В конце 1992 года сообщество Интернет для решения проблем адресного пространства и ряда смежных задач разработало три проекта протоколов: "TCP and UDP with Bigger Addresses (TUBA)"; "Common Architecture for the Internet (CatnIP)" и "Simple Internet Protocol Plus (SIPP). После анализа всех этих предложений был принят новый протокол IPv6 с IP-адресами в 128 бит вместо 32 для IPv4. Внедрение этого нового протокола представляет отдельную серьезную проблему, так как этот процесс не предполагает замены всего программного обеспечения во всем мире одновременно.
IPv6 представляет собой новую версию протокола Интернет (RFC-1883), являющуюся преемницей версии 4 (IPv4; RFC-791).
В IPv6 длина адреса расширена до 128 бит (против 32 в IPv4), что позволяет обеспечить больше уровней иерархии адресации, увеличить число адресуемых узлов, упростить авто-конфигурацию. Для расширения возможности многоадресной маршрутизации в адресное поле введено субполе "scope" (группа адресов). Определен новый тип адреса "anycast address" (эникастный), который используется для посылки запросов клиента любой группе серверов. Эникаст адресация предназначена для использования с набором взаимодействующих серверов, чьи адреса не известны клиенту заранее.
Некоторые поля заголовка IPv4 отбрасываются или делаются опционными, уменьшая издержки, связанные с обработкой заголовков пакетов с тем, чтобы уменьшить влияние расширения длины адресов в IPv6. Изменение кодирования опций IP-заголовков позволяет облегчить переадресацию пакетов, ослабляет ограничения на длину опций, и делает более доступным введение дополнительных опций в будущем.
Введена возможность помечать пакеты, принадлежащие определенным транспортным потокам, для которых отправитель запросил определенную процедуру обработки, например, нестандартный тип TOS (вид услуг) или обработка данных в реальном масштабе времени.
В IPv6 введена спецификация идентификации сетевых объектов или субъектов, для обеспечения целостности данных и при желании защиты частной информации.
Далее рассмотрим формат заголовка IPv6 и функции, которые он выполняет.
Рисунок 2.6 - Формат заголовка IPv6
Поле "Версия" - 4-битный код номера версии Интернет протокола (версия Интернет протокола для IPv6= 6).
Поле "Приоритет" - 4-битный код приоритета.
Поле "Метка потока" - 24-битный код метки потока (для мультимедиа).
Поле "Размер поля данных" - 16-битовое число без знака. Несет в себе код длины поля данных в октетах, которое следует сразу после заголовка пакета. Если код равен нулю, то длина поля данных записана в поле данных jumbo, которое в свою очередь хранится в зоне опций.
Поле "Следующий заголовок" - 8-битовый разделитель. Идентифицирует тип заголовка, который следует непосредственно за IPv6 заголовком. Использует те же значения, что и протокол IPv4.
Поле "Предельное число шагов" - 8-битовое целое число без знака. Уменьшается на 1 в каждом узле, через который проходит пакет. При предельном числе шагов, равном нулю, пакет удаляется.
Поле "Адрес отправителя" - 128-битовый адрес отправителя пакета.
Поле "Адрес получателя" - 128-битовый адрес получателя пакета (возможно не конечный получатель, если присутствует маршрутный заголовок).
5.1. Особенности организации технологии ATM
Технология ATM эффективна в случае, когда основной задачей сети оператора является передача мультимедийного трафика реального времени и телеметрии (трансляции видеопрограмм, передача служебного трафика от важнейших датчиков или устройств - передача критичной к задержкам информации). Сеть ATM обеспечивает полное качество обслуживания QoS для соединений клиента на всем своем протяжении, и в определенных случаях может быть экономически оправдана
На сегодняшний день технология асинхронного метода передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) находит всё большее применение для передачи информации на широкополосных сетях интегрального обслуживания (ШСИО). Это связано с тем, что АТМ является одной из немногих технологий, которая позволяет добиться высокой эффективности использования ресурсов сети (каналов и трактов) различных служб электросвязи (телефонии, телевидения, передачи файлов, видеоконференции и так далее). Последнее достигается тем, что предварительно, перед передачей пользовательской информации, между пользователями сети устанавливаются соединения в виде коммутируемых и постоянных виртуальных каналов и трактов. То есть, этапу передачи пользовательской информации предшествует этап определения маршрута и установления соединения между пользователями. Ответственность за определение маршрута и установления соединений несут протоколы маршрутизации.
Для сетей с технологией АТМ международной организацией АТМ Forum в 1996 году была разработана первая, а в 2001 году вторая версии стека протоколов, решающие проблему маршрутизации.
5.2. Принципы технологии ATM
Преимуществом технологии АТМ является возможность передавать различные видов трафика с гарантированным качеством. Внедрение технологии АТМ подразумевает следующие возможности :
-
- гибкость системы связи. Развитие систем кодирования и сжатия данных приводит к уменьшению требований по скорости передачи. В будущем, возможно, возникнут новые службы с новыми требованиями. Все эти изменения не потребуют модификации сети АТМ и не приведут к ухудшению использования каналов.
- эффективное распределение ресурсов. Все доступные ресурсы сети могут использоваться всеми службами с оптимальным статистическим разделением. Не предусматривается никаких специализаций ресурсов по видам служб. Здесь имеется в виду более эффективное распределение по сравнению с наиболее распространенными сегодня системами коммутации каналов. Конечно, система Х.25 или TCP/IP распределяют ресурсы более эффективно, но в ущерб качеству.
- создание единой универсальная сети. Поскольку требуется разработать и поддерживать только одну сеть, то полная стоимость системы может быть меньше, чем суммарная стоимость всех существующих сетей.
АТМ является технологией с ретрансляцией ячеек. В отличие от технологий X.25 и ретрансляции кадров, в которых пакеты и кадры могут иметь любой размер вплоть до некоторого максимума, все ячейки АТМ имеют одну и ту же строго определенную длину - 53 октета. Из этих 53 октетов 5 используются для служебной информации сети, а остальные 48 для передачи пользовательской информации.
Технология АТМ позволяет передавать информацию в диапазоне высоких скоростей: 25 Мб/сек, 155 Мб/сек, 622 Мб/сек. На подходе появление линий связи со скоростями 2,4 Гб /сек и 10 Гб/сек. Это позволяет на основе технологии АТМ создавать высоко-скоростные масштабируемые сети, а также объединять сети с различными протоколами на основе легко наращиваемой магистрали и увеличивать пропускную способность по мере развития технологии АТМ.
Последовательность ячеек одного пользователя образует виртуальный канал, а всё множество виртуальных каналов формирует виртуальный тракт.
ATM характеризуется следующими основными особенностями:
-
- отсутствием защиты от ошибок и управления потоком данных на уровне звена;
- ориентацией на соединение;
- ограниченным количеством функций, которые несёт заголовок пакета ATM;
- относительно небольшой длиной информационной части ячейки.
Высокое качество систем передачи цифровых трактов связи и очень малые значения вероятности ошибки на бит позволяют отказаться от обнаружения и исправления ошибок в пакете на звеньевом уровне. Отсутствует на уровне звена и управление потоком данных с целью исключения перегрузок.
Однако фазе передачи информации в сетях ATM предшествует фаза установления виртуального соединения, во время которой осуществляется проверка достаточности объёма сетевых ресурсов, как для качественного обслуживания уже установленных виртуальных соединений, так и для создаваемого. Если сетевых ресурсов недостаточно, то оконечному устройству выдаётся отказ в установлении соединения.
После завершения фазы передачи информации виртуальное соединение разрушается, а сетевые ресурсы могут использоваться в интересах обеспечения другого виртуального соединения. Таким образом, за счёт использования режима переноса информации, ориентированного на соединение, и определения размеров очередей, осуществляется контроль количества потерянных пакетов вследствие переполнения буферных устройств коммутаторов. В сетях ATM вероятность потери пакета в коммутационном устройстве ограничивается значениями 10-8Е10-12.
В целях обеспечения временной прозрачности сети ATM (для уменьшения временной задержки пакета в узлах коммутации) функции заголовка пакета ATM значительно ограничены. Основной функцией заголовка является идентификация виртуального соединения с помощью идентификатора и обеспечение гарантии правильной маршрутизации. Заголовок также даёт возможность мультиплексирования различных виртуальных соединений в одном цифровом тракте.
Ошибка в заголовке может привести к неправильной маршрутизации. Это обуславливает эффект размножения ошибок: один искажённый бит в заголовке может привести к утрате пакета, и к его доставке не по адресу. С целью уменьшения эффекта размножения ошибок из-за неправильной маршрутизации предполагается в заголовке пакета ATM обеспечить обнаружение ошибок и их исправление.
Из-за ограниченных функций, выполняемых заголовком пакета ATM, его обработка считается достаточно простой процедурой и может осуществляться на очень высоких скоростях, что обеспечивает малую задержку пакетов ATM в очередях буферных устройств коммутаторов ATM. С целью уменьшения размеров внутренних буферов в узлах коммутации и ограничения времени задержек длина информационного поля ячейки выбрана относительно небольшой. Малые размеры информационного поля позволяют получить небольшие значения времени задержки на пакетизацию, что в совокупности с относительно небольшими размерами буферных устройств узлов коммутации, обеспечивающих незначительные задержки и колебания задержки, характеризуют временную прозрачность сетей ATM для служб, функционирующих в реальном масштабе времени.
Форматы ячеек определены в Рекомендации МСЭ-Т I.361. При этом в отличие от УСИО в ШСИО кроме интерфейса "пользователь- сеть" определён также интерфейс "сеть – сеть", который используется и между узлами коммутации одной и той же сети. Соответственно имеются два вида ячеек для этих двух интерфейсов, которые отличаются структурой заголовка.
Рисунок 1 - Структура ячейки АТМ в интерфейсе "пользователь-сеть"
Структура ячейки в интерфейсе "сеть – сеть" отличается только тем, что поле VPI занимает 12, а не 8 бит.
Поле общего управления потоком (Generic Flow Control) используется только при взаимодействии конечного узла и первого коммутатора сети. Идентификатор виртуального тракта (VPI, Virtual Path Identifier) – это 8-разрядное поле обозначает принадлежность определенной ячейки к одному из 256 доступных маршрутов. Узел коммутации АТМ, который способен выполнять коммутацию виртуального тракта VP, будет опрашивать поле VPI каждой обрабатываемой им ячейки. Если коммутатор в своих действиях руководствуется таблицей, то он будет заменять один VPI на другой, и таким образом выполнять коммутацию VP.
Идентификатор виртуально канала VCI (Virtual Channel Identifier) занимает 16-разрядное поле и идентифицирует определенную ячейку как принадлежащую к 1 из 65536 доступных виртуальных каналов. Виртуальный канал является симплексным и дуплексные операции АТМ требуют наличия двух каналов VC, работающих в противоположных направлениях. Связывание виртуальных каналов обычно формирует один VP, а связанные VP, как правило, находятся в одном физическом канале передачи.
Поле идентификатора типа полезной нагрузки (PTI, Payload Type Identifier) позволяет дифференцировать различные типы полезной нагрузки в сети АТМ. В поле приоритет потери кадра (Cell Loss Priority, CLP) коммутаторы отмечают ячейки, которые нарушают соглашения о параметрах качества обслуживания, чтобы удалить их при перегрузках сети. Поле контроля ошибок в заголовке (HEC) используется для обнаружения и исправления ошибок в заголовке, но не обеспечивает защиты от ошибок части ячейки, содержащей полезную нагрузку.
Таблица 1.2 - Сравнительный анализ технологий коммутации
Параметры качественного обслуживания(Quality of Service)
Параметры качества обслуживания служат для определения категорий или классов услуг сетей АТМ.
а) Параметры входного контроля:
- задержка соединения: временной интервал между передачей сообщения о вхождении в сеть и сообщением-подтверждением события входа в сеть вне времени ответа вызываемого пользователя;
- задержка освобождения соединения: временной интервал между событием передачи сообщения запроса на освобождение и событием передачи сообщения ответа освобождения соединения;
- вероятность состоявшегося соединения: соотношение известных попыток запросов на соединения пользователей к продолжительному временному интервалу.
б) Параметры информационной передачи:
- коэффициент ячеек с ошибками: отношение общего числа ошибочных ячеек к успешно переданным ячейкам с учетом ошибочных ячеек общего назначения – CER (Cell Error Ratio);
- коэффициент потерь ячеек CLR (Cell Loss Ratio): отношение потерянных ячеек к общему числу переданных ячеек; этот параметр может быть выражен как вероятность потери ячеек для выделенных линий 10–9 и максимально допустимым коэффициентом 10–5;
- коэффициент неправильных ячеек CMR (Cell Misinsertion Rate): общее число неправильных ячеек, наблюдаемое в течение специфицированного временного интервала, поделенное на продолжительность временного интервала;
- задержка передачи ячеек CTD (Cell Transfer Delay): время между обнаружением двух событий, соответствующих передаче ячеек (моментом посылки на передаче и приемом на другом конце);
- вариации задержек ячеек CDV (Cell Delay Variation): транзитные задержки в коммутаторах за определенный период времени (джиттер задержек);
- строгое отношение ошибочных блоков ячеек SE CBR (Se-verely – Errored Cell Block Ratio): отношение общих строго ошибочных блоков ячеек к общему числу блоков ячеек в известных интересах (пораженные блоки).
в) Параметры звукового сервиса выражаются через задержки передачи 20-30 мс и при этом разговор замедляется отражениями. При сборке сегмента 48 байт на скорости 64 кбит/с время задержки составляет 6 мс.