Корпоративная Сеть ЖД Украины

 

     Введение

     Дать  лаконичное и точное описание общей  картины ATM - задача не из легких. Сама эта  тема достаточно объемна и сложна, а кроме того, технология ATM находится  в постоянном развитии: мир ATM состоит  из изменяющихся стандартов и продуктов, которые не всегда соответствуют этим стандартам. И хотя быстрая разработка стандартов еще больше усложняет общую картину ATM, благодаря им ATM может быстрее стать пригодной для использования, а значит, и общедоступной технологией. Поэтому понимание сегодняшнего состояния технологии ATM дает ключ к пониманию будущих направлений развития сетевых технологий.

     ATM - очень гибкая технология; она  позволяет передавать по сети  различные типы трафика - голос,  видео и данные, - обеспечивая  при этом достаточную пропускную  способность для каждого из них и гарантируя своевременную доставку восприимчивой к задержкам информации. Технология ATM может использоваться как для построения высокоскоростных локальных сетей, так и магистралей, объединяющих традиционные локальные сети. Кроме того, организации по стандартизации ATM уже разработали много стандартов на совместимость ATM, дающих возможность производителям создавать коммутаторы, которые могут взаимодействовать с коммутаторами других производителей, а также с традиционным оборудованием локальной сети.

 

     1 Аналитический обзор 

1.   Базовые принцыпы технологии АТМ

 

     Сеть  строится на основе АТМ коммутатора  и АТМ маршрутизатора. Технология реализуется как в локальных, так и в глобальных сетях. Допускается  совместная передача различных видов  информации, включая видео, голос.

     Ячейки  данных, используемые в ATM, меньше в сравнении с элементами данных, которые используются в других технологиях. Небольшой, постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет:

передавать  данные по одним и тем же физическим каналам, причём как при низких, так и при высоких скоростях; работать с постоянными и переменными потоками данных; интегрировать любые виды информации: тексты, речь, изображения, видеофильмы; поддерживать соединения типа точка-точка, точка-множество, множество-множество.

     Технология  ATM предполагает межсетевое взаимодействие на трёх уровнях. Для передачи данных от отправителя к получателю в сети ATM создаются виртуальные каналы, VC (англ. Virtual Circuit), которые бывают двух видов: постоянный виртуальный канал, PVC (Permanent Virtual Circuit), который создаётся между двумя точками и существует в течение длительного времени, даже в отсутствие данных для передачи;коммутируемый виртуальный канал, SVC (Switched Virtual Circuit), который создаётся между двумя точками непосредственно перед передачей данных и разрывается после окончания сеанса связи.

     Для маршрутизации в пакетах используют так называемые идентификаторы пакета. Они бывают двух видов:

     VPI (англ. virtual path identificator) — идентификатор виртуального пути (номер канала)

     VCI (англ. virtual connect identificator) — идентификатор виртуального соединения (номер соединения)

2. Структура ячейки

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.1 - Формат ячейки UNI 

 
Рисунок 1.2 - Формат ячейки NNI 

GFC = Generic Flow Control (4 бита) — общее управление потоком;

VPI = Virtual Path Identifier (8 бит UNI) или (12 бит NNI) — идентификатор виртуального пути;

VCI = Virtual channel identifier (16 бит) — идентификатор виртуального канала;

PT = Payload Type (3 бита) — тип данных;

CLP = Cell Loss Priority (1 бит) — уровень приоритета при потере пакета; указывает на то, какой приоритет имеет ячейка (cell), и будет ли она отброшена в случае перегрузки канала;

HEC = Header Error Control (8 бит) — поле контроля ошибок.

UNI = User-to-Network Interface — интерфейс пользователь-сеть. Стандарт, разработанный ATM Forum, который определяет интерфейс между конечной станцией и коммутатором в сети ATM.

NNI = Network-to-Network Interface — интерфейс сеть-сеть. Обобщённый термин, описывающий интерфейс между двумя коммутаторами в сети. 

3.   Архитектура сети АТМ

 

     Упрощенная  архитектура сети АТМ представлена на рис. 1.3. Она состоит из связанных между собой АТМ коммутаторов. Находящееся за пределами сети оборудование пользователя взаимодействует с коммутаторами через интерфейс пользователь -сеть (UNI - User-Network Interface). Для взаимодействия коммутаторов между собой служит интерфейс сетевого узла (NNI - Network Node Interface). МСЭ-Т стандартизировал в рекомендации I.432 два типа интерфейса UNI: на скоростях 155 и 622 Мбит/с (это скорости 1-го и 4-го уровней SDH). Подготовлены стандарты по использованию технологии АТМ на первичной скорости европейской иерархии 2 Мбит/с. Иерархическая модель сети АТМ, показывающая взаимодействие трех нижних уровней B-ISDN. Рассмотрим функции каждого из этих уровней. Уровень адаптации АТМ (AAL - ATM Adaptation Layer) осуществляет преобразование пользовательской информации в информационные поля ячеек и наоборот. Именно наличие AAL придают АТМ присущую ей способность переносить разнообразную пользовательскую информацию в стандартных ячейках. Стандартизировано несколько типов уровня адаптации, соответствующие различным классам обслуживания и предназначенные для преобразования разных видов информации. Их характеристики описаны ниже. Следует подчеркнуть, что процедуры ААL реализуются вне пределов сети АТМ в оконечном оборудовании пользователя (рис. 2). Уровень адаптации может использовать для своих нужд до 4 байт в пределах 48-байтного информационного поля ячейки, оставляя таким образом непосредственно для полезной информации пользователей 44 байта. AAL делится, в свою очередь, на два подуровня: подуровень конвергенции (CS - Convergence Sublayer) и подуровень разборки и сборки (SAR - Segmentation And Reassembly).

     Рисунок 1.3 – Архитектура сети АТМ

      

     1.4 Классы обслуживания и категории услуг 

     Определено  пять классов трафика, отличающихся следующими качественными характеристиками:

наличием  или отсутствием пульсации трафика, то есть трафики CBR или VBR; требованием к синхронизации данных между передающей и принимающей сторонами; типом протокола, передающего свои данные через сеть ATM, — с установлением соединения или без установления соединения (только для случая передачи компьютерных данных).

     CBR не предусматривает контроля ошибок, управления трафиком или какой-либо другой обработки. Класс CBR пригоден для работы с мультимедиа реального времени.

     Класс VBR содержит в себе два подкласса — обычный и для реального времени (см. таблицу ниже). ATM в процессе доставки не вносит никакого разброса ячеек по времени. Случаи потери ячеек игнорируются.

     Класс ABR предназначен для работы в условиях мгновенных вариаций трафика. Система гарантирует некоторую пропускную способность, но в течение короткого времени может выдержать и большую нагрузку. Этот класс предусматривает наличие обратной связи между приёмником и отправителем, которая позволяет понизить загрузку канала, если это необходимо.

     Класс UBR хорошо пригоден для посылки IP-пакетов (нет гарантии доставки и в случае перегрузки неизбежны потери).

     Таблица 1.1 - Основные характеристики классов трафика ATM

 

1.5 Сравнение высокоскоростных технологий, достоинства и               недостатки  

     Достоинства

     В представлении большинства пользователей  новая сетевая технология ассоциируется, в первую очередь, с большей полосой пропускания. Однако технология АТМ - это не только и не столько быстродействие; последнее является, скорее, следствием других ее особенностей.

     В основе технологии АТМ лежат прямые соединения между периферийными  устройствами.

     Динамически создаваемые виртуальные каналы могут иметь различные приоритеты и различные гарантии для получения необходимой им полосы пропускания, причем в рамках одного быстродействующего физического соединения могут быть созданы одновременно несколько виртуальных каналов с различными характеристиками.

     АТМ включает в себя очень мощные инструменты  для управления трафиком, которые  еще далеко не достигли пределов своего совершенства - такие, как различные  категории качества услуг и сложные  механизмы обратной связи. Именно они  позволяют одновременно передавать информацию различного типа, предъявляющую диаметрально противоположные требования к параметрам соединения. Именно эти механизмы позволяют объединить на одной магистрали трафик с различными протоколами. Наконец, эти механизмы обеспечивают оптимальное распределение полосы пропускания между различными виртуальными каналами и эффективный захват ее неиспользуемой части, что позволяет избежать перегрузок сети вплоть до физического исчерпания ее пропускной способности. Благодаря этому АТМ-сети способны удовлетворить всем противоречивым требованиям, предъявляемым различными типами трафика и различными протоколами.

В сети АТМ весь трафик, относящийся к  тому или иному виртуальному каналу, попадает на те и только те устройства и порты, которые связаны с этим каналом. При увеличении числа станций общий объем трафика, циркулирующего в сети, растет приблизительно линейным образом. Скажем, при десятикратном расширении сети общий трафик увеличивается также в 10 раз.

     В сетях же АТМ адреса станций анализируются только один раз при установлении соединения. После этого ячейки АТМ несут в себе только номер виртуального пути и виртуального канала, и коммутатору требуется минимальное число операций, чтобы препроводить их по назначению. Эти операции выполняются аппаратно, и именно поэтому коммутация в АТМ оказывается несравнимо более реальной и доступной по цене, чем коммутация в Ethernet при таком же быстродействии.

В сетях  АТМ коммутатор анализирует только заголовок ячейки и не рассматривает  остальные ее байты. Вмешаться в его работу извне крайне сложно, если вообще возможно: в современных коммутаторах эта обработка выполняется на аппаратном уровне. В сетях АТМ просто нет дверей, на которые следовало бы вешать замки: виртуальные каналы разделены глухими стенами. Это качественно новая ступень безопасности.

Имеет гибкое управление трафиком, поддержку  смешанного трафика с различными протоколами и конфиденциальность.

Эта технология способно успешно сосуществовать со всеми имеющимися локальными сетями, с любыми протоколами и с большей частью используемого в них оборудования. 

     Недостатки

     По  сравнению с достижением символического порога в 1 Гбит/с у Gigabit Ethernet , отнюдь не гарантирующем реального ускорения работы прикладных программ, скажем, в 10 раз по сравнению с Fast Ethernet или более высокой производительности, чем существующие сети АТМ с быстродействием 622 Мбит/с. Высокая стоимость

     Таким образом, широкие возможности АТМ  позволяют, помимо всего прочего, внедрять эту технологию плавным и безболезненным образом, в рамках текущей модернизации и расширения сети. При этом пользователи АТМ - сегментов сети получают в свое распоряжение все возможности, предоставляемые этой технологией, плюс доступ к традиционным сетям 
 
 
 
 

Таблица 1.2 - Сравнение высокоскоростных технологий