Технология АТМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология ATM

Содержание

Введение

1. Архитектура АТМ

2. Физический уровень

3. Уровень АТМ

4. Виртуальные каналы

5. Адресация АТМ

6. Уровень адаптации АТМ

7. Недостатки АТМ

8. Поддержка

9. Эмуляция локальных сетей (LAN Emulation)

Введение

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode, асинхронный режим передачи) в начале 1990-х был "Святым Граалем" сетевой индустрии. Преподносимая как самая современная сетевая технология, АТМ был разработан для передачи речи данных и видео по различным типам сетевой среды с использованием высокоскоростного, двухточечного, полнодуплексного, ориентированного на установление соединения протокола с коммутацией ячеек. К сожалению, как я поиск Святого Грааля, достижение решения этой задачи заняло нам больше времени, чем кто-либо мог предположить, и окончательная цель продолжает оставаться недостижимой.

Теория, лежащая в основе АТМ, выше всяких похвал. Вместо направленности и на кадры различной длины, подобно Ethernet и другим протоколам график АТМ разбивается на 53-байтовые ячейки (cells). Применение структуры данных предопределенного размера делает сетевой трафик более легко измеряемым количественно, предсказуемым и управляемым. С АТМ становится возможным гарантировать, что определенное количество данных доставлено в заданный интервал времени. Это делает данную технологии более приемлемой в объединенных сетях передачи данных/речи/виде, для которых недетерминированный протокол, подобный Ethernet, не подходит в силу скорости их работы. Вдобавок АТМ имеет встроенную в протокол возможность QoS (quality of service, качество обслуживания), которая позволяет администраторам зарезервировать определенную полосу пропускания заданного приложения.

АТМ является протоколом как для ЛВС, так и для ГВС. Он радикально отличается от других протоколов нижних уровней. Все сетевые взаимодействия в АТМ являются двухточечными. Широковещательных передач не существует, это означает, что составляющей частью этой технологии является коммутация, а не маршрутизации. АТМ может использоваться в сетях общего пользования так же, как и в частных. Передача через сети общего пользования может предоставить сервисы АТМ, которые позволят клиентам соединиться с удаленными ЛВС. В частных сетях виртуальные соединения АТМ с различной скоростью работы проходить через всю сеть, от магистрали до рабочего места.

Однако в реальности технология АТМ нашла только один благоприятный для себя сегмент рынка - магистрали между зданиями в больших корпоративных сетях. Приблизительно 20 процентов существующих корпоративных магистралей работают через АТМ в основном из-за, того, что администраторы находят, что ее возможности QoS и поддержка передачи речи, данных видео делают эту технологию более производительной, чем традиционные протоколы ЛВС.

1. Архитектура АТМ

Многие привычные концепции других протоколов, такие как управление доступом к среде передачи данных и переменная длина кадров, не применимы к АТМ. Из-за того, что АТМ не разделяет полосу пропускания между системами, нет необходимости в механизмах МАС, подобных CSM/CD или передаче маркера. Так как все передачи АТМ состоят из ячеек фиксированной длины, процесс коммутации более прост и предсказуем. В АТМ все процессы коммутации выполняются аппаратно, поскольку нет необходимости в программном управлении потоком данных и других подобных технологиях.

Пропускная способность, предоставляемая сетью АТМ, также легко определяется количественно, что упрощает выделение ее определенной части отдельному приложению. В сети Ethernet, например, может понадобиться предоставить намного большую полосу пропускания, чем это в действительности требуется достаточно хорошей производительности приложения для видеоконференций. Такая ситуация возникает из-за того, что пропускная способность, требуемая для видеоконференции, подсчитывается сверх максимальной пропускной способности, используемой всеми остальными приложениями вместе, следуя из того, что сеть сознательно разработана так, чтобы приспосабливаться к условиям пикового значения трафика, которые имеют место только на незначительных временных отрезках. В сети АТМ пропускная способность может быть вычислена более точно. Подобно Ethernet и Token Ring, протокол АТМ выполняет функции Физического и Канального уровней эталонной модели OSI, но сам при этом делится на три уровня, перечисленные ниже.

· Физический уровень.

· Уровень АТМ.

· Уровень адаптации АТМ.

2. Физический уровень

Стандарты АТМ не определяют технологии Физического уровня так точно, как это делает большинство других протоколов Канального уровня. Эта независимость от среды передачи является одним из руководящих принципов, лежащим в основе разработки технологии, АТМ может работать с различной скоростью через соединения SONET (Synchronous Optical Network, синхронная оптическая сеть) и DS-3 (Digital Signal Level-3), многомодовый оптоволоконный кабель, экранированную витую пару (STP) среди прочих. Диапазон скоростей варьируется от 25 Мбит/с для соединений с рабочими местами до 2,46 Гбит/с, хотя наиболее распространенные реализации работают на 155 или 625 Мбит/с. Кажется маловероятным, что реализации на 25 Мбит/с когда-либо станут широко применяться для соединений с рабочими местами, поскольку Fast Ethernet предоставляет в четыре раза большую скорость и по меньшей цене. Более высокие скорости обычно используются для глобальных соединений и магистралей.

Сам физический уровень АТМ разделен на два подуровня: подуровень, зависящий от физической среды передачи (PMD, physical medium dependent) и подуровень конвергенции -передачи (TC, transmission convergence). Подуровень РМD определяет реальную среду передачи, используемую сетью, включая тип кабеля и другое оборудование, например, коннекторы, а также применяемую схему кодирования сигналов. Этот подуровень также отвечает за обеспечение синхронизации всех тактовых генераторов в системах сети, что достигается за счет непрерывной передачи и приема битов синхронизации от других систем.

Подуровень ТС отвечает за четыре функции, перечисленные ниже.

Очерчивание ячеек. Поддерживание границ между ячейками, позволяющие системам выявлять ячейки в потоке битов.

Генерирование и верификация последовательности контроля ошибок в заголовке. Обеспечение целостности данных ячейки на основе проверки кода контроля ошибки в заголовке ячейки.

Согласование скорости передачи ячеек. Вставка и удаление пустых ячеек с целью согласования скорости передачи с возможностями принимающей системы.

Адаптация передаваемых кадров. Упаковка ячеек в кадры подходящего формата передачи через определенную физическую сетевую среду.

3. Уровень АТМ

атм асинхронный администрирование ethernet

Уровень АТМ определяет формат ячейки, создает заголовок, реализует механизм контроля ошибок, создает и уничтожает виртуальные каналы. Существует две разновидности заголовка ячейки: один - для сетевого интерфейса пользователя (UNI, User Network Interface), который используется для связи между пользовательскими системами или между пользовательскими системами и коммутаторами, и второй - межсетевой интерфейс (NNI, Network-to-Network Interface) - для связи между коммутаторами.

В каждом случае 53 байта, составляющие ячейку, делятся на 5-байтовый заголовок и 48 байтов данных. В сравнении, с 18-байтовым заголовком Ethernet заголовок АТМ кажется совсем маленьким, но следует принимать во внимание, что кадр Ethernet может переносить до 1500 байт данных. Таким образом, в полноразмерном кадре Ethernet заголовок составляет меньше процентов от всего пакета, в то время как заголовок АТМ всегда занимает 10 процентов от размера ячейки. Это делает технологию АТМ значительно менее эффективной, чем Ethernet в силу количества переметаемой служебной информации.

4. Виртуальные каналы

Соединение между двумя системами АТМ имеет форму виртуального соединения (VC, virtual circuit). Виртуальные соединения АТМ разделяются на два типа: постоянные виртуальные соединения (PVCs, permanent virtual circuits), создаваемые администраторами сети вручную и доступные в любое время, и коммутируемые виртуальные соединения (SVCs, switched virtual circuits), которые системы порождают по мере необходимости и после использования уничтожают.

Установка виртуального соединения через сеть до места назначения позволяет передавать через это соединение ячейки без их интенсивной обработки промежуточными системами на пути следования. Виртуальное соединение состоит из виртуального пути (virtual path) и виртуального канала (virtual cgannel). Виртуальный путь - это логическое соединение между двумя системами, которое включает в себя множество виртуальных каналов так же, как кабель между двумя точками может состоять из множества проводников, по каждому из которых передается отдельный сигнал. После установки виртуального пути между двумя точками, создание для каждого нового соединения дополнительного виртуального канала в пределах данного пути является сравнительно простой задачей.

Вдобавок, управление виртуальным путем - это простейший способ изменить свойства всех виртуальных каналов, содержащихся в нем. Например, когда выходит из строя коммутатор, виртуальный путь может быть перенаправлен по другому маршруту, и все виртуальные каналы будут перенаправлены вместе с ним. Заголовок каждой ячейки АТМ содержит идентификатор VPI и идентификатор VCI, которые указывают виртуальный путь, используемый ячейкой, и виртуальный канал в пределах этого пути.

5. Адресация АТМ

Сети АТМ имеюют свои собственные адреса для каждого устройства, помимо адресов любых вышележащих уровней протокольного стека, которыми эти системы могут располагать. Это иерархические адреса длиной 20 байт, которые больше напоминают телефонные номера и позволяют развертывать предельно большие сети. В отличие от протоколов, которые разделяют полосу пропускания сети между многими системами, к АТМ нет необходимости включать адрес назначения и источника в каждую ячейку, так как передачи АТМ используют выделенное двухточечное соединение. Вместо этого адресация возлагается на коммутаторы АТМ, которые непосредственно создают новые виртуальные пути и виртуальные каналы.

6. Уровень адаптации АТМ

Основная функция уровня адаптации АТМ (AAL, ATM adaptation layer) заключается в подготовке данных, получаемых от протокола Сетевого уровня, для передачи и разбиения их на блоки по 48 байт, которые уровень АТМ упакует в ячейки, добавив заголовок, ААL состоит из двух подуровней: подуровня конвергенции (CS, convergence) и подуровня сегментации и сборки (SAR, segmentation and reassemble sublayer). Подуровень конвергенции подготавливает данные Сетевого уровня для сегментации с использованием различных нолей, различающихся для каждого типа сервиса, который будет передавать данные. Полученные в результате протокольные блоки данных подуровня конвергенции (CS-PDU) разбиваются подуровнем SAR на блоки подходящего размера для их последующей упаковки в ячейки.

На рассматриваемом подуровне доступны несколько протоколов ААL, которые предоставляют различные типы сервисов для поддержки разнообразных приложений.

AAL-1. Сервис с установлением соединения, предназначенный для приложений, требующих эмуляции каналов, например, для передачи речи видеоконференций. Этот сервис нуждается в синхронизации, поэтому необходима сетевая среда передачи данных, такая как SONET, которая поддерживала бы синхронизацию. Для данного сервиса подуровень конвергенции добавляет к данным поля номера последовательности (Sequence Number) и защиты номера последовательности (Sequence Number Protection), которые позволяют принимающей системе собрать ячейки в правильном порядке,

ААL-3/4. Поддерживает передачу данных как с установлен нем соединения, так и без установления, с контролем ошибок и мультиплексированием. Подуровень конвергенции создает PDU, добавляя к данным начальный/конечный дескриптор в качестве заголовка и поле длины, как постинформацию. Затем подуровень SAR разбивает CS-PDU на блок размером с ячейку. Он также присоединяет к каждому блоку СRС-значение с целью выявления ошибок.

ААL-5. Иначе называемый SEAL (Simple and Efficient Adaptation Layer, уровень простой и эффективной адаптации), АА 1-5 обеспечивает сервисы с установлением соединения и без установления соединения. Он наиболее часто используется для трафика ЛВС. Подуровень конвергенции берет блок данных Сетевого уровня размером до 64 Кбайт и наращивает его заполнением переменной длины и 8-байтовой заключительной части. Заполнение гарантирует, что блок данных впишется в границы ячейки, а описатель включает поле длины блока и CRC-значение для всего PDU. Затем SAR разбивает PDU на сегменты по 48 байт для упаковки их в ячейки. Значение третьего бита поля индикатора типа полезных данных в АТМ-заголовке устанавливается равным 0 для всех сегментов блока данных, за исключением последнего, у которого значение этого бита равно 1.

7. Недостатки АТМ

Существует несколько серьезных недостатков, которые следует рассмотреть, прежде чем начать думать о внедрении АТМ в качестве магистрали (или в иных целях) в свою сеть. Первый - это стоимость: оборудование для АТМ намного дороже, чем для Gigabit Ethernet или фактически любого другого высокоскоростного протокола. Цена сетевых АТМ-адаптеров для сервера начинается с 600 $ - 800 $, а возможные затраты на коммутаторы АТМ могут быть выражены пяти- и шестизначными числами.

8. Поддержка

Другая большая проблема - это стоимость и сложность реализации и поддержки сети АТМ. Тогда как квалифицированный администратор ЛВС Ethernet в состоянии с небольшими трудностями установить компоненты магистрали Gigabit Ethernet, магистраль АТМ в этом смысле - совершенно иной случай. Сети АТМ являются гибридом технологий сетей дистанционной язи и сетей передачи данных. Это два различных типа сетей, но в случае АТМ они оба могут использовать одинаковые кабели и коммутаторы. Вследствие чего магистраль АТМ может быть подключена не только к компонентам сети передачи данных, таким как маршрутизаторы, коммутаторы и серверы, но также к РВХ (Private Branch eXChange, учрежденческая телефонная станция) и другим телекоммуникационным устройствам.

Тот факт, что указанные типы сетей традиционно разделяются, означает, что их обслуживанием также часто занимаются разные люди.

Профессионалы широкого профиля, которые имеют опыт в обоих властях и обладают знаниями, требуемыми для создания, требуют высокого жалования. В результате, часть опасности, которую несет с собой внедрение АТМ, заключается в что сеть будет полагаться на технологию, которую полностью понимают только один или два человека в компании. На фоне современного изменчивого рынка труда - это плохой багаж.

9. Эмуляция локальных сетей (LAN Emulation)

Другая проблема, связанная с применением АТМ в качестве сетевой магистрали, заключается в умении заставить ее работать в связке с другими протоколами. Если не использовать АТМ по всей сета, включая соединения с рами местами, то магистраль должна объединять отдельные ЛВС, применяющие Ethernet или другие протоколы Канального уровня. В этом и есть суть проблемы, поскольку АTМ является протоколом с установлением соединения, а Ethernet и Token Ring таким качеством не обладают. Протоколы с установлением соединения не имеют возможностей широковещательной передачи, поэтому они не могут предоставить свойственных системам в сетях Ethernet (или Token Ring) методов, позволяющих обнаружить адрес или даже просто существование сервера в магистрали АTМ.

На первых порах решением этой проблемы для администраторов сети стало планирование постоянных виртуальных соединений (PVCs) между коммутаторами АТМ/Ethernet, серверами и другими устройствами в сети АTМ. С этих позиций, коммутаторы предоставляли системам Ethernet адреса для связи с системами АТМ. Это работающее решение, но оно требует от администратора немалого труда, объем которого увеличивается вместе с ростом числи систем в сети АТМ.

В 1995 г, была представлена LANE (LAN Emulation, эмуляция локальных сетей) 1.0, которая устраняла необходимость в ручной настройке PVCs. LANE автоматически создает и удаляет коммутируемые виртуальные соединения между коммутаторами и сетевыми системами АTМ. Это свойство делает магистраль прозрачной дня локальных сетей Ethernet создавая виртуальный широковещательный домен, который включает в себя системы АTМ. Спецификация LANE 2.0, утвержденная в 1997 г., добавила поддержку классов QoS протокола АТМ и многоадресную передачу.

К сожалению, для своей работы LANE требует множества различных программных модулей. Они перечислены ниже.

1. Клиент эмуляции ЛВС (LEC, LAN Emulation Client). Модуль каждого устройства АТМ, который имеет как МАС-адрес ЛВС, так к АТМ-адрес. Вместе эти устройства формируют ELAN(emulated LAN, эмулированная локальная есть). Системы Ethernet взаимодействуют с клиентами LЕС коммутаторов, объединяющих сети для того, чтобы выяснить адреса систем АTМ. Если клиент LЕС в настоящее время имеет связь е запрошенной системой АTМ, то он предоставляет ее адрес системе Ethernet. В противном случае клиент LЕС связывается с сервером LЕS и сервером ВUS, используя протокол эмуляции разрешения адресов ЛВС (LE ARP, LAN Emulation Resolution), чтобы выяснить адрес. Когда адрес разрешен, клиент LЕС также выполняет услуги продвижения данных.

2. Сервер эмуляции ЛВС (LES, LAN Emulation Server). Поддерживает базу данных, содержащую все адреса, известные клиентам LЕС в ЕLАN клиенты LЕС имеют виртуальное соединение каналов (VCC, virtual channel connection) с сервером LES, которое они используют для осуществления запросов адресов определенных систем в сети АТМ. Если сервер LES не находит запрошенного адреса в своей базе данных, он перенаправляет запрос другому серверу LES в сети.

3. Сервер широковещательных и неадресуемых сообщений (BUS, Broadcast and Unknown Server). Когда сервер LES не может определить адрес, принадлежащий запрошенной системе, сервер ВUS устанавливает виртуальные соединения каналов со всеми клиентами LЕС в сети и распространяет по ним ячейки, передаваемые клиентами LЕС устройствам в сетях Ethernet к которым они подключены. Сервер BUS также обеспечивает сервис эмуляции широковещательной передачи, передавая сообщения веем клиентам LЕС в сети.

4. Сервер конфигурации эмуляции ЛВС (LECS, LAN Emulation Configuration Server). Поддерживает базу данных информации о конфигураций для каждой ELAN, координирует функционирование других модулей и добавляет в ELAN новых клиентов.

Это набор комплексного программного обеспечения, применяемый только для того, чтобы заставить стать сеть АТМ видимой для Ethernet или других протоколов ЛВС, в то время как магистраль Gigabit Ethernet может делать то же самое совершенно прозрачно. Многие администраторы сетей остаются в стороне от АТМ, так как она требует больших усилий для выполнения задач, которые могут быть решены достаточно просто. Но и не меньше организаций нашли АТМ более подходящей для своих магистралей, требующих поддержки передачи речи и видео, а также данных в таких сетях, как сети, обслуживающие больницы и университеты. Передала медицинских изображений и приложения дистанционного обучения требуют выделенной полосы пропускания, которую АТМ может обеспечить более эффективно, чем другие технологии. Однако, если проводится модернизация существующей ЛВС Ethernet, уже веющей сформированную телефонную сеть, а приложения, требующие высокой пропускной способности, подобные видеоконференциям, не стоят в ближайших планах на будущее организации, то Gigabit Ethernet, вероятно, будет более практичным и экономически выгодным выбором.

Размещено на Allbest.ru