Основные концепции ATM

Основные концепции ATM. Базовые принципы, лежащие в основе технологии ATM, могут быть выражены в трех утверждениях сети ATM - это сети с трансляцией ячеек cell-relay сети ATM - это сети с установлением соединения connection-oriented сети ATM - это коммутируемые сети. Сети с трансляцией ячеек Идея сети с трансляцией ячеек проста данные передаются по сети небольшими пакетами фиксированного размера, называемыми ячейками cells. В сети Ethernet передача данных осуществляется большими пакетами переменной длины, которые называют кадрами frames. Ячейки имеют два важных преимущества перед кадрами.

Во-первых, поскольку кадры имеют переменную длину, каждый поступающий кадр должен буферизоваться т. е. сохраняться в памяти, что гарантирует его целостность до начала передачи.

Поскольку ячейки всегда имеют одну и ту же длину, они требуют меньшей буферизации.

Во-вторых, все ячейки имеют одинаковую длину, поэтому они предсказуемы их заголовки всегда находятся на одном и том же месте.

В результате коммутатор автоматически обнаруживает заголовки ячеек и их обработка происходит быстрее. В сети с трансляцией ячеек размер каждой из них должен быть достаточно мал, чтобы сократить время ожидания, но достаточно велик, чтобы минимизировать издержки.

Время ожидания latency - это интервал между тем моментом, когда устройство запросило доступ к среде передачи кабелю, и тем, когда оно получило этот доступ. Сеть, по которой передается восприимчивый к задержкам трафик например, звук или видео, должна обеспечивать минимальное время ожидания. Любое устройство, подключенное к сети ATM рабочая станция, сервер, маршрутизатор или мост, имеет прямой монопольный доступ к коммутатору.

Поскольку каждое из них имеет доступ к собственному порту коммутатора, устройства могут посылать коммутатору ячейки одновременно. Время ожидания становится проблемой в том случае, когда несколько потоков трафика достигают коммутатора в один и тот же момент. Чтобы уменьшить время ожидания в коммутаторе, размер ячейки должен быть достаточно маленьким тогда время, которое занимает передача ячейки, будет незначительно влиять на ячейки, ожидающие передачи.

Уменьшение размера ячейки сокращает время ожидания, но, с другой стороны, чем меньше ячейка, тем большая ее часть приходится на издержки то есть на служебную информацию, содержащуюся в заголовке ячейки, а соответственно, тем меньшая часть отводится реальным передаваемым данным. Если размер ячейки слишком мал, часть полосы пропускания занимается впустую и передача ячеек происходит длительное время, даже если время ожидания мало. Когда Американский национальный институт стандартов American National Standards Institute - ANSI и организация, которая сейчас называется Международным телекоммуникационным союзом International Telecommunications Union - ITU , разрабатывали ATM, им было достаточно трудно найти компромисс между временем ожидания и издержками передачи.

Эти организации должны были учесть интересы как телефонной отрасли, так и производителей оборудования для сетей передачи данных. Производителям средств телефонии нужен был небольшой размер ячейки, поскольку голос обычно передается маленькими фрагментами и уменьшение времени ожидания гарантировало бы своевременную доставку этих фрагментов.

Производители средств передачи данных, наоборот, требовали увеличить размер ячейки, поскольку файлы данных часто бывают большими и более чувствительны к издержкам трафика, нежели ко времени ожидания. В конце концов эти две фракции договорились о размере ячейки, равном 53 байтам, из которых 48 байт отводится данным и 5 байт - заголовку ячейки. Сети с установлением соединения Для передачи пакетов по сетям ATM от источника к месту назначения источник должен сначала установить соединение с получателем.

Установление соединения перед передачей пакетов очень напоминает то, как осуществляется телефонный звонок сначала вы набираете номер, телефон абонента звонит, и кто-то снимает трубку - только после этого вы можете начать говорить. При использовании других технологий передачи данных, таких как Ethernet и Token Ring, соединение между источником и получателем не устанавливается - пакеты с соответствующей адресной информацией просто помещаются в среду передачи, а концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы находят получателя и доставляют ему пакеты.

Сети с установлением соединения имеют один недостаток - устройства не могут просто передавать пакеты, они обязательно должны сначала установить соединение. Однако такие сети имеют и ряд преимуществ. Поскольку коммутаторы могут резервировать для конкретного соединения полосу пропускания, сети с установлением соединения гарантируют данному соединению определенную часть полосы пропускания.

Сети без установления соединения, в которых устройства просто передают пакеты по мере их получения, не могут гарантировать полосу пропускания. Сети с установлением соединения также могут гарантировать определенное качество сервиса Quality of Service - QoS , т.е. некоторый уровень сервиса, который сеть может обеспечить. QoS включает в себя такие факторы, как допустимое количество потерянных пакетов и допустимое изменение промежутка между ячейками.

В результате сети с установлением соединения могут использоваться для передачи различных видов трафика - звука, видео и данных - через одни и те же коммутаторы. Кроме того, сети с установлением соединения могут лучше управлять сетевым трафиком и предотвращать перегрузку сети заторы, поскольку коммутаторы могут просто сбрасывать те соединения, которые они не способны поддерживать. Коммутируемые сети В сети ATM все устройства, такие как рабочие станции, серверы, маршрутизаторы и мосты, подсоединены непосредственно к коммутатору.

Когда одно устройство запрашивает соединение с другим, коммутаторы, к которым они подключены, устанавливают соединение. При установлении соединения коммутаторы определяют оптимальный маршрут для передачи данных - традиционно эта функция выполняется маршрутизаторами. Когда соединение установлено, коммутаторы начинают функционировать как мосты, просто пересылая пакеты. Однако такие коммутаторы отличаются от мостов одним важным аспектом если мосты отправляют пакеты по всем достижимым адресам, то коммутаторы пересылают ячейки только следующему узлу заранее выбранного маршрута.

Коммутация в сети Ethernet может быть сконфигурирована таким образом, что все рабочие станции окажутся подключенными непосредственно к коммутатору. В такой конфигурации коммутация в Ethernet похожа на коммутацию в сети ATM каждое устройство осуществляет прямой монопольный доступ к порту коммутатора, который не является устройством совместного доступа.

Однако коммутация ATM имеет ряд важных отличий от коммутации Ethernet. Поскольку каждому устройству ATM предоставляется непосредственный монопольный доступ к порту коммутатора, то нет необходимости в сложных схемах арбитража для определения того, какое из этих устройств имеет доступ к коммутатору. В противоположность этому, рабочие станции, соединенные с коммутатором Ethernet, должны участвовать в схемах арбитража даже несмотря на их непосредственный монопольный доступ к порту коммутатора.

Сетевые интерфейсные платы Ethernet рассчитаны на использование арбитражного протокола для определения того, имеет ли рабочая станция доступ к устройству. ATM-коммутация также отличается от коммутации Ethernet тем, что коммутаторы ATM устанавливают соединение между отправителем и получателем, а коммутаторы Ethernet - нет. Кроме того, коммутаторы ATM обычно являются неблокирующими это означает, что они минимизируют заторы, передавая ячейки немедленно после их получения. Чтобы получить возможность немедленной пересылки всех поступающих ячеек, неблокирующий коммутатор должен быть оснащен чрезвычайно быстрым механизмом коммутации и иметь достаточно большую пропускную способность выходных портов.

Теоретически если у коммутатора есть 10 входных портов на 10 Мбит с, у него должен также быть один выходной порт на 100 Мбит с. На практике выходной порт может иметь немного меньшую пропускную способность, не утрачивая при этом способности немедленной пересылки всех поступающих ячеек.