Основы технологии ATM

Рисунок 2 Два типа трафика

Эта задача очень похожа на проблему выполнения нескольких процессов в мультипрограммной операционной системе, причем синхронный трафик является аналогом процессов реального времени. В операционных системах минимальное время реакции системы для процессов реального времени обеспечивается за счет присвоения им высших приоритетов и дисциплины вытесняющей многозадачности, когда выполнение низкоприоритетного процесса мгновенно прерывается при появлении готового к выполнению высокоприоритетного процесса. При совмещении трафиков приоритеты применить можно, но только относительные, так как прерывание передачи пакета, а затем восстановление этой передачи с прерванного места при распределенном характере вычислительной сети - сама по себе очень сложная задача. Как компьютерные сети, так и цифровые телефонные сети предоставляют некоторые возможности для передачи через них "чужеродного" трафика. Цифровые сети при этом заранее выделяют фиксированное число тайм-слотов для компьютерного трафика, тем самым предоставляя сервис, аналогичный выделенным линиям, имеющим фиксированную пропускную способность. Это дорогой сервис, так как для хорошей передачи пульсаций трафика нужно купить такое число тайм-слотов, которое соответствовало бы трафику максимальной интенсивности. В периоды затишья на выходе компьютерной сети эти оплаченные тайм-слоты используются вхолостую. Компьютерные территориальные сети в последнее время тоже стали совмещать голосовой трафик со своим собственным. Такие услуги предоставляют некоторые сети frame relay, но для обеспечения жестких требований к синхронизму они существенно уменьшают максимально допустимый размер компьютерного пакета, тем самым снижая полезную пропускную способность для своего трафика.

Подход, реализованный в технологии ATM, состоит в представлении потока данных от каждого канала любой природы - компьютерного, телефонного или видеоканала пакетами фиксированной и очень маленькой длины - 53 байта вместе с небольшим заголовком в 5 байт. Пакеты ATM называются ячейками - cell. Небольшая длина пакетов позволяет сократить время на их передачу и тем самым обеспечить небольшие задержки при передаче пакетов, требующих постоянного темпа передачи, характерного для мультимедийной информации. При приоритетном обслуживании мультимедийного трафика коммутаторами сети, его пакеты будут вынуждены даже при дисциплине относительных приоритетов ожидать в худшем случае в течение небольшого и фиксированного времени - времени передачи пакета из 53 байт, что при скорости в 155 Мбит/с составит менее 3 мкс.

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 - эти сети всегда работают по протоколу с установлением виртуального соединения и адреса конечных узлов используются только на этапе установления соединения. При установлении соединения ему присваивается текущий номер соединения и в дальнейших передачах пакетов в рамках этого соединения (то есть до момента разрыва связи) в служебных полях пакета используется не адрес узла назначения, а номер соединения, который намного короче. Размер пакета ATM является результатом компромисса между телефонистами и компьютерщиками - первые настаивали на пакете в 32 байта, а последние - на пакетах в 64 байта. В результате в пакете имеется небольшой заголовок в 5 байт, из которых 3 байта отводятся под номер виртуального соединения, уникального в пределах всей сети ATM, а остальные 48 байт могут содержать 6 замеров оцифрованного голоса или 6 байт данных вычислительной сети.. Небольшие пакеты фиксированной длины позволяют гарантировать небольшие задержки при передаче синхронного трафика. Ясно, что при отказе от жестко фиксированных временных слотов для каждого канала идеальной синхронности добиться будет невозможно. Однако, если пакеты разных видов трафика будут обслуживаться с разными приоритетами, то максимальное время ожидания приоритетного пакета будет равно времени обработки одного пакета, и если эти пакеты небольшого размера, то и отклонение от синхронизма будет небольшое.

Введение типов трафика и приоритетное обслуживание являются еще одной особенностью технологии ATM, которая позволяет ей успешно совмещать в одном канале синхронные и асинхронные пакеты. Приоритеты существуют и в других технологиях, например, в FDDI или 100VG-AnyLAN, однако наличие в них пакетов больших размеров (в 4096 байт и больше) не позволяют им с высокой степенью вероятности выдерживать требования синхронизма для высокоприоритетных пакетов.

В сетях ATM соединение конечного узла с сетью осуществляется индивидуальной линией связи, а коммутаторы соединяются между собой каналами с уплотнением, которые передают пакеты всех узлов, подключенных к соответствующим коммутаторам (рис. 3).