Файл: Учебнопрактическое пособие Владимир 2021.pdf

148 дарты основаны на стандартах для установления соединений с ком- мутацией каналов, применяемых в ISDN. Для адресации может ис- пользоваться план нумерации E.164, используемый в ISDN или, ис- пользуемый в сетях Х.25, план нумерации Х.121. Однако на практике данный сервис большинством операторов не поддерживается.
Следует еще раз особо подчеркнуть, что технология FR эффек- тивно работает только на каналах с низким коэффициентом ошибок.
Тем не менее, если технология FR используется на выделенных кана- лах, то в этом случае это требование не является обязательным. На рис. 2.19 показан пример соединения центрального офиса с филиала- ми посредством выделенных каналов с использованием FR для эф- фективного мультиплексирования разнородного трафика (речь + дан- ные).
Рис. 2.19. Соединения центрального офиса с филиалами посредством выделен- ных каналов с использованием FR

149
В целом можно сказать, что технология FR является недорогой и высокоэффективной технологией и во многих случаях может яв- ляться хорошей альтернативой (по критерию цена/качество) выде- ленным каналам.
Сети АТМ. Технология TCP/IP.
В отличие от FR, которая изначально создавалась только для передачи данных (как впрочем и технология TCP/IP), технология
АТМ с самого начала создавалась как универсальная технология для передачи всех видов информации (речь, данные, видео и т.д.). Техно- логия АТМ разрабатывалась как основа для создания так называемой широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания – B-
ISDN (сегодня чаще используется термин мультисервисная сеть). С этой целью в технологии АТМ заложены мощные механизмы, позво- ляющие ей эффективно передавать разнородный трафик. Но это же и определило высокую стоимость оборудования АТМ (особенно, если учесть, что появилась эта технология уже достаточно давно) и приве- ло к тому, что использование этой технологии в корпоративных сетях носит ограниченный характер. В современных условиях в связи с об- щей тенденцией стремительного роста производительности аппарат- но-программных средств при одновременном снижении их стоимости можно отметить возрождение интереса к технологии АТМ, хотя надо отметить и возрастающую конкуренцию со стороны, постоянно наращивающей возможности, технологии TCP/IP.
Асинхронный режим переноса (АТМ), обеспечивает интегриро- ванную передачу речи, данных, подвижных и неподвижных изобра- жений методом статистического мультиплексирования в едином циф- ровом тракте. Передача всех видов информации в виде коротких па- кетов фиксированной длины – ячеек, размером 53 байта позволяет перейти к распределению сетевых ресурсов по потребности, когда каждый потребитель в любой момент времени получает тот сетевой ресурс, который ему необходим в виде виртуального канала с изме- няющейся скоростью передачи. Использование ячеек обеспечивает

150 эффективное мультиплексирование разнородного трафика при опре- деленных гарантиях качества обслуживания - QoS. Есть еще одна причина, по которой в АТМ используются ячейки фиксированной длины. Дело в том, что данная технология с точки зрения размеров передаваемых блоков является компромиссом между технологиями, использующими метод КК и технологиями, использующими метод
КП. Когда создавалась технология АТМ, еще не было каналов со ско- ростями, измеряемыми в Гбит/c и, поэтому, с одной стороны надо было экономить канальные ресурсы, а с другой – в условиях относи- тельно низкоскоростных каналов надо было обеспечить эффективное перемешивание трафика различных соединений, с тем чтобы обеспе- чить требуемое качество обслуживания (в первую очередь для трафи- ка реального времени). Для этого надо использовать блоки данных минимального размера, как это сделано в цифровой телефонии. Но, оставаясь в рамках КП, всегда есть ограничение на минимальный размер блока. Таким ограничением является размер заголовков. По- этому в технологии АТМ используется минимально возможный раз- мер заголовка – 5 байт, который почти целиком используется под метку виртуального соединения (рис. 2.20) и отсутствуют привычные для технологий, использующих КП, разграничители блоков – флаги, что возможно только при использовании блоков постоянной длины – ячеек. Кстати по этой причине в АТМ невозможно корректно реали- зовать датаграммный режим, и он всегда реализуется через установ- ление виртуального соединения, т.е. с большими издержками. Вооб- ще, передача поверх АТМ трафика других технологий, использую- щих КП сопряжена с большими издержками, связанными с разбиени- ем пакетов большого размера и размещением получающихся фраг- ментов в короткие ячейки на одном конце соединения и восстановле- нием из фрагментов пакетов на другом. Особенно, если учесть воз- можность потери ячеек.

151
Рис. 2.20. Заголовки ячейки АТМ
Таким образом, в технологии АТМ реализован принцип комму- тации ячеек, как разновидность пакетной коммутации c установлени- ем виртуальных соединений. В этом отношении она близка к техно- логиям FR и Х.25. Использование виртуальных соединений, обеспе- чивает лучшие по сравнению с технологией TCP/IP условия для обес- печения безопасности. При этом отпадает необходимость в организа- ции “туннелей”, одного из основных механизмов обеспечения без- опасности, используемого в технологии TCP/IP, в которой каждый передаваемый пакет данных содержит в явном виде адреса источника и получателя. Тем не менее в АТМ разработаны надежные механизмы обеспечения безопасности, включающие:

Аутентификацию, позволяющую обеим сторонам, участ- вующим в соединении быть уверенным, что абонент на противопо- ложной стороне действительно является тем, за кого он себя выдает.
Аутентификация основывается на криптографических методах;

Конфиденциальность, т.е. предотвращение несанкциони- рованного раскрытия передаваемой информации. Конфиденциаль- ность обеспечивается шифровкой данных;

152

Целостность, гарантирующая то, что во время сеанса дан- ные не были изменены. Механизмы целостности используют шифро- вание контрольных сумм и последовательной нумерации передавае- мых блоков данных.

Контроль доступа, который ограничивает использование ресурсов или данных незарегистрированными пользователями.
В рамках Форума АТМ имеется специальная рабочая группа по безопасности в ATM.
Как и FR технология АТМ работает на 2-х нижних уровнях мо- дели OSI. На рис. 2.21 представлена архитектура протоколов АТМ.
Физический уровень включает спецификацию передающей среды и обеспечивает передачу битов, включая линейное кодирование и элек- трооптическое преобразование. Следует отметить, что физический уровень предполагает использование синхронных каналов, например,
SDH или PDH или каналов с собственной структурой цикла.
Важной функцией физического уровня является определение границ ячеек. Эта функция реализуется путем проверки заголовка ячейки на наличие ошибок. В настоящее время, в соответствии со стандартами, оборудование АТМ работает на скоростях до 622,08
Мбит/с (STM-4).
Рис. 2.21. Архитектура АТМ

153
Уровень АТМ определяет, куда будут перенаправлены входя- щие ячейки, переустанавливает соответствующие идентификаторы соединения для следующего звена. При этом обеспечивается асин- хронное мультиплексирование различных соединений. Уровень АТМ также управляет функциями управления трафиком и буферами вхо- дящих и исходящих ячеек; он указывает следующему (более высоко- му) уровню AAL о наличии ситуации перегрузки во время передачи.
Наконец, уровень АТМ контролирует соответствие трафика каждого соединения условиям обслуживания, которые были определены на этапе установления соединения (трафик-контракт) – формирование и контроль трафика. Отметим, что во время установления соединения при недостатке ресурсов сеть может отклонить вызов (или предло- жить обслуживание с другим качеством, поставить на ожидание и т. д.) с тем, чтобы обеспечить надлежащее обслуживание уже установ- ленных соединений.
Для обеспечения возможности передачи разнородного трафика с требуемым качеством в технологии АТМ определены различные службы, которые реализуются с помощью уровня адаптации – AAL.
Если физический уровень и уровень АТМ являются общими для всех служб и обеспечивают перенос ячеек, то уровень AAL зависит от служб. Основное назначение уровня AAL – изолировать высшие уровни от специфических характеристик уровня АТМ посредством отображения блоков данных протокола высшего уровня – PDU в ин- формационное поле ячеек АТМ с целью возможности переноса по се- ти АТМ, а затем собрать блоки данных из ячеек АТМ для доставки верхним уровням. В АТМ определены следующие категории служб:
Службы реального времени:

Постоянная битовая скорость (Constant Bit Rate – CBR);

Переменная битовая скорость реального времени (real-time
Variable Bit Rate – rt-VBR);
Службы не реального времени:

Переменная битовая скорость не реального времени (non-
real-time Variable Bit Rate – nrt-VBR);

Доступная битовая скорость (Available Bit Rate – AVR);

154

Неопределенная битовая скорость (Unspecified Bit Rate –
UBR);

Гарантированная скорость передачи кадров (Guaranteed
Frame Rate – GFR).
Служба CBR используется приложениями, для которых требу- ется передача с постоянной скоростью с жестким ограничением на величину задержки и её вариацию. Служба ориентирована на созда- ние соединения. Типичным примером является передача речи с по- стоянной скоростью (64 кбит/с) или транспортирование по сети АТМ цифровых каналов Е1/Т1. Еще одним примером может служить пере- дача видео с постоянной скоростью. Предоставление такой услуги в сетях АТМ называется эмуляцией канала – CES.
В службе rt-VBR также необходимо обеспечивать требуемые характеристики по задержке и её вариации для служб, которые ори- ентированы на соединение. Отличие от службы CBR в том, что ис- точниками трафика являются источники с переменной скоростью пе- редачи. Типичными примерами являются передача подвижных изоб- ражений и звука со сжатием.
Служба nrt-VBR предназначена для приложений не реального времени, для которых допустимы более высокие задержки и их вари- ация по сравнению службами реального времени. При её использова- нии оконечные устройства указывают максимальную скорость пере- дачи ячеек, а также описывают степень неравномерности потока яче- ек. Основываясь на этой информации, сеть резервирует необходимые ресурсы с тем, чтобы удовлетворить требованиям приложений с точ- ки зрения минимизации задержки и потерь ячеек. Служба ориентиро- вана на соединения. Примером использования этой службы может служить резервирование железнодорожных и авиабилетов, банков- ские операции.
Служба ABR предназначена для приложений, генерирующих неравномерный трафик. Приложения с таким трафиком определяют максимальную или пиковую и минимальную скорости передачи ячеек
(Peak Cell Rate – PCR и Minimum Cell Rate – MCR, соответственно).
Сеть резервирует ресурсы таким образом, чтобы каждое приложение,

155 использующее службу ABR, получило как минимум ресурс, обеспе- чивающий MCR. По мере возможности остающиеся свободными ре- сурсы распределяются между всеми приложениями. При этом ис- пользуется механизмы обратной связи, обеспечивающие справедли- вое распределение ресурсов. Службу ABR может использоваться при передаче трафика между LAN.
Служба UBR рассчитана на приложения, допускающие значи- тельные задержки. Эта служба использует ресурсы, остающиеся сво- бодными после удовлетворения потребностей других служб. Источ- ник передачи не получает каких-либо гарантий по задержке и потере ячеек. Примером приложения, использующего службу UBR, может быть передача текста.
Служба GFR была разработана для поддержки передачи IP- трафика, который часто передается через АТМ. Дело в том, что при передаче между маршрутизаторами, соединенными через сеть АТМ,
IP-пакетов, имеющих большие размеры, их разбивают на короткие ячейки. При этом, если хотя бы одна ячейка будет сброшена, напри- мер, вследствие перегрузки сети АТМ, то придется повторно переда- вать все ячейки, из которых состоял исходный IP-пакет, т.е. повторять передачу большого количества уже переданных ячеек и, таким обра- зом, еще больше увеличивать перегрузку. Поэтому, важно, чтобы все коммутаторы АТМ знали о границах фрагментированных пакетов или кадров. Тогда при перегрузке коммутатор АТМ сможет сбрасывать не одну ячейку, а и все последующие ячейки, вплоть до последней, соот- ветствующей границе пакета. Именно эта возможность реализована в этой службе.
Требования по доставке информации в каждой службе суще- ственно различаются. Например, речь и видео критичны к задержкам
(требования соблюдения реального времени), а данные критичны к потерям информации (требование целостности информации). Поэто- му на этапе установления соединения между сетью АТМ и приложе- ниями заключается соглашение о качестве обслуживания, так называ- емый трафик-контракт. В этом соглашении, с одной стороны, описы- ваются параметры подлежащего передаче трафика, а, с другой сторо-

156 ны, сеть обязуется гарантировать приложению запрашиваемые пара- метры качества передачи. В трафик-контракт входят параметры, ха- рактеризующие максимальную и минимальную скорости поступле- ния ячеек от отправителя и такие параметры качества обслуживания, как задержка при передаче ячеек через сеть и её вариация, а также процент потерянных ячеек. Еще раз отметим, что сеть АТМ устанав- ливает соединение только в случае, если вновь устанавливаемое со- единение не ухудшит параметры качества обслуживания для уже установленных соединений.
Для поддержки различных служб в технологии АТМ определен набор протоколов уровня AAL.
Уровень адаптации состоит из двух подуровней: подуровень конвергенции (Convergence Sublayer – CS) и подуровень сегментации и сборки (Segmentation And Reassembly sublayer – SAR). В настоящее время определены 4 типа протоколов AAL: AAL1, AAL2, AAL3/4,
AAL5. Из этих четырех типов на практике по различным причинам используются только 2 типа: AAL1 и AAL5. AAL1 используется для поддержки служб реального времени, а AAL5 – для передачи данных.
На рис. 2.22 показано использование протокола AAL5 для передачи
IP-пакетов.
Рис. 2.22. Использование протокола AAL5 для передачи IP-пакетов

157
Для обеспечения QoS в технологии АТМ используются различ- ные механизмы, из которых в первую очередь можно отметить алго- ритм GCRA (Generic Cell Rate Algorithm), являющийся модификаци- ей, рассмотренного ранее алгоритма “Leaky Bucket”.
Рис. 2.23. Алгоритм GCRA
Технология АТМ может применяться и как технология, исполь- зуемая из конца в конец, так и как технология для объединения уда- ленных площадок предприятия. При использовании АТМ из конца в конец необходимо обеспечить поддержку АТМ всеми устройствами в локальной сети предприятия (рис. 2.23). Однако в настоящее время сложилась такая ситуация, что в большинстве предприятий исполь- зуются локальные сети (Local Area Network – LAN), построенные, как правило, на основе достаточно дешевой технологии Ethernet. Очевид- но, что переход на технологию АТМ был бы связан с большими за- тратами. При этом надо иметь в виду, что технология Ethernet не сто- ит на месте и постоянно развивается. Для обеспечения совместимости с локальными сетями была разработана технология эмуляции локаль- ной сети – LAN Emulation (LANE). Данная технология призвана ис- пользовать преимущества АТМ применительно к пользователям ло-

158 кальных сетей. Она фактически как бы превращает различные ло- кальные сети в одну с сохранением функциональности локальной се- ти (рис. 2.24):

Сохранение доступности всех существующих приложений
LAN;

Использование АТМ в качестве транспортной среды меж- ду территориально разнесенными LAN;

Обеспечение доступа из LAN к серверам, подключенным непосредственно к АТМ.
Рис. 2.24. Использование технологии LANE
Заключая рассмотрение технологии АТМ отметим, что в насто- ящее время данная технология в наибольшей степени отвечает задаче построения мультисервисной сети. Однако сейчас акцент все больше смещается в пользу технологии TCP/IP. Основными аргументами в пользу TCP/IP являются, с одной стороны, сложность и дороговизна оборудования АТМ, а с другой стороны, доступность и повсеместная распространенность технологии TCP/IP, которая постепенно наращи- вает свои возможности, представляя таким образом эволюционный подход к построению мультисервисной сети. Немаловажным факто- ром также является стремительный рост канальных ресурсов, что в значительной мере нивелирует преимущество коротких пакетов (яче- ек АТМ).