Мультисервисные АТМ - сети

    Технология  АТМ обеспечивает сервис с установлением соединения, что означает, что для передачи данных сначала необходимо установить соединение между двумя оконечными пунктами (абонентской системы) с помощью специального протокола связи. После установления соединения АТМ - ячейки маршрутизируют сами себя, поскольку каждая ячейка содержит поля идентифицирующие соединения.  

    1.2.1 Поля АТМ-сети 

    Поле  Управления потоком (Generic Flow Control) используется только при взаимодействии конечного узла и первого коммутатора сети. В настоящее время его точные функции не определены.

    Поля  Идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier, VPI) и Идентификатор виртуального канала(Virtual Channel Identifier, VCI) занимает соответственно 1 и 2 байта. Эти поля задают номер  виртуального соединения, разделенный на старшую(VPI) и младшую(VCI) части.

    Поле  Идентификатор типа данных (Payload Type Identifier, PTI) состоит из трех бит и задает тип данных, переносимых ячейкой, - пользовательские или управляющие (например, управляющие установлением виртуального соединения). Кроме того, один бит этого поля используется для указания перегрузки в сети. Он называется Explicit Congestion Forward Identifier, EFCI. Играет ту же роль, что бит FECN в технологии frame relay, то есть передает информацию о перегрузке по направлению потока данных.

    

    Поле Приоритет потери кадра(Cell Loss Priority, CLP) играет в данной технологии ту же роль, что и поле DE в технологии frame relay. В нем коммутаторы АТМ отмечают ячейки, которые нарушают соглашения о параметрах качества обслуживания, чтобы удалить их при перегрузках сети. Таким образом, ячейки с CPL=0 являются для сети высокоприоритетными, а ячейки с CPL=1 - низкоприоритетными.

    Поле  Управление ошибками в заголовке (Header Error Control, HEC) содержит контрольную сумму, вычисленную для заголовка ячейки. Контрольная сумма вычисляется с помощью техники корректирующих кодов Хэмминга, поэтому она позволяет не только обнаруживать ошибки, но и исправить все одиночные ошибки, а также некоторые двойные. Поле HEC обеспечивает не только обнаружение и исправление ошибок в заголовке, но и нахождение границы начала кадра в потоке байтов кадров SDH, которые являются предпочтительным физическим уровнем технологии АТМ, или же в потоке бит физического уровня, основанного на ячейках. 

    1.2.2 Трафики АТМ 

    Все выше перечисленные характеристики технологии АТМ не свидетельствуют  о том, что это некая "особенная" технология, а скорее представляют ее как типичную технологию глобальных сетей, основанную на технике виртуальных  каналов. Особенности же технологии АТМ лежат в области качественного обслуживания разнородного трафика и объясняются стремлением решить задачу совмещения в одних и тех же каналах связи и в одном и том же коммуникационном оборудовании компьютерного и мультимедийного трафика. Трафик получил требуемый уровень обслуживания и не рассматривался как "второстепенный".

    Трафик  вычислительных сетей имеет ярко выраженный асинхронный и пульсирующий характер. Чувствительность компьютерного  трафика к потерям данных высокая, так как без утраченных данных обойтись нельзя и их необходимо восстановить за счет повторной передачи.

    

    Мультимедийный трафик, передающий, например, голос или изображение, характеризуется низким коэффициентом пульсаций, высокой чувствительностью к задержкам передачи данных (отражающихся на качестве воспроизводимого непрерывного сигнала) и низкой чувствительностью к потере данных (из-за инерционности физических процессов потерю отдельных замеров голоса или кадров изображения можно компенсировать сглаживанием на основе предыдущих и последующих значений).

    Сложность совмещения компьютерного и мультимедийного  трафика с диаметрально противоположными характеристиками видна на рисунке 1 в приложении А.

    На  возможности совмещения этих двух видов  трафика большое влияние оказывает  размер компьютерных пакетов.

    Для пакета, состоящего из 53 байт, при скорости в 155 Мбит/с время передачи кадра  на выходной порт составляет не менее 3 мкс. Так что эта задержка не очень существенна для трафика, пакеты которого должны передаваться каждые 125 мкс.

    Выбор для передачи данных любого типа небольшой  ячейки фиксированного размера еще  не решает задачу совмещения разнородного трафика в одной сети, а только создает предпосылки для ее решения.

    Разработчики  технологии АТМ проанализировали всевозможные образцы трафика, создаваемые различными приложениями, и выделили 4 основных классов трафика, для которых разработали различные механизмы резервирования и поддержания требуемого качества обслуживания.

    Класс трафика (называемый также классом  услуг - service class) качественно характеризует требуемые услуги по передаче данных через сеть АТМ. Требования к синхронности передаваемых данных очень важны для многих приложений - не только голоса, но и видеоизображения, и наличие этих требований стало первым критерием для деления трафика на классы.

    

    В результате было определено пять классов  трафика, отличающихся следующими качественными характеристиками:

    - наличием или отсутствием пульсации трафика, то есть трафики CBR или VBR;

    - требованием к синхронизации данных между передающей и принимающей сторонами;

    - типом протокола, передающего свои данные через сеть АТМ с установлением соединения или без установления соединения.

    Очевидно, что только качественных характеристик, задаваемых классом трафика, для описания требуемых услуг оказывается недостаточно. В технологии АТМ для каждого класса трафика определен набор количественных параметров, которые приложение должно задать. В технологии АТМ также поддерживается и набор основных количественных параметров для трафиков. Рассмотрим 5 классов трафика АТМ – сети в таблице 1 приложения Б. 

    Необходимо  подчеркнуть, что задание только параметров трафика часто не полностью  характеризует требуемую услугу, поэтому задание класса трафика  полезно для уточнения нужного  характера обслуживания и данного соединения сетью.

    В некоторых случаях специфика  приложения такова, что ее трафик не может быть отнесен к одному из четырех стандартных классов. Поэтому  для этого случая введен еще один класс X, который не имеет никаких  дополнительных описаний, а полностью определяется теми количественными параметрами трафика и качеством обслуживания, которые организовываются в трафик - контракте. 

    1.3 Достоинства  

    В представлении большинства пользователей  новая сетевая технология ассоциируется, в первую очередь, с большей полосой пропускания. Однако технология АТМ - это не только и не столько быстродействие; последнее является, скорее, следствием других ее особенностей.

    

    В основе технологии АТМ лежат прямые соединения между периферийными  устройствами.

    Динамически создаваемые виртуальные каналы могут иметь различные приоритеты и различные гарантии для получения необходимой им полосы пропускания, причем в рамках одного быстродействующего физического соединения могут быть созданы одновременно несколько виртуальных каналов с различными характеристиками.

    АТМ включает в себя очень мощные инструменты  для управления трафиком, которые  еще далеко не достигли пределов своего совершенства,  такие, как различные категории качества услуг и сложные механизмы обратной связи. Именно они позволяют одновременно передавать информацию различного типа, предъявляющую диаметрально противоположные требования к параметрам соединения. Именно эти механизмы позволяют объединить на одной магистрали трафик с различными протоколами. Наконец, эти механизмы обеспечивают оптимальное распределение полосы пропускания между различными виртуальными каналами и эффективный захват ее неиспользуемой части, что позволяет избежать перегрузок сети вплоть до физического исчерпания ее пропускной способности. Благодаря этому, АТМ - сети способны удовлетворить всем противоречивым требованиям, предъявляемым различными типами трафика и различными протоколами.

    В сети АТМ весь трафик, относящийся  к тому или иному виртуальному каналу, попадает на те и только те устройства и порты, которые связаны с этим каналом. При увеличении числа станций общий объем трафика, циркулирующего в сети, растет приблизительно линейным образом. Скажем, при десятикратном расширении сети общий трафик увеличивается также в 10 раз.

    

    В сетях же АТМ, адреса станций анализируются только один раз при установлении соединения. После этого ячейки АТМ несут в себе только номер виртуального пути и виртуального канала, и коммутатору требуется минимальное число операций, чтобы препроводить их по назначению. Эти операции выполняются аппаратно, и именно поэтому коммутация в АТМ оказывается несравнимо более реальной и доступной по цене, чем коммутация в Ethernet при таком же быстродействии.

    В сетях АТМ коммутатор анализирует  только заголовок ячейки и не рассматривает  остальные ее байты. Вмешаться в его работу извне крайне сложно, если вообще возможно: в современных коммутаторах эта обработка выполняется на аппаратном уровне. В сетях АТМ просто нет дверей, на которые следовало бы вешать замки: виртуальные каналы разделены глухими стенами. Это качественно новая ступень безопасности.

    Имеет гибкое управление трафиком, поддержку  смешанного трафика с различными протоколами и конфиденциальность.

    Эта технология способна успешно сосуществовать со всеми имеющимися локальными сетями, с любыми протоколами и с большей частью используемого в них оборудования. 

    1.4 Недостатки 

    По  сравнению с достижением символического порога в 1 Гбит/с у Gigabit Ethernet , отнюдь не гарантирующем реального ускорения  работы прикладных программ, скажем, в 10 раз по сравнению с Fast Ethernet или более высокой производительности, чем существующие сети АТМ с быстродействием 622 Мбит/с. Также недостатком является высокая стоимость. 
 
 
 

    2 Практическая  часть 

    2.1 Классическая настройка IP через ATM (PVC) 

     Классический IP через ATM (CLIP) - это простейший метод использования асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) с IP. Он может быть использован с коммутируемыми подключениями (switched connections, SVC) и с постоянными подключениями (permanent connections, PVC). В этом разделе будет описано как настроить сеть на основе PVC.

    Настройка CLIP с PVC – это подключение каждого компьютера к каждому в сети с выделенным PVC. Хоть настройка проста, она непрактична для большого количества компьютеров. В примере предполагается, что в сети есть четыре компьютера, каждый подключенный к ATM - сети с помощью карты ATM - адаптера. Первый шаг - это планирование IP адресов и ATM подключений между компьютерами. Мы используем Хост IP адрес:

hostA 192.168.173.1

hostB 192.168.173.2

hostC 192.168.173.3

hostD 192.168.173.4

    Для сборки полностью объединенной сети нам потребуется по одному ATM соединению между каждой парой компьютеров:

hostA - hostB 0.100

hostA - hostC 0.101

hostA - hostD 0.102

hostB - hostC 0.103

hostB - hostD 0.104

hostC - hostD 0.105

    Значения VPI и VCI на каждом конце соединения, конечно, могут отличаться, но для упрощения мы предполагаем, что они одинаковы. Затем нам потребуется настроить ATM интерфейсы на каждом хосте (предполагая, что ATM интерфейс называется hatm0 на всех хостах):

    

    

hostA# ifconfig hatm0 192.168.173.1 up

hostB# ifconfig hatm0 192.168.173.2 up

hostC# ifconfig hatm0 192.168.173.3 up

hostD# ifconfig hatm0 192.168.173.4 up

    Теперь PVC необходимо настроить на hostA (мы предполагаем, что ATM коммутаторы уже настроены, вам необходимо свериться с руководством на коммутатор за информацией по настройке).

hostA# atmconfig natm add 192.168.173.2 hatm0 0 100 llc/snap ubr

hostA# atmconfig natm add 192.168.173.3 hatm0 0 101 llc/snap ubr

hostA# atmconfig natm add 192.168.173.4 hatm0 0 102 llc/snap ubr 

hostB# atmconfig natm add 192.168.173.1 hatm0 0 100 llc/snap ubr

hostB# atmconfig natm add 192.168.173.3 hatm0 0 103 llc/snap ubr

hostB# atmconfig natm add 192.168.173.4 hatm0 0 104 llc/snap ubr 

hostC# atmconfig natm add 192.168.173.1 hatm0 0 101 llc/snap ubr

hostC# atmconfig natm add 192.168.173.2 hatm0 0 103 llc/snap ubr

hostC# atmconfig natm add 192.168.173.4 hatm0 0 105 llc/snap ubr 

hostD# atmconfig natm add 192.168.173.1 hatm0 0 102 llc/snap ubr

hostD# atmconfig natm add 192.168.173.2 hatm0 0 104 llc/snap ubr

hostD# atmconfig natm add 192.168.173.3 hatm0 0 105 llc/snap ubr

    Конечно, вместо UBR может быть использован  другой тип, если ATM адаптер поддерживает это. В этом случае имя типа дополняется параметрами трафика. Помощь по atmconfig может быть получена командой: