Абонентские устройства доступа к магистральным сетям АТМ

Одно из главных преимуществ технологии АТМ - возможность задавать для потоков трафика тот или иной уровень обслуживания (quality of service, QoS), определяющий, по существу, степень приоритетности трафика при передаче его по сети. Существуют четыре уровня QoS - CBR (constant bit rate), VBR (variable bit rate), ABR (available bit rate) и UBR (unspecified bit rate).

Первые два используются, как правило, для передачи высокоприоритетного трафика, чувствительного к задержкам (в частности, аудио- или видеоинформации); они позволяют гарантировать определенную полосу пропускания для передаваемого трафика. ABR и UBR предназначены для менее приоритетного трафика, генерируемого, например, при объединении удаленных сегментов локальной сети (подробнее см.: Введение в АТМ//Сети, 1997, N 5).

Требуемый уровень QoS определяется приложением, от которого исходит трафик. Выделение полосы пропускания в соответствии с определенной категорией QoS происходит при формировании виртуального пути от исходной точки к точке назначения. Генерирующее трафик приложение, естественно, всегда устанавливается в вычислительной сети клиента, поэтому QoS должно "заказываться" устройством доступа к сети АТМ.

Тема с вариациями

Существуют несколько способов обеспечения доступа клиентов к сети АТМ. В точке присутствия провайдера услуг ATM может быть установлен пограничный мультиплексор ATM (edge mux). Такой мультиплексор "собирает" трафик от клиентов и направляет его в сеть АТМ. Трафик от клиента к мультиплексору передается самыми разными способами: по каналу Е-1 (голосовой трафик от УАТС), по полному или частичному каналу E-1 или frame relay (трафик данных) и, наконец, по протоколу АТМ. Какие именно каналы и протоколы используются для передачи трафика от пользователя, определяется установленным у него оборудованием и теми задачами, которые ему нужно решать.

Бесспорным достоинством такого способа является то, что у клиента не надо устанавливать какое-либо дополнительное оборудование. Хотя сам пограничный мультиплексор - вещь довольно дорогая, все же, пойдя по этому пути, оператор может несколько сэкономить.

Однако отказ от установки провайдерского оборудования на территории клиента приводит и к некоторым проблемам. Заказывать уровни QoS способен только пограничный мультиплексор, поэтому эти уровни устанавливаются раз и навсегда - в момент заключения контракта между клиентом и оператором - в соответствии с характером передаваемого трафика (голосовому трафику - высокий уровень, трафику LAN-to-LAN - низкий). При изменении характера трафика клиенту приходится заключать новый договор с оператором сети, что довольно неудобно.

Еще один недостаток - возникновение "ничейной территории" между пограничным мультиплексором и информационной системой клиента. Система управления провайдерской сетью "дотягивается" только до пограничного мультиплексора, каналы же связи с клиентским оборудованием из этой системы выпадают. Такая неопределенность может приводить к возникновению недоразумений при выяснении причин сбоев в работе информационной системы. Доступ с помощью устройств, устанавливаемых в точке присутствия, применяется, например, в городской сети АТМ компании "Нижегородские информационные системы" (там, правда, в основном используются не мультиплексоры, а коммутаторы доступа от FORE Systems, связываемые с клиентской сетью по волоконно-оптическим каналам Ethernet на 10 Мбит/с).

От перечисленных недостатков свободно решение, предусматривающее установку устройства, передающего трафик по протоколу ATM (которое чаще всего является собственностью оператора сети), на территории пользователя (customer premises equipment, CPE). Этим подходом весьма часто пользуются операторы сетей, базирующихся на различных технологиях; в качестве CPE может выступать, например, маршрутизатор (в IP-сетях) или модуль CSU/DSU (channel service unit/data service unit).

Что касается сетей ATM, то до самого последнего времени у оператора сети, желающего воспользоваться CPE, имелись две возможности: либо установить в оборудование для локальной сети модуль связи с магистральной сетью (uplink), либо подключить пограничный мультиплексор прямо у пользователя (а не в точке присутствия).

Первый способ имеет одно очевидное преимущество - он связан с относительно небольшими затратами. Конечно, сам ATM-uplink что-то стоит, однако его цена все же не слишком высока. Недостатки подхода: во-первых, такие модули чаще всего не поддерживают QoS, во-вторых, их работой оператор управлять не может, а в-третьих, они обычно не поддерживают объединение нескольких сервисов в одном устройстве. Впрочем, благодаря своей дешевизне, это решение пользуется определенной популярностью; в частности, именно таким образом организован доступ к Новгородской городской сети АТМ (в сервер локальной сети, подключаемой к АТМ, встраивается адаптер АТМ; на сервере устанавливается программное обеспечение для маршрутизации сообщений).

Установка пограничного мультиплексора у пользователя, конечно, позволяет решить все проблемы, однако стоимость подобного устройства настолько высока (несколько десятков тысяч долларов), что оно оказывается по зубам только крупным компаниям. Да и немного найдется охотников стрелять из пушки по воробьям! Во всяком случае, какие-либо примеры использования этого подхода на российской земле нам неизвестны - если кто-то сможет нас просветить, будем рады.

Совсем недавно компания RAD data communications предложила устройство класса CPE, в котором использован подход, промежуточный между двумя указанными. Идея состоит в том, что на территории клиента устанавливается относительно несложное (а следовательно, недорогое) устройство, принимающее АТМ-трафик от локальной сети и "подготавливающее" его для передачи в магистральную сеть. Именно такое устройство осуществляет выбор уровня обслуживания и именно в нем сосредотачиваются все функции управления потоком данных, необходимые для передачи по виртуальному каналу трафика с заданным QoS. Эти устройства как бы берут на себя часть интеллектуальной работы по обработке трафика, поэтому позволяют оператору сети обходиться менее интеллектуальными устройствами в точках присутствия сети (например, вместо мультиплексоров доступа можно использовать концентраторы). RAD предложила называть такую конфигурацию "распределенным интеллектом".

С точки зрения взаимоотношений между оператором и клиентом, распределенный интеллект управления сетью имеет еще одно несомненное достоинство. На этом пути можно добиться гибкого биллинга услуг. В идеале, плата за пользование сетью должна четко зависеть от того, насколько сильно клиент загружает ресурсы сети. Для этого необходимо определять, какой объем трафика и на каком уровне QoS клиент передает в сеть и получает из нее. Ясно, что размещение интеллектуальных устройств на территории клиента позволяет решить эту проблему. Кроме того, клиент получает возможность следить за тем, чтобы ему предоставлялись именно те услуги, которые оговорены в контракте.

Как управлять трафиком

Поток трафика, передаваемый через сеть в рамках того или иного виртуального пути, характеризуется рядом количественных показателей. Их конкретные значения как раз и определяют уровень QoS, соответствующий данному потоку трафика. Поэтому интеллектуальное устройство доступа должно уметь их регулировать.

Все параметры можно разделить на две группы - локальные и интервальные. Локальными параметрами (измеряются в точке входа в сеть) являются:

• PCR - Peak Cell Rate (максимальная скорость передачи ячеек);
• SCR - Sustainable Cell Rate (средняя скорость передачи ячеек);
• CDVT - Cell Delay Variation Tolerance (допустимый разброс задержки ячеек);
• MCR - Minimum Cell Rate (минимальная скорость передачи ячеек);
• BS - Maximum Burst Size (максимальное число ячеек, передаваемых на скорости PCR).

Интервальные параметры (измеряются на отрезке между точками входа и выхода):

• запаздывание ячеек;
• вариация запаздывания ячеек;
• потеря ячеек.

В рекомендациях I.371 и I.610 Международного союза электросвязи, МСЭ (International Telecommunications Union, ITU) описаны пять механизмов управления трафиком в сетях АТМ; они позволяют добиться того, чтобы локальные параметры и параметры передачи соответствовали заданному значению QoS. Для управления локальными параметрами используются три механизма:

• мониторинг трафика - проверка ячеек на соответствие заданным значениям локальных параметров;
• управление трафиком (policing) - ячейки, не отвечающие требованиям, помечаются и при возникновении заторов отбрасываются в первую очередь;
• формирование трафика - буферизация трафика, входящего в сеть, и такая его модификация, чтобы выдерживались заданные значения локальных параметров.

Интервальными параметрами можно управлять при помощи двух механизмов: мониторинга потери ячеек и мониторинга запаздывания ячеек.

Локальные параметры характеризуют трафик, передаваемый в сеть. Поэтому ими можно управлять в точке доступа; никаких параметров работы сети в целом при этом знать не нужно. Интервальные параметры характеризуют весь виртуальный путь передачи данных по сети; для управления ими надо уметь получать информацию о состоянии всей сети.

В стандарте МСЭ I.160 описан конкретный протокол управления интервальными параметрами - OAM (Opertaion, Administration and Management). В соответствии с данным протоколом, устройства, расположенные на границе сети, должны обмениваться специальными сообщениями, передаваемыми по тому же виртуальному пути, что и данные. При этом удается, во-первых, быстро отслеживать отказы каналов передачи данных, а во-вторых, определять значения обоих интервальных параметров.

В предложенных RAD устройствах протокол ОАМ реализован. Таким образом, они дают возможность управлять параметрами передачи данных на всем пути их следования по сети. На сегодняшний день использование таких устройств - единственный экономичный способ обеспечить управление трафиком на всем пути его передачи через провайдерскую сеть. Альтернативным методом сквозного управления трафиком является установка на территории клиента больших и довольно дорогих мультиплексоров доступа.

В принципе, протокол ОАМ способен помочь в управлении не только сквозной передачей трафика по сети, но и работой отдельных ее сегментов. Любые два поддерживающих этот протокол устройства могут обмениваться ячейками ОАМ, отслеживая состояние соединяющего их канала. Ясно, что для внедрения такого режима управления протокол ОАМ должен поддерживаться всеми входящими в сеть устройствами, чего на данный момент добиться невозможно, поскольку далеко не все производители это обеспечивают. В будущем, скорее всего, поддержка ОАМ будет расцениваться операторами сети как серьезное преимущество устройства, что заставит производителей позаботиться о его реализации в своих продуктах.

Как это делается

Компания RAD Data Communications предложила целое семейств абонентских устройств доступа к сети под названием ACE. Первым появилось устройство ACE-101, которое рассчитано на передачу трафика из локальной сети АТМ в публичную. Устройство снабжено двумя интерфейсами: один для пользовательской сети АТМ, другой - для публичной. Поддерживаются следующие интерфейсы: 155 Мбит/с по одно- или многомодовому оптическому кабелю и неэкранированной витой паре пятой категории, а также STM-1, E3 и T3 по коаксиальному кабелю.

Система управления локальными параметрами трафика рассчитана на поддержание трех уровней QoS: VBR, CBR и UBR. Управление параметрами осуществляется для всех виртуальных путей и виртуальных каналов. Для мониторинга параметров передачи трафика используется протокол OAM уровня АТМ. Устройство может проверять, все ли данные, в момент передачи удовлетворявшие требованиям к локальным параметрам, достигли точки назначения. Поддерживается одновременное управление производительностью для 16 двунаправленных (32 однонаправленных) виртуальных путей или каналов.

Устройство обеспечивает согласование скоростей публичной и частной сетей. Для этого используется буфер емкостью 6000 ячеек, в котором могут быть организованы очереди четырех уровней приоритетов, распределение по которым осуществляется в соответствии с тем, к какому уровню QoS относятся передаваемые ячейки.

ACE-101 обеспечивает сбор статистики трафика и ведение контрольного журнала событий. Устройство может поддерживать до четырех виртуальных каналов для управления работой сети. Приложение управления сетью RADview-HPOV обеспечивает управление на уровнях PHY и ATM. Кроме того, возможен анализ работы каждого виртуального канала.

При всей привлекательности ACE-101 у него есть и ряд недостатков. Прежде всего, цена - свыше 5000 дол. за одно устройство. RAD может сколько угодно утверждать, что это недорого (безусловно, по сравнению с пограничными мультиплексорами стоимость действительно невысока), однако для российских операторов, особенно региональных, такая цена может показаться немалой. Второй недостаток - устройство рассчитано на сопряжение локальных сетей АТМ с глобальными. Между тем, в локальных сетях данная технология применяется не так часто. Можно, конечно, подсоединять к ACE-101 канал от модуля связи с магистральной сетью (рис.1), встроенного в маршрутизатор, - но что тогда делать с QoS?

В самое последнее время RAD анонсировала еще два устройства - модуль доступа к сетям АТМ по под названием ACE-2-E1 и концентратор доступа ACE-20-E1. Они еще не поступили в продажу, но операторы могут получить их для тестирования. Для связи с магистральной сетью в обоих устройствах применяется протокол ATM E1 UNI. Со стороны локальной сети ACE-2-E1 имеет один вход, к которому подключается либо установленный в локальный сети маршрутизатор или мост (для этого используется протокол ATM DXI, и Data Exchange Interface), либо FRAD (frame relay access device, устройство доступа к сети frame relay), которое, как легко понять, подключается к ACE-2 по каналу frame relay.

Устройство способно выполнять преобразование кадров frame relay в ячейки АТМ как по методу Frame Relay - ATM network interworking, так и по методу Frame Relay - ATM service interworking. ACE-2 может самостоятельно осуществлять трансляцию услуги IP-over-Frame Relay в IP-over-ATM.

Концентратор ACE-20 имеет три порта со стороны локальной сети. Фактически, это первое многопротокольное абонентское устройство доступа. К локально-сетевым портам ACE-20 можно подключать, например, маршрутизатор по каналу ATM DXI, УАТС по частичному каналу E-1 и FRAD по каналу frame relay (рис. 2). ACE-20 умеет автоматически распределять имеющуюся в его распоряжении полосу пропускания между всеми потоками трафика, поддерживая при этом необходимый уровень обслуживания для каждого из них. К сожалению, такие устройства стоят еще довольно дорого (несколько тысяч долларов), хотя они и заметно дешевле ACE-101.

В настоящее время в реальных приложениях ACE-101 сделаны только первые шаги. Выполнен пилотный проект с использованием этих устройств в British Telecom; ACE-101 находится на тестировании у ряда других ведущих операторов. RAD ведет переговоры с некоторыми крупными российскими операторами о тестировании устройств и выполнении пилотных проектов. Представители компании утверждают, что в ближайшем будущем можно ждать интересных новостей. Что ж, посмотрим.