Technologie ATM si získává stále větší popularitu a ani naše univerzita nezůstává v tomto směru pozadu. Z pohledu laického uživatele metropolitních počítačových sítí se jedná o technologii zajímavou dnes především svou vysokou přenosovou rychlostí (155 Mbit/s). Neškodí proto vědět o ATM něco více.
V tomto článku proto ATM technologii stručně představíme a uvedeme možnosti jejího začlenění do stávajících ethernetových sítí. Zejména se zaměříme na logickou strukturu ATM a na místa, kde se používá vícero navzájem nekompatibilních protokolů, neboť právě zde se skrývá jisté nebezpečí (zejména je třeba tyto body prověřit při nákupu technologie).
Pro popis ATM technologie použijeme víceúrovňový model podobný známému sedmivrstvovému OSI modelu. Záměrně se vyhýbáme OSI modelu, protože cílem tohoto článku nejsou teoretické rozbory, co ještě patří a co už ne do jednotlivých vrstev tohoto modelu. Strukturu technlogie ATM můžeme znázornit následujícím obrázkem:
| ||||||||||
Popišme stručně funkce jednotlivých vrstev:
Aplikace je důvod, proč nějakou síť vůbec potřebujeme. Běžně používané počítačové aplikace jsou postaveny na protokolu IP, případně IPX. Potřebujeme tedy (pro tyto aplikace), aby nad ATM běžel protokol IP, případně IPX, tj. potřebujeme IP "zabalit" do ATM nebo nad ATM emulovat tradiční LAN sítě (ethernet, tokenring). To zajišťuje vrstva, kterou můžeme pracovně nazvat LAN Patch.
Žádná aplikace neprodukuje data, která chce přenášet po síti, v podobě 53 bytových ATM buněk. Proto potřebujeme tzv. adaptační vrstvu. Ta má za úkol provést tzv. SAR (Segmentation And Reassembly), tj. "rozsekat" velké datové pakety na ATM buňky a na druhé straně "poslepovat" ATM buňky do původních paketů. Kromě toho zajišťuje jistou úroveň řízení přenosu a synchronizace komunikujících stanic.
Pod adaptační vrstvou je ATM síťová vrstva. Ta zajišťuje doručení ATM buňky od odesilatele k adresátovi, tj. zajišťuje směrování, řeší chování sítě při zahlcení jednotlivých cest a podobně.
ATM síťová vrstva předává ATM buňky fyzické vrstvě. Ta zajistí správné zabalení ATM buněk do protokolu patřičné fyzické vrstvy (např. SONET, E3, ...). V této podobě putují ATM buňky přenosovým médiem.
ATM technologie umožňuje přenášet jak počítačová data, tak i zvuk a video. Dosud nejvíce využívaný je přenos dat, např. v pražské síti PASNET; brzy bude tato technologie nasazena i v brněnské síti - jako první jsou naplánována spojení mezi ÚVT MU na Botanické ulici, CVIS VUT na Kounicově ulici a FS VUT na ulici Technická. V poslední době se rozšiřuje využívání ATM i pro přenos telefonních hovorů. Např. firma Ericsson předváděla propojení telefonních ústředen přes ATM switch na posledním Invexu. Dokonce i SPT Telecom prý již vlastní ATM switche od firmy Newbridge. Přenos video signálu je zatím ve stadiu prvních experimentálních aplikací. O jedné velmi užitečné medicínské aplikaci je článek v říjnovém čísle Communications International: ATM zde slouží k přenosu 3D obrazu lidského mozku. Obraz je konstruován počítačem ze snímků získaných magnetickým rezonátorem a je přenášen za účelem lékařské konzultace mezi Londýnem a Edinburghem.
Podívejme se nyní na jednotlivé vrstvy našeho modelu ATM technologie o něco podrobněji.
Každý z uvedených druhů aplikací má svoje specifické požadavky na přenosovou síť. Proto jsou v ATM adaptační vrstvě definovány různé třídy služeb. Označují se písmeny A, B, C, D a mají následující význam: Ve třídách A a B komunikující stanice udržují synchronizaci času; třída A je pro konstantní rychlost přenosu (zejména telefonní kanály), třída B pro variabilní rychlost přenosu (např. video - rychlost přenosu závisí na rychlosti a rozsahu změny obrázku). Třídy C a D jsou pro nesynchronizované spojení a slouží pro počítačové sítě - třída C pro spojované služby, třída D pro nespojované služby, tj. datagramy. V praxi se však mezi třídami C a D nerozlišuje a obě používají stejný adaptační protokol.
Protokoly používané v ATM adaptační vrstvě jsou specifikovány v doporučení ITU-T I.363 (služby třídy A používají protokol AAL-1, pro třídu B slouží AAL-2, pro třídy C a D je společný protokol AAL-5).
ATM síťová vrstva zajišťuje dopravu ATM buněk od odesilatele k příjemci. Pro dopravu ATM buněk potřebuje síťová vrstva předem navázané spojení mezi přijímací a vysílací stanicí. Existují dvě úrovně spojení: Virtual Channel Connection (VCC), což je jednoduché spojení mezi dvěma body, a Virtual Path Connection (VPC), což je svazek VCC přenášených mezi dvěma uzly. Každé spojení mezi dvěma sousedními uzly můžeme popsat dvojicí čísel VPI/VCI (identifikátory VPC a VCC). Tato dvojice je jednoznačná pro spojení mezi dvěma sousedními body. Komunikují-li dva uzly A a B přes ATM switch, může být spojení mezi nimi identifikováno v uzlu A jinou dvojicí VPI/VCI než v uzlu B. Ne všechny VPI/VCI však můžeme použít pro identifikaci navázaných spojení. Následující dvojice VPI/VCI mají speciální význam - slouží pro organizaci a řízení ATM sítě: 0/0, X/1, X/2, X/5, A/3, A/4, 0/16. Písmeno X na místě VPI znamená libovolnou hodnotu, jako default se používá 0. Písmeno A znamená, že pole VPI v ATM buňce je k dispozici příslušné funkci. Podrobnější informaci lze získat v doporučení ITU-T I.610.
Virtuální kanály je možné navazovat a rušit dvojím způsobem: manuálně - pak mluvíme o tzv. permanentních virtuálních okruzích (PVC), nebo automaticky při vzniku resp. zániku potřeby komunikovat. Těmto kanálům říkáme přepínané virtuální okruhy (SVC).
Po virtuálních kanálech cestují data v podobě ATM buněk. ATM buňka má následující strukturu:
|
Popišme nyní význam jednotlivých polí:
Když uživatelská data projdou všemi nadřazenými vrstvami a ATM síťová vrstva je dodá v podobě 53 bytových buněk do fyzické vrstvy, zdálo by se, že už stačí jen připravená data odvysílat a na "druhém konci drátu" zase přijmout. Situace však ještě není tak jednoduchá. ATM buňky je možné vysílat na různých druzích přenosových médií, z nichž každé používá svůj speciální přenosový protokol. Z pohledu počítačových sítí mají největší význam SONET, SDH a E3. SONET a SDH se používají zejména v lokálních sítích. Tyto protokoly jsou velice podobné a ATM zařízení zpravidla umí používat oba. Nejpoužívanější přenosová rychlost u těchto protokolů je 155 Mbit/s, ale existují už i zařízení umožňující používat rychlost 622 Mbit/s. Protokol E3 se používá zejména pro WANovské aplikace ATM a má přenosovou rychlost 34 Mbit/s. Existují tři způsoby přenosu ATM buněk po E3 linkách: nejjednodušší možností je přímé vysílání ATM buněk bez jejich "balení" do dalšího protokolu. To ale vyžaduje propojení komunikujících stanic pomocí tzv. "holého drátu" (dark cable). Zejména tedy není možné tento typ ATM provozu multiplexovat s dalšími linkami. Druhá, rozšířenější metoda je zabalit ATM buňky do E3 rámců. Existují dvě různé a navzájem nekompatibilní normy definující strukturu E3 rámce. Obě pocházejí od CCITT - G.751 je starší a je poplatná spíše telefonnímu provozu a G.832 je novější, přizpůsobená ATM provozu.
A nyní se dostáváme k nejvyšším vrstvám ATM hierarchie. Mezi ATM adaptační vrstvou a aplikacemi - jako např. telnet nebo ftp - je ještě jeden krok, který jsme nazvali LAN Patch. Tato vrstva poskytuje aplikacím stejné rozhraní jako drivery ethernetu nebo tokenringu a přenáší tradiční LAN sítě přes ATM adaptační vrstvu.
Nejjednodušší metodu přenosu tradičních LAN sítí přes ATM definuje RFC 1483. Tato norma definuje dva způsoby přenosu LAN rámců přes ATM. Jednodušší způsob používá pro každý přenášený síťový protokol (IP, IPX, CLNP, ...) jiný virtuální kanál. Složitější způsob, vhodný zejména pro PVC, multiplexuje všechny síťové protokoly do jednoho virtuálního kanálu. V tomto protokolu nejsou žádné speciální řídící rámce nebo modifikace LAN rámců. LAN rámce se přímo předávají do adaptační vrstvy, pouze tam, kde je to potřebné pro multiplexaci, je před LAN rámce předřazena LLC hlavička (podle IEEE 802.2), případně informace o přenášeném fyzickém (ethernet, tokenring, tokenbus, ...) a síťovém (IP, IPX, ISO, CLNP, ...) protokolu.
Speciálně pro přenos IP protokolu přes ATM je definován další protokol, popsaný v RFC 1577. IP pakety se předávají do ATM adaptační vrstvy obalené IEEE 802.2 LLC hlavičkou stejně jako u RFC 1483. Na rozdíl od RFC 1483 je RFC 1577 orientováno zejména na SVC okruhy. S tím je spojena potřeba navazovat SVC spojení a k tomu je nutné mapovat IP adresy do ATM adres. Proto je definován protokol ATMARP a InATMARP pro inverzní zobrazení. Skupina stanic komunikujících na protokolu RFC 1577 tvoří tzv. Logical IP Subnet (LIS), tedy jakýsi logický IP segment. Každý LIS má svůj ATMARP server. Ten je v daném segmentu LIS jediný, je zodpovědný za mapování IP adres do ATM adres pro celý segment a všechny ostatní stanice musí znát jeho ATM adresu. Komunikace s IP stanicemi mimo daný LIS se děje přes IP router. Stanice používající PVC musí být podle RFC 1577 schopny používat InATMARP, tedy zjistit IP adresu ze znalosti ATM adresy.
ATM Forum definovalo další způsob přenosu LAN rámců přes ATM - LAN emulaci. V současné době je používán standard LANE 1.0 a očekává se, že v dohledné době bude ATM Forem přijat jeho upgrade LANE 2.0. LANE 1.0 definuje emulaci ethernetu a tokenringu na ATM sítích. Používá jiný tvar datových paketů než RFC 1483 a RFC 1577, a je tedy s nimi nekompatibilní. Tento protokol podporuje používání více emulovaných LAN v jedné ATM síti. V LANE 1.0 jsou čtyři typy stanic: LAN Emulation Client (LEC), LAN Emulation Server (LES), LAN Emulation Configuration Server (LECS) a Broadcast and Unknown Server (BUS). LEC běží na koncových stanicích a zajišťuje vlastní přenos dat přes ATM síť. Jeho prvním úkolem je získat od LECS ATM adresu LES sítě, ke které se chce připojit. U tohoto LES potom zaregistruje MAC adresy, které chce v dané emulované LAN používat, a dostane svoje identifikační číslo LECID. (Je-li daný LEC např. v etehernet switchi, může u LES zaregistrovat MAC adresy všech strojů, které jsou k němu připojeny, nebo dodat do LES informaci, že má přístup k MAC adresám, které nebyly registrovány v LES.) LES udržuje informace o topologii emulované LAN a zároveň slouží jako ATMARP server. Na rozdíl od předchozích dvou protokolů LANE 1.0 umožňuje používat i multicast a broadcast. Multicast a broadcast pakety se posílají na BUS. Ten má otevřené virtuální kanály ke všem LEC v emulované LAN a zajišťuje distribuci broadcastu a multicastu.
Další protokol pro emulaci tradičních LAN na ATM síti je MPOA (MultiProtocol Over ATM). Tento protokol dosud nebyl ATM Forem přijat jako standard. Jeho struktura je podobná jako u LANE 1.0, jednotlivé komponenty se však označují jiným názvem. Oproti LANE 1.0 obsahuje MPOA tzv. Route Server, což umožňuje komunikaci mezi jednotlivými emulovanými LANy. Při současném stavu standardizace tohoto protokolu nemá smysl uvažovat o kompatibilitě s LANE 1.0.
Pokud po přečtení tohoto článku získal čtenář dojem, že ATM je málo přehledná džungle různých (a v některých vrstvách ne vždy kompatibilních) protokolů, má pravdu. Ve srovnání s dosud běžně užívanými technologiemi přináší ATM nesporně řadu výhod, a to jak kvantitativních (vyšší přenosová rychlost), tak kvalitativních (možnost synchronizace komunikujících stanic, garantovaná rychlost přenosu pro konkrétní aplikaci atd.). Na druhé straně je složitější než například ethernet, z čehož vyplývají také složitější protokoly. ATM je navíc technologie velice mladá, takže přináší problémy v podobě ne zcela dokončené standardizace. To je však jev provázející každou novou technologii a nic to nemění na skutečnosti, že v příštích několika letech ATM pravděpodobně ovládne svět počítačových sítí.
předchozí článek
