ATM для всех остальных

Зачастую линии ATM не имеют требуемой пропускной способности, и это обстоятельство препятствует их развертыванию. Инверсное мультиплексирование для ATM позволяет изменить сложившуюся ситуацию.

КАК IMA РАБОТАЕТ
Все упирается в частности

Что если бы не изобрели автомобилей, и люди пользовались только мотоциклами и грузовиками? Без транспортного средства, отвечающего запросам среднего водителя, дороги стали бы намного свободней.

В течение нескольких лет телефонные компании предлагают линии ATM, которые, если проводить аналогию с автомобильным миром, сравнимы с мотоциклами и грузовиками. Только два вида глобальных соединений ATM были доступны на рынке: на 1,5 Мбит/с и 45 Мбит/с (или 2 Мбит/с и 34 Мбит/с в Европе и Азии), соответствующие каналам T-1 и T-3, которые телекоммуникационные компании предлагают обычно в качестве основы для сервисов ATM.

К сожалению, для многих приложений пропускная способность T-1 слишком мала, а T-3 - чересчур дорога. Отсутствие каналов глобальной сети ATM подходящего размера замедляло развертывание ATM в корпоративных сетях и препятствовало передаче мультимедийного трафика по глобальной сети.

Проблема ограниченного выбора требуемой емкости канала не является исключительно прерогативой ATM. Frame relay, например, не предлагается, как правило, на скоростях выше T-1. Однако ATM хорошо масштабируем и пригоден для самых разных приложений - ему не хватает только разнообразия в размерах каналов.

Чтобы решить данную проблему производители, телекоммуникационные компании и потребители последние два года разрабатывали под эгидой ATM Forum технологию инверсного мультиплексирования (Inverse Multiplexing for ATM, IMA). Спецификация IMA позволяет операторам связи предоставлять кратные T-1 соединения ATM без изменения базовой инфраструктуры каналов T-1/T-3. IMA дает возможность образовать каналы промежуточного размера за счет объединения нескольких соединений ATM T-1 в одно. Например, четыре T-1 могут выглядеть как один канал ATM на 6 Мбит/с.

Стандарт IMA был официально одобрен в июле 1997 года, и вскоре после этого 3Com объявила о первой реализации стандарта IMA на своей платформе многосервисного доступа AccessBuilder 9600 ATM Multiservices Access Platform. Другие поставщики, такие как ADC Kentrox, заявили, что они собираются модифицировать свое оборудование для приведения его в соответствие со стандартом. Однако выпущенные до появления стандарта модели, например Kentrox AAC-3, не взаимодействуют с AccessBuilder 9600. По мере все более широкого внедрения стандарта доля ATM в корпоративных глобальных сетях будет постепенно возрастать, а значит, они станут заметно дружелюбнее к мультимедийному трафику.

ДВА РАЗМЕРА НЕ ВСЕМ ГОДЯТСЯ

Чтобы воспользоваться преимуществами IMA, пользователям не обязательно иметь магистраль ATM. Например, магистраль Ethernet можно подвести к маршрутизатору, поддерживающему ATM и IMA со стороны глобальной сети. В случае голосового и видеотрафика его лучше направлять через поддерживающий IMA коммутатор ATM - это позволит избежать свойственных маршрутизации задержек. Если ваша компания имеет несколько офисов, то магистраль ATM можно создать за счет установки коммутаторов ATM в каждом из них. Наконец, вы можете использовать концентраторы доступа ATM, такие как AccessBuilder 9600 или AAC-3, для передачи трафика Ethernet, frame relay, голоса и видео либо на ваш собственный коммутатор ATM, либо на оборудование ATM на АТС оператора связи.

В мае 1997 года MCI первым из операторов связи объявил о предоставлении сервисов ATM на базе IMA. Эти сервисы в диапазоне от 3 Мбит/с до 12 Мбит/с MCI предоставляет пользователям Hyper-Stream ATM. Клэр Льюис, старший менеджер MCI по широкополосным сервисам передачи ячеек, утверждает, что спрос на данные услуги весьма высок, в особенности из-за трудности получения каналов T-3 от операторов дальней связи.

MCI использует 3Com AccessBuiler 9600 в качестве оборудования АТС, а также первое время и в помещении заказчика. Ввиду того, что 9600 на АТС MCI совместимы со стандартом ATM Forum IMA, заказчики могут, во всяком случае теоретически, использовать у себя совместимое оборудование любого поставщика.

На время подготовки статьи осенняя выставка Networld+Interop в Атланте должна была дать ответ на вопрос интероперабельности нового оборудования. Конечно, такое тестирование проводилось и до выставки. Например, в июне 1997 года 3Com объявила, что тесты на совместимость ее оборудования с многосервисным коммутатором доступа для операторов связи Ultimate 1000 компании Sentient Networks прошли успешно.

"Для внедрения IMA операторам связи нужно время", - говорит Джей Пультц, директор по исследованиям в области глобальных сетевых технологий в консалтинговой компании Gartner Group. Однако, по его мнению, все операторы связи будут предлагать IMA уже в ближайшие год-полтора. Провайдеры Internet, предоставляющие соединения T-1 своим заказчикам, также станут предлагать IMA.

Широкая доступность линий ATM подходящего размера должна обернуться резким увеличением доли ATM в глобальных сетях. ATM является приоритетной технологией цифровых сетей интегрального обслуживания, и рост ATM приведет к их экспансии.

По большей части IMA будет использоваться для создания линий ATM с пропускной способностью 12 Мбит/с и менее. При больших скоростях T-3 оказывается экономичнее. В некоторых регионах T-3 могут оказаться дешевле нескольких каналов T-1, даже в случае меньшей совокупной емкости, например при 9 Мбит/с. Однако в некоторых местностях каналы T-3 могут не предоставляться, и там IMA будет единственным возможным способом получить каналы ATM со скоростью выше T-1.

"Локальные операторы связи могут и не предлагать DS-3 (45 Мбит/с) или, если они не располагают оптическими линиями, предоставлять их по слишком высоким ценам", - говорит глава консалтинговой компании Renaissance Telecom-munications Associates Джерри Хардер.

"Мы обслуживаем АТС Dinosaur и операционную Fossil, - рассказывает Стив Хенсли, инженер по проектам и разработкам в Pacific Telecom Inc. (PTI), местном операторе связи со штаб-квартирой в Вайоминге, обслуживающем исключительно сельских жителей. - Эти поселки не имеют DS-3 и в ближайшем будущем вряд ли его получат. Во многих местностях у нас только дюжина T-1. Так что других вариантов, кроме IMA, для получения более скоростных соединений в этих районах нет".

АРХИТЕКТУРА IMA

IMA может использоваться из конца в конец между офисами компании в частной сети T-1. Она также может применяться в качестве технологии доступа из офиса заказчика к облаку ATM оператора связи.

В приведенном на Рисунке 1 примере того, как организация может развернуть IMA из конца в конец между двумя офисами, оператор связи предоставляет четыре канала T-1 между офисами, а заказчик использует IMA для того, чтобы объединить эти четыре канала в один пул емкостью 6 Мбит/с. Инверсные мультиплексоры ATM взаимодействуют друг с другом по сквозным каналам T-1, консолидируя пропускную способность на каждом конце. Со своей стороны оператор связи не предоставляет каких-либо сервисов ATM или IMA.

Например, PTI создала сквозное соединение на 6 Мбит/с, главным образом в качестве чрезвычайного резерва, между больницами Albany General Hospital и Lebanon Community Hospital. Это соединение используется и в обычных условиях, так что пропускная способность зря не пропадает. Каждая больница располагает концентратором ADC Kentrox AAC-3 ATM, поддерживающим IMA. В данном случае оператор связи не предоставляет каких-либо сервисов ATM и, таким образом, какой-либо поддержки инверсного мультиплексирования.

Канал IMA служит в качестве резерва для высокоскоростных соединений ATM (45 Мбит/с и 155 Мбит/с) с облаком ATM. При проблемах с основными соединениями один резервный канал T-1 или даже несколько отдельных каналов T-1 были бы без IMA практически бесполезны для широкополостных медицинских приложений обработки изображений.

Порою жизнь пациента зависит от возможности проконсультироваться со специалистом в другой больнице. При проблемах в облаке соединение на 6 Мбит/с позволяет критическим приложениям продолжить работу. Создавая сквозные соединения T-1, PTI использует совершенно иное оборудование АТС, чем в случае общедоступного облака ATM. Таким образом, сбой коммутатора в облаке никак не повлияет на резервные каналы T-1. Ничто (разве только полное разрушение АТС) не способно вывести из строя основные и резервные соединения одновременно.

Устройства ADC Kentrox образуют небольшую частную сеть на базе IMA. Концентраторы ATM были установлены и сконфигурированы PTI, однако специалисты больницы могли это сделать и сами. Они могут также расширить частную сеть, подключив, например, третью больницу без какого-либо участия оператора связи, за исключением предоставления каналов T-1. Наличие стандарта IMA позволяет подключить третий госпиталь при помощи оборудования от другого производителя. Между тем оператор связи даже не узнает, что его каналы T-1 используются для ATM или IMA, хотя они будут переносить управляющие ячейки IMA, а не обычные данные ATM (см. врезку "Все упирается в частности", где приводится дополнительная информация об управляющих ячейках IMA).

При альтернативном сценарии оператор связи предлагает IMA для доступа со скоростью 6 Мбит/с к своему облаку ATM из обоих офисов заказчика (см. Рисунок 2). В этом случае IMA используется только для обеспечения доступа к ближайшему коммутатору ATM оператора связи. ATM Inverse Multiplexer (AImux) в каждом из помещений заказчика взаимодействует с соответствующим AImux на АТС. При этом инверсные мультиплексоры ATM в разных офисах не общаются непосредственно друг с другом. Управляющие ячейки IMA передаются только по участку доступа в каждом из соединений, а облако ATM оператора связи переносит в свою очередь только пользовательские данные.

В этом случае оператору связи незачем заботиться о том, что IMA применяется в линиях доступа, поскольку оборудование IMA в АТС и так должно взаимодействовать с оборудованием IMA в помещении заказчика. Наличие стандарта ATM Forum IMA делает такое взаимодействие возможным, даже если оборудование IMA в помещении заказчика и оборудование IMA оператора связи от разных производителей.

Выбор одного из двух рассмотренных решений обычно не так уж и сложен: если у вас есть частная сеть ATM, то следует использовать сквозное решение; если у вас есть подключение к облаку ATM, то IMA лучше применять в качестве технологии доступа. Как правило, чем больше у компании офисов и чем непредсказуемее картина трафика, тем оправданнее подключение к облаку ATM оператора связи. При небольшом числе офисов и предсказуемой картине трафика частная сеть может оказаться более экономичной.

Однако помимо чисто экономических соображений влияние на принятие решения могут оказать и другие факторы. Например, если вы хотите использовать соединение ATM для обеспечения доступа к внешнему относительно вашей организации узлу, например провайдеру Internet, то, вероятно, доступ к нему будет осуществляться через облако ATM. Кроме того, корпоративная политика диктует либо обращение к услугам сторонних организаций, либо полный контроль, например по соображениям безопасности. Но компания может намеренно отходить от общекорпоративной политики (в частности, для обеспечения избыточности), и случай с Орегонской больницей тому подтверждение. Организации с частными сетями могут проложить резервные линии через облако, а компании, использующие облако, - арендовать частные резервные линии.

Первоначально операторы связи будут выполнять основную работу по развертыванию IMA как из конца в конец, так и через облако. По мере знакомства с технологией пользователи станут все чаще прибегать к помощи IMA.

ДОСТОИНСТВА IMA

Мы уже упоминали о трех достоинствах IMA: экономии денежных средств за счет выбора подходящей пропускной способности; предоставлении высокой пропускной способности в местностях, где каналы T-3 недоступны; объединении нескольких каналов в единый пул для поддержки таких приложений, как обработка медицинских изображений и дистанционное обучение.

Кроме того, IMA способствует более эффективному использованию имеющихся каналов T-1. Например, пусть голосовой трафик и данные обслуживаются двумя отдельными каналами T-1. Голосовая линия T-1 подключена к УАТС, а голосовые каналы формируются с помощью технологии временного мультиплексирования. Другой канал T-1 служит для связи локальных сетей с помощью технологии frame relay.

В такой ситуации пропускная способность вполне может теряться понапрасну. Например, голосовой канал T-1 занят лишь частично, а канал T-1 для передачи трафика перегружен. В случае IMA и УАТС, и локальная сеть могут совместно использовать общий пул в 3 Мбит/с. При отсутствии голосового трафика соединение между локальными сетями может задействовать весь канал на 3 Мбит/с.

Такое решение обеспечивает отказоустойчивость. В случае отдельных каналов T-1 для голоса и данных, если какой-либо канал T-1 становится недоступен, то либо данные, либо голос становится невозможно передавать. В случае IMA оставшийся канал T-1 будет продолжать поддерживать оба приложения; пропускная способность уменьшится для каждого из приложений вполовину, но и передача голоса, и передача данных останутся принципиально возможными (см. Рисунок 3).

КОНЦЕНТРАЦИЯ IMA

Первыми стандартными платформами IMA являются многосервисные концентраторы доступа типа ADC Kentrox AAC-3 и AccessBuilder 9600 и 9300 компании 3Com для организации интерфейса как трафика ATM, так и не ATM с сетью ATM. (3Com предлагает также SuperStack AccessBuilder 9100, который первоначально может поддерживать один канал T-1, а затем программным образом модифицирован для поддержки IMA.)

Cisco Systems включила IMA в свои коммутаторы StrataCom BPX ServiceNode ATM. Эта компания планирует также поддерживать IMA в коммутаторе StrataCom IGX ATM, коммутаторах ATM для территориальных сетей LightStream 1010 и семействе маршрутизаторов Cisco 7000. С началом предоставления операторами связи сервисов IMA производители концентраторов, коммутаторов и маршрутизаторов с поддержкой ATM получат дополнительные стимулы для внедрения IMA в свои устройства.

Концентраторы доступа играют критическую роль в реализации IMA, потому что они позволяют интегрировать имеющееся, отличное от ATM, оборудование в сеть ATM. Например, в помещении заказчика AAC-3 поддерживает три пакетных протокола: ATM, frame relay и SMDS. AAC-3 поддерживает также постоянную скорость передачи, поэтому он может обрабатывать голосовой трафик от УАТС, банков каналов, мультиплексоров T-1/Е-1 и CSU/DSU, а также видео от таких устройств, как камеры в видеоконференц-зале. AAC-3 способен конвертировать имеющий постоянную скорость трафик в ячейки ATM в соответствии со спецификацией сервиса эмуляции каналов ATM Forum.

На уровне физического интерфейса AAC-3 поддерживает OC-3; SONET на 155 Мбит/с, используемый для ATM; DS-3, предназначенный для T-3; DS-1, используемый для T-1; высокоскоростной последовательный интерфейс (High-Speed Serial Inter-face, HSSI), применяемый главным образом в маршрутизаторах на скоростях до 52 Мбит/с; а также V.35, используемый как для frame relay, так и ATM поверх T-1. Четырехпортовый модуль Ethernet на 10 Мбит/с был добавлен в середине 1997 года, а модуль Ethernet на 100 Мбит/с появится скорее всего в конце 1997 года. Кроме того, пользователи могут организовать интерфейс между локальной сетью и AAC-3 с помощью маршрутизатора, поддерживающего frame relay или ATM. Порт с постоянной скоростью передачи представляет собой RS-449 или V.35 на уровне физического интерфейса.

AAC-3 - это модульное устройство, так что заказчик может выбирать, что ему необходимо. У такой гибкости, разумеется, своя цена: даже без всякой начинки AAC-3 стоит около 20 000 долларов. AAC-3 имеет объединительную панель на 524 Мбит/с. Функция IMA позволяет предоставлять совокупную пропускную способность, эквивалентную четырем каналам T-1 (6 Мбит/с или 8 Мбит/с в случае Е-1) по максимальному числу поддерживаемых каналов одним модулем. Восьмипортовая плата T-1 с поддержкой каналов до 12 Мбит/с по стандарту IMA (до 16 Мбит/с в случае Е-1) должна появиться в начале 1998 года.

Пользователь может подавать на AAC-3 данные, видео и голос от нескольких источников и передавать весь поступивший трафик по соединению ATM. Благодаря IMA скорость соединения ATM варьируется в интервале от T-1 до T-3.

AccessBuilder 9600 поддерживает ATM, frame relay, Ethernet и SDLC/HDLC на уровне пакетных протоколов. Таким образом, AccessBuilder 9600 объединяет frame relay, Ethernet на 10 Мбит/с, HSSI и SNA или X.25 по ATM. На физическом уровне 9600 имеет интерфейсы для T-1, T-3, OC-3 и HSSI User-to-Network Interface (UNI), а также, в соответствующих случаях, их европейских эквивалентов. Он предоставляет IMA до 12 Мбит/с или до 16 Мбит/с в случае Е-1.

AccessBuilder 9600 предназначен провайдерам Internet, операторам связи и крупным корпоративным заказчикам. Он имеет шесть слотов расширения и объединительную панель на 1,6 Гбит/с. Хотя в минимальной конфигурации он стоит 10 000 долларов, типичная конфигурация обойдется вам в 20 000 долларов.

AccessBuilder 9300 предназначен для небольших офисов и филиалов. Он имеет три слота расширения и коммутирует данные со скоростью 400 Мбит/с. С поддержкой IMA, последовательной передачи данных (frame relay и SDLC), Ethernet и OC-3 UNI данный продукт стоит около 10 000 долларов. Типичная конфигурация обойдется вам в 12 000 долларов или даже больше. Устройство поддерживает IMA до 6 Мбит/с или 8 Мбит/с в случае Е-1.

Все устройства AccessBuilder способны обрабатывать постоянный трафик от голосовых и видеоприложений.

"Нет никакого сомнения, что операторы междугородней и международной связи будут реализовывать ATM, - считает Хардер из Renaissance Telecommunications Associates. - Однако заказчики уже вложили значительные средства во frame relay и не хотят при переходе к ATM терять свои инвестиции - даже с появлением инверсного мультиплексирования. Но дело тут не только в финансовых причинах. Они чувствуют себя более привычно и комфортно с frame relay".

"IP и frame relay быстро заняли значительный кусок территории в помещениях заказчиков; разработка ATM отняла слишком много времени, и к тому же цены на технологию по-прежнему чересчур высоки", - говорит Кристин Хекарт, вице-президент консалтинговой компании TeleChoice и соавтор книги "ATM for dummies" ("ATM для "чайников").

Концентраторы доступа осуществляют соединение, например, между сетями ATM операторов связи и пользовательским оборудованием доступа frame relay. Заказчикам, не желающим переходить на оборудование доступа ATM, концентраторы доступа позволяют делать это постепенно в соответствии со своими собственными соображениями.

"Концентраторы доступа ATM будут столь же важны для ATM, как устройства доступа FRAD и маршрутизаторы для frame relay, - полагает Пультц из Gartner Group. - Рынок концентраторов доступа находится пока в зачаточном состоянии ввиду немногочисленности частных глобальных сетей ATM и малой распространенности сервисов ATM. Однако ATM шаг за шагом отвоевывает себе место в общедоступных сетях, так что продажи концентраторов доступа должны со временем пойти вверх".

СЛЕДУЮЩИЙ КРУПНЫЙ ШАГ

Сегодня IMA может использоваться для организации соединений ATM на основе нескольких каналов T-1. Что же ожидать от IMA в будущем? Как насчет инверсного мультиплексирования для DS-3? Побудительные мотивы здесь те же самые, что и в случае с T-1, только шкала в этом случае крупнее.

"Многие заказчики спрашивают про возможность получения линии со скоростью передачи в 100 Мбит/с, - говорит Джерри Лак, директор по передовым технологиям в Brooks Fiber, провайдере телекоммуникационных услуг. - Единственным решением на сегодня является SONET. Если необходимо охватить область локального доступа и передачи (т. е. область, обслуживаемую одной региональной телефонной компанией) или связать две городские сети, то SONET оказывается слишком дорогой технологией, к тому же такое решение в принципе трудно найти".

"Два сигнала DS-3 обеспечивают скорость близкую к 100 Мбит/с, а три DS-3 ее превосходят. В среднем же стоимость трех каналов DS-3 на 35-40% ниже стоимости SONET. Кроме того, для связи между штатами DS-3 проще получить, чем OC-3".

Стандарт IMA на несколько DS-3 стал бы "товарным поездом" ATM. Для большинства пользователей, особенно тех, кто передвигается на мотоциклах или платит за грузовики, тогда как все, что им надо, - это мини-вэн, стандарт IMA должен оказаться весьма привлекательной опцией.

КАК IMA РАБОТАЕТ

Все упирается в частности

Спецификация Inverse Multiplexing for ATM (IMA), разработанная ATM Forum, определяет протоколы и действия, необходимые для распределения одного высокоскоростного потока ячеек ATM между несколькими низкоскоростными линиями с последующим его восстановлением на другом конце. Стандарт определяет также процедуры управления каналами и устройствами, а также процедуры подключения к источникам ячеек и предоставления сервиса адаптации ячеек для таких отличных от ATM служб, как frame relay. Отдельный раздел стандарта описывает синхронизацию.

Базовый механизм IMA состоит в распределении ячеек по кругу между несколькими каналами. Иными словами, отправляющая сторона посылает сначала одну ячейку по первому каналу, следующую ячейку по второму, далее по третьему и т. д. Принимающая сторона должна изымать ячейки для сохранения их последовательности в том же порядке. Таким образом, два инверсных мультиплексора ATM (AImux) должны сначала договориться о порядке чередования каналов.

AImux вставляют управляющие ячейки IMA Control Protocol (ICP) в поток данных. Ячейки ICP, вместе с ячейками с пользовательскими данными, образуют кадры IMA. Если никакие пользовательские данные не отправляются или их объем недостаточен для заполнения кадра IMA, то AImux продолжают отправлять кадры IMA с "заполняющими ячейками" вместо пользовательских данных. Принимающий AImux, прежде чем передавать данные дальше в сеть ATM, удаляет эти "заполняющие ячейки".

Несмотря на то что номинальные скорости каналов, входящих в группу каналов IMA, равны, нет никакой гарантии, что все они придут одновременно. Поэтому вариацию задержки необходимо свести к минимуму, чтобы она не оказала отрицательного влияния на такие чувствительные к задержке данные, как видео и голос. Делается это путем вставки отправителем "пустых ячеек" в быстрые каналы.

Инверсные мультиплексоры ATM способны также добавлять и удалять каналы во время активного сеанса IMA. В противном случае сбой на одном из каналов T-1 мог бы привести к разрыву всего сеанса IMA. Канал может быть удален, если он становится недоступен или задержка на нем чересчур высока. Возможность удалить очень медленные каналы весьма важна, так как "пустые ячейки" выравнивают скорость каналов в соответствии со скоростью наиболее медленного из них. После восстановления канал может быть снова добавлен к группе каналов.