Учебно-методическии комплекс дисциплины «Компьютерные сети» для специальности 6М011100 — «Информатика» (стр. 73 )

Стандартами ATM предусматривается коммутация пакетов с использованием виртуальных каналов (также иногда называемых виртуальными цепями) и определяются интерфейсы приложений с ATM. Таким образом, технология ATM предоставляет законченное сетевое решение для распределенных приложений. Параллельно с разработкой стандартов ATM крупные компании во всем мире вкладывают значительные средства в исследовательские работы и проектирование в области ATM. В результате этих инвестиций появилось множество высокопроизводительных технологийATM, включая ATM-коммутаторы, работающие на скоростях в несколько терабит в секунду. В последние годы технология ATM весьма агрессивно заявляет о себе на рынке как в телефонных сетях, так и на магистралях Интернета.

Однако в локальных сетях успехи технологии ATM не столь значительны. И пока не ясно, будет ли эта технология существенно представлена в мире настольных персональных компьютеров. В самом деле, пока ATM создавала свои комитеты по стандартам и исследовательские лаборатории в конце 80-х — начале 90-х, Интернет и протоколы TCP/IP уже успешно работали и развивались.

□  Набор протоколов TCP/IP интегрирован в большинство наиболее популярных операционных систем.

□  Компании начали заниматься коммерцией в Интернете.

□  Доступ в Интернет стал дешевле.

□  Для TCP/IP-сетей было разработано множество замечательных настольных приложений, включая web, Интернет-телефонию, а также интерактивное видео. В настоящее время тысячи компаний разрабатывают новые приложения и службы для Интернета.

Сегодня мы живем в мире, в котором большинство сетевых приложений рассчитано на работу только с протоколами TCP/IP. Вместе с тем ATM-коммутаторы способны пропускать данные на очень высоких скоростях, и, следовательно, они находят применение в магистральных сетях Интернета, где необходимость в передаче данных с высокой скоростью особенно остра. Когда технология ATM применяется в магистралях Интернета, протоколы TCP/IP работают поверх протокола ATM и рассматривают ATM-сеть, которая может охватывать целый континент, как одну большую сеть канального уровня.

Основные характеристики ATM

Ниже перечислены основные характеристики ATM.

□  Стандарт ATM определяет полный набор протоколов обмена данными от прикладного до физического уровня.

□  Модели обслуживания ATM включают обслуживание с постоянной битовой скоростью (Constant Bit Rate, CBR), с переменной битовой скоростью (Variable Bit Rate, VBR), с доступной битовой скоростью (Available Bit Rate, ABR) иснеуказаннойбитовойскоростью (Unspecified Bit Rate, UBR). Некоторые из этих моделей уже обсуждались нами в разделе «Модели сетевого обслуживания» главы 4.

□  В ATM применяется коммутация пакетов фиксированной длины 53 байта. В терминах ATM эти пакеты называются ячейками. Каждая ячейка состоит из 5-байтового заголовка и 48-байтовой «полезной нагрузки». Фиксированная длина ячеек и простота заголовков упрощают высокоскоростную коммутацию АТМ-ячеек.

□  В ATM-сетях используются виртуальные каналы. Номер виртуального канала, называемый идентификатором виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), помещается в специальное поле заголовка ATM-ячейки. Идентификаторы VCI используются коммутаторами для направления ATM-ячеек их адресатам.

□  Технология ATM не предоставляет повторной передачи ячеек на канальном уровне. Если коммутатор обнаруживает ошибку в заголовке ATM-ячейки, он пытается исправить ее при помощи помехоустойчивых кодов. Если исправить ошибку не удается, коммутатор не запрашивает повторную передачу у предыдущего коммутатора, а просто отбрасывает ячейку.

□  Технология ATM обеспечивает борьбу с перегрузкой только при обслуживании класса ABR (см. раздел «Модели сетевого обслуживания» в главе 4). Метод борьбы с перегрузкой, применяемый в службе ABR, рассматривался в разделе «Принципы контролирования перегрузки» главы 3, где было показано, что этот метод принадлежит к общему классу методов борьбы с перегрузкой, использующих возможности сети. ATM-коммутаторы предоставляют обратную связь передающим оконечным системам, помогая им регулировать скорость передачи данных во время сетевых перегрузок.

□  ATM-сети могут работать поверх практически любого физического уровня. Эта технология часто применяется поверх оптоволоконных кабелей, использующих стандарт SONET со скоростями передачи данных 155,52 Мбит/с, 622 Мбит/с и выше.

Как показано на рис. 15.1, стек протоколов ATM состоит из трех уровней: физического уровня ATM, уровня ATM и уровня адаптации ATM (ATM Adaptation Level, AAL).

□  Физический уровень A TM имеет дело с напряжениями, синхронизацией битов и формированием кадров, передаваемых по физическому носителю.

□  Уровень ATM представляет собой ядро стандарта ATM. Он определяет структуру АТМ-ячейки.

□  Уровень адаптации ATM в определенной степени соответствует транспортному уровню стека протоколов Интернета. Разработано несколько типов протокола AAL для поддержки различных типов служб.

Рис. 15.1 Три уровня АТМ

На сегодня ATM в основном применяется как технология канального уровня в локализованных областях Интернета. Для поддержки интерфейса с набором протоколов TCP/IP была разработана специальная разновидность протокола AAL, AAL5. Протокол AAL5 готовит IP-дейтаграммы для передачи их по АТМ-линиям, а также вновь собирает IP-дейтаграммы из ATM-ячеек. На рис. 5.42 изображен стек протоколов для области Интернета, в которой используется технология ATM. Обратите внимание, что в данной конфигурации три уровня ATM «втиснуты» в два нижних уровня стека протоколов Интернета. В частности, сетевой уровень Интернета рассматривает ATM как протокол канального уровня.

Рис. 15.2 Протоколы Интернета поверх протоколов ATM

Физический уровень ATM

Физический уровень занимается передачей ATM-ячейки по одной физической линии. Как показано в табл. 5.5, физический уровень состоит из двух подуровней: подуровня PDM (Physical Medium Dependent — подуровень, зависимый от физического носителя) и подуровня ТС (Transmission Convergence — подуровень конвергенции передачи).

Таблица 15.1 Два подуровня физического уровня и их сферы ответственности

Подуровень	Сферы ответственности
Подуровень ТС	Вставка холостых (не несущих полезной нагрузки) ячеек, определение границ ячейки, адаптация передачи кадра
Подуровень PDM	Физический носитель, напряжение сигнала и синхронизация, структура кадра

Подуровень PMD

Подуровень PMD располагается в самом низу стека протоколов ATM. Как видно из его названия, подуровень PMD определяется физическим носителем линии связи. В частности, спецификация подуровня PMD различается для разных физических носителей (оптического волокна, медного кабеля и т. д.). Подуровень PMD отвечает за передачу и прием отдельных битов. Существуют два класса подуровней PMD: подуровни PMD, имеющие структуру кадров передачи (например, Т1, ТЗ, SONET или SDH), и подуровни PMD, не имеющие такой структуры. Если у подуровня PMD есть структура кадров передачи, тогда он отвечает за формирование кадров и определение их границ. (Употребляемый в данном разделе термин «кадр» не следует путать с кадром канального уровня, упоминавшимся в начале этой главы. Кадр передачи представляет собой механизм физического уровня, вроде мультиплексирования с временным разделением, позволяющий организовать передачу битов по линии.) Подуровень PDM имеет дело с битами и не «видит» ячеек. Ниже перечислены некоторые возможные варианты подуровней PDM.

□  SONET/SDH (Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy — синхронная оптическая сеть/синхронная цифровая иерархия) поверх одномодового оптоволоконного кабеля. Подобно линиям Т1 и ТЗ, технологии SONET и SDH обладают структурой кадров, позволяющей выполнять синхронизацию битов между передатчиком и приемником. Некоторые скорости стандартизированы, например:

ОС-1 — 51,84 Мбит/с; ОС-3 — 155,52 Мбит/с; ОС-12 -622,08 Мбит/с.

□  Т1/ТЗ-кадры поверх оптоволоконного кабеля, микроволн (волн сантиметрового диапазона) и медного кабеля.

□  Вариант, основанный на ячейках, а не на кадрах передачи. В этом случае таймер в приемнике настраивается по сигналу.

Подуровень ТС

Уровень ATM специфицируется независимо от физического уровня. Он не имеет представления о технологии SONET, линиях Т1 и физическом носителе. Таким образом, возникает потребность в подуровне, имеющемся на передающей стороне линии для получения ATM-ячеек от уровня ATM и подготовки их к передаче по физическому носителю и на приемной стороне линии для группирования поступающих от физического уровня битов в ячейки и передачи их уровню ATM. Этим занимается подуровень конвергенции передачи (ТС), располагающийся над подуровнем PMD и под уровнем ATM. Следует отметить, что подуровень ТС также зависит от физического носителя — если мы поменяем физический носитель или лежащую в его основе структуру кадра передачи, тогда нам придется также сменить и подуровень ТС.

На передающей стороне подуровень ТС помещает ATM-ячейки в структуру кадра подуровня PDM. На приемной стороне он извлекает ATM-ячейки из структуры кадра подуровня PDM, а также проверяет контрольную сумму заголовка. Более детально подуровень ТС выполняет следующие задачи.

□  На передающей стороне подуровень ТС формирует для каждой передаваемой ATM-ячейки байт контрольной суммы заголовка. На приемной стороне подуровень ТС при помощи байта контрольной суммы заголовка исправляет все однобитовые ошибки в заголовке, тем самым снижая вероятность некорректной маршрутизации ячеек. Контрольная сумма заголовка вычисляется по первым 32 битам заголовка, для чего используется восьмибитовая техника полиномиальных кодов, обсуждавшаяся в подразделе «Циклический избыточный код» раздела «Обнаружение и исправление ошибок».