Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Категории служб в сетях АТМ

Ларс Петерсен

В будущем деловое сообщество сможет обмениваться данными практически с любым источником информации. Однако для этого необходимо значительно повысить пропускную способность сегодняшних сетей. Кроме того, сети должны стать более надежными и легкими в обслуживании, переход к новым услугам — максимально простым, а стоимость традиционных услуг не должна расти.

Для специалистов по телекоммуникациям несомненно, что ATM (Asynchronous Transfer Mode) — наиболее подходящая технология для построения сетей следующего поколения. Ряд фирм уже имеет небольшие корпоративные сети ATM, а во многих странах Западной Европы существуют опытные образцы сетей АТМ общего пользования. В ближайшие годы мы станем свидетелями расширения масштабов сетей АТМ по всей Европе. Реальный темп развертывания этих сетей будет определяться финансовыми затратами и уровнем выполнения требований, предъявляемых к ним приложениями.

Наиболее важное свойство ATM заключается в масштабируемости пропускной способности соединения, что отражает желание пользователей платить лишь за то, что им действительно нужно. Кроме того, по мере усовершенствования технологии емкость сетей АТМ можно будет увеличивать. Уже существуют или находятся на стадии создания линии связи со скоростями передачи от нескольких до 155 Мбит/с. Следующий этап — появление линий связи со скоростями 622 Мбит/с; 2,5 и 10 Гбит/с. Многие производители сетевого оборудования уже создали коммутаторы с пропускными способностями в несколько гигабит в секунду.

Важно иметь в виду, что технология ATM все еще находится на стадии становления и с ней связано множество нерешенных проблем. Для успеха ATM необходимо обеспечить приемлемые по цене возможности для передачи речи, данных и видеоинформации.

Сеть ATM общего пользования в корпоративной среде

Начнем наше рассмотрение с ситуации, существующей на сегодняшний день. Речевой трафик и трафик данных в большинстве случаев передаются раздельно как в корпоративных сетях, так и в сетях общего пользования (рис. 1а). В распределенных корпоративных сетях для соединения удаленных пунктов используют, как правило, арендованные линии связи или услуги сетей общего пользования, таких как X.25 или Frame Relay. В обоих случаях (арендованные линии и сети общего пользования) инфраструктура построена на традиционной узкополосной технологии, базирующейся на каналах с пропускной способностью 64 Кбит/с и на каналах плезиохронной цифровой иерархии со скоростями 1,5 или 2 Мбит/с.

На рис.1б показана будущая "бесшовная" сеть ATM, поддерживающая передачу и речи, и данных. Очевидно, что подобная интеграция трафика данных и чувствительной к временным задержкам информации, обеспечивающая работу приложений мультимедиа, предпочтительна для любых сетей: и корпоративных, и общего пользования. Различные методы передачи трафика между ЛВС через сеть АТМ показаны на рис. 1в—1д и обсуждаются ниже.

Рис. 1в иллюстрирует использование в сети АТМ полупостоянных (semi-permanent) соединений, или соединений по требованию. Полупостоянные соединения (их можно назвать виртуальными арендованными линиями) подходят для полностью ячеистых сетей со сравнительно небольшим числом узлов. Однако, по мере роста числа узлов, затраты на обслуживание таких соединений и их управление значительно повышаются, а коэффициент эксплуатации ресурсов сети снижается. Если число узлов велико, то требуется коммутируемая сеть. Коммутация может осуществляться либо в сети АТМ (на уровне АТМ. — Прим. ред.), либо в наложенной (overlay) сети, сверху уровня ATM. При рассмотрении этих альтернатив необходимо учитывать протоколы коммутации и маршрутизации, используемые в огромном числе установленных ЛВС и распределенных сетей.

Для маршрутизации трафика в существующих ЛВС и распределенных сетях широко применяется протокол IP (Internet Protocol). Поэтому для передачи трафика между ЛВС желательно, чтобы сеть АТМ общего пользования обеспечивала межсетевое взаимодействие в соответствии с IP. Это достигается путем введения наложенной сети IP, не требующей установления соединения, поверх ориентированной на соединение сети ATM (см. рис. 1г). Альтернативой служит механизм непосредственного установления соединений ATM между исходным и конечным узлами сети. Такой механизм может повысить контролируемость характеристик временной задержки при передаче трафика протокола IP, что важно для транспортировки чувствительной к таким задержкам информации, например речи. Сценарии для передачи трафика протокола IP по сети ATM обсуждаются в материалах Инженерной проблемной группы Internet (Internet Engineering Task Force — IETF).

Протокол IP не гарантирует такие параметры качества предоставляемых услуг (Quality of Service — QoS), как величина задержки, ее вариация и коэффициент потери пакетов. Это связано с возникновением переменных задержек и переполнением буферов в маршрутизаторах IP. Однако приложения реального времени требуют гарантированных параметров QoS, по этой причине группа IETF рассматривает вопрос об интеграции услуг передачи информации реального времени и данных в распределенных сетях.

Решение этого вопроса связано с обеспечением управления трафиком, что позволит разделять сетевые ресурсы между двумя трафиками — данных и информации реального времени. Так, для передачи информации реального времени необходимо выделить достаточно большой объем буферов и широкую полосу пропускания. Имеется целый набор функций управления трафиком для сетей ATM, определенных Форумом ATM в спецификации Traffic Management (версия 4.0) и Сектором по стандартизации телекоммуникаций (ITU-T) Международного союза электросвязи в рекомендации I.371: Traffic Control and Congestion Control in B-ISDN. Поэтому выбор технологии ATM как основы для создания будущих распределенных сетей, поддерживающих передачу данных и трафик реального времени, вполне оправдан. В частности, такая служба АТМ, как доступная скорость передачи битов (Available Bit Rate — ABR), нацелена на поддержку приложений со значительно неравномерным трафиком, скажем передачу файлов по протоколам TCP/IP. А служба постоянной скорости передачи битов (Constant Bit Rate — CBR) подходит для поддержки приложений реального времени, скажем для передачи речи.

Интересной альтернативой для передачи данных является служба с коммутацией пакетов без установления соединений Switched Multimegabit Data Service (SMDS) (см. рис. 1д). SMDS реализована как наложенная сеть над ориентированной на установление соединений сетью АТМ. Абоненты подключаются к серверам через полупостоянные или коммутируемые соединения АТМ, что позволяет организовывать виртуальную сеть, обслуживающую закрытую группу пользователей. Для работы с трафиком, имеющим крайне неравномерную величину, хорошо подходит SMDS в сочетании с ABR.

Описанные выше подходы, возможно, будут реализованы в одной сети. Их общая цель — достижение высокого коэффициента использования ресурсов сети при передаче неравномерного трафика. Служба ABR соответствует этому требованию. Другой общей целью представленных подходов является необходимость разделения сетевых ресурсов для управления передачей данных и информации реального времени в сети ATM. Служба CBR поддерживает трафик реального времени, используя разделение гарантированных сетевых ресурсов.

Категории служб ATM

Для передачи трафика с различными характеристиками Форум ATM определил следующие категории служб (называемые также классами обслуживания. — Прим. ред.) ATM: постоянная (CBR), переменная (Variable Bit Rate — VBR), доступная (ABR) и неспецифицированная (Unspecified Bit Rate — UBR) скорость передачи битов.

В сетях ATM общего пользования, вероятно, станут применяться только две из этих категорий, а именно: CBR и ABR. Их преимущество состоит в том, что они позволяют выделять для каждого соединения достаточно ресурсов. CBR использует гарантированные ресурсы, а ABR забирает все оставшиеся, что позволяет задействовать оборудование коммутации и передачи данных почти на 100%.

Для разделения ресурсов служба VBR использует механизм статистического мультиплексирования. Но вряд ли такой механизм реально будет применяться в сетях общего пользования.

Служба UBR не представляет интереса для сетей общего пользования, так как вообще не предусматривает установления какого-либо соглашения на передачу трафика. Являясь дешевой службой, которая использует статистические особенности трафика, UBR скорее всего найдет ограниченное применение лишь для передачи данных в корпоративных сетях.

Мы полагаем, что ABR может использоваться для большинства приложений, предназначенных для VBR. А приложения для VBR, чувствительные к временной задержке, видимо, смогут использовать CBR. Для сохранения определенных величин вариации задержек (требование, накладываемое трафиком реального времени) очереди в коммутаторах должны быть небольшими. А чем меньше очередь, тем труднее задействовать преимущества, даваемые неравномерностью трафика.

Стоит отметить, что Форум ATM сейчас трудится над разработкой новой службы, основанной на ABR, которая предназначена для поддержки приложений реального времени.

CBR

CBR — очень простая служба, предназначенная для трафика, требовательного к величинам задержки и ее изменения, т.е. для передачи, в основном, речи и видео. Согласно CBR, исходный узел отправляет ячейки равномерно с согласованной скоростью.

Обычное соединение АТМ для передачи речи (со скоростью 64 Кбит/с) вносит дополнительную задержку 6 мс по сравнению с узкополосным каналом. Эта дополнительная задержка, вызванная формированием ячейки ATM, равносильна задержке, возникающей при передаче информации по узкополосному каналу на расстояние 1000 км. Поэтому создание "бесшовной" сети ATM весьма важно для речевой связи. Ведь задержка 6 мс еще допустима, однако ее увеличение крайне нежелательно. Если же соединение проходит через несколько сетей АТМ, то дополнительное время, затрачиваемое на формирование ячейки при каждом входе в сеть АТМ, может привести к неприемлемым задержкам.

Отдельно необходимо рассмотреть ситуацию, когда через сеть АТМ передается речевой поток с меньшими скоростями, скажем 8 и 16 Кбит/с. Такие скорости используются в радиосетях, например в сетях персональной связи (Personal Communication Networks). В подобных случаях время компоновки ячейки АТМ может быть слишком большим (48 мс для скорости 8 Кбит/с). Один из способов решения данной проблемы состоит в использовании ячеек меньшего размера (микроячеек), переносимых в обычной ячейке АТМ.

ABR

Служба ABR только недавно определена Сектором ITU-T и Форумом ATM. Это — несомненно наиболее важная служба, в полной мере использующая гибкость полосы пропускания сетей ATM и действительно эксплуатирующая эту полосу на все 100%. ABR может применяться для множества приложений. В принципе все приложения, связанные с передачей данных, в частности передача данных по протоколу IP и не требующая установления соединений служба SMDS, могут успешно воспользоваться ABR.

Цель ABR состоит в предоставлении гибкой и эффективной службы для приложений, ориентированных на передачу данных. С одной стороны, ABR обеспечивает эффективность ЛВС, а с другой — гарантирует выделение в любой момент времени каждому узлу определенной полосы пропускания. При перегрузке некоторого сетевого узла сеть сообщает источникам трафика о необходимости снижения скорости передачи. После устранения перегрузки эти скорости снова могут быть увеличены.

Служба ABR не контролирует величину вариации задержек ячеек (Cell Delay Variation — CDV) и, следовательно, она не ориентирована на работу с приложениями реального времени. При установлении ABR-соединения пользователь должен задать максимальную (Peak Cell Rate — PCR) и минимальную (Minimum Cell Rate — MCR) скорости передачи ячеек по сети. После чего сеть гарантирует выделение полосы пропускания не меньше MCR, а исходный узел обязуется посылать ячейки со скоростью, не превышающей PCR.

Между CBR и ABR есть существенное различие. Для CBR-соединения сеть все время должна поддерживать ресурсы, выделенные при его установлении. В случае ABR-соединения сеть может динамически изменять полосу пропускания, выделенную соединению, и тем самым адаптироваться к возникающей перегрузке. Таким образом ресурсы сети будут использоваться более эффективно. Механизм управления потоком ABR основан на ячейках управления ресурсами (RM-ячейках), передаваемых в потоке обычных пользовательских ячеек через равные интервалы времени.

Управление потоком

Существующая спецификация управления потоком предоставляет достаточную свободу при реализации коммутаторов, поддерживающих ABR. Основная функциональность такого управления обеспечивается на исходном и конечном узлах соединения. Принцип управления потоком ячеек показан на рис.2.

После n ячеек с пользовательской информацией исходный узел вставляет в поток RM-ячейку, передаваемую вперед. Конечный узел соединения возвращает ее, и она становится RM-ячейкой, передаваемой назад. Величина n определяется сетью на этапе установления соединения и находится в интервале от 2 до 256. Наиболее приемлемое значение равно 32; в этом случае обеспечивается достаточно эффективное управление потоком, а полоса пропускания за счет передачи RM-ячеек уменьшается незначительно, приблизительно на 3%. Исходный узел указывает свою текущую скорость передачи ячеек в RM-ячейке, передаваемой вперед. Конечный узел и коммутаторы могут маркировать RM-ячейки, передаваемые назад, с целью сообщить исходному узлу, что он должен уменьшить, либо может увеличить или сохранить свою скорость передачи. При возникновении перегрузок в сети конечные узлы и коммутаторы могут, в основном, применять три перечисленных ниже метода маркировки.

1. Маркировка EFCI (только для коммутаторов). В случае перегрузки коммутатор может устанавливать бит EFCI (Explicit Forward Congestion Indication) в пользовательской ячейке, передаваемой вперед. Бит EFCI находится в поле PTI заголовка ячейки. Конечный узел, получив извещение о перегрузке (т. е. получив пользовательскую ячейку с установленным битом EFCI), устанавливает специальный бит CI (congestion indication, индикатор перегрузки) в RM-ячейке, передаваемой назад. Исходный узел должен уменьшить скорость передачи данных в сеть при получении RM-ячейки с битом CI, равным 1. Этот узел сможет увеличить скорость передачи только при поступлении RM-ячейки с битом CI, равным 0.

2. Относительная маркировка. Если коммутатор "хочет", чтобы исходный узел снизил скорость передачи, то он устанавливает бит CI в RM-ячейках, передаваемых вперед или назад. Если же коммутатор "желает", чтобы исходный узел сохранил текущую скорость, то он может установить бит NI (no increase) в RM-ячейке. Уже установленные бит CI или бит NI не могут снять ни коммутатор, ни конечный узел.

3. Явная маркировка. В поле ER (Explicit Rate) RM-ячейки, передаваемой назад, вносится вычисляемое определенным образом значение, в соответствии с которым исходный узел должен изменить свою скорость передачи данных. Что касается поля ER RM-ячейки, передаваемой вперед, то в него исходный узел вносит свою максимальную скорость передачи данных. Коммутаторы и конечный узел могут лишь уменьшать значение поля ER.

В сети возможно сосуществование коммутаторов, поддерживающих разные методы маркировки. Если быть точнее, то соединение может быть установлено даже тогда, когда коммутаторы, через которые оно проходит, используют разные методы маркировки. Однако у относительной маркировки и маркировки EFCI есть серьезные недостатки, особенно в случае применения их в сетях общего пользования.

Требования к объему буфера

Размер буфера очень важен для коммутаторов, поддерживающих ABR. В случае возникновения перегрузок при прохождении через коммутаторы практически всем ячейкам придется вставать в очередь до тех пор, пока не заработает механизм управления потоком. Размер буфера зависит от используемого метода маркировки. Методы EFCI и относительной маркировки требуют буферов больших объемов (в этом отношении EFCI — наихудший вариант) по сравнению с методом явной маркировки.

Размер буфера зависит также от числа линий связи, их физических скоростей и расстояний до конечных узлов.

Для мощного мультигигабитного коммутатора (предназначенного для сетей общего пользования), поддерживающего метод явной маркировки, может потребоваться буфер, вмещающий более 20 тыс. ячеек. Для коммутаторов, применяющих методы EFCI и относительной маркировки, требования к объему буфера повышаются приблизительно в 5 раз.

Справедливое использование полосы

При передаче данных очень важно справедливое распределение пропускной способности между пользователями. Во время перегрузки каждому пользователю должна быть выделена соответствующая часть доступной полосы пропускания. В случае ABR только метод явной маркировки предоставляет такую возможность. При применении остальных методов пользователь может оказаться "блокированным". Это означает, что одно соединение полностью заняло всю доступную полосу пропускания, не допуская передачи информации по другому соединению.

Выбор алгоритма справедливого разделения полосы пропускания при применении метода явной маркировки остается за производителями коммутаторов. Было разработано несколько алгоритмов, но до сих пор не ясно, будет ли хоть один из них работать достаточно эффективно.

Контроль за использованием сетевых ресурсов

В сети общего пользования очень важен контроль за использованием сетевых ресурсов. Должна быть полная гарантия того, что при нарушении режима эксплуатации сетевых ресурсов одним пользователем, пострадавшим окажется только он сам. "Законопослушные" пользователи страдать от этого не должны.

Необходимо, чтобы функции контроля, используемые при ABR-соединении, динамически адаптировались в соответствии со скоростями, указанными в RM-ячейках. Следует предусмотреть, чтобы значения, задаваемые функциями контроля, обновлялись только через определенный интервал времени (например через время двойного прохода ячейки от исходного узла до коммутатора).

Должно быть ясно, что методы маркировки EFCI и относительной маркировки почти не позволяют эффективно контролировать использование сетевых ресурсов. Поэтому для операторов сетей общего пользования, уделяющих внимание функциям контроля, предпочтительнее использовать метод явной маркировки.

Сигнализация

При использования ABR сигнализация значительно усложняется: требуется производить обмен множеством параметров между пользователем и сетью. С целью упростить ситуацию для наиболее частых случаев задаются наборы профилей. Тогда пользователю надо просто выбрать один из наиболее подходящих наборов.

Очень важным параметром, задаваемым при установлении соединения, является время полного обхода, которое, главным образом, используется для вычисления необходимого буферного ресурса. Однако применяемая в настоящее время двухпроходная сигнализация не обеспечивает эффективного вычисления этого ресурса. В усовершенствованных схемах сигнализации для этой цели может передаваться модифицированный сигнал, содержащий скорректированные значения. Он отправляется либо после прохода первого сигнала, либо во время передачи пользовательского трафика.

Сети со службами ABR и CBR

Чтобы использовать технологию ATM для передачи данных и чувствительной к временным задержкам информации (скажем речи), необходим механизм разделения ресурсов. CBR-соединения должны в коммутаторах "обходить" ABR-соединения. Имея гарантированную полосу пропускания (соответствующую величине MCR), ABR-соединение может использовать всю оставшуюся полосу, если при этом сохраняется величина полосы пропускания, гарантированная CBR-соединениям.

Минимальный уровень требований к интеграции в одной сети служб ABR и CBR заключается в необходимости строгого разделения ресурсов на каждом узле сети, где может возникнуть перегрузка. Простейшая форма разделения ресурсов состоит в предоставлении высокого приоритета очередям для CBR-соединений и низкого приоритета очередям для ABR-соединений. В будущем появятся коммутаторы, позволяющие выделять ресурсы и очереди для каждого соединения.


распечатать статью




  
5 '1996
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Телефония через Internet: новое поле битвы?

локальные сети

• Беспроводные ЛВС: вчера, сегодня и завтра

• Недорогие коммутаторы Ethernet

• Мультимедиа и ЛВС

• Оптические дисковые автоматы

корпоративные сети

• Watchdog кусается

• "Плоды" большого дерева NDS

• Необычные, но невыдуманные истории

услуги сетей связи

• Категории служб в сетях АТМ

• Будущее карманных устройств связи

• Передача данных по сетям сотовой связи

• Обзор аппаратуры SDH

• Связные заметки с выставки CeBIT

интернет и интрасети

• Мир TCP/IP. Традиционные приложения (часть 2)

• Почтовый пакет компании Демос

• Списки рассылки: артерии информации

• Таблицы на Web

• Ваш след в Web

приложения клиент-сервер

• Связующее ПО. "Вождение" приложений по сети

• Связующее ПО. Смена веры

защита данных

• Управляемые ИБП: защита предприятия

• Системы firewall: можете спать спокойно

новые продукты

• Сетевые принтеры: новинки на Comtek’96, Многофункциональность System 5000, Накопители TRAVAN TR-4 фирмы Seagate



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх