7. Сети atm

Технология асинхронной передачи данных, реализованная в сетях ATM (Asynchronous Transfer Mode), относится к перспективным технологиям, обеспечивающим высокие скорости передачи разнородной информации (данных, речевых и видеосигналов) на значительные расстояния. Действительно, передача голосовой и видеоинформации обычно требуется в режиме реального времени, видеоинформация характеризуется большими объемами, и, следовательно, задержки должны быть только малыми (например, для голосовой связи—не более 6 с).

Сети ATM относят к сетям с установлением соединения, но возможны варианты и без установления соединения. Соединения могут быть постоянными и динамическими. Первые устанавливаются и разрываются администратором сети, их действие продолжительно, для каждого нового обмена данными между абонентами постоянного соединения не нужно тратить время на его установление. Вторые устанавливаются и ликвидируются автоматически для каждого нового сеанса связи.

Каждое соединение получает свой идентификатор, который указывается в заголовке ячеек. При установлении соединения каждому коммутатору на выбранном пути следования данных передается таблица соответствия идентификаторов и портов коммутаторов. Коммутатор, распознав идентификатор, направляет ячейку в нужный порт. Непосредственное указание в заголовке адресов получателя и отправителя не требуется, заголовок короткий — всего 5 байт.

Высокие скорости в ATM обеспечиваются рядом технических решений.

Во-первых, большое число каналов с временным мультиплексированием (TDM) можно использовать для параллельной передачи частей одного и того же «объемного» сообщения (статистическое мультиплексирование). При этом цикл синхронизации состоит из отдельных участков, длины участка и ячейки совпадают. Под конкретное сообщение можно выделить N интервалов, сово­купность которых называют виртуальным каналом. Скорость передачи можно регулировать, изменяя N. Если сеть ATM оказывается перегруженной, то во избежание потери информации возможна буферизация данных для выравнивания загрузки кана лов.

Регулирование загрузки (управление потоком) осуществляется периодическим включением (обычно через 32 кадра) служебной RМ-ячейки в информационный поток. В эту ячейку промежуточные коммута­торы и конечный узел могут вставлять значения управляющих битов, сигнали­зирующие о перегрузке или недогрузке канала. RM-ячейка от конечного узла передается в обратном направлении источнику сообщения, который может со­ответственно изменить режим передачи. В частности, применяется режим за­нятия всех свободных ресурсов при перегрузке. Таким образом, происходит динамическое перераспределение нагрузки.

Во-вторых, отрицательные квитанции при искажениях собственно сообще­ний (но не заголовков) возможны только от конечного пункта. Это исключает потери времени в промежуточных пунктах на ожидание подтверждений. Такой способ иногда называют коммутацией кадров (в отличие от коммутации паке­тов). Контрольный код (четырехбайтный циклический) для информационной час­ти сообщения имеется только в конце последнего пакета сообщения.

В-третьих, упрощена маршрутизация. Собственно установление соединения выполняется аналогично этой процедуре в TCP/IP. Однако далее номер рассчитанного маршрута помещается в заголовок каждого пакета, и для них не нужно заново определять маршрут по таблицам маршрутизаторов при прохождении через сеть. Такую передачу называют маршрутизацией от источника. Другими словами, осуществляется передача с установлением соединения (в отличие, например, от IP). При этом клиент направляет серверу запрос в виде специального управляющего кадра. Кадр проходит через промежуточные маршрутизаторы и (или) коммутаторы, в которых соединению (каналу) присваивается номер VPI/VCI (идентификаторы) маршрута. Если передача адресована нескольким узлам, то соответствующие идентификаторы в коммутаторах присваиваются нескольким каналам.

В-четвертых, фиксированная длина пакетов (кадров) упрощает алгоритмы управления и буферизации данных, исключает необходимость инкапсуляции или конвертирования пакетов при смене форматов в промежуточных сетях (если они соответствуют формату ячейки ATM), упрощает коммутацию.

В технологии ATM введены три уровня (рис. 2.11). Адаптационный уровень AAL аналогичен транспортному уровню в ЭМВОС, на нем происходит разделение сообщения на пакеты (до 64 К байт) с у правляющей и контрольной информацией, те, в свою очередь, делятся на 48-байтные ячейки, выполняется преобразование битовых входных потоков в один поток с соблюдением пропорций между числом ячеек для данных, голосовой и видеоинформации, определяется вид сервиса. При этом должна поддерживаться скорое гь передачи данных, необходимая для обеспечения соответствующею сервиса. На следующем уровне, называемом ATM, к каждой ячейке добавляется пятибайговый заголовок с маршрутной информацией. Третий уровень — физический Р — слушал для преобразования данных в электрические или оптические сигналы.

Физические среды для ATM-сетей — каналы SDH или, реализуемые на ВОЛС, витой паре или коаксиальном кабеле При использовании магистральной сети SDH для передачи информации по технологиям АГМ или FR сети ATM и FR называют наложенными вторичными сетями. Доступ к транспортной сети осуществляется через специальные мультиплексоры.

Каналы ATM со скоростями 51, 155,622 и 2488 Мбит/с называют каналами ОС-1, ОС-3, ОС-12 и ОС-48 соответственно. К сожалению, в распространен­ных протоколах, таких, как ТСР/ГР или Х.25, пакеты имеют переменную длину, что вызывает трудности совмещения программно-аппаратных средств распространенных технологий и ATM, в связи с чем замедляется внедрение ATM.

В настоящее время используются также промежуточные технологии. Таковой прежде всего является рассмотренная технология ретрансляции кадров (FR), в которой применена коммутация пакетов длиной 4 кбит с установлением соединения.

Проблемы совмещения технологий ATM и существующих сетей решаются организацией ATM Forum и рядом промышленных фирм. Разрабатываются коммутаторы и концентраторы, обеспечивающие совместную работу АТМ-магистралей, сетей, работающих по протоколам ТСР/ГР, и локальных сетей, таких, как Ethernet, Fast Ethernet, FDDI. В частности, разработаны спецификации IP-over-ATM и более современные МРОА (Multi-Protocol-Over-ATM), a также реализующие их средства для передачи IР-дейтаграмм и пакетов, сформированных по другим протоколам, через АТМ-сети.

При реализации TCP/IP поверх ATM-протоколов необходимо сохранить высокую скорость АТМ-сети. Однако этому препятствуют возможные потери при передаче некоторых 53-байтных ячеек, на которые разбивается ТСР-сегмент. Такая потеря вызывает необходимость повторной передачи всех ячеек сегмента, поскольку в ATM контроль правильности передачи ведется по отно­шению ко всему сообщению (в данном случае сегменту). Существенно сократить число повторно передаваемых ячеек позволяют специальные алгоритмы.