Глава 10. Сеть atm. Канальный уровень
10.1. Уровень atм
В канальный (второй) уровень сети ATM входят уровень ATM и уровень адаптации ATM (см. рис.9.1, глава 9). На приведенном ниже рис. 10.1 показан стек протоколов уровней узлов транспортной сети и оконечных станций АТМ при выполнении процедур передачи ячеек. При выполнении процедур сигнализации стек протоколов отличается и будет приведен позже в настоящей главе.
Рис. 10.1. Стек протоколов уровней АТМ при выполнении процедуры передачи ячеек
Уровень АТМ является частью второго уровня модели OSI. Остальная часть второго уровня относится к процедуре уровня адаптации ATM AAL, расположена в оконечной станции. Входными данными для уровня АТМ на оконечной станции являются 48-байтовые элементы данных подуровня сегментации и повторной сборки SAR (Segmentation and Reassembly) уровня адаптации AAL (ATM adaptation layer). Элементы данных PDU уровня AAL пересылаются от объекта уровня в одной системе к одноранговому объекту в другой системе. Уровень АТМ добавляет к этим полезным данным 5-байтовый заголовок ячейки АТМ. В состав заголовка ячейки АТМ входят следующие поля.
Идентификатор виртуального пути VPI (Virtual Path Identifier) и виртуального канала VCI (Virtual Channel Identifier), служащие логическими адресами для маршрутизации ячеек.
Тип полезной нагрузки PT (Payload Type) из трех бит:
бит идентификатора типа нагрузки (данные пользователя или данные операций администрирования и технического обслуживания OAM -Operation, Administration and Maintenance). OAM переносит информацию управления сетью, процедуры сигнализации, маршрутизации и др.;
бит указания того, столкнулась или нет определенная ячейка с состоянием перезагрузки в сети;
бит, указывающий является ли ячейка последней в сообщении. В сети FR функцию сегментирования сообщений выполняют верхние уровни.
Бит приоритета потери ячеек CLP (Cell Loss Priority) указывает на то, будет ли уничтожена ячейка в случае возникновения перегрузки. Если этот бит установлен и в сети возникла перегрузка (это состояние фиксируется в приведенном выше поле полезной нагрузки PT), то ячейка уничтожается. В противном случае она передаётся дальше. Данный бит подобен биту разрешения на уничтожение DE в сети Frame Relay (глава 8).
Поле контроля ошибок в заголовке HEC на подуровне конвергенции физического уровня ATM при приёме ячейки либо исправляет одиночные ошибки, либо обнаруживает ошибки большей кратности и отбрасывает эти ячейки (см. главу 9).
10.1.1. Поле идентификаторов виртуального пути и виртуального канала
В отличие от технологи Х.25 и FR, которые имеют одно уникальное значение для определенного интерфейса, ячейки АТМ имеют два значения (на двух уровнях) – виртуальный путь VP (Virtual Path) и виртуальный канал VС (Virtual Channel). 8-разрядное для интерфейса «пользователь - сеть» и 12-разрядное для интерфейса «сеть - сеть» поле заголовка АТМ используется для идентификации виртуального пути VPI (Virtual Path Identification), а 16-разрядное поле – для идентификации виртуального канала VCI (Virtual Channel Identification). Каждый из этих идентификаторов сродни уникальным значениям для определенного интерфейса LCN в Х.25 и DLCI в сети FR.
В АТМ могут использовать те же типы виртуальных каналов, что и в сети FR: постоянный ПВК, коммутируемый КВК и коммутируемый постоянный КПВК (т.е. соответственно PVC, SVC, SPVC). Виртуальные каналы АТМ часто связывают в один виртуальный путь. Для этого служит идентификация каналов на двух уровнях – виртуальный канал VC и виртуальный путь VP. Отдельно взятый коммутатор может выполнять коммутацию канала VC, коммутацию пути VP или обе коммутации. Эти логические идентификаторы можно рассматривать как «вложенные».
Идея комбинации значений VPI/VCI состоит в том, что идентификатор VCI рассматривается в пределах идентификатора VPI. Например, комбинация 3/40 обозначает, что используется значение идентификатора виртуального канала (VCI), равное 40, для идентификатора виртуального пути VPI, равного 3. Комбинация двух идентификаторов является идентификатором соединения. Виртуальный путь VP содержит множество виртуальных каналов (Virtual Circuits – VCs), а виртуальное канальное соединение (Virtual Circuit Connection – VCC) содержит множество путей VP.
Связывание виртуальных каналов обычно формирует один VP, а связанные VP, как правило, находятся в одном физическом канале передачи. Следует отметить, что 24 бита, выделенные для полей VPI/VCI в заголовке ячейки АТМ, могут поддерживать максимум 16888216 пользователей в одном физическом канале АТМ! Учитывая высокие скорости передачи данных на физическом уровне АТМ до нескольких терабит в секунду (при использовании технологии волнового мультиплексирования), не представляется невероятным то, что миллионы пользователей смогут совместно использовать один канал передачи данных. Так же следует заметить, что определенные значения VPI/VCI зарезервированы для использования в сетевом управлении и задач управления ресурсами, таких как сообщения и отчеты о неисправности сети. Для иллюстрации коммутации в сети АТМ приведем пример иерархической адресации VPI/VCI при использовании постоянных виртуальных каналов PVC .
Предположим, что необходимо создать схему адресации АТМ-сети на основе PVC-каналов с учетом того, что она состоит из трех филиалов, которые в трех крупных штатах США: Калифорния, Техас и штат Нью-Йорк (рис. 10.2). В каждом из штатов необходимо соединить АТМ-каналами по три крупных города. В штате Калифорния – Сан-Франциско, Лос-Анджелес и Сан-Хосе. В штате Техас – Хьюстон, Даллас и Ости; в штате Нью-Йорк – Буффало, Нью-Йорк и Олбани. В результате анализа трафика был сделан вывод, что наиболее эффективной в создаваемой структуре будет полносвязная топология. Поэтому чтобы упростить управление сетью, было принято решение о создании иерархической схемы адресации, в которой каждому из трех штатов будет соответствовать только один идентификатор – номер VPI. Чтобы установить соединение с коммутатором в некотором из штатов, необходимо указать город, добавив другой уникальный адресный идентификатор – VCI. Рассмотрим данный процесс на конкретном примере, когда коммутатор, анализируя ячейки, которые поступают из базовой сети, определяет, что в них установлено значение VPI равное 9. Это означает, что данный трафик необходимо направить к коммутатору штата Калифорния. Если значение равно 11, то трафик должен быть перенаправлен в Нью-Йорк, если 5 – в Техас. Далее выполняется второй уровень коммутации, когда для определения города, в который необходимо направить данные, анализируются оба значения: и VPI и VCI. Например, коммутатор штата Калифорния переправляет ячейки, значение VPI которых равно 9, а значении VCI равно 181 в Сан-Франциско. Соединяться с любым штатом можно зная только значение VPI. Следует заметить, что значение VPI, так же как и значения VCI, имеют только локальное значение для каждого интерфейса коммутатора. Когда рассматривают виртуальное соединение, то подразумевают, что коммутатор АТМ переправляет ячейки, основываясь на полной комбинации значения VPI/VCI.
Рис. 10.2. Пример иерархической адресации VPI/VCI в сети АТМ