Сеть и технология ATM

Технология АТМ (Asynchronous Transfer Mode — режим асинхронной передачи) — это одна из самых перспективных технологий построения высокоскоростных сетей любого класса, от локальных до глобальных. Термин «асинхронный» в названии технологии указывает на ее отличие от синхронных технологий с фиксированным распределением пропускной способности канала между информационными потоками (например ISDN). Первоначально (на рубеже 80–90-х годов) технология разрабатывалась для замены известной технологии Synchronous Digital Hierarchy (SDH, синхронная цифровая иерархия), имеющей ряд недостатков, но и по сей день широко используемой при построении волоконно-оптических широкополосных магистралей (одна магистраль Санкт-Петербург–Москва многого стоит) и обеспечивающей самые высокие скорости передачи.

В качестве транспортного механизма АТМ лежит технология широкополосной ISDN(B-ISDN, Broadband ISDN), призванная обеспечить возможность создания единой, универсальной, высокоскоростной сети взамен множества сложных неоднородных существующих сетей. Частично ей это уже удалось. Технология АТМ, как уже говорилось, используется в сетях любого класса, для передачи любых видов трафика: как низко- и среднескоростного (факсы, почта, данные), так и высокоскоростного в реальном масштабе времени (голос, видео); технология работает с самыми разнообразными терминалами и по самым разным каналам связи.

Основные компоненты сети АТМ:

l АТМ-коммутаторы, представляющие собой быстродействующие специализированные вычислительные устройства, которые аппаратно реализуют функцию коммутации ячеек ATMмежду несколькими своими портами;

l устройства Customer Premises Equipment (CPE), обеспечивающие адаптацию информационных потоков пользователя при передаче с привлечением технологии ATM.

Для передачи данных в сети ATM организуется виртуальное соединение — virtual circuit (VC). В пределах интерфейса NNI виртуальное соединение определяется уникальным сочетанием идентификатора виртуального пути (virtual path identifier) и идентификатора виртуального канала (virtual circuit identifier). Виртуальный канал представляет собой фрагмент логического соединения, по которому производится передача данных одного пользовательского процесса. Виртуальный путь представляет собой группу виртуальных каналов, которые в пределах данного интерфейса имеют одинаковое направление передачи данных.

Коммутатор АТМ состоит из:

l коммутатора виртуальных путей;

l коммутатора виртуальных каналов.

Эта особенность организации АТМ обеспечивает дополнительное увеличение скорости обработки ячеек. ATM-коммутатор анализирует значения, которые имеют идентификаторы виртуального пути и виртуального канала у ячеек, поступающих на его входной порт, и направляет эти ячейки на один из выходных портов. Для определения номера выходного порта коммутатор использует динамически создаваемую таблицу коммутации.

Первоначально стандарт D-ISDN определял для сети АТМ два интерфейса:

l UNI (User-to-Network Interface) — интерфейс пользователь–сеть;

l NNI (Network-to-Network Interface) — интерфейс сеть–сеть,

Но затем «Форум АТМ» (есть и такой) добавил еще интерфейс взаимодействия оборудования АТМ с устройствами локальных сетей.

Передача информации в сетях АТМ происходит после предварительного установления соединений, выполняемого высокоскоростными коммутаторами АТМ. Коммутаторы создают широкополосный физический канал, в котором динамически можно формировать более узкополосные виртуальные подканалы. Передаются по каналу не кадры, не пакеты, а ячейки (cells). Ячейка представляет собой очень короткие последовательности байтов — размер ячейки составляет 53 байта, включая заголовок (5 байтов).

Размер ячейки выбран в результате компромисса между требованиями, предъявляемыми компьютерными сетями — больший размер ячейки, и требованиями голосового трафика — меньший размер ячейки. Время заполнения квантами голосового сигнала ячейки длиной 48 байтов составляет примерно 6 мс, что является пределом временной задержки, заметно не искажающей голосовой трафик.

Формат ячейки АТМ

Ячейка состоит из двух частей: поля заголовка (занимает 5 байтов) и поля данных (занимает 48 байтов).

В заголовке ячейки содержатся следующие поля:

l Virtual path identifier (VPI);

l Virtual circuit identifier (VCI);

l Payload type (PT);

l Congestion Loss Priority (CLP);

l Header Error Control (HEC).

Идентификаторы VPI и VCI используются для обозначения виртуальных соединений ATM. В поле PT располагается информация, определяющая тип передаваемых данных. CLP — бит понижения приоритета помечает кадры, которые при возникновении ситуации перегрузки должны быть уничтожены в первую очередь. Поле GFC содержат только ячейки АТМ, которые передаются через интерфейс UNI (содержимое этого поля используется в тех случаях, когда один интерфейс ATM UNI обслуживает несколько станций одновременно). Поле HEC хранит проверочную контрольную сумму четырех предыдущих байтов заголовка.

Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий — коммутации пакетов и коммутации каналов. От первых заимствована передача адресуемых пакетов, от вторых — минимизация задержек в сети ввиду пакетов малого размера.

В предшествовавших ISDN технологиях синхронной передачи было невозможно перераспределять пропускную способность канала между подканалами — в период простоя подканала общий канал все равно вынужден был передавать нулевые байты, так как синхронная система не позволяла нарушать последовательности передаваемых данных. В случае передачи пакетов с индивидуальными адресами, как это принято в компьютерных сетях, последовательность передачи пакетов не важна. На этом принципе и была построена система асинхронной передачи по АТМ-технологии. В ней можно по подканалам передавать ячейки в любой последовательности, а поскольку размер ячеек очень мал, достигается гибкость перераспределения нагрузки между подканалами и значительно увеличивается пропускная способность системы. У получателя ячейки собираются вместе и объединяются в сообщение — так же, как это делается в компьютерных сетях. Скорость передачи увеличивается и из-за того, что в процессе передачи ячеек их маршрутизацияне производится, высокоскоростные коммутаторы АТМ выполнили предварительное формирование канала.

Скорость передачи данных по каналам АТМ лежит в пределах от 155 Мбит/с до 2200 Мбит/с. При скорости 155 Мбит/с время передачи ячейки длиной 53 байта составит менее 3 мкс.

АТМ-технология рассчитана на работу с трафиками разного типа. Тип трафика характеризуется:

l наличием или отсутствием пульсаций во времени;

l требованием синхронизации данных между передающей и принимающей сторонами;

l типом протокола, передающего данные, — с установлением предварительного соединения или без него.

В существующих спецификациях технологии определены 5 классов трафика:

l класс А — синхронный трафикс предварительным установлением соединения и постоянной битовой скоростью (отсутствие пульсаций). Примеры: голосовой и видеотрафик;

l класс В — синхронный трафик с предварительным установлением соединения и переменной битовой скоростью (наличие пульсаций). Примеры: сжатый аудио- и видеотрафик;

l класс C — асинхронный трафик с предварительным установлением соединения и переменной битовой скоростью (наличие пульсаций). Примеры: трафик компьютерных сетей с коммутацией пакетов (Х.25, Frame Relay, TCP/IP и т. д.);

l класс D — асинхронный трафик без предварительного установления соединения и переменной битовой скоростью (наличие пульсаций). Примеры: трафик компьютерных сетей типа Ethernet и т. п.;

l класс Х — тип трафика определяется пользователем.

Структурная схема сети на основе технологии АТМ показана на рис. 20.9.

Рис. 20.9. Структурная схема сети АТМ