Wan transfer mode atm или ethernet
Когда я начал разбираться в ATM, я был поражен тем, на сколько "навороченная" и непростая эта технология. Её на самом-то деле очень сложно сравнить с Frame Relay. Тут тебе и некое подобие NATa, что-то вроде VPNa, автоматическая сигнализация секитов через всю ATM сеть, динамическая маршрутизация, Tag Switching и многое другое. Даже Explicit Path можно указать для секита. Что-то знакомое, не правда ли? А я в своё время удивлялся, когда встретил большую межконтинентальную ATM сеть, которая впоследствии была заменена MPLSом. Ладно, давайте по порядку.
Зарисовки протяжек.
Надо сказать, что больше всего протягивать кабеля мешают не широкие дороги с большим трафиком, а деревья. Когда они выше крыш домов, протяжка превращается в акробатику, требующую не только "отработанного" броска веревки с камнем, но и навыков древолазания.
Кабель практически не виден за ветками, поэтому пришлось фото сохранить с хорошим качеством, а вставлять в текст картинку более чем на 100 килобайт рука не поднялась. Поэтому, если интересны детали, кликните на превьюшку, и посмотрите фото в отдельном окне.
Фотографии сделаны зимой не случайно. Сейчас, в разгар лета, фотографировать бесполезно. Ничего не удастся рассмотреть, кроме зеленых зарослей. Даже так кабель (показан стрелочками) едва виден на фоне голых ветвей.
Первый снимок сделан примерно с середины 200 метровой протяжки. Второй - с места, где стоят люди (обозначено красной стрелкой). Это немного не доходя до стены 5-ти этажки, на которой крепится кабель.
Сколько я не пытался найти между деревьев "окошечко" с видимостью до дома, на который уходит линия, не смог. Сплошные джунгли. Хоть и Уральские.
Вид этой "линии связи" с другой стороны зарослей придется, к сожалению, перенести в следующий обзор. Уж больно много места занял рассказ об АТМ.
Обычно сервис-провайдеры
развертывают технологии, а не сервисы.
© Cisco Systems Users Magazine.
ILMI (Integrated Local Management Interface)
Как и во Frame relay, у ATMа есть свой протокол для упрощения жизни на "последних милях". Здесь он называется ILMI и выполняет несколько отличную от LMI во Frame Relay функцию. После подключения конечного устроства к ATM коммутатору через UNI линк, первый сообщает второму свой MAC адрес, коммутатор добавляет к нему свой префикс (13 байт, о которых я говорил ранее) и отправляет полный адрес назад хосту. Такая процедура составляет таблицу адресов на ATM интефейсе.
Немного лирики
- Фиксированный маленький размер фрейма (ячейки). Что дает возможность уйти от концепции синхронизации. Дело в том, что при передаче таких маленьких ячеек вероятность возникновения ошибок довольно мала, потому что сама передача занимает очень короткий промежуток времени.
- Возможность одинаково эффективно передавать как критичные к задержкам данные (голос, видео), так и просто данные.
- Виртуальные каналы. Вся информация в ATM передается по виртуальным каналам. Для того чтобы даные вообще пошли хоть куда-то, он должен существовать.
PNNI (Private Network Node Interface)
Строго говоря, в ATM есть два протокола. Interim Interswitch Signaling Protocol (IISP) и Private Network-Node Interface (PNNI). Первый позволяет прописывать статически маршруты на коммутаторах, а второй пользоваться всеми прелестями динамической маршрутизации. Поэтому далее речь пойдет только про второй.
- Cell delay variation (CDV) - максимальный delay на линке
- Maximum cell transfer delay (MCTD) - CDV + прочие фиксированные задержки на линке
- Available cell rate (AvCR) - доступный bandwidth на линке.
- Cell loss ratio (CLR) - потери на линке.
Теперь, мы можем немного расширить описание предыдущей картинки.
Адресация
В последовательсти шагов выше, я упоминал адреса, которые передаются вместе с сигнальными кадрами. Можно сразу привести какой-нибудь типичный адрес в ATM для затравки. 47.00918100000000E04FACB401.00E04FACB401.00 А вы говорите IPv6.
- E.164. Выглядит как телефонный номер в формате X-XXX-XXX-XXXX. Словом, обычный телефонный номер. Как я понимаю, такая адресация используется в глобальных ATM сетях.
- NSAP. Если вы знакомы с IS-IS, то вы знаете что это формат адреса разработанный в стародавние времена OSI. Да-да, как модель OSI. Адрес имеет довольно сложную структуру, для ATM он обычно генерируется следующим образом (пример для Cisco):
- AA - AFI - Authority and Format Identifier. Например, 39 - выдан ISO, 45 - закодированный E.164 в NSAP. На деле практически всегда это одно число.
- IIII - ICD - International Code Designator. На деле для Cisco это всегда 0091
- HHHHHHHH - часть HO-DSP - High-Order Domain Specific Part. Для Cisco 81000000.
- SSSSSSSSSSSS - MAC. MAC аддрес коммутатора.
- MMMMMMMMMMMM - MAC. Mac аддрес интерфейса.
- SS - SEL. На деле всегда по нулям, а вообще это что-то вроде порта в TCP/IP.
Metro Ethernet. Архитектура и технологии.
Технологии Metro Ethernet.
Транспортные технологии уровня магистрали.
SONET/SDH.
ATM.
POS.
EoSDH.
WDM.
DPT/RPR
Ethernet (FE,GE, xGE).
Транспортные технологии уровня доступа.
Базовые контрольно-управляющие технологии.
Перефразируя эпиграф, можно сказать, что рекламой и услугами должны заниматься менеджеры, а настоящие специалисты (типа нас с вами) – технологиями. Поэтому предлагаю перейти к инженерным аспектам построения сетей Metro Ethernet.
Архитектура мультисервисных сетей Metro Ethernet.
Классическим на сегодня подходом к построению городских сетей является функциональная декомпозиция на уровни доступа: опорная сеть (магистраль), уровень распределения/агрегации, уровень доступа (клиентский доступ).
Для обеспечения повышенной надежности и резервирования широко применяется топологическая модель кольца. Кольца обычно создают на уровнях опорной сети и доступа.
Впрочем, никто не запрещает в некоторых случаях использовать и топологию типа "звезда" (не забывая о резервировании каналов).
Технологии Metro Ethernet.
Транспортные технологии уровня магистрали.
Традиционной физической средой передачи данных по магистральным сетям является оптическое волокно. Способы его применения классифицируют по названию точки сопряжения с потребителем и объединяют названием FTTx – оптоволокно до точки "x". Чаще всего применяется: FTTB (Fiber To The Building) - оптика до административного здания, FTTC (Fiber To The Curb) - до распределительного шкафа, FTTH (Fiber To The Home) - до жилого дома, FTTR (Fiber To The Remote) - до абстрактного выносного модуля.
Базовыми магистральными технологиями на сегодня являются следующие: SONET/SDH, ATM, POS (Pocket over Sonet), EoSDH (Ethernet over SDH), DWDM, CWDM, DPT/RPR, Fast/Gigabit/10 Gigabit Ethernet.
SONET/SDH.
Изначально основной задачей телекоммуникационных структур являлась передача голосового трафика. Собственно, поток оцифрованного звука (Pulse Code Modulation - PCM) и является основной единицей измерения скорости передачи данных: 8 бит с аналого-цифрового преобразователя умножаются на частоту дискретизации 8000 герц и получаются те самые 64 килобита в секунду (базовый поток Digital Signal - DS0). Дальше эти потоки агрегируются и передаются по высокоскоростным каналам. Агрегирование происходит по технологии временного мультиплексирования каналов Time Division Multiplexing (TDM) – данным подканалов последовательно предоставляются интервалы времени, в течение которых осуществляется передача. Непосредственное слияние и разделение каналов производят специальные устройства – мультиплексоры. Например, на вход мультиплексора может поступать 30 потоков DS0 (64 кбит/c * 30 плюс два сигнальных по 64 кбит/с), а на выходе получается один E1 (2048 кбит/с) и наоборот.
В свою очередь, для мультиплексирования потоков информации при формировании мощных региональных и межрегиональных каналов были разработаны стандарты для высокоскоростных оптических сетей связи – сначала PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy – плезиохронная цифровая иерархия), а затем и более совершенная SDH (Synchronous Digital Hierarchy – синхронная цифровая иерархия), распространенная в Европе, и ее американский аналог SONET. SONET/SDH предполагает использование метода временного мультиплексирования и синхронизацию временных интервалов трафика между элементами сети и определяет уровни скоростей прохождения данных и физические параметры. Основными устройствами являются мультиплексоры, а физической средой передачи – оптоволокно. При построении сети SDH обычно используется топология двойного кольца. По одному кольцу передается синхронизирующая информация, а по другому – непосредственно трафик. Использование колец дает возможность автоматического восстановления при авариях. Сам метод передачи называется коммутированием каналов.
Основными достоинствами данной технологии являются стандартизованность, масштабируемость и высокая надежность (время восстановления порядка 50 мс).
К недостаткам можно отнести ориентацию на передачу голосового трафика, фиксированную полосу пропускания, не зависящую от загрузки каналов, и неэффективное использование колец.
SONET/SDH является самой зрелой и поэтому самой распространенной технологией для построения магистральных каналов передачи данных. Основная область ее применения – первичные сети операторов связи. Мультиплексоры, объединенные оптическими линиями связи, образуют единую среду, в которой прокладываются цифровые каналы между оборудованием телефонных сетей или сетей передачи данных. Кроме того, технология SONET/SDH может являться транспортной основой для более современных протоколов, таких как ATM, POS и MPLS.
ATM.
В свое время, с целью создания мультисервисной (для всех существовавших видов трафика: голос, видео, интернет) и высокоскоростной технологии передачи данных появилась Asynchronous Transfer Mode – ATM. Повсеместного распространения (несмотря на известный лозунг "ATM everywhere") не получилось (в локальных сетях победил Ethernet), но для построения магистралей ATM стала базовой на многие годы.
Ориентация на высокие скорости определила наиболее предпочтительную физическую среду передачи для ATM – оптическое волокно. Очень часто магистральные сети ATM выполняются наложением на существующую инфраструктуру SONET/SDH, что изначально предусмотрено стандартом. Однако данный метод неэффективен и, естественно, уступает непосредственному соединению ATM оборудования.
Технология ATM – транспортный механизм, использующий метод передачи (коммутации) пакетов (ячеек) небольшого размера (53 байта) фиксированной длины. Это минимизирует задержки при прохождении и упрощает коммутацию, которая происходит последовательно (по мере поступления – отсюда asynchronous в названии).
В дополнение к коммутации ячеек концепция ATM базируется на установлении соединения между участниками сетевого взаимодействия – предварительно создается так называемый виртуальный канал (прокладывается маршрутизация). Далее коммутация ячеек происходит на основе идентификаторов виртуального канала (VPI/VCI), присутствующих в заголовках.
Кроме того, ATM отличает встроенная поддержка обеспечения гарантированного качества обслуживания, позволяющая реализовать любые Service Level Agreement (SLA).
В настоящее время наблюдается заметное преобладание трафика IP над всеми другими видами данных. И термин "мультисервисность" сегодня скорее означает "разнообразие поверх IP". Передача IP пакетов в сетях ATM может производиться несколькими способами: Classical IP (RFC 1577), Bridged & routed PVC (RFC 1483) и LANE. Все они довольно сложны в реализации и не лишены недостатков (в виде накладных расходов). Кроме того, обеспечение высокой скорости передачи пакетов с минимальной задержкой может быть достигнуто и другими техническими решениями (с меньшей стоимостью), а не только на основе коммутации маленьких фиксированных ячеек. Вероятно, ATM все-таки не имеет будущего (мнение автора).
POS.
Для решения проблемы накладных расходов в случае передачи IP трафика через сети SONET/SDH с использованием ATM была разработана технология Packet Over Sonet/SDH (POS), непосредственно инкапсулирующая данные в кадры SDH. Практически вы получаете интерфейс с IP адресом, который использует все преимущества транспортной оптической технологии, не задействуя никаких промежуточных протоколов.
EoSDH.
Отвечая потребностям рынка по передаче непосредственно Ethernet трафика по наследованным оптическим сетям, появилась технология Ethernet over SONET/SDH. Причем, если вначале допускались только соединения типа точка-точка, то в дальнейшем появились многоточечные каналы.
WDM.
Непрерывно возрастающие объемы трафика требуют повышения пропускной способности оптических магистралей. Кроме тривиального повышения скоростей передачи существует и другой способ решения данной задачи – уплотнение (мультиплексирование) каналов. Наиболее развитой в настоящее время является технология оптического спектрального уплотнения, называемая обычно мультиплексированием с разделением по длине волны – Wavelength Division Multiplexing (WDM).
Принцип ее действия очень прост: потоки данных от отдельных источников переносятся световыми волнами разной длины (каждому каналу принадлежит своя длина – т.е. частота, а значит и цвет) и объединяются мультиплексором в единый многочастотный сигнал, который передается по оптическому волокну. На приемной стороне происходит обратное преобразование.
Технология WDM соответствует физическому уровню сетевых взаимодействий и работает независимо от типа и формата передаваемых данных, то есть является протокольно независимой. К WDM мультиплексору можно подключить практически любое оборудование: SONET/SDH, ATM, Ethernet. Подобная гибкость в сочетании с огромной (по текущим меркам) пропускной способностью делает WDM идеальной технологией для магистральной сети.
WDM бывает двух видов: плотное волновое мультиплексирование – Dense Wavelength Division (DWDM) и грубое волновое мультиплексирование Coarse Wavelength Division (CWDM).
DWDM может обеспечить большое число спектральных каналов на одно оптоволокно (32, 64 или даже 128). Отсюда ее основная отличительная особенность – малые расстояния между мультиплексными каналами (а значит высокая технологическая прецизионность и следовательно цена).
CWDM системы рассчитаны на меньшее число каналов (4, 8 или 16). Поэтому в них спектры соседних информационных каналов расположены на гораздо больших расстояниях друг от друга, чем в DWDM (следовательно, оборудование – проще, цена - ниже). Так же следует отметить, что скорости передачи CWDM систем несколько ниже, чем у DWDM.
DPT/RPR
DPT, RPR, а теперь уже и IEEE 802.17 символизирует окончательную победу IP трафика в глобальных сетях (во всяком случае преобладание над всеми остальными видами данных - точно).
Суть этой передовой технологии пакетной передачи данных заключается в следующем: берется IP пакет, добавляется прослойка второго уровня (MAC) и помещается в произвольную физическую оптическую среду c топологией двойного кольца.
Данные одновременно передаются по двум кольцам в противоположных направлениях (тем самым эффективно используя пропускную способность). Поток данных в каждом кольце включает непосредственно транспортируемые в данном кольце данные и контрольные пакеты для соседнего кольца.
В итоге, стандарт 802.17 (вобравший в себя DPT/RPR) позиционируется как высокоскоростная технология динамической передачи IP пакетов, предназначенная для решения задач построения нового поколения сетей Metro. Для данной технологии физическая оптическая среда совершенно прозрачна (это может быть SONET/SDH, WDM, Ethernet, Dark Fiber).
Технология Ethernet в своем стремительном развитии уже давно перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости.
Широкий спектр дешевых решений для оптического транспорта – одномодовые и многомодовые конвертеры и модули позволяют смело внедрять Ethernet на магистралях. Честно говоря, большинство современных провайдеров так и поступают.
Транспортные технологии уровня доступа.
Существует широкий спектр решений для обеспечения абонентского доступа (так называемая "первая/последняя миля"): Ethernet (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet), LRE, xDSL (HDSL, ADSL, VDSL, SDSL), PNA (Phoneline Networking Alliance), Wireless (802.11), Infrared, PON (Passive Optical Network), EFM (Ethernet in the First Mile alliance 802.3ah), Satellite. Все они, за исключением PON и EFM, хорошо известны и успешно применяются на практике.
В настоящее время отмечается подавляющее преобладание IP трафика в потребительских сетях. И вот уже для передачи TDM сигналов (например, для связи между цифровыми АТС) разрабатывается протокол TDMoIP, эмулирующий TDM каналы, прозрачные для всех протоколов и сигнализаций. Если раньше пакеты транспортировались в сетях с коммутированием каналов, то теперь все может быть наоборот.
Базовые контрольно-управляющие технологии.
VLAN.
Без сомнения, базовой для построения развитых Ethernet сетей является технология виртуальных локальных сетей – Virtual Private Lan (VLAN). Она позволяет создавать в едином Ethernet сегменте независимые логические области, ограничивающие на канальном уровне пределы распространения трафика (в том числе и широковещательного). Для этого (согласно стандарту IEEE 802.1Q) в заголовок Ethernet фрейма вводится дополнительная информация о принадлежности к вилану (VLAN). Так получается помеченный кадр данных (Tagged Vlan), который передается по транковым линиям (802.1Q Trunk). Это позволяет передавать по одному каналу данные нескольких изолированных локальных сетей. Дальнейшая коммутация происходит с учетом 802.1Q метки. На выходе из коммутатора (например, на стороне клиентского порта) метка (Tag) убирается (это называется вхождением порта в нетегированный вилан – Untagged Vlan).
Хрестоматийный и всячески рекомендованный (сами знаете кем) дизайн сети под названием "эскимо" ("маршрутизатор на палочке" – "router on stick") выглядит следующим образом: клиентские подсети изолируются друг от друга путем подключения к раздельным виланам (через порты с Untagged Vlan), а связь между ними организуется при помощи маршрутизатора (Layer 3 OSI) через 802.1Q транки (содержащие Tagged Vlan).
На практике использование виланов дает возможность гибко изменять логическую организацию сети независимо от реальной физической топологии.
Q-in-Q.
Непосредственным решением присущих 802.1Q виланам ограничений (например, их максимальное число 4096) явилась технология Q-in-Q. Ее концепция очень проста (как и все гениальное): операторское устройство, получающее клиентский Ethernet фрейм, добавляет еще одну 802.1Q метку, которая и принимается во внимание при дальнейшей коммутации. Так получается целый блок меток, а сам процесс называется стекированием виланов (802.1Q stacking). На выходе из провайдерской сети дополнительная метка удаляется. Это позволяет строить полностью прозрачные на канальном уровне (Layer 2 OSI) операторские сети класса Metro.
STP.
Как известно, в сетях Ethernet коммутаторы поддерживают только древовидные, то есть не содержащие петель связи. И именно технология Spanning Tree Protocol (STP) позволяет создавать отказоустойчивые топологии канального уровня (Layer 2 OSI) типа "кольцо", являясь совершенно прозрачной для вышестоящего стека сетевых протоколов (IP).
Принцип действия STP выглядит следующим образом. После активирования коммутаторы обмениваются специальными информационными пакетами (BPDU) с помощью которых вначале выбирается корневой мост (который будет в итоге находиться на вершине древовидной структуры) а затем кратчайшие (в смысле пропускной способности) пути от каждого из коммутаторов до корневого. В конечном итоге формируется логическая беспетельная топология путем блокирования некоторых избыточных связей (портов).
В настоящее время все большее признание получает Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) – учитывающий ограничения и недостатки STP стандарт.
OSPF.
Протокол маршрутизации Open Shortest Path First (OSPF) тоже находит себе применение в сетях Metro. Он позволяет строить отказоустойчивые топологии сетевого уровня (Layer 3 OSI). Вероятно, это идеологически неправильно, но, в случае организации нескольких резервных каналов между маршрутизаторами, оправданно. Кроме того, в отличие от STP, OSPF допускает использование всех имеющихся линий связи.
MPLS.
Самой передовой технологией для построения операторских сетей является Multiprotocol Label Switching (MPLS), как наиболее эффективная архитектура для передачи IP трафика.
Для продвижения данных по сети MPLS использует технику, известную как коммутация пакетов по меткам. На входе в MPLS домен пакеты получают метки, которые определяют маршруты их следования, а на выходе – удаляются. В ядре сети поддерживается только коммутация по меткам, что обеспечивает решение основной задачи – быстрой передачи пакетов. Кроме того, MPLS поддерживает и другие дополнительные сервисы: Traffic Engineering (TE), QoS, VPN, EoMPLS и AToM. Их подробное рассмотрение выходит за рамки текущего обзора.
Заключение.
Данная публикация создавалась исключительно с целью структуризации комплекса технологий под названием "Metro Ethernet". Несомненно, что многие позиции требуют более глубоких и развернутых описаний (которые, надеюсь, появятся на данном сайте). Но, думаю, что главное было определиться с понятиями и выделить основные тенденции развития сетей Metro.
Теперь можно смело рассуждать о различных высоких материях и с нисходительной улыбкой разглядывать рекламу ведущих производителей сетевого оборудования. Кстати, светлое будущее, о котором они так много говорят, может оказаться к вам гораздо ближе (и доступнее), чем кажется.
Базовый принцип.
ATM подобно Frame Relay использует некие указатели для коммутации, но здесь они испольщуются иначе и имеют другой смысл. В заголовке ATM есть два поля - VPI (Virtual Path Identifier) и VCI (Virtual Channel Identifier). Они имеют только локальное значение на интерфейсе, как и во Frame Relay. Но, в отличии от FR, их никак нельзя сравнить с MAC адресами в Ethernet. Они никаким образом не определяют устройство и могут меняться от линка к линку.
ATM свитч может оперировать двумя этими числами. Разберем простой пример.
В примере учавствовал один коммутатор, но, понятное дело, на сети их несколько, и каждый из них делает одну и ту же работу по части коммутации:
- Посмотреть на:
- VPI в случае VP коммутации
- Пару VPI/VCI в случае VC коммутации
LANE (LAN Emulation)
Рано или поздно, инженеры столкнулись с проблемой эмуляции LAN в ATM. Учитывая тот факт, что концепции broadcast трафика в ATM нет как таковой, задача была не из легких. Да и вообще, ATM это Poin-to-Point технология. а нужно было Point-to-Multipoint. Пришлось обкладывать всю сеть костылями.
LANE довольно сложная тема, но мы не будем сильно на ней останавливаться. Для меня главное понять концепцию. А концепция проста, для того чтобы эмулировать broadcast придется использовать unicast.
- LANE Client (LEC) - клиент, который хочет думать, что он подключен к локалке, а не к ATM сети.
- LANE Server (LES) - сущность, которая регистрирует клиентов. По сути, отвечает на ARPы и строить таблицу коммутации.
- Broadcast and Unknown Unicast Server (BUS) - принимает broadcast от хостов и отправляет его юникастом к другим клиентам.
- LANE Configuration Server (LECS) - хранит базу "какой клиент к какой сети принадлежит".
Я нашел неплохое описание процесса подключения к LANE, отправки ARPа и передачи BUS трафика в одном из стареньких гайдов от Cisco, по нему и пробежимся.
Сопоставление технологий Gigabit Ethernet и АТМ
В современных сетях должны гармонично сочетаться многие технологии, чтобы одновременно обеспечить и расширение полосы пропускания периферийных каналов, и масштабирование пропускной способности магистрали.
По мнению специалистов компании FORE Systems, наиболее перспективными для наращивания пропускной способности являются технологии Gigabit Ethernet и 2.5 Gigabit ATM.
Сопоставление двух технологий
Для увеличения пропускной способности локальных и глобальных сетей было разработано много технологий. Коммутируемый Ethernet, вытесняющий традиционный Ethernet с разделяемым доступом, на сегодняшний день присутствует в двух вариантах - 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. В последнее время значительное внимание привлекла к себе еще одна разновидность Ethernet - Gigabit (1 Гбит/с).
На ATM-фронте реализации вариантов 25 Мбит/с, 155 Мбит/с и 622 Мбит/с имеются у многих производителей. Каждая из этих сетевых технологий по-настоящему полезна как часть комплексного решения. Важно понять, в каких частях сети их применение дает наибольший эффект.
В современных сетях постоянно появляются новые приложения, потребляющие доступную полосу пропускания. По мере того, как возрастают требования к подключению настольных систем, пропускная способность магистрали должна увеличиваться в геометрической прогрессии.
В сетях будущего найдется место и для Gigabit Ethernet, и для высокоскоростного ATM над SONET. Gigabit Ethernet или ATM на 622 Мбит/с будут обслуживать подключения некоторых серверов, в зависимости от требований к полосе пропускания и к поддержке приложений реального времени.
Специалисты компании FORE Systems планируют использовать технологию Gigabit Ethernet для увеличения пропускной способности каналов, по которым подключены мощные файл-серверы без требований поставки данных в реальном времени. Там, где необходимы сервисы реального времени, предполагается применять ATM на 622 Мбит/с.
Gigabit Ethernet обещает быть простым и экономичным в приложениях подобного рода. Он усиливает достоинства Ethernet, но не освобождает от недостатков. Технология Ethernet при любой скорости передачи сохраняет свои "родимые пятна". Это автоматически препятствует использованию Gigabit Ethernet для передачи потоков данных в реальном времени в силу непредсказуемости задержек и отсутствия поддержки классов обслуживания.
2.5 Gigabit ATM (OC-48c) станет стандартом для магистралей локальных сетей и для каналов связи в глобальных и городских сетях. Он гарантирует сохранение всех достоинств ATM (передача в реальном времени и поддержка классов обслуживания) при более чем двукратном превосходстве в пропускной способности над Gigabit Ethernet.
Технология ATM отлично работает в магистралях, поскольку изначально строилась как масштабируемая - от 1.5 Мбит/с (DS-1) до 10 Гбит/с (OC-192c) и далее. Продукты компании FORE Systems подтверждают масштабируемость ATM, предоставляя в настоящее время интерфейсы в диапазоне скоростей от 1.5 Мбит/с до 622 Мбит/с (OC-12c).
Присущие ATM поддержка классов обслуживания и способность единообразно работать в локальных и глобальных конфигурациях делают эту технологию безусловно лучшей для магистральных сетей. Кроме того, возрастающая пропускная способность Ethernet на периферии сети нуждается в такой масштабируемости магистрали, которую может обеспечить только ATM. Обслуживание потоков данных в реальном времени также требует ATM.
В дополнение к масштабируемости и поддержке классов обслуживания, стандарты ATM предусматривают интеллектуальный алгоритм магистральной маршрутизации. Напротив, устройства Gigabit Ethernet, вероятно, не поднимутся выше второго уровня. Следовательно, Gigabit Ethernet по-прежнему будет полагаться на алгоритм остовного дерева для устранения циклов и отключения избыточных соединений. В то же время стандарт PNNI ATM-форума предоставляет механизм, позволяющий не только использовать избыточные каналы, но и балансировать нагрузку между ними.
В табл. 4 приведена сводка сравнительных характеристик Gigabit Ethernet и 2.5 Гбит/с ATM.
Характеристика Gigabit Ethernet OC-48c (2.5 Гбит/с ATM) Полоса пропускания 1 Гбит/с 2.488 Гбит/с Управление доступом к среде передачи Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов Доступ с установлением соединений Есть оптимизация для приложений реального времени? Нет Да Физический уровень стандартизован? Работа ведется Да Уровень доступа к среде стандартизован? Работа ведется Отсутствует Где используется? Для подключения серверов и связи между локальными сетями Для коммутируемого объединения локальных сетей (магистрали), для подключения серверов, в глобальных и городских сетях Ограничения на расстояния < 2 км для многомодового оптоволокна, < 50 м для неэкранированной витой пары < 2 км для многомодового оптоволокна, < 40 км для одномодового оптоволокна Размер пакетов Переменный, не более 1500 байт Фиксированный, ячейки по 53 байта Гарантируется качество обслуживания? Нет Да Магистральный протокол Соединение на уровне мостов (остовное дерево) Маршрутизация (PNNI на основе OSPF) Поддерживается существующими устройствами? Да Да Табл. 4. Сравнительные характеристики Gigabit Ethernet и 2.5 Гбит/с (OC-48c) ATM.
Чтобы гарантировать реализуемость и интероперабельность Gigabit Ethernet, компания FORE Systems стала активным членом альянса Gigabit Ethernet и напряженно работает над сохранением возможности совместного использования ATM и Ethernet в интересах максимизации сетевой эффективности.
Более того, в рамках политики компании по выработке наиболее эффективных решений для удовлетворения постоянно возрастающих требований к пропускной способности сетей, FORE Systems разрабатывает коммутатор с портом 2.5 Гбит/с OC-48c ATM, начало продаж которого запланировано на следующий год.
Компания FORE Systems разрабатывает также продукты для Gigabit Ethernet; их доступность зависит от темпов стандартизации этой технологии.
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 ATM. Из-за классической концепций 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 ATM не поддерживает широковещательность, традиционный для локальных сетей способ широковещательных ARP-за-просов здесь не работает. Технология ATM, 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 ATM делается исключение - для нее разработана процедура автоматического отображения IP-адресов на локальные адреса. Такой особый подход к технологии ATM 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 ATM 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 ATM мало пригодным.
В соответствии со спецификацией Classical IP одна сеть ATM может быть представлена в виде нескольких IP-подсетей, так называемых логических подсетей (Logical IP Subnet, LIS) (рис.5.). 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 ATM, на которых построена сеть ATM. Маршрутизатор имеет интерфейсы во всех LIS, на которые разбита сеть ATM.
Рис.5. Логические IP-подсети в сети ATM
В отличие от классических подсетей маршрутизатор может быть подключен к сети ATM 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 ATM 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 ATM между логическими подсетями, в противном случае он станет узким местом сети. В связи с повышенными требованиями по производительности, предъявляемыми сетями ATM 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 ATM (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.
Каждый узел использует адрес ATM сервера ATMARP, чтобы выполнить обычный запрос ARP. Этот запрос имеет формат, очень близкий к формату запроса протокола ARP из стека TCP/IP. Длина аппаратного адреса в нем определена в 20 байт, что соответствует длине адреса ATM. В каждой логической подсети имеется свой сервер ATMARP, так как узел может обращаться без посредничества маршрутизатора только к узлам своей подсети. Обычно роль сервера ATMARP выполняет маршрутизатор, имеющий интерфейсы во всех логических подсетях.
При поступлении первого запроса ARP от конечного узла сервер сначала направляет ему встречный инверсный запрос ATMARP, чтобы выяснить IP- и АТМ-адреса этого узла. Этим способом выполняется регистрация каждого узла в сервере ATMARP, и сервер получает возможность автоматически строить базу данных соответствия IP- и АТМ-адресов. Затем сервер пытается выполнить запрос ATMARP узла путем просмотра своей базы. Если искомый узел уже зарегистрировался в ней и он принадлежит той же логической подсети, что и запрашивающий узел, то сервер отправляет в качестве ответа запрашиваемый адрес. В противном случае дается негативный ответ (такой тип ответа в обычном широковещательном варианте протокола ARP не предусматривается).
Конечный узел, получив ответ ARP, узнает АТМ-адрес своего соседа по логической подсети и устанавливает с ним коммутируемое виртуальное соединение. Если же он запрашивал АТМ-адрес маршрутизатора по умолчанию, то он устанавливает с ним соединение, чтобы передать IP-пакет в другую сеть.
Для передачи IP-пакетов через сеть ATM спецификация Classical IP определяет использование протокола уровня адаптации AAL5, при этом спецификация ничего не говорит ни о параметрах трафика и качества обслуживания, ни о требуемой категории услуг CBR, rtVBR, nrtVBR или UBR.
Раздел "сети е-бурга" претерпел небольшие изменения в оформлении. Кроме этого, значительно обновлен контент, введена новая система классификации "домашних сетей".
Официально объявлена цена на устройства инфракрасной связи от "Гранч". Она составила $2600, и совпала с ожидаемой, описанной в одном из предыдущих обзоров. Сложно назвать это решение отвечающим реалиям рынка.
Особенно, когда радиоезернет начинает уходить далеко вниз от $1000 и только ленивый производитель сетевого оборудования не анонсировал 802.11b. Хотя "Гранчу" виднее, разумеется. Страна у нас богатая.
ATM против Ethernet
В процессе неторопливого раскапывания вопроса противостояния ATM и Ethernet, получил несколько интересных ссылочек на материалы. Первая относится аж к 1997 году. Уже тогда, оказывается, это было актуально. Хотя на "святое" - мультисервисные сети - ethernet тогда еще не покушался, да и термин такой еще не вошел в моду.
Автор материала - Сергей Турчин (AMT Group, руководитель проекта, CCIE), кроме весьма интересных тонкостей реализации протоколов, заостряет внимание на слабых местах АТМ, которых вполне хватает. Причем очень аргументированно, с цифрами и ссылками на источники.
Получается, что темненькое (в смысле технологических показателей) прошлое скрывается за красивой вывеской. Вот две цитаты, которые, на мой взгляд, отражают суть материала.
. Надо всегда помнить, что уровень информационной системы, в которую входят компоненты различного качества, определяется наиболее слабым, а не наиболее развитым ее компонентом. В типичном современном сетевом окружении технология АТМ вынуждена играть роль дорогостоящего прецизионного инструмента, используемого для укладки шпал. И у меня нет оснований считать, что ситуация радикально изменится в недалеком будущем, хотя я был бы рад в этом ошибиться.
. Следует признать, что задача поддержания качества сервиса (QoS), по-видимому, будет решаться все-таки в рамках протоколов сетевого уровня (IP), нежели на канальном уровне (ATM) и что этот неохотно упоминаемый момент ставит под сомнение возможность реализации потенциальных преимуществ технологии АТМ.
А вот интервью Олега Табаровского (технический директор АМТ Group) с выставки Связьэкспоком 2001. Т.е. спустя 4 года. Для телекоммуникаций - будущее в самом прямом смысле этого слова.
Тут уже по поводу АТМ никаких полутонов. Все категорично, как следующая цитата.
Полагаю, что операторы связи XXI века могут жить только под флагом IP. ATM - это технология, которая умерла, практически не родившись. Те несчастные, кто построили АТМ-сети, вынуждены ждать, когда же окупятся затраты на их создание.
Аргументация простая, но серьезная.
Суть мультисервисного подхода, и суть технологии АТМ, в частности, заключается в том, что бы перемешать все виды трафика разных клиентов, уплотнить, и передать по одному каналу связи. Для IP такие механизмы разработаны на уровне опорных сетей, и на уровне клиентского доступа. Таким образом, все, что было придумано для АТМ, уже поддерживается в IP-сетях.
Такой вот подход. Естественно, для новых сетей предлагается "выделение" IP из SDH в отдельную сеть. А не модернизацию, например с STM-16 до STM-64. Думаю, что хотя бы некоторая часть операторов связи по этому пути пойдет, если уже не пошла. А там, глядишь, и не далеко до "TDM через Ethernet". :-)
E.164 или плюс семь четыре семь четыре два.
ATM, как и многие другие протоколы и сетевые технологии, унаследовал многое от телефонных сетей. В нашем случае, это глобальная адрессация, в том числе.
На схеме ниже можно увидеть две приватные ATM сети, которые используют PNNI сигнализацию. Две эти сети связаны между собой через публичную ATM сеть, в которой используется E.164 сигнализация. Кроме того, что в этих двух сетях используется разный тип сигнализации, так ещё и адресация разная. В первом случае это NSAP, а во втором E.164. Ничего не напоминает? Подождите, дальше лучше.
NSAP адреса из приватных сетей не могут передаваться в открытом виде в публичных сетях, поэтому некие граничные коммутаторы должны производить что-то вроде трансляции из NSAP в E.164 и обратно. Ну как вам?
- Gateway. Что-то вроде статического маршрута, который проинструктирует левый коммутатор с картинки отправлять данные на E.164 адрес правого коммутатора.
- Autoconversion. В таком случае NSAP адрес будет сконверторован в E.164 адрес по определенному правилу, а на принимающей стороне будет произведена обратная операция.
- Translation. Моё любимое. Настраивается таблица соответсвий NSAP адресов к E.164. После чего происходит трансляция один к одному. "Дык это ж NAT?", может воскликнуть читатель. Ну, в общем-то, да.
Сигнализация
Мы плавно подошли к вопросу сигнализации. Напомню, для установления SVC и Soft PVC нужен какой-то механизм, чтобы установить соединение. Сам процесс происходит в несколько этапов и выглядит довольно просто и лаконично, если не вдаваться в подробности.
Каждый интерфейс в ATM сети (да и в любой другой в принципе) можно охарактеризовать как NNI (network-network interface) или UNI (user-network interface). Названия говорят сами за себя. Первый интерфейс обычно смотрит в сторону сети, второй - в сторону конечного пользователя. От типа интерфейса будет зависеть поведение коммутатора. Например то, как будет выполнятся сигнализация. Зачем клиенту передавать информацию, которая нужна для построения кратчайшего пути, например. А вот сигнализация по NNI секитам происходит средствами протокола PNNI (Private Network Node Interface), который также отвечает за маршрутизацию. О нем мы поговорим сразу после адресации.
Virtual Connections
ATM - это connection-oriented сеть, что подразумевает установление соединения между двумя точками для передачи трафика. Типов таких соединений в ATM довольно много.
Во-первых, они делятся по тому какой тип коммутации выбран (VC или VP).
Во-вторых, такие соединения бывают постоянные и коммутируемы (permanent, switched).
В первом случае (permanent), на каждом коммутаторе по пути нужно прописать соответсвие входящий VPI/VCI, исходящий порт, исходящий VPI/VCI. Такое соединение будет всегда присутствовать на сети, независимо от наличия трафика в нем. Используется, например, для каналов по которым идет сигнализация.
Для второго типа (switched) характерна обратная ситуация. Когда появляется интересный трафик, начинает сигнализироваться соединение. Для этой цели используется специальный протокол сигнализации и маршрутизации, о котором чуть ниже. Плюсы очевидны. Во-первых, соединение поднимается по надобности, во-вторых, можно использовать все прелести динамической маршрутизации (поиск картчайшего пути, скажем).- Permanent Virtual Connection (PVC)
- Permanent Virtual Channel Connection (PVCC)
- Permanent Virtual Path Connection (PVPC)
- Switched Virtual Channel Connection (SVCC)
- Switched Virtual Path Connection (SVPC)
- Soft Permanent Virtual Channel Connection (soft PVCC)
- Soft Permanent Virtual Path Connection (soft PVPC)
Читайте также: