2.2.1. Использование технологии atm для построения транспортного уровня

ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим передачи) является технологией универсальной транспортной сети, предназначенной для предоставления услуг прозрачной передачи различных типов информации. При этом обеспечивается достаточная пропускная способность для каждого из них и гарантируется своевременная доставка чувствительных к задержкам типов трафика. В основе технологии лежит передача данных в виде ячеек фиксированной длины для любого типа трафика, скорости передачи и способа кадрирования. Длина ячейки составляет 53 байта, 48 из которых отводится под передачу пользовательской информации, остальные 5 — под заголовок, используемый для адресации, контроля ошибок и управления сетью.

В технологии ATM поддерживается передача трафика четырех видов:

• CBR (Constant Bit Rate — с постоянной битовой скоростью) — синхронный, чувствительный к задержкам;

• VBR (Variable Bit Rate — с переменной битовой скоростью). Разделен на два подкласса: rtVBR — в режиме реального времени (чувствительный к задержкам) и nrtVBR — без использования режима реального времени (задержки допустимы);

• ABR (Available Bit Rate — с доступной битовой скоростью) —трафик приложений, нечувствительных к задержкам. Скорость передачи изменяется в зависимости от нагрузки;

• UBR (Unspecified Bit Rate — с неопределенной битовой скоростью) — трафик, передача которого может вестись без обеспече­ния каких-либо гарантий производительности.

Основу эталонной модели протокола ATM составляют три уровня архитектуры ATM: физический, уровень ATM и уровень адаптации ATM, соответствующие трем нижним уровням модели OSI (рис. 2.3).

На физическом уровне осуществляется физическая передача информации по сети ATM. Стандарты ATM для физического уровня описывают, какие кабельные системы должны использоваться в сетях ATM и с какими скоростями может работать ATM при каждом типе кабеля. Наиболее часто используются скорости передачи 155 Мбит/с (кабели «витая пара» категории 5, экранированная «витая пара» типа 1, оптоволокон­ный кабель) и 622 Мбит/с (оптоволоконный кабель).

Рис. 2.3. Сетевые модели ATM и OSI

Уровень ATM предназначен для пересылки ячеек с физического уровня на уровень адаптации ATM и обратно с генерацией или отделе­нием заголовка ячеек, а также для управления трафиком и установления соединений.

Уровень адаптации ATM (AAL — ATM Adaptation Layer) обеспечивает интерфейс между уровнем ATM и протоколами более высокого уровня. Основной функцией уровня AAL является преобразование форматов данных в соответствии с требованиями различных приложений. Он также обеспечивает синхронизацию, упорядочивание, тактирование и обнаружение/исправление ошибок. В табл. 2.1 приведены основные характеристики четырех основных уровней адаптации ATM.

Таблица 2.1

Все протоколы, за исключением AAL 5, добавляют служебную информацию к 48 байтам данных в ячейке ATM. Служебная информация включает в себя специальные команды обработки ячеек, которые используются для обеспечения различных скоростей передачи трафика, в результате чего размер ячейки для передачи пользовательских данных уменьшается.

Уровень AAL1 используется для пересылки аудио- и видеоинформации в режиме реального времени и определяет метод передачи непре­рывного сигнала ячейками ATM.

Уровень AAL2 обеспечивает передачу данных с переменной скоростью в реальном времени. В передаваемые ячейки вместе с данными включается информация синхронизации. Размер полезных данных пользователя составляет 45 байтов.

Уровень AAL3/4 поддерживает передачу информации с переменной скоростью как при ориентированной на соединение, так и при не ориентированной на соединение модели обмена данными. Размер полезной информации составляет 44 байта.

Уровень AAL5 обеспечивает максимальную эффективность передачи данных различных протоколов, в частности, протоколов IP и FR. Размер полезной информации составляет 48 байтов.

Основной транспортной единицей ATM является виртуальный канал (VC), выделяемый логически. Виртуальный канал ATM — это соединение между двумя конечными станциями ATM, которое уста­навливается на время их взаимодействия. Виртуальный канал являет­ся двунаправленным. Объединение группы виртуальных каналов, сле­дующих на каком-то участке сети в общем направлении, называется виртуальным путем (VP). Виртуальный путь существует постоянно, независимо от того, установлено ли соединение. Физический тракт передачи может содержать несколько виртуальных путей и каналов. Различают постоянные и коммутируемые виртуальные соединения. Постоянные соединения являются аналогами традиционных арендованных каналов и трактов. Коммутатор может осуществлять коммутацию виртуальных путей и каналов или только коммутацию виртуальных путей (кроссовый коммутатор).

Имеются три типа виртуальных каналов:

• постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuit — PVC);

• коммутируемые виртуальные каналы (switched virtual circuit — SVC);

• интеллектуальные постоянные виртуальные каналы (smart permanent virtual circuits — SPVC).

PVC — это постоянное соединение между двумя конечными станциями, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. 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. Через произвольный промежуток времени SVC сбрасывается. SVC устанавливается динамически. Стандарты передачи сигналов уровня ATM определяют процесс установки, поддержания и сбрасывания соединения, использование конечной станцией при установлении соединения параметров QoS, а также способ управления трафиком.

SPVC — это гибрид PVC и SVC. Подобно PVC, SPVC устанавливается вручную на этапе конфигурирования сети. При этом задаются только конечные станции. Для каждой передачи сеть определяет, через какие коммутаторы будут передаваться ячейки.

Перед установлением соединения конечная станция запрашивает одну из четырех категорий сервиса. Сеть ATM устанавливает соединение, используя соответствующие параметры трафика и QoS для предотвращения перегрузки сети. Установленные соединения не должны превышать предоставленной им полосы пропускания. Если во время соединения полоса пропускания превышается, то ячейки отбрасываются. При этом в соответствии с установленным коэффициентом потерь определяется, какие ячейки можно отбрасывать. Сеть отказывает в установлении соединений, которые не могут поддерживаться.

Для передачи речи через сеть ATM могут использоваться два метода:

• соединение на сервисном уровне. В этом случае ATM рассматривается как мультисервисная сеть, в которой форматы передачи трафика и сигнализации преобразуются в среду ATM;

• соединение на сетевом уровне. В этом случае сеть ATM применяется как эффективная транспортная среда между узлами сети для прозрачной передачи трафика и сигнализации.

В ATM различают следующие типы интерфейсов:

• «пользователь-сеть» (User-to-Network Interface — UNI), определяющий взаимодействие между конечной станцией и коммутатором. Для интерфейса UNI определены скорости передачи 155 520Мбит/с при использовании коаксиального кабеля (до100 м), а также 622 080 Мбит/с и 2 488 320 Мбит/с при использо­вании оптического волокна (до 2 км). Варианты реализации интерфейса UNI определены в Рекомендации МСЭ-Т 1.361, Спецификациях Форума ATM UNI 3.1, а также в Спецификациях Форума ATM UNI 4.0;

• интерфейс «сеть-сеть» (Network-to-Network Interface), опреде­ляющий взаимодействие между коммутаторами ATM сети либо между сетями ATM. Функцией интерфейса является сбор, обновление и синхронизация информации о топологии сети ATM и адресах конечных узлов ATM. Для интерфейса NNI определе­ны скорости передачи 155 520 Мбит/с, 622 080 Мбит/с и 2 488 320 Мбит/с. Варианты реализации интерфейса NNI определены в Рекомендации МСЭ-Т 1.361, Спецификации Форума ATM PNNI версии 1.0, а также в Спецификации Форума ATM B-ICI.

На рис. 2.4 приведена схема взаимодействия оконечной станции сети ATM с коммутатором и место интерфейсов ATM в этом взаимодействии. Данные пользователя поступают на уровень адаптации ATM. В соответствии с типом данных какой-либо из четырех протоколов AAL разбивает их на ячейки. Ячейки передаются на уровень ATM, который добавляет к ним информацию, необходимую для маршрутизации. После этого ячейки передаются на физический уровень, разбивающий их на биты и посылающий через среду передачи коммутатору.

Рис. 2.4. Взаимодействие рабочей станции с коммутатором

Ядро ATM-сети строится на основе ATM-коммутаторов. Для орга­низации соединений между узлами сети могут использоваться тракты STM-1 и STM-4 сетей SDH, а также тракты Е1 или ЕЗ систем PDH. В качестве оборудования доступа используются ATM мультиплексоры, в функции которых входит концентрация информационных потоков и перенаправление их в ядро сети (примером мультиплексора ATM может служить DSLAM). Для организации доступа пользователей приме­няются сетевые окончания, содержащие необходимые пользовательские интерфейсы. Пример построения сети ATM приведен на рис. 2.5.

Взаимодействие узлов сети может осуществляться одним из двух способов (интерфейс U1):

• в соответствии с требованиями протокола ATM для интерфейса NNI, определенными в Рекомендации МСЭ-Т 1.361. При этом для организации коммутируемых соединений должна использоваться сигнализация B-ISUP в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т серии Q.27xx;

• в соответствии с требованиями протокола ATM, определенными в Спецификации Форума ATM PNNI версии 1.0. При этом для организации коммутируемых соединений должна использоваться сигнализация, определенная в указанной спецификации.

Подключение абонентов сети ATM должно осуществляться в точках сети, реализующих функции сетевого окончания. Функция сетевого окончания может быть либо реализована в оборудовании оконечного или оконечно-транзитного узла сети ATM, либо вынесена в оборудование, устанавливаемое у абонента.

Сетевое окончание может включать следующие типы интерфейсов для взаимодействия с оконечным оборудованием пользователя (интер­фейс U2):

• интерфейс UNI в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т 1.361. При этом для организации коммутируемых соединений должна использоваться сигнализация DSS2 в соответствии с Рекоменда­циями МСЭ-Т серии Q.29xx;

• интерфейс UNI в соответствии со Спецификациями Форума ATM UNI 3.1. При этом допускается использование интерфейса UNI, требования к которому определены в Спецификации Форума ATM UNI 4.0.

Для взаимодействия с другими сетями электросвязи (интерфейс U3) сетевое окончание должно поддерживать специализированный интерфейс пользователя, соответствующий стандартному интерфейсу для конкретного протокола передачи информации (например, Ethernet, X.25, Frame Relay и т. п.), реализующий функцию преобразования формата передаваемой информации и сигнализации в формат протокола ATM.

В частности, оборудование ATM может использоваться для организации постоянных и коммутируемых соединительных линий между узлами ТфОП. В качестве интерфейса физического уровня для взаимодействия оборудования ATM и оборудования ТфОП/ЦСИС могут использоваться каналы Е1. Функции преобразования сигнализации должны быть реализованы в соответствующих сетевых окончаниях.

Процесс маршрутизации делится на два этапа: выбор оптимальных маршрутов и непосредственное управление пакетами, осуществляемые раздельно. Выбор маршрутов осуществляется маршрутными серверами в ядре сети, использующими традиционные протоколы маршрутизации (например, OSPF и RIP). Вычисленные маршруты передаются устройствам доступа, поддерживающим распределенную маршрутизацию и осуществляющим непосредственное управление пакетами.

В настоящее время технология ATM более распространена в качестве транспортной технологии, предоставляющей механизмы обеспечения качества передачи на канальном уровне.