Основные принципы построения сети ATM

Виртуальное соединение

ATM ориентировано на установление соединения, которое в данном случае является виртуальным. Виртуальное соединение - это логическое соединение, организуемое между отправителем и получателем. Принадлежность ячейки к виртуальному соединению (Virtual Channel Connection - VCC) распознается по номеру виртуального соединения, состоящему из номера виртуального канала (Virtual Channel - VC) и виртуального пути (Virtual Path - VP) ( рис. 5.8). После установления виртуального канала для передачи ячеек не требуется номер выделения и обработка адресов конечных точек. Виртуальный путь - это группа, объединяющая однонаправленные виртуальные каналы.

Еще одним важным понятием является виртуальное звено (Virtual Link). Идентификаторы виртуального канала (ИВК) и идентификаторы виртуального пути (ИВП) назначаются только между определенными станциями сети. Их часто называют коммутаторами сети ATM, но это приводит к путанице с коммутаторами внутри станции. Поэтому мы в дальнейшем будем использовать название "станции". При прохождении станций эти значения идентификаторов меняются и не обязательно одновременно на одной и той же станции. Поэтому участок сети, на котором ИВК не меняется, называется звеном виртуального канала (Virtual Channel Link).

А участок сети, на котором не меняется ИВП, называется звеном виртуального пути (Virtual Channel Path).

увеличить изображение
Рис. 5.8. Соотношение между виртуальными путями и виртуальными каналами

При коммутации можно выделить коммутаторы каналов и коммутаторы путей, которые в соответствии со значением соответствующих идентификаторов коммутируют информацию и меняют ее в соответствии с маршрутом.

На рис. 5.9 приведена сеть, которая помогает рассмотреть использование идентификаторов путей и каналов.

увеличить изображение
Рис. 5.9. Использование идентификаторов путей и каналов

На рис. 5.9 изображены 5 виртуальных соединений, начальная и конечная точки которых отмечены одинаковыми буквами ( ). На рисунке также изображены виртуальные пути, которым присвоены соответствующие идентификаторы виртуальных путей (VPI).

При этом VPI1 содержит 3 виртуальных канала (они на рисунке обведены эллипсом), VPI2 - 2 виртуальных канала, VPI3 - 3 виртуальных канала, VPI4 - 2 виртуальных канала, VPI5 - 2 виртуальных канала.

Виртуальные соединения проходят через коммутатор один виртуальный путь (c одинаковым идентификатором VPI1), а также один и тот же виртуальный путь через коммутатор 2 (идентификатор VPI3). Коммутатор 3 разделяет каналы, входившие в VP3. Информация одного виртуального канала направляется к оконечному оборудованию виртуального соединения a, другие два канала образуют виртуальный путь с идентификатором VPI 5.

Соединения проходят через 1-й коммутатор по виртуальному пути с идентификатором VPI 2. При этом один канал (изображенный сплошной линией, проходящей через коммутатор) - полупостоянный, т. е. канал, установленный на достаточно большое время и не переустанавливаемый при каждом соединении. Второй коммутатор направляет этот поток по пути с идентификатором VPI 4, и далее он поступает на оконечное оборудование.

В ходе рассмотрения этого рисунка легко установить точки, где изменяется виртуальный идентификатор пути и где происходит коммутация с использованием идентификатора канала.

Заметим, что сеть ATM обеспечивает два основных типа соединений. Постоянное виртуальное соединение (Permanent Virtual Connection - PVC) - это долговременное соединение (несколько дней и даже месяцев), которое обычно устанавливается между конечным оборудованием сети ATM и используется при работе операторов. Для каждого такого соединения жестко заданы маршрут, скорость и класс обслуживания (QoS). Коммутируемое виртуальное соединение (Switched Virtual Connection - SVC) устанавливается по запросу со стороны вызывающего абонента. Соединение создается только в том случае, если имеются соответствующие ресурсы сети, и только на время, необходимое для обмена информацией. После окончания передачи пакетов или ретрансляции кадров соединение сразу разрывается.

Принцип замены идентификаторов при установлении соединения через коммутатор показан на рис. 5.10. Номера, стоящие в заголовках сообщений, условно отображают идентификаторы виртуальных путей; номера портов соответствуют номерам каналов внутри виртуального пути, указанного в заголовке.

увеличить изображение
Рис. 5.10. ATM-коммутатор

Заметим, что рис. 5.10 показывает один из вариантов коммутатора с пространственно­ временным разделением потока. Это наиболее распространенный случай.

На рис. 5.10 показана таблица соответствия для двух входных портов ATM-коммутатора. Во входной порт 5 поступает поток ячеек, переносящий речевую информацию и имеющий в заголовке идентификатор 12, а также поток, переносящий видеоинформацию, который имеет в заголовке идентификатор 21. Когда ячейка с идентификатором 12 поступает на входной порт 5, отыскивается входное значение 12 в таблице коммутатора, которая показывает (см. значения по строке), что эта ячейка должна быть перенесена в выходной порт 1 с изменением значения идентификатора в заголовке на 17. Таким же образом ячейка, пребывающая в порт со значением идентификатора 21, передается в порт N с изменением значения идентификатора на 70.

При постоянных виртуальных соединениях таблица соответствия сохраняется на долгое время, при коммутируемом виртуальном соединении таблица заполняется на время обмена информацией.

При рассмотрении работы этого коммутатора можно заметить, что при коммутации поток разделяется во входном порту на отдельные пакеты и далее заново собирается во входном порту. В данном случае большую роль играет основная особенность ATM - использование относительно коротких пакетов. Это намного упрощает выполнение коммутации и увеличивает скорость работы. Есть возможность создавать коммутаторы со скоростью несколько сотен мегабит в секунду. Использование коротких пакетов позволяет с высокой точностью управлять расписанием передачи пакетов, поскольку короткие пакеты уменьшают время ожидания в очереди, пока передающая линия получит доступ к следующему передатчику.

Как уже было сказано выше, ATM-коммутаторы используют принцип пакетной коммутации, ориентируемый на соединение.

Этот принцип заключается в том, что коммутация проводится с буферизацией. Входящий пакет записывает в буфер, анализируется заголовок и на основании этой информации сообщение передается далее. Имеется несколько способов такой передачи (быстрый способ без проверки ошибок, с проверкой ошибок). На рис. 5.11показан принцип работы ATM-мультиплексора для иллюстрации различия между мультиплексированием с разделением по времени и ATM-мультиплексированием.

На входы мультиплексора поступает различная информация. При методе ВРК ( рис. 5.11а) информационный поток периодически последовательно опрашивается в порядке номеров портов. Если имеется информация, то она передается в канал в виде блока информации, занимающего определенную временную позицию. Если информация отсутствует, то этот блок уходит в канал "пусто" либо в канал, заполненный служебной информацией. Система с опросом ориентирована на постоянное соединение с каналом, поскольку передает непосредственно информацию от источника. В этом случае при небольшой плотности передаваемой информации большие ресурсы сети загружены непроизводительно. Достоинством такой системы является минимальная задержка информации, которая определяется циклом опроса.

увеличить изображение
Рис. 5.11. . Принцип ATM-мультиплексирования а) структура; б) поток при временном разделении; в) поток при ATM-мультиплексировании

При пакетной коммутации мультиплексор размещает полученную информацию в одну или несколько очередей (промежуточный буфер) и обслуживает эту очередь в соответствии с заданной стратегией, которая определяет порядок считывания поступивших ячеек. При передаче формируется пакет (в ATM ограниченной длины - 53 байта), в котором передается все сообщение или часть его. Если далее очередь (буфер) пустая, то соединение разъединяется и свободно для другого соединения. Таким образом, этот метод обеспечивает меньшую нагрузку на сеть. Стратегия ведения очереди предоставляет возможность обеспечивать различное качество обслуживания для различных потоков. Система передачи называется асинхронной потому, что при передаче ячеек она не связана ни с какой синхронизацией кадров, сверхкадров и т. п., как это происходит в системах с ВРК.

Недостатком такой системы является задержка информации при большой нагрузке, связанная с пребыванием в очереди. Этот недостаток уменьшается принятыми стратегиями ведения очередей и структурой коммутаторов ATM. Применение методов, ориентированных на соединение, позволяет уменьшить объем служебной информации, связанной с адресацией, а фиксированная сравнительно короткая величина пакета уменьшает время пребывания в очереди.