Реферат: Высокоскоростные сети

Неправда ли, немного напоминает вокзал, от которого в определенном направлении с периодом Т отбывает поезд? Если среди пассажиров есть тот, которому этот поезд подходит, он занимает свободное место. Если такого пассажира нет, то место остается пустым и не может быть занято никем другим. Естественно, что пропускная способность такого канала теряется, к тому же осуществить одновременно все потенциальные соединения (M*N) невозможно.

Переход на ATM

Исследования применения оптоволоконных каналов в трансокеанских и трансконтинентальных масштабах выявили ряд особенностей передачи данных разных типов. В современных коммуникациях можно выделить два типа запросов:

- передача данных, устойчивых к некоторым потерям, но критичным к возможных задержкам (например, сигналы телевидения высокой четкости и звуковая информация);

- передача данных, не очень критичных к задержкам, но не допускающих потерь информации (этот тип передачи, как правило, относится к межкомпьютерным обменам).

Передача разнородных данных приводит к периодическому возникновению запросов на обслуживанию запросов на обслуживание, требующих большой полосы пропускания, но при малом времени передачи. Узел, порой, требует пиковой производительности канала, но происходит это относительно редко, занимая, скажем, одну десятую времени. Для такого вида канала реализуется одно из десяти возможных соединений, на чем, естественно, теряется эффективность использования канала. Было бы замечательно, если бы существовала возможность передать временно неиспользуемый слот другому абоненту. Увы, в рамках модели STM это невозможно.

Модель ATM была взята на вооружение одновременно AT&T и несколькими европейскими телефонными гигантами. (Кстати, это может привести к появлению сразу двух стандартов на спецификацию ATM.)

Главная идея заключалась в том, что необходимости в жестком соответствии соединения и номера слота нет. Достаточно передавать индентификатор соединения вместе с данными на любой свободный слот, сделав при этом пакет настолько маленьким, чтобы в случае потери утрата легко восполнялась бы. Все это изрядно смахивает на коммутацию пакетов и даже называется похоже: "быстрая коммутация коротких пакетов фиксированной длины". Короткие пакеты весьма привлекательны для телефонных компаний, стремящихся сохранить аналоговые линии STM.

В сети ATM два узла находят друг друга по "виртуальному идентификатору соединения" (Virtual Circuit Identifier - VCI), используемому вместо номеров слота и обоймы в модели STM. Быстрый пакет передается в такой же слот, как и раньше, но без каких-либо указаний или идентификатора.

Статистическое мультиплексирование

Быстрая коммутация пакетов позволяет решить проблему неиспользуемых слотов посредством статистического мультиплексирования нескольких соединений по одной линии связи в соответствии с параметрами их трафика. Другими словами, если большое число соединений носят импульсный характер (соотношение пиковой активности к средней - 10 или более к 1), есть надежда, что пики активности разных соединений будут совпадать не слишком часто. В случае совпадения один из пакетов буферизуется пока не появятся свободные слоты. Такой способ организации соединений при правильно подобранных параметрах позволяет эффективно загружать каналы. Статистическое мультиплексирование, неосуществимое в STM, и является основным достоинством ATM.

Типы сетевых пользовательских интерфейсов ATM

Прежде всего - это интерфейс, ориентированный на подключение к локальным сетям, оперирующим кадрами данных (семейства IEEE 802.x и FDDI). В этом случае аппаратура интерфейса должна транслировать кадры локальной сети в элемент передачи сети ATM, выступающей в качестве глобальной магистрали, связывающей два значительно удаленных друг от друга сегмента локальной сети.

Альтернативой может служить интерфейс, предназначенный для обслуживания конечных узлов, непосредственно оперирующих форматами данных ATM. Такой подход позволяет повысить эффективность сетей, требующих значительных объемов передачи данных. Для подключения конечных пользователей к такой сети используются специальные мультиплексоры.

В целью администрирования такой сети на каждом устройстве исполняется некоторый "агент", поддерживающий обработку административных сообщений, управление подключениями и обработку данных соответствующего протокола управления.

Формат данных ATM

Пакет ATM, определенный специальным подкомитетом ANSI, должен содержать 53 байта.

5 байтов занято заголовком, остальные 48 - содержательная часть пакета. В заголовке 24 бита отдано идентификатору VCI, 8 бит - контрольные, оставшиеся 8 бит отведены для контрольной суммы. Из 48 байт содержательной части 4 байта может быть отведено для специального адаптационного уровня ATM, а 44 - собственно под данные. Адаптационные байты позволяют объединять короткие пакеты ATM в более крупные сущности, например, в кадры Ethernet. Контрольное поле содержит служебную информацию о пакете.

Уровень протокола ATM

Место ATM в семиуровневой модели ISO - где-то в районе уровня передачи данных. Правда, установить точное соответствие нельзя, поскольку ATM сама занимается взаимодействием узлов, контролем прохождения и маршрутизацией, причем осуществляется это на уровне подготовки и передачи пакетов ATM. Впрочем, точное соответствие и положение ATM в модели ISO не столь важны. Более существенно - понять способ взаимодействия с существующими сетями TCP/IP и в особенности с приложениями, требующими непосредственного взаимодействия с сетью.

Приложениям, имеющим непосредственный интерфейс ATM, доступны преимущества, предоставляемые гомогенной сетевой средой ATM.

Основная нагрузка возложена на уровень "Управления виртуальными соединениями ATM", дешифрующий специфические заголовки ATM, устанавливающий и разрывающий соединений, осуществляющий демультиплексирование и выполняющий действия, которые от него требуются управляющим протоколом.

Физический уровень

Хотя физический уровень и не является частью спецификации ATM, он учитывается многими стандартизующими комитетами. В основном, в качестве физического уровня рассматривается спецификация SONET (Synchronous Optical Network) - международный стандарт на высокоскоростую передачу данных. Определены четыре типа стандартных скоростей обмена: 51, 155, 622 и 2400 Мбит/сек, соответствующих международной иерархии цифровой синхронной передачи (Synchronous Digital Hierarchy - SDH). SDH специфицирует, каким образом данные фрагментируются и передаются синхронно по оптоволоконным каналам, не требуя при этом синхронизации каналов и тактовых частот всех узлов, участвующих в процессе передачи и восстановления данных.

Контроль прохождения данных

Из-за высокой производительности сетей ATM механизм, традиционно используемый в сетях ТСР, непригоден. Если бы контроль прохождения был возложен на обратную связь, то за время, пока сигнал обратной связи, дождавшись выделения канала и пройдя все стадии преобразования, достигнет источника, тот успеет передать несколько мегабайт в канал, не только вызвав его перегрузку, но, возможно, полностью блокировав источник перегрузки.

Большинство стандартизующих организаций согласно с необходимостью целостного подхода к контролю прохождения. Его суть такова: управляющие сигналы формируются по мере прохождения данных на любой участке цепи и отрабатываются на любой ближайшем передающем узле. Получив соответствующий сигнал, пользовательский интерфейс может выбрать, как ему поступить - уменьшить скорость передачи или сообщить пользователю о том, что переполнение имеет место.

В основном, идея контроля прохождения в сетях ATM сводится к воздействию на локальный сегмент, не затрагивая при этом сегментов, чувствующих себя хорошо, и добиваясь максимальной пропускной способности там, где это возможно.

Стек протоколов пользовательского интерфейса в TCP/IP	Непосредственный интерфейс ATM
Данные	Приложение, канализирующее данные
TCP	Интерфейс приложения ОС
IP	Управление виртуальными соединениями ATM
Прикладной уровень ATM
Уровень передачи данных	Драйвер интерфейса ATM
Физический уровень (SONET)	ATM

100VG-AnyLAN