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

  

Управление трафиком ATM

О. М. Алленов

В последние годы стал очевидным рост интереса к технологии ATM, проявляющийся на фоне постоянного развития самой технологии. В данной статье будут рассмотрены некоторые существенные, по мнению автора, аспекты ATM.

Что является основной составляющей технологии ATM - той самой составляющей, которая способна обеспечить ей преимущества перед технологиями временного мультиплексирования (TDM) и Синхронной Цифровой Иерархии (SDH)? Коммутация ячеек? Или все-таки что-то еще?

Основное достоинство технологии ATM - это предоставляемая ею возможность объединять различные типы трафика в единый поток с помощью механизма статистического мультиплексирования, позволяющего более эффективно использовать полосу пропускания. Справедливости ради следует заметить, что это достоинство влечет за собой и ряд недостатков. В отличие от традиционной технологии временного мультиплексирования в ATM, как в X.25 и Frame Relay, не существует жесткого закрепления тайм-слотов за входящими потоками. Напротив, все входящие потоки конкурируют за право использовать общую магистраль, а при отсутствии возможности "мирно" ужиться в рамках ее пропускной способности начинают вытеснять друг друга, что может повлечь за собой потерю трафика. Именно это и заставляет вводить в ATM специальные механизмы управления трафиком, обеспечивающие контроль за распределением ресурсов сети между потоками данных в соответствии с требуемым качеством обслуживания.

В свою очередь, к недостатку синхронных методов передачи, например TDM, относится то, что они не позволяют смещать блоки данных по времени для заполнения "пустот" в канале (рис. 1). Это приводит к неэффективному использованию полосы пропускания. Любой же статистический мультиплексор способен "по своему усмотрению" буферизовать данные так, чтобы уплотнить трафик разных пользователей в один общий поток (см. рис 1.). Это позволяет избежать незаполненных участков и обеспечить максимально эффективное использование каналов. (В статье не рассматривается проблема избыточности трафика ATM, связанная с добавлением служебной информации.)

На рис. 1 показано, как статистический мультиплексор ATM заполняет трафиком полосу пропускания, которая при использовании мультиплексора TDM осталась бы незадействованной. Еще раз подчеркнем, что мультиплексор ATM не резервирует тайм-слоты для входящих потоков. Потоки могут иметь лишь различные уровни приоритета на использование полосы пропускания; эти уровни определяются параметрами качества обслуживания. Отсутствие резервирования тайм-слотов означает, что данные не могут мгновенно вводиться в тракт передачи и вынуждены проводить некоторое время в буферах, ожидая появления свободного "окна".

Рис. 1. Уплотнение трафика с помощью мультиплексоров АТМ и традиционного TDM

Рис. 1. Уплотнение трафика с помощью мультиплексоров АТМ и традиционного TDM

В чем же недостатки метода статистического мультиплексирования? Выравнивание нелинейности трафика с помощью буферов хорошо подходит для передачи данных, некритичных к временныўм задержкам. Но представьте себе, чтоў произойдет, если подобное выравнивание применить к потоку видеоинформации или речи. Изменение временныўх интервалов между блоками данных (рис. 2) может привести к появлению большой черной полосы на экране вашего телевизора или шипению и треску в телефонной линии.

Рис. 2. Искажение данных при буферизации

Рис. 2. Искажение данных при буферизации

Чтобы избежать искажений трафика, необходимы механизмы, которые позволяли бы мультиплексорам (коммутаторам) ATM осуществлять контроль за передачей данных, определять допустимые границы изменения времени передачи блоков данных, "интеллектуально" распределять ресурсы сети ATM, т. е. нужны механизмы управления трафиком ATM.

Первоначальной процедурой при организации виртуального соединения ATM является согласование всех параметров, необходимых для качественной передачи данных. Набор этих параметров определяет так называемый трафик-контракт пользователя. За соблюдением этого трафик-контракта как со стороны сети, так и со стороны пользователя и "следят" механизмы управления трафиком.

Эти механизмы функционируют на входе трафика пользователя в сеть ATM - для согласования реальных характеристик трафика с характеристиками, оговоренными в трафик-контракте; в середине сети - для сглаживания искажений, вносимых сетевыми элементами, и на выходе из сети - для восстановления исходной формы трафика. Управление трафиком может быть задействовано как для конкретного соединения, так и для группы соединений, скажем для всех соединений виртуального пути или соединений, проходящих через конкретный порт коммутатора ATM.

Ниже мы рассмотрим некоторые механизмы управления трафиком.

Сброс данных на пакетном уровне

При передаче трафика через сеть ATM одной из функций, возлагаемой на пограничный коммутатор или мультиплексор ATM, является инкапсуляция получаемых от пользователя пакетов в ячейки ATM. Под пакетом здесь подразумевается поступающий на уровень ATM блок данных протокола вышележащего уровня, например IP или Frame Relay.

При этом большие пакеты не могут целиком уместиться в 53-байт ячейки ATM и поэтому подвергаются фрагментации - разбиваются на маленькие сегменты, которые затем легко "пакуются" (инкапсулируются) в ячейки. При потере в процессе передачи хотя бы одной ячейки, переносящей содержимое пакета, принимающая станция не сможет восстановить его первоначальный вид и в конце концов будет вынуждена удалить оставшиеся ячейки этого пакета. Ведь в ATM нет механизмов восстановления потерянных ячеек.

Пересылка по сети таких "испорченных" (неполных) пакетов означает абсолютно бесполезную трату ее ресурсов. Кроме того, создавая дополнительные очереди, неполные пакеты могут отрицательно влиять на качество передачи полезного трафика. Чтобы избежать этого, коммутатор ATM должен автоматически уничтожать поврежденные пакеты, извлекая их из общего потока и тем самым "освобождая дорогу" ячейкам других пакетов. Задачу уменьшения числа неполных пакетов решают механизмы сброса пакетов.

Существует два основных типа этих механизмов: ранний сброс пакетов - Early Packet Discard (EPD) и сброс остатков пакета - Tail (или Partial) Packet Discard (TPD). Данные механизмы способны более чем в 10 раз увеличить полезную пропускную способность сети. И наоборот, при их отсутствии полезная пропускная способность может упасть настолько, что у пользователей возникнут сомнения относительно целесообразности применения технологии ATM вообще.

Ранний сброс пакетов

В моменты перегрузок перед коммутатором ATM "встает вопрос" о том, как избавиться от избыточного трафика. Используя механизмы управления потоком (flow control), можно, конечно, послать источнику трафика сообщение с требованием снизить скорость передачи данных. Но что делать, если такие механизмы отсутствуют или работают слишком медленно. Тогда коммутатор вынужден будет начать сброс поступающих ячеек. Однако удаление ячеек случайным образом может серьезно ухудшить положение дел в сети.

В качестве примера рассмотрим передачу через сеть ATM пакета IP размером 9180 байт. Он будет "нарезан" примерно на двести 53-байт ячеек. Представим себе ситуацию, когда испытывающий перегрузку коммутатор ATM, чтобы избавиться от лишнего трафика, начинает уничтожать каждую 200-ю ячейку. С одной стороны, это совсем незначительные потери, которые практически никак не влияют на общую скорость передачи. Но, с другой - при отсутствии даже одной ячейки из каждых 200, составляющих исходный пакет, оконечный коммутатор ATM уже не сможет восстановить первоначальный вид этого пакета и будет вынужден сбросить остальные 199 ячеек (рис. 3). Таким образом, потеря всего лишь одной ячейки из каждого пакета приведет к полной потере трафика.

Рис. 3. Потеря всего пакета IP при сбросе всего одной его ячейки

Рис. 3. Потеря всего пакета IP при сбросе всего одной его ячейки

Механизм раннего сброса пакетов позволяет коммутатору осуществлять выборочное удаление ячеек, если, конечно, это необходимо. Так, в нашем примере гораздо эффективнее удалить подряд 200 ячеек, принадлежащих одному пакету. Освободившиеся при этом ресурсы станут доступными для передачи ячеек всех остальных пакетов, что позволит им без потерь добраться до получателя.

Сброс остатков пакета

Механизм TPD предусматривает автоматическое удаление остатков пакета "по факту" удаления хотя бы одной принадлежащей ему ячейки. Он применяется коммутаторами не только в ситуациях, когда они испытывают перегрузку. Например, если ячейка потока видеоданных "опаздывает" и не вписывается в отведенный ей временной интервал CDVT, она должна быть уничтожена, чтобы не вызвать наложение видеокадров. В этом случае коммутатор тут же уничтожит оставшиеся ячейки пакета, избавив сеть от пустой траты ресурсов на их передачу.

Принадлежность ячеек к определенным пакетам коммутатор ATM определяет с помощью поля PTI заголовка ячейки. При использовании пятого уровня адаптации ATM (AAL 5) это поле служит для указания границы пакета.

Управляемые буферы

Как уже говорилось выше, поступающие в коммутатор ATM данные не могут быть обработаны мгновенно. Это связано с рядом факторов: конечным временем, необходимым коммутатору для принятия решения о маршрутизации, возможными перегрузками и т. д. Поэтому полученные коммутатором данные должны какое-то время побыть в его памяти, ожидая своей очереди на передачу. Такая память называется буфером. Механизмы управления буферами являются одними из основных механизмов управления трафиком.

Представьте себе ситуацию, когда несколько потоков данных претендуют на один и тот же ресурс (например, выходной порт), а он не в состоянии обслужить все их одновременно. Возникает конфликт, разрешение которого частично ложится на механизмы управления буферами. Они должны динамически распределить буферную емкость между потоками в соответствии с запрашиваемым качеством обслуживания: какой-то поток обслужить в первую очередь, какой-то задержать в буферах, а какой-то сбросить из-за нехватки памяти.

Простое увеличение объема буферной памяти не всегда приносит желаемый результат. Например, даже при использовании входного буфера огромных размеров вновь прибывшая ячейка может быть блокирована предыдущей ячейкой (при структуре буфера FIFO), ожидающей своего распределения на перегруженный выходной порт. Таким образом, даже если выходной порт для нашей ячейки будет свободен, она вынуждена стоять в очереди и ждать, пока не освободится выходной порт предыдущей ячейки. В связи с этим возникает идея организации индивидуальных очередей для каждого виртуального соединения.

В этом случае для каждого порта создается несколько буферов, причем каждый из них предназначен для трафика с определенными требованиями к качеству обслуживания (рис. 4). Объем конкретного буфера и алгоритм обработки поступающих в него данных непосредственно связаны с типом трафика - UBR, ABR, VBR-rt, VBR-nrt или CBR - и его характеристиками - допустимым разбросом значений временныўх задержек (CDVT), коэффициентом потерь (CLR) и т. д. В рамках этих буферов создаются индивидуальные очереди, которых может быть по нескольку тысяч на каждый порт. Виртуальные соединения размещаются в индивидуальных очередях в соответствии с требуемым классом обслуживания.

Рис. 4. Выделение буферной памяти под определенные типы трафика

Рис. 4. Выделение буферной памяти под определенные типы трафика

В общем случае увеличение емкости буферов облегчает процедуру распределения трафика. Но на практике создание больших буферов нецелесообразно, поскольку существенно повышает стоимость оборудования.

Неэффективным является и жесткое резервирование буферного пространства под определенный тип трафика - CBR, VBR и т. д. Ведь возможна ситуация, когда, например, трафик VBR никогда не появится на данном порте, а, значит, соответствующий буфер будет все время пустовать или когда присутствие трафика только одного типа может привести к переполнению зарезервированного для него буфера и сбросу ячеек, в то время как другие буферы будут простаивать. Наиболее приемлемое здесь решение заключается в динамическом распределении буферной памяти в зависимости от текущих потребностей. При этом неиспользуемое буферное пространство, зарезервированное под один тип трафика, может динамически передаваться во временное пользование другому типу трафика.

***

В заключение следует еще раз подчеркнуть, что управление трафиком - одна из основных, а может быть, даже самая главная составляющая технологии ATM. Без такого управления или при недостаточно эффективной его реализации теряются практически все преимущества асинхронного режима ATM по сравнению с синхронным, а также преимущества коммутации ячеек ATM по сравнению с другими типами быстрой коммутации. Неэффективная реализация алгоритмов обслуживания очередей, неправильная расстановка приоритетов обслуживания трафика, отсутствие контроля за взаимовлиянием потоков трафика - все эти, как и многие другие, негативные факторы могут значительно снизить полезную пропускную способность сети.

Большинство механизмов управления трафиком не стандартизованы и являются интеллектуальной собственностью конкретной фирмы-производителя. Они как раз и служат тем ключевым элементом, который отличает коммутаторы ATM разных производителей друг от друга, причем реализация этих механизмов определяет существенную часть стоимости коммутатора. Дешевый коммутатор может вообще не иметь механизмов управления трафиком. Но стоит ли тогда использовать такое устройство?





  
4 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• На выходные - в XXI век с "Телеком Финланд"

локальные сети

• Не вините во всем сеть

• Сетевые ОС: кому принадлежит будущее?

• Конвертеры среды передачи

• Эффективность экранирования кабельных коробов

• Тестируем DLT-библиотеки среднего уровня

• Взаимодействие Windows NT с другими ОС

корпоративные сети

• Повелители маршрутов

• Российский АТМ. Заметки на марше

• Управление трафиком АТМ

• ADSL поможет АТМ "дойти" до пользователя

• DTP-мониторы для масштабируемых Web-служб

• Оценка эффективности применения ERP-систем

услуги сетей связи

• О качестве телефонной сети общего пользования

• Система WLL на основе технологии FH-CDMA

системы учрежденческой связи

• Отечественные системы локального биллинга

интернет и интрасети

• Интернет в России или Россия в Интернет?

• Будущее Java

• Удаленное управление с помощью Web-браузера

защита данных

• Маршрутизаторы ISDN с функциями межсетевых экранов

• Стабилизаторы напряжения электросети и фильтры

бизнес

• Интервью с вице-президентом компании АМР г-ном Д-Арси Роуч

новые продукты

• Система автоматизации документооборота ЭСКАДО

только на сервере

• ...а CDMA идет!

• Управление трафиком в корпоративных сетях



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