18.19.20.21 Реализация концепции использования atm поверх adsl, назначение, особенности. Принцип организации Ethernet over atm.

Цифровая абонентская линия (xDSL) и режим асинхронной передачи (ATM) сегодня относятся едва ли не к самым популярным сетевым технологиям. Хотя в последнее время некоторые производители и пользователи несколько охладели к ATM (в частности, в связи с появлением удачных альтернативных разработок), наиболее авторитетные эксперты по-прежнему убеждены в блестящих перспективах сетей с асинхронной передачей, у которых, по их мнению, в ближайшее десятилетие не будет серьезных конкурентов. Что же касается технологии xDSL, она набирает очки не по дням а по часам, и поставщики аппаратных средств спешат заявить о себе в этом чрезвычайно привлекательном сегменте сетевого рынка.      Изначально (в конце 80-х гг.) упомянутые технологии были предназначены для решения разных задач, поэтому долгое время развивались совершенно независимо. Однако постепенно они проникали во все новые сетевые инфраструктуры, а главное, имели довольно радужные перспективы, что неизбежно привело к постановке вопроса о взаимодействии сетей доступа на основе xDSL с сетями ATM.        Когда речь заходит о применении режима ATM в сетях доступа, построенных на базе обычных телефонных линий, среди многочисленных разновидностей технологии xDSL чаще других упоминается Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL). Совокупность представлений о соответствующих данному случаю архитектуре сети доступа, функциональных возможностях и технических характеристиках формирующего ее оборудования, методах транспортировки данных и средствах управления постепенно оформилась в концепцию ATM over ADSL.

Архитектура сети доступа

Предполагается, что режим асинхронной передачи используется во всех ее компонентах - абонентских устройствах доступа, каналах "последней мили", оборудовании оператора (NAP) и магистралях, по которым агрегированный трафик пересылается в сеть сервис-провайдера (ISP) или в корпоративную. Сквозное применение режима ATM означает, что передача трафика между оконечными устройствами осуществляется по виртуальным соединениям - постоянным (PVC) или коммутируемым (SVC). В данной схеме ATM over ADSL выступает в качестве технологии канального уровня на асимметричных линиях, связывающих абонентское оборудование с центральным офисом NAP. Такое распределение ролей обусловлено стремлением большинства операторов передавать потоки данных по своей сети в виде ячеек ATM. Воспринимать эти ячейки обычно способны и граничные устройства сетей ISP и корпоративных сетей.

    Методы инкапсуляции данных

Выбор конкретного механизма инкапсуляции трафика канального и более высоких уровней модели OSI в ячейки ATM оказывает существенное влияние на стоимость, производительность, масштабируемость и простоту эксплуатации сети в целом. В сетях доступа на основе ATM over ADSL наибольшее распространение получили четыре метода инкапсуляции (рис. 2).

Рис.2. Методы инкапсуляции трафика

Транспортировка пакетов Ethernet по сети асинхронной передачи (Ethernet over ATM).     Этот метод, определенный в документе RFC 1483 консорциума Internet Engineering Task Force (IETF), сводится к простому встраиванию пакетов Ethernet в блоки данных (PDU) пятого адаптационного уровня ATM (AAL5), которые затем транспортируются по соединениям PVC. Основные преимущества такого решения заключаются в простоте реализации и совместимости с огромным парком оборудования Ethernet, используемого по всему миру. Недостаток состоит лишь в том, что конечный сегмент сети доступа остается ориентированным на классическую пакетную передачу. Это обстоятельство не сулит особых неприятностей, если все ограничивается обычной Web-навигацией или удаленным доступом к файлам на корпоративном сервере, однако негативно сказывается на работе пользователей, когда дело доходит до передачи мультимедиа-трафика или запуска приложений реального времени. Впрочем, неэффективность транспортировки больших пакетов путем их разбиения на ячейки ATM (которые к тому же должны сосуществовать с "естественными" 53-байтными ячейками) минимизируется благодаря высокой скорости на линиях ADSL.

Передача IP-пакетов по сети ATM (IP over ATM).  В настоящее время это самый распространенный способ транспортировки IP-трафика по сети ATM, поддерживаемый разнообразными моделями ATM-устройств. Появление данной технологии предвосхитило создание стандарта на обработку многопротокольного трафика в сети асинхронной передачи MultiProtocol over ATM (MPOA). В документе RFC 1577 регламентированы как непосредственная инкапсуляция IP-трафика в ячейки ATM все на том же уровне AAL5, так и функции преобразования адресов для постоянных и коммутируемых виртуальных соединений. Операции с соединениями SVC были позднее определены в документе RFC 1755.

PPP over ATM.  Технические спецификации IETF, регламентирующие данный метод, пока существуют на уровне проекта. Как и в предыдущих случаях, ключевая роль в транспортировке инкапсулированного трафика отводится уровню AAL5. Несмотря на отсутствие индустриального стандарта, передача трафика PPP по сетям ATM получает все большую поддержку производителей. С подачи нескольких ведущих поставщиков (Alcatel, Cisco, FORE Systems, U.S. Robotics, Westell) корпорация Microsoft стала включать функции PPP over ATM в свои продукты. Последнее обстоятельство представляется особенно важным с точки зрения совместимости транспортных механизмов на всем протяжении пути следования данных - от пользовательского оборудования до сети ISP. Использование Point-to-Point

Protocol гарантирует высокую совместимость данной технологии с традиционными процедурами сетевой обработки. Наконец, реализация в сетях с протоколом PPP алгоритмов динамического присвоения IP-адресов, маршрутизации по умолчанию и возможность применения серверов DNS заметно упрощают удаленное администрирование.

Непосредственное использование ATM на "последней миле".      В этом случае обмен данными между настольным компьютером и сетью ATM можно осуществлять напрямую, без "посреднических" протоколов вроде TCP/IP. На практике для такой цели чаще всего применяются расширения Winsock2 ATM компании Microsoft.     Если при использовании других методов соединения PVC заканчиваются в мультиплексоре DSLAM, то в данном случае они простираются до абонентского оборудования. Приложения, непосредственно работающие с трафиком ATM, пока не получили широкого распространения, однако их очевидные преимущества состоят в высокой производительности, малом значении задержки при передаче данных, в поддержке мультимедиа-трафика и разных уровней QoS, хорошей масштабируемости (поскольку вместо IP-адресов задействуются схемы адресации ATM). Кроме того, появляется возможность обойтись без дорогостоящих средств межсетевого взаимодействия как на уровне абонентских устройств доступа, так и в центральном офисе NAP или на входе в сеть Internet-провайдера. Недостатком указанного подхода является необходимость организации отдельного соединения PVC для каждого пользователя, тогда как, скажем, в методах, основанных на сохранении кадров PPP (пусть и в инкапсулированном виде), количество таких соединений можно значительно уменьшить.     В отношении последних двух методов инкапсуляции следует сделать ряд важных замечаний. Как известно, PPP практически всегда используется в сетях доступа в качестве протокола второго уровня - идет ли речь о подключении через аналоговый модем или по линии ISDN. Пакеты вышележащих протоколов, вроде IP или IPX, упаковываются в кадры PPP передающим оборудованием, а затем восстанавливаются принимающим устройством. Может показаться, что полное замещение PPP соответствующими конструкциями ATM упростит сетевую обработку, поскольку позволит избавиться от лишней процедуры инкапсуляции пакетов. Однако инкапсуляция PPP over ATM имеет и сильные стороны.     Прежде всего, из-за повсеместной распространенности PPP полный переход на ATM может потребовать настолько существенной модернизации коммуникационных приложений, что проще прибегнуть к инкапсуляции трафика. Еще существеннее то обстоятельство, что в протоколе PPP предусмотрены средства аутентификации пользователей и защиты данных, которые невозможно получить в среде ATM, не переписав изрядной доли используемого ПО.     Процедуру инкапсуляции выполняет модем ATM/ADSL, на вход которого настольный компьютер посылает обычные кадры PPP. Модем сначала преобразует эти кадры в блоки данных AAL5 PDU, а затем разбивает их на части для отправки в сеть в составе ячеек ATM. На принимающем конце соединения те же операции выполняются в обратном порядке. Главное достоинство такой схемы состоит в прозрачности промежуточных преобразований для оконечного оборудования (пользовательского ПК и сервера, к которому осуществляется доступ).     Впрочем, схема PPP over ATM также таит в себе подводные камни. Изначально создававшийся для удаленного доступа в сеть с единичного компьютера, протокол PPP в своем классическом виде плохо приспособлен для дистанционного подключения локальной сети удаленного офиса. Кроме того, он создает значительную нагрузку на ЦП компьютеров, обрабатывающих кадры этого протокола, что может сильно ограничивать расширяемость основанных на нем решений.

Управление трафиком

    Возможности управления трафиком ATM уже упоминались в качестве одного из факторов, которые следует принимать во внимание при выборе абонентского оборудования. Если оставить в стороне заведомо неудачные решения, то применение технологии асинхронной передачи на "последней миле" сулит определенный выигрыш и в этой сфере.     Как и в любой иной среде с пакетной передачей, при проектировании сети ATM используется принцип статистической достаточности ресурсов. Он базируется на хорошо известном выводе теории массового обслуживания: для предоставления конкретного сервиса всем имеющимся абонентам достаточно ресурсов, которые позволяют одновременно охватить этой услугой только их часть. Действительно, трудно представить себе, что все компьютеры, подключенные к сети ATM, в одно и то же время начнут передавать данные с максимальной скоростью. При работе в Internet, когда наиболее типичным клиентским приложением является Web-браузер, "нисходящий" трафик возникает только при загрузке новой страницы. В результате отношение числа абонентов к количеству входных портов оборудования центрального офиса может составлять 8:1, 10:1 и даже больше.     Сказанное в полной мере относится к технологии xDSL: устройства DSLAM нередко выполняют статистическое мультиплексирование в пропорции 1:100, а значит, решение на базе ATM over ADSL гораздо экономичнее организации выделенной линии с такой же пропускной способностью. (Стоит заметить, что, при всей справедливости вероятностных оценок, в случае использования мегабитных скоростей передачи данных по линиям DSL "узким местом" могут стать каналы выхода сети Internet-провайдера в международные глобальные сети. Впрочем, эта проблема не имеет непосредственного отношения к технологии ATM over ADSL.)     Режим асинхронной передачи как нельзя лучше приспособлен для обработки трафика, интенсивность которого изменяется по тому или иному вероятностному закону. Современное оборудование, выполняющее коммутацию или мультиплексирование потоков ATM, нередко специально проектируется для транспортировки трафика без потерь ячеек в изменяющихся условиях функционирования сети.     Решающая роль при этом отводится алгоритмам формирования трафика (traffic shaping) на стороне отправителя, которые обеспечивают его передачу в сеть с заранее согласованной скоростью, что уменьшает вероятность потерь ячеек или полностью исключает ее. Процедура формирования трафика, выполняемая абонентским устройством доступа, особенно актуальна в связи с тем, что несколько активных виртуальных соединений могут начинаться в одном устройстве. Распределение между ними исходящих потоков ячеек обуславливает еще большее снижение риска потери данных при резком возрастании интенсивности потоков. Подобные механизмы управления трафиком в сетях ATM позволяют поставщикам услуг доступа гарантировать определенный уровень сервиса как абонентам, так и тем Internet-провайдерам, в сети которых они направляют поступающий трафик.     Еще одно преимущество ATM (как протокола канального уровня) на линиях ADSL - возможность дифференциации различных категорий трафика, в частности предоставления более высокого приоритета потокам с постоянной скоростью передачи (CBR) по сравнению с потоками переменной скорости (VBR). Эту возможность в наибольшей мере удается реализовать при последовательном применении режима ATM - вплоть до настольных компьютеров.

Расширяемость

Преимуществом технологии ATM over ADSL является и то, что она позволяет наращивать сетевые ресурсы по мере возникновения в этом необходимости. Подобно ряду других разработок, режим асинхронной передачи проделал путь от постоянных виртуальных соединений к коммутируемым, контроль за которыми может осуществляться на программном или аппаратном уровне. Именно переход на коммутируемую инфраструктуру обеспечивает эффективное управление крупными сетями при минимальных затратах. В отличие от других протоколов канального уровня, ATM предоставляет наиболее естественный вариант такого перехода, поскольку поддерживает и PVC, и SVC.     Говоря о расширяемости, не стоит сбрасывать со счетов и тот факт, что технология ATM практически не чувствительна к типу и полосе пропускания физической среды передачи. Как известно, существующие стандарты дают возможность организовывать транспорт 53-байтных ячеек со скоростью от полутора мегабит (DS-1) до нескольких гигабит (OC-48, OC-192) в секунду. Тип модуляции (CAP, DMT) и другие характеристики физического уровня, включая применение частотного разделения, не влияют на процесс передачи. Именно это обстоятельство в свое время побудило операторов активно внедрять технологию ATM в магистральных каналах. Позднее оно же заставило распространить режим асинхронной передачи на "последнюю милю".

Нерешенные проблемы

Несмотря на стремительное развитие технологий ATM и ADSL, некоторые важные разработки в этой сфере еще не достигли уровня индустриальных стандартов.     Как уже говорилось, не завершена стандартизация механизмов передачи трафика PPP по сетям ATM. К счастью, ряд производителей начал включать в свои продукты поддержку PPP over ATM, не дожидаясь появления официального стандарта. Опасность, подстерегающая пользователей, общеизвестна: нет гарантии, что устройства от разных поставщиков смогут взаимодействовать друг с другом.     Другая проблема связана с управлением IP-адресами конечных станций при использовании на "последней миле" режима асинхронной передачи. Упомянем еще процедуру динамической подстройки скорости передачи, которая должна учитывать физические характеристики телефонных линий, применяемых в сети доступа.     Проработка технических аспектов технологии ATM over ADSL заметно ускорилась, когда в этой деятельности помимо организации ADSL Forum стал принимать участие консорциум ATM Forum. Есть веские основания полагать, что основные препятствия к практическому применению концепции ATM over ADSL будут устранены в самое ближайшее время. А такие преимущества данной технологии перед альтернативными разработками, как дешевизна (в пересчете на 1 Мбит/с пропускной способности), малые задержки передачи, поддержка различных уровней качества сервиса, возможность сохранения прежних инвестиций в сетевую инфраструктуру и гибкого управления трафиком, будут способствовать дальнейшему росту ее популярности

22. 23.24 Основные характеристики стандарта ADSL2. Алгоритмы адаптации к нарушениям на физическом уровне (алгоритм Bit Swapping)

в технологию ADSL2 были внесены следующие дополне­ния ADSL.

1.Модернизация алгоритма модуляции и схемы кодирования и повыше­ние эффективности работы физического уровня.

2.Внедрение алгоритма управления мощностью передачи.

3.Оптимизация процедуры инициализации модема.

4.Функции диагностики абонентского кабеля в процессе работы пары модем-DSLAM.

5.Разработаны три новых механизма адаптации процесса передачи дан­ных к нарушениям в параметрах абонентской линии. (Новые алгорит­мы - BS, DRR, SRA)

6.Разработана схема работы ADSL2 только в режиме цифровой переда­чи, без аналогового телефонного сигнала.

7.Режим быстрого запуска модема позволил существенно сократить вре­мя восстановления обмена данными в ADSL2.

8. Поскольку ADSL2 создавалась уже в период формирования концепции Triple Play, для этой технологии были сделаны некоторые специальные нововведения, позволившие лучше адаптировать ADSL2 к новым при­ложениям Triple Play.

Всего в технологии ADSL были разработаны три алгоритма адаптации.

1.Алгоритм Bit Swapping (BS), суть которого состоит в том, что при воз­никновении селективной помехи трансиверы используют резерв в ка­нале передачи, «перетаскивая» данные с поврежденных несущих на более благополучные. ( или: На всех непораженных несущих существует определенный резерв пропускной способности, связанный с разницей между реальной скоростью передачи данных на несущей и максимально допустимой. В алгоритме BS предполагается «перетащить» пораженные помехой символы на резервные места в структуре сигнала. В результате такого «перетаскивания» скорость обмена не уменьшается, но адаптация к существующей помехе выполняется в полной мере). В случае если помеха является нерегулярной, например, при электромаг­нитной интерференции, после ее пропадания, скорость в системе ADSL2 мо­жет легко восстанавливаться в процессе обратного «перетаскивания».

2.Алгоритм объединения данных (Dynamic Rate Repartitioning, DRR) .Алгоритм объединения данных (Dynamic Rate Repartitioning, DRR), ко­торый позволяет компенсировать разницу в задержках данных от раз­ных каналов передачи за счет изменения параметров настройки муль­типлексоров.

Алгоритм объединения данных (Dynamic Rate Repartitioning, DRR) позво­ляет компенсировать разницу в задержках данных от разных каналов переда­чи за счет изменения параметров настройки мультиплексоров. Смысл этого алгоритма заключается в том, что он позволяет внутри одного потока данных ADSL установить несколько каналов передачи данных с целью регулирования задержки передачи для каждого канала. Это особенно востребовано в кон­цепции Triple Play, где разные категории трафика имеют разные требования к задержке в процессе передачи.

Вполне понятно, что для реализации алгоритма DRR требуется выйти за рамки технологической пары модем-DSLAM, поскольку само регулирование задержки может происходить только на уровне мультиплексирования различ­ной нагрузки. Впрочем, DSLAM нового поколения, оснащенные функциями BRAS, могут составить основу для внедрения DRR.

Еще один нюанс алгоритма DRR заключается в том, что для того, чтобы дать зеленый свет одному потоку данных и «притормозить» другой, требуется получать команду от уровня приложений, где и содержатся данные об уровне критичности

3.Алгоритм адаптации скорости передачи (Seamless Rate Adaptation, SRA). Алгоритм адаптации скорости передачи (Seamless Rate Adaptation, SRA) - позволяет выровнять скорости различного трафика за счет изменений настроек того же управляющего мультиплексора. Алгоритм SRA выполняет подстройку скорости в режи­ме реального времени без необходимости перезагрузки модема Для этого устанавливается режим изменения схемы модуляции без влияния на пара­метры циклового синхронизма, что в традиционной технологии ADSL не пред­полагалось. В результате применения алгоритма SRA при появлении радиопомехи скорость обмена данными уменьшается, но как только помеха устра­няется, скорость принимает начальное значение. За счет применения алгоритма SRA технология ADSL2 оказывается суще­ственно более гибкой и адаптированной к любым изменениям параметров шума в абонентской паре Это дополняет общий инструментарий борьбы с переходными помехами и взаимным влиянием пар друг на друга