Передача даних в глобальних мережах АТМ.
Гетерогенність – невід'ємна якість будь-якої крупної обчислювальної мережі, а на узгодження разнорiдности| компонентів системні інтегратори і адміністратори витрачають велику частину|частку| свого часу. Технология асинхронного режиму передачи (АТМ) розроблена як єдиний універсальний транспорт для нового покоління мереж з|із| інтеграцією послуг, які називаються широкосмуговими мережами ISDN|.
По планах розробників одноманітність, що забезпечується АТМ, полягатиме в тому, що одна транспортна технологія зможе забезпечити декілька можливостей|спроможності|:
- передачу у межах однієї транспортної системи комп'ютерного і мультимедійного трафіку, чутливого до затримок. Для кожного трафіку якість обслуговування відповідатиме його потребам;
- ієрархію швидкостей передачі даних від десятків мегабіт в секунду до декількох гигабiт| в секунду;
- загальні|спільні| транспортні протоколи для локальних і глобальних мереж;
- збереження|зберігання| наявної інфраструктури фізичних каналів або фізичних протоколів: Т1/е1, Т3/е3, SDM-n|, FDDI|.
- взаємодія з|із| успадкованими| протоколами локальних і глобальних мереж: IP,SNA|, Ethernet|, ISDN|.
Технологи АТМ поєднує|поєднує| в собі підходи двох технологій – комутації пакетів і комутації каналів. Від першої вона узяла на озброєння передачі даних у вигляді пакетів, що адресувалися, а від другої – використання пакетів невеликого фіксованого розміру, внаслідок чого затримки в мережі стають більш передбаченими з|із| допомогою технологи віртуальних каналів, попереднього замовлення параметрів якості обслуговування канал і пріоритетного обслуговування віртуальних каналів з|із| різною якістю обслуговування вдається добитися передачі в одній мережі різних типів трафіків без дискримінації.
Розробка стандартів АТМ здійснюється групою організації під назвою АТМ Forum|, а також організаціями ITU-T| і ANSI|. АТМ – це дуже складна технологія, що вимагає стандартизації в самих різних аспектах. Тому хоча основне ядро стандартів було прийняте в 1993 році, робота по стандартизації триває|триває|. Для широкого розповсюдження|поширення| технології АТМ потрібно ще 5-10 років.
Основні принципи технології АТМ
Мережа АТМ має класичну структуру крупної територіальної мережі – кінцеві|скінченні| станції з'єднуються індивідуальними каналами з|із| комутаторами нижнього рівня, які у свою чергу|своєю чергою| з'єднуються з|із| комутаторами вищих рівнів.
Комутатори АТМ використовуються 20 байтними| адресами кінцевих|скінченних| вузлів для маршрутизації трафіку на основі техніки віртуальних каналів. Для приватних мереж АТМ визначений протокол маршрутизації PNNI| за допомогою якого комутатори можуть будувати таблиці маршрутизації автоматично. У публічних|прилюдних| мережах АТМ таблиці маршрутизації можуть будуватися адміністраторами вручну|вручну|, як в мережах X.25, або можуть підтримуватися протоколом PNNI|.
Комутація пакетів відбувається|походить| на основі ідентифікатора віртуального каналу (VCI|), який призначається з'єднанню|сполученню| при його встановленні і знищується при розриві з'єднання|сполучення|. Адреса кінцевого|скінченного| вузла АТМ, на основі якого прокладається віртуальний канал має ієрархічну структуру, подібну до номера в телефонній мережі, і використовує префікси, відповідні кодам країн, міст, мережам постачальників послуг і тому подібне, що спрощує маршрутизацію запитів встановлення з'єднання|сполучення|.
Віртуальні з'єднання|сполучення| можуть бути PVC| і SVC|.
Для прискорення комутації у великих мережах використовується поняття віртуального шляху|колії|, який об'єднує віртуальні канали, що мають в мережі АТМ загальний|спільний| маршрут між початковим|вихідним| і кінцевим|скінченним| вузлами або загальну|спільну| частину|частку| маршруту між деякими двома комутаторами мережі. Ідентифікатор віртуального шляху|колії| (VPI|) є|з'являється| старшою частиною|часткою| локальної адреси і є загальним|спільним| префіксом для деякої кількості різних віртуальних каналів. Тобто ідея агрегації адрес в технології АТМ застосована на двох рівнях – на рівні адрес кінцевих|скінченних| вузлів (працює на стадії встановлення віртуального каналу) і на рівні номерів віртуальних каналів (працює при передачі даних по наявному віртуальному каналу).
З'єднання|сполучення| кінцевої|скінченної| станції АТМ з|із| комутатором нижнього рівня визначаються стандартом UNI|.
UNI| визначає структуру пакету, адресацію станцій, обмін інформацією, що управляє, рівні протоколу АТМ, способи управління віртуального каналу і способи управління трафіком. В даний час|нині| прийнята версія UNI| 4.0, але|та| найбільш поширеною є|з'являється| версія UNI| 3.1.
Початкова швидкість доступу користувача мережі – це швидкість ОС-3 155 Мбіт/с, на цій швидкості можна використовувати не тільки|не лише| оптоволоконний кабель, але і виту|кручену| пару категорії 5. Використовується ще одна швидкість – 622 Мбіт/с, при якому застосуємо тільки|лише| оптоволоконний кабель.
Мережа і інші інтерфейси Т1/е1 і Т3/е3 поширені в глобальних мережах. 4В/5В із швидкістю 100 Мбіт/с (FDDI|). Є інтерфейс для швидкостей 25 Мбіт/с, запропонований фірмою|фірма-виготовлювачем| IBM|.
Особливість технології АТМ у використанні одних і тих же каналів зв'язку і телекомунікаційного устаткування|обладнання| для передачі комп'ютерного і мультимедійного трафіку. При цьому кожен з них отримує|одержує| необхідний рівень обслуговування і не розглядається|розглядує| як другорядний.
Складність поєднання|сполучення| комп'ютерного і мультимедійного трафіків з|із| діаметрально протилежними характеристиками добре видно|показний| на мал. 6.29
Рис 6.29 а) – комп'ютерний трафік
б) – мультимедійний трафік
На можливість|спроможність| поєднання|сполучення| цих двох видів трафіку великий вплив робить розмір пакетів. Якщо розмір пакету може мінятися в широкому діапазоні (як в FDDI| від 29 до 4500 байт), то навіть при додаванні|наданні| голосовим пакетам вищого пріоритету обслуговування в комутаторах час очікування|чекання| комп'ютерного пакету може опинитися неприпустимо|недопустимий| вищим. Наприклад, пакет в 4500 байт передаватиметься у вихідний порт на швидкості 2 Мбіт/с (максимальна швидкість роботи порту комутатора frame| relay|) 18 мс. При поєднанні|сполученні| трафіку за цей час необхідно через цей же порт передати|передавати| 144 виміри голосу. Переривати передачу пакету в мережах небажано, оскільки при цьому потрібно передавати службову інформацію сусідньому комутатору про переривання, а потім – про відновлення|поновлення| передачі (а це зайві «накладні» витрати).
Підхід в АТМ полягає в тому, що передаються всі види трафіку пакетам для фіксованої і дуже маленької довжина в 53 байт. Пакети АТМ називають осередками|чарунками| – cell|. Поле даних осередку|чарунки| займає|позичає| 48 байт, а заголовок| – 5 байт. Заголовок малий оскільки в АТМ використана технологія віртуальних каналів і в заголовку вказаний номер віртуального каналу.
Чим менше пакет, тим легко імітувати послуги каналів з|із| постійною бітовою швидкістю, яка характерна|вдача| для телефонної мережі.
Затримка в 6 мс| – максимально допустима і перевищення її веде до порушення якості передачі. Така затримка (і не вище) виходить при швидкості 155 Мбіт/с і пакеті в 53 байт.
Вибір невеликого фіксованого осередку|чарунки| для передачі ще не вирішує задачу поєднання|сполучення| різнорідних трафіків. Для цього в АТМ розвинені ідеї замовлення пропускній спроможності і якості обслуговування.
У АТМ виділили 5 основних класів трафіку, для яких розробили різні механізми резервування і підтримки необхідної якості обслуговування.
Клас трафіку якісно характеризує необхідні послуги з передачі даних через мережу АТМ.
Класи трафіку відрізняються наступними|слідуючими| якісними характеристиками:
- наявністю або відсутністю пульсації трафіку, тобто трафіки CBR| або VBR|;
- вимогою до синхронізації даних між передавальною і приймаючою сторонами;
- типом протоколу, передавального свої дані через мережу АТМ, – зі|із| встановленням з'єднання|сполучення| або без встановленого|установленого| з'єднання|сполучення| (тільки|лише| для випадку передачі комп'ютерних даних).
Основні характеристика класів трафіку приведені в таблиці. 6.4.
Очевидно, що тільки|лише| якісних характеристик класів трафіку, що задаються, для опису необхідних послуг виявляється|опиняється| недостатньо. У технології АТМ для кожного класу трафіку визначаються набір кількісних параметрів, які застосування повинне задати.
Наприклад: Для трафіку класу А необхідно вказати постійну швидкість, з|із| якою застосування посилатиме дані в мережу а для трафіку класу B, – максимально можливу швидкість, середню швидкість, максимально можливу пульсацію.
Для голосового трафіку потрібно задати верхні межі|кордони| затримки і варіації затримки осередків|чарунок|.
Таблиця 6.4: Основні характеристики класів трафіку.
| Клас трафіку | Характеристика |
| А | Постійна бітова швидкість - Constant| Bit| Rate|, CBR|. Потрібні тимчасові співвідношення між передаваними даними, що приймаються. Iз|із| встановленням з'єднання|сполучення|. Приклади: голосовий трафік, трафік телевізійного зображення. |
| B | Змінна бітова швидкість – Variable| Bit| Rate| VBR| потрібні тимчасові співвідношення між передаваними даними, що приймаються. Iз встановленням з'єднання|сполучення|. Приклади: компрессированный голос, компрессированне телезображення. |
| C | Змінна бітова швидкість VBR|. Не потрібні тимчасові співвідношення між передаваними даними, що приймаються. Iз|із| встановленням з'єднання|сполучення|. Приклади: трафік комп'ютерних мереж, в яких кінцеві вузли працюють по протоколах зі встановленням з'єднань: frame relay, X.25, LLC2, TCP. |
| D | Змінна бітова швидкість VBR|. Не потрібний тимчасові співвідношення між передаваними даними, що приймаються. Без встановлення з'єднання|сполучення|. Приклади: трафік комп'ютерних мереж, в яких кінцеві вузли працюють по протоколах без встановлення з'єднання (IP, Ethernet, DNC, SNMP). |
| X | Тип трафіку і його параметри визначаються користувачем. |
У технології АТМ підтримується наступний|такий| набір кількостей. параметрів:
- PCR| – максимальна швидкість передачі даних.
- SCR| – середня швидкість передачі даних.
- MCR| - мінімальна швидкість передачі даних.
- MBS| – максимальний розмір пульсації.
- CLR| – частка|доля| втрачених|згубити| осередків|чарунок|.
- CTD| – затримка передачі осередків|чарунок|.
- CDV| – варіація затримки осередків|чарунок|.
Швидкість вимірюється кількістю осередків|чарунок| в сек., максимальний розмір пульсацій – в осередках|чарунках|, час – в секундах.
У технології АТМ прийнятий не зовсім традиційний підхід до трактування терміну «якість обслуговування» Q0S|. Звичайна|звична| якість обслуговування трафіку характеризується параметрами пропускної спроможності (тут це RCR|, SCR|, MCR|, MBS|) параметрами затримок пакетів (CTD| і CDV|), а також параметрами надійності передачі пакетів (CLR|).
У АТМ характеристики пропускної спроможності називають параметрами трафіку і не включають їх в число параметрів якості обслуговування Q0S|, хоча по суті вони такими є|з'являються,являються|. Параметрами Q0S| в АТМ є|з'являються,являються| тільки|лише| CTD|, CDV| і CLR|.
Мережа прагне забезпечити такий рівень послуг, щоб|аби| підтримати необхідні значення і параметрів трафіку, і затримок осередків|чарунок|, і частки|долі| втрачених|згубити| осередків|чарунок|.
Угода між застосуванням і мережею АТМ називається трафік – контрактом. Основною його відмінністю|відзнакою| від угод, вживаних в frame| relay|, є|з'являються| вибір один з декількох певних класів трафіку, для якого разом з|поряд з| параметрами пропускної спроможності трафіки можуть вказуватися|вказувати| параметри затримок осередків|чарунок|, а також параметр надійності доставок осередків|чарунок|. У мережі frame| relay| клас трафіку один, і він характеризується тільки|лише| параметрами пропускної спроможності.
Завдання|задавання| класу трафіку корисне для уточнення потрібного характеру|вдачі| обслуговування даного з'єднання|сполучення| мережею.
В деяких випадках специфіка застосування така, що її трафік не може бути віднесений до одного з чотирьох стандартних класів. Тому введений|запроваджувати| ще один клас Х.
Якщо для застосування не критична підтримка параметрів пропускної спроможності і Q0S|, то воно може відмовитися від завдання|задавання| цих параметрів. Для цього в запиті на з'єднання|сполучення,сполуку| указує|вказує| ознака «Best| Effect|». Такий трафік отримав|одержував| назву трафіку з|із| невизначеною|неозначеною| бітовою швидкістю – UBR|.
Після|потім| висновку|укладення| трафік – контракту, який відноситься до певного віртуального з'єднання|сполучення|, в мережі АТМ працює декілька протоколів і служб, що забезпечують потрібну якість обслуговування. Для трафіку UBR| мережа виділяє ресурси «по можливості» (тобто які вільні).
Технологія АТМ спочатку розроблена як для підтримки постійних, так і комутованих каналів.
Список протоколів АТМ.
Список протоколів АТМ – на малюнку 6.30, а розподілі протоколів по кінцевих|скінченних| вузлах і комутаторах – на малюнку 6.31.
Мал. 6.30 – Структура стека протоколів АТМ
Мал. 6.31 – Розподіл протоколів по вузлах і комутаторах мережі АТМ.
Стек протоколів АТМ відповідає нижнім рівням моделі DSI| і включає рівень адаптації АТМ, власне АТМ і фізичний рівень. Прямої відповідності між рівнями протоколів технології АТМ і рівнями моделі OSI| немає.
Рівень адаптації AAL|
Рівень адаптації AAL| – це набір протоколів AAL1-AAL5|, які перетворять повідомлення протоколів верхній рівнів мережі АТМ в осередки|чарунок| АТМ потрібного формату. Функцію цих рівнів досить умовно відповідають функціям транспортного рівня моделі OSI|, наприклад функціям протоколів TCP| або UDP|. Протоколи AAL| при передачі призначеного для користувача трафіку працюють тільки|лише| в кінцевих|скінченних| вузлах мережі (мал. 6.31), як і транспортні протоколи більшості технологій.
Кожен протокол рівня AAL| обробляє призначений для користувача трафік певного класу. На початкових етапах стандартизації кожному класу трафіку відповідав свій протокол AAL|, який приймав в кінцевому|скінченному| вузлі пакети від протоколу верхнього рівня і замовляв за допомогою відповідного протоколу потрібні параметри трафіку і якості обслуговування.
При розвитку стандартів АТМ така однозначна відповідність зникла. Сьогодні дозволяється використовувати для одного і того ж класу трафіку різні протоколи рівня AAL|.
Рівень адаптації складається з декількох підрівнів. Нижній підрівень AAL| називається підрівнем сегментації і реасемблювання (SAR|). Ця частина|частка| не залежить від типу|типа| протоколу AAL| і займається розбиттям (сегментацією) повідомлення, AAL|, що приймається, від протоколу верхнього рівня, на осередки|чарунок| АТМ, постачанням їх відповідно заголовком і передачею рівню АТМ для відправки в мережу.
Верхній підрівень AAL| називається підрівнем конвергенції (CS|). Цей підрівень залежить від класу передаваного трафіку. Протокол підрівня конвергенції вирішує|рішає| такі завдання|задачі|, як наприклад забезпечення тимчасової синхронізації між передавальним і приймаючим вузлами (для трафіку, що вимагає такої синхронізації), контролем і можливим відновленням бітових помилок, контролем цілісності передаваного пакету комп'ютерного протоколу (X.25, frame| relay|).
Протоколи AAL| для виконання своєї роботи використовують службову інформацію, що розміщується в заголовках рівня AAL|. Після|потім| прийому осередків|чарунок|, що прийшли по віртуальному каналу підрівень SAR| протоколу AAL|, збирає послане|надіслати| по мережі і початкове|вихідне| повідомлення (з|із| декількох осередків|чарунок|) за допомогою заголовків AAL|. Ці заголовки для комутаторів АТМ є|з'являються| прозорими, оскільки поміщаються в 48-байтному| полі даних осередку|чарунки|, як і вважається|гадає| протоколу більш високого рівня. Після|потім| збірки|зборки| початкового|вихідного| повідомлення протокол AAL| перевіряє службові поля заголовка і кінцевика кадру AAL| і на їх підставі|основі| ухвалює рішення коректності отриманої|одержувати| інформації.
Жоден з протоколів AAL| при передачі призначених для користувача даних кінцевих|скінченних| вузлів не займається відновленням втрачених|згубити| або спотворених даних. Максимум, що робить|чинить| AAL| – це повідомлення кінцевого|скінченного| вузла про таку подію. Так зроблено для прискорення роботи комутатора. Відновлення даних роблять|чинять| верхні протоколи.
AAL1| зазвичай|звично| обслуговує трафік класу А. Етот трафік в мережах АТМ передається так, щоб емулювати звичайні|звичні| виділені цифрові лінії.
Заголовок AAL1| займає|позичає| в полі даних осередку|чарунки| 1 або 2 байти, залишаючи для передачі даних 47 або 46 байт.
У заголовку один байт відводиться|відводить| для нумерації осередків|чарунок|, щоб|аби| приймальна|усиновлена| сторона могла судити про те, чи всі осередки|чарунки| дійшли до неї чи ні|або ні|. При відправці голосового трафіку тимчасові відмітки негиди| вимірами – 125 мкс. Якщо осередок|чарунка| втрачений|згубити|, то можна скоректувати тимчасову прив'язку байт наступного|такого| осередку|чарунки|, зрушивши її на 125х46 мкс. Втрата декілька байт вимірів голосу не страшна – згладжування.
AAL2| – був розроблений для передачі трафіку класу B, але зараз виключений| із|із| стека протоколів АТМ. Клас B передається за допомогою AAL1|, AAL3/4 або AAL5|.
Протокол AAL3/4 обробляє пульсуючий трафік (ЛВС). Цей трафік обробляється так, щоб не допустити|припуститися| втрат осередків|чарунок|, але|та| осередки|чарунки| можуть затримуватися. AAL3/4 виконує складну процедуру контролю помилок при передачі осередків|чарунок|. Для цього нумерується кожен складник початкового|вихідного| повідомлення і кожен осередок|чарунка| забезпечується контрольною сумою. Якщо осередок|чарунка| спотворений, то вона не відновлюється, а відкидається|відкидає| все повідомлення.
Протокол AAL3/4 – це що зляться разом AAL3| і AAL4| (AAL3| – зі|із| встановленням з'єднання|сполучення|, AAL4| – без встановлення з'єднання|сполучення|). Вони об'єднані|з'єднані| зважаючи на|внаслідок| велику близькість використовуваних форматів службових заголовків і логіки роботи.
AAL5| – спрощений варіант AAL4| і працює швидше, оскільки обчислює|обчисляє| контрольну суму не для кожного осередку|чарунки|, а для всього початкового|вихідного| повідомлення в цілому|загалом| і поміщає її в останній осередок|чарунку| повідомлення.
AAL5| може підтримувати різні параметри якості обслуговування, окрім|крім| тих, які пов'язані з синхронізацією передавальної і приймаючої сторін. AAL5| – використовується для трафіків класу C і D.
Протокол AAL5| працює і у вузлах і в комутаторах мережі АТМ. У комутаторах АТМ протокол AAL5| підтримує службові протоколи вищих рівнів, які встановлюють комутоване віртуальне з'єднання|сполучення|.
Існує інтерфейс між застосуванням, якому потрібно передати|передавати| трафік через мережу АТМ, і рівнем адаптації AAL|. За допомогою цього інтерфейсу застосування замовляє тип|типа| трафіку, необхідну послугу, параметр Q0S|.
Технологія АТМ допускає два варіанти визначення параметра Q0S|: перший – безпосереднє завдання|задавання| кожним застосуванням; другий – за умовчанням, залежно від типу|типа| трафіку.
Протокол АТМ
Протокол АТМ займається передачею осередків|чарунок| через комутатори при встановленому|установленому| і настроєному|налагодженому| віртуальному з'єднанні|сполученні|, тобто на підставі готових таблиць комутації портів. Протокол АТМ виконує коммутацию| номеру| віртуального з'єднання|сполучення|, який розбирає| на дві частини|частки| – ідентифікатор віртуального шляху|колії| і ідентифікатор віртуального каналу. Крім того: контроль за дотриманням трафік – контракту з боку, користувача мережі, маркіровка осередків|чарунок| порушників, відкидання осередків|чарунок|-порушників при перевантаженні мережі, управління потоком осередків|чарунок|.
Протокол АТМ працює з|із| осередками|чарунками| формату (Мал. 6.32) до четвертої, те поле управління потоком використовується тільки|лише| при взаємодії кінцевого|скінченного| вузла і першого комутатора мережі.
Поля ідентифікатор віртуального шляху|колії| і ідентифікатор віртуального каналу займають|позичають| відповідно|відповідно до| 1 і 2 байти. Ці поля задають номер віртуального з'єднання|сполучення|, розділений на старшу (VPI|) і молодшу (VCI|) частини|частки|.
Мал. 6.32 – Формат осередку|чарунки| АТМ
Поле Ідентифікації типу|типа| даних складається з трьох битий і задає тип|типа| даних, переносимих в осередку|чарунці| (призначених для користувача або таких, що управляють), крім того, один біт цього поля використовується для вказівки перевантаження в мережі – він називається EFCI|.
Поле Пріоритет втрати кадру відзначає осередки|чарунок|, які порушують угоди про параметри якості обслуговування, щоб|аби| видаляти|знищувати| їх при перевантаженні мережі. CLP| = 0 – такі осередки|чарунки| є|з'являються| високопріоритетними для мережі, а CLP| = 1 – низькопріоритетними.
Поле Управління помилками в заголовку HEC| містить|утримує| контрольну суму, обчислену|обчисляти| для заголовка осередку|чарунки|. Контрольна сума обчислюється|обчисляє| за допомогою код Хеммінга, що виправляє всі одиночні помилки, і деякі подвійні. Поле HEC| забезпечує не тільки|не лише| виявлення і виправлення помилок в заголовку, але і знаходження межі|кордону| початку кадру в потоці байтів кадрів SDH|, які є|з'являються| переважними як фізичним рівнем технології АТМ, або ж в потік біт фізичного рівня, заснованого на осередках|чарунках|.
Комутатор АТМ обчислює|обчисляє| контрольну суму для послідовності з|із| 5 байт, що знаходяться|перебувають| в полі даних і якщо обчислена|обчисляти| контрольна сума говорить про коректність заголовка осередку|чарунки| АТМ, перший байт стає межею|кордоном| осередку|чарунки|.
Якщо ж це не так, то відбувається|походить| зрушення|зсув| на один байт і операція продовжується|триває|. Таким чином, технологія АТМ виділяє синхронний|синхрон| потік ячее| АТМ в синхронних|синхрон| кадрах SDH| або потоці біт фізичного рівня, заснованого на осередках|чарунках|.
Розглянемо|розглядуватимемо| методи комутації осередків|чарунок| АТМ на основі пари чисел VPI/VCI.