Модель транспортной сети ATM определена рекомендацией I.326 “Функциональная архитектура транспортных сетей, основанных на ATM” (11/1995) и базируется на основных положениях ряда других рекомендаций: G.805 “Общая функциональная архитектура транспортных сетей” (1995), I.311 “Общие сетевые аспекты B-ISDN” (1993) и другие.
Моделью определяются возможности более эффективного использования ресурсов цифровых транспортных сетей, в частности сетей SDH. Это достижимо благодаря переходу к передаче информационных пакетов (ячеек), формируемых из данных реального трафика при его поступлении. Таким образом, в физической транспортной сети не происходит распределение ресурсов (емкостей) передачи на фиксированной основе за пользователями, как это имеет место в SDH сети. Физический ресурс (емкость) транспортной сети ATM остается общим и предоставляется только на время передачи информации любого вида (речи, видео, данных), то есть несинхронизированно (асинхронно) к переносящей среде. Кроме того, эффективность повышается за счет процедур предварительной обработки данных (процедур исключения избыточности в сигнале), например, сжатия.
Физический уровень модели транспортной сети ATM чаще всего ассоциируется с сетью SDH, поэтому выясним сущность выше расположенных уровней (виртуального канала и виртуального тракта). Для этого необходимо определить, что представляет собой асинхронный режим передачи АТМ.
ATM – это пакетная технология коммутации, мультиплексирования и передачи, использующая пакеты малой и фиксированной длины, которые называются ячейками АТМ. Формат ячейки приведен на рисунке 2.15. В ячейке постоянной длины 53 байта (октета) информация пользователя помещается в 48 байт, а заголовок ячейки, 5 байт, содержит информацию для передачи, мультиплексирования и коммутации в сети. Ячейки, передаваемые очень большими скоростями, например, 155Мбит/с или 622 Мбит/с, обеспечивают сети гибкость и эффективность использования ресурсов.
Рисунок 2.15 Структура ячейки ATM
Технология ATM определена ITU-T как технология с ориентацией на соединение, то есть до передачи ячеек с данными между двумя оконечными узлами должно быть установление соединения. Для этого пользователь информирует сеть с помощью сигнальной системы о требованиях в отношении качества услуг (пиковое или среднее значение скорости передачи или ширины полосы частот).
Сеть с помощью сигнальной системы образует соединение через все промежуточные узлы. Соединение должно соответствовать требованиям пользователя. Если выделенная скорость передачи соответствует пиковой, то ATM не дает никаких преимуществ по сравнению с STM, которая работает с пиковыми значениями. Если выделенная скорость передачи меньше пиковой, то возрастает вероятность возникновения перегрузки сети. Для устранения перегрузок необходимо применение механизмов контроля перегрузок и управления трафиком.
Сеть ATM не только ориентирована на соединения, она может поддерживать передачу данных без установления соединения, то есть дейтаграммный режим. В случае если в сеть ATM не поступает нагрузки, по ней передается непрерывный поток пустых ячеек, которые могут заполнять пространство и между информационными ячейками.
Последовательность принимаемых ячеек в точке назначения одинакова последовательности ячеек, посылаемых от источника. В других пакетных сетях это условие необязательно.
Технология ATM обеспечивает приспосабливание скорости передачи к скорости генерации ячеек, что позволяет рационально использовать емкость сети. Таким образом, при снижении скорости передачи одним источником может быть организована или увеличена скорость передачи другими источниками, то есть мультиплексирование имеет статистический характер.
Такое мультиплексирование ячеек обеспечивает простую интеграцию разной исходной информации по одному каналу (тракту), что является одним из основных достоинств ATM.
Необходимо подчеркнуть и проблемы ATM.
При передаче ячеек наблюдается неравномерность отклонения времени передачи ячеек CDV (Cell Delay Variation). При сборке и разборке ячеек наблюдается отклонение во времени CAD (Cell Assembly/Reassembly Delay).
CDV возникает в очередях ожидания в коммутации и мультиплексорах, в результате чего изменяется интервал между двумя соседними ячейками. CAD появляется потому, что информационные данные записываются временно в память до их упаковки в ячейку. Время ожидания в памяти зависит от скорости генерирования данных.
Однако главный недостаток ATM состоит в том, что должна обеспечиваться значительная избыточность при установлении соединения, даже в случае передачи нескольких ячеек, что эффективнее реализуется в дейтаграммных сетях.
Важно подчеркнуть, что ATM не зависит от реализации физического уровня, то есть ячейки можно передавать внутри STM-N, цикла PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) и другими системами.
Важнейшая функция ATM – коммутация. Она осуществляет:
- контроль запросов на соединение;
- контроль перегрузки сети;
- распределение ресурсов сети между пользователями;
- контроль трафика сети (пиковой или средней скорости) и другие.
Функции ATM выстроены относительно ячеек ATM. Структуры ячеек и их заголовки приведены на рисунке 2.16.
Обозначения на рисунке 2.16:
GFC, Generic Flow Control – общее управление/контроль потока;
VPI, Virtual Path Identifier – идентификатор виртуального пути;
VCI, Virtual Canal Identifier – идентификатор виртуального канала.
Рисунок 2.16 Ячейки ATM с различными заголовками
PTI, Payload Type Identifier – идентификатор типа полезной нагрузки (нагрузка пользователя или сети, наличие или отсутствие перегрузки);
CLP, Cell Loss Priority – управление приоритетом потери ячеек;
HEC, Header Error Control – контроль ошибок в заголовке (исправление одиночных ошибок, синхронизация приемника ячеек).
Вид ячейки зависит от информации в поле данных (48 байт), получаемой от адаптационного устройства. Различают следующие виды ячеек:
- пустая (свободная) ячейка, выравнивает общий поток ячеек;
- присвоенная (определенная) ячейка, обеспечивает определенные услуги электросвязи по переносу трафика;
- исправная ячейка, имеет заголовок без ошибок в физическом уровне;
- неисправная ячейка, заголовок которой содержит ошибки, которые на физическом уровне не устранены;
- неприсвоенная ячейка, ячейка уровня ATM, которая не присвоена трафику, но имеет значения VPI и VCI;
- ячейка сигнализации, переносит информацию сигнального назначения между уровнями сигнализации;
- ячейка управления, может функционировать отдельно на виртуальный канал и виртуальный путь.
Центром внимания в транспортной сети ATM выступают виртуальный путь и виртуальный канал.
Виртуальный канал – основное понятие, описывающее однонаправленную передачу ячеек ATM.
Заголовок каждой ячейки содержит обозначение в идентификаторах VCI и VPI, которые точно определяют, какому виртуальному каналу и виртуальному пути принадлежит ячейка.
Идентификаторы VCI и VPI используются при коммутации. Именно они обеспечивают уникальный, то есть единственный адрес ячейки в сети транспортировки. Каждый участок сети между коммутаторами содержит в памяти таблиц маршрутизации идентификаторы определенных соединений. Ячейки, проходя через коммутаторы, меняют маршруты и, естественно, заголовки. Для каждого соединения виртуального канала маршрутная таблица формируется в среде установления вызова с помощью сигнальной системы или оператором сети.
Виртуальный путь – общее понятие, описывающее путь каналов (виртуальных каналов) с теми же самыми оконечными пунктами. В отличие от коммутации виртуальных каналов, в узлах, в которых производится коммутация виртуальных путей, значения VCI проходят через узел прозрачно. Виртуальные каналы внутри одного виртуального пути имеют одни и те же VPI.
На рисунке 2.17 представлено для наглядности изображение виртуальных путей и виртуальных каналов.
Рисунок 2.17 Представление виртуальных путей и каналов
Транспортные сети ATM, построенные на основе виртуальных путей и каналов, могут поддерживать различные конфигурации сетей с различным требуемым числом каналов заданной пропускной способности. Разделение транспортных функций на функции каналов и путей – важная особенность ATM. При установлении соединения из конца в конец, пользователю нужен виртуальный канал. Виртуальные каналы одного пользователя или многих группируются в виртуальные пути. Через сеть соединение коммутируется в нескольких узлах ATM. Некоторые узлы коммутируют виртуальные пути, другие коммутируют пути и каналы.
Общий принцип коммутации ATM показан на рисунке 2.18.
При коммутации каналов и виртуальные пути, и виртуальные каналы заканчиваются в узле, то есть изменяются оба значения VCI и VPI. Если производится коммутация виртуального пути, то в узле заменяются только VPI.
Соединение виртуальных каналов – это последовательность звеньев виртуального канала между двумя точками, в которых происходит обмен содержания ячеек между уровнями ATM.
В соединении виртуального пути в оконечных точках меняются значения VPI. При этом оконечные точки не всегда совпадают с точками коммутации каналов.
Виртуальные пути и каналы являются предметом управления. Для этого в каждом канале и пути организуется передача служебных ячеек функций управления (наблюдения за качеством передачи).
Рисунок 2.18 Общий принцип коммутации в транспортной сети ATM
При организации управления важнейшими функциями считаются:
- определение перегрузки коммутаторов и образование очередей на коммутацию;
- управление потоком трафика в пути и канале;
- оценка качества передачи информации (по задержкам передачи, по вариациям задержки передачи, по потерянным ячейкам).