Что является единицей информации в сетях atm бит байт ячейка пакет файл

Обновлено: 06.07.2024

Асинхронный режим передачи ( ATM ) - это телекоммуникационный стандарт, определенный ANSI и ITU (ранее CCITT) для цифровой передачи нескольких типов трафика, включая телефонные (голосовые), данные и видеосигналы в одной сети без использования отдельных оверлейных сетей . ATM был разработан для удовлетворения потребностей широкополосной цифровой сети с интегрированными услугами , как это было определено в конце 1980-х годов, и предназначено для интеграции сетей электросвязи. Он может обрабатывать как традиционный трафик данных с высокой пропускной способностью, так и контент с малой задержкой в реальном времени , такой как голос и видео. ATM предоставляет функциональные возможности, использующие функции сетей с коммутацией каналов и коммутации пакетов . Он использует асинхронное мультиплексирование с разделением по времени .

На канальном уровне эталонной модели OSI (уровень 2) базовые единицы передачи обычно называются кадрами . В ATM эти кадры имеют фиксированную длину (53 октета или байта ) и называются ячейками . Это отличается от таких подходов, как IP или Ethernet , в которых используются пакеты или кадры переменного размера. ATM использует модель, ориентированную на соединение, в которой виртуальный канал должен быть установлен между двумя конечными точками до начала обмена данными. Эти виртуальные каналы могут быть постоянными, т. Е. Выделенными соединениями, которые обычно предварительно сконфигурированы поставщиком услуг, или коммутируемыми, т. Е. Настраиваемыми для каждого вызова с использованием сигнализации и отключаемыми при завершении вызова.

Эталонная модель сети ATM приблизительно соответствует трем нижним уровням модели OSI: физическому уровню , уровню канала данных и сетевому уровню . ATM представляет собой протокол ядра , используемый в SONET / SDH остове коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN) и в Integrated Services Digital Network (ISDN), но в значительной степени были вытеснены в пользу сетей следующего поколения на основе Интернет - протокола (IP ), в то время как беспроводные и мобильные банкоматы так и не смогли занять прочную позицию.

СОДЕРЖАНИЕ

Архитектура протокола

Таким образом, конструкторы ATM используются маленькие элементы данных , чтобы уменьшить дрожание (большие изменения в пакете время прохождения или времени в одну сторону, в данном случае) в мультиплексирование потоков данных. Уменьшение джиттера (а также сквозных задержек приема-передачи) особенно важно при передаче голосового трафика, потому что преобразование оцифрованного голоса в аналоговый аудиосигнал - это по сути процесс в реальном времени , и для хорошей работы декодер , который делает это должно равномерно разнесенных (во времени) потока элементов данных. Если следующий элемент данных недоступен, когда он необходим, у кодека нет другого выбора, кроме как производить молчание или угадывать - а если данные запаздывают, они бесполезны, потому что период времени, когда он должен был быть преобразован в сигнал, уже прошло.

Во время разработки ATM синхронная цифровая иерархия (SDH) со скоростью 155 Мбит / с с полезной нагрузкой 135 Мбит / с считалась быстрым каналом оптической сети, и многие каналы плезиохронной цифровой иерархии (PDH) в цифровой сети были значительно медленнее, от 1,544 до 45 Мбит / с в США и от 2 до 34 Мбит / с в Европе.

На скорости 155 Мбит / с типичный полноразмерный пакет данных размером 1500 байт (12 000 бит), достаточный для содержания IP-пакета максимального размера для Ethernet , займет 77,42 мкс для передачи. В более низкоскоростном канале, таком как линия T1 1,544 Мбит / с , один и тот же пакет займет до 7,8 миллисекунд.

Задержка очереди индуцируется несколько таких пакетами данных может превысить цифру в 7,8 мсе в несколько раз, в дополнении к любой пакетной задержке генерации в более коротком речевом пакете. Это было сочтено неприемлемым для речевого трафика, который должен иметь низкий уровень джиттера в потоке данных, подаваемом в кодек, для получения звука хорошего качества. Пакетная голосовая система может создавать этот низкий джиттер несколькими способами:

Использование буфера воспроизведения между сетью и кодеком, достаточно большого, чтобы обработать кодек почти всем джиттером в данных. Это позволяет сгладить джиттер, но задержка, вносимая прохождением через буфер, требует эхоподавителей даже в локальных сетях; в то время это считалось слишком дорогим. Кроме того, это увеличило задержку по каналу и затруднило разговор по каналам с высокой задержкой.
Использование системы, которая по своей сути обеспечивает низкий уровень джиттера (и минимальную общую задержку) для трафика, который в нем нуждается.
Работа с пользователем 1: 1 (т. Е. Выделенный канал).

Структура клетки

ATM определяет два разных формата ячеек: интерфейс пользователь-сеть (UNI) и интерфейс сеть-сеть (NNI). Большинство каналов ATM используют формат ячеек UNI.

Схема ячейки банкомата UNI

Полезная нагрузка и заполнение при необходимости (48 байтов)

Схема ячейки NNI ATM

Полезная нагрузка и заполнение при необходимости (48 байтов)

ATM использует поле PT для обозначения различных специальных типов ячеек для операций, администрирования и управления (OAM), а также для определения границ пакетов на некоторых уровнях адаптации ATM (AAL). Если старший бит (MSB) поля PT равен 0, это ячейка пользовательских данных, а два других бита используются для обозначения перегрузки сети и в качестве бита заголовка общего назначения, доступного для уровней адаптации ATM. Если MSB равен 1, это ячейка управления, а два других бита указывают тип. (Сегмент управления сетью, сквозное управление сетью, управление ресурсами и зарезервировано для будущего использования.)

Ячейка UNI резервирует поле GFC для локальной системы управления потоком / субмультиплексирования между пользователями. Это было предназначено для того, чтобы позволить нескольким терминалам совместно использовать одно сетевое соединение, так же, как два телефона цифровой сети с интегрированными услугами (ISDN) могут совместно использовать одно соединение ISDN с базовой скоростью. По умолчанию все четыре бита GFC должны быть равны нулю.

Формат ячейки NNI почти точно воспроизводит формат UNI, за исключением того, что 4-битное поле GFC перераспределяется в поле VPI, расширяя VPI до 12 бит. Таким образом, одно соединение NNI ATM способно адресовать почти 2 12 виртуальных каналов до почти 2 16 виртуальных каналов каждый (на практике некоторые номера виртуальных каналов и виртуальных каналов зарезервированы).

Типы услуг

ATM поддерживает различные типы услуг через AAL. Стандартизированные AAL включают AAL1, AAL2 и AAL5, а также редко используемые AAL3 и AAL4. AAL1 используется для услуг с постоянной скоростью передачи данных (CBR) и эмуляции каналов. Синхронизация также поддерживается на AAL1. AAL2 - AAL4 используются для услуг с переменным битрейтом (VBR), а AAL5 - для данных. Какой AAL используется для данной ячейки, в ячейке не кодируется. Вместо этого он согласовывается или настраивается на конечных точках для каждого виртуального соединения.

После первоначального проектирования банкоматов сети стали намного быстрее. Полноразмерный кадр Ethernet размером 1500 байт (12000 бит) занимает всего 1,2 мкс для передачи в сети 10 Гбит / с, что снижает потребность в малых ячейках для уменьшения джиттера из-за конкуренции. Повышенные скорости соединения сами по себе не уменьшают дрожание из-за очередей. Кроме того, оборудование для реализации адаптации услуг для IP-пакетов стоит дорого при очень высоких скоростях.

ATM обеспечивает полезную возможность переноса нескольких логических цепей на одном физическом или виртуальном носителе, хотя существуют и другие методы, такие как многосвязный PPP , Ethernet VLAN и поддержка нескольких протоколов через SONET .

Виртуальные схемы

Сеть должна установить соединение, прежде чем две стороны смогут отправлять друг другу ячейки. В банкоматах это называется виртуальным каналом (VC). Это может быть постоянный виртуальный канал (PVC), который административно создается на конечных точках, или коммутируемый виртуальный канал (SVC), который создается по мере необходимости взаимодействующими сторонами. Создание SVC управляется сигнализацией , в которой запрашивающая сторона указывает адрес принимающей стороны, тип запрошенной услуги и любые параметры трафика, которые могут быть применимы к выбранной услуге. Затем сеть выполняет «допуск вызова», чтобы подтвердить, что запрошенные ресурсы доступны и что существует маршрут для соединения.

Мотивация

Когда эти ячейки пересекают сеть ATM, переключение происходит путем изменения значений VPI / VCI (перестановка меток). Хотя значения VPI / VCI не обязательно последовательно от одного конца соединения к другому, понятие схемы является последовательным ( в отличие от IP, где любой данный пакет может добраться до места назначения по другому маршруту , чем другие). Коммутаторы ATM используют поля VPI / VCI для идентификации канала виртуального канала (VCL) следующей сети, которую ячейке необходимо пройти на пути к конечному пункту назначения. Функция VCI аналогична функции идентификатора соединения канала передачи данных (DLCI) в Frame Relay, а также номера логического канала и номера группы логических каналов в X.25 .

Еще одно преимущество использования виртуальных каналов связано с возможностью использовать их в качестве уровня мультиплексирования, позволяя использовать различные услуги (например, голос, ретрансляцию кадров , n * 64 каналов, IP). VPI полезен для сокращения таблицы коммутации некоторых виртуальных каналов, имеющих общие пути.

ATM может создавать виртуальные каналы и виртуальные пути статически или динамически. Статические каналы (постоянные виртуальные каналы или PVC) или пути (постоянные виртуальные пути или PVP) требуют, чтобы канал состоял из серии сегментов, по одному для каждой пары интерфейсов, через которые он проходит.

PVP и PVC, хотя концептуально просты, требуют значительных усилий в больших сетях. Они также не поддерживают изменение маршрута обслуживания в случае сбоя. Динамически создаваемые PVP (мягкие PVP или SPVP) и PVC (мягкие PVC или SPVC), напротив, строятся путем определения характеристик цепи («контракт» службы) и двух конечных точек.

Сети ATM создают и удаляют коммутируемые виртуальные каналы (SVC) по запросу, когда это запрашивается оконечным оборудованием. Одно из применений SVC - это передача индивидуальных телефонных звонков, когда сеть телефонных коммутаторов соединена между собой с помощью банкоматов. SVC также использовались в попытках заменить локальные сети ATM.

Маршрутизация

Большинство сетей ATM, поддерживающих SPVP, SPVC и SVC, используют протокол частного сетевого узла или частный сетевой интерфейс (PNNI) для обмена информацией о топологии между коммутаторами и выбора маршрута через сеть. PNNI - это протокол маршрутизации по состоянию канала, такой как OSPF и IS-IS . PNNI также включает в себя очень мощный механизм суммирования маршрута, позволяющий создавать очень большие сети, а также алгоритм контроля допуска вызовов (CAC), который определяет доступность достаточной полосы пропускания на предлагаемом маршруте через сеть, чтобы удовлетворить требования к сервису ВК или вице-президент.

Транспортная инженерия

Еще одна ключевая концепция банкоматов связана с договором трафика . Когда канал ATM настроен, каждый коммутатор в цепи информируется о классе трафика соединения.

Контракты на трафик ATM являются частью механизма обеспечения « качества обслуживания » (QoS). Существует четыре основных типа (и несколько вариантов), каждый из которых имеет набор параметров, описывающих соединение.

CBR - Постоянная скорость передачи данных: указывается пиковая скорость передачи ячеек (PCR), которая является постоянной.
VBR - переменная скорость передачи данных: указывается средняя или устойчивая скорость передачи ячеек (SCR), которая может достигать пика на определенном уровне, PCR, в течение максимального интервала, прежде чем возникнет проблема.
ABR - Доступная скорость передачи данных: указана минимальная гарантированная скорость.
UBR - Неуказанная скорость передачи данных: трафик распределяется на всю оставшуюся пропускную способность.

VBR имеет варианты как в реальном времени, так и не в реальном времени и служит для «прерывистого» трафика. Не в реальном времени иногда сокращается до vbr-nrt.

Большинство классов трафика также вводят концепцию толерантности к вариациям задержки ячеек (CDVT), которая определяет "слипание" ячеек во времени.

Контроль за дорожным движением

Для поддержания производительности сети сети могут применять политику трафика к виртуальным каналам, чтобы ограничить их контрактами трафика в точках входа в сеть, то есть интерфейсах пользователь-сеть (UNI) и интерфейсах сеть-сеть (NNI): использование / управление параметрами сети (UPC и NPC). Эталонная модель, представленная ITU-T и ATM Forum для UPC и NPC, представляет собой общий алгоритм скорости передачи ячеек (GCRA), который является версией алгоритма дырявого ведра . Трафик CBR обычно контролируется только для PCR и CDVt, тогда как трафик VBR обычно контролируется с помощью контроллера двойного дырявого ведра для PCR и CDVt, а также SCR и максимального размера пакета (MBS). MBS обычно представляет собой размер пакета ( SAR - SDU ) для VBR VC в ячейках.

Если трафик в виртуальном канале превышает его контракт по трафику, как определено GCRA, сеть может либо отбросить ячейки, либо пометить бит приоритета потери ячеек (CLP) (чтобы идентифицировать ячейку как потенциально избыточную). Базовое применение политик работает от ячейки к ячейке, но это неоптимально для инкапсулированного пакетного трафика (поскольку сброс одной ячейки сделает недействительным весь пакет). В результате были созданы такие схемы, как частичное отбрасывание пакета (PPD) и раннее отбрасывание пакета (EPD), которые отбрасывают целую серию ячеек до начала следующего пакета. Это уменьшает количество бесполезных ячеек в сети, экономя полосу пропускания для полных пакетов. EPD и PPD работают с соединениями AAL5, поскольку они используют маркер конца пакета: бит индикации пользователя ATM-ATM (AUU) в поле типа полезной нагрузки заголовка, который устанавливается в последней ячейке SAR- SDU.

Формирование трафика

Формирование трафика обычно происходит в сетевой карте (NIC) в пользовательском оборудовании и пытается гарантировать, что поток ячеек на VC будет соответствовать его контракту трафика, то есть ячейки не будут отброшены или уменьшен приоритет в UNI. Поскольку эталонной моделью для управления трафиком в сети является GCRA, этот алгоритм обычно также используется для формирования, и при необходимости могут использоваться реализации одиночного и двойного дырявого ведра .

Эталонная модель

Эталонная модель сети ATM приблизительно соответствует трем нижним уровням эталонной модели OSI . Он определяет следующие слои:

На уровне физической сети ATM определяет уровень, эквивалентный физическому уровню OSI .
Уровень 2 ATM примерно соответствует уровню канала данных OSI .
Сетевой уровень OSI реализован как уровень адаптации ATM (AAL).

Развертывание

Банкоматы стали популярными среди телефонных компаний и многих производителей компьютеров в 1990-х годах. Однако даже к концу десятилетия лучшая цена / производительность продуктов на основе интернет-протокола конкурировала с технологией ATM за интеграцию скачкообразного сетевого трафика в реальном времени. Такие компании, как FORE Systems, сосредоточились на продуктах ATM, в то время как другие крупные поставщики, такие как Cisco Systems, предоставляли банкоматы в качестве опции. После прорыва пузыря доткомов некоторые все еще предсказывали, что «банкоматы будут доминировать». Однако в 2005 году Форум ATM , который был торговой организацией, продвигающей эту технологию, объединился с группами, продвигавшими другие технологии, и в конечном итоге стал Форумом широкополосной связи .

Беспроводной или мобильный банкомат

Беспроводной ATM, или мобильный ATM, состоит из базовой сети ATM с сетью беспроводного доступа. Ячейки ATM передаются от базовых станций к мобильным терминалам. Функции мобильности выполняются на коммутаторе ATM в базовой сети, известном как «перекрестный коммутатор», который аналогичен MSC (центр коммутации мобильной связи) в сетях GSM. Преимущество беспроводного ATM заключается в его высокой пропускной способности и высокой скорости передачи обслуживания, выполняемой на уровне 2. В начале 1990-х годов Bell Labs и исследовательские лаборатории NEC активно работали в этой области. Энди Хоппер из компьютерной лаборатории Кембриджского университета также работал в этой области. Был сформирован форум по беспроводным банкоматам, чтобы стандартизировать технологию, лежащую в основе беспроводных сетей банкоматов. Форум поддержали несколько телекоммуникационных компаний, в том числе NEC, Fujitsu и AT&T . Мобильный банкомат был нацелен на предоставление технологии высокоскоростной мультимедийной связи, способной обеспечивать широкополосную мобильную связь помимо GSM и WLAN.

Версии

Одной из версий ATM является ATM25 , где данные передаются со скоростью 25 Мбит / с .

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

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

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

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

atm использует исключительно модель с установлением соединения (здесь нет аналогий с UDP-протоколом). Это создает определенные трудности для управления трафиком с целью обеспечения требуемого качества обслуживания (QoS). Для решения этой задачи используется алгоритм GCRA (generic rate algorithm). Работа этого алгоритма проиллюстрирована на рис. 4.3.5.3.

Рис. 4.3.5.3. Иллюстрация работы алгоритма GCRA

gcra имеет два параметра. Один из них характеризует максимально допустимую скорость передачи (PCR - peak cell rate; T=1/PCR - минимальное расстояние между ячейками), другой - допустимую вариацию значения скорости передачи (CDVT=L). Если клиент не собирается посылать более 100000 ячеек в секунду, то Т=10 мксек. На рис. 4.3.5.3 представлены разные варианты следования ячеек. Если ячейка приходит раньше чем T- t , она считается неподтверждаемой и может быть отброшена. Ячейка может быть сохранена, но при этом должен быть установлен бит CLP=1. Применение бита CLP может быть разной для разных категорий услуг (смотри таблицу 4.3.5.3.). Данный механизм управления трафиком сходен с алгоритмом "дырявое ведро", описанным в разделе "Сети передачи данных".

Можно вычислить число подтверждаемых ячеек N, которые могут быть переданы при пиковом потоке ячеек PCR=1/t. Пусть время ячейки в пути равно d . Тогда N = 1 + (l/(T- d )). Если полученное число оказалось нецелым, оно должно быть округлено до ближайшего меньшего целого.

Трудно устранимой проблемой для atm является предотвращение перегрузки на промежуточных коммутаторах-переключателях. Коммутаторы могут иметь 100 внешних каналов, а загрузка может достигать 350000 ячеек/сек. Здесь можно рассматривать две задачи: подавление долговременных перегрузок, когда поток ячеек превосходит имеющиеся возможности их обработки, и кратковременные пиковые загрузки. Эти проблемы решаются различными способами: административный контроль, резервирование ресурсов и управление перегрузкой, привязанное к уровню трафика.

В низкоскоростных сетях с относительно медленно меняющейся или постоянной загрузке администратор вмешивается лишь при возникновении критической ситуации и предпринимает меры для понижения скорости передачи. Очень часто такой подход не слишком эффективен, так как за время доставки управляющих команд приходят многие тысячи ячеек. Кроме того, многие источники ячеек в ATM работают с фиксированной скоростью передачи (например, видеоконференция). Требование понизить скорость передачи здесь достаточно бессмысленно. По этой причине в АТМ разумнее предотвращать перегрузку. Но для трафика типа CBR, VBR и UBR не существует никакого динамического управления перегрузкой и административное управление является единственной возможностью. Когда ЭВМ желает установить новый виртуальный канал, она должна охарактеризовать ожидаемый трафик. Сеть анализирует возможность обработки дополнительного трафика с учетом различных маршрутов. Если реализовать дополнительный трафик нельзя, запрос аннулируется. В отсутствии административного контроля несколько широкополосных пользователей могут блокировать работу массы узкополосных клиентов сети, например, читающих свою почту.

Резервирование ресурсов по своей сути близко административному контролю и выполняется на фазе формирования виртуального канала. Резервирование производится вдоль всего маршрута (во всех коммутаторах) в ходе реализации процедуры setup. Параметрами резервирования может быть значение пикового значения полосы пропускания и/или средняя загрузка.

Для типов сервиса CBR и VBR отправитель даже в случае перегрузки не может понизить уровень трафика. В случае UBR потери не играют никакой роли. Но сервис ABR допускает регулирование трафика. Более того, такое управление здесь весьма эффективно. Существует несколько механизмов реализации такого управления. Так предлагалось, чтобы отправитель, желающий послать блок данных, сначала посылал специальную ячейку, резервирующую требуемую полосу пропускания. После получения подтверждения блок данных начинает пересылаться. Преимуществом данного способа следует считать то, что перегрузки вообще не возникает. Но данное решение не используется из-за больших задержек (решение ATM-форума).

Другой способ сопряжен с посылкой коммутаторами специальных ячеек отправителю в случае возникновения условий перегрузки. При получении такой ячейки отправитель должен понизить скорость передачи вдвое. Предложены различные алгоритмы последующего восстановления скорости передачи. Но и эта схема отвергнута форумом atm из-за того, что сигнальные ячейки могут быть потеряны при перегрузке. Действительно данный алгоритм не всегда можно признать разумным. Например, в случае, когда коммутатор имеет 10 каналов с трафиком по 50 Мбит/с и один канал с потоком в 100 кбит/c, глупо требовать понижения трафика в этом канале из-за перегрузки.

Третье предложение использует тот факт, что граница пакета помечается битом в последней ячейке. Коммутатор просматривает входящий поток и ищет конец пакета, после чего выбрасывает все ячейки, относящиеся к следующему пакету. Этот пакет будет переслан позднее, а отбраcывание M ячеек случайным образом может вынудить повторение передачи m пакетов, что значительно хуже. Данный вариант подавления перегрузки был также не принят, так как выброшенный пакет совсем не обязательно послан источником, вызвавшим перегрузку. Но этот способ может быть использован отдельными производителями коммутаторов.

Обсуждались решения, сходные с тем, что используется в протоколе TCP "скользящее окно". Это решение требует слишком большого числа буферов в коммутаторах (как минимум по одному для каждого виртуального канала). После длинных дискуссий был принят за основу совершенно другой метод.

После каждых М информационных ячеек каждый отправитель посылает специальную RM-ячейку (resource management). Эта ячейка движется по тому же маршруту, что и информационные, но RM-ячейка обрабатывается всеми коммутаторами вдоль пути. Когда она достигает места назначения, ее содержимое просматривается и корректируется, после чего ячейка посылается назад отправителю. При этом появляются два дополнительных механизма управления перегрузкой. Во-первых, RM-ячейки могут посылаться не только первичным отправителем, но и перегруженными коммутаторами в направлении перегрузившего их отправителя. Во-вторых, перегруженные коммутаторы могут устанавливать средний PTI-бит в информационных ячейках, движущихся от первоисточника к адресату. Но даже выбранный метод подавления перегрузки не идеален, так как также уязвим из-за потерь управляющих ячеек.

Управление перегрузкой для услуг типа abr базируется на том, что каждый отправитель имеет текущую скорость передачи (ACR - actual cell rate), которая лежит между MCR (minimum cell rate) и PCR (peak cell rate). Когда происходит перегрузка, ACR уменьшается, но не ниже MCR. При исчезновении перегрузки acr увеличивается, но не выше PCR. Каждая RM-ячейка содержит значение загрузки, которую намеривается реализовать отправитель. Это значение называется ER (explicit rate). По пути к месту назначения эта величина может быть уменьшена попутными коммутаторами. Ни один из коммутаторов не может увеличивать ER. Модификация ER может производиться как по пути туда, так и обратно. При получении RM-ячейки отправитель может скорректировать значение ACR, если это необходимо.

С точки зрения построения интерфейса и точек доступа (T, S и R) сеть ATM сходна с ISDN (см. рис. 4.3.3.1 ).

Уровень ATM связан с последовательной передачей ячеек информации по установленному по сети соединению. Рассмотрим этот уровень.

Заголовок ATM-ячейки. Различные заголовки ATM-ячеек предназначены для использования в интерфейсах "пользователь-пользователь" (UNI), "сеть-сеть" ( NNI ). Интерфейс "пользователь-пользователь" (UNI) используется при обмене между оконечным оборудованием пользователей сети ATM или для обмена пользователей сети ATM со станциями ATM-сети организации, или между станциями ATM организаций и общедоступной ATM-сетью, переносящей информацию, как это показано на рис. 5.5.

Интерфейс "сеть-сеть" ( NNI ) используется при связи между узлами (станциями) одной и той же сети.

На рис. 5.7 показан 5-байтовый заголовок для интерфейса "пользователь-пользователь (UNI). Сначала дадим краткое описание функций полей этого заголовка, а потом рассмотрим более детально их роль при функционировании сети ATM.

Общее поле управления потоком (Generic Flow Control - GFC) - имеет в длину 4 бита и предназначено для управления нагрузкой и обеспечения доступа к среде при нескольких терминалах. Оно используется для защиты от перегрузок как в двухточечных, так и многоточечных конфигурациях доступа. Поле управления потоком применяется только для регулирования потока пользователя и не передается по сети. Поэтому при интерфейсе "сеть-сеть" оно не задействовано, а освободившиеся биты включаются в идентификатор виртуального канала.

Идентификатор виртуального пути (IVP - Identifier Virtual Path) - поле длиной 8 бит в интерфейсе "пользователь-пользователь" и 12 бит в интерфейсе "сеть-сеть" (используются биты, освободившиеся от поля "управление нагрузкой"). Это поле позволяет отобразить виртуальных путей в заданном UNI-соединении. Виртуальный путь содержит пучок виртуальных каналов, которые последовательно подключаются при установлении соединения по сети.

виртуальных каналов. Идентификаторы виртуального пути и канала совместно показывают положение данного соединения в данном маршруте.

Поскольку во многих случаях используется не все указанное количество каналов, соответственно не задействуется полный объем полей идентификатора. Поэтому для такого случая установлены следующие правила:

- биты, используемые для идентификаторов пути и канала, должны быть смежными;
- биты, не используемые ни пользователем, ни сетью, должны устанавливаться в ноль;
- битовая комбинация всегда должна начинаться с младшего разряда.

Тип полезной нагрузки - поле длиной 3 бита; позволяет определить 8 типов полезной нагрузки (таблица 5.1).

Значения бит в комбинациях следующие.

Старший бит

указывает, что комбинация принадлежит ячейке, переносящей пользовательские данные;

указывает, что комбинация принадлежит ячейке системы эксплуатации и технического обслуживания.

При значении второй бит ( ) служит указателем явной перегрузки, посылаемым в направлении передачи (Explicit Forward Congestion Indication -EFCI) и информирует приложения о возможной задержке ячейки, последующей за данной ячейкой. Он используется для включения механизма управления перегрузкой при классе обслуживания "доступная скорость передачи данных", о котором будет сказано далее.

При значении , последний бит ( ) переносится по всей сети и, как будет показано далее, используется на уровне адаптации AAL 5. При он служит указателем конца сервисного блока данных ( SDU - Service Data Unit).

Поле полезной нагрузки 110 предназначено для регулировки трафика.

Поле приоритета потери ячейки ( CLP - Cell Loss Priority) устанавливает два уровня приоритета для ячеек ATM. Ячейка, имеющая в поле приоритета CLP =0, в период перегрузки обрабатывается с более высоким приоритетом, чем ячейка с . В частности, ячейка должна быть отброшена прежде, чем ячейка с меткой . Бит может устанавливаться для индикации степени важности трафика или может быть установлен сетью для указания более низкого приоритета по QoS потока или ячейки, которая нарушает условия контракта.

Приоритет потери ячейки устанавливается пользователем или поставщиком услуг. Ячейки, принадлежащие источникам с постоянной скоростью передачи, всегда должны иметь приоритет по сравнению с источниками с изменяющейся скоростью.

В свою очередь, при передаче ячеек источника с изменяющейся скоростью передача части ячеек может присваиваться , а части . Это позволяет разделить поток ячеек на два потока: один, потеря которого мало влияет на качество обслуживания, и второй, потеря ячеек которого существенно сказывается на качестве обслуживания.

На узлах доступа может осуществляться проверка параметров потока пользователя, а на транзитных узлах - параметров сетевой нагрузки. Если параметры потока превышают установленные соглашением, то у части ячеек значение поля приоритета потери ячейки может меняться с на . При перегрузках на других узлах эти ячейки могут сбрасываться.

После запуска приемник находится в режиме коррекции. Если обнаружена однобитовая ошибка, то она исправляется. Если обнаружена многобитовая ошибка, то ячейка стирается. В обоих случаях приемник переключается в режим детектирования. В этом состоянии приемника каждая ячейка стирается. Если ошибок в заголовке не обнаружено, то механизм переходит в состояние коррекции. Такой режим коррекции предпочтительнее для среды, где одиночные ошибки более вероятны, чем для среды со многими ошибками.

В канальный (второй) уровень сети ATM входят уровень ATM и уровень адаптации ATM (см. рис.1, глава 9). На приведенном ниже рис. 1 показан стек протоколов уровней узлов транспортной сети и оконечных станций АТМ при выполнении процедур передачи ячеек. При выполнении процедур сигнализации стек протоколов отличается и будет приведен позже в настоящей главе.

Рис. 1. Стек протоколов уровней АТМ при выполнении процедуры передачи ячеек

Поле идентификаторов виртуального пути и виртуального канала

В АТМ могут использовать те же типы виртуальных каналов, что и в сети FR: постоянный ПВК, коммутируемый КВК и коммутируемый постоянный КПВК (т.е. соответственно PVC, SVC, SPVC). Виртуальные каналы АТМ часто связывают в один виртуальный путь. Для этого служит идентификация каналов на двух уровнях – виртуальный канал VC и виртуальный путь VP. Отдельно взятый коммутатор может выполнять коммутацию канала VC, коммутацию пути VP или обе коммутации. Эти логические идентификаторы можно рассматривать как «вложенные».

Идея комбинации значений VPI/VCI состоит в том, что идентификатор VCI рассматривается в пределах идентификатора VPI. Например, комбинация 3/40 обозначает, что используется значение идентификатора виртуального канала (VCI), равное 40, для идентификатора виртуального пути VPI, равного 3. Комбинация двух идентификаторов является идентификатором соединения. Виртуальный путь VP содержит множество виртуальных каналов (Virtual Circuits – VCs), а виртуальное канальное соединение (Virtual Circuit Connection – VCC) содержит множество путей VP.

Рис. 2. Пример иерархической адресации VPI/VCI в сети АТМ

Параметры трафика и показатели качества обслуживания

Для сети ATM определено четыре класса служб (табл. 1), охватывающих весь спектр мультимедийного характера трафика.

Служба класса А предназначена для поддержки аудио и видео-приложений, где информацию нужно передавать с постоянной скоростью. Службы класса В обеспечивает передачу уплотненного речевого, аудио или видео-трафика, поэтому трафик носит пульсирующий характер, а скорость пересылки данных может изменяться. Служба класса С обеспечивает передачу данных пакетной коммутацией . Служба класса D предназначена для передачи данных без установления соединения. Каждый пакет, передаваемый в сеть, содержит полные адреса отправителя и получателя. Не гарантируется потеря ячеек. Такая доставка по возможности («best effort») либо не ставит задачу надежного обмена с гарантией показателя вероятности потери ячеек, либо предусматривается восстановление потерянных ячеек на верхнем уровне, т.е. в оконечной станции.

В сети пакетной коммутации Frame Relay для установления виртуального соединения предусмотрен только один параметр трафика — согласованная скорость передачи CIR, которую сеть обязана поддержать при обычных условиях (глава 8). В мультимедийной сети АТМ для установления виртуального соединения по запросу пользователя предусмотрены следующие параметры трафика:

PCR (Peak Cell Rate) – верхняя граница скорости передачи ячеек, указывающая на максимальное количество ячеек, переданных за одну секунду.
SCR (Sustained Cell Rate) – средняя скорость передачи ячеек, указывающая на согласованный верхний уровень среднего количества ячеек, которое может быть передано за одну секунду.
MCR (Minimum Cell Rate) – минимальная скорость передачи ячеек, с которой отправитель может передавать данные.
MBS (Maximum Burst Size) – максимальная величина пульсации, указывающая на максимальное количество ячеек для скорости PCR, которые могут быть переданы по некоторому соединению.
CDVT (Cell Delay Variation Tolerance) – максимально допустимое отклонение задержки ячеек. В отличие от Frame Relay в сети АТМ при установлении виртуального соединения пользователю предоставлена возможность затребовать гарантию обеспечения следующих характеристик качества обслуживания QoS.
MCTD (Maximum Cell Transfer Delay) – максимальная задержка при передаче ячеек, определяемая временем задержки при передаче ячеек, определяемая временем передачи ячейки от одной оконечной станции к другой.
CDV (Cell Delay Variation) – амплитуда отклонения задержки ячеек. Изменения времени между двумя последовательными передачами называется флюктуацией фазы или джиттером. Это вызывает искажения видео или речи, которые выражаются в дрожании. Согласно спецификации АТМ-форума значение CDVT является параметром трафика, а не параметром QoS и поэтому не требует уникальной величины при установлении соединения. На рис. 3 приведены примеры сильной и слабой флюктуации.

Установление коммутируемого виртуального канала в сети АТМ во многом похоже на то, как это осуществляется в сети Frame Relay на приведенной на диаграмме рис. 5 (глава 8). В следующих разделах будет отмечены отличия в сети АТМ, вызванные в первую очередь мультимедийными возможностями сети.

Уровень адаптации АТМ

Для поддержки классов трафика и обеспечения пользователю гарантий качества обслуживания на оконечных пунктах сетей АТМ предусмотрены протоколы адаптации ААL (АТМ Adaptation Layer). Форумом АТМ стандартизировано четыре типа протоколов AAL: AAL1, AAL2, AAL¾, AAL5. Эти протоколы соответствуют части второго уровня эталонной модели OSI (см. рис. 1). В зависимости от конкретного вида информации пользователя (речь, видео или данные) и класса служб (А,В,С или D) используется определенный тип протокола AAL. В таблице 2 приведены сервисы AAL и соответствующие им классы трафика, гарантированные пользователю показатели качества обслуживания (QoS) и используемые для реализации типы протоколов AAL. Сервису с постоянной битовой скоростью CBR (Constant Bit Rate) соответствует тип трафика класса службы А. Согласованию пользователя с сетью подлежат параметры трафика PCR и CDVT, показатели задержки и потерь ячеек. Для реализации используется протокол AAL1. Типичные применения CBR включают телефонию, телевидение, радио, видео по требованию. Сервису с переменной битовой скоростью реального времени rt-VBR (real-time Variable Bit Rate) соответствует тип трафика класса службы B. Согласованию пользователя с сетью подлежат параметры трафика PCR, CDVT, SCR, MBS, показатели задержки и потерь ячеек. Для реализации используется протокол AAL2. Типичные применения rt-VBR сжатая речь, аудио и видео. Сервису с переменной битовой скоростью нереального времени nrt-VBR (non-real-time Variable Bit Rate) соответствует тип трафика класса службы С. Согласованию пользователя с сетью подлежат параметры трафика PCR, CDVT, SCR, MBS, показатель потерь ячеек. Для реализации используется протокол адаптации AAL5. Поскольку класс трафика С относится к службе передачи данных, то используемый протокол AAL5 не гарантирует показатель задержки ячеек.

На рис. 5 приняты следующие обозначения:

Протоколы AAL3/4, ALL5 относится к службе передачи данных и производят повторную передачу испорченных элементов CS-PDU, обеспечивая при этом высокий показатель QoS по вероятности потерь.

Сигнализация и маршрутизация в сети ATM

Процесс сигнализации в сети ATM (установление, поддержка и разъединение коммутируемых виртуальных каналов) во многом похож на эту процедуру в сети Frame Relay (диаграмма, которой приведена на рис. 5, глава 8). Приведем основные отличия в сети ATM.

Интерфейс подключения конечных пользователей к АТМ-коммутатору обозначается UNI (User-Network Interface). Интерфейс между AТM-коммутаторами обозначается NNI (Network Node Interface).

Стек протоколов при установлении коммутируемого виртуального канала

На рис. 5 приведена упрощенная схема стека протоколов сигнализации установления коммутируемого виртуального канала. Для обслуживания требуемого уровня обслуживания QoS оконечные станции и сеть должны выделить для виртуального соединения достаточное количество ресурсов.

Рис. 5. Стек протоколов сигнализации при установлении коммутируемого виртуального канала

Эту функцию выполняет стандартизированный форумом ATM протокол PNNI (Private Network-to-Network Interface), который включает процедуру маршрутизации и процедуру сигнализации.

Протокол PNNI по выполнению функции маршрутизации

Протокол по выполнению функции сигнализации PNNI

маршрут от источника, определённый протоколом PNNI по выполнению функции маршрутизации;
информацию о достижимости, возможности установления соединения из результатов работы протокола PNNI по выполнению функции маршрутизации;
механизм обратного маршрута, который допускает временное разъединение незавершённого соединения из-за несоответствия уровня обслуживания QoS или повреждения канала связи.

Управление ATM-трафиком в процессе передачи

После того, как было установлено соединение согласно требуемому пользователем уровню качества обслуживания QoS и соблюдены условия соглашения о трафике, сеть готова к передаче ячеек. Соглашение о трафике является чем-то вроде «закона» в данном соединении. Допустим, что некоторая станция нарушает и передаёт значительно больше трафика, чем оговорено в соглашении. Существуют две основные функции управления трафиком: контроль трафика и контроль перегрузок.

Контроль трафика

Основной функцией контроля трафика является мониторинг соединения. При этом производится мониторинг потока трафика и соблюдения условий соглашений в целях защиты сетевых ресурсов от неправильного использования (или злоупотребления), которое может преднамеренно или непреднамеренно повлиять на качество услуг, предоставляемых другим пользователям сети по установленным ими соединениям. Мониторинг соединений на NNI-уровне является обязательным и называется NPC (Network Parameter Control). Приведём один из самых простых механизмов мониторинга и контроля трафика с NNI-интерфейса. В случае нарушения ячейкой соглашения о трафике, входной коммутатор устанавливает бит приоритета потери CLP (Cell Loss Priority), равным 1, тем самым отмечая, что у неё низкий приоритет. Если же ячейка не нарушила условия соглашения пользователя с сетью, её бит CLP остаётся равным 0, что указывает на высокий приоритет. При возникновении перегрузки в сети ячейки с приоритетом 1 уничтожаются, а с приоритетом 0 передаются дальше. Форум АТМ определяет две модели проверки приоритета.

Модель прозрачной передачи битов CLP, при которой устройство сети игнорирует CLP-бит. Такая модель используется, например, при сервисе AAL с постоянной битовой скоростью CBR, для которого важна гарантия показателя задержки ячеек.
Модель пристальной проверки CLP, при которой применяется селективное уничтожение ячейки с CLP-бит, равным 1. Такая модель используется, например, в сервисе AAL net-VBR, для которого важна гарантия показателя вероятности доставки пакета.

Контроль перегрузки

Форум АТМ специфицировал два метода контроля перегрузки.

Индикация явной перегрузки при прямой передаче EFCI (Explicit Forward Congestion Indication).
Относительная маркировка скорости передачи RRM (Relative Rate Marking).

В режиме EFCI коммутатор устанавливает в заголовке ячейки соответствующий бит. Приняв такую ячейку, оконечная станция-получатель адаптивно понижает скорость ячеек в соединении. Если в таких соединениях используются ячейки управления ресурсами RM-ячейки с определенными значением VCI=6, оконечная станция-получатель может уведомить отправителя о перегрузе. Для этого станция-получатель посылает RM-ячейку с указанием о перегрузе на оконечную станцию отправителя. Сервисы AAL CBR, nrt-VBR, rt-VBR, UBR могут использовать режим EFCI. В режиме RRM оконечная станция-отправитель периодически генерирует и посылает во все соединения вместе с ячейкам данных RM-ячейки. Устройство-получатель отправляет их назад отправителю, определяя тем самым, испытывает ли промежуточный коммутатор перегрузку. В RRM режиме коммутатор сам может уведомлять о перегрузке, а в EFCI получатель уведомляет отправителя о перегрузке. Поэтому режим RRM более эффективен. Метод RRM является обязательным для сервиса ABR.

Виртуальная частная сеть на основе сети ATM

Для построения VPN используются постоянные виртуальные каналы, в которых значения VPI/VCI устанавливаются администратором сети. На рис. 7 приведена логическая структура VPN-сетей ATM.

На рис. 7 показаны виртуальные соединения двух VPN-сетей ATM – пользователей офисов компании А и компании В. На рисунке не показаны коммутаторы АТМ. VPN-сети на основе ATM отличаются от VPN-сетей FR тем, что виртуальные каналы предоставляются широким набором согласованных показателей качества обслуживания QоS. Первая VPN А пользователей центрального офиса А₁ и двух его филиалов – А₂ и А₃. АТМ предоставляет виртуальные каналы между главным офисом и филиалами с номерами идентификаторов VPI/VCI =5/1 и 5/2, 4/1, 4/2 (созданных в оконечных коммутаторах ATM с соответствующими офисами А₁, А₂, А₃). Аналогично вторая VPN В включает пользователей центрального офиса В1 и двух его филиалов – В₂ и В₃. ATM предоставляет виртуальные каналы между главным офисом и филиалами с номерами идентификаторов VPI/VCI =7/1 и 7/2, 6/1, 6/2 (созданных в оконечных коммутаторах ATM с соответствующими офисами B₁, В₂ , В₃). Пользователи каждой VPN получают по виртуальным каналам доступ только к пользователям своей VPN.

Delphi site: daily Delphi-news, documentation, articles, review, interview, computer humor.

Наименьшей единицей информации принято считать бит. Значением бита может быть 0 или 1, поэтому бит часто называют двоичной цифрой (binary). Ясно, что в одном бите нельзя передать достаточный объем информации, поэтому их группируют по восемь. Восемь битов составляют один байт. Минимальный объем информации, пусть даже увеличенный в восемь раз, все равно остается недостаточно большим, но один байт способен хранить значение стандартного символа ASCII, например буквы или знака препинания, или целого числа до 255 (2 8 -1).

Рис. 1.2. Схема байта

На рис. 1.2 показана схема байта. Нас больше всего интересуют биты, для которых используется двоичный код - набор нулей и единиц. Каждый бит можно представить некоторой степенью основы двоичной системы счисления - числа 2. Значение байта составляет диапазон степеней числа 2 от 2° до 2 7 . Это пояснить довольно просто: если значением всех битов одного байта является 0, то и значение байта равно 0, если же значением всех битов одного байта является 1, то, сложив все значения степеней битов, начиная с наименьшего (2°=1), получим 1+2+4+8+16+32+64+128=255- максимальное значение одного байта. Проанализируем смысл этого значения позже, при обсуждении IP-адресов.

Только что мы выполнили преобразование двоичного значения в десятичное. Для преобразования байта данных из двоичного вида в десятичный достаточно представить его в виде степеней числа 2 и простым сложением полученных значений каждого бита получить искомое десятичное значение. Вот и весь секрет. Это не так сложно, как запуск ракеты в космос.

Рис. 1.3. Пакет данных

Для создания кадра (frame) к нему должна быть добавлена информация заголовков каждого из уровней TCP/IP. В последнюю очередь к кадру добавляется информация физического уровня, и он передается в линию связи с помощью сетевого адаптера (NIC - network interface card). Заголовок кадра имеет размер 14 байт и содержит поля для хранения МАС-адресов отправителя и адресата, служебную информацию кадра (ее размер может изменяться) и 4-байтовую завершающую часть (окончание) для передачи кода CRC.

Читайте также: