Мультисервисные АТМ - сети

Для пакета, состоящего из 53 байт, при скорости в 155 Мбит/с  время передачи кадра на выходной порт составляет не менее 3 мкс. Так  что эта задержка не очень существенна  для трафика, пакеты которого должны передаваться каждые 125 мкс.

Выбор для передачи данных любого типа небольшой ячейки фиксированного размера еще не решает задачу совмещения разнородного трафика  в одной сети, а только создает  предпосылки для ее решения.

Разработчики  технологии АТМ проанализировали всевозможные образцы трафика, создаваемые различными приложениями, и выделили 4 основных классов трафика, для которых разработали различные механизмы резервирования и поддержания требуемого качества обслуживания.

Класс трафика (называемый также классом услуг - service class) качественно характеризует требуемые услуги по передаче данных через сеть АТМ. Требования к синхронности передаваемых данных очень важны для многих приложений - не только голоса, но и видеоизображения, и наличие этих требований стало первым критерием для деления трафика на классы.

В результате было определено пять классов трафика, отличающихся следующими качественными характеристиками:

- наличием или отсутствием пульсации трафика, то есть трафики CBR или VBR;

- требованием к синхронизации данных между передающей и принимающей сторонами;

- типом протокола, передающего свои данные через сеть АТМ с установлением соединения или без установления соединения.

Очевидно, что только качественных характеристик, задаваемых классом трафика, для описания требуемых услуг оказывается недостаточно. В технологии АТМ для каждого класса трафика определен набор количественных параметров, которые приложение должно задать. В технологии АТМ также поддерживается и набор основных количественных параметров для трафиков. Рассмотрим 5 классов трафика АТМ – сети в таблице 1 приложения Б. 

Необходимо  подчеркнуть, что задание только параметров трафика часто не полностью  характеризует требуемую услугу, поэтому задание класса трафика  полезно для уточнения нужного  характера обслуживания и данного соединения сетью.

В некоторых  случаях специфика приложения такова, что ее трафик не может быть отнесен  к одному из четырех стандартных  классов. Поэтому для этого случая введен еще один класс X, который  не имеет никаких дополнительных описаний, а полностью определяется теми количественными параметрами трафика и качеством обслуживания, которые организовываются в трафик - контракте.

 

1.3 Достоинства

 

В представлении  большинства пользователей новая  сетевая технология ассоциируется, в первую очередь, с большей полосой пропускания. Однако технология АТМ - это не только и не столько быстродействие; последнее является, скорее, следствием других ее особенностей.

В основе технологии АТМ  лежат прямые соединения между периферийными  устройствами.

Динамически создаваемые виртуальные каналы могут иметь различные приоритеты и различные гарантии для получения необходимой им полосы пропускания, причем в рамках одного быстродействующего физического соединения могут быть созданы одновременно несколько виртуальных каналов с различными характеристиками.

АТМ включает в  себя очень мощные инструменты для  управления трафиком, которые еще  далеко не достигли пределов своего совершенства,  такие, как различные категории качества услуг и сложные механизмы обратной связи. Именно они позволяют одновременно передавать информацию различного типа, предъявляющую диаметрально противоположные требования к параметрам соединения. Именно эти механизмы позволяют объединить на одной магистрали трафик с различными протоколами. Наконец, эти механизмы обеспечивают оптимальное распределение полосы пропускания между различными виртуальными каналами и эффективный захват ее неиспользуемой части, что позволяет избежать перегрузок сети вплоть до физического исчерпания ее пропускной способности. Благодаря этому, АТМ - сети способны удовлетворить всем противоречивым требованиям, предъявляемым различными типами трафика и различными протоколами.

В сети АТМ весь трафик, относящийся к тому или  иному виртуальному каналу, попадает на те и только те устройства и порты, которые связаны с этим каналом. При увеличении числа станций общий объем трафика, циркулирующего в сети, растет приблизительно линейным образом. Скажем, при десятикратном расширении сети общий трафик увеличивается также в 10 раз.

В сетях же АТМ, адреса станций анализируются только один раз при установлении соединения. После этого ячейки АТМ несут в себе только номер виртуального пути и виртуального канала, и коммутатору требуется минимальное число операций, чтобы препроводить их по назначению. Эти операции выполняются аппаратно, и именно поэтому коммутация в АТМ оказывается несравнимо более реальной и доступной по цене, чем коммутация в Ethernet при таком же быстродействии.

В сетях АТМ  коммутатор анализирует только заголовок  ячейки и не рассматривает остальные ее байты. Вмешаться в его работу извне крайне сложно, если вообще возможно: в современных коммутаторах эта обработка выполняется на аппаратном уровне. В сетях АТМ просто нет дверей, на которые следовало бы вешать замки: виртуальные каналы разделены глухими стенами. Это качественно новая ступень безопасности.

Имеет гибкое управление трафиком, поддержку смешанного трафика  с различными протоколами и конфиденциальность.

Эта технология способна успешно сосуществовать со всеми имеющимися локальными сетями, с любыми протоколами и с большей частью используемого в них оборудования.

 

1.4 Недостатки

 

По сравнению  с достижением символического порога в 1 Гбит/с у Gigabit Ethernet , отнюдь не гарантирующем  реального ускорения работы прикладных программ, скажем, в 10 раз по сравнению с Fast Ethernet или более высокой производительности, чем существующие сети АТМ с быстродействием 622 Мбит/с. Также недостатком является высокая стоимость.

 

 

 

 

2 Практическая часть

 

2.1 Классическая настройка IP через ATM (PVC)

 

Классический IP через ATM (CLIP) - это простейший метод использования асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) с IP. Он может быть использован с коммутируемыми подключениями (switched connections, SVC) и с постоянными подключениями (permanent connections, PVC). В этом разделе будет описано как настроить сеть на основе PVC.

Настройка CLIP с PVC – это подключение каждого компьютера к каждому в сети с выделенным PVC. Хоть настройка проста, она непрактична для большого количества компьютеров. В примере предполагается, что в сети есть четыре компьютера, каждый подключенный к ATM - сети с помощью карты ATM - адаптера. Первый шаг - это планирование IP адресов и ATM подключений между компьютерами. Мы используем Хост IP адрес:

hostA 192.168.173.1

hostB 192.168.173.2

hostC 192.168.173.3

hostD 192.168.173.4

Для сборки полностью  объединенной сети нам потребуется  по одному ATM соединению между каждой парой компьютеров:

hostA - hostB 0.100

hostA - hostC 0.101

hostA - hostD 0.102

hostB - hostC 0.103

hostB - hostD 0.104

hostC - hostD 0.105

Значения VPI и VCI на каждом конце соединения, конечно, могут отличаться, но для упрощения мы предполагаем, что они одинаковы. Затем нам потребуется настроить ATM интерфейсы на каждом хосте (предполагая, что ATM интерфейс называется hatm0 на всех хостах):

hostA# ifconfig hatm0 192.168.173.1 up

hostB# ifconfig hatm0 192.168.173.2 up

hostC# ifconfig hatm0 192.168.173.3 up

hostD# ifconfig hatm0 192.168.173.4 up

Теперь PVC необходимо настроить на hostA (мы предполагаем, что ATM коммутаторы уже настроены, вам необходимо свериться с руководством на коммутатор за информацией по настройке).

hostA# atmconfig natm add 192.168.173.2 hatm0 0 100 llc/snap ubr

hostA# atmconfig natm add 192.168.173.3 hatm0 0 101 llc/snap ubr

hostA# atmconfig natm add 192.168.173.4 hatm0 0 102 llc/snap ubr

 

hostB# atmconfig natm add 192.168.173.1 hatm0 0 100 llc/snap ubr

hostB# atmconfig natm add 192.168.173.3 hatm0 0 103 llc/snap ubr

hostB# atmconfig natm add 192.168.173.4 hatm0 0 104 llc/snap ubr

 

hostC# atmconfig natm add 192.168.173.1 hatm0 0 101 llc/snap ubr

hostC# atmconfig natm add 192.168.173.2 hatm0 0 103 llc/snap ubr

hostC# atmconfig natm add 192.168.173.4 hatm0 0 105 llc/snap ubr

 

hostD# atmconfig natm add 192.168.173.1 hatm0 0 102 llc/snap ubr

hostD# atmconfig natm add 192.168.173.2 hatm0 0 104 llc/snap ubr

hostD# atmconfig natm add 192.168.173.3 hatm0 0 105 llc/snap ubr

Конечно, вместо UBR может быть использован другой тип, если ATM адаптер поддерживает это. В этом случае имя типа дополняется параметрами трафика. Помощь по atmconfig может быть получена командой:

# atmconfig help natm add

 

2.2 Передача трафика IP через сети АТМ

Технология  АТМ привлекает к себе общее внимание, так как претендует на роль всеобщего и очень гибкого транспорта, на основе которого строятся другие сети. И хотя технология АТМ может использоваться непосредственно для транспортировки сообщений протоколов прикладного уровня, пока она чаще переносит пакеты других протоколов канального и сетевого уровней (Ethernet, IP, IPX, frame relay, X.25), сосуществуя с ними, а не полностью заменяя. Поэтому протоколы и спецификации, которые определяют способы взаимодействия технологии АТМ с другими технологиями, очень важны для современных сетей. А так как протокол IP является на сегодня основным протоколом построения составных сетей, то стандарты работы IP через сети АТМ являются стандартами, определяющими взаимодействие двух наиболее популярных технологий сегодняшнего дня.

Протокол Classical IP (RFC 1577) является первым (по времени  появления) протоколом, определившим способ работы интерсети IP в том случае, когда одна из промежуточных сетей  работает по технологии АТМ. Из-за классической концепции подсетей протокол и получил свое название - Classical.

Одной из основных задач, решаемых протоколом Classical IP, является традиционная для IP-сетей задача - поиск  локального адреса следующего маршрутизатора или конечного узла по его IP-адресу, то есть задача, возлагаемая в локальных сетях на протокол ARP. Поскольку сеть АТМ не поддерживает широковещательность, традиционный для локальных сетей способ широковещательных ARP-запросов здесь не работает. Технология АТМ, конечно, не единственная технология, в которой возникает такая проблема, - для обозначения таких технологий даже ввели специальный термин - «Нешироковещательные сети с множественным доступом» (Non-Broadcast networks with Multiple Access, NBMA). К сетям NBMA относятся, в частности, сети X.25 и frame relay.

В общем случае для нешироковещательных сетей стандарты TCP/IP определяют только ручной способ построения ARP-таблиц, однако для технологии АТМ делается исключение - для нее разработана процедура автоматического отображения IP-адресов на локальные адреса. Такой особый подход к технологии АТМ объясняется следующими причинами. Сети NBMA (в том числе X.25 и frame relay) используются, как правило, как транзитные глобальные сети, к которым подключается ограниченное число маршрутизаторов, а для небольшого числа маршрутизаторов можно задать ARP-таблицу вручную.

Технология  АТМ отличается тем, что она применяется  для построения не только глобальных, но и локальных сетей. В последнем случае размерность ARP-таблицы, которая должна содержать записи и о пограничных маршрутизаторах, и о множестве конечных узлов, может быть очень большой. К тому же, для крупной локальной сети характерно постоянное изменение состава узлов, а значит, часто возникает необходимость в корректировке таблиц. Все это делает ручной вариант решения задачи отображения адресов для сетей АТМ мало пригодным.

В соответствии со спецификацией Classical IP одна сеть АТМ  может быть представлена в виде нескольких IP-подсетей, так называемых логических подсетей (Logical IP Subnet, LIS) (рис. 6.33). Все  узлы одной LIS имеют общий адрес сети. Как и в классической IP-сети, весь трафик между подсетями обязательно проходит через маршрутизатор, хотя и существует принципиальная возможность передавать его непосредственно через коммутаторы АТМ, на которых построена сеть АТМ. Маршрутизатор имеет интерфейсы во всех LIS, на которые разбита сеть АТМ. Более наглядно логические IP - подсети в сети АТМ можно увидеть на рисунке 2 в приложении В.

В отличие от классических подсетей маршрутизатор  может быть подключен к сети АТМ  одним физическим интерфейсом, которому присваивается несколько IP-адресов в соответствии с количеством LIS в сети.

Решение о введении логических подсетей связано с необходимостью обеспечения традиционного разделения большой сети АТМ на независимые  части, связность которых контролируется маршрутизаторами, как к этому привыкли сетевые интеграторы и администраторы. Решение имеет и очевидный недостаток — маршрутизатор должен быть достаточно производительным для передачи высокоскоростного трафика АТМ между логическими подсетями, в противном случае он станет узким местом сети. В связи с повышенными требованиями по производительности, предъявляемыми сетями АТМ к маршрутизаторам, многие ведущие производители разрабатывают или уже разработали модели маршрутизаторов с общей производительностью в несколько десятков миллионов пакетов в секунду.

Все конечные узлы конфигурируются традиционным образом  — для них задается их собственный IP-адрес, маска и IP-адрес маршрутизатора по умолчанию. Кроме того, задается еще один дополнительный параметр — адрес АТМ (или номер VPI/VCI для случая использования постоянного виртуального канала, то есть PVC) так называемого сервера ATMARP. Введение центрального сервера, который поддерживает общую базу данных для всех узлов сети, — это типичный прием для работы через нешироковещательную сеть. Этот прием используется во многих протоколах, в частности в протоколе LAN Emulation, рассматриваемом далее.