1. Опора на осередки
2. послуги АТМ
3. Просунуті функції управління трафіком
4. буферизація
5. Інтеграція з локальними мережами
6. Мости / маршрутизатори
7. Дослідження ринку ATM-комутаторів
8. ТАК ПРАЦЮЄ "одноруких" маршрутизатор ...
9. ... А ТАК - MPOA

Технологія ATM існує вже понад п'ять років, але лише зараз почала набувати конкретних обрисів. ATM Forum не без допомоги Міжнародного союзу електрозв'язку (МСЕ) прийняв всі стандарти, необхідні для побудови масштабованих мереж ATM, які підтримують передачу трафіку локальних мереж (в цілому створені близько 100 стандартів і розробляються ще 30). Залишилося лише з'ясувати, які стандарти і функції підтримують різні виробники і які з них будуть потрібні для побудови працездатною ATM-мережі. Саме з цією метою компанія The Tolly Group виявила і протестувала більше 50 функцій з самих різних областей ATM.

Співробітники компанії The Tolly Group протягом декількох місяців тестували функції і визначали продуктивність комутаторів виробництва 3Com, Cisco Systems, Digital Equipment, FORE Systems, Hitachi Computer Products, IBM, Madge Networks, Olicom і Xylan. (Докладні результати випробувань можна знайти на Web-сервері The Tolly Group, www.tolly.com ; дослідження триває, тому в міру надходження нових відомостей вони з'являються на сервері.) Ця стаття покликана розповісти про ті уроки, які ми отримали в процесі тестування.

За своєю природою ATM є універсальною технологією, яку можна застосовувати і в локальних, і в територіально-розподілених мережах (WAN). Однак незалежно від передбачуваного використання ATM треба добре розуміти її базові принципи. До них відносяться протоколи обміну сигналами, механізми управління трафіком, схеми буферизації, підтримка існуючих локальних мереж, а також функції маршрутизації і бруківці зв'язку. Саме про це ми і поговоримо.

Опора на осередки

Головна сила АТМ полягає в тому, що дана технологія цілком працює на найнижчому рівні, рівні осередків. Всі функції більш високих рівнів, починаючи з маршрутизації на третьому рівні та закінчуючи впровадженням в локальні мережі, можуть бути зведені до операцій з потоками осередків, переданих зі швидкістю роботи каналу або коммутирующей матриці.

Ця особливість стане більш зрозумілою, якщо звернутися до принципів роботи механізмів маршрутизації. У традиційних мережах маршрутизатор повинен приймати окреме рішення з пересилання кожного пакету даних. При передачі даних в мережах АТМ ПО маршрутизації (може знаходитися на комутаторах або на спеціальних маршрутизирующих пристроях) встановлює наскрізні маршрути з точки A в точку B, по яких передаються всі дані зі швидкістю роботи каналу.

Щоб з'ясувати, який комутатор забезпечує найвищу продуктивність, потрібно порівняти комутуючі матриці і типи використовуваних інтерфейсів. Архітектура комутатора великої ролі не грає. Необхідно, щоб матриця була неблокірующіх, т. Е. Осередки передавалися з будь-якого порту на будь-який інший з однієї і тієї ж швидкістю і без втрат. Наші попередні тестування показали, що багато комутуючі матриці, які їх виробники оголошували неблокірующіх, насправді такими не є. За результатами нинішніх випробувань, все комутатори мали дійсно неблокірующіх матриці.

послуги АТМ

Обмін сигналами в ході формування каналу - один з найважливіших процесів, які виконуються комутатором ATM. Найпростіший процес такого роду реалізується за допомогою UNI (User-to-Network Interface); при цьому кінцева станція отримує можливість обмінюватися інформацією з комутатором.

Крім UNI в масштабованих мережах ATM, що містять багато комутаторів, повинен бути реалізований інтерфейс між окремими ділянками мережі, або NNI (Network-to-Network Interface). Використовуваний в мережах АТМ протокол "динамічної" маршрутизації PNNI Version 1.0 (Private Network-to-Network Interface) заснований на ідеї ієрархії груп комутаторів і в значній мірі аналогічний вживаному зараз в IP-мережах протоколу OSPF (Open Shortest Path First). PNNI допомагає комутаторів створювати віртуальні комутовані канали (switched virtual circuit, SVC), обчислювати найкоротші шляхи передачі даних і формувати нові маршрути в обхід відмовили каналів зв'язку.

Не слід навіть розглядати питання про покупку комутатора, який не підтримує UNI (Version 3.0, 3.1 або самої останньої версії, 4.0) і PNNI. Незалежно від того, яка версія UNI в них реалізована, комутатори, що підтримують PNNI 1.0 (згодяться і нестандартні версії PNNI, але тоді мережа повинна складатися з пристроїв одного виробника), починають обмінюватися сигналами відразу після їх з'єднання між собою і підключення до них кінцевих станцій. Не потрібно також купувати комутатори та адаптери для кінцевих станцій, що підтримують різні версії UNI і PNNI, оскільки при цьому неможливо встановити з'єднання.

Деякі просунуті функції, на зразок забезпечення якості сервісу (QoS) і багаторівневої PNNI-маршрутизації, можуть зажадати від користувача більш серйозної роботи по конфігурації, проте багато виробників надсилають на установку складних мереж своїх інженерів. Причому, всупереч поширеній помилці, мережі на базі АТМ аж ніяк не є значно складнішими, ніж традиційні мережі; проблеми виникають при установці будь-якої мережі на базі маршрутизаторів. В якомусь сенсі мережі ATM навіть простіше інших. Наприклад, в 40-байтним ATM-адресу містяться як еквівалент MAC-адреси, так і IP-адреса. При поверхневому погляді настільки великий розмір адресного простору викликає замішання, але якщо розібратися краще, стане ясно, що це цілком виправдано.

Проте виробники намагаються полегшити життя користувача. Так, 3Com, Digital, FORE, Madge і Olicom почали випускати комутатори, що підтримують автоматичне розпізнавання і конверсію UNI 3.X. Автоматичне розпізнавання означає, що комутатор здатний з'ясувати, яка версія UNI застосовується на кінцевій станції. Конверсія UNI 3.X дозволяє комутатора підключати станції з UNI 3.1 до станцій з UNI 3.0.

UNI і PNNI потрібні для того, щоб можна було створювати SVC між двома і більше станціями і щоб станції могли "дізнатися", який віртуальний канал їм слід використовувати. Основний обмін сигналами відбувається при утворенні і розриві SVC; після встановлення SVC виконуються лише періодичні опитування з метою визначення цілісності зв'язку. Це означає, що головним мірилом продуктивності комутатора є кількість з'єднань, що встановлюються і розриваються за одну секунду. The Tolly Group виявила, що всі комутатори можна розбити на три категорії: менше 30, 88-126 і більше 300 (FORE) з'єднань в секунду. Як правило, чим більше значення даного показника, тим краще, особливо в складних мережах.

Просунуті функції управління трафіком

В ATM передбачається, що трафік будь-якого типу можна передавати з використанням одного з чотирьох базових класів сервісу. Постійна швидкість передачі (constant bit rate, CBR) використовується для передачі рівномірного нестисливого голосового потоку; змінна швидкість (variable bit rate, VBR) - для передачі нерівномірно виникає, критичного до затримок трафіку (типу відео зі стисненням); доступна швидкість (available bit rate, ABR) - для передачі нерівномірного трафіку від локальних мереж; невизначена швидкість передачі (unspecified bit rate, UBR) - для передачі всіх інших типів трафіку. ATM-комутатор розподіляє свої ресурси, насильно "заганяючи" трафік в перераховані класи сервісу. Якщо трафік "намагається" вийти "з-під контролю, порушуючи встановлені для нього рамки, то відповідні осередки або відкидаються негайно, або позначаються як дозволені для відкидання.

При проектуванні кампусової мережі ATM не варто зловживати використанням CBR і VBR, якщо тільки в цій мережі не передбачається передавати чутливий до затримок трафік. Навпаки, в мережах WAN, де спостерігається більш серйозна конкуренція за смугу пропускання, а співіснування трафіку різних типів є звичайною справою, підтримка CBR і VBR виключно важлива.

Клас VBR підтримують відносно небагато з випробуваних комутаторів (вироби Cisco, FORE і Xylan), а ось CBR - більше половини виробників (наприклад, FORE, Digital, Hitachi і Xylan). З CBR працювати простіше, ніж з VBR, оскільки для цього потрібно тільки стежити за піковими швидкостями передачі осередків. У той же час, при використанні VBR комутатор повинен встановлювати пікові та середні швидкості передачі осередків, затримки передачі і навіть обмежувати випадкові сплески інтенсивності потоку.

Під час випробувань CBR і VBR працювали без жодних проблем. Комутатори відкидали всі осередки, які намагалися вийти за рамки, задані нашими інженерами.

Оскільки стандарт на ABR був прийнятий зовсім недавно і даний клас сервісу поширений не дуже широко, ми його не тестували. Втім, ми збираємося це зробити в майбутньому. Чи не тестували ми і UBR. Справа в тому, що в UBR потрапляє весь трафік, який не належить до інших класів; при його використанні не надається ніяких гарантій передачі осередків. Відповідно, за трафіком на UBR ніхто не стежить. Якщо комутатора знадобиться відкинути осередки з потоку даних, що передається на UBR, він виконає це без будь-яких додаткових дій, тому тестувати UBR безглуздо. Можливо, коли-небудь виробники почнуть надавати кошти збереження UBR-трафіку.

буферизація

Буферизація - це остання можливість врятувати осередку від втрат, якщо механізми управління не можуть утримати вхідний трафік в рамках пропускної здатності комутатора. Якщо врахувати, що при використанні каналів OC-3 дані пересилаються на швидкості 353 207 осередків / с, то стане ясно: навіть найбільші буфери переповнюються за частки секунди. При установці мережі не слід особливо розраховувати на застосування буферів; навпаки, треба подбати про те, щоб ресурсів комутатора вистачало на обслуговування трафіку і щоб здійснювалося правильний розподіл класів сервісу.

При визначенні необхідного розміру буфера потрібно враховувати ряд чинників. Звичайно, в разі затору великі буфери можуть зберегти більше осередків (і тим самим підвищити пропускну здатність пристрою), проте в них використовується дорога оперативна пам'ять. Крім того, чим більше буфер, тим довше вхідні і вихідні черги і більше значення затримок.

Виробники обладнання застосовують кілька методів буферизації, розрізняються і розміри буферів. У комутаторах від Digital, FORE, Hitachi, Olicom і Xylan на кожному з модулів є пули буферів, які, в міру необхідності, динамічно розподіляються по портам. В інших комутаторах, наприклад виробі Cisco, використовується і динамічне, і фіксований розподіл буферів одночасно. Завдяки динамічним буферам досягається велика гнучкість у наданні буферної ємності найбільш перевантаженим портам. У комутаторах від FORE, Cisco і Hitachi застосовуються дві складні схеми управління буферами, які здатні підвищити ефективність використання буфера, а в деяких випадках - і пропускну здатність в умовах затору.

Перша схема - інтелектуальне відкидання пакетів. Відповідно до цієї схеми, перш ніж відкидати осередок, слід з'ясувати, звідки вона прийшла. Якщо відкинути одну клітинку з LAN-трафіку, то, швидше за все, буде переданий повторно весь пакет, з яким вона належала. Тому краще відкинути три осередки з одного пакета LAN-трафіку, ніж по одній клітинці з трьох пакетів.

Друга схема - постановка в чергу по віртуальних каналах. Фактично, тут використовується той же підхід, що й у першій схемі, але на рівні потоків даних. При постановці осередків в черзі застосовується певний алгоритм забезпечення рівнодоступності: наприклад, з потоку OC-3 буде відкинуто більше осередків, ніж з конкуруючого з ним потоку, переданого по 10-мегабитному каналу.

Наші випробування показали, що обидві схеми дозволяють досить ефективно управляти трафіком і працюють в повній відповідності зі своїм призначенням.

Висновок: слід користуватися комутаторами з гнучким динамічним розподілом буферів, число яких повинно бути достатнім для підтримки переданих типів трафіку. Слід пам'ятати, що чим нерівномірніше трафік, тим більше потрібно буферів. Будь-яку додаткову можливість управління буферами, що забезпечується комутатором, можна розглядати як його додаткове гідність.

Інтеграція з локальними мережами

ATM часто використовується для створення магістральних каналів зв'язку між локальними мережами. Тому ATM-комутатори повинні підтримувати відповідні інтерфейси, наприклад Ethernet, Token Ring або FDDI. Ці інтерфейси можуть перебувати на додаткових модулях, що встановлюються в комутатор або яке-небудь зовнішній пристрій (наприклад, комутатор локальної мережі або маршрутизатор, що підключається до ATM-мережі через канал зв'язку з магістральною мережею). У будь-якому випадку, для підтримки взаємодії між пристроями ATM і локальними мережами потрібно ПО для емуляції локальних мереж (LAN Emulation, LANE).

Сумісність технології ATM з локальними мережами забезпечують три основні послуги - Classical IP (RFC-1577), LANE 1.0 і Multi-Protocol over ATM (MPOA). Остання технологія являє собою розширення LANE з підтримкою маршрутизації; оскільки вона ще не дуже широко поширена, ми її не тестували, але в майбутньому неодмінно це зробимо.

В основі Classical IP і LANE лежить наступна схема. Клієнт запитує з'єднання з сервером, де зберігається база даних, що забезпечує відображення клієнтських АТМ-адрес на LAN-адреси. По кожному з необхідних йому LAN-адрес клієнт отримує АТМ-адреса, а потім застосовує процедуру обміну сигналами для установки прямого з'єднання з відповідними адресами. Різниця полягає в тому, що Classical IP працює тільки з IP, а в LANE забезпечується підтримка різних протоколів локальних мереж.

Наявність послуг по об'єднанню локальних мереж - ще один критерій початкового відбору обладнання для мереж АТМ. За винятком випадків, коли комутатор передбачається використовувати в мережах, побудованих тільки з застосуванням АТМ (найчастіше - у великих магістральних мережах), слід переконатися, що він підтримує LANE.

Classical IP має сенс розглядати лише в тому випадку, коли в локальній мережі застосовується тільки IP, а відповідний по всіх статтях комутатор не підтримує LANE. У наших випробуваннях Classical IP підтримували комутатори FORE, Olicom, Xylan і Hitachi, хоча всі вони могли працювати і на LANE. У Classical IP немає ніяких серйозних переваг перед LANE, але є помітний недолік - він не підтримує маршрутизацію повідомлень між IP-подсетями на рівні ATM.

У LANE 1.0 маршрутізація теж НЕ підтрімується, однак є можлівість прямого Розширення цієї технології до MPOA, де LAN-трафік можна маршрутизировать засоби ATM. До складу MPOA входить LANE 2.0, в якому забезпечуються бруківка зв'язок між сегментами, резервування серверів і розподілені послуги. Це означає, що при установці декількох серверів LANE кожен з них буде страхувати інші на випадок відмови і що в великих мережах можна розподіляти базу даних між декількома серверами. Має сенс переконатися, що обраний виробник підтримує MPOA або збирається зробити це в майбутньому.

У LANE забезпечується інкапсуляція кадрів 802.3 (Ethernet) і 802.5 (Token Ring). Не варто довго міркувати, який із цих стандартів вибрати. По суті, інкапсуляція Token Ring потрібна лише для побудови великої мережі на базі технології SRB (source-route bridging), коли використовувати інкапсуляцію Ethernet можна. У всіх інших ситуаціях LANE на базі 802.3 забезпечує всі потреби в передачі даних, в тому числі і для мереж Token Ring і FDDI. Комутатори багатьох виробників, зокрема FORE, IBM і Xylan, підтримують кадри даних розміром більше 1518 байт. Це дозволяє легко передавати через ATM великі кадри, які застосовуються в Token Ring.

Що стосується продуктивності при роботі в LANE, то тут все дуже нагадує ситуацію з SVC - час витрачається в основному на установку і розрив сеансу (коли для перекладу MAC-адрес локальної мережі в ATM-адреси доводиться користуватися послугами LANE). В інший час між станціями підтримується прямий АТМ-канал, а передачу даних нічого не уповільнює.

Тому основною проблемою є не пропускна здатність, а ємність (якого числа клієнтів можна надавати послуги LANE і як довго їм доведеться входити в систему вранці і чекати відновлення зв'язку після відмови). Слід строго виконувати всі рекомендації виробника щодо числа користувачів однієї імітованого локальної мережі (Emulated LAN, ELAN) або набору послуг LANE. Після впровадження LANE 2.0 ця проблема втратить гостроту, оскільки можна буде встановлювати кілька серверів LANE і розподіляти клієнтів між ними.

Мости / маршрутизатори

Слід пам'ятати, що протокол LANE забезпечує тільки бруківку зв'язок. Як і в віртуальних локальних мережах, що створюються на базі кількох комутаторів Ethernet, при використанні LANE можна побудувати тільки мережу з мерії зв'язком між сегментами. Щоб зв'язати між собою різні ELAN, треба забезпечити маршрутизацію повідомлень. Як вже було сказано, даний механізм входить до складу MPOA.

Як проміжний рішення багато виробників пропонують так звані "однорукі" маршрутизатори, по суті, являють собою традиційні маршрутизатори з АТМ-інтерфейсом. При виборі обладнання потрібно переконатися, що виробник, на даний час не підтримує MPOA, має хоча б "однорукий" маршрутизатор. При тестуванні ми переконалися, що механізми такої маршрутизації при використанні практично будь-яких комбінацій комутаторів і комутаторів / маршрутизаторів працюють відповідно до описів.

Безперечно, застосування механізмів бруківці зв'язку і маршрутизації без виходу за межі АТМ (UNI і PNNI) позбавляє від необхідності організовувати яку б то не було додаткову маршрутизацію. Зворотне невірно: пристрої MPOA і "однорукі" маршрутизатори працюють просто як засоби представлення інформації у вигляді, придатному для маршрутизації в мережах АТМ, за якими, власне, весь трафік і передається.

Ми обговорили тільки найважливіші з стандартів, необхідних для побудови повністю працездатною мережі АТМ. До теперішнього часу, проте, вже прийнятий повний набір стандартів. Наші випробування підтверджують, що більшість виробників комутаторів пропонує повністю відповідають цим стандартам пристрою.

Виробники знають, що АТМ часто відлякує своєю складністю, тому намагаються створювати пристрої АТМ "з людським обличчям". Наприклад, в ряді продуктів є можливість використання значень АТМ-адрес, заданих за замовчуванням, і послуг LANE. Кілька років тому нічого подібного не було. Звичайно, не можна стверджувати, ніби при тестуванні з'ясувалося, що тепер все здатне працювати без додаткової настройки і що можна без праці розібратися в технології, які застосовуються в АТМ-мережах. І все ж варто витратити деякі зусилля, щоб отримати можливість маршрутизації і бруківці передачі інформації на швидкостях роботи каналів - а саме це і забезпечує АТМ.

Дослідження ринку ATM-комутаторів

Прагнучи виявити відмінності між продуктами від різних виробників і надати читачам повні дані, на основі яких можна було б прийняти рішення про покупку, The Tolly Group застосувала свою модель Industry Study для дослідження положення на ринку комутаторів АТМ. Оцінювалися такі основні параметри: продуктивність, підтримка інтерфейсів для локальних мереж і ATM, управління трафіком (в тому числі буферизация даних і наявність просунутих функцій), обмін сигналами і ATM-маршрутизація, служби підтримки існуючих локальних мереж (LAN Emulation, Classical IP), а також ряд функцій управління.

Запрошення до участі у випробуваннях були розіслані всім виробникам комутаторів ATM. Роботи над проектом фінансувалися учасниками тестування. Повна версія результатів тестування безкоштовно поширюється по всьому світу; протягом 1998 р неї будуть вноситися зміни (у міру тестування нових продуктів).

ТАК ПРАЦЮЄ "одноруких" маршрутизатор ...

1. Станція A передає IP-пакети станції B, використовуючи клієнтське ПЗ LANE для визначення АТМ-адреси IP-маршрутизатора.
2. За допомогою LANE станція А встановлює віртуальний канал передачі даних SVC1 для зв'язку з "одноруким" маршрутизатором (IP-маршрутизатором, підключеним до ATM-комутатора за допомогою одного кабелю). Той, в свою чергу, використовує LANE для створення віртуального каналу SVC2, завершуючи тим самим з'єднання зі станцією B. При цьому служба LANE працює як телефонний довідник, повідомляючи різних пристроїв значення ATM-адрес, необхідні для створення SVC.
3. Віртуальні канали SVC1 і SVC2 відображаються на віртуальні з'єднання, через які проходять потоки осередків 1 і 2. По дорозі до станції B всі дані повинні проходити через маршрутизатор, причому виконуються постійні перетворення даних з формату IP в АТМ і назад.

... А ТАК - MPOA

1. Станція A передає IP-пакети станції B.
2. Використовуючи клієнтське ПЗ LANE для визначення ATM-адреси сервера маршрутизації, станція А встановлює віртуальний канал передачі даних SVC1. Станція B "знаходить" сервер маршрутизації і встановлює c ним зв'язок через віртуальний канал SVC2, також використовуючи LANE.
3. Сервер маршрутизації надає станції A адреса АТМ станції B. Станція A встановлює зв'язок зі станцією B через віртуальний канал SVC3.
4. Віртуальний канал SVC3 відображається на віртуальне з'єднання, через яке проходить потік осередків 1. Починаючи з цього моменту, всі пакети від станції A передаються за допомогою потоку осередків 1 на станцію B безпосередньо, в форматі АТМ. Причому, на відміну від схеми з використанням "однорукого" маршрутизатора, не потрібні які б то не було проміжні "скачки" або перетворення формату.