Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Технология АТМ

Б.Л. Сатовский, В.И. Гуськов, Д.А. Ермишин

Большое внимание в отечественной и особенно в зарубежной прессе, освещающей различные аспекты вычислительных сетей и телекоммуникаций, в последние полтора года уделялось технологии АТМ (Asynchronous Transfer Mode). Множество статей аналитического, рекламного и агитационного характера создают атмосферу широкого общественного интереса к возможностям и преимуществам этой технологии. Для систематизации разнородных знаний, получаемых из разных публикаций на эту тему, нам кажется целесообразным еще раз вернуться к основам и представить концепцию и базовые понятия АТМ в доступном для неподготовленного читателя виде. Некоторые определения в этой статье могут быть спорными из-за еще неустоявшейся терминологии и стандартов, часть которых не утверждена на момент написания работы.

Причины появления ATM

Сейчас уже трудно сказать, кто первым выдвинул идею АТМ. Упоминания о похожей технологии появились в печати в начале 80-х годов, а экспериментальные установки были созданы в 1987 — 1988 г.г. Кажется странным, почему в период всеобщего признания технологий FDDI и Fast Еthernet возникла необходимость в иной технологии. На это есть весьма серьезные причины.

Вычислительная мощность современных компьютеров выросла по сравнению с машинами начала 70-х годов в десятки и сотни тысяч раз, однако и сегодня мы пытаемся объединять их с помощью сети Ethernet на скорости 10 Мбит/с. Понятно, что даже классические компьютерные приложения работают в таких условиях с трудом, не говоря уже о видеоконференциях или обработке графических объектов. Сети FDDI и Fast Ethernet не позволяют в корне улучшить ситуацию, давая лишь десятикратное увеличение пропускной способности. К тому же во всех “классических” ЛВС, вне зависимости от скорости передачи информации, при увеличении числа компьютеров в одном сегменте резко падает пропускная способность для конкретного пользователя.

Хорошей альтернативой может показаться система, подобная телефонной сети. В этом случае каждой взаимодействующей паре пользователей предоставляется выделенная полоса пропускания (канал), сохраняющаяся до окончания сеанса связи. В цифровой телефонии это, например, 64 Кбит/с. Путем мультиплексирования каналов с полосой пропускания 64 Кбит/с можно достичь практически любой скорости передачи. Это прекрасно подходит для передачи информации, требующей постоянной временной задержки (голос и необработанный видеосигнал), но совсем не годится для передачи трафика компьютерных сетей, в которых периоды относительного затишья перемежаются с пиковыми нагрузками. Для построения ЛВС по такому принципу за каждым пользователем пришлось бы резервировать неадекватно большую полосу пропускания, эквивалентную пиковой нагрузке на сеть.

Решение проблемы было предложено методами, заложенными в технологии ATM.

Преимущества АТМ

В отличие от уже применяемых систем передачи информации АТМ предлагает более гибкий выбор условий передачи, определяемый характером пересылаемой информации, что позволяет эффективнее использовать дорогостоящие каналы связи. Например, для передачи видеосигнала допустима незначительная утеря информации, но важна фиксированная задержка распространения сигнала, в то время как для передачи файла ситуация противоположная.

В отличие от обычных информационных пакетов ячейки, которыми и осуществляется передача данных в сетях АТМ, всегда имеют фиксированную длину (53 байта) и не содержат адресной информации и контрольной суммы поля данных (20-байтовыми адресами приемник и передатчик обмениваются только в момент установления соединения), что упрощает и ускоряет их обработку и коммутацию. Коммутация происходит на основе идентификатора виртуального пути (Virtual Path Identifier — VPI) и идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier — VCI), определяющих одно из организованных соединений. Контрольная сумма поля данных считается ненужной, поскольку используются только высококачественные каналы с малой вероятностью ошибки; так, типичная вероятность ошибки канала АТМ составляет 10-12. При необходимости контроль достоверности передачи информации возлагается на протоколы верхнего уровня.

АТМ является ориентированным на соединение протоколом1. Перед тем как передать информацию, между пользователями организуется виртуальный, или логический, канал связи, остающийся в их распоряжении до окончания взаимодействия. Параметры этого канала могут быть различными, в зависимости от вида трафика и его интенсивности, и устанавливаются в момент соединения.

К преимуществам ячеек АТМ относится то, что их легко обрабатывать при прохождении через коммутатор. Маршрутизатор, например, при обработке пакета сначала полностью принимает его в буфер, проверяет контрольную сумму, анализирует адресную информацию, разбирается в содержании полей заголовка и только после этого решает, куда отправить данный пакет. Программы современных маршрутизаторов содержат до нескольких миллионов строк кода и вполне понятно, что такие устройства не могут быть дешевыми и надежными. В отличие от них коммутатор АТМ выполняет свою основную функцию аппаратно: прочитав идентификатор в заголовке ячейки, коммутатор переправляет ее из одного порта в другой, совершенно не задумываясь о находящейся в ячейке информации.

Основные понятия

Модель АТМ

Упрощенная многоуровневая модель АТМ (рис.1), несколько отличающаяся от выполняющей те же функции модели OSI, помогает понять работу сетей АТМ.

Уровень адаптации АТМ (ATM Adaptation Layer — AAL) состоит из двух подуровней.

Подуровень конвергенции (Convergence Sublayer — CS) получает информацию пользователя и разбивает ее на протокольные единицы данных (Convergence Sublayer Protocol Data Unit — CS-PDU). Они имеют переменную длину и определяются конкретным уровнем адаптации (см. врезку). Например, при использовании уровня AAL3/4 данные разбиваются на блоки с максимальной длиной 64 Кбайт. Далее к ним добавляются заголовок и окончание, несущие информацию о типе переносимого трафика и размере протокольной единицы, а также позволяющие при приеме осуществлять коррекцию ошибок.

Подуровень сегментации (Segmentation And Reassembly sublayer — SAR) принимает протокольные единицы CS-PDU и разбивает их на более мелкие фрагменты (обычно размером 44 байта). Если CS-PDU меньше 44 байтов, то она дополняется до 44 байтов нулями. Добавление 2 байтов заголовка и 2 байтов окончания приводит к появлению протокольной единицы подуровня SAR (Segmentation And Reassembly sublayer Protocol Data Unit — SAR-PDU). Заголовок идентифицирует тип полученного фрагмента информации (начало, конец сообщения или единичное сообщение), а также содержит идентификаторы последовательности. Окончание содержит контрольную сумму. В результате всех этих преобразований получается 48-байтовая последовательность, несущая полезную информацию в ячейке АТМ. Описанный выше алгоритм слегка меняется в зависимости от используемого уровня адаптации.

Уровень ATM воспринимает 48-байтовые ячейки, поступающие от подуровня SAR, и добавляет к ним 5-байтовый заголовок. Полученная 53-байтовая ячейка АТМ передается на физический уровень. К функциям уровня АТМ относятся: управление потоком2, трансляция ячеек в соответствии с VPI (VCI), а также мультиплексирование и демультиплексирование3.

Физический уровень состоит из двух подуровней: Transmission Convergence (TC) и Physical Medium (PM).

Подуровень TC генерирует и принимает кадры, а также выполняет все дополнительные функции, связанные с их передачей. На этом уровне ячейки упаковываются в кадры, например STM-1, с добавлением служебной информации в заголовки кадров. При приеме на уровне TC проверяется корректность заголовков кадров.

Подуровень PM (подуровень среды передачи) осуществляет прием и передачу кадров, а также отвечает за синхронизацию, если таковая используется.

Формат ячейки ATM

На рис.2 изображен формат ячейки АТМ сетевого интерфейса пользователя (User Network Interface — UNI).

Первые четыре бита заголовка ячейки отведено под поле управления потоком GFC (Generic Flow Control).

Затем следуют идентификатор виртуального пути VPI (последние 4 бита первого байта и первые 4 бита второго байта) и идентификатор виртуального канала VCI (вторая половина второго байта, весь третий байт и первая половина четвертого байта).

Поле индикатора типа полезной информации PTI (Payload Type Indicator) занимает 3 бита после поля VCI. Значения поля PTI от 0 до 3 указывают и на то, что в ячейке передаются данные пользователя, значения 4 и 5 — управляющая информация, а значения 6 и 7 зарезервированы и в настоящее время не используются.

Поле приоритета потери ячейки CLP (Cell Loss Priority), занимающее последний бит четвертого байта, используется для управления потоком данных.

Пятый (последний) байт заголовка ячейки отведен под поле проверки ошибки заголовка HEC (Header Error Check). При помощи поля HEC можно восстановить единичную или идентифицировать множественную ошибку заголовка ячейки.

После заголовка ячейки следует 48-байтовое поле информации пользователя (Payload).

Структура ячейки межсетевого интерфейса (Network-to-Network Interface — NNI) полностью идентична структуре ячейки интерфейса UNI, за исключением первых 4 бит, которые отданы под поле VPI. Такое перераспределение позволяет расширить число виртуальных каналов.

Виртуальные каналы и виртуальные пути

Виртуальный канал — это фиксированный маршрут, состоящий из последовательности номеров портов коммутаторов, через которые проходят все ячейки при данном сеансе связи от одного пользователя к другому. Виртуальные каналы всегда однонаправленные, то есть для передачи в обратном направлении между теми же пользователями применяются уже другие номера идентификаторов.

Виртуальный путь объединяет несколько виртуальных каналов, проходящих по одному и тому же направлению на каком-либо участке сети. Этот параметр дает возможность коммутатору переключать целые группы виртуальных каналов, не тратя времени на анализ информации по каждому каналу в отдельности.

Понятно, что каждый физический канал может содержать несколько виртуальных путей и каналов. Конфигурация виртуальных соединений не связана с физическими каналами и топология сети АТМ может быть практически любой. Коммутаторы объединяются в шину, кольцо или звезду, однако в большинстве случаев сеть АТМ представляет собой смесь всех возможных топологий. Такой подход позволяет легко реализовать резервирование связей, что весьма важно для повышения общей надежности сети. Пользователи и оконечное оборудование всегда подключаются к коммутаторам по звезде индивидуальными линиями. Устройства доступа в сеть АТМ могут иметь резервные порты для связи с ней, на которые происходит переключение в случае потери связи по основному каналу.

Эмуляция ЛВС

Для современных пользователей важнейшую роль в технологии АТМ играют средства эмуляции ЛВС (LAN Emulation — LANE ), представляющие собой программно-аппаратные средства, которые обеспечивают прозрачный интерфейс между существующим сетевым ПО, основанным на том или ином протоколе, и протоколом АТМ.

Необходимая для нормальной работы ЛВС множественная (multicast) и широковещательная (broadcast) адресация в сети АТМ достигается искусственно, путем размножения соответствующих ячеек АТМ средствами серверов BUS (Broadcast and Unknown Server — сервер широковещательных сообщений и неизвестных адресов) и LES (LAN Emulation Server — сервер эмуляции ЛВС). Серверы BUS и LES могут быть реализованы при помощи ПО коммутатора АТМ, выделенного компьютера или даже сетевого адаптера АТМ. В настоящее время утверждена LANE версии 1.0.

Стандартизация АТМ

В стандартизации АТМ главную роль играют две международные организации: АТМ-форум и комитет Международного союза электросвязи ITU-T (до 1993 г. Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии — МККТТ).

АТМ-форум объединяет сейчас около 600 членов. В основном это фирмы-производители оборудования и крупные потребители услуг сетей АТМ, а также различные государственные и научные организации. Решения АТМ-форума принимаются простым большинством голосов и становятся стандартом де-факто для всех разработчиков оборудования локальных сетей АТМ.

ITU-T занимается стандартизацией сетей АТМ общего пользования и интерфейсов физического уровня.

В настоящее время согласно спецификации UNI версии 3.1 определены основные спецификации АТМ в диапазоне скоростей от 1,544 до 622 Мбит/с.


распечатать статью




  
3 '1996
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Как заработать миллион

локальные сети

• Слишком много справочников

• Жесткие диски большой емкости для серверов

• Проблема сертификации кабелей

• Виртуальные ЛВС: мифы и реальность

• NDS - совместимое клиентское ПО для Windows 95

корпоративные сети

• Технология АТМ

• Сетевые технологии XXI века

• Суперсервер в сети NetWare

• Программные средства удаленного доступа

• Задержки при передаче файлов

услуги сетей связи

• Спутниковая сеть ТЕЛЕПОРТ-ТП: технология DAMA на российском рынке

• Компьютерная телефония снова в пути

• Спутниковая система передачи данных ROMANTIS DATA

приложения клиент-сервер

• Системы обмена электронными сообщениями

интернет и интрасети

• Windows 95: окно в Internet

• Парад программ просмотра

защита данных

• Защита от электронного шпионажа

• Защищайтесь, а не то ...

новые продукты

• Новая версия Back Offise, Система хранения данных SPANStor-Mag, IWare облегчает работу по TCP/IP в сети NetWare, Концентраторы TigerStack



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх