IC - Techn&Solut/Technologies/ATM

ТЕХНОЛОГИИ и РЕШЕНИЯ. Технология ATM.

Технология ATM
>

Концепция двух оконечных систем

Адресация

Сетевая модель ATM

Ячейка ATM

Классы ATM-трафика

Физические среды

Виртуальные каналы и пути

Качество и категории сервиса

Административное управление

Можно сказать, что технология АТМ (Asynchronous Transfer Mode, асинхронный режим передачи) родилась как попытка синтеза сетей с коммутацией пакетов и сетей с коммутацией каналов. Вкратце базовые принципы, лежащие в основе АТМ, можно свести к следующему: сети ATM - это сети с трансляцией ячеек (cell-relay); сети ATM - это сети с установлением соединения (connection-oriented); сети ATM - это коммутируемые сети.

Термин "трансляция ячеек" означает следующее: данные передаются по сети небольшими пакетами фиксированного размера, называемыми ячейками (cells). В сетях с коммутацией пакетов информация передается пакетами (кадрами), имеющими, как правило, переменную длину. Ячейки имеют два важных преимущества перед кадрами. Во-первых, поскольку кадры имеют переменную длину, каждый поступающий кадр должен буферизоваться, что гарантирует его целостность до начала передачи. Поскольку ячейки всегда имеют одну и ту же длину, они требуют меньшей буферизации.

Во-вторых, т.к. все ячейки имеют одинаковую длину, они предсказуемы: их заголовки всегда находятся на одном и том же месте. В результате коммутатор АТМ (активное сетевое устройство, осуществляющее передачу и обработку информации в сети АТМ) автоматически обнаруживает заголовки ячеек и их обработка происходит быстрее.

В сети с трансляцией ячеек размер каждой из них должен быть достаточно мал, чтобы сократить время ожидания, но достаточно велик, чтобы минимизировать издержки. Время ожидания (latency) - это интервал между тем моментом, когда устройство запросило доступ к среде передачи, и тем, когда оно получило этот доступ. Сеть, по которой передается восприимчивый к задержкам трафик (например, звук или видео), должна обеспечивать минимальное время ожидания.

Любое устройство, подключенное к сети ATM (рабочая станция, сервер, маршрутизатор или мост), имеет прямой монопольный доступ к коммутатору. Поскольку каждое из них имеет доступ к собственному порту коммутатора, устройства могут посылать коммутатору ячейки одновременно. Время ожидания становится проблемой в том случае, когда несколько потоков трафика достигают коммутатора в один и тот же момент. Чтобы уменьшить время ожидания в коммутаторе, размер ячейки должен быть достаточно маленьким; тогда время, которое занимает передача ячейки, будет незначительно влиять на ячейки, ожидающие передачи. Уменьшение размера ячейки сокращает время ожидания, но, с другой стороны, чем меньше ячейка, тем большая ее часть приходится на "издержки" (то есть на служебную информацию, содержащуюся в заголовке ячейки), а соответственно, тем меньшая часть отводится реальным передаваемым данным. Если размер ячейки слишком мал, часть полосы пропускания занимается впустую и передача ячеек происходит длительное время, даже если время ожидания мало.

Термин "сеть с установлением соединения" означает, что для передачи пакетов по такой сети от источника к месту назначения источник должен сначала установить соединение с получателем (вспомните процесс дозвона по телефонной сети!).

Сети с установлением соединения могут гарантировать, что вся информация, переданная одним абонентом, дойдет до другого; в таких сетях каждому соединению может гарантированно предоставляется определенная полоса пропускания. Такие сети могут гарантировать определенное качество сервиса (Quality of Service - QoS), т.е. некоторый уровень сервиса, который сеть может обеспечить. QoS включает в себя такие факторы, как допустимое количество потерянных пакетов и допустимое изменение промежутка между ячейками. В результате сети с установлением соединения могут использоваться для передачи различных видов трафика - звука, видео и данных - через одни и те же коммутаторы. Кроме того, сети с установлением соединения могут лучше управлять сетевым трафиком и предотвращать перегрузку сети ("заторы"), поскольку коммутаторы могут просто сбрасывать те соединения, которые они не способны поддерживать.

Термин "коммутируемые сети" применительно к АТМ означает следующее. В сети ATM все устройства, такие как рабочие станции, серверы, маршрутизаторы и мосты, подсоединены непосредственно к коммутатору. Когда одно устройство запрашивает соединение с другим, коммутаторы, к которым они подключены, устанавливают соединение. При установлении соединения коммутаторы определяют оптимальный маршрут для передачи данных - традиционно эта функция выполняется маршрутизаторами. Когда соединение установлено, коммутаторы начинают функционировать как мосты, просто пересылая пакеты. Однако такие коммутаторы отличаются от мостов одним важным аспектом: если мосты отправляют пакеты по всем достижимым адресам, то коммутаторы пересылают ячейки только следующему узлу заранее выбранного маршрута.

Коммутаторы ATM обычно являются неблокирующими; это означает, что они минимизируют "заторы", передавая ячейки немедленно после их получения. Чтобы иметь возможность немедленной пересылки всех поступающих ячеек, неблокирующий коммутатор должен быть оснащен чрезвычайно быстрым механизмом коммутации и иметь достаточно большую пропускную способность выходных портов.

Концепция двух оконечных систем

Помимо описанных выше принципов, относящихся, в основном, к технологии передачи данных, существенным для АТМ является концепция двух оконечных систем (endpoints), осуществляющих связь друг с другом через совокупность промежуточных коммутаторов - "облако" АТМ (ATM cloud). Такая концепция обуславливает наличие двух типов интерфейсов: интерфейс пользователя с АТМ-сетью ("облаком") - UNI, Uset-to-Network Interface, и интерфейс между сетями, точнее, между отдельно взятым промежуточным коммутатором, входящим в "облако", и остальными коммутаторами, составляющими "облако" - NNI, Network-to-Node Interface (см. рис.1).

Описанные выше типы интерфейсов относятся к т.н. "частным" АТМ-интерфейсам. Помимо частных, существуют публичные АТМ-интерфейсы. Публичный UNI-интерфейс определяет способы соединения корпоративной (т.е. частной) АТМ-сети пользователя с общественной АТМ-сетью (сетью провайдера АТМ-услуг) - рис. 2а. Публичный NNI-интерфейс определяет способы взаимодействия АТМ-коммутаторов в общественных сетях (рис. 2б).
Picture 2b

Кроме того, существуют интерфейсы для соединения АТМ и не-АТМ сетей (например, сетей с ретрансляцией кадров) - B-ICI, Broadband Interexchange Carrier Connection. Еще один интерфейс этой же категории - Data Exchange Interface (DXI) - предназначен для подключения оборудования, требующего устройств DSU/CSU.

Адресация
Одним из важнейших аспектов для любой сетевой технологии является система адресации. Не исключение в этом плане и АТМ.

Схема адресации АТМ на первый взгляд довольна сложна. Первоначально ITU-T настаивал на применении системы адресации E.164, подобной применяемой в телефонных сетях. ATM Forum расширил адресную схему АТМ для применения в частных сетях. Согласно этой схеме уровень АТМ рассматривается независимо от существующих протоколов (IP, IPX и т.д.), и имеет собственную схему адресации и, соответственно, собственные протоколы для маршрутизации сигнальных сообщениий. При таком подходе существующие протоколы работают поверх АТМ-сети (как, например, IP работает поверх X.25 или поверх dial-up-линий). Эта модель называется подсетевой (subnetwork) или перекрывающей (overlay). В этом случае адресное пространство АТМ логически отделено от адресного пространства запускаемых поверх АТМ протоколов. Вследствие этого необходим механизм разрешения адресов (address resolution), обеспечивающий отображение адресов высокоуровневых протоколов (например, IP) в соответствующие адреса АТМ. Другой подход состоял в следующем: существующие протоколы имеют собственные адресные схемы и соответствующие маршрутизационные протоколы. Предлагалось использовать эти, уже существующие адресные схемы, внутри АТМ-сети. Тогда АТМ-устройства идентифицировались бы существующими сетевыми адресами (такими, например, как IP), и сигнальные запросы передвавли бы эти адреса. Существующие маршрутизационные протоколы сетевого уровня (IGRP, OSPF) также могли бы быть использованы внутри АТМ-сетей. Такая модель называется "равноправной" (peer).

Несмотря на сложность реализации overlay-модели (необходимо одновременно разрабатывать систему адресации, маршрутизационные протоколы и средства разрешения адресов), с инженерно-технологической точки зрения она обладает весьма существенным преимуществом: АТМ и высокоуровневые протоколы могут разрабатываться независимо друг от друга. В противном случае чрезвычайная сложность одновременной разработки АТМ и существующих протоколов сетевого уровня могли бы существенно задержать внедрение технологии АТМ в повседневную практику. Это обстоятельство перевесило "плюсы" peer-модели, и АТМ Forum принял overlay-модель. Формат АТМ-адреса overlay-модели базируется на семантике OSI Network Service Access Point (NSAP). Однако, АТМ-адрес - это НЕ NSAP, несмотря на NSAP-подобную структуру. Поэтому вместо часто употребляемого выражения "NSAP-адрес" применительно к АТМ лучше было бы говорить "АТМ-адрес для частных сетей".

Сетевая модель ATM
Сетевая модель ATM состоит из трех уровней (рис. 3):

физического;

уровня ATM;

уровня адаптации ATM.

В настоящее время модель ATM не включает в себя никаких дополнительных уровней, т.е. таких, которые соответствуют более высоким уровням модели OSI. Однако самый высокий уровень в модели ATM может связываться непосредственно с физическим, канальным, сетевым или транспортным уровнем модели OSI, а также непосредственно с ATM-совместимым приложением.

На физическом уровне определяются физические интерфейсы и протоколы сегментации кадров, связанные с АТМ. Этот уровень разбит на 2 подуровня: преобразования передачи (Transmission Convergence) и адаптации к физической среде передачи (PMD - Physical Medium Dependent). Такое разбиение позволяет отделить передачу сигнала от физической среды передачи и обеспечить таким образом возможность использования разнообразных физических сред.

Подуровень ТС отвечает за адаптацию к системе передачи, т.е. за прием ячеек с уровня АТМ и упаковку их в соответствующий формат для передачи по подуровню PMD. На этом уровне также осуществляется выявление ячеек (выделение их из битового потока, поступающего с подуровня PMD), их шифрование/дешифрование, "развязка" ячеек по скорости (вставка или подавление пустых ячеек в потоке данных с целью обеспечения непрерывности потока ячеек). На подуровне ТС также выполняется генерация и проверка контрольной суммы заголовка (HEC - Header Error Check). Контрольная сумма вычисляется по принятым битам и сверяется со значением HEC принятой ячейки. Если HEC соседних ячеек совпадают, то считается, что границы ячеек установлены правильно. Если нет совпадения НЕС для большого числа соседних ячеек, то считается, что функция выявления ячеек не сработала правильно.

На уровне АТМ реализуются четыре основные функции. Во-первых, здесь осуществляется мультиплексирование и демультиплексирование ячеек, принадлежащих различным виртуальным каналам. Во-вторых, на этом уровне осуществляются преобразования значений идентификаторов виртуального канала (VCI) и виртуального пути (VPI), если это необходимо.

Виртуальный канал ATM - это соединение между двумя конечными станциями ATM, которое устанавливается на время их взаимодействия.

Виртуальный канал является двунаправленным; это означает, что после установления соединения каждая конечная станция может как посылать пакеты другой станции, так и получать их от нее. Пара значений VPI/VCI определяет конкретный виртуальный канал между двумя АТМ-устройствами.

В-третьих, на уровне АТМ происходит извлечение (или вставка) заголовка перед доставкой (или после доставки) ячейки на уровень адаптации (с уровня адаптации). В-четвертых, уровень АТМ обеспечивает реализацию механизма управления потоком данных в универсальном сетевом интерфейсе (UNI), пользуясь битами общего управления потоком (CFG - General Flow Control) заголовка.

Ячейка ATM
Остановимся подробнее на размере и структуре ячейки АТМ. Размер АТМ-ячейки - 53 байта: 5 байтов - заголовок и 48 байт - данные. Структура заголовка АТМ-ячейки представлена на рис.4.

Поле общего управления потоком эанимает 4 бита. Используется только в UNI для управления трафиком и предотвращения перегрузки. Для NNI это поле не определено, а его биты используются для для расширения поля поля идентификатора виртуального пути (VPI).

Поле идентификатора виртуального пути (VPI) занимает в UNI 8 бит, в NNI - 12. Используется для обозначения виртуальных путей.

Поле идентификатора виртуального канала (VCI) состоит из 16 битов. Используется для обозначения виртуальных путей. Значения полей VPI и VCI устанавливаются конечными устройствами при запрашивании соединения.

Поле идентификации типа полезной нагрузки (Payload Type, PT) занимает 3 бита. Помимо обозначения типа полезной нагрузки, используется для обозначения управляющих процедур (первый бит - перегрузка, второй - для управления сетью, третий - индикация ошибки).

Поле признака потери приоритета ячейки (Cell Loss Priority, CLP) занимает 1 бит. Если этот бит установлен в "1", то в случае возникновения перегрузки коммутатор "выбрасывает" такую ячейку. В результате при перегрузке сети приоритет отдается определенным типам ячеек, переносящим, например, видеоинформацию.

Поле контрольной сумма заголовка (Header Error Check, HEC) занимает 8 бит. Представляет собой восьмиразрядный циклический избыточный код, который вычисляется по всем полям АТМ-заголовка. Такой метод контроля ошибок позволяет выявить все одноразрядные и часть многоразрядных ошибок.

Классы ATM-трафика
В сетевой модели ATM стандарты для уровня адаптации ATM выполняют три функции, подобные функциям сетевого уровня модели OSI:

определяют, как форматируются пакеты;

предоставляют информацию для уровня ATM, которая дает возможность этому уровню устанавливать соединения с различным обслуживания (Quality of Service, QoS);

предотвращают "заторы".

Уровень адаптации ATM состоит из четырех протоколов (называемых протоколами AAL), которые форматируют пакеты. Эти протоколы принимают ячейки с уровня ATM, заново формируют из них данные, которые могут быть использованы протоколами, действующими на более высоких уровнях, и посылают эти данные более высокому уровню. Когда протоколы AAL получают данные с более высокого уровня, они разбивают их на ячейки и передают их уровню ATM.

Основное достоинство АТМ заключается в его способности обрабатывать трафики различных типов. В существующих спецификациях определены четыре класса трафика:

класс А - синхронный трафик с постоянной скоростью передачи (CBR - Constant Bit Rate) и с предварительным установлением соединения (например, несжатая речь или видеоинформация);

класс В - синхронный трафик с переменной скоростью передачи (VBR - Variable Bit Rate) и с предварительным установлением соединения (например, сжатая речь и видео);

класс C - асинхронный трафик с переменной скоростью передачи и с предварительным установлением соединения (X.25, Frame Relay);

класс D - синхронный трафик с переменной скоростью передачи и без предварительного установлением соединения.

Вообще говоря, определены следующие протоколы AAL: AAL 1, AAL 2, AAL 3/4 и AAL 5. Однако ATM Forum разработал только три из них - AAL 1, AAL 3/4 и AAL 5.

Каждый протокол AAL упаковывает данные в ячейки своим способом. Все эти протоколы, за исключением AAL 5, добавляют некоторую служебную информацию к 48 байтам данных в ячейке ATM. Эти "издержки" включают в себя специальные команды обработки для каждой ячейки, которые используются для обеспечения различных категорий сервиса; таких категорий насчитывается 4; более подробно они будут рассмотрены ниже.

Физические среды
Для АТМ как транспортной среды весьма существенным является то, какие физические cреды передачи можно применить для ее реализации и какие скорости эта технология может обеспечить.

Изначально ATM Forum установил скорость DS3 (45 Мбит/с) и более высокие. Однако реализация ATM со скоростью 45 Мбит/с применяется главным образом провайдерами услуг WAN. Другие же компании чаще всего используют ATM со скоростью 25 или 155 Мбит/с. Хотя ATM Forum первоначально не принял реализацию ATM со скоростью 25 Мбит/с, отдельные производители стали ее сторонниками, поскольку такое оборудование дешевле в производстве и установке, чем работающее на других скоростях. Только 25-мегабитная ATM может работать на неэкранированной витой паре (UTP) категории 3, а также на UTP более высокой категории и оптоволоконном кабеле. Вследствие того что оборудование для 25-мегабитной ATM относительно недорого, оно предназначено для подключения к сети ATM настольных компьютеров.

155-мегабитная ATM работает на кабелях UTP категории 5, экранированной витой паре (STP) типа 1, оптоволоконном кабеле и беспроводных инфракрасных лазерных каналах. 622-мегабитная ATM работает только на оптоволоконном кабеле и может использоваться в локальных сетях (хотя оборудование, работающее с такой скоростью, реализовано еще недостаточно широко). В перспективе также предполагается достижение скоростей порядка нескольких гигабит в секунду.

Виртуальные каналы и пути
Стандарты установления соединения для уровня ATM определяют виртуальные каналы и виртуальные пути. Как уже было сказано выше, виртуальный канал ATM - это соединение между двумя конечными станциями ATM, которое устанавливается на время их взаимодействия.

После того как соединение установлено, коммутаторы между конечными станциями получают адресные таблицы, содержащие сведения о том, куда необходимо направлять ячейки. В них используется следующая информация:

адрес порта, из которого приходят ячейки;

специальные значения в заголовках ячейки, которые называются идентификаторами виртуального канала (virtual circuit identifiers - VCI) и идентификаторами виртуального пути (virtual path identifiers - VPI).

Адресные таблицы также определяют, какие VCI и VPI коммутатор должен включить в заголовки ячеек перед тем как их передать.

Имеются три типа виртуальных каналов:

постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuits - PVC);

коммутируемые виртуальные каналы (switched virtual circuits - SVC);

интеллектуальные постоянные виртуальные каналы (smart permanent virtual circuits - SPVC).

PVC - это постоянное соединение между двумя конечными станциями, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. Пользователь сообщает провайдеру ATM-услуг или сетевому администратору, какие конечные станции должны быть соединены, и он устанавливает PVC между этими конечными станциями.

PVC включает в себя конечные станции, среду передачи и все коммутаторы, расположенные между конечными станциями. После установки PVC для него резервируется определенная часть полосы пропускания, и двум конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединение.

SVC устанавливается по мере необходимости - всякий раз, когда конечная станция пытается передать данные другой конечной станции. Когда отправляющая станция запрашивает соединение, сеть ATM распространяет адресные таблицы и сообщает этой станции, какие VCI и VPI должны быть включены в заголовки ячеек. Через произвольный промежуток времени SVC сбрасывается.

SVC устанавливается динамически, а не вручную. Для него стандарты передачи сигналов уровня ATM определяют, как конечная станция должна устанавливать, поддерживать и сбрасывать соединение. Эти стандарты также регламентируют использование конечной станцией при установлении соединения параметров QoS из уровня адаптации ATM.

Кроме того, стандарты передачи сигналов описывают способ управления трафиком и предотвращения "заторов": соединение устанавливается только в том случае, если сеть в состоянии поддерживать это соединение. Процесс определения, может ли быть установлено соединение, называется управлением признанием соединения (connection admission control - AC).

Динамическое установление и уничтожение SVC позволяет использовать этот тип виртуальных каналов для эмуляции в АТМ-сети протоколов, ориентированных на работу без установления cоединения (IP, IPX и т.д.). Поскольку эмуляция таких протоколов является одной из важнейших функций АТМ-сети, остановимся на процессе установления SVC более подробно.

В процессе установления SVC ключевую роль играет система АТМ-сигнализации. Стандарты передачи сигналов зависят от типа интерфейса - UNI или NNI. Поскольку конечные станции используют UNI-интерфейс, то для установления SVC используется набор протоколов сигнализации UNI 3.0/3.1. Этот набор протоколов базируется на спецификациях Q.2931, которые, в свою очередь, основаны на сигнальном протоколе Q.931, разработанном для среднеполосных ISDN-сетей (Narrowband-ISDN, N-ISDN).

Так как сигнальные протоколы испльзуются для передачи информации через АТМ-сеть, для их функционирования необходимо иметь предустановленные виртуальные каналы. Таким зарезервированным виртуальным каналом является PVC с VPI=0, VCI=5.

Так как на пути от станции-источника к станции-приемнику запрос на установление соединения проходит через некоторое количество АТМ-коммутаторов, то, следовательно, необходимы некие средства - протоколы - которые бы обеспечели правильную передачу - маршрутизацию - этого запроса (и ответа на него) через "облако" АТМ. Таким средством в настоящее время для частных АТМ-сетей является Private NNI - PNNI - протокол. Этот протокол использует АТМ-адрес формата NSAP. Публичные АТМ-сети, применяющие на адресацию формата E.164, используют различные стеки NNI-протоколов, основанные на протоколах сигнализации ITU-T B-ISUP и протоколе маршрутизации уровня 3 ITU-T MTP.

Протокол PNNI состоит из 2-х компонентов: первым из них является сигнальный PNNI-протокол, используемый для трансляции АТМ-запросов на установление связи внутри сети, между UNI-источником и UNI-приемником. PNNI-протокол работает на PNNI-линках, которые связывают коммутирующие АТМ-системы (они могут являтся как отдельными АТМ-коммутаторами, так и целыми сетями, выступающими как единый PNNI-объект). PNNI-линки м.б. как физические, так и виртуальные, "multi-hop" (т.е. включающие несколько промежуточных физических устройств). Используемая в настоящее время версия PNNI была разработана как расширение сигнального протокола UNI. Поэтому PNNI также использует зарезервированный PVC c VCI=5. Значение VPI зависит от того, физический линк или виртуальный.

Вторая компонента - это протокол маршрутизации виртуальных каналов. Он используется для маршрутизации сигнального запроса через сеть АТМ. Этот протокол обладает многими свойствами маршрутизационных протоколов, применяемых в пакетно-ориентированных сетях без установления соединения (таких, как IP-сети), но является гораздо более сложным. Такая сложность вытекает из двух особенностей этого протокола: обеспечить уровень масштабируемости, намного превышающий тот, который можно обеспечить с помощью любого из применяемых ныне протоколов, и обеспечение маршрутизации, основанной на требованиях к качеству сервиса (QoS).

Поскольку разработка протоколов и спецификаций - дело трудоемкое и долгое, а производить оборудование необходимо уже сейчас, то первоначально предполагалось разделить создание PNNI на 2 этапа - PNNI Phase 0 и PNNI Phase 1. Однако ввиду сложности разработки PNNI Phase 1 в настоящее время получил распространение протокол PNNI Phase 0, известный как IISP - Interium Inter-Switch Protocol.

Итак, для того, чтобы установить соединение, конечная станция передает в АТМ-сеть запрос. Набор возможных типов сообщений определен в спецификациях UNI 3.0/3.1. Запрос, посылаемый конечной станцией-источником, желающей установить соединение, называется Setup, и содержит адрес конечной станции-приемника, желаемые параметры трафика и качества сервиса (QoS), а также информацию, необходимую для использования протоколов верхних уровней. АТМ-коммутатор, к которому через UNI подсоединена конечная станция-источник, отвечает источнику сообщением Call Proceeding; затем АТМ-коммутатор вызывает протокол АТМ-маршрутизации для определения маршрута и передачи запроса АТМ-коммутатору, к которому подсоединена конечная станция-приемник. Последний в цепочке (маршруте) АТМ-коммутатор передает через UNI запрос конечной станции-премнику. Если тот решает установить соединение, то посылает сообщение Connect обратно по тому же пути, по которому пришел запрос Setup. После того, как запрашивающая соединение станция приняла сообщение Connect, обе конечные системы могут начать обмен данными по установленному соединению. Если же приемник решил отказаться от установления соединения, то он посылает сообщение Release. Приняв это сообщение, источник может использовать идентификаторы и ресурсы, ранее зарезервированные им для планировавшегося соединения, для установления других соединений. Сообщение Release также используется любой из конечных станций или АТМ-сетью ("облаком") для уничтожения ранее установленных соединений.

SPVC - это гибрид PVC и SVC. Подобно PVC, SPVC устанавливается вручную на этапе конфигурирования сети. Однако провайдер ATM-услуг или сетевой администратор задает только конечные станции. Для каждой передачи сеть определяет, через какие коммутаторы будут передаваться ячейки.

PVC имеют два преимущества над SVC. Сеть, в которой используются SVC, должна тратить время на установление соединений, а PVC устанавливаются предварительно, поэтому могут обеспечить более высокую производительность. Кроме того, PVC обеспечивают лучший контроль над сетью, так как провайдер ATM-услуг или сетевой администратор может выбирать путь, по которому будут передаваться ячейки.

Однако и SVC имеют ряд преимуществ перед PVC. Поскольку SVC устанавливается и сбрасывается легче, чем PVC, то сети, использующие SVC, могут имитировать сети без установления соединений. Эта возможность оказывается полезной в том случае, если вы используете приложение, которое не может работать в сети с установлением соединений. Кроме того, SVC используют полосу пропускания, только когда это необходимо, а PVC должны постоянно ее резервировать на тот случай, если она понадобится. SVC также требуют меньшей административной работы, поскольку устанавливаются автоматически, а не вручную. И наконец, SVC обеспечивают отказоустойчивость: когда выходит из строя коммутатор, находящийся на пути соединения, другие коммутаторы выбирают альтернативный путь.

В некотором смысле SPVC обладает лучшими свойствами этих двух видов виртуальных каналов. Как и в случае с PVC, SPVC позволяет заранее задать конечные станции, поэтому им не приходится тратить время на установление соединения каждый раз, когда одна из них должна передать ячейки. Подобно SVC, SPVC обеспечивает отказоустойчивость. Однако и SPVC имеет свои недостатки: как и PVC, SPVC устанавливается вручную, и для него необходимо резервировать часть полосы пропускания - даже если он не используется.

Если PVC устанавливаются оператором, то каким образом обеспечивается создание SVC? Реальность такова, что практически ни одно из широко используемых в настоящее время приложений не рассчитано на использование АТМ. Этот пробел восполняют промежуточные службы-посредники между существующими приложениями, обеспечивающие механизмы обмена данными, специфичные для АТМ. Такими службами, использующими SVC, являются Classical IP over ATM и служба эмуляции локальных сетей - LAN Emulation, LANE.

Преимуществом обеих служб является то, что они позволяют использовать привычные и распространенные технологии (TCP/IP и Ethernet) в масштабах, характерных для городских или даже глобальных компьютерных сетей. Однако имеется также и общий недостаток: относительная сложность инсталляции и начального конфигурирования. Максимальную отдачу от этих служб можно получить при достаточно больших размерах и высокой сложности сети, когда накладные расходы на администрирование компонентов сервисов Classical IP (с использованием SVC) и LANE оказываются меньше накладных расходов на администрирование отдельных узлов и конечных станций АТМ-сети.

Стандарты установления соединения для уровня ATM также определяют виртуальные пути (virtual path). В то время как виртуальный канал - это соединение, установленное между двумя конечными станциями на время их взаимодействия, виртуальный путь - это путь между двумя коммутаторами, который существует постоянно, независимо от того, установлено ли соединение. Другими словами, виртуальный путь - это "запомненный" путь, по которому проходит весь трафик от одного коммутатора к другому. Когда пользователь запрашивает виртуальный канал, коммутаторы определяют, какой виртуальный путь использовать для достижения конечных станций. По одному и тому же виртуальному пути в одно и то же время может передаваться трафик более чем для одного виртуального канала. Например, виртуальный путь с полосой пропускания 120 Мбит/с может быть разделен на четыре одновременных соединения по 30 Мбит/с каждый.

Качество и категории сервиса
Для АТМ как транспортной среды, обслуживающей трафики различной природы, важнейшей характеристикой является возможность обеспечить различным трафикам различный уровень сервиса (Quality of Service, QoS). Понятие "сервис" в данном случае включает такие характеристики, как необходимость установления соединения или отсутсвие таковой, необходимость синхронизации, допустимость задержек, необходима трафику данного типа постоянная скорость (в битах), или допустима переменная.

Уровень адаптации ATM определяет четыре категории сервиса (рис.5):

постоянная скорость передачи в битах (constant bit rate - CBR);

переменная скорость передачи в битах (variable bit rate - VBR);

неопределенная скорость передачи в битах (unspecified bit rate - UBR);

доступная скорость передачи в битах (available bit rate - ABR).

Эти категории используются для обеспечения различных уровней качества сервиса (QoS) для разных типов трафика.

Категория CBR используется для восприимчивого к задержкам трафика, такого как аудио- и видеоинформация, при котором данные передаются с постоянной скоростью и требуют малого времени ожидания. CBR гарантирует самый высокий уровень качества сервиса, но использует полосу пропускания неэффективно. Чтобы защитить трафик CBR от влияния других передач, CBR всегда резервирует для соединения определенную часть полосы пропускания, даже если в данный момент в канале не происходит никакой передачи. Таким образом, резервирование полосы пропускания является особенно большой проблемой при работе по WAN-каналам, когда абоненту приходится платить за каждый мегабит полосы пропускания независимо от того, используется ли виртуальный канал.

Существуют также два вида VBR, которые используются для различных типов трафика: VBR реального времени (Real-time VBR - RT-VBR) требует жесткой синхронизации между ячейками и поддерживает восприимчивый к задержкам трафик, такой как уплотненная речь и видео. VBR не-реального времени (Non-real-time VBR - NRT-VBR) не нуждается в жесткой синхронизации между ячейками и поддерживает допускающий задержки трафик, такой как трансляция кадров (frame relay). Поскольку VBR не резервирует полосу пропускания, она используется более эффективно, чем в случае с CBR. Однако, в отличие от CBR, VBR не может гарантировать качества сервиса.

UBR применяется для трафика типа TCP/IP, который допускает задержки. Подобно VBR, UBR не резервирует дополнительной полосы пропускания для виртуального канала. В результате один и тот же виртуальный канал может многократно применяться для нескольких передач, таким образом полоса пропускания используется более эффективно. Однако поскольку UBR не гарантирует качества сервиса, в сильно загруженных сетях UBR-трафик теряет большое число ячеек и имеет много повторных передач.

Подобно UBR, ABR используется для передачи трафика, который допускает задержки, и дает возможность многократно использовать виртуальные каналы. Однако если UBR не резервирует полосы пропускания и не предотвращает потерь ячеек, то ABR обеспечивает для соединения допустимые значения ширины полосы пропускания и коэффициента потерь.

CBR, VBR, UBR, и ABR включают в себя различные параметры трафика, например среднюю и пиковую скорости, с которыми конечная станция может передавать данные. Эти категории сервиса также включают в себя следующие параметры качества сервиса (QoS):

коэффициент потерь ячеек (Cell loss ratio) определяет, какой процент высокоприоритетных ячеек может быть потерян за время передачи;

задержка передачи ячейки (Cell transfer delay) определяет количество времени (или среднее количество времени), требуемое для доставки ячейки адресату;

изменение задержки передачи ячейки (Cell delay variation - CDV) - допустимые изменения в распределении группы ячеек между конечными станциями. Высокое значение CDV приводит к прерыванию аудио- и видеосигналов.

Перед установлением соединения конечная станция запрашивает одну из четырех категорий сервиса. Затем сеть ATM устанавливает соединение, используя соответствующие параметры трафика и QoS. Например, если конечная станция запросила соединение CBR для передачи видеоинформации, сеть ATM резервирует необходимую ширину полосы пропускания и использует параметры трафика и QoS для обеспечения допустимых значений скорости передачи, коэффициента потерь ячеек, задержки и изменения задержки.

Сеть ATM использует параметры QoS и для защиты трафика, т. е. предотвращения перегрузки сети. Сеть "следит" за тем, чтобы установленные соединения не превышали максимальной ширины полосы пропускания, которая им была предоставлена. Если соединение начинает ее превышать, сеть отказывается передавать ячейки. Кроме того, сеть ATM определяет, какие ячейки можно отбросить в случае ее переполнения: она проверяет параметры QoS данного соединения и отбрасывает ячейки, для которых установлен высокий коэффициент потерь. И наконец, сеть отказывается устанавливать соединения, если не может их поддерживать.

Способность ATM обеспечивать для приложений различные уровни QoS считается одним из достоинств данной технологии. Пользователи могут резервировать только ту полосу пропускания, которая им необходима; при этом сохраняется качество передаваемых аудио- и видеосигналов, а сеть предохраняется от переполнения. Однако для того чтобы получать реальную выгоду от качества сервиса в сети ATM, необходимы приложения, рассчитанные на его использование.

Административное управление
Административное управление АТМ-сетью предполагает реализацию двух основных функций: внешнего управления сетью и управления внутренними соединениями.

Внешнее управление АТМ-сетями в настоящее время осуществляется с помощью протокола SNMP. В основном используются базы управляющей информации (MIB), определяемые поставщиками. Следующий этап - внедрение расширений для стандартных MIB. IETF и ATM Forum разрабатывают стандартную базу управляющей информации для АТМ.

Уже сейчас АТМ-продукты большинства поставщиков могут (по крайней мере, по утверждениям самих производителей) управляться стандартными SNMP-программами. Практически все производители создают собственные графические средства сетевого АТМ-администрирования на базе SNMP; многие также обеспечивают интеграцию таких средств в состав существующих пакетов сетевого управления. Управление внутренними соединениями обеспечивает установление соединений, маршрутизацию вызовов, преобразование адресов, управление коммутируемыми и постоянными виртуальными каналами. Программное обеспечение управления соединениями отвечает также за автоматическое конфигурирование сети, что позволяет выявлять конечные станции, коммутаторы и другие АТМ-устройства. Программы управления соединениями, кроме того, контролируют качество функционирования каждого порта, виртуального пути, магистрали, канала и собирают статистические данные об использовании и ошибках.

Для обеспечения внутреннего управления соединениями применяется протокол ILMI - Interium Local Managememnt Interface. Он использует формат SNMP-пакетов для доступа через UNI (а также NNI) к базам управляющей информации - ILMI MIB, ассоциирующихся с данным соединением, внутри каждого узла. ILMI использует зарезервированный PVC с VPI=0, VCI=16. Протокол ILMI поддерживает SNMP MIB II. Эта база управляющей информации содержит данные о заводских номерах коммутаторов, их версиях, версиях ПО, о количестве сетевых модулей. Кроме того, эта база содержит информацию о конфигурации, в т.ч. данные о виртуальных путях, начальным пунктом которых является данный коммутатор, о виртуальных каналах, проходящих через него, об адресе коммутатора, номере порта и IP-адресе устройства, подключенного к этому порту. К другим функциям управления, которые поддерживает SNMP MIB II, относятся контроль использования полосы пропускания и контроль ошибок, включая ошибки сегментации кадров на физическом уровне и выпадающие из диапазона идентификаторы виртуальных каналов.

Одной из важнейших функций ILMI, значительно облегчающей администрирование, является регистрация адресов.