Основные функции уровней эталонной модели

Оглавление

Введение......................................................................................................... 4

1. История появления ATM. Сущность режима АТМ................................ 6

2. Эталонная модель протоколов АТМ....................................................... 11

3. Физический уровень АТМ....................................................................... 20

4. Уровень АТМ............................................................................................. 35

5. Уровень адаптации АТМ......................................................................... 43

6. Особенности управления трафиком. Описание трафика..................... 61

7. Управление и контроль трафика............................................................. 71

8. Защита от перегрузок............................................................................... 84

Заключение.................................................................................................... 92

 

Введение

 

 

Быстрая коммутация пакетов (БКП) является концепцией, основной идеей которой является пакетная коммутация с минимумом функций, выполняемых узлами коммутации на уровне звена с целью повышения уровня временной прозрачности сети.

Укоренилось наименование такого режима переноса информации - ATM (Asynchronous Transfer Mode), рекомендованное CC МСЭ. В России кроме аббревиатуры ATM в научной и технической литературе используются термины асинхронный режим доставки и асинхронный режим переноса.

Иногда встречаются и другие термины: ATD (Asynchronous Transfer Division - асинхронный режим временного уплотнения), FPS (Fast Packet Switching - быстрая коммутация пакетов), предложенный Тернером.

Поскольку ATM является названием режима переноса, рекомендованным СС МСЭ, то в на­учной и технической литературе этот термин встречается наиболее часто.

При выборе фиксированной или переменной длины пакета для ATM учитывались следующие основные факторы:

- эффективное использование пропускной способности цифровых трактов связи;

- достижение высокой производительности коммутационного оборудования, т.е. достижение компромисса между скоростью коммутации и сложностью реализации коммутационных устройств;

- задержка пакета.

В общем случае эффективность использования пропускной способности цифровых трактов связи при применении пакетов переменной длины несколько выше, чем при пакетах постоянной длины. Однако, этот выигрыш не является определяющим. В то же время, вариант с пакетами постоянной длины более предпочтителен по сравнению с вариантом пакетов переменной длины, как по скорости работы коммутационного оборудования, так и по объему буферного пространства.

Эксперты СС МСЭ пришли к заключению об использовании пакетов фиксированной длины. Было также принято решение использовать другое наименование, отличное от термина «пакет», чтобы подчеркнуть принятую фиксированную длину. Было одобрено название «ячейка» (cell).

При принятии решения об использовании пакетов постоянной длины необходимо было выбрать их размер. На выбор длины ячейки оказали влияние следующие основные факторы:

- эффективность использования пропускной способности цифровых трактов;

- задержка при заполнении пакета информацией пользователя (задержка при пакетизации), задержка в очереди, задержка на депакетизацию и колебание этих задержек (джиттер);

- сложность реализации.

Европейские ученые выступали за размер ячейки в 32 октета с целью устранения эхоподавителей при передаче речи, а ученые США и Японии предлагали ячейку размером в 64 октета для достижения большей эффективности использования цифровых трактов. Был достигнут компромисс и длина ячейки была принята равной 53 октетам.

 

 

1. История появления ATM. Сущность режима АТМ

 

 

История возникновения и развития технологии асинхронного режима переноса, а именно так переводится с английского аббревиатура ATM, обязана поискам технических реализаций в области широкополосных цифровых сетей с интеграцией служб - Ш-ЦСИС Идея получить «в одной абонентской розетке» весь спектр возможных услуг связи – естественное стремление пользователей многочисленных сетей: телефонных, телевизионных, компьютерных (вычислительных) и т.д., локальных, региональных и т.п. Развитие этой идеи - наглядный пример естественного диалектического движения от специализации к универсализации, которое не просто объединяет все качества исходных сущностей, но и конвергирует их, т.е. обеспечивает взаимопроникновение.

Выбор ATM в качестве базового режима коммутации и переноса информации в Ш-ЦСИС был сделан не сразу. Вначале предполагалось, что развитие Ш-ЦСИС пойдет на основе поэтапного перехода от традиционной технологии коммутации низкоскоростных каналов, к широкополосным соединениям, для организации которых будет использоваться технология мультиплексирования соединений из набора возможных скоростей, принятых для плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ). Однако возможности технологии коммутации каналов оказались недостаточными для удовлетворения прежде всего требований к управлению распределением сетевых ресурсов.

Поиск подходящего решения заставил разработчиков концепции ШЦСИС обратиться к технологии коммутации пакетов, традиционно применяющейся в сетях передачи данных. К этому времени уже существовало множество теоретических и практических разработок по передаче речи и видео в сетях передачи данных, работающих по различным протоколам. Тем не менее непосредственное использование существующих протоколов в качестве основы построения сетей Ш-ЦСИС оказалось делом более чем хлопотным ввиду того, что все они изначально разрабатывались применительно к специализированным задачам и не реализовывали поддержку функций адаптации и передачи различных видов информации.

Для построения Ш-ЦСИС требовались более универсальные и многофункциональные методы передачи и коммутации. И они были предложены в виде новой технологии коммутации пакетов - ATM, основными особенностями которой являются:

• ориентация на технологию так называемой быстрой коммутации пакетов на основе самомаршрутизирующихся, неблокируемых, пространственных коммутационных матриц;

• фиксированная длина коммутируемого пакета, называемого ячейкой (cell) - удачный компромисс между скоростью коммутации и сложностью коммутационного оборудования, а также предсказуемость задержек в трансляции пакетов через коммутационное оборудование;

• использование традиционной сетевой иерархии типов соединения - виртуальных каналов и виртуальных трактов.

Следует подчеркнуть еще одну особенность ATM, унаследованную от традиционных связных технологий - ориентированность на соединение. Это означает, что для передачи ячеек от источника к получателю необходимо предварительно установить соединение. При этом механизм управления маршрутизацией вынесен за рамки протокола ATM.

До сих пор в представлении многих специалистов технология сети ATM ассоциируются в первую очередь с большей полосой пропускания, хотя это далеко не единственное и, может быть, не основное их преимущество. Среди явных причин, определяющих рост популярности ATM, следует назвать единую технологию передачи данных для локальных и глобальных сетей, возможность интеграции практически всех существующих на сегодняшний день видов сетевого трафика в рамках единой технологии и единого канала связи, мощнейшие и очень гибкие системы управления трафиком в сети, позволяющие гарантировать заданное качество обслуживания. Одно из наиболее важных свойств технологии ATM заключается в масштабируемости пропускной способности соединения. Это позволяет пользователям рассчитывать, что они будут платить лишь за тот трафик, который им действительно нужен. Для развития успеха новой технологии производители стремятся обеспечить приемлемые по цене возможности для передачи различных видов информации, в чем достигли существенных результатов в последнее время

Итак, сделано очень много, чтобы Ш-ЦСИС была в состоянии с первых дней существования обеспечить потребности пользователей существующих телекоммуникационных услуг и быть готовой без существенной перестройки обеспечить требования пользователей по новым услугам.

 

 

Сущность режима ATM

 

 

Сущность режима ATM (рис. 1) состоит в транспортировании всех видов информации пакетами фиксированной длины (ячейками), когда потоки ячеек от различных пользователей асинхронно мультиплексируются в едином цифровом тракте. В качестве протокольной единицы в ATM принят пакет фиксированной длины, включающий заголовок (5 октет) и информационное поле (48 октет). Применение коротких пакетов (53 октета), минимизация функций, выполняемых при коммутации и использование элементной базы на технологиях КМОП и БИКМОП, позволили уже сегодня достичь производительности коммутаторов ATM 10 Гбит/с и более.

Основными положительными сторонами метода ATM являются возможности транспортирования по сети информации любой службы независимо от скорости передачи, требований к семантической и временной прозрачности сети и пачечности трафика ячеек. Эти причины и определили решение СС МСЭ, что именно ATM является режимом транспортирования информации для ШЦСИО.

Сети ATM свободны от недостатков сетей с другими режимами переноса (зависимость от службы, отсутствие гибкости, низкая эффективность использования сетевых ресурсов, отсутствие адаптации к источникам с изменяющейся скоростью передачи). Именно технология ATM обеспечивает:

- гибкость сети;

- эффективность использования сетевых ресурсов;

- возможность создания единой универсальной сети для всех ныне существующих служб и служб будущего.

Режим ATM может быть поддержан любой цифровой системой передачи, так как определяет про­токолы на уровнях выше физического. Гибкость сети обеспечивается за счет того, что любой источник может генерировать информацию с той скоростью, которая ему необходима. Это дает возможность постоянного совершенствования алгоритмов кодирования и сжатия информации с целью уменьшения требуемой полосы пропускания, появления новых служб с еще неизвестными характеристиками.

Все имеющиеся ресурсы сети могут использоваться всеми службами, что дает возможность оптимального распределения на статистической основе и, следовательно, обеспечивает высокую эффективность использования сетевых ресурсов.

Так как все виды информации транспортируются одним методом, то это дает возможность проектирования, создания, ввода в эксплуатацию, контроля, управления и технического обслуживания только одной сети, что сокращает общие затраты на ее создание и делает ее наиболее экономичной сетью электросвязи в мире.

Асинхронный метод переноса характерен следующими основными особенностями:

- отсутствием защиты от ошибок и управления потоком данных на уровне звена;

- ориентацией на соединение;

- ограниченным количеством функций, которые несет заголовок пакета ATM;

- относительно небольшой длиной информационной части ячейки.

Высокое качество систем передачи цифровых трактов связи и очень малые значения вероятности ошибки на бит позволяют отказаться от обнаружения и исправления ошибок в пакете на звеньевом уровне. Отсутствует на уровне звена и управление потоком данных с целью исключения перегрузок.

 

Рис. 1 Сущность технологии ATM

 

 

Однако, фазе передачи информации в сетях ATM предшествует фаза установления виртуального соединения, во время которой осуществляется проверка достаточности объема сетевых ресурсов, как для качественного обслуживания уже установленных виртуальных соединений, так и для создаваемого. Если сетевых ресурсов недостаточно, то оконечному устройству выдается отказ в установлении соединения.

После завершения фазы передачи информации виртуальное соединение разрушается, а сетевые ресурсы могут использоваться в интересах обеспечения другого виртуального соединения. Таким образом, за счет использования режима переноса информации, ориентированного на соединение, и определения размеров очередей, осуществляется контроль за величиной потерь пакетов вследствие переполнения буферных устройств коммутаторов. В сетях ATM вероятность потери пакета в коммутационном устройстве ограничивается значениями 10"⁸...10"¹².

В целях обеспечения временной прозрачности сети ATM для уменьшения времени задержки пакета в узлах коммутации функции заголовка пакета ATM значительно ограничены. Основной функцией заголовка является идентификация виртуального соединения с помощью идентификатора и обеспечение гарантии правильной маршрутизации. Заголовок также дает возможность мультиплексирования различных виртуальных соединений в одном цифровом тракте.

Ошибка в заголовке может привести к неправильной маршрутизации. Это обуславливает эффект размножения ошибок: один искаженный бит в заголовке может привести и к утрате пакета, и к его доставке не по адресу. С целью уменьшения эффекта размножения ошибок из-за неправильной маршрутизации предполагается в заголовке пакета ATM обеспечить обнаружение ошибок и их исправление.

Из-за ограниченных функций, выполняемых заголовком пакета ATM, его обработка считается достаточно простой процедурой и может осуществляться на очень высоких скоростях, что обеспечивает малую задержку пакетов ATM в очередях буферных устройств коммутаторов ATM. С целью уменьшения размеров внутренних буферов в узлах коммутации и ограничения времени задержек длина информационного поля ячейки выбрана относительно небольшой. Малые размеры информационного поля позволяют получить небольшие значения времени задержки на пакетизацию, что по совокупности с относительно небольшими размерами буферных устройств узлов коммутации, обеспечивающих незначительные задержки и колебания задержки, характеризуют временную прозрачность сетей ATM для служб, функционирующих в реальном масштабе времени.

Резюмируя сказанное, отметим следующее.

Идея создания ШЦСИО на технологии ATM возникла как принципиально новая парадигма построения сетей связи: вместо стандартных и многочисленных сетей телефонной, телеграфной, факсимильной связи и сетей передачи данных, каждая из которых рассчитана только на обеспече­ние одного вида связи тем или иным способом переноса информации, предполагается построить единую цифровую сеть на базе широкого использования волоконно-оптических линий связи и единого метода транспортирования по сети всех видов информации с помощью технологии асин­хронного режима переноса пакетов фиксированной длины.

Благодаря технологии ATM все коммутационное оборудование становится однородным, ре­шающим для всех видов информации одну задачу - задачу быстрой коммутации фиксированных пакетов, получивших название ячеек, и асинхронного временного разделения ресурсов, при кото­ром множество виртуальных соединений с различными скоростями асинхронно мультиплексируются в едином физическом канале связи - цифровом тракте.

Сеть ATM, способная транспортировать единым методом все виды информации, позволяет обеспечить:

- высокую гибкость и адаптацию сети к изменению уровня требований пользователей к объему, скорости, качеству доставки информации и к появлению требований на предос­тавление новых услуг, требующих наличия у сети интеллекта;

- повышение эффективности использования сетевых ресурсов за счет статистического мультиплексирования множества источников с пачечным трафиком;

- снижение общих затрат на проектирование, строительство и эксплуатацию такой сети. Однако, следует сказать, что ничего не дается даром. Основной проблемой, которая возникает в сетях ATM, является проблема удовлетворения требований различных служб ко временной и се­мантической прозрачности сети и их адаптация к единому методу переноса.

 

2. Эталонная модель протоколов АТМ. Общие положения

 

 

Разбиение на уровни или уровневая архитектура является центральной идеей создания современ­ных информационных и телекоммуникационных систем.

С целью недопущения вавилонского столпотворения Международной организацией по стан­дартизации (МОС) разработана эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ВОС), которая определяет функции и уровневую организацию набора протоколов таким образом, чтобы молю совместно работать оборудование, разработанное независимо различными фирмами, но в соответствии с одним и тем же архитектурным стандартом. Как уже говорилось эталонная модель ВОС предусматривает семиуровневую архитектуру, на основе которой могут разрабатываться конкретные протоколы. Выбор семи уровней был продиктован обычными сооб­ражениями инженерного компромисса, требующего создать продукцию одновременно высокого качества и приемлемой стоимости, для чего:

- необходимо иметь достаточно уровней, чтобы каждый из них не был слишком сложным с точки зрения разработки подробных протоколов с правильными и выполнимыми специфи­кациями;

- желательно иметь не слишком много уровней, чтобы их интеграция и описание не стали слишком сложными;

- выбор естественных границ необходимо выполнить таким образом, чтобы родственные функции были собраны на одном уровне, а различающиеся функции были разнесены по разным уровням.

Связь между объектами одного уровня осуществляется с помощью протокола, под которым пони­мается набор семантических и синтаксических правил. Рис. 2 иллюстрирует основные элементы каждого уровня эталонной модели ВОС.

 

Рис. 2  Взаимосвязь элементов уровневой модели ВОС.

 

 

На каждом уровне может быть один или более протоколов данного уровня. Под протоколом пони­мается набор семантических и синтаксических правил, определяющих поведение объектов N-ro уровня при передаче информации. Протоколы N-гo уровня и (N+1)-гo уровня показаны на рисунке горизонтальными штриховыми линиями.

Объект (N+1)-гo уровня по отношению к объекту N-гo уровня является пользователем услуг, а объект N-гo уровня по отношению к объекту (N+1)-гo уровня - поставщиком услуг, оказываемых через точку доступа к услугам (SAP - Service Access Point).

Объект (N+1)-гo уровня связывается с соседним объектом (N+1)-гo уровня с помощью услуг, предоставляемых нижними уровнями через точку доступа к услугам с помощью примитивов.

 

 

Эталонная модель протоколов ШЦСИО

 

 

Эталонная модель протоколов УЦСИО определена Рек. СС МСЭ I. 320. Модель протоколов ШЦСИО является расширением модели, описанной в данной рекомендации, и полностью соответ­ствует принципам, положенным в основу разработки эталонной модели протоколов ВОС.

Общий вид эталонной модели протоколов ШЦСИО на технологии ATM представлен на рис. 3.

    

 

Рис. 3 Эталонная модель протоколов в ШЦСИО.

 

 

Модель включает в свой состав три плоскости: плоскость пользователя, плоскость управле­ния и плоскость менеджмента.

Плоскость пользователя (U-plane) обеспечивает транспортировку всех видов информации в совокупности с соответствующими механизмами защиты от ошибок, контроля и управления по­током, ограничения нагрузки и т.п. Плоскость пользователя имеет уровневую структуру.

Плоскость управления (С-plane) определяет протоколы установления, контроля и разъединения соединений. Ей принадлежат все функции сигнализации, кроме протоколов метасигнализации (суть этого понятия раскрыта ниже). Плоскость управления также имеет уровневую структуру.

Плоскость менеджмента (M-plane) обеспечивает выполнение функций двух типов: ме­неджмент (управление) плоскостями и менеджмент (управление) уровнями. Функции управления плоскостями обеспечивают координацию между всеми "гранями" модели протоколов и относятся ко всей ШЦСИО, связывая ее в единое целое. Область управления плоскостями не имеет уровневой структуры.

Функции управления уровнями решают задачи распределения сетевых ресурсов, согласования их с параметрами трафика, обработки информации эксплуатации и технического обслужива­ния и управления сетью. Процедуры метасигнализации также относятся к функциям управления уровнями. Управление уровнями имеет уровневую структуру.

Функции уровней эталонной модели протоколов ШЦСИО определены Рек. СС МСЭ 1.321 и 1.413. В настоящее время детально определены функции только первых трех уровней мо­дели.

Первые три уровня эталонной модели протоколов ШЦСИО - это физический уровень, уро­вень ATM, где происходит структурирование ячеек, и уровень адаптации ATM, который поддержи­вает услуги более высокого уровня, например, эмуляцию каналов, высокоскоростную передачу данных без установления соединения, ретрансляцию кадров и т.п.

Физический уровень соответствует 1-му уровню эталонной модели ВОС, уровень ATM и часть уровня адаптации ATM соответствует 2-му (канальному) уровню, более высокие уровни со­ответствуют сетевому уровню ВОС и выше.

Рис. 4 показывает соотношение уровневой структуры ШЦСИО и уровневой структуры эта­лонной модели ВОС, а также деление уровней ШЦСИО на подуровни, о чем будет сказано чуть ниже.

Основные функции уровней и их деление на подуровни приведены в таблице 1.

 

Рис. 4  Уровни и подуровни ШЦСИО и уровни ВОС.

Таблица 1.

Протоколов ШЦСИО

 

 

Уровень	Подуровень	Основные функции
Адаптации ATM	Конвергенции	Конвергенция к службе
	Сегментации и сборки	Сегментация и сборка
ATM		Общее управление потоком Генерация/удаление заголовка ячейки Преобразование идентификаторов виртуальных путей и виртуальных каналов Мультиплексирование /демультиплексирование ячеек
Физический	Конвергенции с системой передачи	Согласование скорости ячеек Формирование поля контроля ошибок/обнаружение и ис­правление ошибок Адаптация потока ячеек к кадру системы передачи/выделение ячеек Генерация кадра системы передачи/восстановление кадра
	Зависящий от физической среды	Синхронизация Передача двоичного сигнала в данной среде

 

Функции физического уровня

 

 

Физический уровень (PHY) является самым нижним уровнем протокольного стека ATM, который определяет интерфейс между уровнем ATM и физической средой. Физический уровень делится на два подуровня:

- подуровень, зависящий от физической среды (PMD- Physifcal Medium Dependent);

- подуровень конвергенции с системой передачи (ТС - Transmission Convergence Sublayer).

Подуровень, зависящий от физической среды, определяет скорость передачи битового потока че­рез данную физическую среду, а также обеспечивает синхронизацию между передачей и прие­мом. На этом уровне осуществляется линейное кодирование и, если необходимо, электронно-оптическое и оптоэлектронное преобразование сигналов. В качестве физической среды, исполь­зуемой для распространения сигнала, чаще всего используется одномодовое или многомодовое оптоволокно. Возможно использование коаксиального кабеля, экранированной или неэкранированной медной пары, радиоканала высокого качества.

Подуровень конвергенции с системой передачи определяет порядок передачи ячеек ATM в битовом потоке и выполняет следующие функции:

- генерацию кадра системы передачи и его восстановление на приеме;

- адаптацию потока ячеек к кадру передачи на передающей стороне и выделение ячеек из кадра на приемной стороне;

- формирование поля контроля ошибок в заголовке на передающей стороне и обнаружение и исправление одиночных ошибок, если это возможно, на приемной стороне;

- согласование скорости ячеек.

В качестве цифровых систем передачи могут использоваться системы передачи синхронной или плезиохронной цифровой иерархии с собственной структурой кадра. Поэтому требуется специ­альный механизм упаковки ячеек в поле полезной нагрузки кадра систем передачи СЦИ или ПЦИ. Кроме того, в интерфейсе "пользователь-сеть" СС МСЭ предложена специальная структура, в которой кадр эквивалентен ячейке. Такая система передачи получила наименование ячеечной.

Выделение ячеек - это механизм, позволяющий на приемном конце восстановись границы ячейки. Этот механизм описан в Рек. СС МСЭ 1.432. Для защиты механизма выделения ячеек информационное поле ячейки перед передачей скремблируется.

На передающей стороне осуществляется формирование последовательности контроля оши­бок в заголовке (НЕС - Header Error Control). Эта последовательность помещается в соответст­вующее поле заголовка ячейки. На стороне приема значение последовательности контроля оши­бок в заголовке пересчитывается и сравнивается с поступившей. В случае несовпадения ошибка, если это возможно, исправляется, или, в противном случае, ячейка стирается.

Согласование скорости ячеек заключается в том, что если со стороны уровня ATM поток ячеек меньше пропускной способности системы передачи, то подуровень конвергенции физического уровня на передающей стороне добавляет ячейки, которые не содержат информации, а на стороне приема отбрасывает их. Такие ячейки получили наименование "пустых".

Интересно отметить, что СС МСЭ своей Рек. 1.321 возлагает выполнение этой функции на подуровень конвергенции физического уровня с помощью пустых ячеек (Idle Cells), а Форум ATM решает задачу согласования скорости на уровне ATM и использует для этого неназначенные ячейки (Unassigned Cells). Это говорит о потенциальной возможности несовместимости на физическом уровне двух систем, использующих различные типы ячеек для согласования скорости.

 

Функции уровня ATM

 

 

За физическим уровнем следует уровень ATM. Его характеристики не зависят ни от физической среды передачи, ни от вида передаваемой информации.

На уровне ATM реализуются следующие основные функции:

- мультиплексирование и демультиплексирование ячеек;

- преобразование идентификаторов виртуальных путей и виртуальных каналов;

- генерация или удаление заголовка ячейки;

- общее управление потоком в интерфейсе "пользователь-сеть".

На передающей стороне реализуется механизм мультиплексирования ячеек, поступающих от раз­личных источников, в единый поток пакетов ATM. На приемной стороне механизм демультиплексирования разбивает поступающий поток на потоки, соответствующие идентификаторам виртуальных путей и виртуальных каналов. В коммутаторах ATM, в общем случае, происходит замена входящих идентификаторов виртуальных путей и виртуальных каналов на исходящие. В коммутаторах виртуальных путей происходит преобразование только идентификаторов виртуальных путей.

Функция генерации или удаления заголовка ячеек осуществляется только в концевых точках ATM уровня. На передающей стороне к 48-ми октетному полю полезной нагрузки, поступающему с уровня адаптации ATM, добавляется 5 октет заголовка, образуя ячейку с незаполненным полем контроля ошибок в заголовке. Заполнение поля контроля ошибок заголовка является функцией физического уровня. На противоположной стороне механизм выделения заголовка удаляет его из ячейки, оставляя 48-ми октетное поле полезной нагрузки, которое передается на уровень адапта­ции ATM.

Общее управление потоком осуществляется только в интерфейсе "пользователь-сеть" с це­лью контроля нагрузки в сети доступа и защиты от перегрузок.

 

Функции уровня адаптации ATM

 

 

Уровень адаптации ДТМ находится между уровнем ATM и более высокими уровнями. Уровень адаптации ATM разбивается на два подуровня:

- сегментации и сборки (SAR - Segmentation and Reassembly);

- конвергенции (CS - Convergence Sublayer).

функции уровня адаптации ATM определены СС МСЭ в Рек.1. 362.

Его основной функцией является адаптация уровня ATM к потребностям высших уровней. Основной задачей подуровня сегментации и сборки на передающей стороне является сегмента­ция протокольных блоков данных на сегменты, подходящие для записи в информационное поле ячейки (48 октетов), и восстановление на стороне приема принимаемых блоков данных из инфор­мационных полей ячеек уровня ATM.

Подуровень конвергенции зависит от службы и предоставляет высшим уровням услуги уров­ня адаптации и сборки через точки доступа к услугам.

Информационные блоки, поступающие от каждой службы, могут быть разными, иметь спе­цифическую структуру и предъявлять различные требования к их переносу в сети ATM.

Для минимизации числа протоколов уровня адаптации ATM СС МСЭ было предложено про­вести классификацию всех служб по трем признакам:

- временной зависимости между источником и получателем (существует или нет), которая выражается в требованиях (нормах) ко времени доставки;

- скорости источника (источник с постоянной скоростью передачи или источник с изме­няющейся скоростью передачи);

- режиму связи (с установлением соединения или без установления соединения).

Теоретически возможно получение 8 комбинаций, но к ныне существующим службам могут относиться только 4 сочетания. Для каждой службы разработан свой уровень адаптации ATM.

 

Особенности технологии АТМ

 

 

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи) является одной из самых перспективных технологий построения высокоскоростных сетей. Она обеспечивает максимально эффективное использование полосы пропускания каналов связи при передаче различного рода информации: голоса, видеоинформации, данных от самых разных типов устройств — асинхронных терминалов, узлов сетей передачи данных, локальных сетей и т.д. (к таким сетям относятся практически все ведомственные сети). Сети, в которых используется ATM-технология, называются ATM-сетями. Эффективность ATM-технологии заключается в возможности применения различных интерфейсов для подключения пользователей к сетям ATM.

Основные особенности ATM-технологии:

1. ATM - это асинхронная технология, так как пакеты небольшого размера, называемые ячейками (cells), передаются по сети, не занимая конкретных временных интервалов, как это имеет место в B-каналах сетей ISDM.

2. Технология ATM ориентирована на предварительное (перед передачей информации) установление соединения между двумя взаимодействующими пунктами. После установления соединения ATM-ячейки маршрутизируют сами себя, поскольку каждая ячейка имеет поля, идентифицирующие соединение, к которому она относится.

3. По технологии ATM допускается совместная передача различных видов сигналов, включая речь, данные, видеосигналы. Достигаемая при этом скорость передачи (от 155 Мбит/с до 2,2 Гбит/с) может быть обеспечена одному пользователю, рабочей группе или всей сети. В ATM-ячейке не предусматриваются позиции для определенных видов передаваемой информации, поэтому пропускная способность канала регулируется путем выделения полосы пропускания потребителю.

4. Поскольку передаваемая информация разбивается на ячейки фиксированного размера (53 байта), алгоритмы их коммутации реа­лизованы аппаратно, что позволяет устранить задержки, неизбежные при программной реализации коммутации ячеек.

5. ATM-технология обладает способностью к наращиваемости, т.е. к увеличению размера сети путем каскадного соединения нескольких АТМ- коммутаторов.

6. Построение ATM-сетей и реализация соответствующих технологий возможны на основе оптоволоконных линий связи, коаксиальных кабелей, неэкранированной витой пары. Однако в качестве стандарта на физичес­кие каналы для ATM выбран стандарт на оптоволоконные каналы связи синхронной цифровой иерархии SDH. Технология мультиплексирования и коммутации, разработанная для SDH, стала ATM-технологией.

7. ATM-технологии могут быть реализованы в ATM-сетях прак­тически любой топологии, но оконечное оборудование пользователей подключается к коммутаторам ATM индивидуальными линиями по схеме «звезда».

Главное отличие ATM-технологииот других телекоммуникационных технологий заключается в высокой скорости передачи информации (в перспективе — до 10 Гбит/с), причем привязка к какой-либо одной скорости отсутствует. Важным является и то обстоятельство, что ATM-сети совмещают функции глобальных и локальных сетей, обеспечивая идеальные условия для «прозрачной» транспортировки различных видов трафика и доступа к услугам и службам взаимодействующих с сетью ATM-сетей.

 

3. ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ATM

 

 

Общие положения

 

 

Физический уровень является нижним уровнем протокольного стека ATM, определяющим интерфейс между потоком ячеек ATM и физической средой. Физический уровень состоит из двух подуровней: подуровня, зависящего от физической среды, и подуровня конвергенции с системой передачи.

Подуровень, зависящий от физической среды, определяет скорость, с которой трафик ATM транспортируется через физическую среду.

Подуровень конвергенции с системой передачи является частью физического уровня. Он определяет протокол размещения ячеек для передачи через физическую среду в кадрах различных цифровых систем передачи. Функции подуровня конвергенции во многом определяются фи­зической средой.

В данном подразделе основное внимание будет уделено подуровню конвергенции со средой передачи, а именно:

- размещению ячеек в кадрах систем синхронной цифровой иерархии, плезиохронной цифровой иерархии и в системах передачи ячеечного типа;

- формированию поля контроля ошибок в заголовке, обнаружению и исправлению ошибок;

- разграничению ячеек;

- согласованию скорости ячеек.

СС МСЭ стандартизовал два типа интерфейса "пользователь-сеть" для ШЦСИО на технологии ATM. Интерфейс первого типа организуется на скорости 155 Мбит/с. Он может быть реализован с помощью двух коаксиальных кабелей или с использованием одного или двух оптических. Этот интерфейс, как правило, симметричен по скорости передачи битов в обоих направлениях. Интерфейс "пользователь-сеть" второго типа организуется на скорости 622 Мбит/с. Он может пред­ставлять собой объединение четырех интерфейсов первого типа и реализуется, преимуществен­но, на оптическом кабеле. Этот интерфейс может быть как симметричным, так и асимметричным.

Данные интерфейсы "пользователь-сеть" со скоростью 155 Мбит/с и 622 Мбит/с могут быть реализованы с использованием кадров синхронной цифровой иерархии или путем непрерывной передачи потока ячеек.

В 1993 году в СС МСЭ поступили предложения, касающиеся стандартизации интерфейсов "пользователь-сеть" с более низкими скоростями передачи пакетов ATM. Целесообразность стандартизации новых интерфейсов на более низких скоростях объясняется следующими основными причинами:

- снижение скорости расширяет возможность использования существующих цифровых сетей и сетей доступа;

- успехи в технике сжатия сигналов позволяют обеспечить большинство широкополосных услуг на более низких скоростях без заметного ухудшения качества передаваемой информации;

- интерфейсы на более низких скоростях обеспечивают более экономичную реализацию терминального оборудования и линейных сооружений между сетевым окончанием и коммутатором доступа.

Интерфейсы "пользователь-сеть" со скоростями ниже 155 Мбит/с введены со следующими номи­налами скоростей:

- 100 Мбит/с (для эталонных точек S_B);

- 51,84 Мбит/с (для S_B);

- 25 Мбит/с (для S_B);

- 34/45 Мбит/с, основанный на плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ);

- 1,5/2 Мбит/с, основанный на ПЦИ.

Причиной выбора терминального интерфейса на 51,84 Мбит/с и 25 Мбит/с является желание использовать относительно недорогую и уже существующую кабельную проводку в зданиях для ЛВС ATM.

Фирма IBM разработала и продает набор микросхем для ATM, обеспечивающих скорость передачи 25 Мбит/с. IBM утверждает, что это очень простой способ повысить скорость сетей Token Ring, которая ограничена 16 Мбит/с. Относительно низкая стоимость такой модификации прив