Tehnologia ATM: sens, abreviere explicație. Metoda de transmitere a datelor printr-o rețea, elementele de bază, principiile de funcționare, avantajele și dezavantajele acestei tehnologii. Tehnologia ATM
Tehnologiile promițătoare de transmitere a informațiilor în rețelele de calculatoare sunt tehnologii care asigură viteze mari de transmitere a informațiilor eterogene (semnale de date, voce și video) pe distanțe semnificative. Într-adevăr, transmiterea informațiilor de voce și video este de obicei necesară în timp real și, prin urmare, întârzierile ar trebui să fie doar mici (deci pentru Comunicatie vocala- aproximativ 6 ms).
Tehnologia ATM este formulată pe scurt ca comutare rapidă de pachete scurte. lungime fixă (53 de octeți) numite celule. Din acest motiv, tehnologia ATM în sine este uneori numită comutare celulară.
Rețelele de bancomate denumite rețele orientate spre conexiune. Conexiunile pot fi permanente sau comutate (dinamice). Primele sunt instalate și terminate de administratorul de rețea, efectul lor este de lungă durată, pentru fiecare nou schimb de date între abonați conexiune permanentă nu este nevoie să pierzi timpul instalându-l. Acestea din urmă sunt instalate și eliminate automat pentru fiecare nouă sesiune de comunicare.
Fiecare conexiune primește propriul său identificator, care este indicat în antetul celulelor. Când se stabilește o conexiune, fiecare comută de-a lungul căii de date selectate, sunt transmise date privind corespondența identificatorilor de comutator și a porturilor. Comutatorul, după ce a recunoscut identificatorul, redirecționează celula către portul dorit. Nu este necesară indicarea directă a adreselor destinatarului și expeditorului în antet; antetul este scurt - doar 5 octeți.
Viteze mari în ATM sunt asigurate de o serie de soluții tehnice.
În primul rând, baza fizică pentru ATM este canalele de transmisie de date de mare viteză. Astfel, atunci când utilizați tehnologia SONET ATM oferă canalele OS-1, OS-3, OS-12 și OS-48 pe linii de fibră optică cu viteze de 52, 155, 622 și, respectiv, 2488 Mbit/s.
În plus, un număr mare de canale multiplexate în timp(TDM) poate fi folosit pentru a transmite în paralel părți ale aceluiași mesaj „de volum”, ceea ce corespunde conceptului de „multiplexare statistică”. În tehnologiile E1/E4 Multiplexarea statistică este dificilă deoarece necesită adresarea sloturilor. În ATM, celulele sunt adresate, ciclul de sincronizare constă din secțiuni separate, lungimile secțiunii și ale celulei sunt aceleași. Pentru un anumit mesaj, puteți selecta intervale, a căror totalitate se numește canal virtual. Viteza de transmisie poate fi ajustată prin schimbare.
În al doilea rând, încasările negative pentru distorsiuni ale mesajelor reale (dar nu și antetelor) sunt posibile doar de la destinația finală. Acest lucru elimină pierderea de timp în punctele intermediare de așteptare a confirmărilor. Această metodă este uneori numită comutare de cadre (spre deosebire de comutarea de pachete)). Cod de verificare O parte a informațiilor (ciclice pe patru octeți) a mesajului este disponibilă numai la sfârșitul ultimului pachet al mesajului, ceea ce este tipic pentru utilizarea unei variante de ATM numită AAL5. În alte tipuri de bancomate, axate pe transmiterea traficului multimedia, pierderea celulelor individuale nu este în general critică. Pentru a verifica corectitudinea antetelor, se folosește un octet în antetul celulei, care conține codul de verificare Hamming pentru titlu. Celulele care sunt distorsionate și nu restaurate de Hamming sunt aruncate.
În al treilea rând, rutarea este simplificată. Stabilirea reală a conexiunii se realizează în mod similar cu această procedură în TCP/IP. Cu toate acestea, numărul de rută calculat este apoi plasat în antetul fiecărui pachet și nu este nevoie să redeterminați ruta folosind tabelele de ruter. la trecerea prin rețea. Cu alte cuvinte, se realizează transmisia orientată spre conexiune (spre deosebire de, de exemplu, ). În acest caz, clientul trimite la server cerere sub forma unui cadru de control special. Cadrul trece prin routere intermediare și/sau switch-uri, unde conexiunii (canalului) i se atribuie cale virtuală și identificatori de canal VPI/VCI. Dacă transmisia este adresată mai multor noduri, atunci identificatorii corespunzători din comutatoare sunt alocați mai multor canale.
În al patrulea rând, lungimea fixă a pachetelor (cadrelor) simplifică gestionarea datelor și algoritmii de buffering, eliminând necesitatea încapsulării sau convertirii pachetelor la schimbarea formatelor în rețelele intermediare (dacă acestea corespund formatului de celule ATM).
Dimensiunea mică a celulei (53 de octeți) se datorează cerințelor pentru transmiterea traficului telefonic (voce). Într-adevăr, dacă permitem, împreună cu transmisia vocală, și date digitale tradiționale împachetate în pachete lungi, atunci pot exista întârzieri în transmiterea celulelor „voce” pentru un timp care depășește semnificativ câteva milisecunde, ceea ce este inacceptabil pentru o conversație telefonică. În același timp, celulele prea scurte duc la utilizarea irațională a capacității canalului datorită unei proporții semnificative a lungimii antetului în dimensiunea celulei. Prin urmare, o lungime de 53 de octeți cu o lungime de antet de 5 octeți este o soluție de compromis.
În același timp, întârzierile în transmiterea vocii din cauza dimensiunii celulei sunt de 6 ms. Într-adevăr, fiecare dintre cei 48 de octeți este un eșantion valoare analogică cu modularea codului de impuls, care se efectuează la intervale de 125 μs (la o frecvență de eșantionare de 8 kHz). Prin urmare, între momentul primei măsurători și trimiterea celulei în rețea, trece un timp (timp de pachetizare) egal cu 0,125 48 = 6 ms.
ATM introduce trei niveluri de protocoale (Fig. 1).
Nivel de adaptare(AAL - ATM Adaptations Level) similar cu stratul de transportîn EMVOS, pe el mesajul este împărțit în pachete cu control și informatii de management, care la rândul lor sunt împărțite în celule de 48 de octeți. Fluxurile de intrare de biți sunt, de asemenea, convertite într-un singur flux, menținând proporțiile dintre numărul de celule pentru informații de date, voce și video. Software-ul care implementează funcții AAL este necesar doar la nodurile finale ale unei rețele ATM.
Orez. 1. Nivelurile protocolului ATM
Au fost introduse mai multe variante ale protocolului AAL, care vizează diferite clase de trafic. Protocolul AAL1 este conceput pentru a servi traficul multimedia caracterizat prin viteza stabilă și sincronizarea vocii și video, precum și traficul telefonic care este sensibil la întârzieri. În același timp, pierderea celulelor individuale nu afectează în mod semnificativ calitatea informațiilor primite. Protocolul AAL3/4 este conceput pentru a transfera sarcina instabilă (pulsată) inerentă conexiunilor între local retele de calculatoare. Întârzierile aici nu sunt critice, dar pierderile de celule nu sunt permise. Protocolul AAL5 este potrivit pentru transmiterea datelor de calcul.
Următorul strat, numit ATM, adaugă un antet de cinci octeți cu informații de rutare la fiecare celulă. Acest strat servește și la stabilirea conexiunilor. Structura antetului celulei ATM de cinci octeți conține următoarele câmpuri (numărul de biți este indicat în paranteze):
- management (4);
- VPI/VCI (24);
- tipul de date(3);
- prioritatea pierderii pachetelor (1);
- control antet (8).
Câmpuri de identificare VPI(Virtual Path Identifier) și VCI(Virtual Channel Identifier) sunt folosite pentru a indica ruta de mișcare a celulelor. Evident, este imposibil să folosiți numere unice de noduri în întreaga rețea atunci când transmiteți celule, deoarece acest lucru ar necesita o lungime semnificativ mai mare a antetului decât 5 octeți. Prin urmare, identificarea rutei se realizează folosind combinații VPI/VCI. Când se stabilește o conexiune, se atribuie VPI/VCI și în fiecare router pentru fiecare conexiune combinația acestor identificatori va fi unică. În același timp, în procesul de stabilire a unei conexiuni, dimensiunile cererilor și răspunsurilor nu sunt limitate atât de semnificativ aici sunt utilizate adrese ierarhice de 20 de octeți și tabele speciale de rutareși protocolul PNNI. Identificatorul VPI poate fi considerat ca fiind partea superioară a indicatorului de rută, acest identificator se dovedește a fi același pentru un set de canale care trec prin aceleași fragmente de rețea.
Câmpul Data Type este utilizat pentru a indica tipul de pachet (cerere de conectare sau transfer) și pentru a indica congestia rețelei. Bitul Packet Loss Priority este folosit pentru a semnaliza acele pachete care încalcă acordul de calitate a serviciului.
Trebuie remarcat faptul că pentru a asambla un mesaj din celule, trebuie să numerotați celulele aceluiași mesaj. Acest număr se referă la antetul stratului de adaptare, care ocupă unul sau doi octeți în câmpul de date (adică un câmp de 48 de biți).
Câmpul de control antet conține codul Hammingși, în plus față de funcțiile de monitorizare și corectare a erorilor din antetul celulei, servește la delimitarea celulelor ATM atunci când le separă de fluxul de date transmis prin canalele SDH. Limita este determinată prin compararea codului Hamming calculat pentru fiecare secvență următoare de 5 octeți cu conținutul ultimului dintre acești 5 octeți (un rezultat pozitiv al comparației înseamnă că această secvență este antetul).
Câmpul „control” este destinat să indice supraîncărcările, defecțiunile nodurilor și importanța celulelor (cele neimportante pot fi aruncate în timpul supraîncărcărilor). Semnalele de control sunt transmise de obicei în direcția opusă pe aceeași cale la anumite intervale.
Ratele de transmisie implementate de sistemele ATM în prezent (2003) acoperă intervalul de la 64 Kbit/s la 40 Gbit/s și, de regulă, corespund intervalului n×64 Kbit/s: 1,5/2, 6/8, 13, 26, 32, 34/45, 52, 98, 100, 140, 155, 622 Mbit/s, 2,5, 10 și 40 Gbit/s.
Al treilea nivel - fizic - servește la convertirea datelor în semnale electrice sau optice. După cum sa menționat mai sus, mediul pentru ATM este adesea canalele tehnologice SDH sau SONET, este posibilă utilizarea tehnologiilor PDH. Dacă rețeaua nu poate oferi lățimea de bandă necesară, conexiunea este respinsă. Când sunt supraîncărcate, unele dintre celulele transmise sunt aruncate cu notificarea corespunzătoare către utilizator. Pierderea celulelor determină necesitatea retransmiterii tuturor celulelor dintr-un segment (în AAL5) deoarece întregul mesaj (în acest caz, segmentul) este verificat pentru corectitudinea transmisiei. Utilizarea algoritmilor speciali face posibilă reducerea semnificativă a numărului de celule retransmise.
Calitatea transmisiei este caracterizată de parametri precum debitul, procentul de celule pierdute, întârzierea transmisiei celulelor și variațiile acesteia. Ordinea serviciilor se realizează în timpul procesului de stabilire a conexiunii. Pentru a menține nivelul ordonat de servicii în rețelele de bancomate există servicii speciale, implementat în software-ul switch. Alături de conexiunile care nu necesită o anumită calitate a transmisiei, sunt utilizate conexiuni cu următoarele niveluri de serviciu:
- suport pentru viteză constantă sub restricții specificate privind viteza maximă, întârziere și procentul de celule pierdute;
- Suport pentru viteză variabilă, cu restricții privind viteza medie și dimensiunea maximă a exploziei, inclusiv suport pentru cerințele de sincronizare pentru fluxurile de la transmițător și receptor;
- oferind viteză variabilă cu o limită minimă de viteză fără a necesita sincronizarea fluxurilor de la emițător și receptor.
Dacă rețeaua ATM devine supraîncărcată, atunci pentru a evita pierderea de informații și spre deosebire de comutarea circuitelor Bufferingul de date este posibil pentru a nivela încărcarea canalului. Reglarea sarcinii (controlul fluxului) se realizează prin includerea periodică (de obicei la fiecare 32 de cadre) a unei celule RM în fluxul de informații. În această celulă, nodul final și/sau comutatoarele intermediare pot introduce valori ale biților de control care indică supraîncărcarea sau subîncărcarea legăturii. Celula RM de la nodul final este transmisă în direcția opusă sursei mesajului, care poate schimba modul de transmisie în consecință. În special, se aplică modul de ocupare a tuturor resurselor gratuite în timpul supraîncărcării. Astfel, are loc o redistribuire dinamică a sarcinii.
Tehnologia ATM
Tehnologie modul de transfer asincron (ATM) conceput ca un singur transport universal pentru o nouă generație de rețele de servicii integrate numite rețele ISDN în bandă largă (Broadband-ISDN, B-ISDN).
Conform planurilor dezvoltatorilor, uniformitatea oferită de ATM va consta în faptul că o singură tehnologie de transport va putea asigura mai multe dintre capabilitățile enumerate mai jos.
Transmiterea în cadrul unui sistem de transport a traficului informatic și multimedia (voce, video) sensibil la întârzieri, iar pentru fiecare tip de trafic calitatea serviciului va corespunde nevoilor acestuia.
Ierarhie a ratelor de transfer de date, de la zeci de megabiți la câțiva biți gaga pe secundă, cu debit garantat pentru aplicații critice.
Protocoale de transport comune pentru rețelele locale și globale.
Conservarea infrastructurii existente de canale fizice sau protocoale fizice: T1/E1, TZ/EZ, SDH STM-n, FDDI.
Interacțiune cu protocoalele vechi ale rețelelor locale și globale: IP, SNA, Ethernet, ISDN.
Tehnologia ATM combină abordările a două tehnologii- comutare de pachete și comutare de circuite.
Din primul, ea a adoptat transmiterea datelor sub formă de pachete adresabile, iar din al doilea, utilizarea pachetelor. mic dimensiune fixă, rezultând o latență a rețelei mai previzibilă. Utilizând tehnica canalului virtual, precomandând parametrii de calitate ai serviciului canalului și deservirea prioritară a canalelor virtuale cu o calitate diferită a serviciului, este posibil să se realizeze transmisie în aceeași rețea tipuri diferite trafic fără discriminare. Deși și rețelele ISDN au fost concepute pentru a transporta tipuri variate traficul într-o singură rețea, traficul de voce a fost în mod clar o prioritate mai mare pentru dezvoltatori.
Abordarea implementata in tehnologia ATM consta in transmiterea oricarui tip de trafic - computer, telefon sau video - in pachete fixe si foarte mici. lungime in 53 octeți. Pachetele ATM se numesc celule. Câmpul de date al celulei are 48 de octeți, iar antetul este de 5 octeți.
Pentru a se asigura că pachetele conțin adresa nodului de destinație și, în același timp, procentul de informații de serviciu nu depășește dimensiunea câmpului de date al pachetului, tehnologia ATM utilizează o tehnică standard pentru rețelele globale de calculatoare - transmisie celulară în conformitate cu tehnica canalului virtual cu o lungime a numărului de canal virtual de 24 de biți, ceea ce este suficient pentru a deservi un număr mare de conexiuni virtuale cu fiecare port de comutare al unei rețele ATM globale (poate la nivel mondial).
Tehnologia ATM a fost dezvoltată de la bun început ca tehnologie capabile să deservească toate tipurile de trafic conform cerinţelor lor.
Acestea includ transmisia de fax, distribuția imaginilor de televiziune, mesageria vocală, e-mailul și diverse servicii interactive, cum ar fi conferința video. Vitezele mari ale tehnologiei ATM creează mult mai multe posibilități pentru servicii nivel superior, care nu a putut fi implementat de rețelele ISDN - de exemplu, pentru a transmite o imagine de televiziune color, este necesară o lățime de bandă de aproximativ 30 Mbit/s. Tehnologia ISDN nu poate suporta o astfel de viteză, dar pentru ATM nu pune o mare problemă.
Principiile de bază ale tehnologiei ATM
Rețeaua ATM are structura clasică a unei rețele teritoriale mari - stațiile terminale sunt conectate prin canale individuale la comutatoare de nivel inferior, care la rândul lor sunt conectate la comutatoare de nivel superior. Comutatoarele ATM folosesc adrese de nod final de 20 de octeți pentru a ruta traficul bazat pe tehnologia circuitelor virtuale. Pentru rețelele ATM private, este definit protocolul de rutare PNNI (Private NNI), cu ajutorul căruia switch-urile pot construi automat tabele de rutare. În rețelele publice de bancomate, tabelele de rutare pot fi construite manual de către administratori, ca în rețelele X.25, sau pot fi suportate de protocolul PNNI.
Comutarea de pachete are loc pe baza identificatorului de canal virtual (VCI), care este atribuit conexiunii atunci când este stabilită și distrus când conexiunea este terminată. Adresa nodului terminal ATM, pe baza căruia este așezat canalul virtual, are o structură ierarhică, asemănător cu numărulîn rețeaua de telefonie, și utilizează prefixe corespunzătoare codurilor de țară, codurilor de oraș, rețelelor furnizorilor de servicii etc., ceea ce simplifică rutarea cererilor de conectare, ca și în cazul utilizării adreselor IP agregate conform tehnicii CIDR.
Conexiunile virtuale pot fi permanente (Permanent Virtual Circuit, PVC) sau comutate (Switched Virtual Circuit, SVC). Pentru a accelera comutarea în rețelele mari, se folosește conceptul de cale virtuală - Virtual Path, care combină canale virtuale care au o rută comună în rețeaua ATM între nodurile sursă și destinație sau o parte comună a rutei între vreo două rețele. întrerupătoare. Virtual Path Identifier (VPI) este partea superioară a adresei locale și este un prefix comun pentru un număr de circuite virtuale diferite. Astfel, ideea de agregare a adreselor în tehnologia ATM este aplicată la două niveluri - la nivelul adreselor de nod final (funcționează în stadiul stabilirii unui canal virtual) și la nivelul numerelor de canal virtual (funcționează la transmiterea datelor peste un canal virtual existent).
Conexiunile dintre o stație terminală ATM și un comutator de nivel inferior sunt definite de standardul UNI (User Network Interface). Specificația UNI definește structura pachetelor, adresarea stației, schimbul de informații de control, straturile de protocol ATM, metodele de stabilire a circuitelor virtuale și metodele de control al traficului. Versiunea acceptată în prezent este UNI 4.0, dar cea mai comună versiune acceptată de OEM este UNI 3.1.
Standardul ATM nu introduce specificații proprii pentru implementarea stratului fizic. Aici se bazează pe tehnologia SDH/SONET, adoptându-și ierarhia vitezei. În conformitate cu aceasta, viteza de acces inițială a unui utilizator de rețea este viteza OS-3 de 155 Mbit/s. Organizația ATM Forum nu a definit toate ierarhiile de viteză SDH pentru ATM, ci doar vitezele OS-3 și OS-12 (622 Mbit/s). La o viteză de 155 Mbps, puteți folosi nu numai cablu de fibră optică, ci și pereche răsucită neecranată Categoria 5. La o viteză de 622 Mbps este permis doar cablul de fibră optică, atât SMF, cât și MMF.
Există și alte interfețe fizice pentru rețelele ATM, altele decât SDH/SONET. Acestea includ interfețele T1/E1 și TZ/EZ, comune în rețele globale, și interfețe LAN - o interfață de 100 Mbps codificată 4V/5V (FDDI) și o interfață de 25 Mbps propusă de IBM și aprobată de ATM Forum. În plus, pentru o viteză de 155,52 Mbit/s, este definit un așa-numit strat fizic „bazat pe celule”, adică un strat bazat mai degrabă pe celule decât pe cadre SDH/SONET. Această opțiune de strat fizic nu utilizează cadre SDH/SONET, ci trimite celule în format ATM direct peste canalul de comunicație, ceea ce reduce supraîncărcarea datelor de serviciu, dar complică oarecum sarcina de sincronizare a receptorului cu transmițătorul la nivel de celulă.
Toate caracteristicile de mai sus ale tehnologiei ATM nu indică faptul că este un fel de tehnologie „specială”, ci o reprezintă mai degrabă ca o tehnologie tipică de rețea cu zonă largă bazată pe tehnologia circuitelor virtuale. Caracteristicile tehnologiei ATM se află în zona serviciilor de înaltă calitate pentru trafic eterogen și se explică prin dorința de a rezolva problema combinării traficului computerizat și multimedia în aceleași canale de comunicație și în același echipament de comunicație într-un asemenea mod că fiecare tip de trafic primește nivelul necesar de serviciu și nu este considerat „minor”.
Traficul rețelelor de calculatoare este în mod clar asincron și pulsatoriu. Calculatorul trimite pachete în rețea în momente aleatorii, pe măsură ce este nevoie. În același timp, intensitatea trimiterii pachetelor în rețea și dimensiunea acestora pot varia în limite largi - de exemplu, coeficientul de ondulare a traficului (raportul dintre intensitatea maximă instantanee a traficului și intensitatea medie a acestuia) pentru protocoalele fără conexiune poate ajunge până la 200, iar pentru protocoale bazate pe conexiune - până la 20. Sensibilitatea traficului computerului la pierderea de date este mare, deoarece datele pierdute nu pot fi evitate și trebuie restaurate prin retransmisie.
Traficul multimedia, cum ar fi vocea sau imaginea, se caracterizează printr-un factor de ondulare scăzut, sensibilitate ridicată la întârzierile transmisiei datelor (care afectează calitatea semnalului continuu reprodus) și sensibilitate scăzută la pierderile de date (datorită inerției proceselor fizice, pierderea). de măsurători individuale de voce sau cadre de imagine pot fi compensate prin netezire pe baza valorilor anterioare și ulterioare).
Capacitatea de a combina aceste două tipuri de trafic este foarte influențată de dimensiunea pachetelor de computer. Dacă dimensiunea pachetului poate varia într-o gamă largă (de exemplu, de la 29 la 4500 de octeți, ca în tehnologia FDDI), atunci chiar dacă pachetelor de voce li se acordă cea mai mare prioritate de serviciu în comutatoare, latența unui pachet de computer poate fi inacceptabil. înalt. De exemplu, un pachet de 4500 de octeți va fi transmis către portul de ieșire la o viteză de 2 Mbit/s (viteza maximă a portului comutatorului frame relay) 18 ms. Când combinați traficul în acest timp, este necesar să transmiteți 144 de măsurători vocale prin același port. Nu este de dorit să se întrerupă transmiterea unui pachet în rețele, deoarece, odată cu natura distribuită a rețelei, suprasarcina de notificare a unui comutator vecin despre întreruperea pachetului și apoi reluarea transmisiei pachetului din punctul întrerupt este prea sus.
Dimensiunea celulei ATM este rezultatul unui compromis între operatorii de telefonie și informaticieni - primii au insistat pe o dimensiune a câmpului de date de 32 de octeți, iar cel de-al doilea - 64 de octeți.
Cu cât pachetul este mai mic, cu atât este mai ușor de simulat serviciile canalelor cu rată de biți constantă, care sunt tipice pentru rețelele de telefonie. Este clar că, dacă abandonăm intervalele de timp strâns sincronizate pentru fiecare canal, va fi imposibil să se realizeze o sincronizare perfectă, dar cu cât dimensiunea pachetului este mai mică, cu atât este mai ușor să se realizeze acest lucru.
Pentru un pachet de 53 de octeți la o viteză de 155 Mbit/s, timpul de transmisie a cadrului către portul de ieșire este mai mic de 3 μs. Deci această întârziere nu este foarte semnificativă pentru traficul ale cărui pachete trebuie transmise la fiecare 125 μs.
Cu toate acestea, alegerea dimensiunii celulei a fost influențată mai mult nu de latența transmisiei celulei, ci de întârzierea de pachetare. Întârziere de pachetare- acesta este timpul în care prima măsurătoare de voce așteaptă momentul în care pachetul este în sfârșit format și trimis prin rețea. Cu o dimensiune a câmpului de date de 48 de octeți, o celulă ATM transportă de obicei 48 de mostre de voce, care sunt prelevate la intervale de 125 µs. Prin urmare, prima probă trebuie să aștepte aproximativ 6 ms înainte ca celula să fie trimisă prin rețea. Din acest motiv operatorii de telefonie au luptat pentru a reduce dimensiunea celulei, deoarece 6 ms reprezintă o întârziere apropiată de limita dincolo de care încep problemele de calitate a vocii. Alegând o dimensiune a celulei de 32 de octeți, întârzierea de pachetare ar fi de 4 ms, ceea ce ar garanta o calitate mai bună a transmisiei vocale. Și dorința specialiștilor în computere de a crește câmpul de date la 64 de octeți este destul de înțeles - acest lucru crește rata de transfer utilă a datelor. Redundanța datelor generale atunci când se utilizează un câmp de date de 48 de octeți este de 10%, iar atunci când se utilizează un câmp de date de 32 de octeți crește imediat la 16%.
Alegerea unei celule mici de dimensiune fixă pentru transmisia de date de orice tip nu rezolvă problema combinării traficului eterogen într-o singură rețea, ci creează doar premisele pentru rezolvarea acestuia. Pentru a rezolva pe deplin această problemă, tehnologia ATM atrage și dezvoltă idei comanda lățimii de bandăȘi calitatea serviciului, implementat în tehnologia frame relay. Dar dacă rețeaua frame relay a fost inițial destinată să transmită doar trafic computerizat în rafală (de aceea este atât de dificil pentru rețelele frame relay să standardizeze transmisia vocală), atunci dezvoltatorii tehnologiei ATM au analizat tot felul de modele de trafic create de diverse aplicații și au identificat 4 clase principale de trafic, pentru care au fost dezvoltate diverse mecanisme de rezervare și menținere a calității solicitate a serviciului.
Clasa de trafic (numită și clasă de servicii) caracterizează calitativ serviciile de transmisie de date necesare prin rețeaua ATM. Dacă aplicația indică rețelei că, de exemplu, este necesară transmiterea traficului vocal, atunci devine clar că astfel de indicatori de calitate ai serviciului, cum ar fi întârzierile și variațiile întârzierilor celulare, vor fi deosebit de importanți pentru utilizator, care afectează semnificativ calitatea. a informației transmise - voce sau imagine, iar pierderea unei singure celule cu mai multe măsurători nu este atât de importantă, deoarece, de exemplu, un dispozitiv de reproducere a vocii poate aproxima măsurătorile lipsă și calitatea nu va avea de suferit prea mult. Cerințele pentru sincronizarea datelor transmise sunt foarte importante pentru multe aplicații - nu numai voce, ci și video, iar prezența acestor cerințe a devenit primul criteriu de împărțire a traficului în clase.
Un alt parametru important de trafic care influențează semnificativ modul în care acesta este transmis prin rețea este magnitudinea ondulațiilor sale. Dezvoltatorii tehnologiei ATM au decis să evidențieze două tipuri variate trafic în raport cu acest parametru - trafic cu o rată de biți constantă (Constant Bit Rate, CBR) și trafic cu o rată de biți variabilă (Variable Bit Rate, VBR).
Traficul generat de aplicații care utilizează protocoale bazate pe conexiune și fără conexiune pentru mesagerie a fost clasificat în diferite clase. În primul caz, datele sunt transmise de aplicația în sine destul de fiabil, așa cum o fac de obicei protocoalele orientate spre conexiune, astfel încât nu este necesară o fiabilitate ridicată a transmisiei de la rețeaua ATM. Și în cel de-al doilea caz, aplicația funcționează fără a stabili o conexiune și nu restabilește datele pierdute și corupte, ceea ce impune cerințe crescute pentru fiabilitatea transmisiei celulelor prin rețeaua ATM.
Ca urmare, au fost identificate cinci clase de trafic, care diferă prin următoarele caracteristici calitative:
prezența sau absența pulsației de trafic, adică trafic CBR sau VBR;
cerința de sincronizare a datelor între părțile expeditoare și cele care primesc;
tipul de protocol care își transmite datele prin rețeaua ATM - bazat pe conexiune sau fără conexiune (numai în cazul transmiterii datelor pe computer).
Este evident că doar caracteristicile calitative specificate de clasa de trafic nu sunt suficiente pentru a descrie serviciile solicitate. În tehnologia ATM, pentru fiecare clasă de trafic, este definit un set de parametri cantitativi pe care trebuie să-i seteze aplicația. De exemplu, pentru traficul de clasa A, trebuie să specificați o viteză constantă la care aplicația va trimite date în rețea, iar pentru traficul de clasa B, trebuie să specificați viteza maximă posibilă, viteza medie și bătăile inimii maxime posibile. Pentru traficul vocal, nu numai că poate fi subliniată importanța sincronizării dintre emițător și receptor, dar și limitele superioare ale latenței și variațiile de întârziere a celulei pot fi cuantificate.
Tehnologia ATM acceptă următorul set de parametri cantitativi de bază:
Peak Cell Rate (PCR) - rata maximă de transfer de date;
Sustain Cell Rate (SCR) - rata medie de transfer de date;
Minimum Cell Rate (MCR) - rata minimă de transfer de date;
Maximum Burst Size (MBS) - dimensiunea maximă a ondulației;
Cell Loss Ratio (CLR) - proporția de celule pierdute;
Cell Transfer Delay (CTD) - întârziere de transfer celular;
Cell Delay Variation (CDV) - variație de întârziere celulară.
Parametrii de viteză sunt măsurați în celule pe secundă, dimensiunea maximă a ondulației este măsurată în celule, iar parametrii de sincronizare sunt măsurați în secunde. Dimensiunea maxima Ripple specifică numărul de celule pe care aplicația le poate transmite la rata maximă PCR dacă este specificată rata medie. Fracția de celule pierdute este raportul dintre celulele pierdute și numărul total de celule trimise printr-o conexiune virtuală dată. Deoarece conexiunile virtuale sunt duplex, pot fi specificate valori diferite ale parametrilor pentru fiecare direcție de conexiune.
Tehnologia ATM a adoptat o abordare nu în întregime tradițională a interpretării termenului „calitate a serviciului” - QoS. În mod obișnuit, calitatea serviciului de trafic este caracterizată de parametrii de debit (aici aceștia sunt RCR, SCR, MCR, MBS), parametrii de întârziere a pachetelor (CTD și CDV) și parametrii de fiabilitate a transmisiei de pachete (CLR). În ATM, sunt numite caracteristicile de debit parametrii de traficși nu le includeți printre parametrii de calitate Servicii QoS, deși în esență sunt. Singurii parametri QoS din ATM sunt parametrii CTD, CDV și CLR. Rețeaua încearcă să ofere un astfel de nivel de serviciu încât să fie menținute valorile necesare ale parametrilor de trafic, întârzierile celulelor și proporția de celule pierdute.
Acordul dintre aplicație și rețeaua ATM se numește contract de trafic. Principala sa diferență față de acordurile utilizate în rețelele frame relay este alegerea uneia dintre mai multe clase de trafic specifice, pentru care, împreună cu parametrii de trafic, pot fi specificați parametrii de întârziere a celulei, precum și un parametru de fiabilitate a livrării celulei. Într-o rețea frame relay, există o singură clasă de trafic și este caracterizată doar de parametrii de debit.
Trebuie subliniat faptul că specificarea numai a parametrilor de trafic (împreună cu parametrii QoS) adesea nu caracterizează pe deplin serviciul solicitat, prin urmare specificarea clasei de trafic este utilă pentru clarificarea naturii cerute a serviciului. a acestei conexiuni reţea.
În unele cazuri, specificul aplicației este de așa natură încât programul său nu poate fi clasificat într-una dintre cele patru clase standard. Prin urmare, pentru acest caz, a fost introdusă o altă clasă X, care nu are descrieri suplimentare, dar este complet determinată de parametrii cantitativi ai traficului și QoS care sunt specificați în contractul de trafic.
Dacă menținerea lățimii de bandă și a parametrilor QoS nu este critică pentru o aplicație, aceasta poate refuza setarea acestor parametri specificând atributul „Cel mai bun efort” în cererea de conectare. Acest tip de trafic se numește trafic cu o rată de biți nespecificată - Rată de biți nespecificată, UBR.
După încheierea unui contract de trafic care se referă la o anumită conexiune virtuală, în rețeaua ATM funcționează mai multe protocoale și servicii pentru a asigura calitatea cerută a serviciului. Pentru traficul UBR, rețeaua alocă resurse „așa cum sunt disponibile”, adică cele care sunt în prezent libere de utilizare de către conexiunile virtuale care au ordonat anumiți parametri de calitate a serviciului.
Tehnologia ATM a fost dezvoltată inițial pentru a suporta atât circuite virtuale permanente, cât și comutate (spre deosebire de tehnologia frame relay, pentru o lungă perioadă de timp nu acceptă circuite virtuale comutate). Negocierea automată a unui contract de trafic atunci când se stabilește o conexiune virtuală comutată este o sarcină foarte dificilă, deoarece comutatoarele ATM trebuie să determine dacă pot transporta ulterior traficul acestui circuit virtual împreună cu traficul altor circuite virtuale, astfel încât calitatea sunt îndeplinite cerințele de service ale fiecărui circuit.
Stiva de protocol ATM
Stiva de protocol ATM corespunde straturilor inferioare ale modelului ISO/OSI cu șapte straturi și include stratul de adaptare ATM, stratul ATM în sine și stratul fizic. Nu există o corespondență directă între nivelurile de protocol al tehnologiei ATM și nivelurile modelului OSI.
Nivel de adaptare AAL
Stratul de adaptare (ATM Adaptation Layer, AAL) este un set de protocoale AAL1-AAL5 care convertesc mesajele de protocol din straturile superioare ale rețelei ATM în celule ATM cu formatul necesar. Funcțiile acestor straturi corespund aproximativ cu funcțiile stratului de transport al modelului OSI, de exemplu, funcțiile protocoalelor TCP sau UDP. Protocoalele AAL, atunci când transmit trafic de utilizatori, funcționează numai la nodurile terminale ale rețelei, la fel ca protocoalele de transport ale majorității tehnologiilor.
Fiecare protocol AAL gestionează o anumită clasă de trafic de utilizator. În etapele inițiale ale standardizării, fiecare clasă de trafic corespundea propriului protocol AAL, care primea pachete de la protocolul de nivel superior la nodul final și ordona parametrii necesari de trafic și calitatea serviciului pentru un anumit canal virtual folosind protocolul corespunzător. . Odată cu dezvoltarea standardelor ATM, această corespondență unu-la-unu dintre clasele de trafic și protocoalele AAL a dispărut, iar astăzi este posibil să se utilizeze diferite protocoale AAL pentru aceeași clasă de trafic.
Nivelul de adaptare constă din mai multe subniveluri. Substratul inferior al AAL se numește substratul de segmentare și reasamblare (SAR). Această parte nu depinde de tipul de protocol AAL (și, în consecință, de clasa de trafic care este transmis) și este responsabilă de împărțirea (segmentarea) mesajului primit de AAL sau de protocolul de nivel superior în celule ATM, oferindu-le acestora antetul corespunzător și transmiterea acestuia la nivelul ATM pentru trimitere în rețea.
Substratul superior al AAL se numește substratul de convergență - Substratul de convergență, CS. Acest substrat depinde de clasa de trafic transmis. Protocolul de substrat de convergență rezolvă probleme precum, de exemplu, asigurarea sincronizării timpului între nodurile de expediere și recepție (pentru traficul care necesită o astfel de sincronizare), monitorizarea și posibila recuperare a erorilor de biți în informațiile utilizatorului, monitorizarea integrității pachetului de protocol transmis de computer ( X.25, releu cadru).
Protocoalele AAL folosesc informații de supraîncărcare din anteturile stratului AAL pentru a-și face munca. După ce primește celulele care sosesc prin legătura virtuală, substratul SAR al protocolului AAL colectează mesajul original trimis prin rețea (care, în general, a fost împărțit în mai multe celule ATM) folosind anteturi AAL, care sunt transparente pentru comutatoarele ATM deoarece se potrivesc în 48. -câmp de date pentru celule de biți, așa cum se potrivește unui protocol de nivel superior. După asamblarea mesajului original, protocolul AAL verifică câmpurile de serviciu ale antetului și trailerului cadrului AAL și, pe baza acestora, ia o decizie cu privire la corectitudinea informațiilor primite.
Niciunul dintre protocoalele AAL nu recuperează datele pierdute sau corupte la transmiterea datelor utilizatorului de la nodul final. Cel mai mult pe care protocolul AAL îl face este să notifice nodul final despre un astfel de eveniment. Acest lucru a fost făcut pentru a accelera funcționarea comutatoarelor de rețea ATM în speranța că cazurile de pierdere sau corupție a datelor vor fi rare. Recuperarea datelor pierdute (sau ignorarea acestui eveniment) este rezervată protocoalelor de nivel superior care nu sunt incluse în stiva de protocoale de tehnologie ATM.
AAL1 gestionează în mod obișnuit traficul CBR (Const Bit Rate) de clasă A, care este tipic pentru video digital și vorbire digitală, de exemplu, și este sensibil la întârzieri. Acest trafic este transmis prin rețelele de bancomate astfel încât să emuleze liniile digitale obișnuite închiriate. Antetul AAL1 ocupă 1 sau 2 octeți în câmpul de date al unei celule ATM, lăsând 47 sau, respectiv, 46 de octeți pentru transmiterea datelor utilizatorului. În antet, un octet este alocat pentru numerotarea celulelor, astfel încât partea de primire să poată judeca dacă toate celulele trimise au ajuns la el sau nu. La trimiterea traficului vocal se cunoaște marca temporală a fiecărui eșantion, deoarece acestea se succed cu un interval de 125 μs, deci dacă o celulă este pierdută, marca temporală a următorilor octeți de celulă poate fi ajustată, deplasându-l cu 125x46 μs. . Pierderea câțiva octeți de măsurători vocale nu este atât de rău, deoarece echipamentul de redare de pe partea de recepție netezește semnalul. Obiectivele protocolului AAL1 includ netezirea neuniformității sosirii celulelor de date la nodul destinație.
AAL2 a fost conceput pentru a transporta trafic de clasa B, dar pe măsură ce standardele au evoluat, a fost eliminat din stiva de protocoale ATM, iar astăzi traficul de clasă B este transportat folosind AAL1, AAL3/4 sau AAL5.
Protocolul AAL3/4 procesează traficul în rafală - întâlnit de obicei în rețelele locale - la o rată de biți variabilă (VBR). Acest trafic este procesat pentru a preveni pierderea celulelor, dar celulele pot fi întârziate de comutare. Protocolul AAL3/4 efectuează o procedură complexă de control al erorilor la transmiterea celulelor, numerotând fiecare parte componentă a mesajului original și furnizând fiecărei celule o sumă de control. Adevărat, dacă celulele sunt distorsionate sau pierdute, nivelul nu le restabilește, ci pur și simplu elimină întregul mesaj - adică toate celulele rămase, deoarece pentru traficul computerului sau vocea comprimată pierderea unei părți a datelor este o eroare fatală. Protocolul AAL3/4 a fost format ca urmare a fuziunii protocoalelor AAL3 și AAL4, care au oferit suport pentru traficul de computere bazat pe conexiune și, respectiv, fără conexiune. Cu toate acestea, datorită apropierii apropiate a formatelor de antet de serviciu și a logicii de operare utilizate, protocoalele AAL3 și AAL4 au fost ulterior combinate.
Protocolul AAL5 este o versiune simplificată a protocolului AAL4 și este mai rapid deoarece calculează suma de control nu pentru fiecare celulă de mesaj, ci pentru întregul mesaj original ca întreg și îl plasează în ultima celulă a mesajului. Protocolul AAL5 a fost dezvoltat inițial pentru transmiterea rețelelor frame relay, dar acum este cel mai des folosit pentru transmiterea oricărui trafic computerizat. Protocolul AAL5 poate suporta diverși parametri de calitate ai serviciului, cu excepția celor care țin de sincronizarea părților de trimitere și recepție. Prin urmare, este de obicei folosit pentru a suporta toate clasele de trafic de date computerizate, adică clasele C și D. Unii producători de echipamente folosesc protocolul AAL5 pentru a servi traficul CBR, lăsând sarcina de sincronizare a traficului protocoalelor de nivel superior.
Protocolul AAL5 funcționează nu numai în nodurile finale, ci și în comutatoarele de rețea ATM. Totuși, acolo îndeplinește funcții de serviciu care nu sunt legate de transferul datelor utilizatorului. În comutatoarele ATM, protocolul AAL5 acceptă protocoale de servicii de nivel superior care stabilesc conexiuni virtuale comutate.
Există o interfață definită între o aplicație care trebuie să trimită trafic printr-o rețea ATM și nivelul de adaptare AAL. Folosind această interfață, aplicația (protocol rețea de calculatoare, modul de digitizare voce) comandă serviciul necesar, determinând tipul de trafic, parametrii acestuia, precum și parametrii QoS. Tehnologia ATM permite două opțiuni pentru definirea parametrilor QoS: prima este setarea directă a acestora de către fiecare aplicație, a doua este alocarea lor implicită în funcție de tipul de trafic. Această din urmă metodă simplifică sarcina dezvoltatorului de aplicații, deoarece în acest caz alegerea valorilor maxime de întârziere a livrării celulelor și a variațiilor de întârziere este transferată pe umerii administratorului de rețea.
Astăzi, problemele de standardizare joacă un rol semnificativ pentru toate organizațiile. Problemele de standardizare a soluțiilor de rețea nu rămân la distanță de acest proces.
Standardele de rețea corporative fac posibilă asigurarea unei interacțiuni efective a tuturor stațiilor din rețea prin utilizarea unor versiuni software identice și același tip de configurație. Cu toate acestea, apar dificultăți semnificative la unificarea tehnologiei pentru accesul stațiilor de lucru la serviciul WAN, deoarece în acest caz datele sunt convertite din formatul token ring sau Ethernet în formate precum X.25 sau T1/E1. ATM asigură comunicarea între stații din aceeași rețea sau transmisie de date prin rețele WAN fără a schimba formatul celulei - tehnologia ATM este o soluție universală pentru rețele LAN și telecomunicații.
Nu există nicio îndoială că tehnologiile LAN de mare viteză sunt baza rețelelor moderne. ATM, FDDI și Fast Ethernet sunt principalele opțiuni pentru o rețea de viitor. Este evident că aplicațiile multimedia, sistemele de procesare a imaginilor, CAD/CAM, Internetul etc. necesită acces la rețea de bandă largă de la stațiile de lucru. Toate tehnologiile moderne oferă acces de mare viteză pentru stațiile de lucru, dar numai ATM asigură o comunicare eficientă între rețelele locale și WAN.
ATM - istorie și principii de bazăTehnologia ATM a fost considerată inițial doar ca o modalitate de a reduce costurile de telecomunicații, pur și simplu nu a fost luată în considerare posibilitatea utilizării într-un LAN. Majoritatea aplicațiilor de bandă largă prezintă trafic de explozie. Aplicațiile LAN client-server de înaltă performanță necesită rate de transfer ridicate atunci când sunt active și alteori folosesc o rețea mică sau deloc. În acest caz, sistemul este într-o stare activă (schimb de date) pentru un timp destul de scurt. Chiar și în cazurile în care utilizatorii nu au nevoie cu adevărat de lățimea de bandă furnizată de rețea, tehnologiile tradiționale LAN o alocă în continuare. În consecință, utilizatorii trebuie să plătească pentru lățimea de bandă în exces. Convertirea rețelelor distribuite în tehnologia ATM vă permite să scăpați de astfel de costuri inutile.
Comitetele de standarde au luat în considerare soluții pentru a oferi costuri reduse sisteme de bandă largă comunicații la începutul anilor 80. Important este că scopul acestei discuții a fost aplicarea principiilor comutării de pachete sau multiplexării statistice, care asigură transmisia de date atât de eficient, la sistemele de transmisie pentru alte tipuri de trafic. În loc să aloce resurse de rețea dedicate pentru fiecare conexiune, rețelele cu comutare de pachete alocă resurse pe bază de cerere (conexiuni de sesiune). Deoarece fiecărei conexiuni îi sunt alocate resurse doar pe durata utilizării efective, nu există probleme majore din cauza scăderii traficului.
Problema, totuși, este că multiplexarea statistică nu garantează alocarea lățimii de bandă pentru aplicații. Dacă mulți utilizatori doresc să utilizeze simultan resursele de rețea, este posibil ca unii pur și simplu să nu aibă suficientă lățime de bandă. Astfel, multiplexarea statistică, care este foarte eficientă pentru transmisia de date (unde nu este necesar să se asigure o întârziere redusă garantată), se dovedește a fi de puțin folos pentru sistemele în timp real (transmisie vocală sau video). Tehnologia ATM rezolvă această problemă.
Problema întârzierilor în multiplexarea statistică este asociată, în special, cu dimensiunea mare și variabilă a pachetelor de informații transmise prin rețea. Pachetele mici pot fi întârziate Informații importante datorită transmiterii unor pachete mari de date neimportante. Dacă un mic pachet întârziat se dovedește a fi parte dintr-un cuvânt dintr-o conversație telefonică sau o prezentare multimedia, efectul întârzierii poate fi destul de semnificativ și vizibil pentru utilizator. Din acest motiv, mulți experți consideră că multiplexarea statistică a cadrelor de date produce prea multă fluctuație de întârziere pentru a prezice timpul de livrare. Din acest punct de vedere, tehnologia de comutare de pachete este complet inacceptabilă pentru transmiterea de trafic precum voce sau video.
ATM rezolvă această problemă prin împărțirea oricărui tip de informații în celule mici de lungime fixă. O celulă ATM are o dimensiune de 53 de octeți, dintre care cinci sunt antetul, restul de 48 sunt informațiile în sine. În rețelele ATM, datele trebuie introduse sub formă de celule sau convertite în celule folosind funcții de adaptare. Rețelele ATM constau din comutatoare conectate prin trunchiuri ATM. Comutatoarele Edge, la care se conectează dispozitivele utilizatorului, oferă funcții de adaptare dacă ATM-ul nu este utilizat până la stațiile utilizatorului. Alte comutatoare situate în centrul rețelei asigură transferul de celule, separarea trunchiului și distribuția fluxului de date. La punctul de recepție, funcțiile de adaptare recuperează fluxul de date original din celule și îl transmit dispozitivului de recepție, așa cum se arată în Figura 4.1.
Figura 4.1 Adaptarea ATM
Transmiterea datelor în celule scurte permite ATM-ului să gestioneze eficient fluxurile diverse informatiiși oferă posibilitatea de a prioritiza traficul.
Să presupunem că două dispozitive trimit date printr-o rețea ATM care are o urgență diferită (de exemplu, voce și trafic LAN). În primul rând, fiecare expeditor împarte datele transmise în celule. Chiar și după ce datele de la unul dintre expeditori sunt primite în rețea, acestea pot fi intercalate cu informații mai urgente. Alternarea poate fi efectuată la nivelul celulelor întregi, iar dimensiunea redusă a acestora din urmă asigură o întârziere scurtă în orice caz. Această soluție vă permite să transmiteți trafic urgent, practic fără întârzieri, suspendând temporar transmiterea de informații care nu sunt critice pentru întârzieri. Drept urmare, ATM-ul poate transporta eficient toate tipurile de trafic.
Chiar și cu intercalarea și prioritizarea celulelor, rețelele ATM pot experimenta situații de saturație a capacității. Pentru a menține latența minimă chiar și în astfel de cazuri, ATM-ul se poate arunca celule individuale când este saturată. Implementarea strategiei de eliminare a celulelor depinde de producătorul echipamentului ATM, dar în general este obișnuită să se arunce celulele cu prioritate scăzută (cum ar fi datele) pentru care este suficient să se retransmită pur și simplu fără a pierde informații. Comutatoarele ATM avansate pot, atunci când aruncați celulele care fac parte din pachet mare, asigurați-vă că celulele rămase din acest pachet sunt, de asemenea, aruncate - această abordare ne permite să reducem și mai mult nivelul de saturație și să scăpăm de cantitatea excesivă de retransmisie. Reguli pentru eliminarea celulelor, întârzierea datelor etc. sunt determinate de un set de parametri numiti Quality of Service sau QoS. Aplicațiile diferite necesită niveluri diferite de QoS, iar ATM-ul poate oferi acest nivel.
Din moment ce cei care vin din surse diferite Celulele pot conține voce, date și video, iar controlul independent este necesar pentru a transporta toate tipurile de trafic. Pentru a rezolva această problemă, se folosește conceptul de dispozitive virtuale. Un dispozitiv virtual este un set conectat de resurse de rețea care arată ca o conexiune reală între utilizatori, dar este de fapt un echipament partajat de mulți utilizatori. Pentru a face comunicațiile utilizatorilor cu rețelele ATM cât mai eficiente posibil, dispozitivele virtuale includ echipamentele utilizatorului, dispozitivele de acces la rețea și rețeaua ATM în sine.
În antetul ATM, un circuit virtual este desemnat printr-o combinație de două câmpuri - VPI (Virtual Path Identifier) și VCI (Virtual Circuit Identifier. O cale virtuală este utilizată în cazurile în care 2 utilizatori ATM au propriile comutatoare la fiecare capăt. a căii și, prin urmare, își poate organiza și menține conexiunile virtuale. O cale virtuală seamănă cu un canal care conține multe cabluri, de-a lungul fiecăruia poate fi organizată o conexiune virtuală.
Deoarece dispozitivele virtuale sunt similare cu dispozitivele reale, ele pot fi, de asemenea, „dedicate” sau „comutate”. În rețelele de bancomate, conexiunile „dedicate” se numesc dispozitive virtuale permanente (PVC), create prin acord între utilizator și operator (similar cu un dispozitiv dedicat linie telefonică). Conexiunile dialup ATM folosesc dispozitive virtuale comutate (SVC), care sunt stabilite prin transfer semnale specialeîntre utilizator și rețea. Protocolul folosit de ATM pentru a gestiona dispozitivele virtuale este similar cu protocolul ISDN. Opțiunea pentru ISDN este descrisă în standardul Q.931, ATM - în Q.2931.
Dispozitivele virtuale ATM sunt suportate de multiplexarea traficului, ceea ce reduce semnificativ costurile de organizare și întreținere a rețelelor principale. Dacă unul dintre dispozitivele virtuale are niveluri scăzute de trafic, celălalt dispozitiv poate folosi o parte din capacitatea liberă. Acest lucru are ca rezultat niveluri ridicate de eficiență a lățimii de bandă ATM și prețuri mai mici. Celulele mici, cu lungime fixă, permit rețelelor ATM să ofere transmisie rapidă a traficului critic pentru latență (cum ar fi vocea). În plus, dimensiunea fixă a celulei oferă practic o latență constantă, permițând emularea dispozitivelor T1E1 cu rată fixă. De fapt, ATM-ul poate emula toate tipurile de servicii care există astăzi și oferă servicii noi. ATM oferă mai multe clase de servicii, fiecare cu specificația QoS proprie.
Cea mai mare parte a traficului transmis prin Rețelele de bancomate folosește clasa de serviciu C, X sau Y. Clasa C definește parametrii QoS (calitatea serviciului) pentru latența și probabilitatea de scădere, dar solicită utilizatorului să gestioneze cu atenție traficul pentru a evita saturația rețelei. Traficul de clasa X oferă utilizatorului mai multă libertate, dar este posibil să nu ofere performanțe consistente. Clasa Y, numită și „Available Bit Rate” (ABR), permite utilizatorului și rețelei să stabilească împreună rata pe baza unei evaluări a nevoilor utilizatorului și a capacităților rețelei.
ATM ca tehnologie LANTehnologia ATM a fost creată inițial ca parte a serviciului „Broadband ISDN” sub auspiciile CCITT (acum ITU). Cu toate acestea, capabilitățile ATM pot fi utilizate eficient în rețelele locale.
Rețelele mari de astăzi sunt folosite pentru a transmite o mare varietate de tipuri de date, inclusiv imagini, audio, CAD/CAM etc. În ciuda faptului că majoritatea aplicațiilor de calculator sunt utilizate de ceva timp, capacitățile computerelor desktop moderne ne permit să adoptăm o nouă abordare a organizării muncii. Cu toate acestea, creșterea capacităților de computer desktop depășește semnificativ expansiunea oportunități de creare de rețele(în special, lățimea de bandă a rețelei).
Să luăm ca exemplu sistemele de publicare, în care mulți oameni pot lucra cu un set de date în același timp. Imaginați-vă procesul de pregătire a unei pagini de ziar pentru publicare. editorii lucrează pe o parte a paginii, corectorii revizuiesc textul, designerii plasează material pe pagină - și toate acestea se întâmplă în același timp. Să nu uităm că imprimarea de înaltă calitate necesită utilizarea fișierelor grafice de sute de megaocteți. Rețelele tradiționale oferă acces partajat la astfel de fișiere, dar din cauza lățimii de bandă limitate, accesul la un fișier de câteva sute de megaocteți situat pe alt computer nu va fi deloc rapid. ATM 25 permite utilizatorilor să organizeze canale de acces cu o lățime de bandă de 25 Mbit/s pentru a lucra cu servere. Această soluție elimină întârzierile și vă permite să pregătiți publicații mult mai rapid.
Beneficiile ATM nu se limitează la piața verticală. Astăzi, organizațiile își pot conecta serverele corporative prin intermediul ATM-urilor. Ne putem aștepta la o utilizare destul de răspândită a ATM-urilor în computerele desktop atunci când utilizatorii lucrează cu volume mari date sau folosind aplicații critice pentru latență.
Factorul economic joacă un rol important în extinderea utilizării tehnologiilor ATM. Astăzi, majoritatea oamenilor folosesc atât un telefon, cât și un computer în munca lor. Pe parcursul mai multor ani, schimbul de date multimedia (clipuri), utilizarea videoconferințelor etc. se va extinde semnificativ. Tehnologia ISDN vă permite să rezolvați astfel de probleme. Cu toate acestea, acest lucru va necesita instalarea echipamentelor ISDN pe fiecare computer. Este posibil ca sistemele de cabluri telefonice și de rețea să nu se potrivească complet, ceea ce crește și mai mult complexitatea acestei soluții. Utilizarea unei soluții bazate pe ISDN va avea ca rezultat în mod necesar sisteme de cablare paralelă pentru LAN și telefonie, fiecare computer fiind conectat la ambele sisteme. De asemenea, este necesar să se țină cont cabluri TV, care trebuie, de asemenea, aranjate din cauza utilizării tot mai mari a aplicațiilor video desktop. Un astfel de sistem de cablare ar fi foarte complex și ar fi costisitor de instalat și întreținut. Trecerea la utilizarea tehnologiei ATM în rețelele locale vă permite să vă descurcați cu un sistem de cablu și un adaptor în computer, ceea ce nu poate decât să conducă la o reducere semnificativă a costurilor.
ATM nu numai că vă permite să organizați o rețea LAN, dar poate oferi și transmiterea traficului de voce și video. Această soluție permite utilizarea sistemelor de videoconferință desktop și a aplicațiilor multimedia.
De fapt, utilizarea ATM-ului oferă multe beneficii simultan. În primul rând, viteza mare de acces pentru preț rezonabil, în al doilea rând, posibilitatea organizării autostrăzilor compacte pe bază de ATM (colapsed backbone). În cele din urmă, această arhitectură oferă îmbunătățiri end-to-end în eficiența resurselor rețelei.
Utilizatorii care se gândesc să folosească ATM-ul în viitor trebuie să utilizeze astăzi dispozitive compatibile cu ATM - altfel, tranziția poate fi prea costisitoare și consumatoare de timp. Vom analiza această problemă mai detaliat în secțiunea următoare.
ATM ca infrastructură modernăDacă dispozitivele virtuale seamănă cu cele reale, ATM-ul poate fi ușor adaptat aplicatii curente prin simpla înlocuire a liniilor închiriate sau formate cu dispozitive ATM virtuale. De fapt, această metodă, împreună cu trecerea la ATM în coloana vertebrală a rețelei, este primul pas cel mai evident.
Figurile 4.2, 4.3 și 4.4 arată un site tipic de utilizator cu dispozitive care generează diferite tipuri de trafic (voce, video, date). Aceste trei tipuri de trafic pot fi transportate folosind serviciul ATM în cele trei moduri prezentate în figuri.
1. Vocea, datele și video sunt convertite în celule ATM în rețeaua operatorului folosind funcțiile de adaptare ATM. Operatorul va implementa toate funcțiile de acces și transmisie, iar fiecare dispozitiv va necesita o linie de acces separată la rețeaua ATM.
Figura 4.2 Conversia la ATM este efectuată de operator
2. Dispozitivele LAN, de voce și video sunt conectate la comutatorul ATM local pentru a converti traficul în celule. Pentru a accesa rețeaua operatorului, se folosește o linie care transmite toate fluxurile de trafic simultan (ca dispozitive virtuale). Rețeaua operatorului asigură rutarea traficului. Această soluție este mai economică și poate fi folosită pentru a organiza „rețele private ATM” pentru utilizatorii care au acces la un serviciu ATM sau doresc să-și creeze propria rețea distribuită bazată pe ATM. Rețineți că un comutator ATM situat în rețeaua utilizatorului poate aparține operatorului și poate fi întreținut de acesta.
Figura 4.3 Conversia la ATM se realizează la utilizator
3. Dispozitivele sunt echipate cu propriile interfețe ATM. Un singur dispozitiv de acces vă permite să combinați tot traficul utilizatorului într-un singur trunchi conectat la rețeaua operatorului. În acest caz, echipamentul ATM al utilizatorului este instalat pe partea utilizatorului, care poate fi folosit pentru a organiza trunchiuri LAN sau pentru a conecta stații desktop.
Figura 4.4 Rețea bazată pe ATM
Apariția rapidă a interfețelor ATM în echipamentele telefonice și video nu pare probabilă, așa că implementarea celei de-a treia opțiuni de conectare la rețea nu va deveni dominantă în următorii ani. De fapt, rata la care fiecare dintre aceste opțiuni se va răspândi va fi determinată de rata de scădere a prețurilor la echipamente și servicii de la operatorii de rețele ATM. Lipsa unui management eficient al acestor procese creează un anumit haos și nu ne permite să anticipăm în mod fiabil perspectivele unui anumit serviciu ATM.
Standardul care definește interfața dintre operatorii ATM și utilizatori se numește Public User Network Interface sau Public UNI. Această interfață este definită pentru diferite viteze. Primele servicii ATM au fost oferite în primul rând la viteze T3 (45 Mbps). În prezent, mulți operatori oferă viteze de 155 Mbit/s și mai mari, dar o astfel de bandă nu este de obicei cerută de utilizatori, iar costul unor astfel de servicii este foarte mare. Pentru majoritatea utilizatorilor care intenționează să ofere acces la bancomate sau să creeze o rețea privată de bancomate, principala problemă este costul echipamentului.
Forumul ATM este o organizație a producătorilor și utilizatorilor de echipamente ATM care lucrează pentru dezvoltarea standardelor și asigurarea interoperabilității echipamentelor. În cele din urmă, acest lucru nu poate decât să conducă la prețuri mai mici. Pe lângă asigurarea interoperabilității ATM, se lucrează mult pentru implementarea ATM-ului la viteze mai mici decât T3. Există mai multe opțiuni aici:
Testarea acestor opțiuni arată că acestea sunt, în general, potrivite pentru sistemele de schimb de date. Motivul pentru aceasta este că tehnologia ATM acceptă efectiv traficul în rafală. sisteme moderne transmisie de date (LAN). După cum s-a menționat mai sus, ATM poate fi utilizat pur și simplu pentru a înlocui liniile închiriate în astfel de rețele, oferind comutare LAN suportată de ATM UNI.
Înlocuirea liniilor închiriate cu sisteme ATM vă permite să organizați rețelele mai eficient. Rețineți că dispozitivele virtuale ATM sunt folosite pentru a organiza sisteme cu mai multe conexiuni care permit ca traficul să fie livrat direct către destinatar. Astăzi, dorința utilizatorilor de a utiliza sisteme mesh bazate pe ATM pentru a-și conecta rețelele este determinată în mare măsură de prețurile oferite de operatori pentru servicii. Dacă un operator taxează pe dispozitiv virtual ATM UNI mai degrabă decât pe trafic total, costul instalării unei rețele mesh poate fi prohibitiv. Desigur, într-o coloană vertebrală a unui bancomat de campus, costul lățimii de bandă într-un sistem mesh va fi incomparabil mai mic. Suportul pentru multiconectivitate necesită doar instalarea de elemente suplimentare conexiuni fizice(cabluri) și instalarea de porturi trunchi mai rapide în comutatoare. Aceste costuri suplimentare sunt destul de mici în comparație cu costul total al rețelei.
Figura 4.5 Rețea mesh
Într-o rețea de ATM-uri cu plasă pentru toată lumea, există mai puține hopuri, reducând performanța și introducând latență și congestie suplimentare. Această soluție oferă o creștere semnificativă a stabilității aplicației. Mai mult, fiecare comutator este vecin cu toate celelalte comutatoare și este conectat direct la acestea. Acest lucru simplifică sarcina de a determina în mod dinamic o rută pentru protocoalele de rutare precum RIP, utilizate de TCP/IP sau NetWare, OSPF sau IS-IS. Aceste protocoale generează adesea trafic semnificativ și pot încetini în mod semnificativ rețeaua la schimbul de date de configurare (interval de abordare sau de convergență).
Dacă există o modalitate de a transmite un „număr de telefon” ATM la un punct dintr-o rețea ATM publică care este rezonabil de aproape de utilizatorii unei rețele LAN tradiționale, cât de aproape se poate ajunge de utilizatori? Cea mai apropiată stație pregătită pentru ATM-ul de astăzi este un comutator. Acesta ar putea fi comutatorul principal al unui utilizator, un comutator grup de lucru sau chiar un computer desktop cu un adaptor ATM. În acest caz, ATM este folosit ca arhitectură universală pentru comunicații, oferind comunicații între sisteme desktop împreună cu și, în unele cazuri, în locul tehnologiilor LAN tradiționale. Aceasta este cea mai interesantă, dar și cea mai controversată parte a aplicațiilor ATM.
Paradigma ATM-ului end-to-end pentru rețeleATM-ul de la stațiile desktop are mai multe avantaje. În primul rând, capacitatea ATM-ului de a garanta calitatea serviciului (QoS) pentru aplicații permite transmiterea end-to-end a traficului critic pentru latență, cum ar fi video sau voce. Ca tehnologie de comunicații de date, ATM nu poate doar să susțină „aplicațiile de mâine”, ci și să facă față în mod eficient provocărilor de astăzi. Utilizatorii pun două întrebări principale - cum se vor forma rețelele distribuite bazate pe ATM și ce pași trebuie să fie luați pentru a fi pregătiți pentru tranziție? Există trei opțiuni diferite pentru încorporarea ATM-ului în arhitectură interconectare pentru aplicații moderne și viitoare:
Deoarece utilizarea ATM începe de obicei cu câteva stații care necesită aplicații multimedia, este necesar să se asigure emularea protocoalelor LAN tradiționale în rețelele ATM. Acest lucru permite o interoperabilitate fiabilă între noile stații bazate pe ATM și rețelele LAN tradiționale. Pentru emularea LAN în sistemele bazate pe ATM (emulație ATM LAN), sunt propuse două opțiuni - ATM Forum LAN Emulation (LANE) și RFC 1577. Când vorbim despre emulare aici, ne referim la ambele opțiuni.
Atât LANE, cât și RFC 1577 se bazează pe presupunerea că utilizatorii ATM folosesc adaptoare care acceptă interfața ATM UNI. Deoarece această interfață este situată pe partea utilizatorului, uneori este numită „Private UNI”; Există un set de standarde care definesc această interfață. Există standarde private UNI pentru viteze de 25 Mbps (cupru), 100 Mbps (fibră) și 155 Mbps (cupru și fibră). Ambele standarde de emulare LAN presupun, de asemenea, că utilizatorii sunt conectați la un comutator ATM. Unele comutatoare ATM acceptă și alte tipuri de stații (non-ATM). Astfel de comutatoare asigură interacțiunea între rețelele LAN Ethernet și token ring-urile și rețelele ATM. Switch-urile acceptă și porturi ATM (pentru conectarea stațiilor și serverelor) și trunchiuri (pentru conectarea comutatoarelor ATM sau conectarea la comutatoarele backbone). Interfața dintre comutatoare se bazează pe UNI, dar include în plus mesaje speciale pentru rutare și gestionarea stării rutei. Forumul ATM numește această interfață Private Network-to-Network Interface sau P-NNI.
Emularea LAN în toate variantele constă din două părți software - funcțiile client sunt utilizate pe sistemele terminale conectate la LAN emulat, iar funcțiile server sunt implementate în fiecare grup de stații client. Un grup de clienți și serverul asociat cu acesta se numesc LAN emulat (Emulated LAN sau ELAN).
Protocoalele LAN sunt multistratificate și, prin urmare, orice standard care oferă interoperabilitate între rețelele LAN tradiționale și ATM trebuie să ofere suport pentru straturile corespunzătoare. În acest sens, standardele existente de emulare LAN diferă semnificativ. ATM LANE (standardul ATM Forum) este conceput pentru a emula protocoale de nivel de legătură de date (MAC/LLC). Deoarece acest protocol ocupă cel mai scăzut nivel pentru o rețea LAN, LANE poate fi utilizat cu toate protocoale LAN straturi superioare, inclusiv TCP/IP, NetWare SPX/IPX, IBM SNA/LLC2. RFC 1577, pe de altă parte, operează la nivelul rețelei (nivelul 3) și vizează protocolul TCP/IP.
Ambele opțiuni de emulare LAN sunt similare în principii de funcționare, în ciuda diferenței de niveluri. La configurarea unei rețele LAN ATM, sistemele client încearcă să contacteze serverul și să înregistreze informații despre adresă, care conține adresa ATM, precum și adresele de nivel de legătură și de rețea. Serverul construiește un catalog de informații despre adrese pentru utilizare ulterioară. Odată ce înregistrarea este finalizată, clienții și serverele intră în modul de așteptare pentru traficul utilizatorilor.
Programele utilizator care rulează pe client și sisteme server, funcționează într-un mediu de emulare LAN ca în mod tradițional convențional rețele localeși numai driverele de comunicație de nivel inferior sunt asociate cu ATM. Atunci când un program generează un mesaj, mesajul este transmis în stiva de protocoale către programele ATM, ajungând sub forma unei datagrame sau a unui mesaj fără conexiune la Layer 2 (link) sau Layer 3 (rețea), în funcție de modul în care este emulată LAN. . Programele ATM trebuie să ofere emulare LAN.
În cazul în care există un dispozitiv virtual între expeditor și destinatar, datagramele pot fi pur și simplu plasate în acel dispozitiv virtual și transmise destinatarului în forma sa originală (datagrama) pentru procesare la stația destinatară de către programele ATM și aplicația. De fapt, fiecare client ATM menține un tabel de adrese de nivel de legătură și de rețea, precum și identificatori de dispozitiv virtual ATM (VPI/VCI). Dacă adresa de destinație este găsită în tabel, datagrama este trimisă către dispozitivul virtual corespunzător. Problema apare atunci când adresa destinatarului nu este găsită - în acest caz, intră în joc serverul de emulare LAN.
Un sistem client care nu are un dispozitiv virtual ATM trebuie să organizeze unul, dar datagrama este un mesaj LAN și nu conține adresa ATM-ului de destinație. Pentru a obține această adresă, clientul trimite un mesaj către serverul său, specificând destinatarul datagramei folosind adresa de rețea și/sau strat de legăturăși solicitarea adresei ATM corespunzătoare. Serverul furnizează adresa, după care clientul stabilește o conexiune dial-up ATM SVC cu destinația, către care este direcționat fluxul de datagramă.
Serverul oferă, de asemenea, suport pentru traficul broadcast și necunoscut pentru clienții care trimit datagrame broadcast și multicast() În astfel de cazuri, serverul transmite datagramele primite către toți clienții înregistrați pentru a trimite datagrame destinatarilor pentru care nu s-au obținut încă adrese ATM.
Dispozitivele LAN tradiționale trebuie să comunice cu stațiile ATM care rulează pe rețele LAN emulate; Switch-urile oferă funcții client proxy în numele stațiilor tradiționale LAN (non-ATM). În acest caz, stația ATM care apelează stația LAN va primi adresa clientului proxy de la server și va organiza un SVC la această adresă. În acest caz, clientul proxy va juca rolul unui bridge sau router pentru transmiterea de datagrame către stația dorită. În practică, această utilizare a emulării este predominantă, deoarece majoritatea stațiilor desktop încă folosesc Ethernet sau token ring.
Aceasta poate părea ca o încercare de a crea o rețea „plată” la nivel mondial, dar nu este. RFC 1577 stabilește o limită pentru dimensiunea domeniilor de emulare LAN - nu mai mult de o subrețea IP per domeniu. ATM Forum LANE nu conține o astfel de limitare, dar dimensiunea practică a domeniului este stabilită de numărul de mesaje multicast generate (pe măsură ce acest număr crește, încărcarea pe server și pe clienți crește). În realitate, LANE este o punte, iar traficul de difuzare și multicast este întotdeauna factorul limitator pentru rețelele cu punte.
Cum se conectează domeniile LAN emulate între ele? Cel mai bun mod este să utilizați comutatoare LAN. Deoarece comutatorul poate gestiona simultan datagramele ATM LANE și LAN tradiționale, poate oferi conectivitate peste domenii emulate (ca subrețele IP sau segmente LAN).
Problema apare atunci când utilizați routere pentru a conecta dispozitive ATM care rulează aplicații multimedia. Routerele, ca dispozitive fără conexiune, nu pot oferi garanțiile de calitate a serviciului (QoS) oferite de comutatoarele ATM. Astfel, un router între două stații ATM limitează semnificativ capacitățile de comunicare între aceste stații (la nivelul stațiilor LAN tradiționale). Soluțiile bazate pe comutatoare vă permit să mențineți flexibilitatea și viteza ATM-ului.
Conexiunile ATM naturale necesită o cale comutată între destinație și expeditor. Dacă ambele dispozitive sunt conectate la același comutator, nu există nicio problemă. De asemenea, este ușor să organizați comunicarea între dispozitive folosind serviciile aceluiași operator sau comutatoare de la același producător. Când conectați dispozitive într-un mediu multi-hardware, poate fi necesar să utilizați PNNI pentru a conecta două sau mai multe comutatoare ATM și atunci când conexiunea ATM este printr-o rețea WAN (Wide Area Network).
Există trei opțiuni pentru organizarea conexiunilor „adevărate” la ATM-uri într-o rețea distribuită:
În primele două opțiuni, comutatoarele ATM sunt deținute de utilizator și trebuie să efectueze toate operațiunile de traducere a adreselor (adresele logice cunoscute de aplicații sunt convertite în adrese reale ATM). Ultima opțiune poate necesita traducerea adresei de către operator sau, de către macar, utilizarea unei arhitecturi care suportă conexiuni între rețelele private și cele publice. O astfel de arhitectură este furnizată de protocolul NHRP (Next Hop Routing) propus de IETF. Deoarece elemente ale protocolului NHRP sunt incluse în arhitectura de baza ATM Forum MPOA standard, este clar că MPOA va sprijini gestionarea adreselor în rețelele ATM mari conectate la sistemele publice.
Pe termen lung, ATM-ul are potențialul de a înlocui complet tehnologiile LAN și sistemele de internetworking așa cum există astăzi. Ca rezultat, rețelele bazate pe comutatoare vor fi mult mai flexibile decât rețelele LAN interconectate. Costul unor astfel de soluții poate fi, de asemenea, mai mic. Mulți utilizatori cred în promisiunea ATM-ului și chiar în inevitabilitatea succesului acestei tehnologii. Cu toate acestea, trecerea la utilizarea ATM-ului este îngreunată de prețurile ridicate pentru echipamente și de complexitatea utilizării acestuia.
EvoluţieMajoritatea organizațiilor se încadrează în una dintre cele trei categorii în ceea ce privește perspectivele lor de a utiliza ATM:
Pentru orice companie, prima regulă a evoluției ATM este prevenirea pierderii fondurilor investite în faza de evaluare a tehnologiei ATM. Aceasta înseamnă că atunci când achiziționați echipamente de rețea astăzi, trebuie să țineți cont de posibilitatea de a utiliza acest echipament într-o viitoare rețea bazată pe ATM. Dacă trebuie să aruncați echipamentul achiziționat astăzi, este mai bine să căutați imediat o altă soluție.
Această regulă se manifestă cel mai clar la alegere comutatoare de rețea. Dispozitivele achiziționate astăzi trebuie să poată fi utilizate în sisteme bazate pe ATM. Cerința minimă este capacitatea de a utiliza trunchiuri ATM pentru comunicarea între comutatoare. De asemenea, este recomandabil să aveți un port (sau slot pentru instalarea acestuia) în comutator care vă permite să conectați pe viitor stații desktop cu o interfață ATM. Routerele, până când se găsește o soluție mai eficientă pentru ATM, ar trebui folosite ca dispozitive de vârf care oferă posibilitatea de a conecta dispozitive LAN tradiționale la rețelele ATM. Cel puțin, astfel de dispozitive trebuie să aibă o interfață client proxy de emulare LAN.
Organizațiile cu strategie „defensivă”, notate în categoria a treia, pot considera prezența unui port trunk ATM în switch suficientă pentru perspectivele imediate de utilizare a ATM-ului (nu îl vom folosi, dar îl vom lua pentru orice eventualitate).
Companiile care plănuiesc ca ATM să joace un rol cheie în rețeaua lor ar trebui să selecteze comutatoare cu porturi ATM pentru conectarea stațiilor desktop. ATM oferă o gamă largă de viteze pentru conectarea stațiilor desktop - de la 25 la 155 Mbit/s. ATM25 funcționează cu sisteme de cablu de Categoria 3 - 5 și poate fi utilizat în locul token ring-ului sau 10BaseT pentru stații cu nivel inalt cereri de rețea.
Reducerea prețului echipamentelor ATM pentru stațiile desktop este importantă deoarece astăzi nu există multe aplicații care să nu se poată face fără capabilitățile ATM. Cel mai probabil, utilizatorii stațiilor ATM timpurii vor lucra cu una dintre opțiunile de emulare LAN discutate mai sus, iar majoritatea aplicațiilor vor folosi mai degrabă emularea decât API-urile ATM naturale. Adaptoarele ATM și tehnologiile de comutare trebuie să satisfacă nevoile utilizatorilor în decurs de 5 până la 8 ani, iar ritmul cu care tehnologiile LAN tradiționale sunt eliminate treptat va fi determinat în mare măsură de ritmul în care aplicațiile video se extind.
Înțelegerea faptului că majoritatea utilizatorilor nu rulează aplicații care necesită capabilități ATM acționează adesea ca o barieră în adoptarea ATM-ului, deoarece nimeni nu dorește să cheltuiască bani pentru achiziționarea de capabilități neutilizate. Utilizarea ATM-ului numai la unele stații va elimina costurile inutile pentru upgrade-urile rețelei.
Dacă vă așteptați să începeți să utilizați ATM-urile în stațiile desktop în următorii doi ani, trebuie să alegeți comutatoare având în vedere acest lucru. Switch-urile trebuie să aibă porturi pentru conectarea stațiilor și porturi trunk de 155 și 622 Mbit/s pentru conectarea switch-urilor. Porturile ATM trebuie să accepte emularea LAN. De asemenea, este important să se acorde atenție perspectivelor de implementare a suportului pentru protocoale precum RFC 1577 și MPOA în comutatoare. în sfârșit, interfața trunchiului pentru comunicarea cu alte comutatoare trebuie să suporte standardul PNNI.
Dacă un operator de bancomat oferă serviciile sale la prețuri rezonabile sau dacă organizația dvs. intenționează să instaleze propria coloană a ATM-ului, ar trebui să vă evaluați nevoile înainte de a cumpăra echipamente ATM. Rămâne să răspund la întrebarea „Ce tip de serviciu ATM ar trebui să folosesc?”
Sistemele ATM publice sau private vor suporta în mod normal conectarea dispozitivelor frame relay prin convertoare speciale (ATM DSU/CSU). Dacă acordul dvs. cu operatorul ATM necesită achiziționarea unui astfel de echipament pentru a conecta alte surse de trafic la ATM, poate fi mai eficient să implementați serviciul de retransmisie cadru pe comutatoarele existente și să le conectați la ATM prin dispozitive edge.
Dacă trebuie să cumpărați dispozitive suplimentare pentru a conecta dispozitivele de interconectare a rețelei (cum ar fi routerele) la ATM, ar fi mai bine să cumpărați o interfață ATM pentru comutator. Această interfață poate fi folosită chiar și după trecerea la ATM, în timp ce dispozitivele DSU/CSU vor deveni pur și simplu inutile după o astfel de tranziție. Există trei opțiuni pentru conectarea ATM-urilor la comutatoare:
Cu orice opțiune de trecere la ATM, prima sarcină care apare este organizarea autostrăzilor. Organizarea coloanelor vertebrale compacte (coloana vertebrală prăbușită) fără a utiliza tehnologia ATM în acest caz va fi o decizie foarte riscantă. Când treceți la ATM, tehnologiile de bază trebuie schimbate mai întâi. Cel mai important pas în migrarea la ATM va fi primul pas de la comutarea LAN tradițională. În sistemele de comutare LAN fără trunchiuri ATM, trunchiurile nu folosesc tehnologii ATM și, prin urmare, modernizarea trunchiurilor va fi un pas destul de riscant. În mod ideal, comutatoarele LAN ar trebui să accepte ATM și alte tipuri de trunchiuri (de exemplu, FDDI).
Tranziția aplicațiilor la ATM se va face treptat. Pe stațiile desktop, ATM-ul va fi utilizat inițial pentru a emula o rețea LAN și a rula o serie de aplicații LAN tradiționale. Pe măsură ce infrastructura ATM se extinde, va fi posibilă conectarea grupuri mari utilizatorii în rețelele de bancomate „pure”. Acest lucru vă va permite să utilizați aplicații speciale concepute pentru calitatea serviciului ATM (video, multimedia etc.) sau să simplificați lucrul cu fluxurile de date tradiționale datorită performanței mai ridicate a ATM-ului.
ATM-ul, așa cum este implementat, va face rețeaua companiei mai armonioasă - mai întâi la nivelul coloanei vertebrale și apoi pentru sistemele desktop. Tranziția completă la ATM va fi probabil determinată de ritmul reducerilor de preț pentru porturile și adaptoarele desktop, precum și de implementarea suportului pentru capabilități în programele de aplicație. Folosirea unei singure tehnologii pentru a organiza coloana vertebrală, conectarea stațiilor desktop și a rețelelor distribuite poate oferi în cele din urmă economii semnificative.
Pe termen lung, ATM-ul ar trebui să devină o arhitectură unificată pentru comunicațiile intra-corporate și inter-corporate. Dispozitivele virtuale comutate utilizate de sistemele desktop pot fi extinse pentru a suporta conexiuni SVC de către operatorii de rețele publice, făcând ATM-ul o tehnologie de rețea multimedia universală. Protocoale precum NHRP sunt un mijloc de furnizare a comunicațiilor universale, dar eventuala suită de protocoale ATM pentru multimedia se va baza probabil pe servicii de directoare.
Gradul de impact al comunicațiilor multimedia universale asupra afacerilor este destul de greu de prevăzut, având în vedere lipsa acesteia opțiuni alternative. Fără îndoială, ATM-ul va juca un rol semnificativ în comerț, asistență medicală și educație prin sistemele de diseminare a informațiilor. Sistemele ATM se bazează pe o tehnologie de multiplexare rentabilă pentru a depăși barierele asociate cu natura de rupere a traficului în multe aplicații.
Având în vedere toate aceste influențe, tehnologia ATM rămâne o implementare atractivă și este clar că mulți utilizatori vor fi pregătiți să migreze la ATM în viitorul apropiat. Aceasta înseamnă că organizația dumneavoastră poate începe rapid cu ATM-ul și poate extinde utilizarea tehnologiei pentru a îmbunătăți eficiența operațională.
Informațiile tehnice conținute în acest document pot fi modificate fără notificare.
© 1997 Xylan Corporation.
Traducere în rusă © 1998, BiLiM Systems Ltd.
Cu toate acestea, dezvoltarea Broadband ISDN (BISDN) a condus la crearea unei metode de transmisie care a fost puternic diferită de Narrowband ISDN (NISDN), cunoscută sub numele de Asynchronous Transfer Mode.
ATM combină capacitățile a două tehnologii - comutarea de pachete și comutarea circuitelor. ATM convertește toate tipurile de încărcare într-un flux de celule (celulă) cu lungimea de 53 de octeți. După cum se arată în Fig. 10.1, celula este formată din 48 de octeți încărcătură utilăși 5 octeți antet, care permite transmiterea acestei celule prin rețea.
Metoda ATM este axată pe conectarea la o metodă de comutare de pachete care oferă o anumită calitate a serviciului (QoS - Quality of Service). ATM este proiectat pentru viteze mari de transmisie, precum și pentru o varietate de tipuri de sarcină: flux uniform de sarcină, sarcină pulsatorie (explozie) și alte tipuri intermediare.
Orez. 10.1.
Modelul de referință al protocolului BISDN este prezentat în Fig. 10.2. Modelul conține trei planuri: planul utilizatorului (Uplane), planul de control (C-plane) și planul de management (M-plane). Planul utilizatorului(U-plane), include transmisia și recepția tuturor tipurilor de date, oferind controlul fluxului și protecție împotriva erorilor. Are o structură de nivel.
Planul de control(C-plane) conține un set de protocoale utilizate pentru semnalizare la stabilirea, monitorizarea și eliberarea unei conexiuni. Are o structură de nivel.
Planul de management(Planul M) include două planuri: managementul nivelului planului și managementul planului.
Funcțiile de control al stratului conțin un set de protocoale care coordonează:
Să aruncăm o privire mai atentă asupra nivelurilor utilizatorului și planului de control.
Planul utilizatorului are trei straturi principale pentru a sprijini aplicațiile utilizatorului: fizic, adaptare ATM și strat ATM. Stratul de adaptare ATM (AAL) are mai multe tipuri, ale căror funcții sunt determinate de diferite clase de încărcare a utilizatorului. Stratul de adaptare convertește unitățile de date utilizator (SDU - Service Data Unite) în blocuri de 48 de octeți care sunt transportate de celulele ATM. Figura 10.3 prezintă informațiile generate aplicatii diverse: transmisie vorbire, transmisie date, transmisie video.
Orez. 10.3.
- un flux obișnuit care provine de la convertorul de informații analogice în mostre digitale (A/D);
- cadre de imagine, care după comprimare sunt pachete de lungimi diferite;
- un flux de date care este un flux de pachete cu lungimea în rafală.
Sarcina dispozitivului din stratul AAL este de a transforma informațiile, de a le sparge în blocuri și de a le furniza pentru transmitere prin stratul ATM, ceea ce permite sistemului să transmită toate caracteristicile unei aplicații date (de exemplu, secvențe de ceas). Se poate remarca faptul că funcțiile AAL pot fi localizate în echipamentul terminal, iar alte funcții pot fi efectuate de rețea, așa cum se arată în Fig. 10.4.
Orez. 10.4.
Nivel ATM se ocupă doar de transmiterea în serie a celulelor ATM primite de la nivelul AAL într-o conexiune stabilită prin rețea (planul de control este responsabil de stabilirea conexiunii). Stratul ATM acceptă blocuri de informații de 48 de octeți de la AAL și le adaugă cu un antet de 5 octeți pentru a forma o celulă (ATM). Antetul conține o etichetă care definește proprietățile conexiunii care se stabilește și este folosită de comutator pentru a determina următorul pas al căii, precum și tipul de prioritate.
ATM-ul poate oferi calitate diferită servicii la diferite conexiuni. Acest lucru este stipulat înainte ca serviciul să fie furnizat printr-un acord special între utilizator și furnizorul de servicii, care se numește contract de servicii. Utilizatorul dezvoltă cerințe care sunt determinate de sarcina care i se oferă și de factorul de calitate (QoS) atunci când stabilește comunicarea. Dacă rețeaua poate oferi calitatea cerută, atunci contractul stabilește QoS garantat atâta timp cât utilizatorul îndeplinește toate caracteristicile traficului stabilit. Mecanismul de așteptare și programare în comutatoarele ATM oferă capacitatea de a furniza informații cu un QoS dat. Pentru a furniza informații cu QoS prescris, rețelele ATM utilizează un mecanism de supraveghere. Se va discuta mai departe.
În funcție de numărul de utilizatori conectați, modul ATM acceptă două tipuri de conexiuni: punct-la-punct și punct-la-multipunct. Comunicarea punct la punct poate fi unidirecțională sau bidirecțională. În acest din urmă caz, fiecare direcție poate avea propriul ei QoS. O conexiune punct-la-multipunct este întotdeauna unidirecțională și se stabilește de la un utilizator la mai mulți. În ceea ce privește timpul de reținere a conexiunii, ATM oferă o conexiune virtuală permanentă (Permanent Virtual Connection - PVC) și conexiuni virtuale comutate (Switch Virtual Connection - SVC). PVC funcționează ca o linie permanentă închiriată între părțile utilizatori. Punctele de conectare sunt stabilite de managerul de rețea. Cu SVC, punctele finale sunt setate la momentul inițierii apelului, la cererea utilizatorilor.
SVC este stabilit prin proceduri de semnalizare. Utilizatorul de origine trebuie să interacționeze cu rețeaua utilizând interfața utilizator-rețea (UNI), așa cum se arată în figură. 10.7.
Solicitarea de conectare se propagă prin rețea și în cele din urmă implică un schimb UNI între rețea și terminalul de destinație.
În cadrul aceleiași rețele, stațiile interacționează conform interfeței rețea-rețea NNI. Stațiile care aparțin unor rețele diferite interacționează prin intermediul interfeței Broad Band Intercarrier (B-ICI). De ieșire
Rețele și tehnologii ATMTehnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode) este una dintre cele mai promițătoare tehnologii pentru construcție rețele de mare viteză. Acesta asigură cea mai eficientă utilizare a lățimii de bandă a canalului de comunicație în timpul transmisiei diferite feluri informații: voce, informații video, date de la o varietate de tipuri de dispozitive - terminale asincrone, noduri de rețea de date, rețele locale etc. (astfel de rețele includ aproape toate rețelele departamentale). Sunt numite rețele care utilizează tehnologia ATM Rețelele de bancomate. Eficacitatea tehnologiei ATM constă în capacitatea de a utiliza diverse interfețe pentru a conecta utilizatorii la rețelele ATM.
Principalele caracteristici ale tehnologiei ATM.
1. ATM este o tehnologie asincronă deoarece pachetele mici, numite celule, sunt transmise prin rețea fără a ocupa anumite intervale de timp, așa cum este cazul în canalele B ale rețelelor ISDM.
2. Tehnologia ATM este axată pe stabilirea preliminară (înainte de transmiterea informațiilor) a unei conexiuni între două puncte care interacționează. Odată stabilită o conexiune, celulele ATM se direcţionează, deoarece fiecare celulă are câmpuri care identifică conexiunea căreia îi aparţine.
3. Tehnologia ATM permite transmiterea în comun a diferitelor tipuri de semnale, inclusiv semnale vocale, date și video. Viteza de transfer realizată în acest caz (de la 155 Mbit/s la 2,2 Gbit/s) poate fi furnizată unui singur utilizator, unui grup de lucru sau întregii rețele. Celula ATM nu furnizează poziții pentru anumite tipuri de informații transmise, astfel încât capacitatea canalului este reglată prin alocarea lățimii de bandă către consumator.
4. Deoarece informația transmisă este împărțită în celule de dimensiune fixă (53 de octeți), algoritmii lor de comutare sunt implementați în hardware, ceea ce elimină întârzierile care sunt inevitabile în implementarea software a comutării celulelor.
5. Tehnologia ATM are scalabilitate, adică pentru a mări dimensiunea rețelei prin conexiuni în cascadă ale mai multor comutatoare ATM.
6. Construirea rețelelor ATM și implementarea tehnologiilor corespunzătoare sunt posibile pe baza liniilor de comunicații cu fibră optică, cablurilor coaxiale și perechii răsucite neecranate. Cu toate acestea, standardul pentru canalele de comunicație prin fibră optică a ierarhiei digitale sincrone SDH a fost ales ca standard pentru canalele fizice pentru ATM. Tehnologia de multiplexare și comutare dezvoltată pentru SDH a devenit tehnologia ATM.
7. Tehnologiile ATM pot fi implementate în rețelele ATM de aproape orice topologie, dar echipamentele terminale ale utilizatorului sunt conectate la comutatoarele ATM prin linii individuale într-o configurație în stea.
Principal diferența dintre tehnologia ATM de la alte tehnologii de telecomunicații constă în viteza mare de transfer de informații (în viitor - până la 10 Gbit/s) și nu există nicio conexiune la o singură viteză. De asemenea, este important ca rețelele de bancomate să combine funcțiile rețelelor globale și locale, furnizând conditii ideale pentru transportul „transparent” a diferitelor tipuri de trafic și accesul la serviciile și serviciile rețelelor ATM care interacționează cu rețeaua.
Tehnologia ATM permite utilizarea atât a circuitelor permanente (PVC) cât și a circuitelor virtuale comutate (SVC).
PVC-urile permanente sunt o conexiune (după pre-configurare) între utilizatorii de rețea comunicanți care există continuu. Dispozitivele conectate printr-un circuit virtual permanent trebuie să mențină tabele de rutare destul de greoaie care țin evidența tuturor conexiunilor din rețea. Prin urmare, stațiile de lucru conectate prin PVC trebuie să aibă tabele de rutare ale tuturor celorlalte stații din rețea, ceea ce este irațional și poate provoca întârzieri de transmisie.
Circuitele virtuale comutate (SVC) elimină necesitatea de a menține tabele complexe de rutare și, astfel, îmbunătățesc eficiența rețelei. Aici conexiunea se stabileste dinamic, folosind routere ATM. Spre deosebire de routerele tradiționale care necesită conexiune fizică segment de rețea către fiecare dintre porturile sale, routerele ATM nu utilizează o arhitectură fizică orientată spre conexiune, ci o arhitectură de rețea virtuală orientată pe protocol. Astfel de routere sunt necesare și convenabile pentru crearea unei rețele virtuale, care se caracterizează prin capacitatea de a comuta utilizatorii aflați oriunde în rețea de la un segment la altul, menținând în același timp adresa virtuală a grupului de lucru, ceea ce simplifică sarcina administratorului de rețea de a lua ținând cont de modificările din lista de utilizatori.
Tehnologia ATM este capabilă să proceseze trafic de diferite clase.
Specificațiile existente prevăd patru clasa de trafic, care poate fi în modul ATM.
Clasa A - trafic sincron cu o rată de transmisie constantă și cu stabilire preliminară a conexiunii. Protocolul care deservește traficul din această clasă este conceput pentru a satisface nevoile de servicii de rețea în timp ce transmite informații la o viteză constantă (transmisia și recepția celulelor ATM de-a lungul căii ATM se realizează cu aceeași viteză). Exemple de astfel de trafic - vorbire necomprimată, informații video.
Clasa B - trafic sincron cu viteză de transmisie variabilă și stabilire pre-conectare (de exemplu, vorbire comprimată, informații video). Aici, ca și în cazul traficului de clasa A, este necesară sincronizarea echipamentului expeditor și destinatarși stabilirea prealabilă a comunicării între ele, dar este permisă viteza de transmisie variabilă. Informațiile sunt transmise la intervale fixe, dar volumul acesteia poate varia în timpul sesiunii de transmisie. Dacă cantitatea de informații transmise depășește dimensiunea fixă a unei celule, această informație este împărțită în mai multe celule, care sunt asamblate la destinație.
Clasa C - trafic asincron cu viteză de transmisie variabilă și stabilire pre-conectare. Aici nu este necesară sincronizarea echipamentului expeditor și destinatar. Această metodă de transmisie este necesară în rețelele de comutare de pachete (rețele X.25, Internet, rețele frame relay). Se pare că traficul de clasa C va deveni principalul pentru transmiterea informațiilor în rețelele globale.
Clasa D - trafic asincron cu rată de biți variabilă și fără conexiune. Protocolul care controlează livrarea traficului de clasă D este conceput pentru a oferi comutare de date fără conexiune pe mai mulți biți. Acest protocol prevede utilizarea cadrelor de lungime variabilă: cu ajutorul emițătorului, fiecare cadru este împărțit în segmente de dimensiune fixă, care sunt plasate în celule ATM; receptorul asamblează segmentele în cadrul original, completând astfel un proces numit segmentare și asamblare. Modul de transmisie asincron se bazează pe conceptul a două puncte finale de rețea (sisteme de abonat, terminale) care comunică între ele printr-un set de comutatoare intermediare. În acest caz, se folosesc două tipuri de interfețe: interfața utilizator cu rețeaua (UNI - User-to-Network Interface) și interfața dintre rețele (NNI - Network-to-Network Interface). UNI conectează dispozitivul utilizatorului final la un comutator ATM public sau privat, iar NNI este o legătură de comunicație între două comutatoare ATM din rețea (Figura 13.4).
Orez. 13.4. Rețea bazată pe bancomate
O conexiune între două puncte finale ale rețelei (reamintim că tehnologia ATM este axată pe prestabilirea unei conexiuni) are loc din momentul în care unul dintre ele transmite o solicitare în rețea prin UNI. Această solicitare este trimisă printr-un lanț de comutatoare ATM la destinație pentru interpretare. Dacă nodul destinație acceptă o cerere de conectare, atunci în rețeaua ATM este organizat un canal virtual între cele două puncte. Dispozitivele UNI ale acestor puncte și nodurile de rețea intermediare (adică comutatoarele ATM) asigură rutarea corectă a celulelor datorită faptului că fiecare celulă ATM conține două câmpuri - identificatorul de cale virtuală (VPI)
Virtual Path Identifier) și Virtual Channel Identifier (VCI
Identificator de circuit virtual). Informațiile conținute în câmpurile VPI și VCI ale unei celule ATM sunt folosite pentru a rezolva fără ambiguitate problema de rutare chiar dacă sistemul final are mai multe conexiuni virtuale.
Forța motrice din spatele dezvoltării tehnologiei ATM este eficiența acesteia în deservirea aplicațiilor cu viteză redusă și capacitatea de a opera la viteze relativ scăzute (de la 2 Mbit/s). Este nepotrivit să vorbim despre „concurență” între rețelele FR și ATM, întrucât în prezent FR este principala interfață de acces la rețelele ATM, permițând transmiterea de trafic eterogen prin rețeaua ATM, alocând dinamic lățimea de bandă.
Combinație de rețele de telecomunicații eterogene construite pe bază diverse tehnologii(X.25, FR, IP etc.), pentru a oferi utilizatorilor o gamă completă de servicii este în prezent posibilă numai folosind tehnologia ATM. Capacitățile acestei tehnologii de combinare a diferitelor TSS sunt în creștere, în ciuda diferențelor lor semnificative, dintre care principalele sunt: adaptabilitatea la transmiterea de informații eterogene (date, voce, informații video); în posibilitate utilizare deplină lățimea de bandă disponibilă și adaptarea la calitatea canalelor de comunicație; disponibilitatea și calitatea echipamentelor de interfață pentru comunicarea cu alte rețele; în gradul de dispersie a elementelor de rețea, precum și în gradul de prevalență într-o anumită regiune.
