БИБЛИЯ ХАКЕРА

ATM-ком мутация

Кроме коммутаторов, поддерживающих стандартные протоколы локальных сетей и передающих кадры с порта на порт по алгоритмам мос­та, в локальных сетях стали применяться коммутаторы другого вида, а именно коммутаторы технологии ATM. В связи с этим коротко рассмот­рим основные принципы работы таких коммутаторов и способы их взаи­модействия с коммутаторами технологий локальных сетей.

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode — режим асинхрон­ной передачи) разрабатывалась изначально для совмещения синхронного голосового трафика и асинхронного компьютерного трафика в рамках од­ной территориальной сети. Затем сфера применения технологии ATM была расширена и на локальные сети. Мы не будем рассматривать все ас­пекты технологии ATM, а ограничимся изучением способов коммутации данных в сетя^АТМ, которые используются в коммутаторах ATM, при­меняемых в локальных сетях. Такие ATM-коммутаторы чаще всего не ис­пользуют все возможности технологии, в частности поддержку синхрон­ного трафика, в основном из-за отсутствия приложений, которые могли бы воспользоваться таким сервисом.

Сеть ATM изначально разрабатывалась для поддержки полнодуп­лексного высокоскоростного режима обмена как между узлами сети, так и между ее коммутаторами.

ATM-станции и ATM-коммутаторы обмениваются между собой ка­драми фиксированного размера в 53 байта. Эти кадры принято называть ячейками. Поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок — 5 байт. Адреса конечных узлов локальных сетях ATM составляют 20 байт.

Для того, чтобы пакеты содержали адрес узла назначения, и в то же время процент служебной информации не был большим по сравнению с размером поля данных пакета, в технологии ATM применен стандартный для глобальных вычислительных сетей прием — передача ячеек по вирту­альным каналам. Техника коммутации данных в соответствии с номера­ми их виртуальных каналов давно использовалась в сетях Х.25, а затем на­шла применение и в новых технологиях территориальных сетей — frame relay и ATM.

Принцип коммутации пакетов на основе виртуальных каналов сле­дующий: конечные узлы не могут просто начать обмениваться данными, как это принято в большинстве протоколов канального уровня локальных сетей. Они должны перед обменом установить между собой логическое соединение. При установлении соединения между конечными узлами ис­пользуется специальный тип пакета — запрос на установление соедине­ния — который содержит многоразрядный адрес узла-адресата, а также номер виртуального соединения, присвоенного данному соединению в узле-отправителе, например, 15.Ячейки ATM имеют 3-х байтное поле но­мера виртуального соединения, что позволяет коммутаторам и конечным узлам поддерживать одновременно очень большое количество виртуаль­ных соединений.

Адрес назначения используется для маршрутизации запроса на ус­тановление соединения на основании таблиц маршрутизации, аналогич­ных тем, которые используются маршрутизаторами IP или IPX. В этих таблицах для каждого адреса назначения (или для группы адресов, имею­щих общую старшую часть, соответствующую адресу сети) указывается номер порта, на который нужно передать приходящий пакет. Таблица маршрутизации по назначению аналогична адресной таблице коммутато­ра, но образуется она не путем изучения адресов проходящего трафика, а либо вручную администратором, либо с помощью обмена между комму­таторами ATM специальных служебных данных о топологии связей сети. Протокол обмена топологической информацией для. сетей ATM имеет на­звание PNNI — Private Network to Network Interface. Он разработан и при­нят в качестве стандарта, хотя не все пока

Живают.

В приведенном примере в соответствии с таблицей маршрутизации оказалось необходимым передать пакет запроса на установление соедине­ния с порта 1 на порт 0. Одновременно с передачей пакета маршрутизатор изменяет у пакета номер виртуального соединения — он присваивает па­кету первый не использованный номер виртуального канала для данного порта данного коммутатора. Каждый конечный узел и каждый коммута­тор ведет свой список использованных и свободных номеров виртуальных соединений для своих портов.

Кроме таблицы маршрутизации для каждого порта составляется таблица коммутации. В таблице коммутации входного порта маршрутиза­тор отмечает, что в дальнейшем пакеты, прибывшие на этот порт с номе­ром 15, должны передаваться на порт 0, причем номер виртуального канала должен быть изменен на 10. Одновременно делается и соответст­вующая запись в таблице коммутации порта 0 — пакеты, пришедшие по виртуальному каналу 10 в обратном направлении нужно передавать на порт с номером 1, меняя номер виртуального канала на 15.

В результате действия такой схемы пакеты данных уже не несут длинные адреса конечных узлов, а имеют в служебном поле только номер виртуального канала, на основании которого и производится маршрути­зация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения. В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в тече­ние всего времени существования соединения. Пакеты в виртуальном ка­нале циркулируют в двух направлениях, то есть в полнодуплексном режи­ме, причем, конечные узлы не замечают изменений номеров виртуальных каналов при прохождении пакетов через сеть.

После образования таблицы коммутации, ячейки ATM обрабатыва­ются коммутаторами ATM примерно так же, как и коммутаторами техно­логий локальных сетей. Исключение составляет только режим фильтра­ции — он отсутствует, так как в ATM нет разделяемых сред и переданную коммутатору ячейку всегда нужно передать на какой-либо порт. Вирту­альные каналы бывают коммутируемыми (Switched Virtual Channel) и по­стоянными (Permanent Virtual Channel). Коммутируемые виртуальные ка­налы устанавливаются узлами динамически, в процессе работы, а постоянные виртуальные каналы образуются администратором на про­должительный срок. Для постоянных виртуальных каналов не нужно вы­полнять процедуру установления соединения, так как коммутаторы уже настроены на их обработку — соответствующие таблицы коммутации уже сформированы администратором.

Коммутаторы ATM, работающие с компьютерным трафиком, пре­доставляют конечным узлам два вида сервиса. Сервис с неопределенной пропускной способностью (Unspecified Bit Rate) подобен сервису комму­таторов локальных сетей — он не гарантирует конечному узлу какой-то определенной доли пропускной способности сети и не гарантирует, что все ячейки конечного узла будут доставлены по назначению. Это самый простой вид сервиса и он не использует какие-либо процедуры управле­ния потоком, а при переполнении буферов коммутатора приходящие ячейки отбрасываются точно также, как это делают коммутаторы локаль­ных сетей.

Сервис ABR (Available Bit Rate) в отличие от сервиса UBR исполь­зует технику управления потоком для предотвращения перегрузок сети и дает некоторые гарантии доставки ячеек узлу назначения.

Для этого при установлении соединения ABR между конечным уз­лом и коммутаторами сети заключается соглашение о двух скоростях пе­редачи данных — пиковой скорости и минимальной скорости. Заключе­ние соглашения о параметрах трафика — прием, в локальных сетях обычно не применяющийся. Пользователь соединения ABR соглашается не передавать данные со скоростью, выше пиковой, то есть PCR, а сеть соглашается всегда обеспечивать минимальную скорость передачи ячеек - MCR.

В случае, если приложение при установлении ABR-соединения не определяет максимальную и минимальную скорости, то по умолчанию считается, что максимальная скорость совпадает со скоростью линии до­ступа станции к сети, а минимальная скорость считается равной нулю.

Пользователь соединения ABR получает гарантированное качество сервиса в отношении потери ячеек и пропускной способности, а сеть при использовании трафика ABR не переполняется.

Для преобразования кадров, циркулирующих в локальных сетях, в 53-байтные ячейки, в технологии ATM определены функции сегментации и сборки (Segmentation And Reassembling). Когда кадр поступает в комму­татор ATM, то он с помощью функции сегментации разделить его на по­следовательность ячеек. После передачи ячеек по сети коммутаторов ATM они вновь собираются в последнем коммутаторе с помощью функ­ции реассемблирования в исходный кадр.

Технология ATM работает с несколькими скоростями доступа ко­нечных узлов к сети. Чаще всего используется скорость 155 Мб/с, более редкой является скорость доступа в 622 Мб/с. Существует и низкоскоро­стной доступ по линии в 25 Мб/с. Иерархия скоростей доступа — это так­же одна из особенностей технологии ATM, делающей ее очень удобной для применения в сложных сетях. При насыщении какой-либо части се­ти слишком интенсивным трафиком конечных узлов не нужно перехо­дить на принципиально новую технологию, достаточно просто устано­вить новый, более скоростной интерфейсный модуль коммутатора.

Очевидно, что различные принципы коммутации кадров в комму­таторах локальных сетей и в коммутаторах ATM требуют использования каких-то устройств, согласующих работу этих коммутаторов. Одной функции преобразования кадров и ячеек с помощью функций SAR явно недостаточно, так как нужно на основании МАС-адресов конечных узлов сети устанавливать виртуальные пути ячеек через АТМ-коммутаторы.

Существуют частные решения отдельных производителей, позволя­ющие в рамках одного коммутатора совмещать обе технологии. Обычно, для подключения конечных пользователей используются порты традици­онных технологий локальных сетей, например, Ethernet, а коммутаторы используют для обмена между собой технологию ATM, более масштаби­руемую.

Имеется и стандартный вариант решения этой задачи. Он носит на­звание LAN Emulation — эмуляции локальных сетей.