Идея сети с трансляцией ячеек проста: данные передаются по сети небольшими пакетами фиксированного размера, называемыми ячейками (cells). В сети Ethernet передача данных осуществляется большими пакетами переменной длины, которые называют кадрами (frames). Ячейки имеют два важных преимущества перед кадрами. Во-первых, поскольку кадры имеют переменную длину, каждый поступающий кадр должен буферизоваться (т.е. сохраняться в памяти), что гарантирует его целостность до начала передачи. Поскольку ячейки всегда имеют одну и ту же длину, они требуют меньшей буферизации. Во-вторых, все ячейки имеют одинаковую длину, поэтому они предсказуемы: их заголовки всегда находятся на одном и том же месте. В результате коммутатор автоматически обнаруживает заголовки ячеек и их обработка происходит быстрее [17].

В сети с трансляцией ячеек размер каждой из них должен быть достаточно мал, чтобы сократить время ожидания, но достаточно велик, чтобы минимизировать издержки. Время ожидания (latency) - это интервал между тем моментом, когда устройство запросило доступ к среде передачи (кабелю), и тем, когда оно получило этот доступ. Сеть, по которой передается восприимчивый к задержкам трафик (например, звук или видео), должна обеспечивать минимальное время ожидания.

Любое устройство, подключенное к сети ATM (рабочая станция, сервер, маршрутизатор или мост), имеет прямой монопольный доступ к коммутатору. Поскольку каждое из них имеет доступ к собственному порту коммутатора, устройства могут посылать коммутатору ячейки одновременно. Время ожидания становится проблемой в том случае, когда несколько потоков трафика достигают коммутатора в один и тот же момент. Чтобы уменьшить время ожидания в коммутаторе, размер ячейки должен быть достаточно маленьким; тогда время, которое занимает передача ячейки, будет незначительно влиять на ячейки, ожидающие передачи.

Уменьшение размера ячейки сокращает время ожидания, но, с другой стороны, чем меньше ячейка, тем большая ее часть приходится на «издержки» (то есть на служебную информацию, содержащуюся в заголовке ячейки), а соответственно, тем меньшая часть отводится реальным передаваемым данным. Если размер ячейки слишком мал, часть полосы пропускания занимается впустую и передача ячеек происходит длительное время, даже если время ожидания мало [18].

Когда Американский национальный институт стандартов (American National Standards Institute - ANSI) и организация, которая сейчас называется Международным телекоммуникационным союзом (International Telecommunications Union - ITU), разрабатывали ATM, им было достаточно трудно найти компромисс между временем ожидания и издержками передачи. Эти организации должны были учесть интересы как телефонной отрасли, так и производителей оборудования для сетей передачи данных. Производителям средств телефонии нужен был небольшой размер ячейки, поскольку голос обычно передается маленькими фрагментами и уменьшение времени ожидания гарантировало бы своевременную доставку этих фрагментов. Производители средств передачи данных, наоборот, требовали увеличить размер ячейки, поскольку файлы данных часто бывают большими и более чувствительны к издержкам трафика, нежели ко времени ожидания. В конце концов эти две фракции договорились о размере ячейки, равном 53 байтам, из которых 48 байт отводится данным и 5 байт - заголовку ячейки [19].

Сети с установлением соединения.

Для передачи пакетов по сетям ATM от источника к месту назначения источник должен сначала установить соединение с получателем. Установление соединения перед передачей пакетов очень напоминает то, как осуществляется телефонный звонок: сначала вы набираете номер, телефон абонента звонит, и кто-то снимает трубку - только после этого вы можете начать говорить.

При использовании других технологий передачи данных, таких как Ethernet и Token Ring, соединение между источником и получателем не устанавливается - пакеты с соответствующей адресной информацией просто помещаются в среду передачи, а концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы находят получателя и доставляют ему пакеты.

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

Сети с установлением соединения также могут гарантировать определенное качество сервиса (Quality of Service - QoS), т.е. некоторый уровень сервиса, который сеть может обеспечить. QoS включает в себя такие факторы, как допустимое количество потерянных пакетов и допустимое изменение промежутка между ячейками. В результате сети с установлением соединения могут использоваться для передачи различных видов трафика - звука, видео и данных - через одни и те же коммутаторы. Кроме того, сети с установлением соединения могут лучше управлять сетевым трафиком и предотвращать перегрузку сети («заторы»), поскольку коммутаторы могут просто сбрасывать те соединения, которые они не способны поддерживать [21].

Коммутируемые сети.

В сети ATM все устройства, такие как рабочие станции, серверы, маршрутизаторы и мосты, подсоединены непосредственно к коммутатору. Когда одно устройство запрашивает соединение с другим, коммутаторы, к которым они подключены, устанавливают соединение. При установлении соединения коммутаторы определяют оптимальный маршрут для передачи данных - традиционно эта функция выполняется маршрутизаторами.

Когда соединение установлено, коммутаторы начинают функционировать как мосты, просто пересылая пакеты. Однако такие коммутаторы отличаются от мостов одним важным аспектом: если мосты отправляют пакеты по всем достижимым адресам, то коммутаторы пересылают ячейки только следующему узлу заранее выбранного маршрута.

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

Однако коммутация ATM имеет ряд важных отличий от коммутации Ethernet. Поскольку каждому устройству ATM предоставляется непосредственный монопольный доступ к порту коммутатора, то нет необходимости в сложных схемах арбитража для определения того, какое из этих устройств имеет доступ к коммутатору. В противоположность этому, рабочие станции, соединенные с коммутатором Ethernet, должны участвовать в схемах арбитража даже несмотря на их непосредственный монопольный доступ к порту коммутатора. Сетевые интерфейсные платы Ethernet рассчитаны на использование арбитражного протокола для определения того, имеет ли рабочая станция доступ к устройству [23].

ATM_коммутация также отличается от коммутации Ethernet тем, что коммутаторы ATM устанавливают соединение между отправителем и получателем, а коммутаторы Ethernet - нет. Кроме того, коммутаторы ATM обычно являются неблокирующими; это означает, что они минимизируют «заторы», передавая ячейки немедленно после их получения. Чтобы получить возможность немедленной пересылки всех поступающих ячеек, неблокирующий коммутатор должен быть оснащен чрезвычайно быстрым механизмом коммутации и иметь достаточно большую пропускную способность выходных портов. Теоретически если у коммутатора есть 10 входных портов на 10 Мбит/с, у него должен также быть один выходной порт на 100 Мбит/с. На практике выходной порт может иметь немного меньшую пропускную способность, не утрачивая при этом способности немедленной пересылки всех поступающих ячеек.

2.2 Архитектура ATM

Такие технологии передачи, как Ethernet и Token Ring, соответствуют семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI). ATM же имеет собственную модель, разработанную организациями по стандартизации.

Технология ATM была разработана организациями ANSI и ITU как транспортный механизм для широкополосной сети ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network - B-ISDN). B-ISDN - это общедоступная территориально-распределенная сеть (WAN), которая может использоваться для объединения нескольких локальных сетей. Впоследствии ATM Forum - консорциум производителей оборудования для сетей ATM - приспособил и расширил стандарты B-ISDN для использования как в общедоступных, так и в частных сетях. Она также может служить транспортной средой для телефонной сети, узкополосной ISDN, связи городских сетей передачи данных (MAN) и др. пример в приложении 3.

Модель ATM, в соответствии с определением ANSI, ITU и ATM Forum, состоит из трех уровней:

физического;

уровня ATM;

уровня адаптации ATM.

Эти три уровня примерно соответствуют по функциям физическому, канальному и сетевому уровню модели OSI. В настоящее время модель ATM не включает в себя никаких дополнительных уровней, т.е. таких, которые соответствуют более высоким уровням модели OSI. Однако самый высокий уровень в модели ATM может связываться непосредственно с физическим, канальным, сетевым или транспортным уровнем модели OSI, а также непосредственно с ATM_совместимым приложением [24].

В отличие от других протоколов передачи, ATM использует собственную модель, а не модель OSI.

Как в модели ATM, так и в модели OSI стандарты для физического уровня устанавливают, каким образом биты должны проходить через среду передачи. Точнее говоря, стандарты ATM для физического уровня определяют, как получать биты из среды передачи, преобразовывать их в ячейки и посылать эти ячейки уровню ATM.

Стандарты ATM для физического уровня также описывают, какие кабельные системы должны использоваться в сетях ATM и с какими скоростями может работать ATM при каждом типе кабеля. Изначально ATM Forum установил скорость DS3 (45 Мбит/с) и более высокие. Однако реализация ATM со скоростью 45 Мбит/с применяется главным образом провайдерами услуг WAN. Другие же компании чаще всего используют ATM со скоростью 25 или 155 Мбит/с. Хотя ATM Forum первоначально не принял реализацию ATM со скоростью 25 Мбит/с, отдельные производители стали ее сторонниками, поскольку такое оборудование дешевле в производстве и установке, чем работающее на других скоростях. Только 25_мегабитная ATM может работать на неэкранированной витой паре (UTP) категории 3, а также на UTP более высокой категории и оптоволоконном кабеле. Вследствие того что оборудование для 25_мегабитной ATM относительно недорого, оно предназначено для подключения к сети ATM настольных компьютеров.

155_мегабитная ATM работает на кабелях UTP категории 5, экранированной витой паре (STP) типа 1, оптоволоконном кабеле и беспроводных инфракрасных лазерных каналах. 622_мегабитная ATM работает только на оптоволоконном кабеле и может использоваться в локальных сетях (хотя оборудование, работающее с такой скоростью, реализовано еще недостаточно широко). А для беспроводной связи лаборатория Olivetti Research Labs создает прототип радиосети ATM, работающей со скоростью 10 Мбит/с [25].

2.3 Уровень ATM и виртуальные каналы

В модели OSI стандарты для канального уровня описывают, каким образом устройства могут совместно использовать среду передачи и гарантировать надежное физическое соединение. Стандарты для уровня ATM регламентируют передачу сигналов, управление трафиком и установление соединений в сети ATM. Функции передачи сигналов и управления трафиком уровня ATM подобны функциям канального уровня модели OSI, а функции установления соединения ближе всего к функциям маршрутизации, которые определены стандартами модели OSI для сетевого уровня.

Стандарты для уровня ATM описывают, как получать ячейку, сгенерированную на физическом уровне, добавлять 5_байтный заголовок и посылать ячейку уровню адаптации ATM. Эти стандарты также определяют, каким образом нужно устанавливать соединение с таким качеством сервиса (QoS), которое запрашивает ATM_устройство или конечная станция.

Стандарты установления соединения для уровня ATM определяют виртуальные каналы и виртуальные пути. Виртуальный канал ATM - это соединение между двумя конечными станциями ATM, которое устанавливается на время их взаимодействия. Виртуальный канал является двунаправленным; это означает, что после установления соединения каждая конечная станция может как посылать пакеты другой станции, так и получать их от нее.

После того как соединение установлено, коммутаторы между конечными станциями получают адресные таблицы, содержащие сведения о том, куда необходимо направлять ячейки. В них используется следующая информация:

Адрес порта, из которого приходят ячейки;

Специальные значения в заголовках ячейки, которые называются идентификаторами виртуального канала (virtual circuit identifiers - VCI) и идентификаторами виртуального пути (virtual path identifiers - VPI).

Адресные таблицы также определяют, какие VCI и VPI коммутатор должен включить в заголовки ячеек перед тем как их передать.

Имеются три типа виртуальных каналов:

постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuits - PVC);

коммутируемые виртуальные каналы (switched virtual circuits - SVC);

интеллектуальные постоянные виртуальные каналы (smart permanent virtual circuits - SPVC) [26].

PVC - это постоянное соединение между двумя конечными станциями, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. Пользователь сообщает провайдеру ATM_услуг или сетевому администратору, какие конечные станции должны быть соединены, и он устанавливает PVC между этими конечными станциями.

PVC включает в себя конечные станции, среду передачи и все коммутаторы, расположенные между конечными станциями. После установки PVC для него резервируется определенная часть полосы пропускания, и двум конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединение.

SVC устанавливается по мере необходимости - всякий раз, когда конечная станция пытается передать данные другой конечной станции. Когда отправляющая станция запрашивает соединение, сеть ATM распространяет адресные таблицы и сообщает этой станции, какие VCI и VPI должны быть включены в заголовки ячеек. Через произвольный промежуток времени SVC сбрасывается.

SVC устанавливается динамически, а не вручную. Для него стандарты передачи сигналов уровня ATM определяют, как конечная станция должна устанавливать, поддерживать и сбрасывать соединение. Эти стандарты также регламентируют использование конечной станцией при установлении соединения параметров QoS из уровня адаптации ATM.

Кроме того, стандарты передачи сигналов описывают способ управления трафиком и предотвращения «заторов»: соединение устанавливается только в том случае, если сеть в состоянии поддерживать это соединение. Процесс определения, может ли быть установлено соединение, называется управлением признанием соединения (connection admission control - CAC).

SPVC - это гибрид PVC и SVC. Подобно PVC, SPVC устанавливается вручную на этапе конфигурирования сети. Однако провайдер ATM_услуг или сетевой администратор задает только конечные станции. Для каждой передачи сеть определяет, через какие коммутаторы будут передаваться ячейки.

Большая часть раннего оборудования ATM поддерживала только PVC. Поддержка SVC и SPVC начинает реализовываться только сейчас.

PVC имеют два преимущества над SVC. Сеть, в которой используются SVC, должна тратить время на установление соединений, а PVC устанавливаются предварительно, поэтому могут обеспечить более высокую производительность. Кроме того, PVC обеспечивают лучший контроль над сетью, так как провайдер ATM_услуг или сетевой администратор может выбирать путь, по которому будут передаваться ячейки.

Однако и SVC имеют ряд преимуществ перед PVC. Поскольку SVC устанавливается и сбрасывается легче, чем PVC, то сети, использующие SVC, могут имитировать сети без установления соединений. Эта возможность оказывается полезной в том случае, если вы используете приложение, которое не может работать в сети с установлением соединений. Кроме того, SVC используют полосу пропускания, только когда это необходимо, а PVC должны постоянно ее резервировать на тот случай, если она понадобится. SVC также требуют меньшей административной работы, поскольку устанавливаются автоматически, а не вручную. И наконец, SVC обеспечивают отказоустойчивость: когда выходит из строя коммутатор, находящийся на пути соединения, другие коммутаторы выбирают альтернативный путь.

В некотором смысле SPVC обладает лучшими свойствами этих двух видов виртуальных каналов. Как и в случае с PVC, SPVC позволяет заранее задать конечные станции, поэтому им не приходится тратить время на установление соединения каждый раз, когда одна из них должна передать ячейки. Подобно SVC, SPVC обеспечивает отказоустойчивость. Однако и SPVC имеет свои недостатки: как и PVC, SPVC устанавливается вручную, и для него необходимо резервировать часть полосы пропускания - даже если он не используется [27].

Стандарты установления соединения для уровня ATM также определяют виртуальные пути (virtual path). В то время как виртуальный канал - это соединение, установленное между двумя конечными станциями на время их взаимодействия, виртуальный путь - это путь между двумя коммутаторами, который существует постоянно, независимо от того, установлено ли соединение. Другими словами, виртуальный путь - это «запомненный» путь, по которому проходит весь трафик от одного коммутатора к другому.

Когда пользователь запрашивает виртуальный канал, коммутаторы определяют, какой виртуальный путь использовать для достижения конечных станций. По одному и тому же виртуальному пути в одно и то же время может передаваться трафик более чем для одного виртуального канала. Например, виртуальный путь с полосой пропускания 120 Мбит/с может быть разделен на четыре одновременных соединения по 30 Мбит/с каждый.

2.4 Уровень адаптации ATM и качество сервиса

В модели OSI стандарты для сетевого уровня определяют, как осуществляется маршрутизация пакетов и управление ими. В модели ATM стандарты для уровня адаптации ATM выполняют три подобные функции:

Определяют, как форматируются пакеты;

Предоставляют информацию для уровня ATM, которая дает возможность этому уровню устанавливать соединения с различным QoS;

Предотвращают «заторы».

Уровень адаптации ATM состоит из четырех протоколов (называемых протоколами AAL), которые форматируют пакеты. Эти протоколы принимают ячейки с уровня ATM, заново формируют из них данные, которые могут быть использованы протоколами, действующими на более высоких уровнях, и посылают эти данные более высокому уровню. Когда протоколы AAL получают данные с более высокого уровня, они разбивают их на ячейки и передают их уровню ATM.

Каждый протокол AAL упаковывает данные в ячейки своим способом. Все эти протоколы, за исключением AAL 5, добавляют некоторую служебную информацию к 48 байтам данных в ячейке ATM. Эти «издержки» включают в себя специальные команды обработки для каждой ячейки, которые используются для обеспечения различных категорий сервиса.

уровень адаптации ATM определяет также четыре категории сервиса:

постоянная скорость передачи в битах (constant bit rate - CBR);

переменная скорость передачи в битах (variable bit rate - VBR);

неопределенная скорость передачи в битах (unspecified bit rate - UBR);

доступная скорость передачи в битах (available bit rate - ABR).

Гарантии качества сервиса могут определять минимальный уровень доступной пропускной способности и предельные значения задержки ячейки и вероятности потери ячейки (указаны в приложении 4).

Эти категории используются для обеспечения различных уровней качества сервиса (QoS) для разных типов трафика.

Категория CBR используется для восприимчивого к задержкам трафика, такого как аудио- и видеоинформация, при котором данные передаются с постоянной скоростью и требуют малого времени ожидания. CBR гарантирует самый высокий уровень качества сервиса, но использует полосу пропускания неэффективно. Чтобы защитить трафик CBR от влияния других передач, CBR всегда резервирует для соединения определенную часть полосы пропускания, даже если в данный момент в канале не происходит никакой передачи. Таким образом, резервирование полосы пропускания является особенно большой проблемой при работе по WAN_каналам, когда абоненту приходится платить за каждый мегабит полосы пропускания независимо от того, используется ли виртуальный канал [28].

Существуют также два вида VBR, которые используются для различных типов трафика: VBR реального времени (Real-time VBR - RT-VBR) требует жесткой синхронизации между ячейками и поддерживает восприимчивый к задержкам трафик, такой как уплотненная речь и видео. VBR нереального времени (Non-real-time VBR - NRT-VBR) не нуждается в жесткой синхронизации между ячейками и поддерживает допускающий задержки трафик, такой как трансляция кадров (frame relay).

Поскольку VBR не резервирует полосу пропускания, она используется более эффективно, чем в случае с CBR. Однако, в отличие от CBR, VBR не может гарантировать качества сервиса.

UBR применяется для трафика типа TCP/IP, который допускает задержки. Подобно VBR, UBR не резервирует дополнительной полосы пропускания для виртуального канала. В результате один и тот же виртуальный канал может многократно применяться для нескольких передач, Таким образом, полоса пропускания используется более эффективно. Однако поскольку UBR не гарантирует качества сервиса, в сильно загруженных сетях UBR_трафик теряет большое число ячеек и имеет много повторных передач.

Подобно UBR, ABR используется для передачи трафика, который допускает задержки, и дает возможность многократно использовать виртуальные каналы. Однако если UBR не резервирует полосы пропускания и не предотвращает потерь ячеек, то ABR обеспечивает для соединения допустимые значения ширины полосы пропускания и коэффициента потерь.

CBR, VBR, UBR, и ABR включают в себя различные параметры трафика, например среднюю и пиковую скорости, с которыми конечная станция может передавать данные. Эти категории сервиса также включают в себя следующие параметры качества сервиса (QoS) [29].

Коэффициент потерь ячеек (Cell loss ratio) определяет, какой процент высокоприоритетных ячеек может быть потерян за время передачи.

Задержка передачи ячейки (Cell transfer delay) определяет количество времени (или среднее количество времени), требуемое для доставки ячейки адресату.

Изменение задержки передачи ячейки (Cell delay variation - CDV) - допустимые изменения в распределении группы ячеек между конечными станциями. Высокое значение CDV приводит к прерыванию аудио- и видеосигналов.

Перед установлением соединения конечная станция запрашивает одну из четырех категорий сервиса. Затем сеть ATM устанавливает соединение, используя соответствующие параметры трафика и QoS. Например, если конечная станция запросила соединение CBR для передачи видеоинформации, сеть ATM резервирует необходимую ширину полосы пропускания и использует параметры трафика и QoS для обеспечения допустимых значений скорости передачи, коэффициента потерь ячеек, задержки и изменения задержки.

Сеть ATM использует параметры QoS и для защиты трафика, т.е. предотвращения перегрузки сети. Сеть «следит» за тем, чтобы установленные соединения не превышали максимальной ширины полосы пропускания, которая им была предоставлена. Если соединение начинает ее превышать, сеть отказывается передавать ячейки. Кроме того, сеть ATM определяет, какие ячейки можно отбросить в случае ее переполнения: она проверяет параметры QoS данного соединения и отбрасывает ячейки, для которых установлен высокий коэффициент потерь. И наконец, сеть отказывается устанавливать соединения, если не может их поддерживать.

Способность ATM обеспечивать для приложений различные уровни QoS считается одним из достоинств данной технологии. Пользователи могут резервировать только ту полосу пропускания, которая им необходима; при этом сохраняется качество передаваемых аудио- и видеосигналов, а сеть предохраняется от переполнения. Однако для того чтобы получать реальную выгоду от качества сервиса в сети ATM, необходимы приложения, рассчитанные на его использование.

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

Стандарты модели ATM.

ATM Forum разработал много стандартов, основанных на модели ATM, в том числе следующие:

User-to-Network Interface (UNI - интерфейс «пользователь-сеть») - определяет интерфейс между конечной станцией и коммутатором;

Private Network-to-Network Interface (PNNI - частный интерфейс «сеть-сеть», - определяет интерфейс между коммутаторами.

Эти стандарты определяют, как рабочие станции и коммутаторы взаимодействуют в сети ATM[30].

Стандарты UNI, разработанные ATM Forum, определяют, каким образом устройства взаимодействуют с коммутатором. В приложении 5 показано, как пакет передается с рабочей станции коммутатору. Сначала пользователь посылает данные, например аудио-, видеоинформацию и т.д. В соответствии с типом данных какой-либо из четырех протоколов AAL получает эти данные и разбивает их на ячейки. Затем ячейки передаются на уровень ATM, который добавляет к ним информацию, необходимую для маршрутизации. Потом ячейки передаются на физический уровень, разбивающий их на биты и посылающий через среду передачи коммутатору.

ATM Forum разработал две версии UNI - UNI 3.0 и UNI 3.1. Эти версии почти идентичны, за исключением того, что UNI 3.1 основан на последней версии спецификации передачи сигналов ITU. Это, к сожалению, делает UNI 3.1 несовместимым с UNI 3.0 по передаче сигналов. К счастью, большинство коммутаторов поддерживает и UNI 3.0, и UNI 3.1. В настоящее время ATM Forum работает над спецификацией UNI 4.0, в которую войдут изменения спецификации передачи сигналов, поддержка ABR и другие расширения. Стандарт UNI 4.0 будет совместим с UNI 3.1.

Спецификация PNNI, разработанная ATM Forum, включает в себя стандарты, которые дают возможность двум коммутаторам различных производителей работать вместе. В приложении 5 показано, как ячейка проходит через коммутатор ATM. Коммутатор получает ячейку на физическом уровне как физический сигнал, передает этот сигнал на уровень ATM и преобразовывает его в ячейку. Затем коммутатор проверяет заголовок ячейки, определяя, куда она должна быть направлена, снова преобразует ячейку в физический сигнал и передает его следующему коммутатору или конечной станции.

PNNI - это протокол маршрутизации с определением состояния связи, подобный протоколу NetWare Link Services Protocol (NLSP), используемому в сетях IPX, и протоколу маршрутизации Open Shortest Path First (OSPF), применяемому в IP_сетях. Данный протокол позволяет коммутаторам распространять информацию о топологии сети и качестве сервиса, поддерживаемом сетью ATM. В результате каждый коммутатор «понимает» топологию всей сети и может определять маршрут по сети с учетом специфических условий трафика, например перегрузок.

Кроме того, поскольку PNNI дает возможность коммутаторам распространять информацию иерархическим образом, то для пересылки ячеек каждому из них не нужно знать топологию всей сети. Провайдер ATM_услуг или сетевой администратор может разделить сеть на несколько концептуальных уровней, и тогда каждый коммутатор должен будет знать топологию только того уровня, к которому он относится. Таким образом, можно создавать чрезвычайно большие сети, не перегружая коммутаторы информацией.

Сеть также может содержать только один уровень. По утверждению Энди Реида, менеджера по программным продуктам компании FORE Systems, сеть ATM, имеющая только один уровень, способна поддерживать приблизительно 200 коммутаторов.

На самом низком уровне сетевой топологии коммутаторы разделены на кластеры, называемые «группами равных» (peer groups). Все коммутаторы, относящиеся к такой группе, обмениваются друг с другом маршрутизационной информацией. Коммутатор, который является граничным узлом (входит более чем в одну группу), обменивается маршрутизационной информацией со всеми группами равных, к которым он принадлежит. Таким образом, группы «узнают», как направлять ячейки адресатам, находящимся в пределах досягаемости одной из групп. Используя PNNI, коммутаторы внутри каждой группы равных выбирают так называемого «лидера» группы [31].

На следующем уровне сетевой топологии несколько лидеров групп равных составляют собственную группу равных, а затем с помощью PNNI также выбирают лидера. Эти лидеры могут составлять группу равных следующего уровня и так далее, до самого высокого уровня, на котором вся сеть представляется одной группой равных.

Коммутаторы, находящиеся на самом низком уровне сетевой топологии, используют для определения маршрутов информацию с более высоких уровней. В результате коммутаторы не должны знать топологию всей сети.

Стандарты PNNI также устанавливают, как должна выполняться передача сигналов. Стандарты PNNI на передачу сигналов определяют, каким образом устанавливаются, поддерживаются и сбрасываются виртуальные каналы ATM с соответствующим качеством сервиса. Кроме того, эти стандарты регламентируют осуществление защиты сети от переполнения, разрешая устанавливать только те соединения, которые сеть может поддерживать, и следя за тем, чтобы существующие соединения не использовали большую ширину полосы пропускания, чем им была выделена.

Технология АТМ расширяет свое присутствие в локальных и глобальных сетях. В последнее время наблюдается устойчивый ежегодный прирост числа сетей, выполненных по этой технологии.

В локальных сетях технология АТМ применяется обычно на магистралях, где хорошо проявляются такие ее качества, как масштабируемая скорость (коммутаторы АТМ поддерживают на своих портах скорости 155 и 622 Мбит/с), качество обслуживания, петлевидные связи (которые позволяют повысить пропускную способность и обеспечить резервирование каналов связи).

В глобальных сетях АТМ применяется там, где нужно обеспечить низкий уровень задержек, необходимый для передачи информации реального времени.

Технология АТМ является дальнейшим развитием идей предварительного резервирования пропускной способности виртуального канала, реализованных в технологии Frame Relay.

Так как технология АТМ поддерживает основные типы трафика, существующие у абонентов разного типа, она выбрана в качестве основы широкополосных цифровых сетей с интеграцией услуг.

Заключение

Мультисервисная сеть ATM развернута поверх цифровых трактов SDH и строится на основе пакетно-ориентированного асинхронного режима переноса информации по иерархическому принципу с выделением магистрального (ядро сети) и граничного уровней (клиентский доступ). Ядро сети составляют магистральные коммутаторы связанные каналами SDH_сети уровня STM_1. Клиентский доступ обеспечивают концентраторы, подключенные цифровыми трактами STM_1 к ядру магистральной сети. Концентраторы доступа позволяют использовать следующий набор интерфейсов подключения: STM_1 chan, STM_1 ATM, Е3, E1, serial, Fast ethernet. Для организации доступа клиентов к услугам сети АТМ в узлах, где отсутствует оборудование АТМ предполагается использование выделенных каналов первичной сети. Применяемая технология позволяет построить мультисервисную пакетную сеть способную передавать голос, видео и данные и обеспечивает отличные механизмы управления качеством обслуживания. Для передачи голоса используется эмуляция цифровых трактов E1 (CES) с уровнем адаптации AAL1, либо используется уровень адаптации AAL2 с возможностью применения эхо-компенсации, комфортного шума и компрессии. Присущие для АТМ динамическое распределение пропускной способности каналов связи и наличие разных классов обслуживания потоков данных (QoS) повышает экономическую эффективность использования сети за счет оптимизации загрузки её каналов.

Технология АТМ обладает важными преимуществами перед существующими методами передачи данных в локальных и глобальных сетях, которые должны обусловить ее широкое распространение во всем мире. Одно из важнейших достоинств АТМ - обеспечение высокой скорости передачи информации (широкой полосы пропускания). Появление надежных аппаратно-программных средств сети Ethernet для скорости 1 Гбит/с еще ожидается в перспективе, в то время как АТМ уже сейчас обеспечивает скорость 622 Мбит/с.

АТМ устраняет различия между локальными и глобальными сетями, превращая их в единую интегрированную сеть. Сочетая в себе масштабируемость и эффективность аппаратной передачи информации, присущие телефонным сетям, метод АТМ обеспечивает более дешевое наращивание мощности сети. Это - техническое решение, способное удовлетворить грядущие потребности, поэтому многие пользователи выбирают АТМ часто больше ради ее будущей, нежели сегодняшней значимости.

Стандарты АТМ унифицируют процедуры доступа, коммутации и передачи информации различного типа (данных, речи, видеоизображений и т.д.) в одной сети связи с возможностью работы в реальном масштабе времени. В отличие от ранних технологий локальных и глобальных сетей, ячейки АТМ могут передаваться по широкому спектру носителей от медного провода и волоконно-оптического кабеля до спутниковых линий связи, при любых скоростях передачи, достигающих сегодняшнего предела 622 Мбит/с. Технология АТМ обеспечивает возможность одновременного обслуживания потребителей, предъявляющих различные требования к пропускной способности телекоммуникационной системы.

Однако, несмотря на достоинства АТМ, его повсеместное внедрение задерживается по ряду причин. Для локальных сетей, связывающих персональные компьютеры, распространение технологии АТМ тормозится наличием более дешевых технологий (например, Ethernet). Все еще недостаточна потребность в высоких скоростях передачи, и большинство организаций не стремится использовать расширенную полосу пропускания АТМ, пока передача видеоизображений, графики и информации других видов, требующая высокой пропускной способности линий связи, еще не играет для них важной роли. Одним из основных препятствий для роста АТМ на всех уровнях, а главное, на уровне персональных компьютеров - это отсутствие адекватных стандартов. Многие из них не соответствуют друг другу, не совместимы со своими предшественниками и являются предметом споров различных организаций, предпринимающих усилия по стандартизации. К настоящему времени полный комплект единых готовых стандартов отсутствует. К числу сдерживающих факторов также следует отнести нехватку АТМ - продуктов на рынке программного обеспечения и недостаток опыта работы пользователей.

Указанные достоинства АТМ и причины, задерживающие его повсеместное внедрение, определяют перспективы его дальнейшего использования в развитых зарубежных государствах как коммерческими, так и военными организациями. С течением времени растут потребности пользователей в объемах передаваемых данных, что делает технологию АТМ все более привлекательной. Кроме того, цены на коммутаторы АТМ сокращаются каждый год приблизительно на 30% по мере того как производители наращивают объемы их выпуска.

Для борьбы за единство стандартов и развитие технологии был образован консорциум Форум АТМ. Им были разработаны 62 спецификации, в том числе интерфейс пользователь-сеть, определяющий, каким образом устройства подключаются к сетям АТМ с различными скоростями, эмуляция локальной сети (LANE - Local Area Network Emulation), эмуляция каналов, базовые сигналы между переключателями, основные принципы тестирования и т.д. В соответствии с соглашением Anchorage Accord, утвержденным на встрече Форум ATM новые версии спецификаций должны теперь быть совместимы со своими предшественниками, что должно повысить востребованность АТМ.

Как полагают эксперты, технология АТМ будет прокладывать свой путь в инфраструктуры корпораций постепенно, в течение нескольких лет. Пользователи могут строить сеть АТМ поэтапно, эксплуатируя ее параллельно с уже существующими у них системами. Конечно, в первую очередь технология АТМ оказывает влияние на глобальные сети, на магистральные линии связи, соединяющие несколько локальных вычислительных сетей.

При любом варианте перехода на ATM в первую очередь возникает задача организации магистралей. Организация компактных магистралей без использования технологии ATM в таком случае будет весьма рискованным решением. Магистральные технологии при переходе на ATM приходится менять в первую очередь. Наиболее критичным при переходе на ATM будет первый шаг в сторону от традиционной коммутации ЛВС. В системах коммутации ЛВС без ATM_транков магистрали не используют технологии ATM и, следовательно, модернизация магистралей будет достаточно рискованным шагом. В идеальном случае коммутаторы ЛВС должны поддерживать магистрали ATM и других типов (например, FDDI).

Переход приложений на ATM будет постепенным. На настольных станциях ATM будет поначалу использоваться для эмуляции ЛВС и работы с набором традиционных приложений ЛВС. По мере расширения инфраструктуры ATM станет возможным связать большие группы пользователей в «чистые» сети ATM. Это позволит использовать специальные приложения, рассчитанные на качество обслуживания ATM (видео, multimedia и т.п.) или упростить работу с традиционными потоками данных за счет более высокой производительности ATM.

ATM, по мере реализации, будет делать сеть компании более гармоничной - сначала на уровне магистралей, а потом и для настольных систем. Полный переход на ATM наверняка будет определяться темпами снижения цен на порты для подключения настольных станций и адаптеры, а также реализацией поддержки возможностей в прикладных программах. Использование единой технологии для организации магистралей, подключения настольных станций и распределенных сетей может обеспечить, в конечном итоге, существенную экономию.

В долгосрочной перспективе ATM должна стать единой архитектурой внутрикорпоративных и межкорпоративных коммуникаций. Коммутируемые виртуальные устройства, используемые настольными системами могут быть расширены за счет поддержки соединений SVC операторами публичных сетей, делая ATM универсальной технологией multimedia_сетей. Протоколы типа NHRP являются средством обеспечения универсальной связи, но в конечном итоге набор протоколов ATM для multimedia будет, по-видимому, основан на службах каталогов.

Степень воздействия универсальных multimedia_коммуникаций на бизнес достаточно трудно прогнозировать с учетом отсутствия альтернативных вариантов. Несомненно, ATM будет играть значительную роль в коммерции, здравоохранении, обучении за счет систем распространения информации. Системы ATM основаны на экономичной технологии мультиплексирования, позволяющей преодолеть барьеры, связанные с взрывным характером трафика во многих приложениях.

С учетом всех этих влияний технология ATM остается привлекательной реализацией и очевидно, что множество пользователей будут готовы перейти на ATM в ближайшем будущем. Это означает, что любая организация может быстро начать работу с ATM и расширять использование этой технологии для повышения эффективности работы.

Список использованных источников

1. И.Г. Бакланов. Технологии измерений в первичной сети. Часть 2. Системы синхронизации B-ISDN, ATM. Издательство: Эко-Трендз, 2008 г.

2. Джеймс Мартин, Кэтлин Кэвен Чапмен, Джо Либен. ATM. Архитектура и реализация. Издательство: Эко-Трендз, 2009 г.

3. Галина Дикер Пилдуш. Сети АТМ. Издательство: Вильямс, 2009 г.

4. Стив Мак-Квери, Келли Мак-Грю, Стефан Фой. Передача голосовых данных по сетям Cisco Frame Relay, ATM и IP. Cisco Voice over Frame Relay, ATM and IP. Издательство: Вильямс, 2008 г.

5. Максим Кульгин. Технологии корпоративных сетей. Издательство: Питер, 2007 г.

6. М. Буассо, М. Деманж, Ж._М. Мюнье. Введение в технологию АТМ An Introduction to ATM Technology. Издательство: Питер, 2007 г.

7. С.А. Пескова, А.В. Кузин, А.Н. Волков. Сети и телекоммуникации. Издательство: Академия, 2009 г.

8. Стивен Дж. Бигелоу. Сети. Поиск неисправностей, поддержка и восстановление. Troubleshooting, Maintaining & Repairing Networks. Издательство: БХВ-Петербург, 2008 г.

9. Д.С. Гулевич. Сети связи следующего поколения. Издательства: Интернет-университет информационных технологий, Бином. 2007 г.

10. В.Ф. Мелехин, Е.Г. Павловский. Вычислительные машины, системы и сети. Издательство: Академия, 2006 г.

11. Э. Таненбаум. Компьютерные сети. Computer Networks. Издательство: Питер, 2009 г.

12. Н.В. Максимов, И.И. Попов. Компьютерные сети. Издательства: Форум, Инфра_М, 2007 г.

13. Ю.А. Семенов. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. В 3 частях. Часть 1. Алгоритмы и протоколы каналов и сетей передачи данных. Издательства: Интернет-университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний, 2007 г.

14. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник для вузов. Издательство: Питер, 2009 г.

15. Кэти Айвенс. Компьютерные сети. Хитрости. Издательство: Питер, 2006 г.

16. Вильям Столингс. Компьютерные сети, протоколы и технологии Интернета. Computer Networking with Internet Protocols and Technology. Издательство: БХВ-Петербург, 2005 г.

17. А.Н. Берлин. Телекоммуникационные сети и устройства. Издательства: Интернет-университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний, 2008 г.

18. Александр Заика. Компьютерные сети. Издательство: Олма-Пресс, 2006 г.

19. С.В. Глушаков, А.С. Сурядный. Компьютеры, программы, сети. Издательства: АСТ, АСТ Москва, ВКТ, 2009 г.

20. Т.Б. Денисова, Б.Я. Лихтциндер, А.Н. Назаров, М.В. Симонов, С.М. Фомичев. Мультисервисные АТМ-сети. Издательство: Эко-Трендз, 2005 г.

21. А.Б. Суворов. Телекоммуникационные системы, компьютерные сети и Интернет. Издательство: Феникс, 2007 г.

22. В.Ю. Микрюков. Информация, информатика, компьютер, информационные системы, сети. Издательство: Феникс, 2007 г.

23. И.Г. Бакланов. Технологии измерений в первичной сети. Часть 2. Системы синхронизации B-ISDN, ATM. Издательство: Эко-Трендз, 2006 г.

24. И.П. Голованов. Руководство по технологиям объединенных сетей. Internetworking Technologies Handbook. Издательство: Вильямс, 2005 г.

25. Е.Б. Алексеев, В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев, А.Д. Моченов, М.С. Тверецкий. Проектирование и техническая эксплуатация цифровых телекоммуникационных систем и сетей. Издательство: Питер, 2008 г.

26. Дж. Скотт Хогдал. Анализ и диагностика компьютерных сетей Network Analysis and Troubleshooting. Издательство: Лори, 2007 г.

27. Майкл Палмер, Роберт Брюс Синклер. Проектирование и внедрение компьютерных сетей. Guide to Designing and Implementing Local and Wide Area Networks. Издательство: БХВ-Петербург, 2008 г.

28. Б.Д. Виснадул, С.А. Лупин, С.В. Сидоров, П.Ю. Чумаченко. Основы компьютерных сетей. Издательства: Форум, Инфра_М, 2009 г.

29. В. Олифер, Н. Олифер. Основы компьютерных сетей. Издательство: Питер, 2009 г.

30. В.Н. Ручкин, В.А. Фулин. Архитектура компьютерных сетей. Издательство: Диалог-МИФИ, 2008 г.

31. Казаков С.И. Основы сетевых технологий. - М.: Микроинформ, 2007 г.

Страницы: 1, 2