МОДЕЛЬ АТМ. МАРШРУТИЗАЦИЯ В АТМ.

Сущность режима ATM 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 современных технологиях, 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. 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 их 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.

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.

Идея создания широкополосной сети 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 графиком;

• 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 к временной и семантической прозрачности сети и их адаптация к единому методу переноса.

Маршрутизация в АТМ

Управление процессами маршрутизации является важнейшей функцией сетевого уровня. Маршрутизация в сетях ATM имеет некоторое отличие от маршрутизации в пакетных сетях. Сети ATM ориентированы на соединение. Это означает, что выбор маршрута относится только к установлению соединения, а перенос ячеек в сети происходит по уже выбранному маршруту с помощью коммутаторов ATM на уровне ATM согласно уникальным для каждого звена значениям идентификаторов виртуального пути и виртуального канала.

В дейтаграммной сети маршрут выбирается непосредственно для каждого пакета, вследствие чего два последовательных пакета одной и той же пары корреспондирующих пользователей могут проходить по разным маршрутам. Качество обслуживания пользователей в виртуальном соединении во многом определяется временем задержки, джиттером задержки, а также величиной вероятности потери ячеек или величиной вероятности прихода ячеек не по адресу. Заявка на новое виртуальное соединение должна приниматься только тогда, когда ресурс пропускной способности на всем маршруте прохождения соединения достаточен как для обеспечения качества обслуживания нового виртуального соединения, так и для сохранения требуемого качества обслуживания ранее составленных соединений. Одним из основных требований к маршрутизации является робастность ее алгоритмов. Алгоритм выбора маршрута для установления соединения должен быть достаточно гибким для учета большого количества противоречивых факторов, определяющих качество обслуживания пользователей при организации виртуального соединения по данному маршруту, а с другой стороны должен быть достаточно простым, чтобы коммутационное устройство доступа пользователей в сеть могло выполнять все функции маршрутизации, управления потоками и защиты от перегрузок. В самом общем плане алгоритмы маршрутизации можно разбить на два класса:

• централизованные алгоритмы;

• децентрализованные (распределенные) алгоритмы. В централизованных алгоритмах решающие функции закреплены за одним узлом, который посылает соответствующие команды основным узлам. Согласно децентрализованным алгоритмам маршрутизации каждый узел самостоятельно выбирает маршрут передачи (или ее направление) на основе собственной информации. Данные алгоритмы, в зависимости от используемой в них информации о структурном состоянии связности сети, пропускной способности цифровых трактов и интенсивности потоков ячеек, можно разделить на три класса:

• адаптивные (динамические);

• фиксированные (статистические);

• квазистатистические.

ПРОТОКОЛ HDLC.

Протокол может использоваться в каналах доступа, обеспечивает гарантированную доставку кадров. HDL- бит-ориентированный протокол канального уровня. Для синхронизации канала используется комбинация типа "флаг" (код 01111110) . Началом передаваемого блока данных (кадра) является первый байт после флага, отличный от него. После передачи последнего информационного байта сразу передаются флаги. HDLC обеспечивает синхронный режим работы с полным дублированием, имеет вариант для 32-х битовых контрольных сумм. HDLC обеспечивает следующие три режима передачи: Режим нормальной ответной реакции(NRM). В этом режиме вторичные узлы не могут иметь связи с первичным узлом до тех пор, пока первичный узел не даст разрешения. Режим асинхронной ответной реакции (ARM). Этот режим передачи позволяет вторичным узлам инициировать связь с первичным узлом без получения разрешения. Асинхронный сбалансированный режим (ABM). В режиме АВМ появляется "комбинированный" узел, который, в зависимости от ситуации, может действовать как первичный или как вторичный узел. Все связи режима АВМ имеют место между множеством комбинированных узлов. В окружениях АВМ любая комбинированная станция может инициировать передачу данных без получения разрешения от каких-либо других станций. Каждый протокольный блок в общем случае состоит из адреса принимающей станции, поля управления, информационной части и контрольной суммы. В поле управления могут размещаться идентификатор кадра, номера переданного и принятого кадров, признак запроса и др. В протоколе HDLC используются 23 типа протокольных блоков. Для организации связи станции обмениваются кадрами, определяющими режим передачи данных.