Использование технологии АТМ для построения транспортного уровня

АТМ (Аsynchronous 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, пспользуемый для адресации, контроля ошибок и управления сетью.

В технологии АТМ поддерживается передача трафика четырех видов:

ü СВR (Соnstant Вit Rаtе — с постоянной битовой скоростью) — синхронный, чувствительный к задержкам;

ü VВR (Variable Вit Rate — с переменной битовой скоростью). Разделен на два подкласса: гtVВR — в режиме реального времени (чувствительный к задержкам) и nrtVВR — без использования режима реального времени (задержки допустимы);

ü АВR (Аvailable Bit Rаtе — с доступной битовой скоростью) — трафик приложений, нечувствительных к задержкам. Скорость передачи изменяется в зависимости от загрузки;

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

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

На физическом уровне осуществляется физическая передача информации по сети АТМ. Стандарты АТМ для физического уровня описывают, какие кабельные системы должны использоваться в сетях АТМ и с какими скоростями может работать АТМ 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 АТМ и OSI

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

Уровень адаптации АТМ (ААL — АТМ Аdaptation Layer) обеспечивает интерфейс между уровнем АТМ и протоколами более высокого уровня. Основной функцией уровня ААL 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 АТМ.

Все протоколы, за исключением ААL 5, добавляют служебную информацию к 48 байтам данных в ячейке АТМ. 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 ААL1 используется для пересылки аудио- и видеоинформации в режиме реального времени и определяет метод передачи непрерывного сигнала ячейками АТМ.

Уровень ААL2 обеспечивает передачу данных с переменной скоростью в реальном времени. В передаваемые ячейки вместе с даннями включается информация синхронизации. Размер полезных данных пользователя составляет 45 байтов.

Таблица 2.1

Уровень ААLЗ 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 ААL.5 обеспечивает максимальную эффективность передачи данных различных протоколов, в частности, протоколов IР и FR. Размер полезной информации составляет 48 байтов.

Основной транспортной единицей АТМ является виртуальный канал (VC), выделяемый логически. Виртуальный канал АТМ — это соединение между двумя конечными станциями АТМ, 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 (VР). 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 канаты (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 пропускання, 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 АТМ 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 АТМ 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 АТМ могут использоваться два метода:

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

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

В АТМ различают следующие типы интерфейсов:

· «пользователь-сеть» (User-to-Network Interface — UNI), определяющий взаимодействие между конечной станцией и коммутатором. Для интерфейса UNI определены скорости передачи 155 520 Мбит/ с при использовании коаксиального кабеля (до 100 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 I.361, Спецификациях Форума АТМ UNI 3.1, а также в Спецификациях Форума АТМ UNI 4.0;

· интерфейс «сеть-сеть» (Network-to-Network Interface), определяющий взаимодействие между коммутаторами АТМ сети либо между сетями АТМ. Функцией интерфейса является сбор, обновление и синхронизация информации о топологии сети АТМ 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 I.361, Спецификации Форума АТМ РNNI версии 1.0, а также в Спецификации Форума АТМ В-IСI.

На рис. 2.4 приведена схема взаимодействия оконечной станции сети АТМ с коммутатором и место интерфейсов АТМ в этом взаимодействии. Данные пользователя поступают на уровень адаптации АТМ. В соответствии с типом данных какой-либо из четырех протоколов ААL разбивает их на ячейки. Ячейки передаются на уровень АТМ, 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 АТМ-сети строится на основе АТМ-коммутаторов. Для организации соединений между узлами сети могут использоваться тракты STM-1 и SТМ-4 сетей SDH, а также тракты Е1 или ЕЗ систем РDH. В качестве оборудования доступа используются АТМ мультиплексоры, в функции которых входит концентрация информационных потоков и перенаправление их в ядро сети (примером мультиплексора АТМ может служить DSLAM). Для организации доступа пользователей применяются сетевые окончания, содержащие необходимые пользовательские интерфейсы. Пример построения сети АТМ приведен на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Архитектура сети АТМ

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

♦ в соответствии с требованиями протокола АТМ для интерфейса NNI. определенными в Рекомендации МСЭ-Т I.361. При этом для организации коммутируемых соединений должна использоваться сигнализация В-ISUP в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т серии Q.27хх;

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

Подключение абонентов сети АТМ должно осуществляться в точках сети, реализующих функции сетевого окончания. Функция сетевого окончания может быть либо реализована в оборудовании оконечного или оконечно-транзитного узла сети АТМ. 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 I.361. При этом для организации коммутируемых соединений должна использоваться сигнализация ВІІ2 в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т серии Q29xx;

* интерфейс UNI в соответствии со Спецификациями Форума АТМ UNI 3.1. При этом допускается использование интерфейса UNI, требования к которому определены в Спецификации Форума АТМ 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, Х.25. Frame Relay и т. п.), реализующий функцию преобразования формата передаваемой информации и сигнализации в формат протокола АТМ.

В частности, оборудование АТМ может использоваться для организации постоянных и коммутируемых соединительных линий между узлами ТфОП. В качестве интерфейса физического уровня для взаимодействия оборудования АТМ 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 АТМ более распространена в качестве транспортной технологии, предоставляющей механизмы обеспечения качества передачи на канальном уровне.