9. Управление в сети АТМ

Управление в сети АТМ является многоплановым и включает следующие составляющие:

  • общая характеристика управления;
  • протоколы управления и базы данных управления АТМ;
  • эксплуатация и техническое обслуживание (ОАМ);
  • контроль и управление трафика.

9.1. Общая характеристика управления в АТМ

Общая характеристика управления в АТМ происходит из модели B-ISDN (рисунок 4.1).

Уровень управления предназначен для реализации функций управления всех систем широкополосной цифровой сети с интеграцией услуг. В этом уровне реализуются кроме функций прямого управления еще и функции координации между слоями и каждого слоя в отдельности.

Функции управления и координации определяются спецификой оборудования и построением сети, а также функциями оперативного управления и администрирования ОAM (Operation, Administration, Management), зафиксированными в рекомендациях ITU-T I.610. Кроме того, функции управления ATM согласованы с функциями сети управления электросвязи (TMN, Telecommunications Manage-ment Network), зафиксированными в рекомендациях ITU-Т М.3000...3660.

В соответствии с рекомендациями ITU-Т уровень управления исполняет следующие функции управления плоскостями:

  • устранением неисправностей;
  • рабочими характеристиками;
  • конфигурацией;
  • выпиской счетов;
  • защитой информации.

В нормальном (рабочем) состоянии сети ATM мониторинг сетевых элементов обеспечивает непрерывный или периодический контроль исправности всех контрольных объектов (коммутаторов, концентраторов, узлов доступа, систем передачи и т.д.). Механизм контроля, реализуемый функциями ОАМ, предусматривает информирование оператора сети о качественном состоянии сети за короткий и длительный интервалы времени наблюдения и также позволяет инициировать профилактический контроль.

При непрерывном или периодическом контроле сети в случае аварии происходит опознание места ее возникновения и локализация неисправного оборудования, т.е. его исключение из сети. При этом системная защита должна обеспечить уменьшение негативного эффекта от аварии путем ввода в действие резервного оборудования или обходных каналов. Детальное обнаружение дефекта при аварии осуществляется путем внутреннего или внешнего тестирования поврежденных элементов.

Основой для построения высокоэффективной системы управления являются «высокоинтеллектуальные агенты управления», которые представляют собой специализированные микроконтроллеры, включенные во все сетевые элементы. Организация управления сетевыми элементами основана на протоколах управления, например, SNMP (Simple Network Protocol), простом протоколе управления сетью, соответствующем стандартам открытых систем (ISO/OSI).

Рисунок 9.1. Уровни ОАМ для АТМ

Рисунок 9.1. Уровни ОАМ для АТМ

Необходимо отметить, что SNMP не реализует всех функций уровня управления ATM. Для полной идентификации состояний B-ISDN на основе ATM Международный Союз Электросвязи рекомендует пять уровней физической иерархии ОАМ. Они демонстрируются на рисунке 9.1, где Fl, F2, F3, F4, F5 – уровни реализации функций ОАМ. Каждый из них обеспечивает следующие функции:

  • уровень F5 (виртуальных каналов) служит для взаимодействия сетевых элементов через виртуальные каналы;
  • уровень F4 (виртуальных путей) служит для взаимодействия групп сетевых элементов, которые используют одно и то же соединение виртуальных путей;
  • уровень F3 (тракта передачи) служит взаимодействию процессов сборки и разборки ячеек ATM, защиты заголовков от ошибок с помощью контрольной суммы в НЕС и др.;
  • уровень F2 (секции мультиплексирования) служит для контроля за работой каналообразующего оборудования и протоколов, на-пример, SDH, PDH, SONET и др.;
  • уровень F1 (секции регенерации) служит для контроля электрических и оптических преобразований в физической среде (контроль мощности лазера, выделение тактовой частоты, токи схемных элементов).

9.2. Протоколы управления и базы данных управления

Протоколы управления обслуживают систему «Агент-Менеджер», т.е. процесс обмена данными между программами центра управления и сетевыми устройствами (коммутаторами, концентра-торами, мультиплексорами). Система «Агент-Менеджер» стандартизирована на основе протоколов SNMP и CMIP (Common Man-agement Information Protocol), т.е. простого протокола управления сетью и протокола общей информации управления. Схема взаимодействия показана на рисунке 9.2.

Рисунок 9.2. Система «Агент-Менеджер»

Рисунок 9.2. Система «Агент-Менеджер»

Программные продукты Агент и Менеджер взаимодействуют через стандартный протокол на предмет объектов управления. Объекты управления представляют собой абстрактные отражения реальных физических ресурсов сетевых устройств и сетей. Например, объектами управления могут быть оконечные точки сети (виртуальные каналы и тракты), аварийные сообщения (срочные и отложенные аварии), конфигурации доступа (физические порты на скоростях 2,048 Мбит/с; 155,520 Мбит/с, …), сигнальная система и т.д. Менеджер взаимодействует с Агентом с помощью команд (за-просов) и уведомлений (ответов). Различные протоколы (SNMP и CMIP) позволяют реализовать различные возможности сетевого управления. Например, SNMP изначально был рассчитан на централизованное управление, а CMIP поддерживает систему распределенного управления, которая может включать несколько менеджеров. Кроме того, протокол CMIP рассчитан на интеллектуальных агентов (читай дорогих по стоимости), которые могут по одной простой команде от Менеджера выполнить сложную последовательность действий. Агенты SNMP простые и выполняют операции по командам Менеджера, что приводит к многочисленным обменам командами и уведомлениями.

Не смотря на сравнение протоколов не в пользу SNMP, именно он нашел наибольшее применение в сетях АТМ.

9.3. Протокол и информационная база локального управления на основе SNMP

Частное решение, преложенное АТМ-Forum, по управлению представляет собой один из вариантов SNMP, приспособленного к сети АТМ. Этот вариант SNMP получил название Integrated Local Management Interface (ILMI) – интегрированный интерфейс локального управления. ILMI предназначен для контроля соединений через интерфейс UNI.

Модель управления сетью АТМ, разработанная АТМ-Forum в 1996 году, предусматривает следующие возможности:

  • каждое АТМ устройство (коммутатор, терминал, концентратор) будет поддерживать один или несколько АТМ интерфейсов (UNI, NNI);
  • функции ILMI для интерфейса АТМ представляют информацию о статусе, конфигурации, физическом слое и слое АТМ;
  • данные об интерфейсах хранятся в информационной базе управления MIB (Management Information Base) в виде объектов управления, организованных по стандартной древовидной схеме с образованием групп;
  • в каждом устройстве АТМ (коммутаторе, концентраторе, терминале) определен один управляющий элемент АТМ интерфейса АТМ IME (АТМ Interface Management Entity);
  • при подключении двух АТМ устройств друг к другу через соответствующий интерфейс налаживается взаимодействие и двух IME;
  • передача данных между ILMI происходит через физические и виртуальные связи;
  • протокол взаимодействия ILMI представляет собой открытый протокол SNMP/AAL5;
  • с помощью протокола ILMI IME может иметь доступ к информационной базе данных соседнего устройства АТМ;
  • интерфейс ILMI поддерживает двунаправленный обмен параметрами АТМ интерфейсов между двумя IME.

Управляющий протокол SNMP и база данных управления MIB необходимы для доступности информации о сети каждому пользовательскому окончанию для установления соединения. Типы информации, доступной в MIB АТМ интерфейса, представлены на рисунке 9.3.

Рисунок 9.3. Структура MIB АТМ

Рисунок 9.3. Структура MIB АТМ

Для ILMI определены идентификаторы VPI:0, VCI:16. Каждый интерфейс ILMI имеет ряд групп объектов, показанных на рисунке 9.3 в виде ветвящегося дерева. Для доступа к данным объектов формируется индекс интерфейса, связанный с определенным интерфейсом UNI.

Для каждой группы MIB характерны свои данные:

  • физический уровень отличается типами портов (2,048 Мбит/с; 34,368 Мбит/с; 155,520 Мбит/с), типом физической среды (волокно, коаксиал), информационным статусом;
  • уровень АТМ характеризуется количеством виртуальных путей и каналов (возможным и сконфигурированным);
  • статистика уровня АТМ определена числом принятых и переданных ячеек на интерфейсе, количеством отброшенных ячеек и излишками отбрасываний;
  • соединение VP и VC – это значения соответствующих идентификаторов (VCI/VPI), статус соединения, класс услуг, определение трафика;
  • сетевой префикс представляет собой строку переменной длины (8-13 байт), в которой определен сетевой префикс в формате NSAP или в формате Е.164 (UNI 3.0) АТМ-Forum;
  • адреса – это адреса АТМ из 8 байт, это адреса сигнального адресного формата NSAP UNI 3.0 Forum АТМ самого нижнего порядка (рабочих групп) и статус адреса АТМ.

Адреса размещаются в MIB на сетевой стороне, а сетевые префиксы на пользовательской стороне (UNI). Группа адресации не используется при использовании формата Е.164, т.е. 8-ми байтовый сетевой префикс полностью определяет адрес.

Регистрация адреса и префикса осуществляется в момент инициализации или тогда, когда прибавляется или удаляется префикс или адрес. При инициализации адресные и префиксные таблицы инициализируются пустыми. Порядок обмена командами управления UNI при регистрации адреса приведен на рисунке 9.4.

Рисунок 9.4. Сообщения при регистрации адреса пользователя

Рисунок 9.4. Сообщения при регистрации адреса пользователя

Примеры других сообщений SNMP рассмотрены в [34]. Подробная структура MIB АТМ UNI ILMI приведена на рисунке 9.5.

Место управления ILMI в общей структуре управления АТМ сети показано на рисунке 9.6.
Агенты системы управления могут выполнять операции управления по «доверенности» (proxi) менеджера системы, что предусмотрено в концепции управления SNMP.

9.4. Управление уровнями АТМ (функции ОАМ)

Общая характеристика управления уровнями АТМ определена рекомендацией ITU-T I.610. На рисунке 9.7 представлено общее функциональное описание управления.

Рисунок 9.5. Структура информационной базы управления

Рисунок 9.5. Структура информационной базы управления

Рисунок 9.6. Место ILMI в модели управления

Рисунок 9.6. Место ILMI в модели управления

Рисунок 9.7. Функциональное описание управления уровнями АТМ

Рисунок 9.7. Функциональное описание управления уровнями АТМ

Рисунок 9.8. Служебные ячейки физического уровня

Рисунок 9.8. Служебные ячейки физического уровня

Уровни ОAM Fl, F2, F3 отнесены к физическому уровню B-ISDN, т.к. обеспечивают контроль сигнала до его логической и информационной обработки.

Уровни ОАМ F4 и F5 считаются уровнями логической и информационной обработок сигнала, т.к. здесь обеспечивается маршрутизация согласно маршрутных адресов, заложенных в маршрутные таблицы, и коммутация для установления соединения, здесь анализируется неисправность, качество работы сети, производится активация и деактивация.

Для реализации функций ОАМ любой из уровней (F1-F5) способен формировать запросы ОАМ, т.е. вставлять служебную информацию в общий поток данных. Например, для организации запросов уровней F1, F2, F3, относящихся к физическому уровню ОАМ, представленному сетью SDH, для F1 и F2 запросы идут в заголовке RSOH, а для F3 в заголовке MSOH синхронного транспортного модуля (STM-N, N = 1, 4, 16, 64). Для уровней F4, F5 выделяются заранее определенные виртуальные каналы, которые резервируются в каждом виртуальном пути. Эти каналы двусторонние.

Узлы, управляющие вставкой запросов ОАМ в поток информации, контролируют и уничтожают запросы, адресованные им.

На рисунке 9.8 приведен пример возможных служебных ячеек для ОАМ на физическом уровне. Возможные функции уровней F4 и F5 представлены в таблице 9.1.

Таблица 9.1. Функции уровня ОАМ

Соединение ATM Уровень ОАМ Функция уровня ОАМ Возможная неисправность
Виртуальный
путь
F4 Проверка наличия свободного виртуального пути Нет свободного виртуального пути
Проверка загрузки виртуального пути
Перегрузка виртуального пути
Виртуальный
канал
F5 Проверка наличия свободного виртуального канала Нет свободного канала
Проверка загрузки виртуального канала Перегрузка виртуального канала

Для сообщений о неисправностях на уровне виртуального пути уровень F4 использует сигнал индикации аварийного состояния AIS (Alarm Indication Signal). Этот сигнал представляет собой служебную ячейку ATM, у которой первый байт поля данных равен 00010000, что означает AIS функции управления виртуального пути (VP) (рисунок 9.9). Наличие сигнала VP-AIS означает для элемен-тов сети (например, коммутаторов), что виртуальные каналы (VC) этого пути так же находятся в аварийном состоянии. Сигналы VP-AIS сразу передаются после обнаружения неисправности и периодически повторяются (период 1 с), пока она существует, и информируют центр управления TMN о нерабочем состоянии пути. После устранения неисправностей передача VP-AIS прекращается.

Для сообщений о неисправностях на уровне виртуального канала уровень F5 использует процедуры, которые аналогичны процеду-рам уровня F4. Для тестирования ATM соединений используется периодическая инициализация передачи ячеек служебной информации в виртуальных каналах и путях независимо от загрузки этих каналов. Длительное отсутствие в любых каналах служебных ячеек является для системы управления сигналом аварийного состояния.

Рисунок 9.9. Служебная ячейка АТМ для ОАМ

Рисунок 9.9. Служебная ячейка АТМ для ОАМ

Помимо прямого контроля виртуальных путей и каналов применяется передача по шлейфу служебных ячеек с функциями ОАМ.

При этом VC и VP остаются в работоспособном состоянии, однако, служебные ячейки заворачиваются и возвращаются в пункты их исхода. Служебные ячейки с информацией ОАМ могут быть вставлены в любом месте VC/VP, то есть в его начале или в середине. Они переносят в поле данных инструкции по их возврату (шлейфованию).

Служебные ячейки ОАМ обеспечивают обнаружение неисправностей:

  • потеря синхронизации ячеек;
  • исправляемые ошибки заголовка;
  • неисправляемые ошибки заголовка;
  • сигнал неисправности уровня VP;
  • нарушение работы уровня VP;
  • сигнал неисправности уровня VC;
  • сигнал нарушения работы уровня VC;
  • сигнал одновременной неисправности уровней VP и VC;
  • нарушение одновременное работы VC и VP;
  • потеря связности виртуального соединения.

Составной частью функций ОАМ является контроль качества передачи ячеек, который включает следующие параметры:

  • количество ячеек с ошибками;
  • количество блоков ячеек с ошибками;
  • количество потерянных и ложно вставленных ячеек;
  • задержка при передаче ячеек и ее вариации.

Структура ячейки ОАМ для контроля качества приведена на рисунке 9.10.

Рисунок 9.10. Структура ячейки контроля качества АТМ

Рисунок 9.10. Структура ячейки контроля качества АТМ

Функции полей ячейки контроля качества:

  • порядковый номер используется для контроля связности служебного канала ОАМ;
  • TUC0/TUC0+1 (Total User Cell) – данные о количестве ячеек пользователя, среди которых передаются ячейки ОАМ, обозначения индексов (0, 0+1) обозначает бит CLP = 0/CLP = 0+1;
  • BEDC0+1 (Block Error Detected Code) – обнаружение ошибок;
  • TRCC0/TRCC0+1 (Total Received Cell Count) – квитанция после приема ячеек пользователя, среди которых была ячейка ОАМ; индексы (0/0+1) обозначают биты CLP = 0/CLP = 0+1; знак «+» означает логическое сложение;- BLER0+1 (Block Error Result) – данные об ошибках на стороне приема, обнаруженные по алгоритму BIP-16 (Bit Interleaved Prity) – четности перемежающихся битов [16].

9.5. Контроль и управление трафиком

Для устранения возможных конфликтов при передаче ячеек АТМ через сеть предусмотрен контроль трафика, поступающего от пользователей, и трафика в межсетевых связях.

Контролируемые параметры определены в рекомендациях ITU-T I.311. К ним относятся: входное соединение; параметры, запрашиваемые пользователем; контроль приоритетов; контроль пе-регрузки (конфликтов или коллизий в коммутаторах). Контроль сопровождается функциями управления трафика.

Контрольные параметры подразделяются на локальные и интервальные.

Локальные параметры контроля: контроль входного соединения САС (Connection Admission Control); контроль приоритета PC (Priority Control); управление ресурсами RM (Resource Management).

Интервальные параметры контроля: запаздывания ячеек CTD (Cell Tolerance Delay); вариации запаздываний ячеек CDV (Cell Delay Variation); потеря ячеек CLR (Cell Loss Ratio) и некоторые другие [1].

На рисунке 9.11 представлена упрощенная структура взаимодействия между оконечным оборудованием широкополосной сети (B-TE, Broadband Terminal Equipment). Это оборудование подключается к сети через эталонную точку (интерфейс) SB, в которой согласуются параметры сетевого окончания B-NT2 (Broadband Network Termination) и B-TE. При этом в качестве B-TE может быть персональный мультимедийный терминал, а B-NT2 выполнять функции сетевого концентратора АТМ.

Рисунок 9.11. Схема взаимодействия оконечного оборудования АТМ сети с контролем параметров передачи

Рисунок 9.11. Схема взаимодействия оконечного оборудования АТМ сети с контролем параметров передачи

Для подключения сетевого концентратора к коммутатору АТМ применяется блок B-NT1, который согласуется с B-NT2 через интерфейс TB. При этом B-NT1 реализует функции физической среды. Необходимо отметить, что функции B-TE, B-NT2, B-NT1 могут быть совмещены в одном устройстве. Кроме того, благодаря стандартизации точек SB и TB могут быть реализованы различные конфигура-ции сети доступа (звезда, кольцо, цепочка и т.д.).

9.5.1. Контроль входного соединения

Входное соединение может быть произведено на основе VP/VC. При этом сервисное обслуживание обеспечивается между пользователями. Для реализации сервиса должны существовать требуемые ресурсы сети (скорость передачи в каналах и трактах, задержки и т.д.). Два класса параметров предусматривается поддерживать контролем входного соединения: это набор описанных характеристик источника трафика и другой набор параметров идентификации обязательного класса качества обслуживания (локальные и интервальные).

Контролируемые параметры трафика рассмотрены в разделе 3 (UBR, ABR, VBR, CBR, QoS и т.д.).

9.5.2. Входной контроль параметров трафика пользователя

Контроль параметров пользователя может быть определен набором возможных действий сети по отношению к трафику пользователя, например, обусловленных потерей ячеек, действительностью маршрутизации. Основное назначение контроля состоит в защите сетевых ресурсов от злонамеренных или некорректных воздействий на качество сервиса уже существующих соединений. Благодаря входному контролю и обнаружению нарушений устанавливаются определенные параметры обмена. Контроль параметров применяется и для сквозных соединений. Наблюдение за соедине-нием производится для всех кроссовых соединений в интерфейсе пользователь-сеть, включая сигнализацию.

Рисунок 9.12. Способы контроля трафика пользователя сети

Рисунок 9.12. Способы контроля трафика пользователя сети

Контроль параметров пользователя включает последовательность функций:

  • отметка емкостей действующих VPI/VCI (идентификаторов путей и каналов);
  • наблюдение входящего объема трафика сети по индивидуальным активным VP и VC соединением, обеспечивающим заранее определенное отсутствие нарушений (сбоев);
  • наблюдение общего объема сконцентрированного трафика от линии доступа;
  • отбраковка тех ячеек, которые нарушают установленные параметры трафика.

На рисунках 9.12 демонстрируются отдельные способы контроля входных параметров трафика пользователя широкополосной сети. На рисунке 9.12, а показано прямое соединение по виртуальному каналу пользователя с коммутатором. При этом параметры трафика пользователя контролируются в коммутаторе.

На рисунке 9.12, б показано подключение пользователя через виртуальный канал к концентратору, в котором происходит контроль параметров трафика пользователя.

На рисунке 9.12, в показано подключение пользователя через коммутатор VP к коммутатору VC. При этом контроль параметров трафика осуществляется и в VP и в VC.

На рисунке 9.12, г показано подключение к другому пользователю через VP. Контроль параметров трафика пользователя производится в каждом коммутаторе VP каждого VP соединения поль-зователя.

9.5.3. Контроль приоритета

Два уровня приоритета предусмотрены в заголовке ATM ячейки (рисунок 2.2), вводимые как CLP (Cell Loss Priority). Этот приоритет обеспечивается механизмом распределения ячеек по разным буферам очереди на маршрутизацию. Буферы соответственно делятся на буферы с высшим и низшим приоритетом. Ячейки, заранее помеченные в CLP, распределяются по этим буферам.

Реальные параметры трафика оцениваются с помощью алгоритма «дырявого ведра», который описан в рекомендации ITU-T I.371 и в спецификациях АТМ-Forum. Кроме того, сообщение об этом алгоритме приведено в [1, 62].

9.5.4. Контроль конфликтов (столкновений) и защита от перегрузки

Перегрузки в широкополосных сетях определяют статус сетевых элементов (коммутаторов, концентраторов, линий передачи) в их возможностях по перегрузочному трафику или контролю ресурсов перегрузки. Сеть может гарантировать заранее оговоренное качество сервиса уже существующих соединений и запросов на новые соединения.

Перегрузки могут служить причиной непредсказуемых статистических флуктуаций потоков трафика или ошибок перегрузки в сети. Например, пользователь или пользователи могут затребовать большие ресурсы, чем необходимые на время соединения заранее оговоренной системе.

Известны несколько методов контроля конфликтов и защиты от перегрузок в сети АТМ:

  • большие буферы;
  • кредитная схема;
  • скоростные схемы с обратной связью.

Большие буферы способны выдерживать высокие перегрузки и переложить задачи восстановления потерянных блоков данных на выше лежащие протоколы. Однако этот метод малоэффективен для повышения производительности сети.

Кредитная схема предусматривает управление потоком ячеек на каждом участке каждого виртуального соединения (рисунок 9.13). На принимающих портах коммутаторов АТМ под конкретные виртуальные соединения резервируются определенные объемы буферной памяти.

В кредитной схеме передатчик трафика получает кредит на передачу определенного числа ячеек, которую можно осуществить без ожидания управляющей информации. Это число ячеек опреде-ляется объемом выделенных буферов.

Рисунок 9.13. Кредитная схема управления потоком ячеек

Рисунок 9.13. Кредитная схема управления потоком ячеек

При возникновении перегрузки и переполнения буферной памяти одного из коммутаторов он посылает управляющее сообщение с требованием прекратить передачу данных по перегруженному соединению. Тот прекращает передачу и начинает накапливать данные в своем буфере. В кредитной схеме каждое виртуальное соединение должно снабжаться буфером.

Достоинства кредитной схемы:

  • позволяет предотвратить потерю ячеек;
  • максимальное эффективное использование полосы пропускания канала;
  • возможность работы различных виртуальных соединений в одном физическом канале на разных скоростях.

Недостатки кредитной схемы:

  • требует серьезной доработки оборудования АТМ с целью поддержки индивидуальных буферов;
  • сложные алгоритмы динамического расчета буферного пространства при установлении коммутируемого виртуального соединения (SVC);
  • не является стандартом АТМ-Форума.

Скоростные схемы с обратной связью подразделяются на следующие виды:

FECN (Forward Explicit Congestion Notification) – схема с отрицательной обратной связью вперед;
BECN (Backward Explicit Congestion Notification) – схема с отрицательной обратной связью назад;
PRCA (Proportional Rate Control Algorithm) – алгоритм положительной обратной связи с пропорциональным управлением;
EPRA (Enhanced PRCA) – улучшенный PRCA.

Принцип работы в схеме FECN поясняется рисунком 9.14.

Схема предусматривает использование обратной связи для информирования источника о том, с какой скоростью в данный момент он может передавать ячейки по каждому виртуальному со-единению. Когда коммутатор АТМ испытывает перегрузки, он выставляет в проходящих через него ячейках бит FECN (в поле РТ заголовка ячейки), информируя приемник о перегрузке по конкретным соединениям. Приемник направляет сообщение о перегрузках источнику трафика, который, в свою очередь, принимает решение о снижении трафика.

Рисунок 9.14. Принцип работы схемы FECN

Рисунок 9.14. Принцип работы схемы FECN

Рисунок 9.15. Принцип работы схемы BECN

Рисунок 9.15. Принцип работы схемы BECN

По аналогичному принципу работает схема BECN. Однако в этой схеме информацию о перегрузке направляет источнику коммутатор, испытывающий перегрузку (рисунок 9.15).

Преимущество схемы BECN в быстрой реакции на перегрузки. Недостаток этой схемы – необходимость «обучения» коммутатора посылать ячейки управления в проходящий поток данных.

Кроме того, обе рассмотренные схемы FECN и BECN страдают от попадания ячеек управления в перегруженные потоки, что затрудняет эффективное регулирование трафика. Могут возникнуть аварийные ситуации, когда ячейки управления не достигнут источника.

В схемах FECN и BECN коммутатор АТМ считается перегруженным, если очередь ячеек на обслуживание (коммутацию, маршрутизацию, мультиплексирование, концентрацию) превышает оп-ределенное значение (порог). Получив информацию о перегрузке, передатчик должен снижать трафик. Снижение происходит до тех пор, пока не прекратится поступление информации о перегрузках в пределах определенного временного интервала. После этого интервала передатчик начинает увеличение трафика. Недостатки рассмотренных схем в определенной мере компенсированы другими схемами управления перегрузками: PRCA и EPRCA.

Алгоритм пропорционального управления, разработанный АТМ-Форумом, PRCA основан на положительной обратной связи. В этой схеме источник трафика увеличивает скорость только по получению разрешения приемника. В противном случае передатчик обязан последовательно снижать скорость передачи ячеек. Алгоритм PRCA работает следующим образом. В первой и в N-ой ячейках передаваемых источником, бит в поле РТ установлен в 0, а в остальных в 1. Интервал N задается административно и определяет время реакции на перегрузку. Если приемник не перегружен, то в ответ на каждую ячейку с EFCI = 0 он посылает в передатчик ячейку управления ресурсом RM, разрешающую увеличение скорости. Коммутатор, испытывающий перегрузку, имеет право изменить бит EFCI = 1, запрещая тем самым приемнику генерировать ячейки управления ресурсами RM, или же просто удаляет ячейки RM, передаваемые по каналу к источнику трафика (рисунок 9.16).

Рисунок 9.16. Поток ячеек по схеме PRCA

Рисунок 9.16. Поток ячеек по схеме PRCA

В обоих случаях источник будет вынужден снижать скорость передачи до тех пор, пока не получит хотя бы одну ячейку RM с 0.

Недостаток схемы PRCA состоит в том, что при прохождении потока через несколько перегруженных участков число ячеек в нем с битами EFCI = 1 будет значительно больше числа таких ячеек в других, не использующих этот алгоритм потоках. Поэтому доступная данному потоку скорость тоже будет существенно ниже.

Алгоритм схемы EPRCA избавлен от проблем схемы PRCA. В этой схеме источник посылает все информационные ячейки с байтом EFCI = 0. Через N таких ячеек посылается ячейка управления ресурсом RM, содержащая значение желаемой максимальной (PCR) и текущей скорости передачи (ACR – Allowed Cell Rate). Испытывающий перегрузку коммутатор подсчитывает свое значение скорости ACR, которое зависит от объема трафика, и выставляет в проходящую ячейку RM. Получив эту ячейку, приемник отправляет ее обратно передатчику, а тот корректирует свою скорость (рисунок 9.17).

Таким образом, проходя по кругу, ячейки RM «сообщают» информацию о наличии ресурсов по всем участкам сети и возвращаются обратно к источнику со значением наименьших доступных скоростей для каждого виртуального соединения.

В завершении необходимо отметить, что использование схем управления перегрузками позволяет избавиться от проблем конфликтов в сети АТМ и защитить трафик от сбрасывания. При выборе сетевых решений и коммутационного оборудования необходимо обязательно уделять внимание технологиям защиты трафика.

Рисунок 9.17. Принцип работы схемы EPRCA

Рисунок 9.17. Принцип работы схемы EPRCA

9.5.5. Управление трафиком в сети АТМ

Управление трафиком в сети АТМ прежде всего предполагает борьбу с перегрузками коммутаторов потоками ячеек. Поэтому управление трафиком является одной из основных задач, а может быть главной составляющей, технологии АТМ. При этом отмечается, что большинство механизмов управления трафиком не имеют стандартной основы и являются интеллектуальной собственностью фирм-производителей продукции АТМ. Принято считать, что управление трафиком это ключевой элемент, различающий различные коммутаторы АТМ.

В качестве механизмов управления перегрузками в сети АТМ применяются:

  • сброс на пакетном уровне (ранний сброс или сброс остатков);
  • управляемые большие буферы.

Сброс данных на пакетном уровне может происходить на основе двух механизмов:

  • ранний сброс пакетов EPD (Early Packet Discard);
  • сброс остатков пакета TPD (Tail Packet Discard);

Эти механизмы, как отмечается в научной литературе [26], способны увеличить в 10 раз реальную пропускную способность сети. Применение этих механизмов совместно с методами, рассмотренными в 9.5.4, позволяют делать сети с минимальными потерями. Однако эти механизмы могут применяться отдельно для управления трафиком.

Это обстоятельство весьма важно, поскольку перегрузки могут наступить очень быстро. Что дает, например, ранний сброс пакета? Пакет размещается в n-ом количестве ячеек. Сброс даже одной ячейки этого пакета в его начале (например, поле из 100 ячеек) повлечет нарушение целостности информации и нет смысла переда-вать остальные 99 ячеек этого пакета. Он может быть восстановлен протоколами выше лежащих уровней (IP, Frame Relay и другими).

Управляемые буферы позволяют организовать индивидуальные очереди для каждого соединения. Объем буфера и алгоритм обработки поступающих в него данных непосредственно связаны с типом трафика (CBR, VBR, ABR, UBR) и его характеристиками времени разброса ячеек. Емкость буферной памяти должна динамически распределяться в соответствии с требуемым качеством обслуживания. Для организации индивидуальных очередей для каждого виртуального соединения общую буферную память необходимо делить на несколько частей, каждая из которых должна быть предназначена для трафика с определенным качеством обслуживания. При этом объем частей буфера и алгоритм работы с ними напрямую связан с типом трафика. Каждый такой буфер обслуживает свои очереди, причем их количество может быть достаточно велико. Емкость буфера определяет стоимость оборудования и вместе с этим емкость буфера может обеспечить защиту от перегрузок.

Известны следующие алгоритмы организации очередей в буферах [30]:

  • по принципу FIFO, когда все соединения, относящиеся к одной категории сервиса, помещаются в одну очередь и одинаково страдают от перегрузок;
  • с учетом виртуальных соединений очередью FIFO, когда все виртуальные соединения, относящиеся к одной категории сервиса, помещаются в одну очередь;
  • разделение очереди для каждого виртуального соединения, при котором перегрузки в одном не влияют на другие.

Контрольные вопросы

1. Что следует понимать под управлением в АТМ?
2. Какие уровни управления предусмотрены в АТМ?
3. Какие протоколы управления могут применяться в сети АТМ?
4. Что представляет собой система «агент-менеджер»?
5. С какой целью применяется ILMI?
6. Что включает в себя информационная база ILMI?
7. Какое отношение имеет ILMI к общей системе управления сетью АТМ?
8. В чем состоят функции уровней управления АТМ?
9. Какая информация содержится в служебных ячейках управления?
10. Что включает ячейка контроля качества АТМ?
11. Какие параметры качества контролируются в сети АТМ?
12. Почему в широкополосной сети АТМ возможны перегрузки?
13. Какие функции выполняет кредитная схема?
14. Какие схемы с обратной связью применимы для управления трафиком АТМ?
15. Что представляют собой режимы борьбы с перегрузками EPD иTPD?

Основы асинхронного режима передачи


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.