 |
Статистическое мультиплексирование
|
|
|
|
АТМ
АТМ - ребенок телефонных компаний. Технология эта разрабатывалась далеко не в расчете на компьютерные сети передачи данных. ATM радикально отличается от обычных сетевых технологий. Основная единица передачи в этом стандарте - это ячейка, в отличие от привычного пакета. Ячейка содержит в себе 48 байт данных и 5 байт заголовка. Частично это необходимо, чтобы обеспечить очень маленькое время задержки при передачи мультимедийных данных. (Фактически, размер ячейки явился компромиссом между американским телефонными компаниями, которые предпочитают размер ячейки 64 байта, и европейскими, у которых он равен 32 байтам).
Устройства АТМ устанавливают связь между собой и передают данные по виртуальным каналам связи, которые могут быть временными или постоянными. Постоянный канал связи - это путь, по которому передается информация. Он всегда остается открытым вне зависимости от трафика. Временные каналы создаются по требованию и, как только передача данных заканчивается, закрываются.
С самого начала АТМ проектировался как система коммутации с помощью виртуальных каналов связи, которые обеспечивают заранее специфицированный уровень качества сервиса (Quality of Service - QoS) и поддерживают постоянную или переменную скорость передачи данных. Модель QoS позволяет приложениям запросить гарантированную скорость передачи между приемником и источником, не обращая внимания на то, сколь сложен путь между ними. Каждый АТМ - коммутатор, связываясь с другим, выбирает такой путь, который гарантирует требуемую приложением скорость.
Если система не может удовлетворить запрос, то она сообщает об этом приложению. Правда, существующие протоколы передачи данных и приложения не имеют никакого понятия о QoS, так что это еще одно отличное свойство, которое никто не использует.
|
|
|
Благодаря наличию таких полезных свойств АТМ никого не удивляет всеобщее желание продолжать совершенствование этот стандарт. Но пока существующие реализации оборудования довольно ограничены первоначальным подходом, который ориентировался на другие, некомпьютерные, задачи.
Например, АТМ не имеет встроенной системы широковещательного оповещения (это характерно для АТМ, есть идея, но нет стандарта). И хотя широковещательные сообщения - извечная головная боль для любого администратора, в некоторых случаях они просто необходимы. Клиент, который ищет сервер, должен иметь возможность разослать сообщение "Где сервер?", что бы затем, получив ответ, направлять свои запросы уже непосредственно по нужному адресу.
Форум АТМ специально разработал спецификации для эмуляции сети - LAN emulation (LANE). LANE превращает "точка-точка"-ориентированную АТМ сеть в обычную, где клиенты и серверы видят ее как нормальную широковещательную сеть, использующую протокол IP (а скоро и IPX). LANE состоит из четырех различных протоколов: протокола конфигурации сервера (LAN emulation configuration service - LECS), протокола сервера (LAN emulation server - LES), протокола общего вещания и неизвестного сервера (Broadcast and Unknown Server - BUS) и протокола клиента (LAN emulation client - LEC).
Когда клиент с помощью LANE пытается подключиться к сети АТМ, то первоначально он использует протокол LECS. Поскольку АТМ не поддерживает широковещательных сообщений, форум АТМ выделил специальный адрес LECS, который никто другой уже не использует. Посылая сообщение по этому адресу клиент получает адрес соответствующего ему LES. Уровень LES обеспечивает необходимые функции ELAN (emulated LAN). С их помощью клиент может получить адрес BUS-сервиса и послать ему сообщение "подключился такой-то клиент", чтобы затем BUS уровень мог, получая сообщения, переслать его всем зарегистрировавшимся клиентам.
|
|
|
Для того чтобы использовать не АТМ протоколы, необходимо использовать LEC. LEC работает как конвертор, эмулируя обычную топологию сети, которую подразумевает IP. Поскольку LANE только моделирует Ethernet, то он может устранить некоторые старые технологические ошибки. Каждый ELAN может использовать различные размеры пакетов. ELAN, который обслуживает станции, подключенные с помощью обычного Ethernet, использует пакеты размером 1516 байт, в то время как ELAN обеспечивающий связь между серверами может посылать пакеты по 9180 байт. Всем этим управляет LEC.
LEC перехватывает широковещательные сообщения и посылает их BUS. Когда BUS получает такое сообщение, то посылает его копию каждому зарегистрировавшемуся LEC. Одновременно, перед тем как разослать копии, он преобразует пакет обратно в Ethernet-форму, указывая вместо своего адреса широковещательный.
Размер ячейки в 48 байт плюс пятибайтовый заголовок является причиной того, что только 90,5% пропускной полосы тратится на передачу полезной информации. Таким образом, реальная скорость передачи данных - всего лишь 140 Мбит/с. И это без учета накладных расходов на установку связи и прочие служебные взаимодействия между различными уровнями протоколов - BUS и LECS.
Да, АТМ - сложная технология и пока его использование ограничивает LANE. Все это сильно сдерживает широкое распространению данного стандарта. Правда, существует обоснованная надежда, что он действительно будет применяться, когда появятся приложения, которые смогут воспользоваться преимуществами АТМ непосредственно.
ATM - данной аббревиатурой может обозначаться технология асинхронной передачи данных (Asynchronous Transfer Mode), а не только Adobe Type Manager или Automatoc Teller Machine, что многим может показаться более привычным. Данную технологию построения высокоскоростных вычислительных сетей с коммутацией пакетов характеризует уникальная масштабируемость от небольших локальных сетей скоростями обмена 25-50 Мбит/сек до трансконтинентальных сетей.
В качестве передающей среды используется либо витая пара (до 155 Мбит/сек) либо оптоволокно.
ATM является развитием STM (Synchronous Transfer Mode), технологии передачи пакетованных данных и речи на большие расстояния, традиционно используемой для построения телекоммуникационных магистралей и телефонной сети. Поэтому прежде всего мы рассмотрим STM.
|
|
|
Модель STM
STM представляет собой сетевой механизм с коммутацией соединений, где соединение устанавливается прежде, чем начнется передача данных, и разрывается после ее окончания. Таким образом, взаимодействующие узлы захватывают и удерживают канал, пока не сочтут необходимым рассоединиться, независимо от того, передают они данные или "молчат".
Данные в STM передаются посредством разделения всей полосы канала на базовые трансмиссионные элементы, называемые временными каналами или слотами. Слоты объединены в обойму, содержащую фиксированное число каналов, пронумерованных от 1 до N. Каждому слоту ставиться в соответствие одно соединение. Каждая из обойм (их тоже может быть несколько - от 1 до М), определяет свой набор соединений. Обойма предоставляет свои слоты для установления соединения с периодом Т. При этом гарантируется, что в течение этого периода необходимая обойма будет доступна. Параметры N, M и Т определяются соответствующими комитетами по стандартизации и различаются в Америке и Европе.
В рамках канала STM каждое соединение ассоциируется с фиксированным номером слота в конкретной обойме. Однажды захваченный слот остается в распоряжении соединения в течение всего времени существования этого соединения.
Неправда ли, немного напоминает вокзал, от которого в определенном направлении с периодом Т отбывает поезд? Если среди пассажиров есть тот, которому этот поезд подходит, он занимает свободное место. Если такого пассажира нет, то место остается пустым и не может быть занято никем другим. Естественно, что пропускная способность такого канала теряется, к тому же осуществить одновременно все потенциальные соединения (M*N) невозможно.
Переход на ATM
Исследования применения оптоволоконных каналов в трансокеанских и трансконтинентальных масштабах выявили ряд особенностей передачи данных разных типов. В современных коммуникациях можно выделить два типа запросов:
|
|
|
- передача данных, устойчивых к некоторым потерям, но критичным к возможных задержкам (например, сигналы телевидения высокой четкости и звуковая информация);
- передача данных, не очень критичных к задержкам, но не допускающих потерь информации (этот тип передачи, как правило, относится к межкомпьютерным обменам).
Передача разнородных данных приводит к периодическому возникновению запросов на обслуживанию запросов на обслуживание, требующих большой полосы пропускания, но при малом времени передачи. Узел, порой, требует пиковой производительности канала, но происходит это относительно редко, занимая, скажем, одну десятую времени. Для такого вида канала реализуется одно из десяти возможных соединений, на чем, естественно, теряется эффективность использования канала. Было бы замечательно, если бы существовала возможность передать временно неиспользуемый слот другому абоненту. Увы, в рамках модели STM это невозможно.
Модель ATM была взята на вооружение одновременно AT&T и несколькими европейскими телефонными гигантами. (Кстати, это может привести к появлению сразу двух стандартов на спецификацию ATM.)
Главная идея заключалась в том, что необходимости в жестком соответствии соединения и номера слота нет. Достаточно передавать индентификатор соединения вместе с данными на любой свободный слот, сделав при этом пакет настолько маленьким, чтобы в случае потери утрата легко восполнялась бы. Все это изрядно смахивает на коммутацию пакетов и даже называется похоже: "быстрая коммутация коротких пакетов фиксированной длины". Короткие пакеты весьма привлекательны для телефонных компаний, стремящихся сохранить аналоговые линии STM.
В сети ATM два узла находят друг друга по "виртуальному идентификатору соединения" (Virtual Circuit Identifier - VCI), используемому вместо номеров слота и обоймы в модели STM. Быстрый пакет передается в такой же слот, как и раньше, но без каких-либо указаний или идентификатора.
Статистическое мультиплексирование
Быстрая коммутация пакетов позволяет решить проблему неиспользуемых слотов посредством статистического мультиплексирования нескольких соединений по одной линии связи в соответствии с параметрами их трафика. Другими словами, если большое число соединений носят импульсный характер (соотношение пиковой активности к средней - 10 или более к 1), есть надежда, что пики активности разных соединений будут совпадать не слишком часто. В случае совпадения один из пакетов буферизуется пока не появятся свободные слоты. Такой способ организации соединений при правильно подобранных параметрах позволяет эффективно загружать каналы. Статистическое мультиплексирование, неосуществимое в STM, и является основным достоинством ATM.
|
|
|
