Высокоскоростные сети
пользоваться
преимуществами АТМ непосредственно.
ATM - данной аббревиатурой может обозначаться технология асинхронной
передачи данных (Asynchronous Transfer Mode), а не только Adobe Type
Manager или Automatoc Teller Machine, что многим может показаться более
привычным. Данную технологию построения высокоскоростных вычислительных
сетей с коммутацией пакетов характеризует уникальная масштабируемость от
небольших локальных сетей скоростями обмена 25-50 Мбит/сек до
трансконтинентальных сетей.
В качестве передающей среды используется либо витая пара (до 155
Мбит/сек) либо оптоволокно.
ATM является развитием STM (Synchronous Transfer Mode), технологии
передачи пакетованных данных и речи на большие расстояния, традиционно
используемой для построения телекоммуникационных магистралей и телефонной
сети. Поэтому прежде всего мы рассмотрим STM.
Модель STM
STM представляет собой сетевой механизм с коммутацией соединений, где
соединение устанавливается прежде, чем начнется передача данных, и
разрывается после ее окончания. Таким образом, взаимодействующие узлы
захватывают и удерживают канал, пока не сочтут необходимым рассоединиться,
независимо от того, передают они данные или "молчат".
Данные в STM передаются посредством разделения всей полосы канала на
базовые трансмиссионные элементы, называемые временными каналами или
слотами. Слоты объединены в обойму, содержащую фиксированное число каналов,
пронумерованных от 1 до N. Каждому слоту ставиться в соответствие одно
соединение. Каждая из обойм (их тоже может быть несколько - от 1 до М),
определяет свой набор соединений. Обойма предоставляет свои слоты для
установления соединения с периодом Т. При этом гарантируется, что в течение
этого периода необходимая обойма будет доступна. Параметры N, M и Т
определяются соответствующими комитетами по стандартизации и различаются в
Америке и Европе.
В рамках канала STM каждое соединение ассоциируется с фиксированным
номером слота в конкретной обойме. Однажды захваченный слот остается в
распоряжении соединения в течение всего времени существования этого
соединения.
Неправда ли, немного напоминает вокзал, от которого в определенном
направлении с периодом Т отбывает поезд? Если среди пассажиров есть тот,
которому этот поезд подходит, он занимает свободное место. Если такого
пассажира нет, то место остается пустым и не может быть занято никем
другим. Естественно, что пропускная способность такого канала теряется, к
тому же осуществить одновременно все потенциальные соединения (M*N)
невозможно.
Переход на ATM
Исследования применения оптоволоконных каналов в трансокеанских и
трансконтинентальных масштабах выявили ряд особенностей передачи данных
разных типов. В современных коммуникациях можно выделить два типа запросов:
- передача данных, устойчивых к некоторым потерям, но критичным к
возможных задержкам (например, сигналы телевидения высокой четкости и
звуковая информация);
- передача данных, не очень критичных к задержкам, но не допускающих
потерь информации (этот тип передачи, как правило, относится к
межкомпьютерным обменам).
Передача разнородных данных приводит к периодическому возникновению
запросов на обслуживанию запросов на обслуживание, требующих большой полосы
пропускания, но при малом времени передачи. Узел, порой, требует пиковой
производительности канала, но происходит это относительно редко, занимая,
скажем, одну десятую времени. Для такого вида канала реализуется одно из
десяти возможных соединений, на чем, естественно, теряется эффективность
использования канала. Было бы замечательно, если бы существовала
возможность передать временно неиспользуемый слот другому абоненту. Увы, в
рамках модели STM это невозможно.
Модель ATM была взята на вооружение одновременно AT&T и несколькими
европейскими телефонными гигантами. (Кстати, это может привести к появлению
сразу двух стандартов на спецификацию ATM.)
Главная идея заключалась в том, что необходимости в жестком соответствии
соединения и номера слота нет. Достаточно передавать индентификатор
соединения вместе с данными на любой свободный слот, сделав при этом пакет
настолько маленьким, чтобы в случае потери утрата легко восполнялась бы.
Все это изрядно смахивает на коммутацию пакетов и даже называется похоже:
"быстрая коммутация коротких пакетов фиксированной длины". Короткие пакеты
весьма привлекательны для телефонных компаний, стремящихся сохранить
аналоговые линии STM.
В сети ATM два узла находят друг друга по "виртуальному идентификатору
соединения" (Virtual Circuit Identifier - VCI), используемому вместо
номеров слота и обоймы в модели STM. Быстрый пакет передается в такой же
слот, как и раньше, но без каких-либо указаний или идентификатора.
Статистическое мультиплексирование
Быстрая коммутация пакетов позволяет решить проблему неиспользуемых
слотов посредством статистического мультиплексирования нескольких
соединений по одной линии связи в соответствии с параметрами их трафика.
Другими словами, если большое число соединений носят импульсный характер
(соотношение пиковой активности к средней - 10 или более к 1), есть
надежда, что пики активности разных соединений будут совпадать не слишком
часто. В случае совпадения один из пакетов буферизуется пока не появятся
свободные слоты. Такой способ организации соединений при правильно
подобранных параметрах позволяет эффективно загружать каналы.
Статистическое мультиплексирование, неосуществимое в STM, и является
основным достоинством ATM.
Типы сетевых пользовательских интерфейсов ATM
Прежде всего - это интерфейс, ориентированный на подключение к локальным
сетям, оперирующим кадрами данных (семейства IEEE 802.x и FDDI). В этом
случае аппаратура интерфейса должна транслировать кадры локальной сети в
элемент передачи сети ATM, выступающей в качестве глобальной магистрали,
связывающей два значительно удаленных друг от друга сегмента локальной
сети.
Альтернативой может служить интерфейс, предназначенный для обслуживания
конечных узлов, непосредственно оперирующих форматами данных ATM. Такой
подход позволяет повысить эффективность сетей, требующих значительных
объемов передачи данных. Для подключения конечных пользователей к такой
сети используются специальные мультиплексоры.
В целью администрирования такой сети на каждом устройстве исполняется
некоторый "агент", поддерживающий обработку административных сообщений,
управление подключениями и обработку данных соответствующего протокола
управления.
Формат данных ATM
Пакет ATM, определенный специальным подкомитетом ANSI, должен содержать
53 байта.
5 байтов занято заголовком, остальные 48 - содержательная часть пакета. В
заголовке 24 бита отдано идентификатору VCI, 8 бит - контрольные,
оставшиеся 8 бит отведены для контрольной суммы. Из 48 байт содержательной
части 4 байта может быть отведено для специального адаптационного уровня
ATM, а 44 - собственно под данные. Адаптационные байты позволяют объединять
короткие пакеты ATM в более крупные сущности, например, в кадры Ethernet.
Контрольное поле содержит служебную информацию о пакете.
Уровень протокола ATM
Место ATM в семиуровневой модели ISO - где-то в районе уровня передачи
данных. Правда, установить точное соответствие нельзя, поскольку ATM сама
занимается взаимодействием узлов, контролем прохождения и маршрутизацией,
причем осуществляется это на уровне подготовки и передачи пакетов ATM.
Впрочем, точное соответствие и положение ATM в модели ISO не столь важны.
Более существенно - понять способ взаимодействия с существующими сетями
TCP/IP и в особенности с приложениями, требующими непосредственного
взаимодействия с сетью.
Приложениям, имеющим непосредственный интерфейс ATM, доступны
преимущества, предоставляемые гомогенной сетевой средой ATM.
Основная нагрузка возложена на уровень "Управления виртуальными
соединениями ATM", дешифрующий специфические заголовки ATM, устанавливающий
и разрывающий соединений, осуществляющий демультиплексирование и
выполняющий действия, которые от него требуются управляющим протоколом.
Физический уровень
Хотя физический уровень и не является частью спецификации ATM, он
учитывается многими стандартизующими комитетами. В основном, в качестве
физического уровня рассматривается спецификация SONET (Synchronous Optical
Network) - международный стандарт на высокоскоростую передачу данных.
Определены четыре типа стандартных скоростей обмена: 51, 155, 622 и 2400
Мбит/сек, соответствующих международной иерархии цифровой синхронной
передачи (Synchronous Digital Hierarchy - SDH). SDH специфицирует, каким
образом данные фрагментируются и передаются синхронно по оптоволоконным
каналам, не требуя при этом синхронизации каналов и тактовых частот всех
узлов, участвующих в процессе передачи и восстановления данных.
Контроль прохождения данных
Из-за высокой производительности сетей ATM механизм, традиционно
используемый в сетях ТСР, непригоден. Если бы контроль прохождения был
возложен на обратную связь, то за время, пока сигнал обратной связи,
дождавшись выделения канала и пройдя все стадии преобразования, достигнет
источника, тот успеет передать несколько мегабайт в канал, не только вызвав
его перегрузку, но, возможно, пол
| |  скачать работу |
Высокоскоростные сети |
