Интерфейсы АТМ - Коммуникации и связь - Скачать бесплатно
АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОММУНИКАЦИЙ
Кафедра связи
Реферат
По дисциплине «Цифровые сети интегрального обслуживания»
на тему: «АТМ интерфейсы»
Выполнил: ст. гр. ИС51
Башкин А. С.
Проверил: пр-ль Жила
В.В
г. Астрахань 2002
Содержание.
Введение. 3
Модель STM. 4
Переход на ATM. 5
Основные концепции АТМ. 6
Сети с трансляцией ячеек. 6
Сети с установлением соединения. 6
Коммутируемые сети. 7
Архитектура АТМ. 8
Эталонная модель протоколов АТМ. 8
Физический уровень. 9
Уровень АТМ. 9
Стандарты Модели ATM. 13
Интерфейсы сетей АТМ. 14
B-ICI 14
PNNI. 16
Интерфейс DXI. 23
Интерфейс F-UNI. 23
Интерфейс NNI. 23
Организации по стандартизации ATM. 24
Заключение. 25
Глоссарий ATM 26
Список литературы. 27
Введение.
В последнее десятилетие технологии передачи данных в компьютерных
сетях претерпели очень большие изменения. Первоначально высокоскоростные
центральные магистрали предназначались только для передачи информации между
основными серверами. Сейчас это оборудование обладает не только высокой
скоростью передачи данных, но имеет множество настраиваемых параметров и
дает возможность гибко управлять ресурсами сети. Оно стало наиболее сложной
и важной ее частью. Низкоскоростные системы, например на основе стандарта
10Base-T, не только тормозят рост сети в целом, снижают общую
производительность, но и ограничивают использование новых приложений. С
другой стороны, современное оборудование обеспечивает высокую скорость
передачи данных, надежность и предусматривает возможности дальнейшего роста
и развития.
Центральные магистрали передачи данных должны удовлетворять двум
главным критериям:
[pic]Первый - возможность подключения большого количества
низкоскоростных клиентов к небольшому количеству мощных, высокоскоростных
серверов.
[pic]Второй - приемлемая скорость отклика на запросы клиентов.
Идеальная магистраль должна обладать высокой надежностью передачи
данных и развитой системой управления. Под управлением следует понимать,
что магистраль может быть сконфигурирована с учетом всех местных
особенностей, а надежность ее должна быть такова, что даже если некоторые
ее части выйдут из строя, серверы останутся доступными.
Модель STM.
ATM является развитием STM (Synchronous Transfer Mode), технологии
передачи пакетных данных и речи на большие расстояния, традиционно
используемой для построения телекоммуникационных магистралей и телефонной
сети. STM представляет собой сетевой механизм с коммутацией соединений, где
соединение устанавливается прежде, чем начнется передача данных, и
разрывается после ее окончания. Таким образом, взаимодействующие узлы
захватывают и удерживают канал, пока не сочтут необходимым рассоединиться,
независимо от того, передают они данные или "молчат". Данные в STM
передаются посредством разделения всей полосы канала на базовые
трансмиссионные элементы, называемые временными каналами или слотами.
Канальные интервалы объединены в цикл передачи, содержащую фиксированное
число каналов, пронумерованных от 1 до N. Каждому слоту ставиться в
соответствие одно соединение. Каждая из обойм (их тоже может быть несколько
- от 1 до М), определяет свой набор соединений. Цикл передачи предоставляет
свои канальные интервалы для установления соединения с периодом Т. При этом
гарантируется, что в течение этого периода необходимая обойма будет
доступна. Параметры N, M и Т определяются соответствующими комитетами по
стандартизации и различаются в Америке и Европе.
В рамках канала STM каждое соединение ассоциируется с фиксированным
номером слота в конкретной обойме. Однажды захваченный слот остается в
распоряжении соединения в течение всего времени существования этого
соединения.
Переход на ATM.
Исследования применения оптоволоконных каналов в трансокеанских и
трансконтинентальных масштабах выявили ряд особенностей передачи данных
разных типов. В современных коммуникациях можно выделить два типа запросов:
[pic]критичные к задержкам (например, сигналы телевидения высокой
четкости и звуковая информация);
[pic]передача данных, не очень критичных к задержкам, но не
допускающих потерь информации (этот тип передачи, как правило, относится к
межкомпьютерным обменам).
Передача разнородных данных приводит к периодическому возникновению
запросов, требующих большой полосы пропускания, но при малом времени
передачи. Узел, порой, требует пиковой производительности канала, но
происходит это относительно редко, занимая, скажем, одну десятую времени.
Для такого вида канала реализуется одно из десяти возможных соединений, на
чем, естественно, теряется эффективность использования канала. В рамках
модели STM передача временно неиспользуемый слот другому абоненту
невозможна.
Модель ATM была взята на вооружение одновременно AT&T и несколькими
европейскими телефонными гигантами. (Кстати, это может привести к появлению
сразу двух стандартов на спецификацию ATM.) Главная идея заключалась в том,
что необходимости в жестком соответствии соединения и номера слота нет.
Достаточно передавать идентификатор соединения вместе с данными на любой
свободный слот, сделав при этом пакет настолько маленьким, чтобы в случае
потери утрата легко восполнялась бы. Короткие пакеты весьма привлекательны
для телефонных компаний, стремящихся сохранить аналоговые линии STM.
В сети ATM два узла находят друг друга по виртуальному идентификатору
соединения, используемому вместо номеров канальные интервалы и циклы
передачи в модели STM. Быстрый пакет передается в такой же слот, как и
раньше, но без каких-либо указаний или идентификатора.
Основные концепции АТМ.
Сети с трансляцией ячеек.
Идея сети с трансляцией ячеек проста: данные передаются по сети
небольшими пакетами фиксированного размера, называемыми ячейками (cells). В
сети Ethernet передача данных осуществляется большими пакетами переменной
длины, которые называют кадрами (frames). Ячейки имеют два важных
преимущества перед кадрами. Во-первых, поскольку кадры имеют переменную
длину, каждый поступающий кадр должен быть буферизован (т.е. сохраняться в
памяти), что гарантирует его целостность до начала передачи. Поскольку
ячейки всегда имеют одну и ту же длину, они требуют меньшей буферизации. Во-
вторых, все ячейки имеют одинаковую длину, поэтому они предсказуемы: их
заголовки всегда находятся на одном и том же месте. В результате коммутатор
автоматически обнаруживает заголовки ячеек и их обработка происходит
быстрее.
В сети с трансляцией ячеек размер каждой из них должен быть достаточно
мал, чтобы сократить время ожидания, но достаточно велик, чтобы
минимизировать издержки. Время ожидания (latency) - это интервал между тем
моментом, когда устройство запросило доступ к среде передачи, и тем, когда
оно получило этот доступ. Сеть, по которой передается восприимчивый к
задержкам трафик (например, звук или видео), должна обеспечивать
минимальное время ожидания.
Любое устройство, подключенное к сети ATM (рабочая станция, сервер,
маршрутизатор или мост), имеет прямой монопольный доступ к коммутатору.
Поскольку каждое из них имеет доступ к собственному порту коммутатора,
устройства могут посылать коммутатору ячейки одновременно. Время ожидания
становится проблемой в том случае, когда несколько потоков трафика
достигают коммутатора в один и тот же момент. Чтобы уменьшить время
ожидания в коммутаторе, размер ячейки должен быть достаточно маленьким;
тогда время, которое занимает передача ячейки, будет незначительно влиять
на ячейки, ожидающие передачи.
Уменьшение размера ячейки сокращает время ожидания, но, с другой
стороны, чем меньше ячейка, тем большая ее часть приходится на "издержки"
(то есть на служебную информацию, содержащуюся в заголовке ячейки), а
соответственно, тем меньшая часть отводится реальным передаваемым данным.
Если размер ячейки слишком мал, часть полосы пропускания занимается впустую
и передача ячеек происходит длительное время, даже если время ожидания
мало.
Сети с установлением соединения.
Для передачи пакетов по сетям ATM от источника к месту назначения
источник должен сначала установить соединение с получателем. Установление
соединения перед передачей пакетов очень напоминает то, как осуществляется
телефонный звонок: сначала вы набираете номер, телефон абонента звонит, и
кто-то снимает трубку - только после этого вы можете начать говорить.
При использовании других технологий передачи данных, таких как
Ethernet и Token Ring, соединение между источником и получателем не
устанавливается - пакеты с соответствующей адресной информацией просто
помещаются в среду передачи, а концентраторы, коммутаторы или
маршрутизаторы находят получателя и доставляют ему пакеты.
Сети с установлением соединения имеют один недостаток - устройства не
могут просто передавать пакеты, они обязательно должны сначала установить
соединение. Однако такие сети имеют и ряд преимуществ. Поскольку
коммутаторы могут резервировать для конкретного соединения полосу
пропускания, сети с установлением соединения гарантируют данному соединению
определенную часть полосы пропускания. Сети без установления соединения, в
которых устройства просто передают пакеты по мере их получения, не могут
гарантировать полосу пропускания.
Сети с установлением соединения также могут гарантировать определенное
качество обслуживания (Quality of Service - QoS), т.е. некоторый уровень
сервиса, который сеть может обеспечить. QoS включает в себя такие факторы,
как допустимое количество потерянных пакетов и допустимое изменение
промежутка между ячейками. В результате сети с установлением соединения
могут использоваться для передачи различных видов трафика - звука, видео и
данных - через одни и те же коммутаторы. Кроме того, сети с установлением
соединения могут лучше управлять сетевым трафиком и предотвращать
перегрузку сети ("заторы"), поскольку коммутаторы могут просто сбрасывать
те соединения, которые они не способны поддерживать.
Коммутируемые сети.
В сети ATM все устройства, такие как рабочие станции, серверы,
маршрутизаторы и мосты, подсоединены непосредственно к коммутатору. Когда
одно устройство запрашивает соединение с другим, коммутаторы, к которым они
подключены, устанавливают соединение. При установлении соединения
коммутаторы определяют оптимальный маршрут для передачи данных -
традиционно эта функция выполняется маршрутизаторами.
Когда соединение установлено, коммутаторы начинают функционировать как
мосты, просто пересылая пакеты. Однако такие коммутаторы отличаются от
мостов одним важным аспектом: если мосты отправляют пакеты по всем
достижимым адресам, то коммутаторы пересылают ячейки только следующему узлу
заранее выбранного маршрута.
Коммутация в сети Ethernet может быть сконфигурирована таким образом,
что все рабочие станции окажутся подключенными непосредственно к
коммутатору. В такой конфигурации коммутация в Ethernet похожа на
коммутацию в сети ATM: каждое устройство осуществляет прямой монопольный
доступ к порту коммутатора, который не является устройством совместного
доступа.
Однако коммутация ATM имеет ряд важных отличий от коммутации Ethernet.
Поскольку каждому устройству ATM предоставляется непосредственный
монопольный доступ к порту коммутатора, то нет необходимости в сложных
схемах арбитража для определения того, какое из этих устройств имеет доступ
к коммутатору.
ATM-коммутация также отличается от коммутации Ethernet тем, что
коммутаторы ATM устанавливают соединение между отправителем и получателем,
а коммутаторы Ethernet - нет. Кроме того, коммутаторы ATM обычно являются
не блокирующими; это означает, что они минимизируют "заторы", передавая
ячейки немедленно после их получения. Чтобы получить возможность
немедленной пересылки всех поступающих ячеек, не блокирующий коммутатор
должен быть оснащен чрезвычайно быстрым механизмом коммутации и иметь
достаточно большую пропускную способность выходных портов.
Архитектура АТМ.
Эталонная модель протоколов АТМ.
Место ATM в семиуровневой модели OSI - где-то в районе уровня передачи
данных. Правда, установить точное соответствие нельзя, поскольку ATM сама
занимается взаимодействием узлов, контролем прохождения и маршрутизацией,
причем осуществляется это на уровне подготовки и передачи пакетов ATM.
[pic]
Рис. 1 Различие модели ATM от модели OSI.
Модель протоколов АТМ как и многоуровневая модель протоколов OSI,
описывает взаимодействие двух компьютеров в сети, процедуры связи двух
оконечных систем посредством АТМ - коммутаторов. Ключевыми уровнями в
данной модели являются физический уровень (PL - Physical Layer), уровень
АТМ (ATM Layer) и уровень адаптации АТМ (AAL - ATM Adaptation Layer).
Та часть многоуровневой архитектуры АТМ, которая используется для
передачи данных между двумя оконечными системами или двумя пользователями,
называется слой пользователя (User Plane).
Слой контроля (Control Plane) определяет протоколы более высокого
уровня, обеспечивающие передачу сигнала АТМ, а слой управления (Management
Plane) обеспечивает управление АТМ - узлом и состоит из двух частей:
[pic]модуля управления слоями (Plane Management);
[pic]модуля управления уровнями (Layer Management).
Модуль управления слоями управляет всеми остальными слоями, а модуль
управления уровнями отвечает за управление всеми уровнями модели АТМ.
[pic]
Рис. 2 Модель протоколов АТМ.
Физический уровень.
Хотя физический уровень и не является частью спецификации ATM, он
учитывается многими стандартизующими комитетами. В основном, в качестве
физического уровня рассматривается спецификация SONET (Synchronous Optical
Network)
-американский стандарт на высокоскоростную передачу данных. Определены
четыре типа стандартных скоростей обмена: 51, 155, 622 и 2400 Мбит/сек,
соответствующих международной иерархии цифровой синхронной передачи (SDH -
Synchronous Digital Hierarchy).
SDH специфицирует, каким образом данные фрагментируются и передаются
синхронно по оптоволоконным каналам, не требуя при этом синхронизации
каналов и тактовых частот всех узлов, участвующих в процессе передачи и
восстановления данных.
Как в модели ATM, так и в модели OSI стандарты для физического уровня
устанавливают, каким образом биты должны проходить через среду передачи.
Точнее говоря, стандарты ATM для физического уровня определяют, как
получать биты из среды передачи, преобразовывать их в ячейки и посылать эти
ячейки уровню ATM.
Стандарты ATM для физического уровня также описывают, какие кабельные
системы должны использоваться в сетях ATM и с какими скоростями может
работать ATM при каждом типе кабеля. Изначально ATM Forum установил
скорость DS3 (45 Мбит/с) и более высокие. Однако реализация ATM со
скоростью 45 Мбит/с применяется главным образом провайдерами услуг WAN.
Другие же компании чаще всего используют ATM со скоростью 25 или 155
Мбит/с.
Уровень АТМ.
В модели OSI стандарты для канального уровня описывают, каким образом
устройства могут совместно использовать среду передачи и гарантировать
надежное физическое соединение. Стандарты для уровня ATM регламентируют
передачу сигналов, управление трафиком и установление соединений в сети
ATM. Функции передачи сигналов и управления трафиком уровня ATM подобны
функциям канального уровня модели OSI, а функции установления соединения
ближе всего к функциям маршрутизации, которые определены стандартами модели
OSI для сетевого уровня.
Стандарты для уровня ATM описывают, как получать ячейку,
сгенерированную на физическом уровне, добавлять 5-байтный заголовок и
посылать ячейку уровню адаптации ATM. Эти стандарты также определяют, каким
образом нужно устанавливать соединение с таким качеством сервиса (QoS),
которое запрашивает ATM-устройство или конечная станция.
Стандарты установления соединения для уровня ATM определяют
виртуальные каналы и виртуальные пути. После того как соединение
установлено, коммутаторы между конечными станциями получают адресные
таблицы, содержащие сведения о том, куда необходимо направлять ячейки. В
них используется следующая информация: адрес порта, из которого приходят
ячейки; специальные значения в заголовках ячейки, которые называются
идентификаторами виртуального канала (VCI - Virtual Circuit Identifier) и
идентификаторами виртуального пути (VPI - Virtual Path Identifier).
Адресные таблицы также определяют, какие VCI и VPI коммутатор должен
включить в заголовки ячеек перед тем как их передать.
Формат данных.
Пакет ATM, определенный специальным подкомитетом ANSI, должен
содержать 53 байта: 5 байтов занято заголовком, остальные 48 -
содержательная часть пакета.
[pic]
Рис. 3 Строение ячейки АТМ.
На рисунке 4 показаны поля заголовка АТМ - ячеек, имеющих интерфейс
пользователя с сетью (UNI - User-to-Network Interface) и интерфейс между
сетями (NNI - Network-to-Node Interface или Network-to-Network Interface).
Поле общего управления потоком (GFC - Generic Flow Control) состоит из
4 бит и используется только в UNI для управления трафиком и предотвращения
перегрузки. Для NNI это поле не определено, а его биты используются для
расширения поля идентификатора виртуальных путей.
[pic]
Рис. 4 Типы заголовков пакета данных в АТМ.
Поле VPI используется для обозначения виртуальных путей и состоит из:
8 битов в UNI и 12 битов в NNI. Это поле еще не определено ни C 1992г.ITU-
T, ни организацией ATM Forum.
Поле идентификатора виртуального канала состоит из 16 битов. Значения
полей VPI и VCI устанавливаются конечными устройствами при запрашивании
соединения.
Поле идентификатора полезной нагрузки (PTI - Payload Type
Identification) состоит из 3 битов и используется для обозначения типа
полезной нагрузки ячейки, а также для обозначения управляющих процедур. В
спецификациях, находящихся в стадии разработки, ATM Forum собирается
выделить первый бит для обозначения перегрузки, второй бит для управления
сетью, а третий - для индикации ошибки.
Признак потери приоритета ячейки (CLP - Cell Loss Priority) - это 1
бит, который определяет возможность потери ячейкой своего приоритета. Если
ячейку можно отбросить из-за перегрузки, этот бит устанавливается в 1; если
на коммутаторе возникает перегрузка, он выбрасывает все ячейки, у которых
этот бит установлен. В результате при перегрузке сети приоритет отдается
определенным типам ячеек, переносящим, например, видеоинформацию.
Контрольная сумма заголовка (HEC - Header Error Check) - это
восьмиразрядный циклический избыточный код, который вычисляется по всем
полям АТМ - заголовка. Такой метод контроля ошибок позволяет выявить все
одноразрядные ошибки и часть много разрядных. Контроль ошибок в работе АТМ
имеет очень большое значение, поскольку ошибка в VPI/VCI может вызвать
искажение данных в других виртуальных каналах.
Виртуальные каналы.
Виртуальный канал ATM - это соединение между двумя конечными станциями
ATM, которое устанавливается на время их взаимодействия. Виртуальный канал
является двунаправленным; это означает, что после установления соединения
каждая конечная станция может как посылать пакеты другой станции, так и
получать их от нее.
Имеются три типа виртуальных каналов:
[pic]постоянные виртуальные каналы (PVC - Permanent Virtual Circuits);
[pic]коммутируемые виртуальные каналы (SVC - Switched Virtual
Circuits);
[pic]интеллектуальные постоянные виртуальные каналы (SPVC - Smart
Permanent Virtual Circuits).
PVC - это постоянное соединение между двумя конечными станциями,
которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети.
Пользователь сообщает провайдеру ATM-услуг или сетевому администратору,
какие конечные станции должны быть соединены, и он устанавливает PVC между
этими конечными станциями.
PVC включает в себя конечные станции, среду передачи и все
коммутаторы, расположенные между конечными станциями. После установки PVC
для него резервируется определенная часть полосы пропускания, и двум
конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединение.
SVC устанавливается по мере необходимости - всякий раз, когда конечная
станция пытается передать данные другой конечной станции. Когда
отправляющая станция запрашивает соединение, сеть ATM распространяет
адресные таблицы и сообщает этой станции, какие VCI и VPI должны быть
включены в заголовки ячеек. Через произвольный промежуток времени SVC
сбрасывается.
SVC устанавливается динамически, а не вручную. Для него стандарты
передачи сигналов уровня ATM определяют, как конечная станция должна
устанавливать, поддерживать и сбрасывать соединение. Эти стандарты также
регламентируют использование конечной станцией при установлении соединения
параметров QoS из уровня адаптации ATM.
Кроме того, стандарты передачи сигналов описывают способ управления
трафиком и предотвращения "заторов": соединение устанавливается только в
том случае, если сеть в состоянии поддерживать это соединение. Процесс
определения, может ли быть установлено соединение, называется управлением
признанием соединения (CAC - Connection Admission Control).
SPVC - это гибрид PVC и SVC. Подобно PVC, SPVC устанавливается вручную
на этапе конфигурирования сети. Однако провайдер ATM-услуг или сетевой
администратор задает только конечные станции. Для каждой передачи сеть
определяет, через какие коммутаторы будут передаваться ячейки.
Большая часть раннего оборудования ATM поддерживала только PVC.
Поддержка SVC и SPVC начинает реализовываться только сейчас.
PVC имеют два преимущества над SVC. Сеть, в которой используются SVC,
должна тратить время на установление соединений, а PVC устанавливаются
предварительно, поэтому могут обеспечить более высокую производительность.
Кроме того, PVC обеспечивают лучший контроль над сетью, так как провайдер
ATM-услуг или сетевой администратор может выбирать путь, по которому будут
передаваться ячейки.
Однако и SVC имеют ряд преимуществ перед PVC. Поскольку SVC
устанавливается и сбрасывается легче, чем PVC, то сети, использующие SVC,
могут имитировать сети без установления соединений. Эта возможность
оказывается полезной в том случае, если вы используете приложение, которое
не может работать в сети с установлением соединений. Кроме того, SVC
используют полосу пропускания, только когда это необходимо, а PVC должны
постоянно ее резервировать на тот случай, если она понадобится. SVC также
требуют меньшей административной работы, поскольку устанавливаются
автоматически, а не вручную. И наконец, SVC обеспечивают
отказоустойчивость: когда выходит из строя коммутатор, находящийся на пути
соединения, другие коммутаторы выбирают альтернативный путь.
В некотором смысле SPVC обладает лучшими свойствами этих двух видов
виртуальных каналов. Как и в случае с PVC, SPVC позволяет заранее задать
конечные станции, поэтому им не
|
