Адаптация локальных сетей с помощью ATM (Asynchronous Transfer Mode)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ Курсовая работа Тема Адаптация локальных сетей с помощью ATM Asynchronous Transfer Mode Выполнил студент гр. ЭКТ-32 Проверил Кривошапко В.М. МОСКВА 2003 г. Содержание Содержание I.История и базовые принципы. II.Основные концепции ATM. 8 ATM-сети с трансляцией ячеек 8 ATM-сети с установлением соединения 9 ATM-коммутируемые сети III.Архитектура ATM IV. ВЗАМОДЕЙСТВИЕ СЕТЕЙ ATM С ТРАДИЦИОННЫМИ СЕТЯМИ 20 V.Передача голоса по сетям ATM 29 Использованные материалы 36 ИСТОРИЯ И БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ Сегодня для всех организаций вопросы стандартизации играют немалую роль. Не остаются в стороне от этого процесса и вопросы стандартизации сетевых решений.

Корпоративные сетевые стандарты позволяют обеспечить эффективное взаимодействие всех станций сети за счет использования одинаковых версий программ и однотипной конфигурации. Однако, значительные сложности возникают при унификации технологии доступа рабочих станций к WAN-сервису, поскольку в этом случае происходит преобразование данных из формата token ring или Ethernet в форматы типа X.25 или T1 E1. ATM обеспечивает связь между станциями одной сети или передачу данных через WAN-сети без изменения формата ячеек - технология ATM является универсальным решением для ЛВС и телекоммуникаций. Нет сомнений в том, что скоростные технологии ЛВС являются основой современных сетей.

ATM, FDDI и Fast Ethernet являются основными вариантами для организация сетей с учетом перспективы.

Очевидно, что приложениям multimedia, системам обработки изображений, CAD CAM, Internet и др. требуется широкополосный доступ в сеть с рабочих станций. Все современные технологии обеспечивают высокую скорость доступа для рабочих станций, но только ATM обеспечивает эффективную связь между локальными и WAN-сетями.

Технология ATM сначала рассматривалась исключительно как способ снижения телекоммуникационных расходов, возможность использования в ЛВС просто не принималась во внимание. Большинство широкополосных приложений отличается взрывным характером трафика. Высокопроизводительные приложения типа ЛВС клиент-сервер требуют высокой скорости передачи в активном состоянии и практически не используют сеть в остальное время.

При этом система находится в активном состоянии обмен данными достаточно малое время. Даже в тех случаях, когда пользователям реально не нужна обеспечиваемая сетью полоса, традиционные технологии ЛВС все равно ее выделяют. Следовательно, пользователям приходится платить за излишнюю полосу. Перевод распределенных сетей на технологию ATM позволяет избавиться от таких ненужных расходов. Комитеты по стандартизации рассматривали решения для обеспечения недорогих широкополосных систем связи в начале 80-х годов.

Важно то, что целью этого рассмотрения было применение принципов коммутации пакетов или статистического мультиплексирования, которые так эффективно обеспечивают передачу данных, к системам передачи других типов трафика. Вместо выделения специальных сетевых ресурсов для каждого соединения сети с коммутацией пакетов выделяют ресурсы по запросам сеансовые соединения. Поскольку для каждого соединения ресурсы выделяются только на время их реального использования, не возникает больших проблем из-за спада трафика.

Проблема, однако, состоит в том, что статистическое мультиплексирование не обеспечивает гарантированного выделения полосы для приложений. Если множество пользователей одновременно захотят использовать сетевые ресурсы, кому-то может просто не хватить полосы. Таким образом, статистическое мультиплексирование, весьма эффективное для передачи данных где не требуется обеспечивать гарантированную незначительную задержку, оказывается малопригодным для систем реального времени передача голоса или видео. Технология ATM позволяет решить эту проблему.

Проблема задержек при статистическом мультиплексировании связана в частности с большим и непостоянным размером передаваемых по сети пакетов информации. Возможна задержка небольших пакетов важной информации из-за передачи больших пакетов малозначимых данных. Если небольшой задержанный пакет оказывается частью слова из телефонного разговора или multimedia-презентации, эффект задержки может оказаться весьма существенным и заметным для пользователя.

По этой причине многие специалисты считают, что статистическое мультиплексирование кадров данных дает слишком сильную дрожь из-за вариации задержки delay jitter и не позволяет предсказать время доставки. С этой точки зрения технология коммутации пакетов является совершенно неприемлемой для передачи трафика типа голоса или видео. ATM решает эту проблему за счет деления информации любого типа на небольшие ячейки фиксированной длины. Ячейка ATM имеет размер 53 байта, пять из которых составляют заголовок, оставшиеся 48 - собственно информацию.

В сетях ATM данные должны вводиться в форме ячеек или преобразовываться в ячейки с помощью функций адаптации. Сети ATM состоят из коммутаторов, соединенных транковыми каналами ATM. Краевые коммутаторы, к которым подключаются пользовательские устройства, обеспечивают функции адаптации, если ATM не используется вплоть до пользовательских станций. Другие коммутаторы, расположенные в центре сети, обеспечивают перенос ячеек, разделение транков и распределение потоков данных.

В точке приема функции адаптации восстанавливают из ячеек исходный поток данных и передают его устройству-получателю, как показано на рисунке 1. Рисунок 4.1 Адаптация ATM Передача данных в коротких ячейках позволяет ATM эффективно управлять потоками различной информации и обеспечивает возможность приоритизации трафика. Пусть два устройства передают в сеть ATM данные, срочность доставки которых различается например, голос и трафик ЛВС . Сначала каждый из отправителей делит передаваемые данные на ячейки.

Даже после того, как данные от одного из отправителей будут приниматься в сеть, они могут чередоваться с более срочной информацией. Чередование может осуществляться на уровне целых ячеек и малые размеры последних обеспечивают в любом случае непродолжительную задержку. такое решение позволяет передавать срочный трафик практически без задержек, приостанавливая на это время передачу некритичной к задержкам информации.

В результате ATM может обеспечивать эффективную передачу всех типов трафика. Даже при чередовании и приоритизации ячеек в сетях ATM могут наступать ситуации насыщения пропускной способности. Для сохранения минимальной задержки даже в таких случаях ATM может отбрасывать отдельные ячейки при насыщении. Реализация стратегии отбрасывания ячеек зависит от производителя оборудования ATM, но в общем случае обычно отбрасываются ячейки с низким приоритетом например, данные для которых достаточно просто повторить передачу без потери информации. Коммутаторы ATM с расширенными функциями могут при отбрасывании ячеек, являющихся частью большого пакета, обеспечить отбрасывание и оставшихся ячеек из этого пакета - такой подход позволяет дополнительно снизить уровень насыщения и избавиться от излишнего объема повторной передачи.

Правила отбрасывания ячеек, задержки данных и т.п. определяются набором параметров, называемым качеством обслуживания Quality of Service или QoS. Разным приложениям требуется различный уровень QoS и ATM может обеспечить этот уровень.

Поскольку приходящие из разных источников ячейки могут содержать голос, данные и видео, требуется обеспечить независимый контроль для передачи всех типов трафика. Для решения этой задачи используется концепция виртуальных устройств. Виртуальным устройством называется связанный набор сетевых ресурсов, который выглядит как реальное соединение между пользователями, но на самом деле является частью разделяемого множеством пользователей оборудования.

Для того, чтобы сделать связь пользователей с сетями ATM как можно более эффективной, виртуальные устройства включают пользовательское оборудование, средства доступа в сеть и собственно сеть ATM. В заголовке ATM виртуальный канал обозначается комбинацией двух полей - VPI идентификатор виртуального пути и VCI идентификатор виртуального канала. Виртуальный путь применяется в тех случаях, когда 2 пользователя ATM имеют свои собственные коммутаторы на каждом конце пути и могут, следовательно, организовывать и поддерживать свои виртуальные соединения.

Виртуальный путь напоминает канал, содержащий множество кабелей, по каждому из которых может быть организовано виртуальное соединение. Поскольку виртуальные устройства подобны реальным, они также могут быть выделенными или коммутируемыми. В сетях ATM выделенные соединения называются постоянными виртуальными устройствами PVC , создаваемыми по соглашению между пользователем и оператором подобно выделенной телефонной линии. Коммутируемые соединения ATM используют коммутируемые виртуальные устройства SVC , которые устанавливаются путем передачи специальных сигналов между пользователем и сетью.

Протокол, используемый ATM для управления виртуальными устройствами подобен протоколу ISDN. Вариант для ISDN описан в стандарте Q.931, ATM - в Q.2931. Виртуальные устройства ATM поддерживаются за счет мультиплексирования трафика, что существенно снижает расходы на организацию и поддержку магистральных сетей. если в одном из виртуальных устройств уровень трафика невысок, другое устройство может использовать часть свободных возможностей.

За счет этого обеспечивается высокий уровень эффективности использования пропускной способности ATM и снижаются цены. Небольшие ячейки фиксированной длины позволяют сетям ATM обеспечить быструю передачу критичного к задержкам трафика например, голосового. Кроме того, фиксированный размер ячеек обеспечивает практически постоянную задержку, позволяя эмулировать устройства с фиксированной скоростью передачи типа T1E1. Фактически, ATM может эмулировать все существующие сегодня типы сервиса и обеспечивать новые услуги.

ATM обеспечивает несколько классов обслуживания, каждый из которых имеет свою спецификацию QoS. Класс QoS Класс обслуживания Описание 1 A производительность частных цифровых линий эмуляция устройств или CBR 2 B пакетные аудио видео-конференции и multimedia rt-VBR 3 C ориентированные на соединения протоколы типа frame relay nrt-VBR 4 D протоколы без организации соединений типа IP, эмуляция ЛВС ABR 5 Unspecified наилучшие возможности в соответствии с определением оператора UBR Большая часть трафика, передаваемого через сети ATM использует класс обслуживания C, X или Y. Класс C определяет параметры QoS качество обслуживания для задержки и вероятности отбрасывания, но требует от пользователя аккуратного управления трафиком во избежание перенасыщения сети. трафик класса X дает пользователю большую свободу, но может не обеспечить стабильной производительности. Класс Y, называемый также Available Bit Rate ABR или доступная скорость позволяет пользователю и сети установить совместно скорость на основе оценки потребностей пользователя и возможностей сети.

Основные концепции ATM

Сеть, по которой передается восприимчивый к задержкам трафик например,... Чтобы уменьшить время ожидания в коммутаторе, размер ячейки должен быт... Сети с установлением соединения Для передачи пакетов по сетям ATM от и... Коммутируемые сети В сети ATM все устройства, такие как рабочие станци... В противоположность этому, рабочие станции, соединенные с коммутатором...

Архитектура ATM

Физический уровень Как в модели ATM, так и в модели OSI стандарты для ... Однако провайдер ATM-услуг или сетевой администратор задает только кон... И наконец, SVC обеспечивают отказоустойчивость когда выходит из строя ... В то время как виртуальный канал - это соединение, установленное между... По одному и тому же виртуальному пути в одно и то же время может перед...

приложения, рассчитанные на его использование.

Производители оборудования ATM и организации, занимающиеся стандартизацией этой технологии, изобретают различные способы, которые должны позволить приложениям использовать QoS. Например, несколько производителей ATM работают над тем, чтобы расширить протокол резервирования ресурсов Resource Preservation Protocol - RSVP , разработанный группой Internet Engineering Task Force IETF , таким образом, чтобы приложения могли запрашивать QoS. Кроме того, чтобы дать возможность приложениям, созданным без учета специфики ATM, пользоваться преимуществами QoS, компания FORE Systems и ряд других производителей разрабатывают программное обеспечение Legacy Application Quality of Service, которое будет встраиваться в устройства доступа к локальным сетям и сетевые интерфейсные платы ATM. Это ПО даст возможность устройствам и платам устанавливать соединения с различными уровнями QoS в зависимости от типа приложения, адресов источника и адресата и других параметров. ВЗАМОДЕЙСТВИЕ СЕТЕЙ ATM С ТРАДИЦИОННЫМИ СЕТЯМИ Classical IP Over ATM Этот стандарт был разработан инженерной группой IETF Internet Engineering Task Force он дает возможность маршрутизировать IP-пакеты через сеть ATM - либо магистральную, либо рабочей группы.

Classical IP Over ATM позволяет преобразовывать IP-адреса сетевого уровня в адреса ATM и передавать IP-пакеты по сети ATM. Принципы работы На рис. 1 показаны компоненты Classical IP Over ATM и их взаимодействие.

С сетью ATM соединены две конечные станции ими могут служить рабочие станции, серверы, мосты, коммутаторы или маршрутизаторы TCP IP-устройства являются либо хостами, либо маршрутизаторами. Даже при размещении в физически независимых ЛВС рабочие станции являются частью одной логической или виртуальной подсети, поскольку обе они соединены с сетью ATM. Каждая конечная станция знает свои IP- и ATM-адреса и посылает эту информацию серверу ATMARP ATM Address Resolution Protocol, который хранит адресную таблицу и использует ее для преобразования IP-адресов в ATM-адреса и обратно в пределах единой виртуальной подсети.

Рисунок 1. Схема работы Classical IP Over ATM 1 - конечная станция A запрашивает у сервера ATMARP ATM-адрес конечной станции B 2 - конечная станция A устанавливает виртуальный канал с конечной станций B. Конечная станция может использовать для установления соединения либо постоянный виртуальный канал PVC , либо коммутируемый виртуальный канал SVC . Если передающая конечная станция применяет PVC, провайдер услуг ATM или сетевой администратор вручную задает соответствие IP-адресов конечных станций ATM-адресам, используемым для установления виртуальных каналов.

Если же она использует SVC, то запрашивает для его установления ATM-адрес конечной станции получателя у сервера ATMARP. Установив PVC или SVC, передающая конечная станция преобразовывает свои пакеты в ячейки AAL 5 ATM Adaptation Layer 5 и посылает их по виртуальному каналу конечной станции адресата, которая преобразует ячейки AAL 5 в IP-пакеты.

Достоинства и недостатки Classical IP Over ATM имеет ряд недостатков.

Поскольку серверу ATMARP доступна только одна IP-подсеть, IP-хосты могут напрямую взаимодействовать только с IP-хостами, расположенными в той же подсети. Чтобы посылать пакеты IP-хосту, находящемуся в другой виртуальной подсети, передающий IP-хост должен направлять их через маршрутизатор. Передающий IP-хост использует для соединения с маршрутизатором один виртуальный канал, а маршрутизатор применяет для соединения с IP-хостом, являющимся адресатом, другой виртуальный канал.

В этой цепи маршрутизаторы создают узкое место, поскольку, как правило, работают медленнее коммутаторов. Кроме того, Classical IP Over ATM может маршрутизировать только IP-пакеты при необходимости маршрутизировать пакеты других протоколов, например IPX, этот стандарт использовать нельзя. Он не решает проблем задержек и перегрузки сети, поскольку не может использовать преимущества качества сервиса QoS сетей ATM. И наконец, Classical IP Over ATM не поддерживает многоадресную рассылку рассылку информации определенной группе хостов. Тем не менее стандарт имеет и некоторые достоинства. Во-первых, он позволяет передавать IP-пакеты по сети ATM. Во-вторых, поскольку конечные станции являются частью одной виртуальной подсети, даже если находятся в физически независимых локальных сетях, Classical IP Over ATM обеспечивает большую свободу при конфигурировании сети. Сетевые администраторы могут предоставлять пользователям, находящимся в сотнях километров от сети, возможность обращаться к ее ресурсам через высокоскоростную магистраль ATM. LANE Разработанный ATM Forum стандарт LANE определяет способ соединения локальных сетей по высокоскоростной ATM-магистрали.

LANE также дает возможность подключать непосредственно к сети ATM рабочие станции, использующие традиционные протоколы, для создания высокоскоростных сетей рабочих групп.

С помощью LANE конечная станция из одной ЛВС может связываться через сеть ATM с конечной станцией из другой ЛВС или с конечной станцией, подключенной непосредственно к сети ATM. Таким образом, имеется возможность использования в одной и той же сети как подключенных, так и не подключенных к ATM устройств.

Принципы работы Конечные станции, находящиеся в разных сегментах ЛВС, могут взаимодействовать друг с другом, поскольку являются частью одной эмулированной ЛВС. Подобно виртуальной подсети, образуемой с помощью Classical IP Over ATM, эмулированная ЛВС представляет собой логический сегмент ЛВС, который состоит из соединенных через ATM-магистраль конечных станций.

Конечные станции, относящиеся к одному физическому сегменту, могут быть частями разных эмулированных ЛВС, а одна конечная станция - элементом нескольких эмулированных ЛВС. LANE эмулирует подуровень управления доступом к среде передачи Media Access Control - MAC модели OSI, давая возможность любому протоколу сетевого уровня, который работает с моделью OSI в том числе IPX, IP, NetBIOS и DECnet, передавать пакеты по сети ATM без их модификации.

Благодаря этому пользователи могут выполнять свои приложения в сети ATM точно так же, как они это делают в локальной сети Ethernet или Token Ring, т.е. сеть ATM прозрачна для пользователей локальной сети. Стандарт LANE состоит из двух частей LANE User-to-Network Interface LUNI и LANE Network-to-Network Interface LNNI . LUNI. Определен в стандарте LANE 1.0, а затем расширен в LANE 2.0. LUNI определяет способ взаимодействия по сети ATM конечных станций, находящихся в эмулированной ЛВС. Эмулированная ЛВС имеет следующие компоненты клиенты LANE, реализованные на конечных станциях, и службы LANE, отвечающие на запросы клиентов LANE. В свою очередь, службы LANE также обеспечиваются несколькими компонентами во избежание путаницы мы не использовали такие широко известные сокращения, как LEC, LES и LECS сервером LANE, который преобразует MAC-адреса в ATM-адреса сервером конфигурации LANE, предоставляющим клиентам LANE ATM-адрес соответствующей службы LANE сервером LANE Broadcast Unknown Server LANE BUS , который передает пакеты широковещательной и многоадресной рассылок.

Все эти компоненты обычно соединяются с сетью ATM и друг с другом с помощью каналов SVC. В соответствии со стандартом LANE для этих целей могут использоваться и каналы PVC, однако в настоящее время большинство поставщиков коммутаторов не обеспечивает поддержки PVC. Кроме того, компоненты служб LANE могут быть реализованы в одном и том же коммутаторе.

На рис. 2 приведена схема работы LANE. Предположим, что вы работаете в эмулированной ЛВС и захотели обратиться к файлу, хранящемуся в другой, физически независимой, ЛВС. Прежде всего вы посылаете запрос на доступ к файлу, и ваш клиент LANE определяет, знает ли он ATM-адрес соответствующего сервера LANE. Если он не знает этого адреса, то запрашивает его у сервера конфигурации LANE. Когда клиент LANE получает правильный адрес, он запрашивает у сервера LANE ATM-адрес сервера, на котором хранится нужный файл. Если сервер LANE знает этот адрес, он направляет указанную информацию клиенту LANE, в противном же случае - запрашивает его у LANE BUS. LANE BUS, в свою очередь, запрашивает у всех клиентов LANE в эмулированной ЛВС их ATM-адреса, а затем пересылает правильный адрес серверу LANE, который передает его вашему клиенту LANE. И наконец, ваш клиент LANE устанавливает виртуальный канал с сервером, на котором хранится запрашиваемый файл, а потом преобразует кадры Ethernet или Token Ring в ячейки и посылает их по виртуальному каналу серверу.

Рисунок 2. Схема работы LANE 1 - конечная станция из ЛВС 1 запрашивает у сервера конфигурации LANE ATM-адрес сервера LANE 2 - конечная станция запрашивает у сервера LANE ATM-адрес клиента LANE 3 - если сервер LANE не знает ATM-адреса, он запрашивает его у LANE BUS 4 - конечная станция из ЛВС 1 устанавливает виртуальный канал с сервером из ЛВС 2. С помощью LANE можно посылать ячейки другим клиентам LANE и без установления виртуального канала.

Каждый клиент LANE, который подключен к эмулированной ЛВС, устанавливает постоянный SVC с LANE BUS. В результате все клиенты LANE оказываются соединенными с LANE BUS. Если требуется послать ячейки другому клиенту LANE, клиент LANE передает ячейки LANE BUS через существующий SVC, а LANE BUS перенаправляет их клиенту LANE адресата. Таким образом, LANE дает возможность сети ATM с установлением соединения имитировать работу сети без установления соединения.

LANE также позволяет передавать ячейки широковещательной рассылки всей эмулированной ЛВС. Клиент LANE посылает ячейки LANE BUS, который перенаправляет их остальным клиентам LANE. LNNI. Поскольку LANE 1.0 не определяет стандартного способа взаимодействия серверов, каждая эмулированная ЛВС может иметь только один сервер LANE. Из этого следует, что вы не можете устанавливать избыточные серверы LANE, и в больших эмулированных ЛВС сервер LANE становится узким местом. Кроме того, поскольку для передачи трафика сервер LANE использует виртуальные каналы, а ATM-коммутаторы поддерживают лишь ограниченное их число в зависимости от пропускной способности коммутаторов, наличие только одного сервера LANE приводит к перегрузкам коммутаторов.

LNNI, определенный в стандарте LANE 2.0, должен решить эту проблему он устанавливает способ распределения по сети компонентов служб LANE и описывает интерфейс между этими компонентами.

В результате появляется возможность иметь до 20 серверов LANE и LANE BUS. Достоинства и недостатки LANE имеет ряд ограничений.

Как и в случае с IP-хостами в подсетях, образованных с помощью Classical IP Over ATM, для взаимодействия двух конечных станций, находящихся в разных эмулированных ЛВС, требуется маршрутизатор.

Передающая конечная станция должна установить виртуальный канал с маршрутизатором, который, в свою очередь, устанавливает виртуальный канал с конечной станцией адресата рис. 3 . И поскольку маршрутизаторы обычно медленнее коммутаторов, они могут создавать узкие места в сети. Рисунок 3. Для взаимодействия с клиентом LANE, находящимся в другой эмулированной ЛВС, клиенты LANE должны использовать маршрутизатор.

LANE является технологией соединения мостового типа, что накладывает определенные ограничения на масштабируемость эмулированных ЛВС. LNNI помогает решить эту проблему, позволяя реализовать в пределах одной сети несколько служб LANE, однако тоже не свободен от ограничений, которые не дают возможности иметь более 2 тыс. конечных станций в эмулированной ЛВС. Практически, чем больше конечных станций, тем хуже работает ваша сеть. Большее количество конечных станций означает большее число широковещательных передач и виртуальных каналов, что может вызвать проблемы, поскольку сеть ATM одновременно поддерживает ограниченное число таких каналов.

Кроме того, LANE - это технология канального уровня OSI, которая прозрачна для более высоких уровней модели OSI. Вследствие этого LANE не может использовать преимущества качества сервиса QoS сетей ATM. Стандарт LANE 1.0 поддерживает только неопределенную скорость передачи UBR . LANE 2.0 дает возможность сетевому администратору задавать категории качества сервиса в соответствии с типом трафика, который будет передаваться по эмулированной ЛВС - CBR постоянную скорость передачи , VBR переменную скорость передачи , UBR или ABR доступную скорость передачи. Однако стандарт LANE 2.0 требует, чтобы все виртуальные каналы в вашей эмулированной ЛВС использовали заданный вами тип трафика.

LANE имеет несколько важных достоинств.

Так, возможности маршрутизировать все протоколы сетевого уровня OSI и выполнять приложения ЛВС в магистральной сети ATM без их модификации делают LANE мощным, но в то же время простым способом интеграции высокоскоростной ATM-магистрали с ЛВС. Кроме того, позволяя конечным станциям передавать ячейки без установления виртуальных каналов, LANE лучше поддерживает трафик сети без установления соединения.

LANE также поддерживает трафик широковещательных и многоадресных рассылок. И наконец, способность LANE группировать конечные станции эмулированной ЛВС на основе их MAC-адресов обеспечивает сетевым администраторам необходимую гибкость в конфигурировании сети. MPOA Разработка стандарта MPOA была завершена ATM Forum весной текущего года. MPOA дает возможность маршрутизировать протоколы типа IP, IPX и NetBIOS из традиционных ЛВС по коммутируемой ATM-магистрали.

Подобно Classical IP Over ATM и LANE, MPOA обеспечивает мостовое соединение канального уровня OSI по виртуальной подсети. Фактически, MPOA использует технологию LANE для обеспечения соединения мостового типа, однако в отличие от Classical IP Over ATM и LANE может осуществлять маршрутизацию между виртуальными подсетями без использования традиционных маршрутизаторов. MPOA состоит из следующих компонентов серверов маршрутизации Route Servers, которые также называют серверами MPOA. Они поддерживают таблицы маршрутизации и вычисляют маршруты для оконечных устройств, а также взаимодействуют с традиционными маршрутизаторами и другими серверами маршрутизации.

Серверы маршрутизации не обязательно выполнены в виде единого устройства, их функции могут встраиваться в существующие маршрутизаторы и коммутаторы оконечных устройств Edge Devices, иначе называемых клиентами MPOA. Ими могут служить интеллектуальные коммутаторы, которые пересылают пакеты и ячейки между ЛВС и ATM, или сетевые интерфейсные платы, передающие пакеты и ячейки между подключенными к ATM устройствами и сетями ATM. Вместе серверы маршрутизации и оконечные устройства действуют как распределенные маршрутизаторы серверы маршрутизации определяют, куда необходимо посылать пакеты, а оконечные устройства их передают. Принципы работы На рис. 4 показана работа компонентов MPOA. Локальные сети, рабочие станции, серверы и маршрутизаторы подключены к оконечным устройствам, которые, в свою очередь, непосредственно соединены с сетью ATM. Как и в случаях Classical IP Over ATM и LANE, эти компоненты могут соединяться по каналам PVC или SVC. Рисунок 4. Схема работы MPOA 1 - для выполнения маршрутизации с одним пролетом оконечное устройство из подсети 1 запрашивает у сервера маршрутизации ATM-адрес оконечного устройства в подсети 2 2 - оконечное устройство из подсети 1 устанавливает виртуальный канал с оконечным устройством из подсети 2. Когда конечной станции в ЛВС необходимо связаться с подключенным к ATM устройством, она посылает пакет оконечному устройству, которое проверяет MAC-адрес получателя или адрес пакета сетевого уровня, а затем ищет соответствующий ему ATM-адрес.

Не найдя ATM-адреса, оконечное устройство запрашивает его у сервера маршрутизации.

Если сервер маршрутизации знает ATM-адрес, то просто выдает запрошенную информацию в противном случае для определения этого адреса он может, используя один из протоколов маршрутизации, связаться с другими маршрутизаторами - как с традиционными, так и с остальными серверами маршрутизации.

К таким протоколам относятся Routing Information Protocol RIP , Open Shortest Path First OSPF , Next Hop Routing Protocol NHRP и Integrated PNNI IPNNI . Узнав ATM-адрес, оконечное устройство устанавливает виртуальный канал с соответствующей конечной станцией получателя, преобразует пакеты ЛВС в ячейки ATM и передает их этой станции.

Оконечное устройство может создавать виртуальный канал, даже если конечная станция адресата находится в другой подсети при передаче ячеек оно обходит сервер маршрутизации, посылая их непосредственно конечной станции адресата см. рис. 4 . Этот процесс называется маршрутизацией с одним пролетом one-hop routing. Как утверждает Лу Мартинаг, менеджер по маркетингу продуктов компании Newbridge Networks, такая маршрутизация исключает узкие места, создаваемые традиционными маршрутизаторами, давая возможность пользователям взаимодействовать на максимально допустимой скорости независимо от того, где их рабочие станции подключены к сети и в какой подсети они находятся.

Однако для коротких передач подобная маршрутизация может оказаться не лучшим вариантом, поскольку установление соединений занимает длительное время по сравнению с продолжительностью самой передачи. Использование так называемой последовательной маршрутизации hop-by-hop routing позволяет обойтись без установления соединений.

При последовательной маршрутизации оконечные устройства могут перенаправлять пакеты серверу маршрутизации точно так же, как клиенты LANE передают пакеты LANE BUS. Оконечные устройства способны также обнаруживать поток длинную передачу если в процессе передачи пакетов серверу маршрутизации они обнаруживают поток, то могут установить виртуальный канал к конечной станции адресата.

Достоинства и недостатки Самый большой недостаток MPOA - его относительная новизна. ATM Forum еще не завершил работу над стандартом, а большинство поставщиков пока не предоставляет продукты, поддерживающие MPOA правда, Newbridge Networks предлагает нестандартизированное оборудование MPOA . В зависимости от реализации MPOA может значительно усложнить вашу сеть. Однако MPOA обеспечивает много возможностей, которых не имеют ни Classical IP Over ATM, ни LANE. Поскольку MPOA - это технология сетевого уровня OSI, она имеет доступ к важной информации сетевого уровня, такой как характеристики трафика и параметры качества сервиса QoS ATM. При установлении соединения оконечное устройство может использовать эту информацию для определения оптимального маршрута к конечной станции адресата в зависимости от уровня QoS, запрашиваемого передающей конечной станцией.

Кроме того, MPOA предоставляет такие возможности маршрутизации, которые не способна обеспечить никакая другая ATM-технология, предназначенная для взаимодействия с традиционными ЛВС. С помощью MPOA можно осуществлять маршрутизацию между традиционными ЛВС, соединенными быстродействующей ATM-магистралью, создавая, таким образом, высокоскоростное межсетевое соединение без узких мест в виде традиционных маршрутизаторов.

Можно также использовать маршрутизацию типа one-hop или hop-by-hop для оптимизации коротких и длинных передач.

Что же дальше? Рассмотренные стандарты определяют взаимодействие ATM с традиционными ЛВС. Classical IP Over ATM позволяет интегрировать с IP-сетью как сеть ATM рабочей группы, так и ATM-магистраль. LANE дает возможность интегрировать ATM-сеть рабочей группы или ATM-магистраль с сетью Ethernet или Token Ring. И наконец, MPOA обеспечивает соединение локальных сетей ATM-магистралью и осуществление маршрутизации между ними непосредственно по сети ATM. В дополнение к стандартным производители используют собственные, специализированные, технологии, такие как IP-коммутация. Технология ATM становится все более зрелой, о чем свидетельствует молниеносная скорость появления новых стандартов.

Стараясь обеспечить их поддержку в своих продуктах, производители испытывают немалые трудности.

Однако пока им удается придерживаться существующих стандартов и создавать на их основе продукты, которые вы можете использовать для соединения традиционных ЛВС с рабочими группами и магистралями ATM. Остается надеяться, что когда разработка стандартов ATM стабилизируется, технология ATM сможет действительно стать общепринятой. ПЕРЕДАЧА ГОЛОСА ПО СЕТЯМ ATM Введение Сейчас уже не нужно никого убеждать в преимуществах ATM технологии в построении телекоммуникационных сетей передачи данных. Передача голоса по ATM освещается в журналах гораздо меньше.

Цель этой статьи- восполнить существующий пробел, показать что нового приносит ATM в телефонию и как реализовать построение телефонных сетей с использованием ATM технологии. Из множества приложений, использующих ATM для передачи голоса телефония данные до рабочего места, сотовая телефония т.д. внимание в данной работе будет уделено наиболее интересному в настоящее время с точки зрения практики случаю создания распределенных корпоративных телефонных сетей и сетей общего пользования.

Краткая история В 80-х годах корпоративные телефонные сети строились с использованием T1 E1 соединений по выделенным линиям. Для уплотнения потока использовались мультиплексоры сначала PDH, а с конца 80-тых SDH. Переход на SDH позволил поднять качество передаваемой речи, уменьшив bit slips, повысить отказоустойчивость сети за счет механизмов Automatic Protection Switching, сделал возможным мультиплексирование демультиплексирование E1 потоков непосредственно в скоростные потоки STM1 и STM4 минуя промежуточные стадии.

В то же время строение телефонных сетей принципиально не изменилось. Рис По прежнему телефонные соединения устанавливались по предопределенным маршрутам. Если в часы пиковой загрузки полосы основного маршрута не хватало, соединения устанавливались по альтернативным маршрутам но с многочисленными ограничениями. Такой подход в построении телефонных сетей порождает ряд проблем высокая стоимость поддержания на АТС множества таблиц маршрутизации и реконфигурации сети при изменении картины телефонных потоков неэффективное использование полосы ухудшение качества речи при применении сжатия голоса в многоточечном АТС окружении отказы в соединении при перегрузках на каких- либо участках сети, которых можно было бы избежать неприспособленность сети для передачи данных в заметных объемах а этот вид трафика растет опережающими темпами. Новую жизнь в развитие телефонных сетей внесло появление новых способов передачи голоса по ATM. Сегодняшняя модель сети Рис. предполагает, что любая АТС может устанавливать прямое соединение с любой, а сеть в целом действует как большой транзитный коммутатор, коммутирующий телефонные потоки и потоки данных.

Передача голоса ATM сетью была впервые продемонстрирована компанией NORTEL в 1994 г. на выставке Interop94. NORTEL внес решающий вклад в развитие этой технологии и является признанным лидером в этой области.

С 1996г. сети пограничных ATM коммутаторов Passport NORTEL имеют возможность действовать как транзитная АТС, эмулируя цепи, соединяющие АТС, основываясь на CCS сигнализации, и в случае необходимости сигнализируя АТС о невозможности маршрутизировать тот или иной вызов.

Передача голоса по ATM сетям Сети ATM изначально создавались для передачи смешанного трафика. Однако лишь в последнее время благодаря усилиям производителей оборудования и организаций по стандартизации задача передачи голоса по ATM сетям перешла из теоретической в практическую плоскость.

ATM сети, созданные на оборудовании ведущих производителей, способны сегодня обеспечить требуемые значения параметров, определяющих качество передачи голоса Cell loss ratio, CLR Cell transfer delay, CTD Cell Delay Variation, CDV даже при значительной загрузке смешанным трафиком. Относительная роль этих параметров при передаче разного типа голосового трафика приведена в таблице. Телефонный разговор Телефонный разговор с присутствием эха fax, modem, голосовая почта отсутствие ошибок менее важно менее важно важно CDV, CTD важно очень важно менее важно Обзор методов передачи голоса Способы передачи голоса по ATM можно разбить на две группы сервис CBR передача одного канала 64 кб с, nx64, Е1,Е3 и сервис rt-VBR. В настоящее время разработан целый ряд методов, позволяющих адаптировать передачу голоса к ATM . Краткий обзор этих методов приведен в таблице.

Приложе- ние AAL0 AAL1 voice AAL1 UDT AAL1 SDT AAL2 AAL5 AAL-CU Область применения Single voice call 64 kbps Y S Y S DTP Single voice call 64 kbps Y Y Y Y Single voicecall with silence detection Y Corp, Publ Multiple packetized calls S Сот Nx64 S Corp, Publ T1 E1 Y S Corp, Publ Y-реализовано S -стандартизовано DTP-настольные приложения Corp-корпоративные сети Publ- сети общего пользования сот-сотовая телефония Уровень адаптации AAL0 предназначен для разработки нестандартных алгоритмов адаптации голоса.

AAL1 позволяет организовать передачу голоса как CBR трафика выделяя для передачи голоса трубу соответствующей ширины. Формат ячейки AAL1 позволяет передавать по сети информацию о синхронизации time stamp, содержит счетчик ячеек, что позволяет обнаружить потерю ячеек, позволяет организовать частичное заполнение ячеек данными для уменьшения задержек.

AAL1 voice применяется для передачи одного разговора на скорости 64 Кбит с. Он не обладает возможностями других разновидностей AAL1 частичное заполнение ячеек, SRTS , но позволяет организовать подключение абонента с низкими затратами. AAL5 является наиболее дешевым способом доведения голоса по ATM до рабочего места.

Применение спецификации UNI 4.0 позволит организовать с помощью AAL5 CBR трафика. Ограничивает применение AAL5 его несовместимость с сетями, использующими AAL1 например, с сетями общего пользования. Адаптация AAL-CU применяется в сотовой телефонии и позволяет мультиплексировать трафик, генерируемый разными пользователями, в одном виртуальном соединении.

Это позволяет уменьшить задержки и повысить эффективность использования полосы. Более подобно в данной статье рассматриваются методы адаптации голоса AAL1 UDT SDT и AAL2, нашедшие наибольшее применение в организации корпоративных телефонных сетей и сетей общего пользования. Синхронизация Недостаточно качественная синхронизация в телефонных сетях может приводить к таким явлениям, как бит slip с ухудшением качества связи. Прежде, чем рассматривать методы синхронизации Е1 каналов см. Рис, необходимо разобраться какие ATM сети могут считаться синхронными.

Согласно спецификации G703 ITU точность хода часов E1 интерфейса составляет 50ppm. Поэтому корпоративные сети, соответствующие спецификации G703 STM1 с точностью хода часов 20 ppm могут считаться синхронными. Для городских и зональных сетей общего пользования, а также крупных корпоративных сетей требования по синхронизации еще более строгое- STRATUM 3. В то же время спецификация UNI 3.1 private UNI ATM Форума требует от часов ATM коммутаторов точность хода лишь 100ppm, то есть с точки зрения передачи телефонии ATM сеть, удовлетворяющая ATMF UNI не обязательно будет синхронной.

Решение этой проблемы описано ниже. Методы восстановления синхронизации Пограничные коммутаторы ATM устройства доступа реализуют следующие методы синхронизации АТС, связанных через ATM сеть. Синхронизация от сети Одним из основных методов синхронизации интерфейсов Е1, широко применяемом в устройствах доступа Circuit Emulation, является синхронизация от сети ATM . При этом сама ATM сеть должна, разумеется, обеспечивать синхронный транспорт.

SRTS- Synchronous Residual Time Stamp Этот метод, как и предыдущий, тоже требует синхронную ATM сеть. Суть метода заключается в том, что устройство доступа на одном конце вычисляет разность хода часов на интерфейсе Е1 и в ATM сети, кодирует эту разность и передает ее по сети на другой конец с использованием CSI битов из служебного байта ячейки AAL1. Получая эту информацию, устройства доступа имеют возможность синхронизовать Е1 потоки, т.к. ATM транки на обоих концах работают синхронно.

Метод SRTS позволяет передавать информацию о ходе часов по синхронной ATM сети, не требуя в то же время синхронизации телефонной сети с ATM сетью. Примерами устройств, реализующих данный метод являются AAC3 ADC Kentrox , CellPath300 Fore Systems , Circuit Emulation Cards в ATM коммутаторах ASX 200BX 1000 Fore Systems и LightStream1010 Cisco. Метод передачи time stamp используется также кодировщиками MPEG и пограничными коммутаторами, передающими голос как VBR трафик.

Адаптивный метод Описанные выше методы синхронизации не работают, если ATM сеть недостаточно синхронна например, ее часы имеют точность private UNI . В этом случае возможным решением проблемы является применение адаптивного метода синхронизации. Суть метода заключается в том, что определенное количество ATM ячеек, приходящих из ATM сети к устройству доступа, буферизуются в FIFO буфере.

Скорось считывания из этого буфера локальные часы постоянно подстраивается таким образом, чтобы поддерживать примерно постоянной степень заполнения FIFO буфера. Однако за возможность объединять АТС через недостаточно синхронную ATM сеть приходится платить. Недостатками данного метода являются отсутствие гарантий на соответствие медленных вариаций хода часов wander рекомендациям G823 ITU величина wander зависти от CDV в ATM сети и увеличение задержек при прохождении голоса, причем тем большее, чем большую степень асинхронности ATM сети мы пытаемся компенсировать. Примером устройств доступа, реализующих данный метод, являются устройства доступа фирмы CellWare. Circuit Emulation Circuit Emulation CE является одним из основных методов передачи голоса по ATM сети. Его последняя спецификация, принятая ATMF- Circuit Emulation v.2.0. Этот метод позволяет передавать телефонию по ATM как CBR трафик, то есть организовать между двумя точками сети трубу нужной ширины например, Е1 , вся полоса которой гарантировано доступна для данного соединения.

С точки зрения телефонии передача голоса по ATM как CBR потока и передача голоса по SDH очень похожи в обоих случаях мы имеем дело с транспортом точка-точка по каналу постоянной ширины.

Более того, в обоих случаях в канал STM1 помещается одинаковое количество потоков Е1 и Е3. Таким образом, предоставляя сервис CE CES , ATM может эмулировать работу SDH. Получается, что построив скоростную ATM сеть передачи данных а в телекоммуникациях в этой области ATM не имеет конкурентов, мы в то же время можем воспользоваться и сервисом, предоставляемым SDH для передачи голоса.

Более того, CE ATM имеет еще ряд преимуществ перед SDH. Это удобство единого управления смешанным трафиком возможность при использовании structured моды маршрутизировать части потока Е1 в разных направлениях с прозрачной передачей телефонной сигнализации возможность отдать неиспользуемую голосом часть зарезервированной полосы для другого трафика стенки CES трубы не столь непроницаемы для посторонних потоков, как виртуальные контейнеры SDH . свобода от E1 E3 SDH грануляции группировка звонков с единым ATM пунктом назначения в единое Nx64 соединение. возможность инициировать ATM соединение при наступлении определенного времени дня или в ответ на требования ISDN сигнализации Ниже рассмотрены некоторые особености CES ATM. Частичное заполнение ячеек.

Частичное заполнение ячеек является одной из опций пограничных коммутатор ATM , поддерживающих сервис Circuit Emulation. Назначение этой опции- уменьшить задержки пакетизации, а, значит, и величину CTD когда это необходимо.

Оценка количественного эффекта этого метода приведена в таблице. Задержка, мс Для передачи голоса используются все 47 байт ATM ячейки используют-ся 20 байт используются 6 байт один канал 64 кб с 5,875 2,5 0,75 один канал 16 кб с 23,5 10 3 Nx64 5,875 N 2,5 N 0,75 N Structured и Unstructured моды AAL1 UDT и AAL1 SDT . Функционирование Structured и Unstructured мод CES показано на Рис. AAL1 UDT мода предназначена для транспортировки CBR потоков, например Е1, или любого другого сигнала с такой же частотой, по ATM сети. Е1 фрейм отображается на 47-ми байтную область данных ячеек AAL1. AAL1 SDT мода предназначена для транспортировки потоков FE1 и Nx64 кб с по ATM сети, при котором передаются только те таймслоты потока FE1, которые несут полезную информацию.

В этом случае структура N байт отображается в область данных ячейки AAL1. Для определения начала структуры используется специальный байт-указатель.

Как видно из Рис.4, Strutured CES позволяет нескольким эмулированным цепям делить один и тот же CBR E1 интерфейс, что позволяет эмулировать функционирование цифрового кросс-коннекта каналов DS0 E1. Пример такой эмуляции показан на Рис. Structured мода позволяет заметно улучшить использование полосы, а так же управление аварийными ситуациями благодаря возможности извещения АТС-источника трафика о неисправностях сигнал RAI-remote alarm indicator. Плата за эти дополнительные возможности- отказа от передачи сигнала с произвольной структурой фрейма и невозможность использовать адаптивный метод синхронизации.

Использованные материалы 1.Олифер В.Г Олифер Н.А. Компъютерные сети СПб. Питер,2003. 2.Материалы сайтов компаний BiLiM Systems Ltd http www. bilim.com VINCO-T http www.vinco-t.ru Cisco Systems http www.cisco.com CIT http www.citforum.ru 3.Журналы, газеты, телевидение.