Опубликован: 03.05.2012 | Доступ: свободный | Студентов: 2645 / 447 | Оценка: 4.39 / 4.14 | Длительность: 19:41:00
Лекция 10:

Cети ATM

< Лекция 9 || Лекция 10: 12345 || Лекция 11 >

Уровень ATM

Уровень ATM связан с последовательной передачей ячеек информации по установленному по сети соединению. Рассмотрим этот уровень.

Заголовок ATM-ячейки. Различные заголовки ATM-ячеек предна -значены для использования в интерфейсах "пользователь-пользователь" (UNI), "сеть-сеть" (NNI). Интерфейс "пользователь-пользователь" (UNI) используется при обмене между оконечным оборудованием пользователей сети ATM или для обмена пользователей сети ATM со станциями ATM-сети организации, или между станциями ATM организаций и общедоступной ATM-сетью, переносящей информацию, как это показано на рис. 10.5 .Интерфейс "сеть-сеть" (NNI) используется при связи между узлами (станциями) одной и той же сети. На рис. 10.7 показан 5-байтовый заголовок для интерфейса "пользователь-пользователь (UNI). Сначала дадим краткое описание функций полей этого заголовка, а потом рассмотрим более детально их роль при функционировании сети ATM.

Общее поле управления потоком (Generic Flow Control — GFC) — имеет в длину 4 бита и предназначено для управления нагрузкой и обеспечения доступа к среде при нескольких терминалах. Оно используется для защиты от перегрузок как в двухточечных, так и многоточечных конфигурациях доступа. Поле управления потоком применяется только для регулирования потока пользователя и не передается по сети. Поэтому при интерфейсе "сеть-сеть" оно не задействовано, а освободившиеся биты включаются в индикатор виртуального канала.

Формат заголовка ячейки ATM

Рис. 10.7. Формат заголовка ячейки ATM

Идентификатор виртуального пути (IVP — Identifier Virtual Path )поле длиной 8 бит в интерфейсе "пользователь-пользователь" и 12 бит в интерфейсе "сеть-сеть" (используются биты, освободившиеся от поля "управление нагрузкой"). Это поле позволяет отобразить 2^8=256 виртуальных путей в заданном UNI-соединении. Виртуальный путь содержит пучок виртуальных каналов, которые последовательно подключаются пр иустановлении соединения по сети.

Идентификатор виртуального канала (IVC — Identifier Virtual Channel)поле из 16 бит, что позволяет отобразить 2^{16}=65536 виртуальных каналов. Идентификаторы виртуального пути и канала совместно показывают положение данного соединения в данном маршруте. Поскольку во многих случаях используется не все указанное количество каналов, соответственно не задействуется полный объем полей идентификатора. Поэтому для такого случая установлены следующие правила :

  • биты, используемые для идентификаторов пути и канала, должны быть смежными ;
  • биты, не используемые ни пользователем, ни сетью, должны устанавливаться в ноль;
  • битовая комбинация всегда должна начинаться с младшего разряда.

Тип полезной нагрузки - поле длиной 3 бита; позволяет определить 8 типов полезной нагрузки ( рис. 10.1).

Таблица 10.1. Типы полезной нагрузки ATM
Значение индификатора типа нагрузки содержание
b_3 b_2 b_1
000 Ячейка пользователя.Перегрузки нет.Блок данных типа 0 (пользователь-сеть)
001 Ячейка пользователя.Перегрузки нет.Блок данных типа1 (пользователь-пользователю)
010 Ячейка пользователя, Имеет место перегрузка. Блок данных типа 0 (пользователь-сеть)
011 Ячейка пользователя, Имеет место перегрузка. Блок данных типа 1 (пользователь пользователь)
100 Ячейка системы эксплуатации и тех. обслуживания
101 Ячейка системы эксплуатации и тех.обслуживания
110 Ячейка управления ресурсами
111 Резерв

Значения бит в комбинациях следующие.

Старший бит

b_3=0 указывает, что комбинация принадлежит ячейке, переносящей пользовательские данные;

b_3=1 указывает, что комбинация принадлежит ячейке системы эксплуатации и технического обслуживания. При значении b_3=0 второй бит (b_2) служит указателем явной перегрузки, посылаемым в направлении передачи (Explicit Forward Congestion Indication —EFCI) и информирует приложения о возможной задержке ячейки, последующей за данной ячейкой. Он используется для включения механизма управления перегрузкой при классе обслуживания "доступная скорость передачи данных", о котором будет сказано далее. При значении b_3=0, последний бит (b_1) переносится по всей сети и, как будет показано далее, используется на уровне адаптации AAL 5. При b_1=1 он служит указателем конца сервисного блока данных (SDU — Service Data Unit).

Поле полезной нагрузки 110 предназначено для регулировки трафика. Поле приоритета потери ячейки (CLP — Cell Loss Priority) устанавливает два уровня приоритета для ячеек ATM. Ячейка, имеющая в поле приоритета CLP=0, в период перегрузки обрабатывается с более высоким приоритетом, чем ячейка с CLP=1. В частности, CLP=1 ячейка должна быть отброшена прежде, чем ячейка с меткой CLP=0. Бит CLP может устанавливаться для индикации степени важности трафика или может быть установлен сетью для указания более низкого приоритета по QoS потока или ячейки, которая нарушает условия контракта.

Приоритет потери ячейки устанавливается пользователем или поставщиком услуг. Ячейки, принадлежащие источникам с постоянной скоростью передачи, всегда должны иметь приоритет по сравнению с источниками с изменяющейся скоростью. В свою очередь, при передаче ячеек источника с изменяющейся скоростью передача части ячеек может присваиваться CLP=1, а части CLP=0. Это позволяет разделить поток ячеек на два потока: один, потеря которого мало влияет на качество обслуживания, и второй, потеря ячеек которого существенно сказывается на качестве обслуживания.

На узлах доступа может осуществляться проверка параметров потока пользователя, а на транзитных узлах — параметров сетевой нагрузки. Если параметры потока превышают установленные соглашением, то у части ячеек значение поля приоритета потери ячейки может меняться с 0 на 1. При перегрузках на других узлах эти ячейки могут сбрасываться.

Контроль ошибок заголовка

Восьмибитовая комбинация циклической проверочной суммы. CRC (Cyclic Redundancy Check) использует механизм проверки, показанный в главе 4 (Контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода). Проверяется первые четыре байта, а результат проверки заносится в пятый байт. Этот код может исправить однобитовую ошибку и выявить до 89% многобитовых ошибок в заголовке. Обе возможности реализуются оборудованием приема ячеек ATM с помощью адаптивного механизма.

После запуска приемник находится в режиме коррекции. Если обнаружена однобитовая ошибка, то она исправляется. Если обнаружена многобитовая ошибка, то ячейка стирается. В обоих случаях приемник переключается в режим детектирования. В этом состоянии приемника каждая ячейка стирается. Если ошибок в заголовке не обнаружено, то механизм переходит в состояние коррекции. Такой режим коррекции предпочтительнее для среды, где одиночные ошибки более вероятны, чем для среды со многими ошибками.

Виртуальное соединение

ATM ориентировано на установление соединения, которое в данном случае является виртуальным. Виртуальное соединение — это логическое соединение, организуемое между отправителем и получателем. Принадлежность ячейки к виртуальному соединению (Virtual Channel Connection — VCC) распознается по номеру виртуального соединения, состоящему из номера виртуального канала (Virtual Channel — VC) и виртуального пути (Virtual Path — VP) ( рис. 10.8). После установления виртуального канала для передачи ячеек не требуется номер выделения и обработка адресов конечных точек. Виртуальный путь — это группа, объединяющая однонаправленные виртуальные каналы.

Еще одним важным понятием является виртуальное звено (Virtual Link). Идентификаторы виртуального канала (ИВК) и идентификаторы виртуального пути (ИВП) назначаются только между определенными станциями сети. Их часто называют коммутаторами сети ATM, но это приводит к путанице с коммутаторами внутри станции. Поэтому мы в дальнейшем будем использовать название "станции". При прохождении станций эти значения идентификаторов меняются и не обязательно одновременно на одной и той же станции. Поэтому участок сети, на котором ИВК не меняется, называется звеном виртуального канала (Virtual Channel Link). А участок сети, на котором не меняется ИВП, называется звеном виртуального пути (Virtual Channel Path).

Соотношение между виртуальными путями и виртуальными каналами

Рис. 10.8. Соотношение между виртуальными путями и виртуальными каналами

При коммутации можно выделить коммутаторы каналов и коммутаторы путей, которые в соответствии со значением соответствующих идентификаторов коммутируют информацию и меняют ее в соответствии с маршрутом. НА рис. 10.9 приведена сеть, которая помогает рассмотреть использование идентификаторов путей и каналов.

Использование идентификаторов путей и каналов

Рис. 10.9. Использование идентификаторов путей и каналов

На рис. 10.9 изображены пять виртуальных соединений, начальная и конечная точки которых отмечены одинаковыми буквами (a, b, c, d, e). На рисунке также изображены виртуальные пути, которым присвоены соответствующие идентификаторы виртуальных путей (VPI). При этом VPI1 содержит 3 виртуальных канала (они на рисунке обведены эллипсом), VPI2 — 2 виртуальных канала, VPI3 — 3 виртуальных канала, VPI4 — 2 виртуальных канала, VPI5 — 2 виртуальных канала. Виртуальные соединения a, b, c проходят через коммутатор один виртуальный путь (c одинаковым идентификатором VPI1), а также один и тот же виртуальный путь через коммутатор 2 (идентификатор VPI3). Коммутатор 3 разделяет каналы, входившие в VP3. Информация одного виртуального канала направляется к оконечному оборудованию виртуального соединения a, другие два канала образуют виртуальный путь с идентификатором VPI5 .Соединения d, e проходят через 1-й коммутатор по виртуальному пути с идентификатором VPI2. При этом один канал (изображенный сплошной линией, проходящей через коммутатор) — полупостоянный, т. е. канал, установленный на достаточно большое время и не переустанавливаемый при каждом соединении. Второй коммутатор направляет этот поток по пути с идентификатором VPI4, и далее он поступает на оконечное оборудование.

В ходе рассмотрения этого рисунка легко установить точки, где изменяется виртуальный идентификатор пути и где происходит коммутация с использованием идентификатора канала.

Заметим, что сеть ATM обеспечивает два основных типа соединений.

Постоянное виртуальное соединение (Permanent Virtual Connection — PVC) — это долговременное соединение (несколько дней и даже месяцев), которое обычно устанавливается между конечным оборудованием сети ATM и используется при работе операторов. Для каждого такого соединения жестко заданы маршрут, скорость и класс обслуживания (QoS).

Коммутируемое виртуальное соединение (Switched Virtual Connection — SVC) устанавливается по запросу со стороны вызывающего абонента. Соединение создается только в том случае, если имеются соответствующие ресурсы сети, и только на время, необходимое для обмена информацией. После окончания передачи пакетов или ретрансляции кадров соединение сразу разрывается.

Принцип замены идентификаторов при установлении соединения через коммутатор показан на рис. 10.10. Номера, стоящие в заголовках сообщений, условно отображают идентификаторы виртуальных путей; номера портов соответствуют номерам каналов внутри виртуального пути, указанного в заголовке.

ATM-коммутатор

Рис. 10.10. ATM-коммутатор

Заметим, что рис. 10.10показывает один из вариантов коммутатора с пространственно- временным разделением потока. Это наиболее распространенный случай.

На рис. 10.10 показана таблица соответствия для двух входных портов ATM-коммутатора. Во входной порт 5 поступает поток ячеек, переносящий речевую информацию и имеющий в заголовке идентификатор 12, а также поток, переносящий видеоинформацию, который имеет в заголовке идентификатор 21. Когда ячейка с идентификатором 12 поступает на входной порт 5, отыскивается входное значение 12 в таблице коммутатора, которая показывает (см. значения по строке), что эта ячейка должна быть перенесена в выходной порт 1 с изменением значения идентификатора в заголовке на 17. Таким же образом ячейка, пребывающая в порт со значением идентификатора 21, передается в порт N с изменением значения идентификатора на 70.При постоянных виртуальных соединениях таблица соответствия сохраняется на долгое время, при коммутируемом виртуальном соединении таблица заполняется на время обмена информацией. При рассмотрении работы этого коммутатора можно заметить, что при коммутации поток разделяется во входном порту на отдельные пакеты и далее заново собирается во входном порту. В данном случае большую роль играет основная особенность ATM — использование относительно коротких пакетов. Это намного упрощает выполнение коммутации и увеличивает скорость работы. Есть возможность создавать коммутаторы со скоростью несколько сотен мегабит в секунду. Использование коротких пакетов позволяет с высокой точностью управлять расписанием передачи пакетов, поскольку короткие пакеты уменьшают время ожидания в очереди, пока передающая линия получит доступ к следующему передатчику.

Как уже было сказано выше, ATM-коммутаторы используют принцип пакетной коммутации, ориентируемый на соединение. Этот принцип заключается в том, что коммутация проводится с буферизацией. Входящий пакет записывает в буфер, анализируется заголовок и на основании этой информации сообщение передается далее. Имеется несколько способов такой передачи (быстрый способ без проверки ошибок, с проверкой ошибок). На рис. 10.11 показан принцип работы ATM-мультиплексора для иллюстрации различия между мультиплексированием с разделением по времени и ATM-мультиплексированием.

На входы мультиплексора поступает различная информация. При методе ВРК ( рис. 10.11) информационный поток периодически последовательно опрашивается по порядок номеров портов. Если имеется информация, то она передается в канал в виде блока информации, занимающего определенную временную позицию. Если информация отсутствует, то этот блок уходит в канал "пусто" либо в канал, заполненный служебной информацией. Система с опросом ориентирована на постоянное соединение с каналом, поскольку передает непосредственно информацию от источника. В этом случае при небольшой плотности передаваемой информации большие ресурсы сети загружены непроизводительно. Достоинством такой системы является минимальная задержка информации, которая определяется циклом опроса.

Принцип ATM-мультиплексирования а) структура; б) поток при временном разделении; в) поток при ATM-мультиплексировании

Рис. 10.11. Принцип ATM-мультиплексирования а) структура; б) поток при временном разделении; в) поток при ATM-мультиплексировании

При пакетной коммутации мультиплексор размещает полученную информацию в одну или несколько очередей (промежуточный буфер) и обслуживает эту очередь в соответствии с заданной стратегией, которая определяет порядок считывания поступивших ячеек. При передаче формируется пакет (в ATM ограниченной длины — 53 байта), в котором передается все сообщение или часть его. Если далее очередь (буфер) пустая, то соединение разъединяется и свободно для другого соединения. Таким образом, этот метод обеспечивает меньшую нагрузку на сеть. Стратегия ведения очереди предоставляет возможность обеспечивать различное качество обслуживания для различных потоков. Система передачи называется асинхронной потому, что при передаче ячеек она не связана ни с какой синхронизацией кадров, сверхкадров и т. п., как это происходит в системах с ВРК.

Недостатком такой системы является задержка информации при большой нагрузке, связанная с пребыванием в очереди. Этот недостаток уменьшается принятыми стратегиями ведения очередей и структурой коммутаторов ATM. Применение методов, ориентированных на соединение, позволяет уменьшить объем служебной информации, связанной с адресацией, а фиксированная сравнительно короткая величина пакета уменьшает время пребывания в очереди.

< Лекция 9 || Лекция 10: 12345 || Лекция 11 >
Константин Красноперов
Константин Красноперов
Россия, Удмуртская республика