V jednom z nedávných čísel Zpravodaje přiblížil Karel Slavíček zájemcům základní informace o technologii ATM (Asynchronous Transfer Mode, asynchronní přenosový mód), odpovídajících standardech a vlastní realizaci. Nezodpovězenou otázkou však zůstal smysl zavádění této doposud bouřlivě se vyvíjející technologie a zejména pak důsledky, které může mít skutečně široké nasazení ATM (nebo obdobných technologií) do běžné praxe. A právě takovýmto otázkám je věnován tento článek.
Nejběžnějším argumentem zavádění ATM je rychlost přenosu, se kterou tato technologie pracuje. Správnější a skutečně podstatný argument je rozsah rychlostí, s nimiž ATM umožňuje pracovat. Běžný rozsah přenosových rychlostí začíná na 25Mb/s a končí na 155Mb/s s tím, že jsou již dostatečným způsobem definovány rychlosti až 2,4Gb/s. A aby to nebylo všechno, především v souvislosti s výzkumem v oblasti bezdrátových sítí se pracuje na definici ATM přenosu s nízkými rychlostmi kolem desítek kb/s.
Ovšem ani konkurence nespí. Rozsah běžných rychlostí ATM pokrývá především oblast Ethernetu s 10Mb/s a jeho rychlejšího následníka, Fast Ethernetu se 100Mb/s. Technologie Ethernet se však nevzdává a v poslední době je již, byť ve velmi omezené míře, k dispozici i Gigabit Ethernet s rychlostí přenosu 1Gb/s, tedy s rychlostí, která konkuruje i horní hranici pokryté ATM technologií. Jednoduchost použití stále stejného síťového protokolu, která se jasně projevila ve velmi rychlém převzetí standardu Fast Ethernetu (případně jeho alternativ typu VG AnyLan) průmyslem, svědčí ve prospěch rychlého nástupu gigabitového Ethernetu. Vzhledem k poměrně značné režii protokolu ATM, spočívající v nutnosti dělit delší zprávy do 53 bytových buněk (každá buňka pojme nejvýše 48 bytů dat) a vzhledem k převažujícímu využití protokolu IP v lokálních sítích je tedy samotný argument rychlosti nedostatečný - již dnes jsou k dispozici technologie, které v lokálních sítích nabízejí pro datový přenos prakticky stejné pásmo jako "běžné" ATM s propustností 155Mb/s (STM-1/OC3-c) a již dnes je snazší opatřit gigabitové Ethernetové karty do některých routerů či přepínačů a dokonce i do pracovních stanic než ATM karty s přenosovou rychlostí nad 622Mb/s.
Zakládajícími členy ATM Fóra - organizace, která sdružuje prakticky všechny zájemce o technologii ATM, od výrobců zařízení, přes velké telekomunikační společnosti až po univerzity a výzkumná pracoviště (CESNET je v rámci projektu TEN-34 CZ členem ATM Fóra) - byly společnosti se zájmy v dálkových telekomunikacích a právě toto vtisklo ATM přednost pro využití v rozlehlých sítích WAN.
ATM je od počátku vyvíjena jako technologie, která má sjednotit protokoly lokálních i rozlehlých datových sítí. Technologie ATM je definována tak, aby umožnila práci v sítích WAN, kde jednotlivé uzly mohou být od sebe vzdáleny stovky (i tisíce, zejména u transoceánských linek) kilometrů. Toto jsou vzdálenosti, jež nelze překrýt běžnými technologiemi lokálních sítí (tedy např. Ethernetem). ATM nabízí možnost postavit stejnorodou síť pokrývající obrovské geografické oblasti a přitom vedoucí až k jednotlivým konkrétním počítačům a dalším síťovým zařízením.
Výhoda jednotného síťového protokolu se jasně projevila na samotném Internetu: prakticky všeobecná akceptace protokolu IP (TCP/IP či UDP/IP) přispěla k velmi rychlému šíření Internetu v posledních letech a současně podstatně zjednodušila život jak poskytovatelům služeb, tak především vlastním uživatelům (ostatně i firma Microsoft, která je známa snahou přijít vždy s vlastní alternativou již dávno akceptovaných řešení, dodává IP drivery jako standardní vybavení všech svých operačních systémů). ATM tady slibuje totéž, ovšem v daleko větším rozsahu.
Hlavní "silou" ATM jsou však nové služby, které tento protokol slibuje realizovat. Základním pojmem je v této souvislosti kvalita služby (Quality of Service, QoS).
Všechny běžně používané síťové protokoly lokálních sítí jsou přespříliš demokratické: slibují, že Vaše data přenesou od výchozí stanice k cílové - tedy že zajistí určitou službu - ovšem neposkytují žádnou záruku kvality této služby. Nelze tedy žádným způsobem zajistit, že Vaše data dostihnou cílovou stanici v určitém čase (ať již ve smyslu "ne později než" nebo "ne dříve než"), případně že k ní budou docházet ve Vámi definovaném rytmu.
Zatímco tyto vlastnosti jsou považovány za příjemné, leč nikoliv nezbytné pro běžný datový provoz, je dodržení uvedených vlastností naprosto nezbytné při přenosu datových proudů v reálném čase, tedy při přenosu zvuku a/nebo obrazu (videa). Zde Ethernet (nebo jiný běžný LAN protokol) naprosto selhává: přestože pro digitální telefon postačí datový kanál 64kb/s, je "telefonování" po síti, zejména pokud přechází přes sdílené Ethernetové segmenty (s teoretickou propustností 10Mb/s) často méně kvalitní než použití skutečného telefonu. Na vině je právě příliš demokratický charakter Ethernetu, kdy další stanice, které ve stejné době přenáší data, zatěžují sdílený segment do té míry, že v určitých okamžicích není k dispozici ani těch nutných 64kb/s. Přestože způsobené výpadky většinou trvají jen krátké časové intervaly, způsobují zpoždění, které se velmi negativně promítá na kvalitě přenášeného zvuku.
Daleko výrazněji je pak tento nedostatek patrný při pokusu o přenos video signálu, ať již pro potřeby telekonferencí či při přenosu televizního signálu. Nezkreslý MPEG-I signál vyžaduje pásmo cca 1,5Mb/s, kvalita běžné televize však vyžaduje kolem 25-34Mb/s a HDTV (High Definition Television) pak předpokládá přenosové potřeby okolo 100Mb/s.
ATM počítá s těmito potřebami a definuje několik tříd kvality přenosu1:
Aby bylo možno vůbec uvedené třídy definovat, má ATM vlastnost, převzatou ze světa telekomunikací: každé ATM spojení může být rozloženo (multiplexováno) do virtuálních kanálů (viz zmíněný příspěvek Karla Slavíčka) a kvalita služby se definuje pro každý takový kanál zvlášť. Jako příklad uveďmě (hypotetické) rozdělení ATM linky mezi Prahou a Brnem, která má v současné době kapacitu 34Mb/s. První CBR kanál s kapacitou 2Mb/s je dedikován pro komunikaci lokálního news serveru s nadřízeným serverem, kanál VBR s trvalou kapacitou 5x1Mb/s a špičkovým požadavkem 15Mb/s je použit pro videokonferenci mezi Brnem, Olomoucí a Plzní, další CBR kanál s kapacitou 5Mb/s je využit pro distribuovaný výpočet právě běžící na počítačích v Brně a Praze a zbytek (12-22Mb/s) je UBR kanál pro běžný provoz.
Zajištění kvality služby vyžaduje ještě jeden krok, na kterém se podílí jak komunikující zařízení (počítače), tak i vlastní počítačová síť. Tímto krokem je uzavření přenosového kontraktu, tedy dohoda mezi vysílajícími stanicemi a sítí o tom, které stanice budou spolu skutečně komunikovat - tedy zřízení onoho virtuálního kanálu - a jaká je požadovaná kvalita tohoto virtuálního kanálu3. ATM síť vždy vyžaduje vytvoření přenosového kanálu, a tento kanál musí být k dispozici dříve, než sítí mohou proudit uživatelská data4.
Nyní si jednotlivé třídy probereme poněkud podrobněji:
Uživatel ve všech případech odpovídá za to, že parametry, které zadal při požadavku o zřízení kanálu, skutečně dodrží5. ATM síť obsahuje prostředky, které trvale monitorují datové toky a v případě překročení původně domluvených parametrů zajišťují opravné akce (od bufferování přes záměrnou ztrátu vybraných buněk až po kompletní zrušení virtuálního kanálu s nedisciplinovaným uživatelem).
Přestože jsou skutečné možnosti přidělování pásem a QoS v rámci dostupných ATM zařízení teprve v plenkách, představuje právě tento rys nejpodstatnější příspěvek technologie ATM k budoucnosti počítačových sítí. Přidělování virtuálních kanálů s požadovanou QoS totiž umožňuje uspořádat požadavky na přenosové kapacity s ohledem na priority jednotlivých uživatelů a v budoucnu nepochybně i jednotlivých aplikací. Zatímco současný výzkum se soustřeďuje především na potřeby zvukových a obrazových proudů a jejich co nejlevnější a přitom dostatečně kvalitní přenos prostřednictvím ATM sítě, je možno vidět dalekosáhlejší změny v přístupu ke službám počítačových sítí.
ATM nabízí cestu, kdy každá aplikace dříve, než do sítě vyšle jediný aplikační byte, uzavře se sítí kontrakt na konkrétní síťovou službou. Tento kontrakt bude představovat závazek jak ze strany aplikace (že skutečně bude vysílat to, co parametricky popsala), tak i ze strany sítě (že skutečně přenese data v požadované kvalitě). Kvalita tohoto kontraktu bude pak souviset s cenou, kterou bude aplikace (resp. její uživatel) ochoten zaplatit za konkrétní využití počítačové sítě. ATM síť (nebo její budoucí nástupce) bude mít určité informace o veškerém provozu, který přenáší, a bude tak mít daleko větší možnost optimalizovat tento provoz tak, aby při splnění QoS požadavků spotřebovával minimum síťových zdrojů (česky to znamená, že daná fyzická kapacita sítě bude schopna přenést, z pohledu uživatele a jím měřeného výkonu, větší objem dat).
Přestože tato vize ještě není současnými technickými prostředky realizovatelná, již dnes umožňuje ATM síť zahájit první kroky, které povedou k lepšímu využití počítačových sítí. Je velmi pravděpodobné, že meziměstské ATM linky i linky v metropolitní páteři budou rozděleny do několika (CBR a/nebo VBR) pásem (v první fázi nepochybně permanentních), která budou přenášet data stejného nebo obdobného charakteru. S určitou dávku nepřesnosti, jakou je nutno brát v potaz při jakémkoliv pokusu o předvídání budoucnosti, lze očekávat virtuální okruhy pro ftp a http mirrory (např. CTAN či http cache), pro news, pro potřeby distribuovaných výpočtů, pro telekonference a samozřejmě pro běžný (UBR) provoz.
A závěr? Největší síla ATM technologie leží v zavedení služeb s definovanou kvalitou a v pokrytí velmi širokého rozsahu přenosových rychlostí. Zatímco pro rutinní použití zejména v lokálních sítích je ATM technologie drahá a měřeno uživatelem pozorovanou propustností nepřináší nic podstatně nového, v případě geograficky rozlehlých páteří otevírá dříve netušené možnosti. Přes (nebo snad právě pro) značnou nevyzrálost ATM technologie je praktické seznámení se se skutečnými možnosti QoS nezbytnou součástí činnosti všech poskytovatelů služeb počítačových sítí.
Podaří-li se splnit alespoň část očekávání, která jsou s ATM zejména v oblasti QoS spojena, můžeme se do několika let těšit na inteligentní sítě schopné zajistit exponenciálně narůstající požadavky uživatelů a aplikací s nejvýše lineárním nárůstem fyzické kapacity.
| 1 | Definice těchto tříd a jejich přesný obsah prošly
za posledních několik málo let podstatným vývojem; to se
projevilo zejména v poslední definici User to Network Interface
signalizace, UNI 4.0, která podstatně mění jednotlivé třídy QoS
oproti předchozím verzím UNI 3.0 a UNI 3.1. Zájemce
o konkrétní znění definic odkazujeme na příslušné
standardy.
... zpět do textu |
| 2 | Protokol ABR je nejsložitějším protokolem a sám o sobě by
si zasloužil vlastní příspěvek.
... zpět do textu |
| 3 | Každý virtuální kanál lze vybudovat i "ručně", za pomoci
nástrojů správy sítě. Výstavba trvalých (permanent) kanálů je
přirozeně velmi nepružná a přitom pro účely naší diskuse
nepředstavují podstatný rozdíl oproti dočasným (soft) virtuálním
kanálům.
... zpět do textu |
| 4 | To je podstatný rozdíl oproti IP protokolu, kdy vysílající stanice
začíná vysílat data bez toho, aby si ověřila, že příjemce či cesta
k němu skutečně existují.
... zpět do textu |
| 5 | Jde především o maximální hodnoty. Vyhradí-li si někdo
virtuální kanál s kapacitou 2Mb/s a bude jej používat pro
jeden přenos telefonního signálu s potřebou nejvýše 64kb/s, je
to především věc jeho peněženky; ostatní uživatelé tím však nejsou
bezprostředně ohroženi. Pokud však tímtéž kanálem začne posílat data
s rychlostí přenosu 10Mb/s, pak nepochybně někde dojde
k přetečení a následnému ohrožení kvality přenosu
i dalších uživatelů.
... zpět do textu |
předchozí článek
