Виртуальные пути и виртуальные каналы

Виртуальное соединение — это логический канал между двумя конечными устройствами в сети ATM, который используется для доставки ячеек. В стан­дартах, определенных Форумом ATM, логическое соединение, устанавливаемое между двумя конечными станциями ATM, называется соединением по виртуаль­ному каналу (Virtual Channel Connection, VCC). VCC — это соединение, содер­жащее один или более виртуальных каналов VC (Virtual Channel).

Виртуальный канал — это однонаправленное соединение для передачи ячеек, имеющих единый идентификатор. При своем создании виртуальный канал получает идентификатор виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI). Этот идентификатор используется устройством, участвующим в процессе пере­дачи данных, для определения направления коммутации ячеек, принадлежащих этому виртуальному каналу. Иными словами, идентификатор используется ком­мутаторами ATM для перенаправления полученных ячеек на определенный порт. Необходимо пояснить, что в сети ATM может одновременно работать мно­жество виртуальных соединений. Соединение не определяется единственным виртуальным каналом с одним идентификатором. Соединение проходит как бы через цепочку виртуальных каналов (или, как будет сказано ниже, через цепочку звеньев виртуального канала), имеющих разные идентификаторы. Идентификатор изменяется при передаче ячеек от коммутатора к коммутатору. То, как именно он изменяется, определяется по таблицам коммутации, создаваемым на комму­таторах. Данная схема позволяет коммутатору определить, куда слать ячейку после ее получения.

Виртуальный путь (Virtual Path, VP) — это путь, объединяющий группу од­нонаправленных виртуальных каналов, которые имеют общий идентификатор виртуального пути. Эти виртуальные каналы, объединенные виртуальным путем, имеют схожие требования к сети, но могут работать с разными абонента­ми. Как и виртуальные каналы, виртуальные пути имеют свой идентификатор, называемый идентификатором виртуального пути (Virtual Path Identifiers, VPI).

По аналогии с идентификаторами виртуальных каналов этот идентификатор присваивается ячейкам и используется при их коммутации с одного порта на другой. На рис. 11.1 показано соответствие между виртуальными каналами и виртуальными путями.

Могут использоваться и другие термины. Так, для соединения по виртуаль­ному каналу используется понятие звена виртуального канала (Virtual Channel Link, VCL). Тогда соединением по виртуальному каналу (VCC) называется по­следовательность звеньев виртуальных каналов (рис. 11.2).

Соединение по виртуальному каналу обладает следующими характерными особенностями:

• Создается и закрывается функциями верхних уровней;

• Поддерживает качество обслуживания;

• Может быть как коммутируемым, так и постоянным;

• Получение ячеек происходит в порядке их передачи;

• Поддерживает двунаправленный и однонаправленный поток данных;

• Резервирует определенные значения VCI для ряда специфичных функций;

• Пропускная способность может различаться в разных направлениях обмена.

Промежуток между точками, в которых происходит назначение и преобразо­вание идентификаторов виртуальных путей, называется звеном виртуального пути (Virtual Path Link, VPL). Соответственно, последовательность звеньев виртуальных путей называют соединением виртуальных путей (Virtual Path Connection, VPC) (рис. 11.3). VPC обладает примерно теми же характерными особенностями, что и VCC.

Механизм коммутации ячеек через сеть ATM базируется на технологии об­мена меток (label swapping), которая используется и в других сетях с коммутацией пакетов, например, Х.25 или Frame Relay. Технология эта проста: каждый пакет содержит логический идентификатор соединения (LCID). На каждом коммутаторе существует таблица коммутации, которая определяет соответствие между LCID входящего порта и новым LCID для выходящего порта. Данный процесс продолжается до тех пор, пока пакет не достигает получателя.

Технология обмена меток является достаточно эффективной. Механизм, требуемый для извлечения и обработки LCID, не очень сложен, так как LCID обычно имеет длину в несколько бит. Не существует сетевых адресов или обоб­щенных идентификаторов соединений из конца в конец, о которых нужно за­ботиться. Коммутация может выполняться коммутатором либо на аппаратном, либо на программном уровне, и, по существу, является основной операцией, выполняемой коммутатором. Это приводит к уменьшению времени, затрачивае­мого на коммутацию, что очень важно для критичного к задержкам трафика.

Как уже говорилось выше, таблица коммутации может формироваться либо вручную, либо с помощью протоколов сигнализации. Вручную таблица форми­руется администратором сети при установлении нового постоянного соеди­нения, а протоколы сигнализации формируют эту таблицу всякий раз при создании коммутируемого виртуального соединения. Эта таблица должна быть сформирована до того, как поступит первый пакет. Таким образом, можно ска­зать, что все решения о коммутации приняты еще до того, как поступает первый пакет пользовательских данных.

В технологии ATM LCID является комбинацией полей VPI и VCI в заголов­ке ячейки (см. ниже). После того как соединение установлено (вручную или автоматически), коммутаторы, расположенные между конечными станциями, имеют таблицы коммутации, содержащие сведения о том, куда необходимо на­правлять ячейки. В таблицы занесена следующая информация: адрес порта, из которого приходят ячейки, и значения (входящие) VCI/VPI. Таблицы также определяют, какие значения (выходящие) VCI и VPI коммутатор должен запи­сать в заголовки ячеек перед тем, как их передать далее.

Так как существует две иерархических составляющих виртуального соедине­ния — виртуальный путь и виртуальный канал со своими идентификаторами, — то и коммутация выполняется на двух уровнях. Первый уровень — это коммутация виртуальных путей, при которой для них заводится соответствующая таблица.

Рассмотрим пример (рис. 11.4), в котором коммутатор имеет четыре физи­ческих порта. Для каждого порта существует один виртуальный путь и одна таблица коммутации виртуальных путей, содержащая одну запись для данного порта. Приведем таблицу коммутации виртуальных путей для порта 1 (табл. 11.2).

Когда ячейка поступает на порт 1 коммутатора, проверяется поле VPI в ее заголовке. Оно используется для определения подходящей записи в таблице коммутации для этого порта. В рассматриваемом примере ячейка с полем VPI=1 поступает на порт 1 и она должна быть отправлена на порт 4 с измененным значением поля VPI=6. Значение поля VCI заголовка не изменяется.

На втором уровне коммутации происходит коммутация виртуальных каналов (VC). В добавление к таблице коммутации виртуальных путей для каждого порта существует также таблица коммутации виртуальных каналов для каждого виртуального пути. Приведем схему коммутатора, аналогичного тому, что пока­зан на рис. 11.4, осуществляющего коммутацию каналов на выходном порту 4 (рис. 11.5).

И на рис. 11.4, и на рис. 11.5 показаны два уровня коммутации: коммутация виртуальных путей и коммутация виртуальных каналов. Приведем таблицу ком­мутации виртуальных каналов для порта 1 коммутатора с рис. 11.5 (табл. 11.3).

Таблица 11.3. Таблица коммутации VC

VCI на входном порту 1 с VPI-1	21	22
VCI на выходном порту 4 с VPI=6	51	52

Для ячейки, поступающей на порт 1 коммутатора, определяется подходящая запись в таблице коммутации виртуальных путей. Ячейка со значением для VPI=1 должна быть отправлена на порт 4 с измененным значением поля VPI=6. Кроме проверки таблицы коммутации виртуальных путей, проверяется также таблица коммутации виртуальных каналов для значения поля VPI=1. В приве­денном примере ячейка со значением поля VCI=21, поступившая на порт 1, должна быть отправлена на порт 4 со значением VCI=51. Вторая запись в таб­лице коммутации виртуальных каналов для VPI=1 указывает на то, что ячейка с VCI=22 должна быть отправлена на порт 4 коммутатора со значением VCI=52.

На рис. 11.6 иллюстрируется преобразование значений VPI и VCI в простой сети ATM, состоящей из двух коммутаторов ATM А и В, к которым подключены станции С и D, соответственно. В этом примере отправитель (станция С) пере­дает ячейки получателю (станции D). Эти ячейки передаются в сети через уста­новленное виртуальное соединение до порта 1 коммутатора А. Заголовок ячейки содержит поля VPI и VCI, каждое из которых проверяется коммутатором. Срав­нивая значения этих полей с записями в своей внутренней таблице коммутации, коммутатор А определяет, что ячейки со значениями VCI=41 и VPI=12, по­лученные на порт 1, должны быть переданы на порт 2. После этого коммутатор изменяет эти поля для прохождения ячеек по другому виртуальному каналу и заносит в заголовок ячеек VCI=15 и VPI=62.

После того как коммутатор А передал ячейки через порт 2, они поступают на порт 1 коммутатора В. Когда коммутатор В получает ячейки, он не знает о том, что ячейки изначально имели другие значения полей VCI/VPI. Коммутатор В сравнивает поступившие значения идентификаторов со своей собственной таб­лицей коммутации и определяет, что ячейки с полями VPI=62 и VCI=15, полу­чаемые на порт 1, должны быть переданы на порт 2 со значениями полей VPI=73 и VCI=19. Ячейки с новыми идентификаторами передаются станции D.

В более сложных сетях различные виртуальные соединения могут проходить по одному и тому же отрезку (звену) виртуального пути. На рис. 11.7 показана сеть ATM, в которой одновременно происходит передача данных между двумя парами абонентов — станциями C/D и E/F. Первая пара абонентов работает аналогично уже рассмотренному примеру. Отправляющая станция Е намеревается передать серию ячеек через существующее виртуальное соединение стан­ции-получателю F.

Когда коммутатор А обрабатывает ячейки от станции Е, он определяет, что трафик от этой станции имеет те же требования к сети, что и трафик от станции С. Так как передаваемые ячейки должны иметь локально уникальный идентифика­тор VCI для передачи по своему виртуальному каналу, ячейкам от станции Е присваивается незадействованный идентификатор, например, VCI=48. Но поля VPI на участке между коммутаторами А и В одинаковы у всех ячеек (так как участок — отрезок виртуального пути — один и тот же). Поэтому у ячеек стан­ций С и Е VPI=62 на этом участке. Коммутатор В работает так же, как описано в предыдущем примере.

Следует отметить, что комбинация полей VPI/VCI — это не адрес. Она не указывает ни на адрес отправителя, ни на адрес получателя информации. Пра­вильнее сказать, что это некий ярлык, по которому можно идентифицировать ячейки и передавать их через сеть ATM в требуемом направлении.