Уровень АТМ определяет, куда будут перенаправлены входящие ячейки, переустанавливает соответствующие идентификаторы соединения для следующего звена. При этом обеспечивается асинхронное мультиплексирование различных соединений. Уровень АТМ также управляет функциями управления трафиком и буферами входящих и исходящих ячеек; он указывает следующему (более высокому) уровню AAL о наличии ситуации перегрузки во время передачи. Наконец, уровень АТМ контролирует соответствие трафика каждого соединения условиям обслуживания, которые были определены на этапе установления соединения (трафик-контракт) – формирование и контроль трафика. Отметим, что во время установления соединения при недостатке ресурсов сеть может отклонить вызов (или предложить обслуживание с другим качеством, поставить на ожидание и т. д.) с тем, чтобы обеспечить надлежащее обслуживание уже установленных соединений.
Для обеспечения возможности передачи разнородного трафика с требуемым качеством в технологии АТМ определены различные службы, которые реализуются с помощью уровня адаптации – AAL. Если физический уровень и уровень АТМ являются общими для всех служб и обеспечивают перенос ячеек, то уровень AAL зависит от служб. Основное назначение уровня AAL – изолировать высшие уровни от специфических характеристик уровня АТМ посредством отображения блоков данных протокола высшего уровня – PDU в информационное поле ячеек АТМ с целью возможности переноса по сети АТМ, а затем собрать блоки данных из ячеек АТМ для доставки верхним уровням. В АТМ определены следующие категории служб:
Службы реального времени:
- Постоянная битовая скорость (ConstantBitRate – CBR);
- Переменная битовая скорость реального времени (real-timeVariableBitRate – rt-VBR);
Службы не реального времени:
- Переменная битовая скорость не реального времени (non-real-timeVariableBitRate – nrt-VBR);
- доступная битовая скорость (AvailableBitRate – AVR);
- Неопределенная битовая скорость (Unspecified Bit Rate – UBR);
- Гарантированная скорость передачи кадров (GuaranteedFrameRate – GFR).
Служба CBR используется приложениями, для которых требуется передача с постоянной скоростью с жестким ограничением на величину задержки и её вариацию. Служба ориентирована на создание соединения. Типичным примером является передача речи с постоянной скоростью (64 кбит/с) или транспортирование по сети АТМ цифровых каналов Е1/Т1. Еще одним примером может служить передача видео с постоянной скоростью. Предоставление такой услуги в сетях АТМ называется эмуляцией канала – CES.
В службе rt-VBR также необходимо обеспечивать требуемые характеристики по задержке и её вариации для служб, которые ориентированы на соединение. Отличие от службы CBR в том, что источниками трафика являются источники с переменной скоростью передачи. Типичными примерами являются передача подвижных изображений и звука со сжатием.
Служба nrt-VBR предназначена для приложений не реального времени, для которых допустимы более высокие задержки и их вариация по сравнению службами реального времени. При её использовании оконечные устройства указывают максимальную скорость передачи ячеек, а также описывают степень неравномерности потока ячеек. Основываясь на этой информации, сеть резервирует необходимые ресурсы с тем, чтобы удовлетворить требованиям приложений с точки зрения минимизации задержки и потерь ячеек. Служба ориентирована на соединения. Примером использования этой службы может служить резервирование железнодорожных и авиабилетов, банковские операции.
Служба ABR предназначена для приложений, генерирующих неравномерный трафик. Приложения с таким трафиком определяют максимальную или пиковую и минимальную скорости передачи ячеек (PeakCellRate – PCR и MinimumCellRate – MCR, соответственно). Сеть резервирует ресурсы таким образом, чтобы каждое приложение, использующее службу ABR, получило как минимум ресурс, обеспечивающий MCR. По мере возможности остающиеся свободными ресурсы распределяются между всеми приложениями. При этом используется механизмы обратной связи, обеспечивающие справедливое распределение ресурсов. Службу ABR может использоваться при передаче трафика между LAN.
Служба UBR рассчитана на приложения, допускающие значительные задержки. Эта служба использует ресурсы, остающиеся свободными после удовлетворения потребностей других служб. Источник передачи не получает каких-либо гарантий по задержке и потере ячеек. Примером приложения, использующего службу UBR, может быть передача текста.
Служба GFR была разработана для поддержки передачи IP-трафика, который часто передается через АТМ. Дело в том, что при передаче между маршрутизаторами, соединенными через сеть АТМ, IP-пакетов, имеющих большие размеры, их разбивают на короткие ячейки. При этом, если хотя бы одна ячейка будет сброшена, например, вследствие перегрузки сети АТМ, то придется повторно передавать все ячейки, из которых состоял исходный IP-пакет, т.е. повторять передачу большого количества уже переданных ячеек и, таким образом, еще больше увеличивать перегрузку. Поэтому, важно, чтобы все коммутаторы АТМ знали о границах фрагментированных пакетов или кадров. Тогда при перегрузке коммутатор АТМ сможет сбрасывать не одну ячейку, а и все последующие ячейки, вплоть до последней, соответствующей границе пакета. Именно эта возможность реализована в этой службе.
Требования по доставке информации в каждой службе существенно различаются. Например, речь и видео критичны к задержкам (требования соблюдения реального времени), а данные критичны к потерям информации (требование целостности информации). Поэтому на этапе установления соединения между сетью АТМ и приложениями заключается соглашение о качестве обслуживания, так называемый трафик-контракт. В этом соглашении, с одной стороны, описываются параметры подлежащего передаче трафика, а, с другой стороны, сеть обязуется гарантировать приложению запрашиваемые параметры качества передачи. В трафик-контракт входят параметры, характеризующие максимальную и минимальную скорости поступления ячеек от отправителя и такие параметры качества обслуживания, как задержка при передаче ячеек через сеть и её вариация, а также процент потерянных ячеек. Еще раз отметим, что сеть АТМ устанавливает соединение только в случае, если вновь устанавливаемое соединение не ухудшит параметры качества обслуживания для уже установленных соединений.
Для поддержки различных служб в технологии АТМ определен набор протоколов уровня AAL. Уровень адаптации состоит из двух подуровней: подуровень конвергенции (Convergence Sublayer – CS) и подуровень сегментации и сборки (Segmentation AndReassemblysublayer – SAR). В настоящее время определены 4 типа протоколов AAL: AAL1, AAL2, AAL3/4, AAL5. Из этих четырех типов на практике по различным причинам используются только 2 типа: AAL1 и AAL5. AAL1 используется для поддержки служб реального времени, а AAL5 – для передачи данных. На рис. 1.26 показано использование протокола AAL5 для передачи IP-пакетов.
Для обеспечения QoS в технологии АТМ используются различные механизмы, из которых в первую очередь можно отметить алгоритм GCRA (GenericCellRateAlgorithm), являющийся модификацией, рассмотренного ранее алгоритма “Leaky Bucket”.
Технология АТМ может применяться и как технология, используемая из конца в конец, так и как технология для объединения удаленных площадок предприятия. При использовании АТМ из конца в конец необходимо обеспечить поддержку АТМ всеми устройствами в локальной сети предприятия (рис. 1.27). Однако в настоящее время сложилась такая ситуация, что в большинстве предприятий используются локальные сети (LocalAreaNetwork – LAN), построенные, как правило, на основе достаточно дешевой технологии Ethernet. Очевидно, что переход на технологию АТМ был бы связан с большими затратами. При этом надо иметь в виду, что технология Ethernet не стоит на месте и постоянно развивается. Для обеспечения совместимости с локальными сетями была разработана технология эмуляции локальной сети – LANEmulation (LANE). Данная технология призвана использовать преимущества АТМ применительно к пользователям локальных сетей. Она фактически как бы превращает различные локальные сети в одну с сохранением функциональности локальной сети (рис. 1.28):
- сохранение доступности всех существующих приложений LAN;
- использование АТМ в качестве транспортной среды между территориально разнесенными LAN;
- обеспечение доступа из LAN к серверам, подключенным непосредственно к АТМ.
Заключая рассмотрение технологии АТМ отметим, что в настоящее время данная технология в наибольшей степени отвечает задаче построения мультисервисной сети. Однако сейчас акцент все больше смещается в пользу технологии TCP/IP. Основными аргументами в пользу TCP/IP являются, с одной стороны, сложность и дороговизна оборудования АТМ, а с другой стороны, доступность и повсеместная распространенность технологии TCP/IP, которая постепенно наращивает свои возможности, представляя таким образом эволюционный подход к построению мультисервисной сети. Немаловажным фактором также является стремительный рост канальных ресурсов, что в значительной мере нивелирует преимущество коротких пакетов (ячеек АТМ).