Závěrečná zpráva o realizaci projektu

[Obsah] [Zpět na stránku projektu] [PASNET]

2. Stručně o technologii ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Vzhledem k obsáhlosti technologie ATM (ref. model - vrstvy AAL, definice virtuálních okruhů a cest, VPI/VCI, třídy služeb - CBR, VBR, ABR, UBR, adresace, signalizace - UNI/NNI, mechanismy rezervace prostředků - CAC, GCAC, modely využití ATM pro IP aplikace - CLIP, LANE, MPOA, MPLS,…) závěrečná zpráva neobsahuje podrobný popis těchto modelů a algoritmů. Tato kapitola má být pouze stručným uvedením některých pojmům, které se v dalším textu závěrečné zprávy vyskytují. V případě bližšího zájmu o tuto problematiku odkážeme čtenáře na odbornou literaturu.

ATM je spojově orientovaná technologie - tj. poskytuje spojové služby - tj. virtuální okruhy (VC - virtual circuit). Základní přenosovou jednotkou je buňka, která má délku 53 bytů. Realizace virtuálních okruhů je zajištěna metodou přepínání buněk na základě informací uvedených v záhlaví (prvních 5 bytů) každé buňky - dvojice čísel VPI (Virtual path identifier) a VCI (virtual channel identifier) a tabulek informací na jednotlivých ATM přepínačích typu InPort/InVPI/InVCI - OutPort/OutVPI/OutVCI, přičemž při průchodu přepínačem se záhlaví buněk (VPI-VCI) přepisují - viz následující obrázek 1.

obrázek 1 - Princip přepínání ATM buněk

Podle toho, jaká data mají být přenášena, definuje technologie ATM 4 typy virtuálních okruhů - tzv. třídy. Při vytváření virtuálního okruhu proto bereme v úvahu typ přenášených dat. Pro hlasové služby a přenos nekomprimovaných dat v reálném čase je určena třída CBR (tzv. constant bit rate) - kdy se předpokládá konstantní přísun dat a data jsou maximálně náchylná na zpoždění či nesprávné pořadí doručených buněk. Pro přenos komprimovaného videa a hlasu je určena služba VBR (Variable bit rate), pro niž je typické, že data přicházejí ve shlucích, i zde je však zpoždění buněk nežádoucí. Pro datové přenosy, kde rozhoduje více spolehlivost než zachování pořadí a zpoždění jsou pak připraveny třídy ABR (available bit rate) a UBR (unspecified bit rate). Rozdíl těchto tříd je především v tom, že třída ABR umožňuje vlastní řízení toku dat. Třída UBR je navíc díky typu zapouzdření dat do jednotlivých buněk (adaptační vrstva AAL5) o něco efektivnější a je proto nejpoužívanější třídou pro datové přenosy. Její nevýhodou však je, že nejsou zaručeny žádné QoS parametry. Cisco implementace řeší tuto "nevýhodu" zavedením další třídy - tzv. UBR+.

Aby bylo možné rezervovat dostupné prostředky (pomět, CPU,…) na jednotlivých přepínačích, je nezbytné specifikovat konkrétní parametry poplatné dané třídě služeb. Kromě toho, že potřebujeme vědět, jaký typ dat přenášíme (vhodná volba třídy služeb), je nezbytné umět specifikovat chování datového toku.

 Jednotlivými parametry popisující chování toku dat jsou:

Následující tabulka uvádí základní parametry (implementace v zařízeních CISCO LS1010) , které je možné při vytváření okruhu s danou třídou služby specifikovat.

Podle toho, jakým způsobem jsou jednotlivé okruhy vytvářeny, je možné rozdělit okruhy do těchto kategorií:

Permanentní virtuální okruhy - PVC (vystavované administrátorem sítě na každém jednotlivém switchi)
Za prvé je možné virtuální okruhy konfigurovat pomocí tzv. permanentních virtuální kanálů (PVC), kdy na každém ATM přepínači v předpokládané cestě okruhu je zapotřebí specifikovat, jakým kanálem (který interface, VPI/VCI) okruh pokračuje k dalšímu přepínači. Při definici takové tabulky pro daný okruh je možné přímo specifikovat třídu služby i konkrétní QoS parametry. Má-li přepínač dostatečné množství prostředků, požadované vystavení okruhu akceptuje a alokuje potřebné zdroje (MEM, CPU,…) tak, aby byla zajištěna dohodnutá kvalita služby. Výhodou takového řešení je absence potřeby adresace a signalizačních protokolů (které mohou být implementačně závislé), nevýhodou je naopak složitá a časově náročná konfigurace (konfigurační zásah pro vytvoření jednoho okruhu vyžaduje konfiguraci na všech přepínačích, přes které okruh prochází). Realizace virtuálních okruhů pomocí PVC kanálů tak lze doporučit pouze při propojení ATM sítí různých výrobců a potížemi s interoperabilitou ATM směrovacích protokolů.

Dynamické virtuální okruhy typu SVC (automatické vystavování na základě UNI, NNI signalizace)
Druhou variantou je pak možnost dynamického vystavování virtuálních okruhů prostřednictvím tzv. SVC kanálů (tyto okruhy bývají označovány jako switched virtual circuits - SVC). To však již vyžaduje jednotnou ATM adresaci v celé síti a existenci signalizačních protokolů. Z tohoto pohledu jsou pak zařízení ATM sítě rozdělena na tzv. koncová zařízení (END ATM stations) a vnitřní zařízení ATM sítě (ATM switches). V souladu s tímto rozdělením se pak dále rozlišuje signalizace UNI (User to Network Interface) a NNI (Network to Network Interface), kdy UNI signalizace je používána pro připojení koncových stanic do ATM sítě, NNI signalizace pro komunikaci ("dohadování" o realizovatelnosti okruhu) uvnitř ATM sítě. Dnes nejpoužívanějším standardem pro UNI signalizaci je protokol UNI v.4.0, který již obsahuje podporu specifikace parametrů QoS. Z NNI signalizačních protokolů uveďme PNNI (v2), který je navržen pro rozsáhlé ATM sítě a nabízí i možnosti zálohování. Uvedené signalizační protokoly umožňují ATM síti při požadavku na vytvoření virtuálního okruhu s požadovanými vlastnostmi (třída, QoS parametry) ověřit, zda je možné okruh požadované kvality zrealizovat (dostupnost zdrojů - kapacita , CPU,…), v případě, že to je možné, dynamicky tento VC vytvořit (tj. nastavení příslušných tabulek na přepínačích včetně rezervace potřebných zdrojů). PNNI protokol navíc umožňuje pro případ, kdy ATM síť navrženou cestu pro daný okruh z jakýchkoliv důvodů zamítne, využít duplicitních cest (pokud jsou takové).

Dynamické virtuální okruhy typu SoftPVC (vystavuje administrátor sítě s využitím signalizace)
Třetí variantou jsou virtuální okruhy, které jsou v Cisco dokumentaci nazývány SoftPVC. Jedná se vlastně o spojení obou typů kanálů PVC, SVC - pro koncovou aplikaci vytvářený okruh představuje transparentně PVC spojení (tj., koncová ATM aplikace nepoužívá signalizaci, a nastavuje pouze pro daný okruh na každé straně spoje dvojici VPI/VCI), uvnitř sítě (mezi koncovými ATM přepínači) je pak okruh realizován jako SVC spojení, které je vystaveno administrátorem sítě. Z pohledu signalizace se pak koncové ATM přepínače tváří vlastně jako koncové ATM stanice a komunikace s "vnitřní" částí ATM sítě probíhá prostřednictvím signalizace typu UNI. Administrátor pouze specifikuje NSAP adresu cílového switche pro požadované rozhranní (na kterém má být okruh zakončen) a požadovaný typ a parametry okruhu. Vzhledem k jednoduchosti konfigurace je tento typ okruhů (v případě požadavků na připojení nativních ATM zařízení bez podpory signalizace) nejpoužívanější.

Podpora standardních IP aplikací

Protože většina "typických" uživatelů potřebuje používat i nadále stávající aplikace implementované pro technologie LAN sítí (Ethernet, TokenRing), je zapotřebí zajistit přenositelnost těchto aplikací i do prostředí ATM sítě, a to bez nutnosti přidání softwarové podpory nativního ATM rozhranní pro tyto aplikace.

Takových mechanismů je připraveno více.

Statické mapování - statické mapování IP adres do jednotlivých VC (RFC1483)
LANE - emulace Ethernet nebo Tokenring LAN sítě
CLIP - model určen TCP/IP aplikacím založený na dynamickém mapování NSAP/IP adres
MPOA - obdoba LANE s možností přímé komunikace mezi jednotlivými VLAN (tzv. shortcuty)
MPLS - asi nejmodernější model umožňující určitou integraci IP a ATM technologie

Modely, ve kterých je absence všesměrového vysílání a sdíleného media řešena zavedením centrálních serverů - např. pro LANE jsou zavedeny LECS (Lan emulation configuration server), LES(Lan emulation server) a BUS (Broadcast and unknown server) jsou pak vzhledem k této architektuře a požadavku robustnosti nuceny k zajištění redundance těchto serverů. To již tak poměrně dost složité modely dále komplikuje. V dalším textu je ještě dále používáno označení ELAN, které označuje emulovanou ATM virtuální síť (tedy specifický případ VLAN).

Nevýhodou těchto modelů je obvykle to, že již nedokáží využít QoS služeb poskytovaných ATM sítí - jejich varianty s dynamickým vytvářením okruhů využívají pouze třídu UBR bez specifikace dalších QoS parametrů.

Protože páteřní IP směrovače sítě Pasnet jsou propojeny prostřednictvím LANE , bylo využití proprietární podpory redundance těchto serverů také jedním z dílčích úkolů .

12.12. 2000 webmaster@pasnet.cz