8.5.5. Дополнительные классы трафика

В процессе развития стандартизации ATM были предложены два новых типа сервиса: UBR - нерегламентированная скорость передачи; ABR - возможная скорость передачи.

В соответствии с ними в рамках ATM развивается два новых класса услуг:

• Класс X: ориентированные на соединение услуги передачи данных в широкополосной вирту­ альной сети, для которой использование AAL, тип трафика (VBR or CBR), а также требование синхронизации регламентируются пользователем (т.е. прозрачны для данной сети). Тип серви­ са, полоса частот и уровень QOS выбирается пользователем с помощью сообщения, устанавли­ вающего конфигурацию сервиса Class X. Сервис носит название UBR;

• Класс Y: услуга передачи данных, которая позволяет пользователю сообщить менеджеру сети, какая полоса пропускания и какой класс сервиса ему нужен для данной передачи (запрос мо­ жет быть одобрен или отвергнут). Такой тип сервиса носит название ABR. Он используется для передачи случайно возникшего и некритичного к условиям передачи трафика.

8.6. Коммутация потоков atm ячеек

Коммутатор является одним из наиболее важных элементов сети ATM, так как от его скорости и эффективности при обработке ячеек зависит производительность всей сети. Одновременно ком­мутатор является и маршрутизатором. Он должен уметь управлять как асинхронным, так и син­хронным трафиком, с одной стороны, а также дейтаграммным и рассчитанным на установление соединения трафиком, с другой стороны.

Для осуществления коммутации потоков, использующих физические уровни SONET/SDH, коммутатор должен иметь скорость коммутации от единиц до нескольких десятков Гбит/с. Про­цесс коммутации ATM не является предметом стандартизации, поэтому коммутаторы и исполь­зуемые в них решения являются объектами и решениями отдельных компаний. Частично эти ре­шения обобщаются форумом ATM Forum, однако в публикации его регламентирующих докумен­тов нет раздела коммутации, см. [44, Part II: Selected Standards/ATM Forum].

8.6.1. Коммутация и маршрутизация на основе заголовка ячейки

Мы уже описывали в общих чертах процесс коммутации и маршрутизации с использованием вир­туальных каналов и виртуальных путей, см. п. 8.1.8. и рис. 8-3. Коммутация в этом смысле делится на два типа: коммутации виртуальных путей и коммутации виртуальных каналов.

В первом случае для ускорения обработки потока необходимо анализировать только поле VPI заголовка ячейки, во втором - как VCI, так и VPI. При этом значение VCI прозрачно проходит, через коммутаторы, осуществляющие VPI коммутацию, в этом смысле несколько VPI-коммутаторов, включенных подряд, можно рассматривать как выделенную линию. С другой сто­роны любой узел может использовать идентификаторы VCI на любом маршруте VPI. Наконец, для коммутатора-маршрутизатора одинаковы как VPI, так и VCI, учитывая что последние могут устанавливаться и изменяться программным обеспечением самих коммутаторов, как по требова­нию, так и в зависимости от требуемого уровня качества передачи сообщения QOS.

8.6.2. Временные и пространственные коммутаторы

Рассмотрим кратко какие типы коммутаторов могут быть использованы для коммутации ATM ячеек.

В настоящее время используют­ся два типа коммутаторов: простран­ственные и временные (см. рис. 8-10,а,б). И в том, и в другом случае ос­новной задачей коммутаторов являет­ся передача на выход трафика, орга­низованного поканально и поступив­шего со своими метками VPJ/VCI на вход.

Для пространственной комму­тации трафик поступает на п входов (портов) и коммутируется на т вы­ходов (портов) (см. рис. 8-10,а).

Рис. 8-10. Схема пространственной и временной коммутации:

а) пространственная коммутация;

б) временная коммутация

Для временной коммутации роль портов играют тайм-слоты, т.е. коммутатор получает на вход последовательность ячеек, распределенных по п тайм-слотам и перераспределяет их по т тайм-слотам выходной последовательности (см. рис. 8-10,6).

8.6.2.1. Временные коммутаторы

Временные коммутаторы работают с временными последовательностями, а потому требуют для обработки организации очередей и буферов памяти для обработки ячеек с различными временны­ми приоритетами и временем прихода.

Все временные коммутаторы принято делить на две группы [245]:

• коммутаторы с общей внутренней средой передачи;

• коммутаторы с общей памятью.

Коммутаторы с общей внутренней средой передачи

Специфика работы временных коммутаторов предполагает операции мультиплексирова­ния параллельных потоков ячеек и их преобразование в последовательный поток тайм-слотов. Этот поток для осуществления операции мультиплексирования должен использовать общую внутреннюю среду передачи, скорость на которой должна быть в к раз выше (где к - коэффици­ент мультиплексирования потоков ячеек. Такими внутренними средами передачи могут быть ши­ны или кольца, а коммутаторы с общей внутренней средой передачи делят на коммутаторы с об­щей шиной или общим кольцом. Такого типа коммутаторы легко позволяют осуществлять режи­мы широковещательной передачи (бродкастинга - broadcasting) и передачи точка-многоточка. Од­нако очевидны и ограничения, накладываемые максимальной скоростью промежуточной среды передачи на коэффициент мультиплексирования коммутатора.

Коммутаторы с общей памятью состоят из одного двухпортового модуля памяти, куда записывается мультиплексированная последовательность. Память логически организуется в виде очередей, число которых равно числу выходных портов. Узким местом таких коммутаторов явля­ется время доступа к памяти, которое должно быть достаточно мало для поддержки необходимой частоты обращений, как со стороны входного, так и выходного трафика.

Более подробно типы и особенности временных коммутаторов см. в [241, 242, 244, 245].

8.6.2.2. Пространственные коммутаторы

Временные коммутаторы в целом обладают двумя важными для высокоскоростных сетей недос­татками: во-первых, необходимостью мультиплексирования на входе/демультиплексирования на выходе, ограничивающей число используемых портов коммутатора, во-вторых, необходимостью централизации управления процессов буферизации, увеличивающей сложность коммутатора.

Этих недостатков нет у про­странственных коммутаторов, кото­рые нашли широкое распростране­ние в сетях ATM. Эти устройства позволяют одновременно коммути­ровать параллельные потоки вход­ных портов на выходные. Они, од­нако, обладают рядом своих осо­бенностей и свойств (см. ниже разд. 10.2), одно из наиболее важных -свойство неблокируемости. На­помним (см. разд. 10.2.3.), что ком­мутатор называется неблокирую­щим, если любой незанятый вход­ной порт может быть соединен с любым неиспользуемым выходным портом, в противном случае (т.е. ес­ли какое-то соединение не может быть реализовано) коммутатор яв­ляется блокирующим (см. там же понятие неблокированности в строгом и в широком смысле).

Рис. 8-11. Схема цифрового кросс-коммутатора и таблицы коммутации

Пространственные коммутаторы используют атрибуты цифровых кросс-коммутаторов: идентификаторы линий и транков, когда каждый канал ОЦК DS0 ассоциируется на приемной сто­роне с номером пути DS1 и номером входного физического порта (линией - DS3), а на выходе с номером выходного физического порта (транком - DS3) и соответствующим номером пути DS1 и канала DS0 (см. рис. 8-11, верхняя часть).

Схема коммутации такого коммутатора описывается таблицей кросс-коммутации (см. рис. 8-11, нижняя часть), на которой можно проследить коммутацию двух входных потоков DS0 (1 и 2). Схема работы коммутатора в общем случае достаточно проста: на входном порту Линия 1 (DS3) считывается путевая метка VPI/VCI (DS1/DS0), достаточная для идентификации конечного пользо­вателя (VCI), по маршрутной таблице для входной тройки: Линия 1-DS1(1)-DSO(1) - определяется выходная тройка: Транк 2 (DS3)-DS1(1)-DSO(5) - и происходит трансляция содержимого (маршрут­ной информации) входных заголовков в содержимое выходных заголовков (см. рис. 8-12).

Учитывая то, что коммутаторы могут осуществлять операции мультиплексирования (ком­мутируя, например, несколько входных потоков/портов в один поток/порт), они должны иметь буфер (на входе и/или на выходе) для выравнивания потоков перед мультиплексированием и уметь управлять очередью (на рис. 8-12 такие буферы установлены на выходе по одному на каж­дый выходной порт). Таким образом, можно констатировать, что коммутаторы ATM должны вы­полнять следующие функции: пространственную коммутацию, маршрутизацию, мультиплексиро­вание, организацию/управление очередями и трансляцию заголовков.

Хотя технология ATM основана на технологии установления соединения и статической маршрутизации, ничто не мешает ей (благодаря механизму трансляции заголовков) использовать адаптивную динамическую маршрутизацию, свойственную системам, работающим без установле­ния соединения.

8.6.3. Прокладка маршрутов в сети ATM

Рассмотрим процесс прокладки маршрута через коммутаторы сети ATM и начальную установку таб­лиц маршрутизации. На рис. 8-13 показано, как это можно сделать, используя метки VPI/VCI [43].

Сначала устанавливается соединение трех пользователей слева с ближайшими тремя узлами сети ATM путем посылки сообщений управления вызовом в соответствии с ITU-T Q.2931 [233]. Это сообщение содержит поле адреса назначения. Каждый узел анализирует это сообщение и адрес на­значения в нем, чтобы после анализа своей таблицы маршрутизации определить следующий узел, который должен принять это сообщение. Таблица маршрутизации каждого узла содержит текущие сведения об узлах сети: доступной пропускной способности узла и другой информации, которая корректируется при изменении состояния сети. Следовательно, такая таблица дает возможность оп­ределить наилучший путь (в соответствии с заложенным критерием оптимальности/качества), по крайней мере до следующего узла, в момент прихода сообщения типа Q.2931. После этого на осно­вании пары VPI/VCI входного порта данного узла, на который пришло это сообщение, определяется соответствующая ей и следующему узлу маршрута пара VPI/VCI выходного порта данного узла. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет проложен весь маршрут. Критерии оптималь­ности/качества при этом определяются производителем оборудования ATM.

Как только маршрут будет проложен, необходимость в использовании адреса назначения отпа­дает и используются только пары VPI/VCI (представленные присвоенными номерами портов на входе и выходе). На рис. 8-13 также показано, что для пользователей слева, инициирующих прокладку мар­шрута, такие номера присваиваются (на уровне интерфейса UNI) только после того, как весь маршрут проложен и проверен и инициатору-пользователю пришло сообщение, подтверждающее этот факт.

Более подробно типы и особенности пространственных коммутаторов см. в [241, 242, 244, 245], а также в разд. 10.2. Характеристики ATM коммутаторов и их особенности описаны в ряде публикаций, например в [390].