Document 342870

Лекция 5
Базовые знания об ATM
Самым первым принципом сетей ATM является то, что информация в них передается
в виде ячеек - кадров фиксированного размера 53 байта. Принцип передачи трафика в
сетях ATM представлен схематично на рис. 5.1.
Рис.5.1. Передача данных в сетях ATM
Как видно из рисунка, формирование данных ATM осуществляется в два этапа.
Вначале выполняется сегментация данных в виде ячеек ATM. Различные типы
данных преобразуются в формат ячеек ATM.
Выделяются несколько типов данных: данные с постоянной скоростью (Constant Bit
Rate, CBR) и данные с переменной скоростью передачи (Variable Bit Rate, VBR).
Кроме этого, по сети ATM передаются так называемые пакетные данные, которые
занимают постоянную полосу, однако передаются по ней нерегулярно (пакетами).
К такому типу трафика относятся данные LAN.
Каждый блок данных разбивается на ячейки размером 48 байт, к каждой ячейке
добавляется заголовок 5 байт, где содержится управляющая и адресная информация.
Если размер блока данных превышает 48 байт, то блок данных (PDU) разделяется на
несколько блоков.
Такая процедура называется сегментацией трафика. На удаленном конце, когда
разные части PDU восстанавливаются из разных ячеек, происходит процедура
сращивания данных.
Процедура сегментации/сращивания сокращенно называется SAR и широко
используется в технологии ATM. По сути, SAR требует «порубить» передаваемый в
сети трафик на «макароны» фиксированного размера, а затем снова восстановить
исходную структуру трафика.
Полученные в ходе преобразования трафика ячейки мультиплексируются методом
асинхронного мультиплексирования, т.е. по мере поступления ячеек. При передаче
ячейки занимаются выделенные для них свободные временные интервалы синхронной
системы передачи.
Асинхронный
режим мультиплексирования представляет
собой
вторую
отличительную особенность технологии ATM.
Еще одним важным элементом концепции ATM является то, что эта технология
ориентирована на установление соединения, т.е. для передачи данных необходимо
предварительно установить виртуальное соединение по сети.
Виртуальное соединение в сети характеризуется двумя понятиями:
 виртуальный путь (Virtual Path, VP) и
 виртуальный канал (Virtual Channel, VC).
Виртуальный путь представляет собой то самое виртуальное соединение по сети, без
которого не может быть обмена данными в технологии ATM. Виртуальные каналы VC
входят в состав VP и обеспечивают передачу разного типа трафика (рис.5.2).
Рис.5.2. Виртуальные пути VP и виртуальные каналы VC
Два поля


VPI (Virtual Path Identifier - идентификатор виртуального пути) и
VCI (Virtual Channel Identifier - идентификатор виртуального канала)
образуют адресное поле каждой ячейки ATM.
При этом поле VPI определяет номер виртуального пути, а поле VCI - номер
виртуального канала в данном пути. VPI и VCI задают полное адресное поле данной
ячейки.
Помимо передачи адресной информации определенные значения VPI и VCI
зарезервированы под различные задачи передачи служебной информации в сети ATM.
В результате понятия VP и VC входят в основу технологии ATM.
Виртуальный путь и виртуальный канал между точкой приема и точкой передачи
являются постоянными для заданного потока ячеек. В процессе передачи потока по
сети может иметь место коммутация как на уровне VP, так и на уровне VC (рис.5.3).
Рис.5.3. Коммутация VP и VC в сети ATM
Основной отличительной особенностью ATM как технологии является интеграция в
одной сети трафика различной структуры.
Это удобное качество сети ATM сильно повлияло на внутреннюю структуру
последней, поскольку для передачи разных типов трафика к сети предъявляются
различные требования, так что внутри сети ATM необходима реализация алгоритмов
разделения трафика на классы и осуществление процедур контроля качества
(Quality of Service, QoS) для каждого класса трафика. Объединение разнородного трафика привело к высокой сложности таких алгоритмов.
Стандартами ATM Forum предусмотрено разделение всего трафика ATM на пять
классов.
 Трафик, передаваемый с постоянной скоростью (CBR).
 Трафик, передаваемый в реальном времени с переменной скоростью (Real-Time
VBR, или rt-VBR).
 Трафик, передаваемый не в реальном времени с переменной скоростью (NonReal-Time VBR, или nrt-VBR).
 Трафик, передаваемый с неопределенной скоростью (Unspecified Bit Rate, UBR).
 Трафик, передаваемый с максимально доступной скоростью (Available Bit Rate,
ABR)
Анализ и управление качеством услуг выполняется для каждого класса трафика
отдельно и включает контроль ряда параметров QoS.
Особенность трафика ATM - его пакетная структура и процедуры статистического
мультиплексирования в сети, поэтому в отличие от параметров качества сетей с
временной коммутацией, где параметры качества сводятся к производным параметра
ошибки (BER) и задержке группового потока (RTD), в сети ATM параметров качества
намного больше. В целом все параметры качества разделяются на следующие группы:
 параметры скорости передачи;
 параметры неравномерности трафика (частота всплесков, уровень всплесков и
т.д.);
 временные параметры передачи ячеек;
 параметры системы передачи ATM.
Для каждой группы QoS определяется перечень параметров, характеризующих ту или
иную особенность передачи трафика ATM по сети.
В результате для каждого класса трафика устанавливается свой набор параметров,
учитывающий его особенности.
Значения этих параметров QoS определяют так называемый трафиковый контракт,
или критерий качественной и некачественной услуги. Рассмотрим детально
перечисленные параметры QoS.
Параметры скорости передачи
Как известно, в сети ATM данные могут передаваться практически с любой
скоростью как с постоянной, так и с переменной. Группа параметров скорости
передачи характеризует скорость передаваемых данных и ее изменение.
Эта группа параметров отличает ATM от других технологий первичной сети (PDH,
SDH), где скорость передачи данных фиксирована. К параметрам скорости передачи
относятся:
 пиковая скорость передачи (Peak Cell Rate, PCR) - кратковременная допустимая
пиковая скорость передачи данных;
 допустимая скорость передачи (Sustainable Cell Rate, SCR) - допустимая
скорость передачи, поддерживаемая данным соединением и обеспечивающая
приемлемый уровень качества для данного соединения;
 минимальная скорость передачи (Minimum Cell Rate, MCR).
Параметры неравномерности трафика
Поскольку в сети ATM трафик передается в виде ячеек, т.е. имеет пакетную
структуру, передача трафика может производится блоками разной длины (беретами).
Возникает задача определения степени неравномерности трафика. Хотя в теории
можно встретить несколько параметров, характеризующих эту неравномерность, в
практике эксплуатации встречается один параметр - максимальный размер блока
(Maximum Burst Size, MBS).
Временные параметры передачи ячеек
Отличительной особенностью сетей с коммутацией пакетов являются задержки
передачи информации.
Для сетей с коммутацией каналов задержка передачи данных от передатчика данных
до приемника является величиной постоянной (RTD).
Для сетей с коммутацией пакетов, в том числе и для ATM, задержка передачи данных
может варьироваться по времени, так что необходимо говорить не об одном параметре
задержки, а о статистическом распределении задержек передачи данных.
В реальной практике для того, чтобы характеризовать задержку передачи данных,
использовать распределение оказывается неудобно.
Поэтому выбирается несколько параметров, наиболее важных для эксплуатации.
 Средняя задержка передачи ячейки (Cell Transfer Delay, CTD) - среднее время,
необходимое для передачи ячейки от одной точки до другой.
 Вариация времени задержки (Cell Delay Variation, CDV) - вариация параметра
CTD.
Из вышесказанного следует, что параметр CDV также является статистически
распределенным.
Предполагается, что среднее значение и вариация задержки в достаточной мере
отражают структуру распределения задержки в сети ATM, поэтому в практике
эксплуатации ограничиваются этими двумя параметрами.
Для передачи трафика разного типа в ATM используются различные методы
преобразования данных пользователя в ячейки ATM.
В структуре протокола ATM такие методы выносятся на уровень приложений ATM
(уровень AAL). Для разных категорий трафика существуют свои параметры AAL
(табл.5.1).
Таблица.5.1. Классы служб ATM и уровни AAL
Пример
трафика
Речь (класс
А)
Видео
(класс В)
Данные (например, Трафик LAN
Frame Relay) (класс (класс D)
С)
Не требуется
Синхронизац Требуется
ия
Скорость
Постоянная Переменная
Соединение Ориентировано на установление соединения
Тип ML
AAL1
AAL2
ML 5
Без
соединения
ML 3/4
Применительно в проблеме передачи трафика ADSL, можно утверждать, что это
трафик, который относится к классу С, т.е. трафику с переменной скоростью. Такой
трафик загружается в сеть ATM с применением процедуры AAL 5.
В то же время использование технологий IAD и VoDSL в традиционной ADSL
приводит к появлению трафика AAL .
В современных сетях ADSL2/ADSL2+ концепции IAD и VoDSL реализуются
методами VoIP (см. [1] глава 2).
В таком случае весь трафик в ADSL можно отнести к классу AAL 5 и сосредоточить
свое внимание именно на нем.
Завершая рассмотрение технологических основ ATM, обратим особое внимание на
встроенные процедуры контроля на специальных служебных ячейках (Operating And
Maintenance, ОАМ - обслуживание и управление), которые широко применяются в
технологии ADSL.
Подобно тому, как в сети SDH для повышения ее надежности и управляемости
используются специальные сигналы о неисправностях, такие же сигналы применяются
и в сети ATM. Сигналы о неисправностях ATM передаются в виде потоков служебных
ячеек, получивших название ячеек ОАМ.
Всего в стандартах ITU-T предусмотрено пять потоков передачи ячеек ОАМ. Поток
служебных ячеек эквивалентен создаваемому в системе передаче каналу передачи
сообщений о неисправностях.
Эти потоки обозначаются как потоки F.
Потоки F1, F2 и F3 определяют передачу сигналов о неисправностях в сети ATM на
физическом уровне и соответствуют сигналам
 уровня регенераторной секции (F1),
 уровня мультиплексорной секции (F2) и
 уровня маршрута высокого уровня (F3).
Эти сигналы полностью аналогичны сигналам в системе SDH и для нашей темы не
интересны.
Дополнительными уровнями сигналов о неисправностях являются
 уровень виртуального пути VP (поток F4) и
 уровень виртуального канала VC (поток F5).
В этих двух потоках реализуется специфический для ATM механизм диагностики
виртуальных соединений, на который следует обратить особенное внимание.
Поток F4 предназначен для передачи ячеек ОАМ, выполняющих функции
мониторинга состояния соединения на уровне виртуального пути (VPC). Ячейки ОАМ
F4 генерируются устройствами ATM и вставляются в общий поток ячеек от
пользователя.
Таким образом, ячейки ОАМ имеют тот же VPI, что и ячейки пользователя. Передача
ячеек ОАМ F4 осуществляется двунаправлено, причем оба направления передачи
потока F4 должны соответствовать одному физическому пути для выполнения функция
мониторинга качества и диагностики неисправностей.
Существует два типа потоков F4, которые могут сосуществовать в одном соединении
VPC (рис.5.4):
 поток «точка-точка» - поток ячеек ОАМ между двумя точками доступа к
виртуальному пути, такой поток обозначается идентификатором VCI=4;
 сегментный поток - поток ячеек ОАМ между двумя участками или сегментами
виртуального соединения, такой поток обозначается идентификатором VCI=3.
В результате использования двух потоков ячеек виртуальный путь VP контролирует
как единое целое или по отдельным сегментам.
Аналогично поток F5 предназначен для передачи ячеек ОАМ, выполняющих
функции мониторинга состояния соединения на уровне виртуального канала (VCC).
Ячейки ОАМ F5 генерируются устройствами ATM и вставляются в общий поток ячеек
от пользователя.
Таким образом, ячейки ОАМ F5 имеют тот же адрес VPI/VCI, что и ячейки
пользователя. Разделение ячеек пользователя и ячеек ОАМ выполняется по
информации в поле PTI заголовка ячеек.
Рис.5.4. Поток F4 типов «точка-точка» и сегментный поток
Так же как и для потока F4 существуют два типа потоков F5 (рис.5.5):
 поток «точка-точка» - поток ячеек ОАМ между двумя точками доступа к
виртуальному каналу, такой поток обозначается идентификатором РТ1=101;
 сегментный поток - поток ячеек ОАМ между двумя участками или сегментами
виртуального канала, такой поток обозначается идентификатором PTI=100.
Рис.5.5. Поток F5 типов «точка-точка» и сегментный поток
Рассматривая функции, выполняемые ячейками ОАМ (обоими типами ячеек потоков
F4 и F5), следует отметить, что эти функции довольно разнообразные, и это
разнообразие определяет различную структуру ячеек ОАМ.
Сюда входят функции передачи сигналов о неисправностях, контроля связности
VP/VC, образования шлейфов для диагностики, контроля BER и пр.
В целом все функции ячеек ОАМ можно разделить на три группы:
 диагностика неисправностей в сети ATM;
 управление загрузкой и анализ эффективности использования ресурса сети;
 процессы активации и деактивации процедур управления с использованием
потоков ОАМ.
Рассмотрим отдельно функции, выполняемые в ATM ячейками ОАМ.
Функции диагностики и анализа неисправностей
Эта группа функций очень важна, поскольку обеспечивает базу для работы систем
управления сетью ATM. На уровне потоков F4 и F5 формируются сигналы о
неисправностях VP/VC-AIS(RDI) в зависимости от направления передачи информации.
В случае возникновения неисправности виртуального пути или виртуального канала в
прямом направлении передачи передается сигнал VP/VC-AIS, а в обратном - VP/VCRDI. Эти четыре сигнала обеспечивают в сети ATM диагностику на уровне
виртуального пути и виртуального канала. В качестве примера на рис.5.6 представлена
схема генерации сообщений о неисправностях в сети ATM уровня виртуального
соединения.
Рис.5.6. Генерация сообщений VP-AIS/RDI и VC-AIS/RDI в случае возникновения
неисправности в сети ATM
Библиография
1. Бакланов И.Г. Технологии ADSL/ADSL2+: теория и практика применения.-М.:
Метротек,2007.
Контрольные вопросы
1. Изобразите схему передачи данных в сетях ATM.
2. Перечислите типы данных сетей ATM.
3. Опишите процедуру сегментации трафика.
4. Опишите процедуру асинхронного мультиплексирования.
5. Опишите параметры, которыми характеризуется виртуальное соединение.
6. Изобразите схему коммутация VP и VC в сети ATM.
7. Перечислите классы трафика в сети ATM.
8. Перечислите группы QoS сети АТМ.
9. Охарактеризуйте термин «трафиковый контракт».
10. Назовите параметры скорости передачи в сети АТМ.
11. Перечислите параметры неравномерности трафика в сети АТМ.
12. Охарактеризуйте параметры CTD и CDV сети АТМ.
13. Охарактеризуйте потоки F1,F2,F3 для сети АТМ.
14. Охарактеризуйте потоки F4,F5 для сети АТМ.
15. Какие могут существовать типы потока F4.
16. Изобразите схему потока F4 «точка-точка».
17. Какие могут существовать типы потока F5.
18. Изобразите схему потока F5 «сегментный поток».
19. Перечислите, на какие группы можно разделить функции ячеек ОАМ.