Опубликован: 07.08.2007 | Уровень: специалист | Доступ: платный | ВУЗ: Московский физико-технический институт
Лекция 13:

Интегрированные сети ISDN и ATM

Трудноустранимой проблемой для ATM является предотвращение перегрузки на промежуточных коммутаторах-переключателях. Коммутаторы могут иметь 100 внешних каналов, а загрузка может достигать 350000 ячеек/с. Здесь можно рассматривать две задачи: подавление долговременных перегрузок, когда поток ячеек превосходит имеющиеся возможности их обработки, и кратковременные пиковые загрузки. Эти проблемы решаются различными способами: административный контроль, резервирование ресурсов и управление перегрузкой, привязанное к уровню трафика.

В низкоскоростных сетях с относительно медленно меняющейся или постоянной загрузкой администратор вмешивается лишь при возникновении критической ситуации и предпринимает меры для понижения скорости передачи. Очень часто такой подход не слишком эффективен, так как за время доставки управляющих команд приходят многие тысячи ячеек. Кроме того, многие источники ячеек в ATM работают с фиксированной скоростью передачи (например, видеоконференция). Требование понизить скорость передачи здесь достаточно бессмысленно. По этой причине в АТМ разумнее предотвращать перегрузку. Но для трафика типа CBR, VBR и UBR не существует никакого динамического управления перегрузкой, и административное управление является единственной возможностью. Когда ЭВМ желает установить новый виртуальный канал, она должна охарактеризовать ожидаемый трафик. Сеть анализирует возможность обработки дополнительного трафика с учетом различных маршрутов. Если реализовать дополнительный трафик нельзя, запрос аннулируется. В отсутствии административного контроля несколько широкополосных пользователей могут блокировать работу массы узкополосных клиентов сети, например, читающих свою почту.

Резервирование ресурсов по своей сути близко административному контролю и выполняется на фазе формирования виртуального канала. Резервирование производится вдоль всего маршрута (во всех коммутаторах) в ходе реализации процедуры setup. Параметрами резервирования могут быть: пиковое значение полосы пропускания и/или допустимая средняя загрузка.

Для типов сервиса CBR и VBR отправитель даже в случае перегрузки не может понизить уровень трафика. В случае UBR потери не играют никакой роли. Но сервис ABR допускает регулирование трафика. Более того, такое управление здесь весьма эффективно. Существует несколько механизмов его реализации. Так, предлагалось, чтобы отправитель, желающий послать блок данных, сначала посылал специальную ячейку, резервирующую требуемую полосу пропускания. После получения подтверждения блок данных начинает пересылаться. Преимуществом данного способа следует считать то, что перегрузки вообще не возникает. Но данное решение не используется из-за больших задержек (решение ATM -форума).

Другой способ сопряжен с посылкой коммутаторами специальных ячеек отправителю в случае возникновения условий перегрузки. При получении такой ячейки отправитель должен понизить скорость передачи вдвое. Предложены различные алгоритмы последующего восстановления скорости передачи. Но и эта схема отвергнута форумом ATM из-за того, что сигнальные ячейки могут быть потеряны при перегрузке. Действительно, данный алгоритм не всегда можно признать разумным. Например, в случае, когда коммутатор имеет 10 каналов с трафиком по 50 Мбит/с и один канал с потоком в 100 Кбит/c, глупо требовать понижения трафика в этом канале из-за перегрузки.

Третье предложение использует тот факт, что граница пакета помечается битом в последней ячейке. Коммутатор просматривает входящий поток и ищет конец пакета, после чего выбрасывает все ячейки, относящиеся к следующему пакету. Этот пакет будет переслан позднее, а отбрасывание M ячеек случайным образом может вынудить повторение передачи m пакетов, что значительно хуже. Данный вариант подавления перегрузки был также не принят, так как выброшенный пакет совсем не обязательно послан источником, вызвавшим перегрузку. Но этот способ может быть использован отдельными производителями коммутаторов.

Обсуждались решения, сходные с тем, что используется в протоколе TCP "скользящее окно". Это решение требует слишком большого числа буферов в коммутаторах (как минимум по одному для каждого виртуального канала). После длинных дискуссий был принят за основу совершенно другой метод.

После каждых М информационных ячеек каждый отправитель посылает специальную RM -ячейку (Resource Management). Эта ячейка движется по тому же маршруту, что и информационные, но RM-ячейка обрабатывается всеми коммутаторами вдоль пути. Когда она достигает места назначения, ее содержимое просматривается и корректируется, после чего ячейка посылается назад отправителю. При этом появляются два дополнительных механизма управления перегрузкой. Во-первых, RM-ячейки могут посылаться не только первичным отправителем, но и перегруженными коммутаторами в направлении перегрузившего их отправителя. Во-вторых, перегруженные коммутаторы могут устанавливать средний PTI-бит в информационных ячейках, движущихся от первоисточника к адресату. Но даже выбранный метод подавления перегрузки не идеален, поскольку также уязвим из-за потерь управляющих ячеек.

Управление перегрузкой для услуг типа ABR базируется на том, что каждый отправитель имеет текущую скорость передачи ( ACRActual Cell Rate), которая лежит между MCR (Minimum Cell Rate) и PCR (Peak Cell Rate). Когда происходит перегрузка, ACR уменьшается, но не ниже MCR. При исчезновении перегрузки acr увеличивается, но не выше PCR. Каждая RM-ячейка содержит значение загрузки, которую намеривается реализовать отправитель. Это значение называется ER (explicit rate). По пути к месту назначения эта величина может быть уменьшена попутными коммутаторами. Ни один из коммутаторов не может увеличивать ER. Модификация ER может производиться по пути как туда, так и обратно. При получении RM-ячейки отправитель может скорректировать значение ACR, если это необходимо.

С точки зрения построения интерфейса и точек доступа (T, S и R) сеть ATM сходна с ISDN (см. рис. 13.1).

Для физического уровня предусмотрены две скорости обмена 155,52 и 622,08 Мбит/с. Эти скорости соответствуют уровням иерархии SDH STM-1 и 4*STM-1.

При номинальной скорости 155.52 Мбит/с пользователю доступна реально скорость обмена 135 Мбит/c, что связано с издержками на заголовки и управление.

Скрамблерный метод не меняет частоту переключения, но его эффективность зависит от передаваемой информации. CMI предпочтительней для 155 Мбит/с. В настоящее время используется две схемы передачи данных применительно к ATM: базирующийся на потоке пакетов (cell stream) и на SDH-структурах. В первом случае мы имеем непрерывный поток 53-октетных пакетов, во втором эти пакеты уложены в STM-1 кадры. Управляющие сообщения располагаются в заголовках секции и пути кадра SDH. AAL ( ATM Adaptation Layer) служит для адаптации различных видов сервиса к требованиям ATM -уровня. Каждый вид услуг требует своего AAL -протокола. Главной целью AAL является обеспечение удобства при создании и исполнении программ прикладного уровня. Для всех AAL определены два субуровня ( таблица 13.6.1.):

Таблица 13.6.1.
SAR (Segmentation And Reassemble) делит пакеты высокого уровня, передает atm и наоборот (сборка сообщений из сегментов).
CS (Convergent Sub-layer) зависит от вида услуг (обработка случаев потери пакета, компенсация задержек, мониторирование ошибок и т.д.). Этот подуровень может в свою очередь делиться на две секции: CPCS (Common Part Convergence Sublayer) — общая часть субуровня конвергенции и SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer) — служебно-ориентированный подуровень конвергенции (последний может и отсутствовать).

AAL -протоколы управляются значениями следующих переменных:

  • скорость обмена (постоянная или переменная);
  • режим соединения (с установлением связи или без);
  • синхронизация (требуется или нет синхронизация между отправителем и получателем).

В настоящее время определены четыре класса услуг, которые могут требовать или не требовать синхронизации между отправителем и получателем, осуществлять обмен при постоянной или переменной частоте передачи бит, с установлением связи или без. Особенности этих видов услуг для адаптивного уровня систематизированы в таблице 13.7. Каждая из услуг имеет свой AAL -протокол.

Таблица 13.7. Особенности видов услуг для адаптивного уровня
Класс a ( AAL 1) Класс b ( AAL 2) Класс c ( AAL 3/4 или 5) Класс d ( AAL 3/4 или 5)
Синхронизация работы отправителя и получателя необходима необходима не нужна не нужна
Частота следования битов постоянная переменная переменная переменная
Режим соединения с соединением с соединением с соединением без соединения

Уровень адаптации 1-го уровня ( AAL ) выполняет для верхнего уровня следующие услуги (передача аудио и видео по каналам DS-1 и DS-3; постоянная скорость передачи):

  • синхронизацию передатчика и приемника;
  • передачу данных с фиксированной скоростью;
  • индикацию потери и искажения данных, если эти ошибки не устраняются на уровне адаптации;
  • передачу от отправителя получателю информации о структуре передаваемых данных.

Для решения этих задач AAL первого уровня должен устранять разброс задержек, выявлять ячейки, доставленные не по адресу, и потерянные ячейки, производить сегментацию пакетов и последующее их восстановление, выполнять мониторирование ошибок в управляющей информации протокола AAL - PCI (Protocol Control Information). Характер обмена здесь строго ориентирован на соединение. AAL -1 использует субуровни конвергенции и SAR. Субуровень конвергенции обеспечивает постоянство скорости передачи ячеек. AAL -1 конвергенции не имеет какого-то специфического протокольного заголовка. Этот субуровень разбивает входные сообщения на 46- или 47-байтные блоки и передает их субуровню SAR для пересылки.

Структура протокольной части информационного поля ячейки SAR-PDU представлена на рис. 13.17.

CSI позволяет приемнику распознать уровень конвергенции. Подуровень SAR получает значение SN (порядковый номер) для каждого 47-октетного блока данных от подуровня конвергенции. Поле SNP (Sequence Number Protectionконтрольная сумма) служит для обнаружения и исправления ошибок в заголовке, в качестве производящего полинома используется R(x) = x3 + x + 1. Один из битов SNP представляет собой бит четности. Если CSI=1, то после поля SNP следует однобайтовое поле указатель, которое используется для определения положения начала следующего сообщения (значения 0-92; старший бит поля указатель зарезервирован на будущее).


Рис. 13.17.
CSI (Convergence Sublayer Indicator) — индикатор подуровня конвергенции
SN (Sequence Number) — номер по порядку
SNP (Sequence Number Protection) — защита номера последовательности

Для сжатой аудио- и видеоинформации скорость передачи может варьироваться в широких пределах. Ведь многие схемы предусматривают периодическую отправку полного видеокадра, и при последующей передаче транспортируются лишь отличия последовательных кадров. Уровень адаптации 2-го типа предоставляет вышестоящему уровню возможность синхронизовать передатчик и приемник, осуществлять обмен с изменяющейся скоростью, оповещать об ошибках и потерях ячеек. Структура ячейки AAL 2-го типа показана на рис. 13.18 (субуровень SAR). Из-за переменной скорости передачи заполнение ячеек может быть неполным.

Поля SN и IT имеют общую длину 1 байт, поля же LI и CRC вместе занимают 2 байта. Поле данных (PDU) в такой ячейке имеет длину 45 байт.


Рис. 13.18.
IT (information type) — тип данных. Служит для указания начала, продолжения или окончания сообщения
LI (length indicator) — индикатор длины. Указывает число октетов в поле данных
CRC Контрольная сумма

Уровень адаптации 3/4 типов предназначен для передачи данных как в режиме с установлением соединения, так и без него. Определены два типа обмена: сообщение и поток. В первом случае блок данных передается в одном интерфейсном блоке (IDU). Сервисные блоки данных могут иметь переменную длину. В режиме поток сервисный блок данных передается через интерфейс уровня адаптации в одном или нескольких IDU. В этом режиме может быть реализована услуга "внутренний контейнер". Здесь допускается и прерывание передачи, частично переданный блок теряется. AAL 3/4 допускает организацию нескольких сессий одновременно (например, несколько удаленных login). Структура протокольного блока данных подуровня SAR 3/4 типа представлена на рис. 13.19. Длина поля данных (PDU) составляет 44 байта. Заметим, что AAL 3/4 имеет два уровня издержек — 8 байт добавляется для каждого сообщения и 4 избыточных байта приходятся на каждую ячейку, это достаточно много, особенно для коротких сообщений.


Рис. 13.19.
ST (Segment Type) - тип сегмента. Начало сообщения - 10 (BOM - Beginning Of Message), продолжение - 00 (COM - Continuation Of Message), завершение сообщения - 01 (EOM - End Of Message), односегментное сообщение - 11
SN (Sequence Number) — номер по порядку
MID (Multiplexing Identifier) — идентификатор мультиплексирования для протокола 4-го уровня (позволяет мультиплексировать до 1024 пользователей для одного соединения). Поле служит для определения того, к какой из активных сессий принадлежит данная ячейка
LI длина заполнения поля данных

При вычислении CRC используется образующий полином R(x) = x11 + x9 + x5 + x4 + x + 1. Подуровень конвергенции AAL содержит общую часть подуровня CPCS (Common Path Convergence Sublayer) и служебную часть подуровня SSCS (Service Specific Convergence Sublayer). CPCS обеспечивает негарантированную доставку кадров любой длины в диапазоне 1-65535 байт. Данные пользователя передаются непосредственно на субуровень AAL. Формат протокольного блока данных подуровня конвергенции AAL 3/4-типа показан на рис. 13.20.


Рис. 13.20.
CPI (Common Part Iindicator) — однооктетный индикатор общей части, используется при интерпретации последующих полей
BTAG (Beginning Tag) — однооктетная метка начала, в сочетании с ETAG определяет границы протокольного блока данных (PDU)
BAsize (Buffer Allocation Size) — емкость буфера, сообщает получателю максимальный размер буфера. Поле занимает 2 байта
PAD заполнитель, обеспечивает кратность поля данных 4 октетам
AL (ALignment) — выравнивание, заполняется нулями
ETAG (End Tag) — метка конца (один октет)
Длина задает протяженность cpcs-pdu
CPCS-PDU (Common Part Convergence SublayerProtocol Data Unit) — протокольный блок данных общей части подуровня конвергенции
Виталий Гордиевских
Виталий Гордиевских

Здравстивуйте, диплом о профессиональной переподготовке по программе "Сетевые технологии" дает право на ведение профессиональной деятельности в какой сфере? Что будет написано в дипломе? (В образце просто ничего неуказано)

Напимер мне нужно чтоб он подходил для направления 09.03.01 Информатика и вычислительная техника

Андрей Осипов
Андрей Осипов

Здравствуйте! Хотелось бы прояснить следующий вопрос: у МТИ приостановлена государственная аккредитация и когда будет восстановлена- неизвестно, а в диплом о профпереподготовке выдается на базе МТИ (как я понял). Как будет обстоять дело с получением диплома?

Вопрос важный и актуальный, потому что необходимо срочно пройти обучение и получить диплом и не хотелось бы тратить время и платить деньги зря (если диплом окажется недействительным и т.п.). Разъясните, пожалуйста, подробнее ситуацию.

Максим Жигай
Максим Жигай
Россия, г. Челябинск
дима щщщщщщщщщщщ
дима щщщщщщщщщщщ
Россия