5.2.2 Архітектура та маршрутизація в atm. Служб (QoS).[25],[26]

Формат даних АТМ. АТМ - пакетна технологія комутації, мультиплексування і передачі, в якій використовуються фіксовані пакети малої місткості, названо комірками / фрагментами. У пакеті постійної довжини в 53 байти (октет - 8 біт - двійкових символів): для інформації відведено 48 байт, для заголовка – 5 байт, де розміщується інформація, необхідна для передачі, мультиплексування і комутації комірок в комутаторах мережі АТМ. Короткі комірки, які передаються зі швидкістю від 10 до 40 Гбіт/с, забезпечують мережі велику гнучкість і ефективність використання. При формуванні комірок АТМ інформація тимчасово записується, потім вноситься у клітинку, і коли пакет наповниться, вона передається в мережі. Якщо немає інформації для передачі, то передається порожня клітинка, яка підтримує фізичні транспортні функції (синхронізація приймача, контролю якості за помилок).

У технології АТМ прийнято розрізняти такі види комірок : порожні (вільні); справні, несправні; присвоєні, неприсвоєні; осередиу сигналізації; осередки керування та обслуговування.

Порожні / вільні комірки – комірки фізичного рівня мережі АТМ, які призначені для пристосування швидкості передачі інформаційних комірок по межі середовища АТМ і середовища фізичної до ємності системи передачі. З їх допомогою забезпечується безперервність потоку комірок.

Справні комірки – комірки, які мають заголовок без помилок, або на яких зроблено коригування на фізичному рівні.

Несправні комірки – комірки, заголовки яких містять помилки, які непоправні на фізичному рівні. Такі комірки підлягають відкидання на фізичному рівні, тобто на рівні транспортування у фізичному середовищі.

Присвоєні комірки – комірки, які визначені для конкретних послуг на рівні АТМ. Комірки без присвоєння - комірки, які не містять присвоєння послуг рівня АТМ, але мають значення SVC та PVC.

Комірки сигналізації – комірки, що переносять сигнальні сполучення між елементами мережі для встановлення, підтримки або роз'єднання з'єднання в мережі.

Комірки керування та обслуговування - комірки, яким визначено переносити інформацію адміністрування та обслуговування (наприклад, контролю і керування трафіком).

Віртуальний канал ATM – ця сполука між двома кінцевими станціями ATM, які встановлюють час їхньої взаємодії. Віртуальний канал є двонаправленим: лише після встановлення сполуки кожна кінцева станція може розраховувати як посилати пакети іншій станції, і одержувати їх від неї.

Є три типи віртуальних каналів: постійні віртуальні канали (PVC - Permanent Virtual Circuits); комутовані віртуальні канали (SVC - Switched Virtual Circuits); інтелектуальні постійні віртуальні канали (SPVC - Smart Permanent Virtual Circuits).

PVC - цей постійний з'єднання між двома кінцевими станціями, яке встановлюється вручну у процесі конфігуровані мережі. Користувач повідомляє провайдеру ATM-услуг чи мережному адміністратору, які кінцеві станції мали бути зацікавленими з'єднані, і він встановлює PVC між цими кінцевими станціями.

PVC включає у собі кінцеві станції, середовище передачі та всі комутатори, розташовані між кінцевими станціями. Після установки PVC йому резервується велика частина смуги пропускання, та двом кінцевим станціям непотрібен встановлювати / скидати з’єднання.

SVC встановлюється за необхідності - щоразу, коли кінцева станція намагається передати дані іншої кінцевої станції. Коли відправляюча станція затребувала з'єднання, мережу ATM поширює адресні таблиці і каже цій станції, які VCI і VPI повинні бути включені у заголовки осередків. Через довільний проміжок часу SVC скидається. SVC встановлюється динамічно, а чи не вручну. Стандарти передачі сигналів рівня ATM визначають, як кінцева станція повинна встановлювати, підтримувати і скидати з'єднання. Ці стандарти також регламентують використання кінцевої станцією під час встановлення сполуки параметрів QoS з рівня адаптації ATM.

З іншого боку, стандарти передачі сигналів описують засіб керування трафіком та профілактики " заторів " : з'єднання встановлюється лише у тому випадку, якщо мережа підтримує цю сполуку. Процес визначення, може бути встановлено з'єднання, називається керування визнанням сполуки (CAC - Connection Admission Control).

SPVC - це гібрид PVC і SVC. Подібно PVC, SPVC встановлюється вручну на етапі конфігуровані мережі. Проте провайдер ATM-послуг або мережевий адміністратор задає лише кінцеві станції. Для кожної передачі мережу визначає, які комутатори передаватимуть комірки.

PVC мають дві переваги над SVC. Мережа, у якій використовуються SVC, повинна витрачати час встановлення сполук, а PVC встановлюються попередньо, тому можуть забезпечити вищу продуктивність. З іншого боку, PVC забезпечують найкращий контроль над мережею, оскільки провайдер ATM-услуг або мережевих адміністратор може вибирати шлях, яким будуть передаватися комірки.

SVC також має переваги перед PVC. Оскільки SVC встановлюється і простіше, ніж PVC, то мережі SVC, можуть імітувати мережі без встановлення сполук. Ця можливість виявляється корисною у разі, коли ви використовуєте додаток, яке неспроможна працювати у мережі з впровадження сполук. З іншого боку, SVC використовують смугу пропускання, тільки коли це потрібно, а PVC повинні постійно її резервувати на випадок, якщо вона знадобиться. SVC також вимагають меншою адміністративної роботи, оскільки встановлюються автоматично, а чи не вручну. SVC забезпечують відмовостійкістю: коли виходить із ладу комутатори, на шляху з'єднання, інші комутатори вибирають альтернативний шлях.

У певному сенсі SPVC має найкращіі властивості з цих двох видів віртуальних каналів. Як і у випадку з PVC, SPVC дозволяє заздалегідь поставити кінцевій станції, тому не потрібен час встановлення з'єднання щоразу, коли одне з них повинна передати пакети. Подібно SVC, SPVC забезпечує відмовостійкість. SPVC має такі недоліки: як і PVC, SPVC встановлюється вручну, для нього необхідно резервувати частину смуги пропускання, навіть якщо він використовується.

Нехай два пристрої передають в мережу ATM дані, терміновість доставки яких різниться (наприклад, голос і трафік ЛКМ). Спочатку кожен з відправників ділить передані дані на клітинки. Навіть після того, як дані від одного з відправників будуть прийматися в мережу, вони можуть чергуватися з більш терміновою інформацією. Чергування може здійснюватися на рівні цілих осередків, де малі розміри останніх забезпечують в будь-якому випадку нетривалу затримку. Таке рішення дозволяє передавати строковий трафік практично без затримок, припиняючи на цей час передачу некритичною до затримок інформації. У результаті ATM може забезпечувати ефективну передачу всіх типів трафіку. Навіть при чергуванні і пріоритизації осередків у мережах ATM можуть наступати ситуації насичення пропускної здатності. Для збереження мінімальної затримки навіть в таких випадках ATM може відкидати окремі комірки при насиченні. Реалізація стратегії відкидання осередків залежить від виробника устаткування ATM, але в загальному випадку звичайно відкидаються комірки з низьким пріоритетом (наприклад, дані) для яких досить просто повторити передачу без втрати інформації. Комутатори ATM з розширеними функціями можуть при відкиданні комірок, що є частиною великого пакета, забезпечити відкидання і решти осередків з цього пакету - такий підхід дозволяє додатково знизити рівень насичення і позбутися від зайвого обсягу повторної передачі. Правила відкидання осередків, затримки даних і т.п. визначаються набором параметрів системи якісного обслуговування (Quality of Service, QoS). Різним додаткам потрібно різний рівень QoS і ATM може забезпечити цей рівень. Оскільки приходять з різних джерел осередки можуть містити голос, дані та відео, потрібно забезпечити незалежний контроль для передачі всіх типів трафіку. Для вирішення цього завдання використовується концепція віртуальних пристроїв. Віртуальним пристроєм називається пов'язаний набір мережевих ресурсів, який виглядає як реальне з'єднання між користувачами, але насправді є частиною розділяється безліччю користувачів обладнання. Для того, щоб зробити зв'язок користувачів з мережами ATM як можна більш ефективним, віртуальні пристрої включають користувальницьке обладнання, засоби доступу в мережу і власне мережу ATM. У заголовку ATM віртуальний канал позначається комбінацією двох полів - VPI (ідентифікатор віртуального шляху) і VCI (ідентифікатор віртуального каналу. Віртуальний шлях застосовується в тих випадках, коли 2 користувача ATM мають свої власні комутатори на кожному кінці шляху і можуть, отже, організовувати і підтримувати свої віртуальні з'єднання. Віртуальний шлях нагадує канал, що містить безліч кабелів, по кожному з яких може бути організовано віртуальне з'єднання. Оскільки віртуальні пристрої подібні реальним, вони також можуть бути "виділеними" або "комутованими". У мережах ATM "виділені" сполуки називаються постійними віртуальними пристроями (PVC), що створюються за згодою між користувачем і оператором (подібно виділеної телефонної лінії). Комутовані з'єднання ATM використовують комутовані віртуальні пристрої (SVC), які встановлюються шляхом передачі спеціальних сигналів між користувачем і мережею. Протокол, використовуваний ATM для керування віртуальними пристроями подібний протоколу ISDN. Варіант для ISDN (описаний в стандарті Q.931), ATM - в Q.2931. Віртуальні пристрої ATM підтримуються за рахунок мультиплексування трафіку, що істотно знижує витрати на організацію та підтримку магістральних мереж. якщо в одному з віртуальних пристроїв рівень трафіку невисокий, інший пристрій може використовувати частину вільних можливостей. За рахунок цього забезпечується високий рівень ефективності використання пропускної здатності ATM і знижуються ціни. Невеликі пакети фіксованої довжини дозволяють мереж ATM забезпечити швидку передачу критичного до затримок трафіку (наприклад, голосового). Крім того, фіксований розмір осередків забезпечує практично постійну затримку, дозволяючи емулювати пристрої з фіксованою швидкістю передачі типу T1E1. Фактично, ATM може емулювати всі існуючі сьогодні типи сервісу та забезпечувати нові послуги. ATM забезпечує декілька класів обслуговування, кожен з яких має свою специфікацію.

Таблиця 5.1. Специфікація QoS.

Клас QoS	Клас обслуговування	Опис
1	A	продуктивність приватних цифрових ліній (емуляція пристроїв або CBR)
2	B	пакетні аудіо / відео-конференції та multimedia (rt-VBR)
3	C	орієнтовані на з'єднання протоколи типу frame relay (nrt-VBR)
4	D	протоколи без організації з'єднань типу IP, емуляція ЛКМ (ABR)
5	Unspecifield	найкращі можливості відповідно до визначення оператора (UBR)

Велика частина трафіку, що передається через мережі ATM використовує клас обслуговування C, X, Y. Клас C визначає параметри QoS (якість обслуговування) для затримки та ймовірності відкидання, але вимагає від користувача акуратного керування трафіком, щоб уникнути перенасичення мережі. Трафік класу X дає користувачеві велику свободу, але може не забезпечити стабільної продуктивності. Клас Y, (називається "Available Bit Rate", ABR або доступна швидкість) дозволяє користувачеві і мережі встановити спільно швидкість на основі оцінки потреб користувачів та можливостей мережі.