kryl_vych_seti

нии этих правил все избыточные кадры передаются сетью, но с признаком разрешения сброса, т. е. бит DE устанавливается в единицу.

Для управления трафиком используется бит явного переполнения, направленный вперед FECN и бит явного переполнения, направленный назад BECN.

Бит FECN информирует приемник о перегрузке сети. После анализа частоты поступления кадров с этими битами приемник указывает передатчику информации снизить интенсивность передачи. Торможение потока происходит с помощью протоколов более высоких уровней, чем FR, например TCP/IP и т. д.

Кадр с битом BECN посылается на передающую сторону и является рекомендацией для передатчика снизить скорость передачи. Бит BECN обрабатывается на уровне протокола FR. В большинстве типов оконечного оборудования данных используется только один из перечисленных битов: для управления трафиком в сетях DECnet обычно используется бит FECN, а для управления трафиком в сетях SNA – бит BECN.

В заключение необходимо отметить, что FR достаточно доступная сетевая технология, обладает большой гибкостью и позволяет передавать речевые сигналы и данные на линиях с минимальной пропускной способностью. Сети FR легко подсоединяются к другим глобальным и локальным сетям, так как интерфейс FR имеется на большинстве устройств пакетных адаптеров данных, центров коммутации пакетов (ЦКП) и на маршрутизаторах ЛВС. Стандарт IETF 1294 описывает передачу пакетов стека протоколов TCP/IP через сеть FR. Сети FR легко стыкуются с сетями ATM, поскольку разработаны соответствующие стандарты.

3.2. Основные особенности технологии ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode ) – асинхронный режим передачи – самая cовершенная в настоящее время технология передачи и коммутации в щирокополостных цифровых сетях с интеграцией служб (ЦСИС). Она включает в себя три технологии: цифровую передачу сигналов, коммутацию коротких пакетов (ячеек) длиной в 53 байта (хотя последние реализации допускают режим передачи и длинными пакетами) и асинхронное мультиплексирование.

Данная технология является разновидностью коммутации пакетов, в которой используются пакеты постоянной длины, называемые ячейка-

61

ми. Обработка ячеек в узлах коммутации ограничивается лишь анализом заголовков ячеек для маршрутизации в соответствующие очереди. В сетях ATM не реализуются функции обработки ошибок, которые решаются на уровне прикладных задач пользователя или устройствами доступа [4].

Благодаря своим особенностям ATM способен интегрировать различные виды передаваемой информации, такие как речь, подвижные или неподвижные изображения и данные. ATM может применяться как в широкополосных сетях общего пользования, так и в частных сетях, а также в локальных сетях.

Почему возникли интегрированные сети и технология ATM? Во-пер- вых, логическая связь между разнородными потоками данных, речи, неподвижных и видеоизображений в распределенных интерактивных системах мультимедиа и их совместная обработка делают целесообразным использование общей сети. Во-вторых, передача должна идти как с постоянной, так и с переменной скоростью, с малой задержкой и с малым ее колебанием. Высокая скорость и малые задержки требуются для передачи больших объемов информации, например изображений в режиме диалога; малые колебания задержки необходимы для высококачественного воспроизведения звуков, речи и видеоизображений в реальном времени. В-третьих, пропускная способность линий должна расходоваться экономно и предоставляться по требованию. Всему этому удовлетворяют ATM-сети.

Cети с коммутацией каналов, широко используемые в системах связи, например телефонной, весьма чувствительны к задержкам. Для передачи данных предпочтительно использовать сети коммутации пакетов. Данные малочувствительны к задержкам и ее колебаниям, но требуют высокой достоверности передачи (допустимая вероятность возникновения ошибки 10–6–10–9). В сетях с коммутацией каналов соединение получает фиксированную часть пропускной способности линий связи на весь сеанс связи. В узлах коммутации накопление и обработка не производятся, сигнал непосредственно передается из одной линии в другую. При этом обеспечивается малое время доставки сообщения.

В сетях с коммутацией пакетов соединению в узле коммутации выделяется вся пропускная способность выходной линии на все время передачи пакета, а затем узел может перейти к передаче пакета другого соединения. При этом минимизируется время простоя линии, но имеется неопределенность в работе сети, так как пакеты могут иметь раз-

62

личную длину и могут поступать в узел коммутации неритмично. При совместной передаче речи, видеотрафика и трафика данных длинные пакеты могут вызвать недопустимо большие колебания задержки при передаче речи и видеотрафика.

Сети ATM позволяют осуществлять статистическое мультиплексирование прерывистых потоков, при котором пиковая скорость выходного потока меньше суммы пиковых скоростей входных потоков. Это возможно потому, что имеется возможность накопления пакетов в узлах коммутации (буферизация). Но при этом возникает вероятность переполнения буфера и потери пакетов.

Технология ATM позволяет сочетать быстродействие сети с коммутацией каналов и гибкость сети с коммутацией пакетов. Обычно за соединением закрепляют часть ресурсов сети, т. е. объем буферной памяти в узлах коммутации и долю пропускной способности линии. Обычно принимают, что пакеты, передаваемые по одному соединению в одном направлении, должны следовать одним и тем же путем. Если за соединением, имеющим заданный маршрут передачи (виртуальный канал), зарезервирована память в узлах коммутации и временные интервалы для передачи пакетов этими узлами, то соединение превращается в аналог канала в сети с коммутацией каналов.

Небольшая длина пакетов (53 байта) выбрана компромиссно. Для передачи речи и видеоизображений выгодно применять короткие пакеты. Данные целесообразно передавать длинными пакетами. Пакеты (ячейки) длиной в 53 байта позволяют точно регулировать время передачи. Поэтому пропускная способность, выделяемая соединению и измеряемая числом ячеек, проходящих в единицу времени, может принимать любые значения в определенном интервале времени. В сети с коммутацией каналов пропускная способность равна 64 Кбит/с × n, где n = 1, …, 30 [1].

Технология ATM позволяет изменять пропускную способность даже во время передачи и выделять соединению столько ресурсов, сколько ему необходимо в данный момент. Это избавляет абонента от необходимости заказывать избыточную (фиксированную) пропускную способность, т. е. пропускная способность предоставляется оперативно по требованию. Допускается также установление соединения без резервирования ресурсов, а поэтому без гарантии качества.

Cети ATM применяют также метод быстрой коммутации пакетов (fast packet switching) для достижения высокой производительности ком-

63

мутаторов. Для этого метода характерна реализация основных функций узла коммутации аппаратным способом и применение параллельной обработки. Для увеличения числа портов и производительности коммутатора достаточно увеличить число процессоров в нем. При использовании этого метода коммутации задержка в узлах территориально-рас- пределенной сети становится значительно меньшей, чем задержка распространения в линиях, что наблюдается в сетях с коммутацией каналов. Поэтому производительность сети приближается к физическому пределу.

Итак, ATM-сети имеют следующие достоинства:

применимы для мультиплексирования речи, графики, видеоизображений и данных;

пригодны как для сетей общего пользования, так и частных сетей; применяются как в территориально-распределенных сетях, так и в локальных сетях с линиями связи типа экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальным, волоконно-оптическим кабелем и с беспроводными каналами со скоростью передачи от 25 до 622 Мбит/с; позволяют регулировать пропускную способность линий, отведенных

соединению; обладают масштабируемостью, т. е. способностью наращивания

инфраструктуры и согласования работы разных сетей: от узкополосных (до 2 Мбит/с) до широкополосных (25–622 Мбит/с и более).

3.3. Модель протокола B-ISDN

Широкополосные цифровые сети интегрального сервиса (Ш-ЦСИС) или B-ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network) описывают функции ATM с помощью многоуровневой модели, в которой три нижних уровня определены как физический уровень, уровень ATM и уровень адаптации ATM ( AAL-ATM Adaptation Layer). Эти уровни реализуются в основном аппаратно. На рис. 3.4 приведена протокольная модель Ш-ЦСИС.

Физический уровень

Физический уровень определяет интерфейс со средой передачи, включая физический интерфейс, скорости передачи и способы преобразования ATM-пакетов в сигнал на линии связи.

Передача пакетов ATM может осуществлятся через различные интерфейсы:

64

	Общие функции
	административного управления
Функции административного
	управления по уровням
Функции управления	Функции пользователя
(плоскость С)	(плоскость U)

Функции и протоколы	Функции и протоколы
верхних уровней	верхних уровней

Уровень адаптации АТМ

Уровень АТМ

Физический уровень

Рис. 3.4. Модель протокола B-ISDN

SONET (Syncronous Optical Network) – передача через синхронную оптоволоконную сеть;

SDH (Syncronous Digital Herarchy) – передача через сеть синхронной цифровой иерархии;

T1/E1 – пересылка данных в формате DS1 со скоростью 1,5444 Мбит/c; T3/E3 – пересылка данных в формате DS3 со скоростью 44,210 Мбит/c; модемы со скоростью 9,6 Кбит/c и выше.

На физическом уровне имеется два подуровня.

Подуровень PMD (Physical Medium Dependent) зависит от физического носителя и связан с такими характеристиками физического уровня как скорость передачи, тип физического соединения и т. д.

Подуровень TC (Transmission Convergence), т. е. подуровень сходимости (конвергенции) передачи не зависит от физического носителя и включает в себя извлечение информации. На этом уровне производится генерация (при передаче) и проверка (при приеме) кодов коррекции ошибок в заголовке ATM-пакетов. Кроме того, на этом уровне производит-

65

ся извлечение ATM-пакетов из поступающего битового потока и обработка пустых пакетов.

Уровень ATM

На уровне ATM производится работа с ATM-пакетами. На рис. 3.5 приведен формат ATM-пакетов.

8

7

6

5

4

3

2

1

Заголовок

GFC

VPI

5 байт

Заголовок

VPI

VCI

UNI

VCI

Информационное

VCI

PTI

поле 48 байт

CLP

HEC

VPI

VPI

VCI

Заголовок

VCI

NNI

VCI

PTI

CLP

HEC

Рис. 3.5. Структура АТМ-пакета

Пакет, часто называемый ячейкой, имеет длину 53 байта и содержит два поля:

заголовок (5 байт), предназначенный для обеспечения распознавания пакетов, принадлежащих к одному и тому же соединению, и для их маршрутизации;

информационное поле, содержащее данные, которые необходимо передать (данные пользователя или служебное сообщение).

Заголовок ATM-пакетов может быть двух видов.

Заголовок UNI (User to Network Interface – интерфейс пользователь– сеть) содержит следующие поля.

66

Поле управления общим потоком GFC (General Flow Control) применяется для регулирования приоритетов и борьбы за доступ между несколькими терминалами. В локальных ATM-сетях это поле используется для управления потоком и предотвращения перегрузки.

Поле VPI (Virtual Path Identifier – идентификатор виртуального пути) имеет длину 8 бит.

Поле VCI (Virtual Channal Identifier – идентификатор виртуального канала) имеет длину 16 бит.

Поле PTI (Payload Type Identifier – идентификатор типа полезной нагрузки) длиной 3 бита используется для описания типа полезной нагрузки. В табл. 3.1 приведено кодирование этих трех битов.

					Таблица 3.1
	Кодирование идентификатора полезной нагрузки
Кодовая		Тип потока		Идентификатор	Тип блока данных
комбинация				перегрузки
000	0	– Пользователь	0	– нет перегрузки	0 – тип 0 блока
001	0	– Пользователь	0	– нет перегрузки	1 – тип 1 блока
010	0	– Пользователь	1	– есть перегрузка	0 – тип 0 блока
011	0	– пользователь	1	– есть перегрузка	1 – тип 1 блока
100	1 – сеть		0	– обслуживание (сегмент за сегментом)
101	1 – сеть		0	– обслуживание (из конца в конец)
110	1 – сеть		1	– административное управление сетевыми
			ресурсами
111	1 – сеть		1	– резерв

Первый бит указывает на тип данных: данные пользователя или служебное сетевое сообщение. В случае данных пользователя второй бит используется как идентификатор перегрузки, а третий бит – тип блока данных. Эти два бита интерпретируются верхними уровнями. В случае сетевого сообщения второй бит указывает тип обслуживания, а третий бит не интерпретируется.

Поле CLP (Cell Loss Priority – приоритет потери ячейки) длиной 1 бит используется механизмом защиты от перегрузки. Этот бит управляется источником, он определяет относительную важность данных, содержащихся в ATM-пакете. Значение бита, равное 1, означает, что при перегрузке ячейку можно откинуть в первую очередь.

67

Поле HEC (Header Error Control – контроль ошибок заголовка) длиной в 1 байт служит для обнаружения ошибок и коррекции простых ошибок в заголовке.

Заголовок UNI используется для широкополосного абонентского доступа ячейки в сеть.

Заголовок NNI (Network Node Interface – интерфейс узел–сеть или как его часто расшифровывают Network – to Network Interface – интерфейс сеть–сеть) отличается от заголовка UNI тем, что отсутствует поле GFC, а поле VPI занимает 12 бит. Заголовок NNI используется для определения интерфейса между узлами сети (коммутаторами) или между сетями. Этот же заголовок используется для интерфейса между частной ATM-сетью и публичной ATM-сетью, предоставляющей ATM-услуги.

Основная функция заголовков UNI и NNI – это задание виртуальных путей и виртуальных каналов для маршрутизации и коммутации ATM-пакетов. VPI идентифицирует путь или маршрут, который используется ATM-пакетом, а VCI идентифицирует номер соединения в выбранном пути. VPI и VCI имеют локальное значение и транслируются в каждом коммутаторе сети.

Уровень адаптации

Уровень адаптации ( AAL – ATM Adaptation Layer) предназначен прежде всего для объединения данных от источников с различающимися характеристиками. Этот уровень принимает данные от источников и прикладных средств и преобразует их в 48-байтовые сегменты, которые затем размещаются в информационном поле ATM-пакетов.

Данный уровень предусматривает несколько классов обслуживания, различающиеся тремя основными характеристиками:

скоростью передачи битов (постоянная или переменная); режимом соединения (с установлением соединения или без установ-

ления соединения); требованием к синхронности ( синхронная или асинхронная передача).

В настоящее время выделены четыре класса обслуживания. AAL1 предназначен для передачи информации с постоянной скоро-

стью, с требованием синхронной передачи (строгая взаимосвязь между тактовыми частотами передачи и приема, что необходимо, например, для передачи аудио- и видеоинформации) и с установлением соединения.

68

AAL2 предназначен для передачи с переменной скоростью передачи битов с требованием синхронности с установлением соединения, что требуется, например, при передаче видеоинформации с переменной скоростью.

AAL3/4 ориентирован для передачи с переменной скоростью без требования синхронности и с установлением или без установления соединения, что подходит для связи ATM-сетей с локальными сетями.

AAL5 предназначен для передачи с переменной скоростью без требования синхронности с установлением соединения, что необходимо для связи с сетями X.25 и Frame Relay.

Уровень адаптации состоит из двух подуровней.

Подуровень конвергенции (сведения) SC (Convergence Sublayer) принимает данные от различных прикладных средств и упаковывает их в пакеты различной длины.

Подуровень сегментации и сборки SAR (Segmentation and Reassambly Sublayer) принимает пакеты от подуровня SC и создает из них 48-байто- вые пакеты, которые помещаются в информационное поле ATM-ячеек.

3.4. Способы маршрутизации ячеек в ATM-сетях

Маршрутизация ячейки производится коммуникационными блоками, которые связывают ее идентификатор с местом назначения. В каждом коммуникационном блоке существует таблица маршрутизации (рис. 3.6).

		Узел коммуникации
Данные a	1	3	Данные	a	Данные	b
Данные b	2		4

Таблица маршрутизации для узла коммуникации

Входной порт	Выходной порт
1	3
2	3

Рис. 3.6. Узел коммутации и таблица маршрутизации

Логический идентификатор имеет только местное (локальное) значение и реализован в двух полях:

69

групповой идентификатор VPI – идентификатор виртуального пути (VP) занимает 8 бит в заголовке ячейки UNI и 12 бит в заголовке ячейки NNI. При этом каждый виртуальный путь может содержать множество виртуальных каналов;

идентификатор элемента в группе VCI – идентификатор виртуального канала (VC) занимает 16 бит.

Пара, образованная виртуальным путем (VP) и виртуальным каналом (VC), эквивалентна виртуальному каналу в сети коммутации пакетов.

Маршрут образуется с помощью множества виртуальных путей и виртуальных каналов. Каждое соединение является каскадным соединением виртуальных путей и каналов. Маршрутизация ячеек в ATMсетях изображена на рис. 3.7.

При этом используются два типа коммуникационных узлов: кроссовые коммутаторы для коммутации виртуальных путей, исполь-

зующие только идентификатор виртуального пути для направления пакетов данных по маршруту и управляемые средствами административного управления сети;

коммуникационные блоки виртуальных каналов, учитывающие оба идентификатора VPI и VCI .

Кроссовый коммутатор VP используется для маршрутизации всех виртуальных каналов, относящихся к одному виртуальному пути. Кроссовые коммутаторы применяются для конфигурации маршрута из сетей арендованных линий, для создания альтернативных (резервных) маршрутов и организации взаимосвязи между узлами коммутации в режиме передачи информации без установления соединения.

Сети ATM используют два типа соединений:

постоянные виртуальные соединения, создаваемые на основании соглашения между оператором сети и пользователем;

коммутируемые виртуальные соединения, создаваемые по протоколу сигнализации между оборудованием пользователя и блоком доступа к сети.

Рассмотрим более подробно коммуникационные устройства сетей. Они выполняют следующие функции:

маршрутизацию ячеек от входных портов к соответствующим выходным портам, что создает в конечном счете маршрут;

временное хранение ячеек;

анализ и модификацию заголовка ячеек (входные значения VPI/VCI преобразуются в выходные VPI/VCI) и т. д.

70