II.2.2.Технология атм
Технология Asynchronous Transfer Mode (ATM) согласно семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем является протоколом канального и частично сетевого уровня. Технологию АТМ правильнее называть даже протоколом уровня «два с половиной» из-за наличия маршрутизирующей информации в заголовке ячейки.
Технология АТМ основана на коммутации ячеек с мультиплексированием. Поэтому она сочетает в себе гибкость и эффективность сетей с коммутацией пакетов (Frame Relay, X25), обеспечивающих передачу разнородного трафика, с высокой производительностью и низкой задержкой, характерной для магистральных сетей TDM (SDH, Sonet).
ATM преодолевает недостатки технологии TDM посредством динамического разделения производительности сети между многочисленными логическими соединениями. Вместо деления производительности канала связи на подканалы фиксированной производительности, закрепляемые за частными соединениями, ATM использует всю полосу пропускания канала глобальной сети для передачи стабильного интенсивного потока коротких информационных ячеек фиксированного размера.
Технология коммутации ячеек АТМ, как и технология Frame Relay, использует методы статистического уплотнения и обладает механизмами для эффективной передачи разнородного и крайне неравномерного во времени трафика.
Можно выделить ряд преимуществ, характерных для статистического уплотнения:
динамическое распределение производительности уплотняемого канала связи в зависимости от активности абонентов;
возможность предоставления производительности канала по требованию;
возможность установки приоритетов для разных видов трафика;
возможность установки параметров трафика, т. е. создания наилучших условий для передачи данного вида трафика (например, минимизация задержки при передаче голоса или кратковременное предоставление большей полосы пропускания пульсирующему трафику данных).
Технология ATM пригодна для передачи информации на скоростях до нескольких гигабит в секунду. Ячейки фиксированного размера (53 байта) с простым и продуманным форматом позволяют осуществлять функции коммутации на аппаратном уровне, что ведет к снижению задержек и сокращению очередей. Технология является асинхронной, поскольку ячейки, заключающие в себе пользовательские данные, могут не быть периодичными.
Технология ATM была разработана для повышения эффективности использования производительности существующих TDM сетей, например подводных трансконтинетальных магистралей. Когда пользователь не нуждается в доступе к сетевому соединению, потенциально отводимая этому соединению производительность оказывается доступной для использования другими соединениями.
Блок данных протокола АТМ получил название ячейки. Ячейки АТМ имеют два формата: формат в интерфейсе «пользователь – сеть» и формат в интерфейсе «сеть – сеть».
Формат ячейки АТМ в интерфейсе «пользователь - сеть» представлен на рисунке 3.
Формат ячейки АТМ. Интерфейс "пользователь-сеть" (UNI).
Структура заголовка ячейки в сетевом интерфейсе отличается тем, что поле общего управления потоком (ОУП) в сетевом интерфейсе не используется, а биты этого поля отданы полю идентификатора виртуального пути, длина которого увеличена с 8-ми до 12 бит.
Ячейка АТМ в интерфейсе «пользователь – сеть» имеет следующий формат:
поле общего управления потоком - Generic Flow Control (GFC, ОУП). Поле имеет длину 4 бита и предназначено для управления нагрузкой в соединениях "пользователь-сеть". Поле ОУП используется для контроля нагрузки, создаваемой оконечными устройствами пользователя, но не используется для управления потоком, порождаемым сетью.
поле идентификатора виртуального пути - Virtual Path Identifier (VPI, ИВП). Поле имеет длину 8 бит в интерфейсе "пользователь-сеть" и 12 бит в интерфейсе «сеть-сеть» (для расширения возможностей маршрутизации);
поле идентификатора виртуального канала - Virtual Channel Identifier (VCI, ИВК). Поле ИВК вместе с полем ИВП составляет маршрутное поле ячейки. Поле ИВК занимает 16 бит, как в интерфейсе "пользователь-сеть", так и в сетевом интерфейсе;
поле типа полезной нагрузки - Payload Type Identifier (PTI, ТПН). Поле используется для идентификации пользовательских ячеек, ячеек эксплуатации и технического обслуживания (ЭТО) F5 и управления ресурсами. Для ячеек, несущих пользовательскую информацию, предусмотрена возможность индикации нагрузки, а также для протокола уровня адаптации АТМ 5-го типа – индикация "пользователь уровня АТМ - пользователю уровня АТМ";
при наличии перегрузки любой перегруженный сетевой узел может модифицировать значение бита индикации перегрузки с 0 на 1 внутри поля типа полезной нагрузки ячеек пользователя. Это дает возможность информировать получателя о возникновении в сети перегрузки. В свою очередь, получатель может информировать об этом пользователя, осуществляющего передачу информации, о необходимости снижения скорости генерации ячеек;
поле приоритета потери ячейки Cell Loss Priority (CLP, ППЯ). Поле используется для указания явного приоритета потери ячейки. Если поле ППЯ имеет значение 1 (CLP=1), то ячейка может быть отброшена сетевым узлом в случае перегрузки. Если поле ППЯ равно 0 (CLP=0), то ячейка имеет высокий приоритет и должна быть сохранена. Приоритет потери ячейки устанавливается пользователем или поставщиком услуг;
поле контроля ошибок в заголовке (КОЗ) на уровне АТМ не заполняется и не проверяется.
Классы обслуживания технологии АТМ:
Наиболее важным с точки зрения передачи разнородного трафика (голос, видео, данные) являются классы обслуживания технологии ATM и параметры качества обслуживания ATM.
Классы обслуживания позволяют с наибольшей эффективностью передавать виды трафика с разнообразными вероятностно - временными характеристиками. Указанными классами являются:
класс CBR (Constant Bit Rate) – служит для передачи изохронного трафика, такого как голос и видео. Он позволяет гарантировать заданное время доведения информации;
класс VBR (Variable Bit Rate) – разделяется на два подкласса, один из которых определяет передачу в реальном масштабе времени (real time VBR), а другой – нет (non real time VBR). Данный класс обслуживания может применяться для передачи голоса с использованием механизма подавления пауз и компрессии, а также пакетируемого видео. Кроме того, оба упомянутых подкласса могут использоваться для передачи данных;
класс UBR (Unassigned Bit Rate) – может использоваться для передачи низкоприоритетных данных. Этот механизм принципиально не является механизмом реального времени. Им выгодно пользоваться, если задержки при передаче данных совершенно некритичны. Наличие такого механизма позволяет эффективно использовать производительности каналов связи;
класс ABR (Available Bit Rate) – был стандартизован последним. Он позволяет до определенной степени сочетать преимущества классов VBR и UBR. При использовании данного класса под передачу данных отводится вся доступная производительность каналов связи.
Достоинства технологии АТМ:
высокая пропускная способность;
малые задержки передаваемой информации;
ориентированность на передачу всех видов трафика (данные, голос, видеоизображение);
наличие механизмов статистического уплотнения информации, позволяющих резко увеличить эффективность использования производительности сети, что особенно важно при передаче пульсирующего трафика локальных вычислительных сетей;
поддержка требуемого качества обслуживания для трафика с различными вероятностно-временными характеристиками (голос/данные/видео);
высокий коэффициент использования каналов связи при передаче разнородного трафика (при использовании некоторых типов оборудования может приближаться к 100 %);
организация соединений типа “каждый-с-каждым”;
наибольшая эффективность достигается на высокоскоростных каналах от 34 Мбит/с до 2,4 Гбит/с;
возможность подключения различных видов оборудования: коммутаторов Frame Relay, цифровых АТС, маршрутизаторов IP/IPX, локальных сетей Ethernet/Token Ring/FDDI (эмуляция LAN), систем передачи цифрового видеоизображения высокого качества (Digital Video).
Недостатки технологии АТМ:
на каналах низкой производительности эффективность использования протокола АТМ снижается;
технология АТМ нуждается в высокоскоростных и высоконадежных каналах связи (таких, как оптоволокно);
оборудование АТМ более дорогое, чем оборудование сети Frame Relay.