Основные принципы АТМ

Введение

 

В последние годы между операторами связи, действующими в Кузбассе, развернулась борьба за рынок телекоммуникаций. Активно работают все компании сотовой связи: "Транстелеком", "Кузбассэнергосвязь", КФ ОАО "ВымпелКом-Регион", холдинг "КТС" и другие. В принципе, каждая из них сейчас может предоставлять потребителям многие современные услуги связи, однако из-за проблемы "последней мили" зона действия услуг ограничена, а их стоимость для клиентов - по-прежнему высока.

Сегодня специалисты кузбасского филиала ОАО "Сибирьтелеком" вводят в эксплуатацию мультисервисную сеть, которая снимет вопрос о доступности современных видов связи.

В августе прошлого года была сдана первая очередь региональной мультисервисной сети, которая основывается на пакетной передаче любых сигналов и любой информации, которыми сегодня может обмениваться человек с человеком или офис с офисом. Первая очередь представляет собой мощную скоростную транспортную сеть, которая "легла" на действующую волоконно-оптическую магистраль. Сеть связала все крупные города Кузбасса.

В сети применена технология асинхронного мультиплексирования, которая позволяет передавать данные, обрабатывать и транспортировать все протоколы взаимодействия любых сетей. В неё без проблем "укладываются" Интернет-протокол, протоколы локальных и корпоративных сетей, Frame relay, Х-25 и прочие. До настоящего времени в Кузбассе подобной сети не было. Смонтировано оборудование ведущих мировых производителей Cisco Systems, RAD, Schmid Telecom, Taicom, а также российского производителя - фирмы Натекс. Это самые современные технологии и оборудование, позволяющие создавать мультисервисную сеть [1].

На базе данной мультисервисной сети возможно и необходимо создавать принципиально новые дополнительные услуги, востребованные современным обществом. В городе Кемерово уже с 1998 года ГТС предоставляет наряду с базовой услугой (коммутация двух абонентов) - дополнительные услуги, среди которых, в свою очередь следует выделить два направления: дополнительные услуги электронных АТС (переадресация звонка, конференцсвязь, будильник и т.п.) и информационные услуги. Причем наибольшим спросом в городе Кемерово стали пользоваться как раз информационные услуги. Эти услуги предоставляются ГТС на основе технологии компьютерной телефонии и программного обеспечения, разработанного специалистами отдела информатизации. Не будет преувеличением сказать, что кемеровчане любят информационные услуги. Например, под новый, 2003 год услуга “Погода" установила очередной рекорд - 37 тыс. обращений в сутки. В свою очередь, в информационных услугах все более отчетливо выделяется направление социально-значимых информационных услуг, в основе которых лежит ориентация не на прибыль, а на социальное партнерство с обществом. При этом, прибыль реализуется по так называемому “нулевому" варианту, когда расходы на эти услуги компенсируются получаемым доходом, а в случае получения прибыли - она распределяется на дальнейшее развитие социальных услуг. Такая схема, направлена на удовлетворение скрытых социальных потребностей общества и является согласно международным стандартам высшей ступенью качества предоставления услуг. Впрочем, такие услуги не противоречат основам экономики современного предприятия, так как, через заинтересованность потребителей увеличивается капитализация предприятия [2].

Цель данного проекта разработать дополнительные виды услуг, конкретно услуга городской портал, для города Ленинск-Кузнецкого опираясь на опыт Кемеровской ГТС.

В преддверии перехода Ленинск-Кузнецкого РУС на повременную систему оплаты за услуги связи, требуется проведение мероприятий повышающих платный трафик - расширение спектра имеющихся дополнительных видов обслуживания и внедрение новых. С 2003 года в городе уже работают автоинформационные службы: "Погода", "Астрологический прогноз" и "Сказка".

Следующим этапом развития информационных услуг в Ленинске-Кузнецком планируется введение в эксплуатацию услуги "Городской портал". Главной задачей этой услуги является создание городской базы данных, в которую должны войти данные предприятий, частных лиц, а так же много другой информации, которая может интересовать потребителя. Другой задачей "Городского портала" является занятие лидирующего положения в области СМИ города с целью увеличения доходов предприятия за счет рекламной деятельности.

Анализ применяемых технологий в мультисервисных сетях

 

Технология ATM

 

Главная идея технологии АТМ была высказана достаточно давно - этот термин ввела лаборатория Bell Labs ещё в 1968 году. Основной разрабатываемой технологией тогда была технология TDM с синхронными методами коммутации, основанными на порядковом номере байта в объединённом кадре. Главный недостаток технологии TDM, которую также называют технологией синхронной передачи STM, заключается в невозможности перераспределять пропускную способность объединённого канала между подканалами. В те периоды времени, когда по подканалу не передаются пользовательские данные, объединённый канал всё равно передаёт байты этого подканала, заполненные нулями.

Попытки загрузить периоды простоя подканалов приводят к необходимости введения заголовка для данных каждого подканала. В промежуточной технологии STDM, которая позволяет заполнять периоды простоя передачей пульсаций трафика других подканалов, действительно вводятся заголовки, содержащие номер подканала. Данные при этом оформляются в пакеты, похожие по структуре на пакеты компьютерных сетей. Наличие адреса у каждого пакета позволяет передавать его асинхронно, так как местоположение его относительно данных других подканалов уже не является его адресом. Асинхронные пакеты одного подканала вставляются в свободные тайм-слоты другого подканала, но не смешиваются с данными этого подканала, так как имеют собственный адрес.

Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий - коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй - использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. С помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания виртуальных каналов с разным качеством обслуживания удаётся добиться передачи в одной сети разных типов трафика без дискриминации. Хотя сети ISDN также разрабатывались для передачи различных видов трафика в рамках одной сети, голосовой трафик явно был для разработчиков более приоритетным. Технология АТМ с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все виды трафика в соответствии с их требованиями [6].

Гетерогенность - неотъемлемое качество любой крупной вычислительной сети, и на согласование разнородных компонентов системные интеграторы и администраторы тратят большую часть своего времени. Поэтому любое средство, сулящее перспективу уменьшения неоднородности сети, привлекает пристальный интерес сетевых специалистов. Технология АТМ разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг - B-ISDN.

По планам разработчиков единообразие, обеспечиваемое АТМ, будет состоять в том, что одна транспортная технология сможет обеспечить несколько перечисленных ниже возможностей:

передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, чувствительного к задержкам, причём для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям;

иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гигабит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений;

общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей;

сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов: Т1/E1, T3/E3, SDH STM-n, FDDI;

взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей: IP, SNA, Ethernet, ISDN.

Службы верхних уровней сети B-ISDN должны быть примерно такими же, что и у сети ISDN - это передача факсов, распространение телевизионного изображения, голосовая почта, электронная почта, различные интерактивные службы, например проведение видеоконференций. Высокие скорости технологии АТМ создают гораздо больше возможностей для служб верхнего уровня, которые не могли быть реализованы сетями ISDN - например, для передачи цветного телевизионного изображения необходима полоса пропускания в районе 30 Мбит/с. Технология ISDN такую скорость поддержать не может, а для АТМ она не составляет больших проблем.

Разработку стандартов АТМ осуществляет группа организаций под названием ATM Forum под эгидой специального комитета IEEE, а также комитеты ITU-T и ANSI. АТМ - это очень сложная технология, требующая стандартизации в самых различных аспектах, поэтому, хотя основное ядро стандартов было принято в 1993 году, работа по стандартизации активно продолжается. Оптимизм внушает тот факт, что в ATM Forum принимают участие практически все заинтересованные стороны - производители телекоммуникационного оборудования, производители оборудования локальных сетей, операторы телекоммуникационных сетей и сетевые интеграторы.

 

Основные принципы АТМ

Сеть АТМ имеет классическую структуру крупной территориальной сети - конечные станции соединяются индивидуальными каналами с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Коммутаторы АТМ пользуются 20-байтными адресами конечных узлов для маршрутизации трафика на основе техники виртуальных каналов. Для частных сетей АТМ определён протокол маршрутизации PNNI (Private NNI), с помощью которого коммутаторы могут строить таблицы маршрутизации автоматически. В публичных сетях АТМ таблицы маршрутизации могут строиться администраторами вручную или могут поддерживаться протоколом PNNI.

Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора виртуального канала (VCI - Virtual Channel Identifier), который назначается соединению при его установлении и уничтожается при разрыве соединения. Адрес конечного узла АТМ, на основе которого прокладывается виртуальный канал, имеет иерархическую структуру, подобную номеру в телефонной сети, и использует префиксы, соответствующие кодам стран, городов, сетям поставщиков услуг и так далее, что упрощает маршрутизацию запросов установления соединения, как и при использовании агрегированных IP-адресов в соответствии с техникой CIDR.

Виртуальные соединения могут быть постоянными (PVC - Permanent Virtual Circuit) и коммутируемыми (SVC - Switched Virtual Circuit). Для ускорения коммутации в больших сетях используется понятие виртуального пути - Virtual Path, который объединяет виртуальные каналы, имеющие в сети АТМ общий маршрут между исходным и конечным узлами или общую часть маршрута между некоторыми двумя коммутаторами сети. Идентификатор виртуального пути (VPI - Virtual Path Identifier) является старшей частью локального адреса и представляет собой общий префикс для некоторого количества различных виртуальных каналов. Таким образом, идея агрегирования адресов в технологии АТМ применена на двух уровнях - на уровне адресов конечных узлов (работает на стадии установления виртуального канала) и на уровне номеров виртуальных каналов (работает при передаче данных по имеющемуся виртуальному каналу).

Соединения конечной станции АТМ с коммутатором нижнего уровня определяются стандартом UNI (User Network Interface). UNI определяет структуру пакета, адресацию станций, обмен управляющей информацией, уровни протокола АТМ, способы установления виртуального канала и способы управления трафиком. В настоящее время принята версия UNI 4.0, но наиболее распространённой версией, поддерживаемой производителями оборудования, является версия UNI 3.1

Стандарт АТМ не вводит свои спецификации на реализацию физического уровня. Здесь он основывается на технологии SDH/SONET, принимая её иерархию скоростей. В соответствии с этим начальная скорость доступа пользователя сети - это скорость OC-3 155 Мбит/с. Организация ATM Forum определила для АТМ не все иерархии скоростей SDH, а только скорости ОС-3 и ОС-12 (622 Мбит/с). На скорости 155 Мбит/c можно использовать не только волоконно-оптический кабель, но и неэкранированную витую пару категории 5. На скорости 622 Мбит/с допустим только волоконно-оптический кабель, причём как одномодовый, так и многомодовый.

Имеются и другие физические интерфейсы к сетям АТМ, отличные от SDH/SONET. К ним относятся интерфейсы Т1/E1 и T3/E3, распространённые в глобальных сетях, и интерфейсы локальных сетей - интерфейс с кодировкой 4В/5B со скоростью 100 Мбит/с (FDDI) и интерфейс со скоростью 25 Мбит/c, предложенный компанией IBM и утверждённый ATM Forum. Кроме того, для скорости 155,52 Мбит/c определён так называемый "cell-based" физический уровень, то есть уровень, основанный на ячейках, а не на кадрах SDH/SONET. Этот вариант физического уровня не использует кадры SDH/SONET, а отправляет по каналу связи непосредственно ячейки формата АТМ, что сокращает накладные расходы на служебные данные, но несколько усложняет задачу синхронизации приёмника с передатчиком на уровне ячеек.

Все перечисленные выше характеристики технологии АТМ не свидетельствуют о том, что это некая "особенная" технология, а скорее представляют её как типичную технологию глобальных сетей, основанную на технике виртуальных каналов. Особенности же технологии АТМ лежат в области качественного обслуживания разнородного трафика и объясняются стремлением решить задачу совмещения в одних и тех же каналах связи и в одном и том же коммуникационном оборудовании компьютерного и мультимедийного трафика таким образом, чтобы каждый тип трафика получил требуемый уровень обслуживания и не рассматривался как "второстепенный" [7].

Интерфейсы сетей АТМ

Интерфейсы сети АТМ можно классифицировать в зависимости от назначения, определяющегося набором обязательных функций.

В зависимости от назначения различают интерфейсы АТМ:

пользователь-сеть (UNI - User Network Interface) - обеспечивает взаимодействие оборудования пользователя с соответствующим ему сетевым узлом;

интерфейс сетевого узла (NNI - Network Node Interface) - обеспечивает взаимодействие сетевых узлов между собой;

интерфейс сеть-сеть (Network-Network Interface) - обеспечивает взаимодействие между двумя операторами сетей общего пользования.

Интерфейсы UNI ATM отличаются набором обязательных функций и классифицируются на:

UNI общего пользования - обеспечивает взаимодействие сетевого узла сети АТМ общего пользования с оборудованием пользователя или сетевым узлом сети АТМ ограниченного пользования, при этом используется протокол абонентской сигнализации DSS 2 (Digital Subscriber Signalling №2) или UNI 3.0/3.1/4.0;

UNI ограниченного пользования - обеспечивает взаимодействие сетевого узла сети АТМ ограниченного пользования с оборудованием пользователя, при этом используется протокол абонентской сигнализации UNI 3.0/3.1/4.0.

Интерфейсы NNI ATM отличаются набором обязательных функций и классифицируются на:

NNI общего пользования - обеспечивает взаимодействие сетевых узлов внутри сети общего пользования, при этом используется протокол межузловой сигнализации B-ISUP (Broadband Integrated Service User Part) или PNNI (Private Network Network Interface);

NNI ограниченного пользования - обеспечивает взаимодействие сетевых узлов внутри сети АТМ ограниченного пользования, при этом используется протокол межузловой сигнализации PNNI или IISP (Interim Interswitch Signalling Protocol).

Для обеспечения взаимодействия между сетями операторов общего пользования используется интерфейс B-ICI. Взаимодействие сетей АТМ общего пользования, принадлежащих различным операторам, должно осуществляться через интерфейс B-ICI (B-ISDN Inter Carrier Interface), созданный ATM Forum.

На интерфейсе B-ICI используются:

формат ячеек NNI в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т I.361;

функции уровня АТМ в соответствии со спецификацией ATM Forum UNI 3.0/3.1;

протокол сигнализации B-ISUP, разработанный МСЭ-Т.

В качестве физических интерфейсов могут быть использованы: Е3, STM-1, STM-4.

Взаимодействие сетей АТМ может осуществляться по постоянным или коммутируемым соединениям.

Аппаратура АТМ поддерживает интерфейсы для работы по физическим линиям связи и системам передачи.

Интерфейсы для работы по физическим линиям связи можно разделить на:

интерфейсы, работающие на линиях связи, протяжённостью несколько десятков километров;

интерфейсы, работающие на линиях связи, протяжённостью несколько километров.

Предусмотрены следующие интерфейсы АТМ, предназначенные для работы на линиях связи, протяжённостью несколько десятков километров:

STM-1 (155,52 Мбит/с) в формате SDH для одномодовых оптических линий средней (15-20 км) длины и длинных (40-45 км);

STM-4 (622,08 Мбит/с) в формате SDH для одномодовых оптических линий средней (15-20 км) длины и длинных (40-45 км);

с прямой передачей ячеек (cell based) на скорости 155,52 Мбит/с для одномодовых оптических линий;

с прямой передачей ячеек (cell based) на скорости 622,08 Мбит/с для одномодовых оптических линий.

Для построения протяжённых оптических линий на сети АТМ можно устанавливать регенераторы или оптические усилители.

Интерфейсы АТМ, предусмотренные для работы на линиях связи длиной несколько десятков километров могут быть использованы для работы на линиях протяжённостью несколько километров. Так же для работы на физических линиях связи протяжённостью несколько километров можно использовать интерфейсы АТМ:

Е1 (2,048 Мбит/с) в формате PDH для симметричных цепей;

Е3 (34,368 Мбит/с) в формате PDH для коаксиальных цепей;

для симметричных цепей для передачи на скорости 25,6 Мбит/с;

STM-1 (155,52 Мбит/с) в формате SDH для симметричного и коаксиального кабеля, многомодовых и одномодовых "коротких" оптических линий;

STM-4 (622,08 Мбит/с) в формате SDH для многомодовых и одномодовых "коротких" оптических линий;

с прямой передачей ячеек (cell based) на скорости 155,52 Мбит/с для коаксиальных цепей.

Сеть АТМ может быть построена на базе существующих систем передачи:

SDH;

PDH.

В этом случае сеть АТМ должна обеспечить подключение аппаратуры АТМ к системам передачи.

Для взаимодействия с системами передачи PDH предусмотрены физические интерфейсы АТМ:

Е1 (2,048 Мбит/с) в формате PDH для симметричных цепей;

Е3 (34,368 Мбит/с) в формате PDH для коаксиальных цепей.

Для взаимодействия с системами передачи SDH предусмотрены физические интерфейсы АТМ:

STM-1 (155,52 Мбит/с) в формате SDH для симметричного и коаксиального кабеля, многомодовых и одномодовых оптических линий;

STM-4 (622,08 Мбит/с) в формате SDH для многомодовых и одномодовых оптических линий.

В настоящее время для построения ВОЛС сетей АТМ общего пользования ETSI и МСЭ-Т стандартизировали физические интерфейсы АТМ для одномодовых линий. Физические интерфейсы АТМ для многомодовых линий стандартизированы ATM Forum [7].