Сеть АТМ работает с установлением виртуального канала и позволяет качественно передавать компьютер-ные данные, видеоизображение и голос со скоростью от 155 до 622 Мбит/с (сети ATM используют на фи-зическом уровне технологию SONET/SDH, принимая ее иерархию скоростей). Сеть ATM имеет структуру, сходную со структурой сетей X.25 и Frame Relay: конечные станции соединяются каналами "точка-точка" с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Конечные узлы в сети ATM имеют адреса длиной в 20 байт из которых: 1 байт определяет один из возможных форматов адреса (Authority and Format Identifier, AFI), 8 байт – основная часть адреса (до 15 цифр: код страны, код города, номер абонента – аналогично номеру абонента в сети ISDN), 4 байта номер сети/подсети ATM, 6 байт номер конечного узла в сети ATM (MAC-адрес сетевой карты компьютера), 1 байт – поле селектора (вспомогательное поле). Таблицы маршрутизации коммутаторов составляются вручную, или при помощи протокола PNNI. Установленные виртуальные каналы (выделенные или коммутируемые) нумеруются при помощи идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI). Несколько виртуальных каналов, проходящих через одни и те же коммутаторы, могут объединяться в один виртуальный путь (Virtual Path Identifier, VPI). Так как виртуальных путей меньше, чем виртуальных каналов, то и записей в таблице коммутации портов будет меньше, что ускоряет коммутацию.

Важной отличительной чертой сети ATM является маленький размер пакета данных (53 байта) и хорошо проработанная система параметров качества обслуживания (QoS), что позволяет в равной степени хорошо передавать по сети, как компьютерный трафик (объединение локальных сетей), так и мультимедий-ный трафик (видеоизображение, голос).

Трафик вычислительных сетей имеет ярко выраженный асинхронный и пульсирующий характер. Компьютер посылает пакеты в сеть в случайные моменты времени, по мере возникновения в этом необходи-мости. При этом интенсивность посылки пакетов в сеть и их размер могут изменяться в широких пределах. Чувствительность компьютерного трафика к потерям данных высокая, так как без утраченных данных обойтись нельзя, и их необходимо восстановить за счет повторной передачи. В то же время, чувствитель-ность компьютерного трафика к задержкам передачи пакетов данных незначительна. Мультимедийный трафик (голос, видео) характеризуется низким коэффициентом пульсаций, высокой чувствительностью к задержкам передачи данных (отражающихся на качестве воспроизводимого сигнала) и низкой чувствитель-ностью к потерям данных (из-за инерционности физических процессов потерю отдельных замеров голоса или кадров изображения можно компенсировать сглаживанием на основе предыдущих и последующих значений). Сложность совмещения компьютерного и мультимедийного трафика в одной сети проиллюстрирована на рис. 7.6.

Рис. 7.6 Два типа трафика: а – компьютерный, б- мультимедийный.

На возможности совмещения этих двух видов трафика большое влияние оказывает размер компьютерных пакетов. Если в сети допускаются большие размеры пакетов данных, то один единственный большой пакет может "занять" порт коммутатора и затормозить передачу всех остальных пакетов, что не допустимо для мультимедийного трафика. Кроме того, если минимально допустимый размер пакета велик, то в одном пакете данных (чтобы не терять впустую место) будет передаваться несколько замеров голоса. В результате, первый замер голоса, помещаемый в пакет, будет отправлен не сразу же, а только после того, как в пакет будут помещены все остальные замеры, что приведет к значительным задержкам и потере качества переда-чи голоса. Поэтому в сети ATM данные передаются в небольших ячейках (пакетах) фиксированного размера (53 байта: поле данных – 48 байт, заголовок - 5 байт).

Однако использование небольших ячеек фиксированного размера еще не решает всей проблемы. Для полного решения задачи равноправного совмещения в одной сети компьютерного и мультимедийного трафика, технология ATM использует хорошо разработанную схему заказа пропускной способности и качества обслуживания. Соглашение между программой, передающей данные в сеть, и сетью ATM называется трафик-контрактом. Основным его отличием от соглашений, применяемых в сетях Frame Relay, является то, что помимо указания параметров пропускной способности, указывается класс трафика. В сети АТМ выделяется 5 классов трафика (см. табл. 7.4).

Таблица 7.4.

Классы трафика ATM

Класс трафика	Характеристика
А	Постоянная битовая скорость - Constant Bit Rate, CBR. Важны временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными. С установлением соединения. Примеры: голосовой трафик, трафик телевизионного изображения.
В	Переменная битовая скорость - Variable Bit Rate, VBR. Важны временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными. С установлением соединения. Примеры: компрессированный голос, компрессированное видеоизображение.
С	Переменная битовая скорость - Variable Bit Rate, VBR. He важны временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными. С установлением соединения. Примеры: трафик компьютерных сетей, в которых конечные узлы работают по протоколам с установлением соединений: frame relay, X.25, LLC2, TCP
D	Переменная битовая скорость - Variable Bit Rate, VBR. He важны временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными. Без установления соединения. Примеры: трафик компьютерных сетей, в которых конечные узлы работают по протоколам без установления соединений (IP, Ethernet DNS, SNMP).
X	Тип трафика не определен и полностью описывается количественными параметрами, задаваемыми пользователем (см. ниже).
нет	Если поддержание параметров пропускной способности и качества обслуживания для соеди-нения неважно, то в запросе на установление соединения можно указать признак "Best Effort" ("по возможности"). Такой тип трафика получил название трафика с неопределенной битовой скоростью - Unspecified Bit Rate, UBR. Для трафика UBR сеть выделяет ресурсы "по возмож-ности", то есть те, которые в данный момент свободны от использования виртуальными каналами, заказавшими определенные параметры качества обслуживания.

Помимо класса трафика, в трафик-контракте указываются и количественные параметры:

Peak Cell Rate (PCR) - максимальная скорость передачи данных;

Sustained Cell Rate (SCR) - средняя скорость передачи данных;

Minimum Cell Rate (MCR) - минимальная скорость передачи данных;

Maximum Burst Size (MBS) - максимальный размер пульсации;

Cell Loss Ratio (CLR) - доля потерянных ячеек;

Cell Transfer Delay (CTD) - задержка передачи ячеек;

Cell Delay Variation (CDV) - вариация задержки ячеек.

Заключение трафик-контракта происходит автоматически, при установлении виртуального канала, по схеме аналогичной описанной для сети Frame Relay, используя пакет SETUP. Сходными с Frame Relay методами осуществляется и управление пропускной способностью сети: ячейки-нарушители трафик-контракта отмечаются признаком CLP=1 (Cell Loss Priority – приоритет потери кадра) и удаляются при перегрузке коммутаторов.

Передача трафика IP через сети ATM – протокол Classical IP

На основании технологии ATM можно построить полностью самодостаточные сети и передавать в ячейках ATM сразу пакеты протоколов прикладного уровня. Однако в реальности сети ATM чаще всего используют-ся не самостоятельно, а как универсальный транспорт, позволяющий передавать трафик других сетей. При этом по сети ATM передаются пакеты протоколов канального и сетевого уровня других технологий: Ethernet, IP, IPX, Frame Relay, X.25, т.е. сеть ATM не заменяет старые технологии, а сосуществует с ними.

Рассмотрим как решается проблема передачи трафика IP-сетей через сети ATM. Для этих целей был разработан протокол Classical IP (RFC 1577). В соответствии со спецификацией Classical IP одна сеть ATM может быть представлена в виде нескольких логических IP-подсетей LIS (Logical IP Subnet), см. рис. 7.7. Все компьютеры одной LIS имеют общий IP-адрес сети. Как и в обычной IP-сети, прямые соединения на каналь-ном уровне между компьютерами из разных LIS невозможны: такой трафик должен обязательно проходить через маршрутизатор, который и занимается доставкой пакета на сетевом уровне. Здесь необходимо отме-тить, что, теоретически, прямые соединения между компьютерами из разных LIS возможны, т.к. все они подключены к одной сети ATM, однако протокол Classical IP запрещает это делать, требуя, чтобы трафик между двумя разными LIS проходил только через маршрутизатор. Это позволяет логически структурировать сеть на более мелкие подсети и легче контролировать трафик между подсетями в привычной для системных администраторов форме – используя межсетевые экраны (firewall) на маршрутизаторе.

Рис. 7.7. Разделение сети ATM на логические IP-подсети (LIS) в протоколе Classical IP.

Маршрутизатором, в данном случае, является сетевое устройство, подключенное к сети ATM при помощи одного физического интерфейса, но этот физический интерфейс имеет несколько IP-адресов – по одному IP-адресу в каждой из LIS. Маршрутизатор также может быть совмещен с сервером ATMARP, который выпол-няет функции протокола ARP обычных IP-сетей (см. лекции ранее). В обычных IP-сетях протокол ARP отве-чает за нахождение соответствия "IP-адрес компьютера" – "MAC-адрес сетевой карты компьютера" и рабо-тает широковещательно, т.е. ARP-запросы направляются "всем подряд" в расчете на то, что нужный компь-ютер распознает свой IP-адрес и сообщит свой MAC-адрес. В сети ATM широковещательные запросы не предусмотрены, поэтому для централизованного хранения информации о соответствии "IP-адрес компью-тера" – "ATM-адрес компьютера" выделяется отдельный ATMARP-сервер, который строит свои таблицы автоматически. Если какой-либо компьютер обращается с запросом к ATMARP-серверу, то ему направля-ется встречный инверсный запрос ATMARP, чтобы выяснить IP- и ATM-адреса этого компьютера и зарегистрировать его в таблицах ATMARP-сервера.

Компьютеры конфигурируются традиционным образом: для них задается их собственный IP-адрес, маска подсети, IP-адрес маршрутизатора по умолчанию и ATM-адрес (или номер VPI/VCI для постоянного виртуального канала) сервера ATMARP. Если компьютер-отправитель хочет отправить пакет компьютеру-получателю из той же LIS, то он пошлет IP-адрес компьютера-получателя на сервер ATMARP, сервер прос-мотрит свою базу данных и вернет ATM-адрес компьютера-получателя, после чего компьютер-отправитель установит с компьютером-получателем прямое соединение, используя средства сети ATM. Если же компью-тер-получатель находится в другой LIS (что видно по маске подсети), то пакет будет направлен не напря-мую, а на маршрутизатор, который и займется дальнейшей доставкой пакета.

Использование технологии ATM в локальных сетях – спецификация LAN Emulation (LANE).

Рассмотренная выше схема Classical IP требует полной замены сетевого оборудования на оборудование ATM-сети. Это приемлемо в глобальных сетях, где основную стоимость составляют оптоволоконные линии большой длины, так что замена старого оборудования на коммутаторы ATM будет экономически оправдана. Однако в локальных сетях внедрение технологии ATM по затратам равнозначно созданию новой сети. Поэтому хотелось бы иметь возможность не полностью заменять уже купленное и работающее оборудование, а постепенно "внедрять" высокоскоростные коммутаторы ATM в уже работающую сеть. Такая возможность реализована в спецификации LANE (LAN Emulation - эмуляция локальных сетей).

Технология LANE позволяет на канальном уровне объединить между собой различные физические сегменты, при помощи коммутаторов ATM (см. рис. 7.8.). Необходимо отметить, что для протокола IP (или другого протокола сетевого уровня) такая "объединенная" сеть будет выглядеть как единый сегмент сети канального уровня. Для объединения нескольких сегментов LANE между собой на сетевом уровне необхо-димо использовать обычные маршрутизаторы локальных сетей.

В спецификации LANE предполагается, что каждый из физических сегментов сети подключен к коммутаторам ATM при помощи специальных конвертеров, которые преобразуют кадры и адреса Ethernet (или других протоколов канального уровня) в кадры и адреса ATM. В конверторы встроено специальное программное обеспечение LEC (LAN Emulation Client, клиент LANE). Также имеется сервер LES (LAN Emulation Server), который ведет общую таблицу, где указывается соответствие "MAC-адрес компьютера" – "ATM-адрес конвертора, через который к сети ATM подключен данный компьютер". Если компьютер-отправитель хочет направить пакет компьютеру-получателю из другого физического сегмента, то этот пакет попадет на конвертор (клиент LEC), который передаст на сервер LES MAC-адрес компьютера-получателя и запросит ATM-адрес конвертера, к которому подключен компьютер-получатель. После получения ATM-адреса конвертера - получателя, конвертер-отправитель установит с ним виртуальный канал средствами сети ATM и дальнейшее взаимодействие между компьютером-отправителем и компьютером-получателем будет идти через виртуальный канал и соответствующие конверторы, которые будут преобразовывать кадры Ethernet в ячейки ATM и наоборот.

Рис. 7.8. Технология LAN Emulation.

Помимо сервера LES, в спецификации LANE также определен сервер BUS (Broadcast and Unknown Server) для эмуляции в сети ATM широковещательных пакетов локальных сетей, а также пакетов с неизвестными адресами. Этот сервер распространяет такие пакеты во все пограничные коммутаторы (и, соответственно, во все конверторы). Если на канальном уровне необходимо объединить между собой несколько эмулируемых сетей, аналогичных приведенным на рис. 7.8., то для каждой такой сети создаются собственные серверы LES и BUS, а в пограничных коммутаторах активизируют по одному элементу LEC для каждой эмулируе-мой сети, а также вводят дополнительный сервер конфигурации LEGS (LAN Emulation Configuration Server) для хранения информации о количестве объединяемых эмулируемых сетей и об ATM-адресах серверов LES и BUS в каждой из этих сетей. Еще раз напомню, что для объединения нескольких эмулируемых сетей на сетевом уровне применяются обычные маршрутизаторы.

Технология ATM представляет собой концепцию телекоммуникаций, определенную международными стандартами для передачи полного спектра пользовательского трафика, включая сигналы голоса, данных и видео. Она была разработана для удовлетворения потребностей цифровой сети широкополосных услуг и изначально предназначена для интеграции сетей электросвязи. Расшифровка аббревиатуры ATM звучит как Asynchonous Transfer Mode и переводится на русских язык как "асинхронная передача данных".

Технология была создана для сетей, которые должны обрабатывать как традиционный высокопроизводительный трафик данных (например, передача файлов), так и контент в режиме реального времени с низкой задержкой (такой как голос и видео). Эталонная модель для ATM приблизительно сопоставляется с тремя низшими уровнями ISO-OSI: сетевым, канала передачи данных и физическим. ATM является основным протоколом, используемым по основному каналу SONET/SDH (телефонной сети общего пользования), а также цифровой сети Integrated Services (ISDN).

Что это такое?

Что значит ATM для сетевого соединения? Она обеспечивает функциональность, аналогичную коммутации каналов и сетей пакетной коммутации: технология использует асинхронное мультиплексирование с временным разделением и кодирует данные в небольшие пакеты фиксированного размера (кадры ISO-OSI), называемые ячейками. Это отличается от таких подходов, как интернет-протокол или Ethernet, которые применяют пакеты и фреймы с переменным размером.

Основные принципы технологии ATM заключаются в следующем. Она использует ориентированную на соединение модель, в которой виртуальная схема должна быть установлена ​​между двумя конечными точками до начала фактического обмена данными. Эти виртуальные схемы могут быть «перманентными», то есть выделенными соединениями, которые обычно предварительно сконфигурированы поставщиком услуг, или же «переключаемыми», то есть настраиваемыми для каждого вызова.

Asynchonous Transfer Mode (расшифровка ATM с английского) известна как способ связи, используемый в банкоматах и платежных терминалах. Однако данное применение постепенно снижается. Использование технологии в банкоматах в значительной степени было заменено Internet Protocol (IP). В эталонном канале ISO-OSI (уровень 2) базовые передаточные устройства обычно называются кадрами. В ATM они имеют фиксированную длину (53 октета или байта) и специально называются «ячейками».

Размер ячейки

Как уже было отмечено выше, расшифровка ATM - это асинхронная передача данных, осуществляемая с помощью их разделения на ячейки определенного размера.

Если речевой сигнал сводится к пакетам, и они вынуждены передаваться ссылкой с интенсивным трафиком данных, то независимо от того, каковы их размеры, они будут сталкиваться с объемными полномасштабными пакетами. В нормальных условиях ожидания они могут испытывать максимальные задержки. Чтобы избежать этой проблемы, все пакеты ATM или ячейки имеют одинаковый малый размер. Кроме того, структура фиксированных ячеек означает, что данные могут быть легко переданы аппаратным обеспечением без присущих задержек, введенных программными коммутируемыми и маршрутизируемыми кадрами.

Таким образом, разработчики ATM использовали небольшие ячейки данных для уменьшения джиттера (в данном случае дисперсии задержки) в мультиплексировании Это особенно важно при переносе голосового трафика, поскольку преобразование оцифрованного голоса в аналоговый аудиосигнал является неотъемлемой частью процесса реального времени. Это помогает работе декодера (кодека), для которого требуется равномерно распределенный (по времени) поток элементов данных. Если следующий в очереди недоступен, когда это необходимо, у кодека нет выбора, кроме как приостановить работу. В дальнейшем информация оказывается утерянной, потому что период времени, когда она должна была быть преобразована в сигнал, уже прошел.

Как происходило развитие ATM?

Во время разработки ATM синхронная цифровая иерархия 155 Мбит/с (SDH) с полезной нагрузкой 135 Мбит/с считалась быстрой оптической сетью, а многие каналы плезиохронной цифровой иерархии (PDH) в сети были значительно медленнее (не более 45 Мбит/с). При такой скорости типичный полноразмерный 1500-байтовый (12 000-битный) пакет данных должен загружаться со скоростью 77,42 микросекунды. В низкоскоростном канале, таком как линия T1 1,544 Мбит/с, передача такого пакета занимала до 7,8 миллисекунды.

Задержка загрузки, вызванная несколькими такими пакетами в очереди, может превышать число 7,8 мс в несколько раз. Это неприемлемо для речевого трафика, который должен иметь низкий джиттер в потоке данных, подаваемом в кодек, чтобы производить звук хорошего качества.

Система голосовой передачи пакетов может производить это несколькими способами, например, такими как использование буфера воспроизведения между сетью и кодеком. Это позволяет сгладить дрожание, но задержка, возникающая при прохождении через буфер, требует эхоподавителя даже в локальных сетях. В то время это считалось слишком дорогостоящим. Кроме того, он увеличивал задержку по каналу и затруднял взаимодействие.

ATM по своей сути обеспечивает низкий джиттер (и минимальную общую задержку) для трафика.

Как это помогает в сетевом соединении?

Дизайн ATM предназначен для сетевого интерфейса с низким уровнем дрожания. Тем не менее «ячейки» были введены в проект, чтобы обеспечить короткие задержки в очередях, продолжая поддерживать трафик датаграмм. Технология ATM разбила все пакеты, данные и голосовые потоки на 48-байтовые фрагменты, добавив к каждому из них 5-байтовый заголовок маршрутизации, чтобы позже их можно было собрать повторно.

Данный выбор размера был политическим, а не техническим. Когда CCITT (в настоящее время ITU-T) стандартизовал ATM, представители из США хотели получить 64-байтовую полезную нагрузку, поскольку это считалось хорошим компромиссом между большими объемами информации, оптимизированными для передачи данных, и более короткими полезными нагрузками, рассчитанными для приложений реального времени. В свою очередь, разработчики из стран Европы хотели получить 32-байтовые пакеты, потому что небольшие размеры (и, следовательно, малое время на передачу) упрощают голосовые приложения в отношении эхоподавления.

В качестве компромисса между двумя сторонами был выбран размер 48 байт (плюс размер заголовка = 53). 5-байтовые заголовки были выбраны, поскольку считалось, что 10 % полезной нагрузки является максимальной ценой для оплаты маршрутизации информации. Технология ATM мультиплексировала 53-байтовые ячейки, которые уменьшали повреждение и задержку данных почти в 30 раз, что уменьшало потребность в эхоподавителях.

Структура ячейки ATM

ATM определяет два разных формата ячеек: пользовательский сетевой интерфейс (UNI) и сетевой интерфейс (NNI). Большинство каналов сети ATM используют UNI. Структура каждого такого пакета состоит из следующих элементов:

• Поле Generic Flow Control (GFC) - это 4-битовое поле, которое изначально было добавлено для поддержки присоединения ATM в сети общего доступа. По топологии оно представлено как кольцо с двойной шиной распределенной очереди (DQDB). Поле GFC было разработано так, чтобы предоставить 4 бита User-Network Interface (UNI) для согласования мультиплексирования и управления потоком среди ячеек различных соединений ATM. Однако его использование и точные значения не были стандартизированы, и поле всегда установлено на 0000.
• VPI - идентификатор виртуального пути (8 бит UNI или 12 бит NNI).
• VCI - идентификатор виртуального канала (16 бит).
• PT - тип полезной нагрузки (3 бит).
• MSB - ячейка управления сетью. Если ее значение 0, используется пакет пользовательских данных, и в ее структуре 2 бита - это явная индикация прямой перегрузки (EFCI), и 1 - опыт перегрузки сети. Кроме того, выделен еще 1 бит для пользователя (AAU). Он используется AAL5 для указания границ пакетов.
• CLP - приоритет потери ячейки (1 бит).
• HEC - управление ошибкой заголовка (8-битный CRC).

Сеть АТМ использует поле PT для обозначения различных специальных ячеек для целей операций, администрирования и управления (OAM), а также для определения границ пакетов в некоторых адаптационных уровнях (AAL). Если значение MSB поля PT равно 0, это ячейка пользовательских данных, а остальные два бита используются для указания перегрузки сети и как бит заголовка общего назначения, доступный для уровней адаптации. Если MSB равно 1, это пакет управления, а остальные два бита указывают его тип.

В некоторых (асинхронного способа передачи данных) используется поле HEC для управления алгоритмом кадрирования на основе CRC, который позволяет находить ячейки без дополнительных затрат. 8-битный CRC используется для исправления однобитовых ошибок заголовка и обнаружения многобитовых. При обнаружении последних текущая и последующие ячейки отбрасываются до тех пор, пока не будет найдена ячейка без ошибок заголовка.

Пакет UNI резервирует поле GFC для локальной системы управления потоком или субмультиплексирования между пользователями. Это предназначалось для того, чтобы несколько терминалов могли совместно использовать одно сетевое соединение. Также данная технология использовалась с той целью, чтобы два телефона цифровой сети с интегрированной услугой (ISDN) могли бы использовать одно базовое соединение ISDN с определенной скоростью. Все четыре бита GFC по умолчанию должны быть нулевыми.

Формат ячейки NNI реплицирует формат UNI почти аналогично, за исключением того, что 4-битное поле GFC перераспределяется в поле VPI, расширяя его до 12 бит. Таким образом, одно соединение NNI ATM может обрабатывать почти 216 VC каждый раз.

Ячейки и передача на практике

Что значит ATM на практике? Она поддерживает различные виды услуг через AAL. Стандартизованные AAL включают AAL1, AAL2 и AAL5, а также редко используемые AAC3 и AAL4. Первый тип используется для услуг постоянной битовой скорости (CBR) и эмуляции схемы. Синхронизация также поддерживается в AAL1.

Второй и четвертый тип используются для услуг с переменным битрейтом (VBR), AAL5 - для данных. Информация о том, какой AAL используется для данной ячейки, не закодирована в ней. Вместо этого она согласовывается или настраивается на конечных точках для каждого виртуального соединения.

После первоначального проектирования данной технологии сети стали работать намного быстрее. 1500-байтовый (12000 бит) полноразмерный Ethernet-кадр требует всего 1,2 мкс для передачи в сети 10 Гбит/с, что уменьшает необходимость в небольших ячейках для уменьшения задержек.

В чем сильные и слабые стороны такой связи?

Преимущества и недостатки сетевой технологии ATM следующие. Некоторые считают, что увеличение скорости связи позволит заменить ее на Ethernet в магистральной сети. Однако следует отметить, что увеличение скорости само по себе не уменьшает джиттер из-за очереди. Кроме того, аппаратное обеспечение для реализации адаптации услуг для IP-пакетов является дорогостоящим.

В то же время по причине фиксированной полезной нагрузки в 48 байт ATM не подходит в качестве канала передачи данных непосредственно под IP, поскольку уровень OSI, на котором работает IP, должен обеспечивать максимальный блок передачи (MTU) не менее 576 байт.

В более медленных или перегруженных соединениях (622 Мбит/с и ниже) применение сети ATM имеет смысл, и по этой причине большинство асимметричных систем цифровой абонентской линии (ADSL) используют эту технологию в качестве промежуточного уровня между физическим канальным уровнем и протоколом уровня 2, таким как PPP или Ethernet.

На этих более низких скоростях ATM обеспечивает полезную возможность переносить несколько логических схем на одном физическом или виртуальном носителе, хотя существуют и другие методы, такие как многоканальные PPP и Ethernet VLAN, которые являются необязательными в реализациях VDSL.

DSL может использоваться как способ доступа к сети АТМ, позволяющий подключаться ко многим провайдерам интернет-услуг через сеть широкополосных банкоматов.

Таким образом, недостатки технологии заключаются в том, что в современных высокоскоростных соединениях она теряет свою эффективность. Достоинства же такой сети заключаются в том, что она существенно увеличивает полосу пропускания, поскольку обеспечивает напрямую соединение между различными периферийными устройствами.

Кроме того, при наличии одного физического подключения при помощи АТМ могут одновременно функционировать несколько разных виртуальных каналов, обладающих различными характеристиками.

Данная технология применяет довольно мощные инструменты, предназначенные для управления трафиком, которые продолжают развиваться и в настоящее время. Благодаря этому становится возможным передавать одновременно данные различного типа, даже если они предъявляют совершенно разные требования для их отправки и получения. Так, можно создать трафик, осуществляемый по различным протоколам, на одном канале.

Основы функционирования виртуальных цепей

Asynchonous Transfer Mode (аббревиатура ATM) работает как транспортный уровень на основе канала, используя виртуальные схемы (VC). Это связано с концепцией виртуальных путей (VP) и каналов. Каждая ячейка ATM имеет 8- или 12-битный идентификатор виртуального пути (VPI) и 16-битный идентификатор виртуального канала (VCI), определенный в его заголовке.

VCI вместе с VPI используется для идентификации следующего пункта назначения пакета, когда он проходит через ряд коммутаторов ATM на своем пути к месту назначения. Длина VPI варьируется в зависимости от того, отправлена ​​ли ячейка по пользовательскому либо по сетевому интерфейсу.

По мере того как эти пакеты проходят через сеть ATM, переключение происходит путем изменения значений VPI/VCI (заменой ярлыков). Несмотря на то что они не обязательно согласуются с концами соединения, концепция схемы является последовательной (в отличие от IP, где любой пакет может попасть в пункт назначения другим маршрутом). Коммутаторы ATM используют поля VPI/VCI для идентификации виртуального канала (VCL) следующей сети, которую ячейка должна транзитировать на своем пути в конечный пункт назначения. Функция VCI аналогична функции идентификатора соединения линии передачи данных (DLCI) в реле кадра и номера группы логических каналов в X.25.

Еще одно преимущество использования виртуальных схем заключается в возможности применять их в качестве уровня мультиплексирования, позволяя использовать различные сервисы (такие как голос и ретрансляция кадров). VPI полезен для уменьшения таблицы переключения некоторых виртуальных схем, которые имеют общие пути.

Использование ячеек и виртуальных схем для организации трафика

Технология АТМ включает в себя дополнительно перемещение трафика. Когда настраивается схема, каждый коммутатор цепи информируется о классе соединения.

Контракты на трафик ATM являются частью механизма, обеспечивающего «качество обслуживания» (QoS). Существует четыре основных типа (и несколько вариантов), каждый из которых имеет набор параметров, описывающих соединение:

• CBR - постоянная скорость передачи данных. Указана пиковая скорость (PCR), которая является неизменной.
• VBR - переменная скорость передачи данных. Указано среднее или устойчивое ее значение (SCR), которое может достигать пика на определенном уровне, на максимальный интервал до возникновения проблем.
• ABR - доступная скорость передачи данных. Указано минимальное гарантированное значение.
• UBR - неопределенная скорость передачи данных. Трафик распределяется по всей оставшейся пропускной способности.

VBR имеет варианты в режиме реального времени, и в других режимах служит для «ситуационного» трафика. Некорректное время иногда сокращается до vbr-nrt.

Большинство классов трафика также используют концепцию вариации толерантности к ячейке (CDVT), которая определяет их «скопление» во времени.

Управление передачей данных

Что значит АТМ с учетом вышеизложенного? Чтобы поддерживать производительность сети, могут применяться правила трафика для виртуальных сетей, ограничивающие объем передаваемых данных в пунктах входа в соединение.

Эталонная модель, утвержденная для UPC и NPC, является алгоритмом общей скорости ячейки (GCRA). Как правило, трафик VBR обычно контролируется с использованием контроллера, в отличие от остальных видов.

Если объем данных превышает трафик, определенный GCRA, сеть может либо сбросить ячейки, либо отметить бит приоритета потери ячеек (CLP) (чтобы идентифицировать пакет как потенциально избыточный). Основная работа по обеспечению безопасности работает на основе последовательного мониторинга, но это не оптимально для инкапсулированного пакетного трафика (поскольку отбрасывание одной единицы приведет к аннулированию всего пакета). В результате были созданы такие схемы, как Partial Packet Discard (PPD) и Early Packet Discard (EPD), которые способны отбрасывать целую серию ячеек до тех пор, пока не начнется следующий пакет. Это уменьшает количество бесполезных единиц информации в сети и экономит полосу пропускания для полных пакетов.

EPD и PPD работают с соединениями AAL5, поскольку они используют конец маркера пакета: бит индикации пользовательского интерфейса пользователя ATM (AUU) в поле «Тип полезной нагрузки» заголовка, который устанавливается в последней ячейке SAR-SDU.

Формирование трафика

Основы технологии АТМ в этой части можно представить так. Формирование трафика обычно происходит в сетевой интерфейсной плате (NIC) в пользовательском оборудовании. При этом происходит попытка обеспечить такие условия, где поток ячеек на VC будет соответствовать его контракту трафика, то есть единицы не будут отброшены или уменьшены в приоритетном порядке в UNI. Поскольку эталонной моделью, заданной для управления трафиком в сети, является GCRA, этот алгоритм обычно используется и для формирования и направления данных.

Типы виртуальных цепей и путей

Технология ATM может создавать виртуальные схемы и пути как статически, так и динамически. Статические схемы (ПВС) или пути (ПВП) требуют, чтобы схема состояла из серии сегментов, по одному для каждой пары интерфейсов, через которые она проходит.

ПВП и ПВХ, хотя и являются концептуально простыми, требуют значительных усилий в крупных сетях. Они также не поддерживают повторную маршрутизацию службы в случае сбоя. Напротив, динамически построенные ПВП (SPVP) и ПВХ (SPVC) строятся путем указания характеристик схемы (сервисного «контракта») и двух конечных точек.

Наконец, сети ATM создают и удаляют коммутируемые виртуальные схемы (SVC) по требованию конечной части оборудования. Одним из приложений для SVC является перенос отдельных телефонных вызовов, когда сеть коммутаторов соединена между собой через ATM. SVC также использовались при попытке заменить локальные сети ATM.

Виртуальная схема маршрутизации

Большинство сетей технологии АТМ, поддерживающих SPVP, SPVC и SVC, используют интерфейс Private Network Node или протокол Private Network-to-Network Interface (PNNI). PNNI использует тот же алгоритм кратчайшего пути, который используется OSPF и IS-IS для маршрутизации IP-пакетов для обмена топологической информацией между коммутаторами и выбора маршрута через сеть. PNNI также включает в себя мощный механизм суммирования, позволяющий создавать очень большие сети, а также алгоритм управления доступом к вызову (CAC), который определяет доступность достаточной полосы пропускания по предлагаемому маршруту через сеть для удовлетворения требований к обслуживанию VC или VP.

Прием и подключение к звонкам

Сеть должна установить соединение, прежде чем обе стороны могут отправлять ячейки друг другу. В называется виртуальной схемой (VC). Это может быть постоянная виртуальная схема (PVC), которая создается административно в конечных точках, или коммутируемая виртуальная схема (SVC), создаваемая по мере необходимости передающими сторонами. Создание SVC управляется сигнализацией, в которой запрашивающая сторона указывает адрес принимающей стороны, тип запрашиваемой услуги и любые параметры трафика, которые могут быть применимы к выбранной службе. Затем «Сеть» подтвердит, что запрашиваемые ресурсы доступны, и что маршрут существует для соединения.

Технология АТМ определяет следующие три уровня:

• адаптации ATM (AAL);
• 2 ATM, примерно соответствующий уровню линии передачи данных OSI;
• физический, эквивалентный аналогичному уровню OSI.

Развертывание и распространение

Технология ATM стала популярной среди телефонных компаний и многих производителей компьютеров в 1990-х годах. Однако даже к концу этого десятилетия лучшая цена и производительность продуктов на базе протокола Интернет начала конкурировать с ATM для интеграции в реальном времени и пакетного сетевого трафика.

Некоторые компании и сегодня ориентированы на продукты ATM, в то время как другие предоставляют их в качестве опции.

Мобильная технология

Беспроводная технология состоит из базовой сети ATM с сетью беспроводного доступа. Ячейки здесь передаются от базовых станций к мобильным терминалам. Функции мобильности выполняются на коммутаторе ATM в базовой сети, известном как «кроссоверный», который аналогичен MSC (мобильному коммутационному центру) сетей GSM. Преимуществом беспроводной связи ATM является ее высокая пропускная способность и большая скорость передачи обслуживания, выполненная на уровне 2.

В начале 1990-х годов некоторые исследовательские лаборатории активно работали в этой области. Был создан форум ATM для стандартизации технологии беспроводных сетей. Его поддерживали несколько телекоммуникационных компаний, в том числе NEC, Fujitsu и AT&T. Мобильная технология ATM нацелена на предоставление высокоскоростных мультимедийных коммуникационных технологий, способных предоставлять широкополосную мобильную связь, помимо сетей GSM и WLAN.

Перспективными технологиями передачи информации в вычислительных сетях являются технологии, обеспечивающие высокие скорости передачи разнородной информации (данных, речевых и видеосигналов) на значительные расстояния. Действительно, передача голосовой и видеоинформации обычно требуется в режиме реального времени, и, следовательно, задержки должны быть только малыми (так, для голосовой связи — около 6 мс).

Технология ATM кратко формулируется, как быстрая коммутация коротких пакетов фиксированной длины (53 байт), называемых ячейками. По этой причине и саму технологию ATM иногда называют коммутацией ячеек.

Сети ATM относят к сетям с установлением соединения . Соединения могут быть постоянными и коммутируемыми (динамическими). Первые устанавливаются и разрываются администратором сети, их действие продолжительно, для каждого нового обмена данными между абонентами постоянного соединения не нужно тратить время на его установление. Вторые устанавливаются и ликвидируются автоматически для каждого нового сеанса связи.

Каждое соединение получает свой идентификатор, который указывается в заголовке ячеек. При установлении соединения каждому коммутатору на выбранном пути следования данных передаются данные о соответствии идентификаторов и портов коммутаторов. Коммутатор, распознав идентификатор, направляет ячейку в нужный порт. Непосредственное указание в заголовке адресов получателя и отправителя не требуется, заголовок короткий — всего 5 байтов.

Высокие скорости в ATM обеспечиваются рядом технических решений.

Во-первых, физической основой для ATM служат высокоскоростные каналы передачи данных . Так, при применении технологии SONET в ATM предусматриваются каналы ОС-1, ОС-3, ОС-12 и ОС-48 на ВОЛС со скоростями соответственно 52, 155, 622 и 2488 Мбит/с.

Кроме того, большое число каналов с временным мультиплексированием (TDM) можно использовать для параллельной передачи частей одного и того же "объемного" сообщения, что соответствует понятию "статистическое мультиплексирование". В технологиях E1/E4 статистическое мультиплексирование затруднено, так как для него требуется адресация слотов. В ATM ячейки адресуются, цикл синхронизации состоит из отдельных участков, длины участка и ячейки совпадают. Под конкретное сообщение можно выделить интервалов, совокупность которых называют виртуальным каналом . Скорость передачи можно регулировать, изменяя .

Во-вторых, отрицательные квитанции при искажениях собственно сообщений (но не заголовков) возможны только от конечного пункта. Это исключает потери времени в промежуточных пунктах на ожидание подтверждений. Такой способ иногда называют коммутацией кадров (в отличие от коммутации пакетов). Контрольный код (четырехбайтный циклический) по информационной части сообщения имеется только в конце последнего пакета сообщения, что характерно для использования разновидности ATM, называемой AAL5. В других разновидностях ATM, ориентированных на передачу мультимедийного трафика, потери отдельных ячеек вообще некритичны. Для контроля правильности заголовков используется один байт в заголовке ячейки, в котором размещается контрольный код Хемминга для заголовка. Искаженные и не восстановленные по Хеммингу ячейки отбрасываются.

В-третьих, упрощена маршрутизация . Собственно установление соединения выполняется аналогично этой процедуре в TCP/IP . Однако далее номер рассчитанного маршрута помещается в заголовок каждого пакета, и для них не нужно заново определять маршрут по таблицам маршрутизаторов при прохождении через сеть. Другими словами, осуществляется передача с установлением соединения (в отличие, например, от ). При этом клиент направляет серверу запрос в виде специального управляющего кадра . Кадр проходит через промежуточные маршрутизаторы и/или коммутаторы, в которых соединению (каналу) присваивается идентификаторы виртуальных пути и канала VPI/VCI. Если передача адресована нескольким узлам, то соответствующие идентификаторы в коммутаторах присваиваются нескольким каналам.

В-четвертых, фиксированная длина пакетов (кадров) упрощает алгоритмы управления и буферизации данных, исключает необходимость инкапсуляции или конвертирования пакетов при смене форматов в промежуточных сетях (если они соответствуют формату ячейки ATM).

Малый размер ячейки (53 байт) обусловлен требованиями передачи телефонного (голосового) трафика. Действительно, если допустить, наряду с передачей голоса, также традиционных цифровых данных, упакованных в длинные пакеты, то возможны задержки передачи "голосовых" ячеек на время, заметно превышающее несколько миллисекунд, что для телефонного разговора недопустимо. В то же время слишком короткие ячейки приводят к нерациональному использованию пропускной способности каналов из-за значительной доли длины заголовка в размере ячейки. Поэтому длина 53 байт при длине заголовка в 5 байт — компромиссное решение.

При этом задержки в передаче голоса, обусловленные размером ячейки, составляют 6 мс. Действительно, каждый из 48 байт является одним замером аналоговой величины при импульсно-кодовой модуляции , которые выполняются с интервалом в 125 мкс (при частоте замеров 8 кГц). Следовательно, между моментом первого замера и отправкой ячейки в сеть проходит время (время пакетизации), равное 0,125·48 = 6 мс.

В ATM введены три уровня протоколов (рис. 1).

Адаптационный уровень (AAL — ATM Adaptations Level) аналогичен транспортному уровню в ЭМВОС , на нем происходит разделение сообщения на пакеты с контрольной и управляющей информацией, которые, в свою очередь, делятся на 48-байтные ячейки. Происходит также преобразование битовых входных потоков в один поток с соблюдением пропорций между числом ячеек для данных, голосовой и видеоинформации. Программное обеспечение, реализующее функции AAL, требуется только в конечных узлах ATM-сети.

Рис. 1. Уровни протокола ATM

Введено несколько разновидностей протокола AAL, ориентированных на разные классы трафика. Протокол AAL1 предназначен для обслуживания мультимедийного трафика, характеризующегося стабильной скоростью и синхронизацией голоса и видео, и телефонного трафика, чувствительного к временным задержкам. В то же время потеря отдельных ячеек несущественно сказывается на качестве принимаемой информации. Протокол AAL3/4 предназначен для передачи нестабильной (пульсирующей) нагрузки, присущей связям между локальными вычислительными сетями . Задержки здесь не критичны, но потери ячеек не допускаются. Протокол AAL5 приспособлен для передачи данных вычислительного характера.

На следующем уровне, называемом ATM, к каждой ячейке добавляется пятибайтовый заголовок с маршрутной информацией. Этот уровень служит также для установления соединений. В структуре пятибайтового заголовка ATM-ячейки имеются следующие поля (в скобках указано число битов):

• управление (4);
• VPI/VCI (24);
• тип данных (3);
• приоритет потери пакетов (1);
• контроль заголовка (8).

Поля идентификаторов VPI (Virtual Path Identifier) и VCI (Virtual Channel Identifier) используются для указания маршрута движения ячеек. Очевидно, что в пределах всей сети при передаче ячеек использовать уникальные номера узлов нельзя, так как для этого потребовалась бы значительно большая длина заголовка, чем 5 байт. Поэтому идентификация маршрута выполняется с помощью сочетаний VPI/VCI. При установлении соединения назначаются VPI/VCI и в каждом маршрутизаторе для каждого соединения сочетание этих идентификаторов будет уникальное. В то же время в процессе установления соединения размеры запросов и ответов не ограничены столь существенно, здесь используются иерархические 20-байтные адреса, специальные таблицы маршрутизации и протокол PNNI. Идентификатор VPI можно рассматривать, как старшую часть указателя маршрута, этот идентификатор оказывается одинаковым для совокупности каналов, проходящих через одинаковые фрагменты сети.

Поле "тип данных" используется для указания типа пакета (запрос на установление соединения или передача) и индикации перегрузки сети. Бит "приоритет потери пакетов" служит для отметки тех пакетов, которые нарушают соглашение о качестве обслуживания.

Следует отметить, что для сборки сообщения из ячеек нужно нумеровать ячейки одного и того же сообщения. Этот номер относится к заголовку адаптационного уровня, занимающего один или два байта в поле данных (т.е. в 48-битном поле).

Поле "контроль заголовка" содержит код Хемминга и, помимо функций контроля и исправления ошибок в заголовке ячейки, служит для разграничения ячеек ATM при их выделении из потока данных, передаваемых по каналам SDH. Граница определяется по сравнению подсчитываемого кода Хемминга для каждой очередной последовательности из 5 байт с содержимым последнего из этих 5 байт (положительный результат сравнения означает, что эта последовательность и есть заголовок).

Поле "управление" предназначено для индикации перегрузок, отказов узлов, важности ячеек (маловажные могут отбрасываться при перегрузках). Сигналы управления обычно передаются в обратном направлении по тому же пути с определенными интервалами.

Скорости передачи, реализуемые системами АТМ, покрывают в настоящее время (2003 г.) диапазон от 64 Кбит/с до 40 Гбит/с и, как правило, соответствуют ряду n×64 Кбит/с: 1,5/2, 6/8, 13, 26, 32, 34/45, 52, 98, 100, 140, 155, 622 Мбит/с, 2,5, 10 и 40 Гбит/c.

Третий уровень — физический (physical) — служит для преобразования данных в электрические или оптические сигналы. Как отмечено выше, средой для ATM часто служат каналы технологий SDH или SONET , возможно использование технологий PDH . Если сеть не может обеспечить требуемую полосу, то происходит отказ от соединения. При перегрузках часть передаваемых ячеек отбрасывается с соответствующим уведомлением пользователя. Потеря ячеек вызывает необходимость повторной передачи всех ячеек сегмента (в AAL5), поскольку контроль правильности передачи ведется по отношению ко всему сообщению (в данном случае — сегменту). Существенно сократить число повторно передаваемых ячеек позволяет применение специальных алгоритмов.

Качество передачи характеризуется такими параметрами, как пропускная способность, процент потерянных ячеек, задержка передачи ячеек и ее вариации. Заказ услуг выполняется в процессе установления соединения. Для поддержания заказанного уровня услуг в сетях ATM имеются специальные службы, реализуемые в программном обеспечении коммутаторов. Наряду с соединениями, не требующими определенного качества передачи, используются соединения со следующими уровнями услуг:

• поддержка постоянной скорости при заданных ограничениях на максимальную скорость, задержку и процент потерянных ячеек;
• поддержка переменной скорости с ограничениями на среднюю скорость и максимальный размер пульсаций скорости, в том числе поддержка требований синхронизации потоков от передатчика и приемника;
• обеспечение переменной скорости с ограничением на минимальную скорость без требований синхронизации потоков от передатчика и приемника.

Если сеть ATM оказывается перегруженной, то во избежание потери информации и в отличие от коммутации каналов возможна буферизация данных для выравнивания загрузки каналов. Регулирование загрузки (управление потоком) осуществляется периодическим включением (обычно через 32 кадра) RM-ячейки в информационный поток. В эту ячейку конечный узел и/или промежуточные коммутаторы могут вставлять значения управляющих битов, сигнализирующие о перегрузке или недогрузке канала. RM-ячейка от конечного узла передается в обратном направлении источнику сообщения, который может соответственно изменить режим передачи. В частности, применяется режим занятия всех свободных ресурсов при перегрузке. Таким образом, происходит динамическое перераспределение нагрузки.

Технология АТМ (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи) - это одна из самых перспективных технологий построения высокоскоростных сетей любого класса, от локальных до глобальных. Термин «асинхронный» в названии технологии указывает на ее отличие от синхронных технологий с фиксированным распределением пропускной способности канала между информационными потоками (например ISDN). Первоначально (на рубеже 80–90-х годов) технология разрабатывалась для замены известной технологии Synchronous Digital Hierarchy (SDH, синхронная цифровая иерархия), имеющей ряд недостатков, но и по сей день широко используемой при построении волоконно-оптических широкополосных магистралей (одна магистраль Санкт-Петербург–Москва многого стоит) и обеспечивающей самые высокие скорости передачи.

В качестве транспортного механизма АТМ лежит технология широкополосной ISDN(B-ISDN, Broadband ISDN), призванная обеспечить возможность создания единой, универсальной, высокоскоростной сети взамен множества сложных неоднородных существующих сетей. Частично ей это уже удалось. Технология АТМ, как уже говорилось, используется в сетях любого класса, для передачи любых видов трафика: как низко- и среднескоростного (факсы, почта, данные), так и высокоскоростного в реальном масштабе времени (голос, видео); технология работает с самыми разнообразными терминалами и по самым разным каналам связи.

Основные компоненты сети АТМ:

l АТМ-коммутаторы, представляющие собой быстродействующие специализированные вычислительные устройства, которые аппаратно реализуют функцию коммутации ячеек ATMмежду несколькими своими портами;

l устройства Customer Premises Equipment (CPE), обеспечивающие адаптацию информационных потоков пользователя при передаче с привлечением технологии ATM.

Для передачи данных в сети ATM организуется виртуальное соединение - virtual circuit (VC). В пределах интерфейса NNI виртуальное соединение определяется уникальным сочетанием идентификатора виртуального пути (virtual path identifier) и идентификатора виртуального канала (virtual circuit identifier). Виртуальный канал представляет собой фрагмент логического соединения, по которому производится передача данных одного пользовательского процесса. Виртуальный путь представляет собой группу виртуальных каналов, которые в пределах данного интерфейса имеют одинаковое направление передачи данных.

Коммутатор АТМ состоит из:

l коммутатора виртуальных путей;

l коммутатора виртуальных каналов.

Эта особенность организации АТМ обеспечивает дополнительное увеличение скорости обработки ячеек. ATM-коммутатор анализирует значения, которые имеют идентификаторы виртуального пути и виртуального канала у ячеек, поступающих на его входной порт, и направляет эти ячейки на один из выходных портов. Для определения номера выходного порта коммутатор использует динамически создаваемую таблицу коммутации.

Первоначально стандарт D-ISDN определял для сети АТМ два интерфейса:

l UNI (User-to-Network Interface) - интерфейс пользователь–сеть;

l NNI (Network-to-Network Interface) - интерфейс сеть–сеть,

Передача информации в сетях АТМ происходит после предварительного установления соединений, выполняемого высокоскоростными коммутаторами АТМ. Коммутаторы создают широкополосный физический канал, в котором динамически можно формировать более узкополосные виртуальные подканалы. Передаются по каналу не кадры, не пакеты, а ячейки (cells). Ячейка представляет собой очень короткие последовательности байтов - размер ячейки составляет 53 байта, включая заголовок (5 байтов).

Размер ячейки выбран в результате компромисса между требованиями, предъявляемыми компьютерными сетями - больший размер ячейки, и требованиями голосового трафика - меньший размер ячейки. Время заполнения квантами голосового сигнала ячейки длиной 48 байтов составляет примерно 6 мс, что является пределом временной задержки, заметно не искажающей голосовой трафик.

LAN ) и высококачественного телевидения, которые требовали более высоких скоростей, чем те, что предоставляли службы ISDN .

Однако разработка широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания ( Broadband ISDN - BISDN) привела к созданию метода передачи, который резко отличался от узкополосной ISDN ( Narrow ISDN - NISDN), известной как асинхронный режим передачи ( Asynchronous Transfer Mode ).

ATM объединяет возможности двух технологий - коммутации пакетов и коммутации каналов. ATM преобразует все виды нагрузки в поток ячеек ( cell ) длиной 53 байта. Как показано на рис. 10.1 , ячейка состоит из 48 байтов полезной нагрузки и 5 байтов заголовка , который позволяет передавать эту ячейку по сети.

Метод ATM ориентирован на соединение с пакетным способом коммутации, который обеспечивает заданное качество обслуживания (QoS - Quality of Service ). ATM рассчитана на высокие скорости передачи, а также на различные виды нагрузки: равномерный поток нагрузки, пульсирующая (пачечная) нагрузка и другие промежуточные типы.

Рис. 10.1.

Эталонная модель протоколов BISDN показана на рис. 10.2 . Модель содержит три плоскости: плоскость пользователя (Uplane), плоскость управления (C-plane) и плоскость менеджмента - административного управления (M-plane). Плоскость пользователя (U-plane), включает в себя передачу и прием всех видов данных, обеспечение управления потоком и защиту от ошибок. Она имеет уровневую структуру.

Плоскость управления (C-plane) содержит совокупность протоколов,используемых для сигнализации при установлении, контроле и разъеди- нении соединения. Она имеет уровневую структуру.

Плоскость менеджмента (M-plane) включает в себя две плоскости: административное управление уровнями плоскостей и управление плоскостями.

Функции управления уровнями содержат совокупность протоколов, координирующих:

Рассмотрим более подробно уровни плоскости пользователя и управления.

Плоскость пользователя имеет три основных уровня для поддержки пользовательских приложений: физический, адаптации ATM , уровень ATM . Уровень адаптации ATM ( ATM Adaptation Layer - AAL ) имеет несколько типов, функции которых определяются различными классами нагрузки пользователя. Уровень адаптации преобразует блоки данных пользователя ( SDU - Service Data Unite) в 48-байтовые блоки, которые переносятся ATM -ячейками. На рис.10.3 показана информация , генерируемая различными приложениями: передача речи, передача данных , передача видео.

Рис. 10.3.

• регулярный поток, который поступает от преобразователя аналоговой информации в цифровые отсчеты(A/D);
• кадры изображения, которые после сжатия представляют собой пакеты различной длины;
• поток данных, который представляет собой поток пакетов с пульсирующей длиной.

Задача устройства уровня AAL : преобразовать информацию, разбить на блоки и предоставить для передачи через уровень ATM , который позволяет системе передать все характерные особенности данного приложения (например, тактовые последовательности). Можно отметить, что функции AAL могут размещаться в оконечном оборудовании, а другие функции - выполняться сетью, как это показано на рис. 10.4 .

Рис. 10.4.

ATM-уровень занимается только последовательной передачей ATM -ячеек, полученных от уровня AAL , в установленном по сети соединении (установлением соединения занимается плоскость управления). ATM -уровень принимает 48-байтовые блоки информации от AAL и дополняет их 5-байтовым заголовком, формируя ячейку ( ATM ). Заголовок содержит метку, которая определяет свойства устанавливаемого соединения и используется коммутатором для определения следующего участка пути, а также типа приоритета.

ATM может обеспечить различное качество обслуживания разным соединениям. Это оговаривается до предоставления услуги специальным соглашением между пользователем и поставщиком услуг, которое называется контрактом на услуги ( service contract ). Пользователь вырабатывает требования, которые определяются предоставляемой им нагрузкой и коэффициентом качества (QoS) при установлении связи. Если сеть может предоставить требуемое качество, то контракт устанавливает гарантированный QoS, пока пользователь выполняет все характеристики установленного трафика. Механизм ведения очереди и расписания в ATM -коммутаторах обеспечивает возможность поставки информации с заданным QoS. Для того чтобы доставить информацию с предписанным QoS, ATM -сети используют механизм наблюдения. Он будет рассмотрен далее.

В соответствии с числом подключаемых пользователей режим ATM поддерживает два типа соединений: " точка-точка " и "точка - много - точек". Связь " точка-точка " может быть однонаправленной или двунап-равленной. В последнем случае для каждого направления может быть установлено свое QoS. Связь " точка - много точек" всегда однонаправ-ленная и устанавливается от одного пользователя ко многим. По времени удержания соединения ATM обеспечивает постоянное виртуальное соединение ( Permanent Virtual Connection - PVC ) и коммутируемые виртуальные соединения ( Switch Virtual Connection - SVC ). PVC работает как постоянная, арендованная между сторонами пользователей линия. Точки соединения устанавливаются сетевым менеджером.При SVC оконечные точки задаются в момент инициализации вызова по запросу пользователей.

SVC устанавливается посредством процедур обмена сигналами. Исходящий пользователь должен взаимодействовать с сетью с помощью интерфейса " пользователь - сеть " (User-Network Interface - UNI), как это показано на рис. 10.7.

Запрос на установление соединения распространяется по сети и в конечном итоге включает в себя обмен по протоколу UNI между сетью и терминалом пункта назначения.

В пределах одной сети станции взаимодействуют согласно интерфейсу " сеть - сеть " (network-network interface NNI ). Станции, которые принадлежат разным сетям, взаимодействуют по интерфейсу широкополосной межсетевой связи (Broad Band Intercarrier Interface - B-ICI). Исходящий