Cети ATM

Основные принципы построения сети ATM

Исторически разработка принципов ATM — асинхронного режима передачи [ 18 ] , [ 20 ] , [ 27 ] , [ 73 ] (Asynchronous Transfer Mode) была связана с развитием ISDN. Такое развитие было обусловлено развитием прикладных задач, например высокоскоростных местных сетей (LAN) и высококачественного телевидения, которые требовали более высоких скоростей, чем те, что предоставляли службы ISDN.

Однако разработка широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания (Broadband ISDN — BISDN) привела к созданию метода передачи, который резко отличался от узкополосной ISDN (Narrow ISDN — NISDN), известной как асинхронный режим передачи (Asynchronous Transfer Mode).

ATM объединяет возможности двух технологий — коммутации пакетов и коммутации каналов. ATM преобразует все виды нагрузки в поток ячеек (cell) длиной 53 байта. Как показано на рис. 10.1 , ячейка состоит из 48 байтов полезной нагрузки и 5 байтов заголовка, который позволяет передавать эту ячейку по сети.

Метод ATM ориентирован на соединение с пакетным способом коммутации, который обеспечивает заданное качество обслуживания (QoS - Quality of Service). ATM рассчитана на высокие скорости передачи, а также на различные виды нагрузки: равномерный поток нагрузки, пульсирующая (пачечная) нагрузка и другие промежуточные типы.

Рис. 10.1. ATM-ячейка

Эталонная модель протоколов BISDN

Эталонная модель протоколов BISDN показана на рис. 10.2 . Модель содержит три плоскости: плоскость пользователя (Uplane), плоскость управления (C-plane) и плоскость менеджмента — административного управления (M-plane). Плоскость пользователя (U-plane), включает в себя передачу и прием всех видов данных, обеспечение управления потоком и защиту от ошибок. Она имеет уровневую структуру.

Плоскость управления (C-plane) содержит совокупность протоколов,используемых для сигнализации при установлении, контроле и разъеди- нении соединения. Она имеет уровневую структуру.

Плоскость менеджмента (M-plane) включает в себя две плоскости: административное управление уровнями плоскостей и управление плоскостями.

Функции управления уровнями содержат совокупность протоколов, координирующих:

• работу C-U плоскостей;
• распределения сетевых ресурсов;
  

  
  Рис. 10.2. Эталонная модель протоколов BISDN
• согласования их с параметрами поступающей нагрузки;
• координации работ по обработке эксплуатационной информации и технического обслуживания.

Рассмотрим более подробно уровни плоскости пользователя и управления.

Плоскость пользователя имеет три основных уровня для поддержки пользовательских приложений: физический, адаптации ATM, уровень ATM. Уровень адаптации ATM (ATM Adaptation Layer — AAL) имеет несколько типов, функции которых определяются различными классами нагрузки пользователя. Уровень адаптации преобразует блоки данных пользователя (SDU — Service Data Unite) в 48-байтовые блоки, которые переносятся ATM-ячейками. На рис.10.3 показана информация, генерируемая различными приложениями: передача речи, передача данных, передача видео .

Рис. 10.3. Преобразование различной информации на уровне AAL На рисунке показаны источники, порождающие различные типы нагрузки:

• регулярный поток, который поступает от преобразователя аналоговой информации в цифровые отсчеты(A/D);
• кадры изображения, которые после сжатия представляют собой пакеты различной длины;
• поток данных, который представляет собой поток пакетов с пульсирующей длиной.

Задача устройства уровня AAL: преобразовать информацию, разбить на блоки и предоставить для передачи через уровень ATM, который позволяет системе передать все характерные особенности данного приложения (например, тактовые последовательности). Можно отметить, что функции AAL могут размещаться в оконечном оборудовании, а другие функции — выполняться сетью, как это показано на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Размещение уровней на плоскости пользователя

ATM-уровень занимается только последовательной передачей ATM-ячеек, полученных от уровня AAL, в установленном по сети соединении (установлением соединения занимается плоскость управления). ATM-уровень принимает 48-байтовые блоки информации от AAL и дополняет их 5-байтовым заголовком, формируя ячейку (ATM). Заголовок содержит метку, которая определяет свойства устанавливаемого соединения и используется коммутатором для определения следующего участка пути, а также типа приоритета.

ATM может обеспечить различное качество обслуживания разным соединениям. Это оговаривается до предоставления услуги специальным соглашением между пользователем и поставщиком услуг, которое называется контрактом на услуги (service contract). Пользователь вырабатывает требования, которые определяются предоставляемой им нагрузкой и коэффициентом качества (QoS) при установлении связи. Если сеть может предоставить требуемое качество, то контракт устанавливает гарантированный QoS, пока пользователь выполняет все характеристики установленного трафика. Механизм ведения очереди и расписания в ATM-коммутаторах обеспечивает возможность поставки информации с заданным QoS. Для того чтобы доставить информацию с предписанным QoS, ATM-сети используют механизм наблюдения. Он будет рассмотрен далее.

В соответствии с числом подключаемых пользователей режим ATM поддерживает два типа соединений: "точка-точка" и "точка — много - точек". Связь "точка-точка" может быть однонаправленной или двунап-равленной. В последнем случае для каждого направления может быть установлено свое QoS. Связь " точка — много точек" всегда однонаправ-ленная и устанавливается от одного пользователя ко многим. По времени удержания соединения ATM обеспечивает постоянное виртуальное соединение (Permanent Virtual Connection — PVC) и коммутируемые виртуальные соединения (Switch Virtual Connection — SVC). PVC работает как постоянная, арендованная между сторонами пользователей линия. Точки соединения устанавливаются сетевым менеджером.При SVC оконечные точки задаются в момент инициализации вызова по запросу пользователей.

SVC устанавливается посредством процедур обмена сигналами. Исходящий пользователь должен взаимодействовать с сетью с помощью интерфейса "пользователь-сеть" (User-Network Interface — UNI), как это показано на рис. 10.7.

Запрос на установление соединения распространяется по сети и в конечном итоге включает в себя обмен по протоколу UNI между сетью и терминалом пункта назначения.

В пределах одной сети станции взаимодействуют согласно интерфейсу "сеть-сеть" (network-network interface NNI). Станции, которые принадлежат разным сетям, взаимодействуют по интерфейсу широкополосной межсетевой связи (Broad Band Intercarrier Interface — B-ICI). Исходящий терминал и терминал оконечного пункта, так же как станции, участвующие в соединении по сети, обеспечивают своими ресурсами качество обслуживания соединения (QoS).Плоскость управления поддерживает функции сигнализации и управления сетевыми приложениями. Сигнализацию можно рассматривать как одну из прикладных задач, в которой оконечное оборудование и станции обмениваются сообщениями верхнего уровня, необходимыми для установления соединения. Плоскость управления, так же как и плоскость пользователя, имеет три базовых уровня. Уровень адаптации сигнализации для плоскости управления предназначен для того, чтобы обеспечить достоверный обмен сообщениями между ATM-системами .Протоколы высокого уровня для этой плоскости предназначены для поддержки интерфейсов "пользователь-пользователь" (UNI), "сеть-сеть" (NNI), широкополосной межсетевой связи (B-ICI).

Рис. 10.5. Применение ATM-интерфейсов

Физический уровень ( рис. 10.6) для обеих рассматриваемых плоскостей разделяется на два подуровня.

Подуровень, зависящий от физической среды (PMD — Physical MediumDependent), нижний из двух подуровней, относится к описанию деталей передачи бит через конкретную среду, таким как линейное кодирование, синхронизация, восстановление формы сигнала, а также к разъемам, и механическим соединениям и т. д.

Подуровень согласования с системой передачи (TCS — Transmission Convergence Sublayer) устанавливает границы ATM-ячеек в потоке бит; генерирует и контролирует контрольную сумму; вставляет и удаляет "свободные" ATM-ячейки в формат, предназначенный для передачи по задан- ной физической среде. Имеется большое число физических уровней, предназначенных для обеспечения различных сетевых сценариев: например, локальных или региональных сетей, учрежденческих сетей. ATM адаптируется для применения в уже существующих стандартах физического уровня, таких как SDH (155,2 Мбит/с), E1 (2,048 Мбит/с) E3(34,4 Мбит/с) E4 (139 Мбит/с) . Для распространения сигнала чаще всего используется волоконно-оптическая линия.

Рис. 10.6. Физический уровень ATM