM для отправки в сеть.

Подуровень конвергенции (Convergence Sublayer, CS) – верхний подуровень AAL, зависит от класса передаваемого трафика. Протокол подуровня конвергенции решает такие задачи, как обеспечение временной синхронизации между передающим и принимающим узлами, контролем и возможным восстановлением битовых ошибок в пользовательской информации, контролем целостности передаваемого пакета компьютерного протокола.

Протоколы AAL для выполнения своей работы используют служебную информацию, размещаемую в заголовках уровня AAL. После приема ячеек, пришедших по виртуальному каналу, подуровень SAR протокола AAL, собирает посланное по сети исходное сообщение (в общем случае разбитое на несколько ячеек АТМ) с помощью заголовка AAL. После сборки исходного сообщения протокол AAL проверяет служебные поля заголовка и концевика кадра AAL и на их основании принимает решение о корректности полученной информации.

Протокол AAL1 обычно обслуживает трафик класса А с постоянной битовой скоростью (CBR). В задачи протокола AAL1входит сглаживание неравномерности поступления ячеек данных в узел назначения.

Протокол AAL2 был разработан для передачи трафика класса B, но при развитии стандартов его исключили из стека протоколов АТМ, и сегодня трафик класса B передается с помощью протокола AAL1, AAL3/4 или AAL5.

Протокол AAL3/4 обрабатывает пульсирующий трафик – обычно соответствующий для трафика локальных сетей – с переменной битовой скоростью (VBR). Этот трафик обрабатывается так, чтобы не допустить потерь ячеек, но ячейки могут задерживаться коммутатором. Этот протокол выполняет процедуру контроля ошибок при передаче ячеек, номеруя каждую составляющую часть исходного сообщения и снабжая каждую ячейку контрольной суммой. Протокол AAL3/4 – результат объединения протоколов AAL3 и AAL4 ввиду большой близости используемых форматов служебных заголовков и логики их работы.

Протокол AAL5 является упрощенным вариантом протокола AAL4 и работает быстрее, т.к. вычисляет контрольную сумму не для каждой ячейки сообщения, а для всего исходящего сообщения и помещает её в последнюю ячейку сообщения.

Категории услуг

В общем случае ATM - соединение четко определенных классов, имеющих четко выраженные параметры. ATM-форумы определили 5 классов категорий обслуживания. Первые две категории (Constant Bit Rate - постоянная скорость передачи, Variable Bit Rate - переменная скорость передачи) используются для установления соединений в реальном масштабе времени и чувствительны к существенным задержкам.

[16.3]

Constant Bit Rate (CBR) - постоянная скорость передачи. Эта категория обслуживания применяется в случае жестких требований к временным параметрам передачи. Это речь, обычные типы видео с постоянной скоростью передачи информации, передача речи с постоянной скоростью или транспортирование по сети ATM цифровых каналов E1 или T1.

Такую услугу называют эмуляцией каналов (circuit emulation). Все эти службы требуют постоянной скорости передачи в течение времени всего соединения. При этом для трафика задается пиковая скорость ячеек (PCR). Качество обслуживание задается с помощью указания задержки (CTD), коэффициента потери ячеек (CLR).

Real Time Variable Bit Rate (VBRrt) - переменная скорость передачи в реальном масштабе времени. Эта категория обслуживания применяется в случае трафика с переменной битовой скоростью и со строгими требованиями к временным параметрам передачи, таким, как подвижное телевидение. Рассматриваемый вид трафика требует задания пиковой скорости ячеек (PCR), поддерживаемой скорости (SCR). Качество обслуживания задается с помощью указания задержки (CTD), коэффициента потери ячеек (CLR).

Nonreal Time Variable Bit Rate (VBRnt) - переменная скорость, предназначенная для обслуживания трафика с переменной битовой скоростью, такого как высокоточное телевидение, со строгими требованиями к временным параметрам передачи. Этот вид трафика требует задания пиковой скорости ячеек (PCR), поддерживаемой скорости (SCR). Качество обслуживание задается с помощью указания задержки (CTD), коэффициента потери ячеек (CLR).

Available Bit Rate (ABR) - доступная скорость передачи; применяется для обслуживания трафика от источников, которые адаптируют свою скорость передачи в ответ на требования сети, передаваемые по цепям обратной связи. Этот тип обслуживания позволяет источнику регулировать свою производительность в соответствии с возможностями сети. При возникновении перегрузки на сети предусматривается механизм, позволяющий плавно снижать скорости передачи в канале в зависимости от доступных сетевых ресурсов, что гарантирует завершение всех оставшихся приоритетных соединений.

Этот вид трафика требует задания пиковой скорости ячеек (PCR), минимальной скорости ячеек (MCR). Эта скорость может быть равна 0. Источники регулируют скорость, с которой они работают с сетью, с помощью алгоритма управления перегрузкой, который диктует им способ работы в зависимости от ресурсов сети. Соединения, которые адаптируют их трафик, используют каналы обратной связи и могут исключать ячейки с низким приоритетом. Качество обслуживания задается с помощью указания задержки (CTD), коэффициента потери ячеек (CLR).

Unspecified Bit Rate - неопределенная скорость передачи. Этот вид обслуживания не гарантирует никакого качества обслуживания. Пиковая скорость ячеек и параметры доставки не устанавливаются. Сетевые ресурсы для передачи такого трафика выделяются "по возможности", т. е. только те, которые свободны в данный момент.