Интерфейсы АТМ

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОММУНИКАЦИЙ

Реферат

По дисциплине «Цифровые сети интегрального обслуживания»

на тему: «АТМ интерфейсы»

Выполнил: ст. гр. ИС51

        Башкин А. С.

Проверил: пр-ль Жила В.В

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

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:

Первый - возможность подключения большого количества низкоскоростных клиентов к небольшому количеству мощных, высокоскоростных серверов.

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.

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.

Исследования применения оптоволоконных каналов в трансокеанских и трансконтинентальных масштабах выявили ряд особенностей передачи данных разных типов. В современных коммуникациях можно выделить два типа запросов:

критичные к задержкам (например, сигналы телевидения высокой четкости и звуковая информация);

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.

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.

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.

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:

модуля управления слоями (Plane Management);

модуля управления уровнями (Layer Management).

Модуль управления слоями управляет всеми остальными слоями, а модуль управления уровнями отвечает за управление всеми уровнями модели АТМ.

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.

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.

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