Принципы построения и компоненты сетей АТМ

Отличительной особенностью асинхронной сетевой технологии АТМ является повышение пропускной способности физического канала передачи данных за счет более эффективного уплотнения трафика логических подканалов.

Сравнительные возможности по уплотнению разнородного трафика традиционных синхронных технологий, основанных на временном мультиплексировании каналов TDM (Time Division Multiplexing), и технологии АТМ представлены на рис. 6.6.

 

 

Рис. 6.6. Возможности повышения пропускной способности канала за счет уплотнения трафика технологий TDM (а) и АТМ (б)

 

Передача ячеек в сетях АТМ возможна только после предварительного установления соединения между абонентскими системами. Соединение выполняется сетевыми коммутаторами по запросу передающей абонентской системы.

Структурная схема сети АТМ представлена на рис. 6.7. Основными компонентами сетей АТМ являются:

- АТМ-коммутаторы, представляющие собой высоко-производительные специализированные вычислительные устройства, реализующие передачу информационных ячеек по магистральным каналам сети;

- сетевые магистральные и пользовательские каналы связи;

- абонентские системы с сетевыми АТМ-адаптерами.

В сетях АТМ информация, передаваемая между абонентскими системами, разбивается на информационные кадры фиксированного размера в 53 байта. Такие кадры называются ячейками (cell). Ячейки пересылаются между абонентскими системами через сеть АТМ - коммутаторов.

 

 

Рис. 6.7. Структура сети АТМ: АС – абонентская система; СРЕ (Customer Premises Equipment) – АТМ-адаптер абонентской системы; UNI (User - Network Interface) – интерфейс пользователь-сеть; NNI (Network - Network Interface) – интерфейс сеть-сеть

 

Коммутация ячеек сочетает преимущества коммутации пакетов (передача данных в виде индивидуально адресуемых кадров) и коммутации каналов (использование кадров небольшого фиксированного размера, уменьшающих задержки в сети), что обеспечивает передачу данных по каналам АТМ со скоростями от 155 Мбит/с до 2,2 Гбит/с (в перспективе до 10 Гбит/с).

АТМ-коммутаторы создают широкополосный физический канал, в котором динамически можно формировать более узкополосные виртуальные каналы. Для передачи ячеек с требуемым качеством сформированные каналы должны обладать заданной пропускной способностью, а соответствующие им коммутаторы ‑ необходимым объемом буферной памяти. Все физические соединения в сетях АТМ выполняются по принципу «точка ‑ точка». Определено два основных интерфейса, которые должны поддерживать сетевые коммутаторы:

- интерфейс пользователь-сеть (UNI, User-to-Network Interface), используемый для соединения абонентских систем с АТМ-коммутаторами;

- интерфейс сеть-сеть (NNI, Network-to-Network Interface), предназначенный для соединения магистральных коммутаторов между собой.

 

Формат АТМ- ячеек

Все АТМ-ячейки имеют фиксированный размер в 53 байта, 5 байтов из которых отведены под заголовок и 48 байтов - под пользовательские данные. Ячейки, передаваемые через интерфейсы UNI и NNI, отличаются друг от друга только форматом заголовка (рис. 6.8).

Поле GFC (Generic Flow Control) ‑ общее управление потоком, существует только в UNI и, как правило, не используется. В NNI биты, занимаемые этим полем, передаются полю VPI.

Поле VPI (Virtual Path Identifier) ‑ идентификатор виртуального пути. Виртуальный путь может объединять виртуальные каналы, проложенные по одному маршруту через сеть, или каналы, имеющие общую часть маршрута.

 

 

Рис. 6.8. Форматы АТМ-ячеек для интерфейсов UNI и NNI

 

Поле VCI (Virtual Channel Identifier) ‑ идентификатор виртуального канала, назначаемый соединению при его установлении. Все ячейки, передаваемые через это соединение, имеют одинаковый VCI. Поля VCI и VPI позволяют определить следующую точку назначения ячейки - следующий коммутатор на маршруте ее передачи.

Каждый коммутатор назначает этим полям новые значения, так что содержимое полей VPI и VCI имеют смысл только для одной конкретной линии связи, а не для всей сети.

Поле PT (Payload Type) ­ тип информации, позволяет различать пользовательские и служебные ячейки. Первый бит этого поля в пользовательских ячейках равен 0, а в служебных ‑ 1.

Поле CLP (Congestion Loss Priority) ‑ приоритет потерь при перегрузках, выставляется в 1 для указания низкоприоритетных ячеек, которые можно удалить при перегрузке сети.

Поле HEC (Header Error Control) ‑ контрольная последовательность для заголовка, содержит контрольную сумму, вычисленную с помощью корректирующего кода Хемминга.

Коммутаторы ATM могут работать в двух режимах, различающихся использованием значений полей VCI и VPI:

- в режиме коммутации виртуального пути;

- в режиме коммутации виртуального канала.

Виртуальный путь представляет собой группу виртуальных каналов, которые в пределах данного интерфейса имеют одинаковое направление передачи данных.

Виртуальный канал представляет собой фрагмент логического соединения, по которому производится передача данных одного пользовательского процесса.

Первый режим игнорирует поле VCI и выполняет передачу ячеек только на основе поля VPI. Так работают магистральные коммутаторы, коммутирующие группы виртуальных каналов как единое целое ‑ виртуальный путь. Коммутаторы локальных сетей обычно работают во втором режиме ‑ режиме коммутации виртуальных каналов, игнорируя поле VPI и анализируя только поле VCI.