Сети с установлением соединений

Для передачи пакетов по сети ATM от источника к месту назначения, источник должен сначала установить соединение с получателем. Установление соединения перед передачей пакетов напоминает то, как осуществляется телефонный звонок: сначала набирается номер, телефон абонента звонит, а затем снимается трубка на другом конце провода.

При использовании таких технологий передачи данных, как Ethernet и Token Ring, соединение между источником и получателем не устанавливается – пакеты с соответствующей адресной информацией выдаются в среду передачи, а сетевое оборудование их передает.

В сети с установлением соединений пакеты начинают передаваться не сразу. Сетевое оборудование сначала должно установить соединение между отправителем и получателем. Сети с установлением соединений могут резервировать для конкретного соединения полосу пропускания, гарантируя для данного соединения определенную скорость передачи данных. Таким образом, обеспечивается предоставление качества услуг (Quality of Service – QoS). Сети без установления соединения, в которых устройства просто передают пакеты по мере их получения, не могут гарантировать полосу пропускания.

Коммутируемые сети

При запросе одним устройством соединения с другим, коммутаторы, к которым они подключены, устанавливают соединение между этими устройствами. При установлении соединения коммутаторы определяют оптимальный маршрут для передачи данных (в традиционных сетях эта функция выполняется маршрутизаторами). Когда соединение установлено, коммутаторы начинают пересылать пакеты данных между источником и получателем.

Если сетевые узлы подключаются непосредственно к коммутатору Ethernet, то каждый из них, как и в коммутации ATM, получает прямой монопольный доступ к порту коммутатора, который не является устройством совместного доступа.

Но в отличии от коммутации Ethernet, в ATM нет необходимости осуществлять арбитраж для определения того, какое из устройств в каждый момент времени имеет доступ к среде передачи. Устройства, подключенные к портам коммутатора Ethernet, должны участвовать в арбитраже, так как интерфейсные платы Ethernet рассчитаны на использование арбитражного протокола для определения того, имеет ли станция доступ к среде передачи. Коммутация ATM также отличается от коммутации Ethernet тем, что коммутаторы ATM устанавливают соединение между отправителем и получателем.

Архитектура ATM

- Физический уровень

- Уровень ATM

- Уровень адаптации ATM

Многие технологии передачи данных соответствуют семиуровневой сетевой модели OSI. Модель ATM состоит из трех уровней: физического, уровня ATM и уровня адаптации ATM.

Три этих уровня примерно соответствуют по функциям физическому, канальному и сетевому уровню модели OSI (рисунок 15.1). В настоящее время модель ATM не включает в себя никаких дополнительных уровней, т.е. таких, которые соответствуют более высоким уровням модели OSI. Однако самый высокий уровень в модели ATM может связываться непосредственно с физическим, канальным, сетевым или транспортным уровнем модели OSI, а также непосредственно с ATM-совместимым приложением.

Рисунок 15.1 - Сетевые модели ATM и OSI

Физический уровень

Как в модели ATM, так и в модели OSI стандарты для физического уровня устанавливают, каким образом биты должны проходить через среду передачи. 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.

Наиболее часто используются разработанные ATM Forum скорости передачи 155 (кабели "витая пара" категории 5, экранированная "витая пара" типа 1, оптоволоконный кабель) и 622 Мбит/сек (оптоволоконный кабель).

Уровень ATM

Уровень ATM регламентирует передачу сигналов, управление трафиком и установление соединений. 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 в модели OSI для сетевого уровня.

На уровне ATM описывается, как получать ячейку, сгенерированную на физическом уровне, добавлять 5-байтный заголовок и посылать ячейку на уровень адаптации ATM. Также определяется, каким образом нужно устанавливать соединение с таким качеством сервиса, которое запрашивает ATM-устройство или конечная станция.

Для установления соединения определяются виртуальные каналы и виртуальные пути. Виртуальный канал – это соединение между двумя конечными станциями ATM, которое устанавливается на время их взаимодействия. Виртуальный канал является двунаправленным, поэтому после установления соединения каждая конечная станция может как посылать пакеты другой станции, так и получать их от нее по этому каналу.

После того, как соединение установлено, коммутаторы передают ячейки, используя адресные таблицы, в которых содержится информация об адресе порта, из которого приходят ячейки, идентификаторы виртуальных каналов (virtual circuit identifiers – VCI) и идентификаторы виртуальных путей (virtual path identifiers – VPI). Из адресных таблиц определяется, какие идентификаторы VCI и VPI коммутатор должен включить в заголовки ячеек перед тем как их передать.

Существует три типа виртуальных каналов: постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuits – PVC), коммутируемые виртуальные каналы (switched virtual circuits – SVC) и интеллектуальные постоянные виртуальные каналы (smart permanent virtual circuits – SPVC).

PVC – это постоянное соединение между двумя конечными станциями, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. PVC проходит через все коммутаторы, расположенные между конечными станциями. После установки PVC для него резервируется определенная часть полосы пропускания, и двум конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединение.

SVC устанавливается динамически, когда две конечная станция обмениваются данными друг с другом. По окончании обмена через некоторый промежуток времени SVC сбрасывается. Соединение устанавливается только в том случае, если сеть в состоянии поддерживать это соединение.

SPVC имеет свойства каналов PVC и SVC. SPVC устанавливается вручную на этапе конфигурирования сети. При этом оператор сети указывает только конечные станции, для которых должно быть установлено соединение. Для каждого нового сеанса передачи данных между станциями коммутатор определяет, по какому пути будут проходить ячейки.

В сети, в которой используются SVC, имеется больше накладных расходов на установление соединений, чем для каналов PVC. Применение PVC обеспечивает лучший контроль за сетью, так как соединения устанавливаются по выбранному оператором пути передачи ячеек.

Каналы SVC используют полосу пропускания сети более экономично, так как они образуются только тогда, когда это необходимо. А каналы PVC постоянно занимают полосу пропускания. Каналы SVC более легки в администрировании, поскольку устанавливаются автоматически, а не вручную. Применение SVC обеспечивает отказоустойчивость сети посредством того, что когда коммутатор выходит из строя, автоматически осуществляется переход на работу по другому пути.

В описании процесса установления соединения определяются также виртуальные пути. Виртуальный канал является соединением, установленным между двумя конечными станциями на время их взаимодействия, а виртуальный путь – это путь между двумя коммутаторами, который существует постоянно, независимо от того, установлено соединение или нет.

Когда пользователь запрашивает виртуальный канал, коммутаторы определяют, какой виртуальный путь использовать для достижения конечных станций. По одному и тому же виртуальному пути может передаваться одновременно трафик множества виртуальных каналов.