Учебник для вузов в. Олифер Н. Олифер Компьютерные Принципы, технологии, протоколы
 Скачать 22.28 Mb.
|
|
□ Согласованная скорость передачи данных (Committed Information Rate, CIR) — га рантированная пропускная способность соединения; фактически сеть гарантирует передачу данных пользователя со скоростью предложенной нагрузки, если эта скорость не превосходит CIR. 676 Глава 19. Транспортные услуги и технологии глобальных сетей □ Согласованная величина пульсации (Committed Burst Size, Вс) — максимальное ко личество байтов, которое сеть будет передавать от данного пользователя за интервал времени Г, называемый временем пульсации, соблюдая согласованную скорость CIR. □ Дополнительная величина пульсации (Excess Burst Size, Be) — максимальное количе ство байтов, которое сеть будет пытаться передать сверх установленного значения Вс за интервал времени Т. Второй параметр пульсации Be позволяет оператору сети дифференцированно обрабаты вать кадры, которые не укладываются в профиль CIR. Обычно кадры, которые приводят к превышению пульсации Вс, но не превышают пульсации Вс + Be, сетью не отбрасывают ся, а обслуживаются, но без гарантий по скорости CIR. Для запоминания факта нарушения в кадрах Frame Realy используется поле DE. И только если превышен порог Вс + Be, кадры отбрасываются. Если приведенные величины определены, то время Т определяется следующей фор мулой: Г - Bc/CIR. Можно рассматривать значения CIR и Г в качестве варьируемых параметров, тогда про изводной величиной станет пульсация Вс. Обычно для контроля пульсаций трафика вы бирается время Г, равное 1-2 секундам при передаче компьютерных данных и в диапазоне десятков-сотен миллисекунд при передаче голоса. Соотношение между параметрами CIR, Вс, Be и Г иллюстрирует рис. 19.10 (R — скорость в канале доступа; / 1-/5 — кадры). Рис. 19.10. Реакция сети на поведение пользователя Технология Frame Relay 677 Работа сети описывается двумя линейными функциями, показывающими зависимость количества переданных битов от времени: В = R x t n B = CIR х t. Средняя скорость посту пления данных в сеть составила на этом интервале R бит/с, и она оказалась выше CIR. На рисунке представлен случай, когда за интервал времени Т в сеть по виртуальному каналу поступило 5 кадров. Кадры / ь /2 и /3 доставили в сеть данные, суммарный объем которых не превысил порог Вс, поэтому эти кадры ушли дальше транзитом с признаком DE = 0. Данные кадра / 4 , прибавленные к данным кадров / ь /2 и / 3 , уже превысили порог Вс, но еще не достигли порога Вс + Be, поэтому кадр /4 также ушел дальше, но уже с признаком DE = 1. Данные кадра / 5 , прибавленные к данным предыдущих кадров, превысили порог Вс + Be, поэтому этот кадр был удален из сети. На рис. 19.11 приведен пример сети Frame Relay с пятью удаленными региональными от делениями корпорации. Обычно доступ к сети осуществляется по каналам с пропускной способностью, большей чем CIR. Однако при этом пользователь платит не за пропуск ную способность канала, а за заказанные величины CIR, Вс и Be. Так, при применении в качестве линии доступа канала Т1 и заказа обслуживания со скоростью CIR, равной 128 Кбит/с, пользователь будет платить только за скорость 128 Кбит/с, а скорость канала Т1 в 1,5 Мбит/с окажет влияние на верхнюю границу возможной пульсации Вс + Be. CIR = 256 Кбит/с Вс = 512 Кбит Параметры качества обслуживания могут быть разными для разных направлений вирту ального канала. Так, на рисунке абонент 1 соединен с абонентом 2 виртуальным каналом с меткой 136. При направлении от абонента 1 к абоненту 2 канал имеет среднюю скорость 128 Кбит/с с пульсациями Вс = 256 Кбит (интервал Т составил 1 с) и Be = 64 Кбит. А при передаче кадров в обратном направлении средняя скорость уже может достигать значения 256 Кбит/с с пульсациями Вс = 512 Кбит и Be = 128 Кбит. Технология Frame Relay получила большое распространение в сетях операторов связи в 90-е годы благодаря простоте и возможности гарантировать клиентам пропускную спо собность соединений. Тем не менее в последнее время популярность услуг Frame Relay резко упала, в основном это произошло из-за появления технологии MPLS, которая, так же как и Frame Relay, основана на технике виртуальных каналов и может гарантировать 678 Глава 19. Транспортные услуги и технологии глобальных сет< пропускную способность пользовательских соединений. Решающим преимущество MPLS является ее тесная интеграция с технологией IP, за счет этого провайдерам лег формировать новые комбинированные услуги. Кроме того, функциональность MPLS по, держивается сегодня практически всеми маршрутизаторами среднего и высшего класс так что применение MPLS не требует установки в сети отдельных коммутаторов. Более подробную информацию вы можете найти на сайте www.olifer.co.uk в разделе «Технология Frame Relay». Технология ATM Асинхроднмй Р0ЖИМ передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM )-— m о технология, осно- v данная на устано$дении тртуальных шнтов и предназначенная для использования в качестве , единого универсального транспорта нового поколений рзтей с интафированным рбслушванием. Под интегрированным обслуживанием здесь понимается способность сети передавать тр фик разного типа: чувствительный к задержкам (например, голосовой) трафик и эластик ный, то есть допускающий задержки в широких пределах (например, трафик электроннс почты или просмотра веб-страниц). Этим технология ATM принципиально отличает( от технологии Frame Relay, которая изначально предназначалась только для передач эластичного компьютерного трафика. Кроме того, в цели разработчиков технологии ATM входило обеспечение широкой иера] хии скоростей и возможности использования первичных сетей SDH для соединения ко» мутаторов ATM. В результате производители оборудования ATM ограничились первым двумя уровнями иерархии скоростей SDH, то есть 155 Мбит/с (STM-1) и 622 Мбит/ (STM-4). Ячейки ATM В технологии ATM для переноса данных используются ячейки. Принципиально ячейка отличает ся от кадра только тем, что имеет, во-пёраых, фиксированный, во-вторых, небольшой размер. Длина ячейки составляет 53 байта, а поля данных — 48 байт. Именно такие размеры позволяет сети ATM передавать чувствительный к задержкам аудио- и видеотрафик с необходимым уров нем качества. Главным свойством ATM, которое отличает ее от других технологий, является комплексная под держка параметров QoS для всех основных видов трафика. Для достижения этого свойства разработчики ATM тщательно проанализировали все тип трафика и провели его классификацию. Мы уже познакомились с этой классификацие в главе 7, когда рассматривали требования различных приложений к QoS. Напомню что в ATM весь трафик разбивается на 5 классов, А, В, С, D и X. Первые четыре клас( представляют трафик типовых приложений, которые отличаются устойчивым наборо требований к задержкам и потерям пакетов, а также тем, что генерируют трафик с ш Технология ATM 679 стоянной (CBR) или переменной (VBR) битовой скоростью. Класс X зарезервирован для уникальных приложений, набор характеристик и требований которых не относится ни к одному из первых четырех классов. Однако на какое количество классов мы бы ни разбивали существующий трафик, прин ципиальная задача от этого не меняется — нужно найти решение для успешного сосуще ствования в одном канале и эластичных, и чувствительных к задержкам классов трафика. Требования этих классов почти всегда противоречат друг другу. Одним из таких противо речий является требование к размеру кадра. Эластичный трафик выигрывает от увеличения размера кадра, так как при этом снижают ся накладные расходы на служебную информацию. Мы видели на примере Ethernet, что скорость передачи пользовательской информации может изменяться почти в два раза при изменении размера поля данных от его минимальной величины в 46 байт до максимальной в 1500 байт. Конечно, размер кадра не может увеличиваться до бесконечности, так как при этом теряется сама идея коммутации пакетов. Тем не менее для эластичного трафика при современном уровне скоростей размер кадра в несколько тысяч байтов является вполне приемлемым. Напротив, чувствительный к задержкам трафик обслуживается лучше при использовании кадров небольшого размера в несколько десятков байтов. При применении больших кадров начинают проявляться два нежелательных эффекта: □ ожидание низкоприоритетных кадров в очередях; □ задержка пакетизации. Рассмотрим эти эффекты на примере голосового трафика. Мы знаем, что время ожидания кадра в очереди можно сократить, если обслуживать кадры чувствительного к задержкам трафика в приоритетной очереди. Однако если размер кадра может меняться в широком диапазоне, то даже при придании чувствительным к задержкам кадрам высшего приоритета обслуживания в коммутаторах время ожидания компьютер ного пакета может все равно оказаться недопустимо высоким. Например, пакет в 4500 байт будет в течение 18 мс передаваться в выходной порт на скорости 2 Мбит/с (максимальная скорость работы порта коммутатора Frame Relay). При совмещении трафика за это время необходимо через тот же порт передать 144 замера голоса. Прерывать передачу пакета в сетях нежелательно, так как при распределенном характере сети накладные расходы на оповещение соседнего коммутатора о прерывании пакета, а потом — о возобновлении передачи пакета с прерванного места оказываются слишком большими. Другой причиной явилось стремление ограничить еще одну составляющую задержки до ставки данных — задержку пакетизации. Задержка пакетизации равна времени, в течение которого первый замер голоса ждет момента окончательного формирования пакета и от правки его по сети. Механизм образования этой задержки иллюстрирует рис. 19.12. На рисунке показан голосовой кодек — устройство, которое представляет голос в цифровой форме. Пусть он выполняет замеры голоса в соответствии со стандартной частотой 8 КГц (то есть через каждые 125 мкс), кодируя каждый замер одним байтом данных. Если мы используем для передачи голоса кадры Ethernet максимального размера, то в один кадр поместится 1500 замеров голоса. В результате первый замер, помещенный в кадр Ethernet, вынужден будет ждать отправки кадра в сеть (1500 - 1)х 125 = 187 375 мкс, или около 187 мс. Это весьма большая задержка для голосового трафика. Рекомендации стандартов 680 Глава 19. Транспортные услуги и технологии глобальных сетей говорят о величине 150 мс как о максимально допустимой суммарной задержке голоса, в которую задержка пакетизации входит как одно из слагаемых. т - интервал между замерами голоса Задержка пакетизации = N*r < ------------------------► Рис. 19.12. Задержка пакетизации В Н И М А Н И Е------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Важно отметить, что задержка пакетизации не зависит от битовой скорости протокола, а зависит только от частоты работы кодека и размера поля данных кадра. Это отличает ее от задержки ожидания в очереди, которая снижается с возрастанием битовой скорости. Размер ячейки ATM в 53 байта с полем данных 48 байт стал результатом компромисса между требованиями, предъявляемыми к сети при передаче эластичного и чувствительного к задержкам вариантов трафика. Можно сказать также, что компромисс был достигнут между телефонистами и компьютерщиками — первые настаивали на размере поля данных в 32 байта, а вторые — в 64 байта. При размере поля данных в 48 байт одна ячейка ATM обычно переносит 48 замеров голоса, которые делаются с интервалом в 125 мкс. Поэтому первый замер должен ждать пример но 6 мс, прежде чем ячейка будет отправлена по сети. Именно по этой причине телефонисты боролись за уменьшения размера ячейки, так как 6 мс — это задержка, близкая к пределу, за которым начинаются нарушения качества передачи голоса. При выборе размера ячейки в 32 байта задержка пакетизации составила бы 4 мс, что гарантировало бы более качествен ную передачу голоса. А стремление компьютерных специалистов увеличить поле данных хотя бы до 64 байт вполне понятно — при этом повышается полезная скорость передачи данных. Избыточность служебных данных при использовании 48-байтного поля данных со ставляет 10 %, а при использовании 32-байтного поля данных она сразу повышается до 16 %. Виртуальные каналы ATM В сетях ATM поддерживается два типа виртуальных каналов: □ постоянный виртуальный канал (Permanent Virtual Circuit, PVC); □ коммутируемый виртуальный канал (Switched Virtual Circuit, SVC), создание такого канала происходит динамически по инициативе конечного узла с использованием автоматической процедуры. Технология ATM 681 Каналы PVC аналогичны каналам такого же типа в сетях Frame Relay, а для поддержки динамически устанавливаемых каналов SVC в технологии ATM добавлен специальный протокол сигнализации — это протокол, с помощью которого абоненты сети могут опера тивно устанавливать каналы SVC. Такой тип протокола используется в телефонных сетях для установления соединения между телефонами абонентов. Для того чтобы протокол сигнализации мог работать, конечные узлы сети ATM получили глобально уникальные 20- разрядные адреса, иначе абонент, являющийся инициатором установления виртуального канала, не смог бы указать, с каким абонентом он хочет связаться. В технологии ATM имеется также протокол маршрутизации PNNI (Private Network to Network Interface — интерфейс связи между частными сетями). С целью обеспечения масштабируемости в сетях ATM введено два уровня иерархии вир туальных каналов: виртуальный путь (virtual path) и виртуальное соединение (virtual circuit). Виртуальный путь определяется старшей частью номера метки виртуального канала, а виртуальное соединение — младшей. Каждый виртуальный путь включает в себя до 4096 виртуальных соединений, проходящих внутри этого пути. Достаточно определить маршрут для пути, и все соединения, которые находятся внутри этого пути, будут ему следовать. Категории услуг ATM Для поддержания требуемого качества обслуживания и рационального расходования ресурсов в технологии ATM реализовано несколько служб. Услуги этих служб разбиты на категории, которые, в общем, соответствуют классам трафика, поступающим на вход сети. Всего на уровне Протокола ATM определено пять категорий услуг: Q Cllit (Constant Bit R^te) — для трафика с постоянной битовой скоростью, например голосового; Q rtVBR (real-time Variable Bit Rate)—для трафика с переменной битовой скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и синхронизации источника и приемника (примером является видеотрафик с переменной битовой скоростью, который вырабатывают многие видеокодеки за счет использования опорных кадров и кадров, описывающих изменения изображения относительно опорного кадра); . Q nrtVBR (non real-time Variable Bit Rate) — для трафика с переменной битовой скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и не требующего синхронизации источника и приемника; □ ABR (Available Bit Rate) — для трафика g переменной битовой скоростью, требующего соблюдения некоторой минимальной скорости передачи данных и не требующего синхронизации источника и приемника; Q UBR (Unspecified Bit Rate) — для трафика, не предъявляющего требований к скорости перед ачи данных и синхронизации источника и приемника. Отсюда видно, что сети ATM отличаются от сетей Frame Relay большей степенью соот ветствия услуг требованиям трафика определенного типа, так как в сетях ATM нужный уровень обслуживания задается не только численными значениями параметров CIR, Вс и Be, но и самой категорией услуги. Технология ATM, как и технология Frame Relay, пережила пик своей популярности, и сейчас область ее применения быстро сужается. Одной из причин этого стало появление сетей DWDM и расширение верхней границы скорости сетей Ethernet, предоставляющих 682 Глава 19. Транспортные услуги и технологии глобальных сек относительно дешевую пропускную способность. Еще одной причиной снижения интере< к ATM стала сложность этой технологии. В частности, некоторые проблемы возникак из-за использования ячеек маленького размера — на высоких скоростях оборудовані с трудом справляется с обработкой таких интенсивных потоков ячеек (сравните колич ство кадров Ethernet максимальной длины с количеством ячеек ATM, необходимых щ передачи одного и того же объема информации с той же самой скоростью). Как и в случае Frame Relay, появление технологии MPLS, которая, с одной стороны, о! ладает некоторыми свойствами ATM, например поддерживает детерминированное! маршрутов (это общее свойство технологий, основанных на технике виртуальных путей а с другой — использует кадры любого формата и тесно интегрирована с IP, усугубш положение ATM. Одной из областей, где ATM по-прежнему удерживает позиции, явл; ется широкополосный доступ в Интернет. Если вы посмотрите на конфигурацию ваше] домашнего маршрутизатора ADSL, то, скорее всего, увидите там записи, относящие( к стеку ATM. Более подробную информацию вы можете найти на сайте www.olifer.co.uk в разделе «Технология АТМк Виртуальные частные сети Услуга виртуальных частных сетей является одной из основных услуг, которую предостаї ляют сети FR и ATM. Вооруженные знанием основных принципов работы технологий F и ATM, мы теперь можем более подробно рассмотреть и классифицировать эти услуг) Любая систематизация знаний полезна сама по себе, кроме того, она нам понадобится пр изучении технологий MPLS и Carrier Ethernet, которые формировались во многом дл реализации услуг VPN. Из самого названия — |