Рис.1. Зависимость времени задержки пакета на коммутаторе от относительной длины пакета в сети с пропускной способностью 155 Мб/с и нагрузкой 80%
Сеть ATM имеет структуру, похожую на структуру телефонной сети. Конечные станции соединяются с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Коммутаторы ATM пользуются адресами конечных узлов для маршрутизации трафика в сети коммутаторов. Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), назначаемого соединению при его установлении и уничтожается при разрыве соединения. Виртуальные соединения устанавливаются на основании длинных 20-байт-ных адресов конечных станций. Такая длина адреса рассчитана на очень большие сети, вплоть до всемирных. Адрес имеет иерархическую структуру, подобную номеру в телефонной сети и использует префиксы, соответствующие кодам стран, городов и т.п. Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC). Постоянные виртуальные соединения соединяют двух фиксированных абонентов и устанавливаются администратором сети. Коммутируемые виртуальные соединения устанавливаются при инициации связи между любыми конечными абонентами. Соединения конечной станции ATM с коммутатором нижнего уровня определяются стандартом UNI (User Network Interface), определяющем структуру пакета, адресацию станций, обмен управляющей информацией, уровни протокола ATM и способы управления трафиком.
Принципиальным достоинством технологии ATM является дифференциация пользователей сети по качеству обслуживания. Эта технология содержит четыре уровня гарантий качества сервиса, CBR, VBR, UBR и ABR.
Сервис CBR (constant bit rate, сервис с постоянной битовой скоростью) заказывает пиковую скорость трафика ячеек (peak cell rate, PCR), которая определяет максимальную скоростью передачи информации, которое может поддерживать соединение. Этот уровень сервиса предназначен специально для передачи голоса и видео в реальном масштабе времени.
VBR (variable bit rate, сервис с переменной битовой скоростью) включает два подкласса: трафик VBR реального времени (VBR-RT) и трафик VBR не реального времени (VBT-NRT). Трафик VBR-RT допускает очень узкие границы для задержки передачи ячеек и может использоваться для передачи данных приложений реального времени, которые позволяют небольшое изменение задержки передачи ячеек. Трафик VBR-NRT в свою очередь предъявляет менее жесткие требования к задержке передачи ячеек. Он специально предназначен для передачи коротких, пульсирующих сообщений, таких как сообщения, возникающие при обработке транзакций системами управления базами данных.
В отличие от CBR и VBR, сервис UBR (unspecified bit rate, неопределенная битовая скорость) не определяет ни битовую скорость, ни параметры трафика, ни качество сервиса. Этот вид сервиса предлагает только доставку "по возможности", без гарантий по утере ячеек, задержке ячеек или границам изменения задержки.
Рис. 2. Примерное решение узла сети SDH: без использования ATM-технологии (А) и с применением ATM-коммутатора (Б)
Сервис ABR (available bit rate), подобен сервису UBR, но он использует технику управления трафиком для оценки степени переполнения сети и избегает потерь ячеек. ABR - это первый класс сервиса технологии ATM, который действительно обеспечивает надежный транспорт для приложений с пульсирующим трафиком за счет того, что он может находить неиспользуемые интервалы времени в трафике и заполнять их своими пакетами, если другим классам сервиса эти интервалы не нужны.
Таким образом, использование различные уровни сервиса для различных абонентов сети и/или различных каналов одного и того же абонента ATM технология позволяет оптимизировать нагрузку на сеть и, в конечном счете, добиться более высокой пропускной способности. Отметим также, что внедрение технологии ATM не затрагивает физический уровень каналов информации, и ее реализация возможна в любой среде, а также и в гетерогенных сетевых структурах. Последнее обстоятельство позволило некоторым авторам рассматривать SDH-сеть как естественный транспорт для ATM технологии, который позволяет путем плавной модернизации существующего оборудования перейти в будущем на более совершенные технологии. Такая стратегия экономически оправдана для уже существующих сетей. Например, компания Deutsche Telekom, располагая сетью SDH (T-Net), предоставляет услуги ATM по всей территории Германии. Однако такой подход при проектировании новых сетей приводит к существенному увеличению расходов. В качестве примера рассмотрим узел сети SDH, сопряженный с телефонной АТС (рис 2,а). В этом случае весь трафик, прибывающий на узел, будет обработан аппаратурой АТС для установления необходимых соединений (коммутация). В результате телефонная станция оказывается перегруженной из-за транзитного трафика. При использовании ATM-коммутатора (рис 2,б) весь транзитный трафик направляется в обход АТС и информационная нагрузка на станцию существенно снижается. Следует обратить внимание на то, что ATM-коммутатор работает быстрее, чем телефонная станция, и снижает суммарное время задержки передачи информации. Способность современных коммутаторов работать в оптической линии при скоростях вплоть до 8192 Мб/с делает вторую схему более перспективной. Следовательно, технология ATM позволяет работать в оптических линиях связи не используя оборудование SDH-сетей (такое как мультиплексоры). Кроме того, достигается снижение числа линий, идущих от АТС к оптической линии. Таким образом, при проектировании региональных оптических линий связи, ориентировка на построение чистой SDH-сети с ее дальнейшей модернизацией является ошибочной. Такая стратегия приводит к дополнительным издержкам как при строительстве самой линии связи, так и в оконечном оборудовании сетей доступа.
Таким образом, использование различные уровни сервиса для различных абонентов сети и/или различных каналов одного и того же абонента ATM технология позволяет оптимизировать нагрузку на сеть и, в конечном счете, добиться более высокой пропускной способности. Отметим также, что внедрение технологии ATM не затрагивает физический уровень каналов информации, и ее реализация возможна в любой среде, а также и в гетерогенных сетевых структурах. Последнее обстоятельство позволило некоторым авторам рассматривать SDH-сеть как естественный транспорт для ATM технологии, который позволяет путем плавной модернизации существующего оборудования перейти в будущем на более совершенные технологии. Такая стратегия экономически оправдана для уже существующих сетей. Например, компания Deutsche Telekom, располагая сетью SDH (T-Net), предоставляет услуги ATM по всей территории Германии. Однако такой подход при проектировании новых сетей приводит к существенному увеличению расходов. В качестве примера рассмотрим узел сети SDH, сопряженный с телефонной АТС (рис 2,а). В этом случае весь трафик, прибывающий на узел, будет обработан аппаратурой АТС для установления необходимых соединений (коммутация). В результате телефонная станция оказывается перегруженной из-за транзитного трафика. При использовании ATM-коммутатора (рис 2,б) весь транзитный трафик направляется в обход АТС и информационная нагрузка на станцию существенно снижается. Следует обратить внимание на то, что ATM-коммутатор работает быстрее, чем телефонная станция, и снижает суммарное время задержки передачи информации. Способность современных коммутаторов работать в оптической линии при скоростях вплоть до 8192 Мб/с делает вторую схему более перспективной. Следовательно, технология ATM позволяет работать в оптических линиях связи не используя оборудование SDH-сетей (такое как мультиплексоры). Кроме того, достигается снижение числа линий, идущих от АТС к оптической линии. Таким образом, при проектировании региональных оптических линий связи, ориентировка на построение чистой SDH-сети с ее дальнейшей модернизацией является ошибочной. Такая стратегия приводит к дополнительным издержкам как при строительстве самой линии связи, так и в оконечном оборудовании сетей доступа.
Рис. 3. Сравнение эффективности использования линии передачи при применении различных технологий
Теперь мы можем оценить влияние структуры реального трафика на пропускную способность сетей. Если в настоящем времени около 90% трафика российских SDH-сетей несут голосовые сигналы, то в развитых странах доля передачи голоса составляет существенно меньшее значение (70%). В ближайшем будущем ожидается, что доля числовых данных (обмен между ЭВМ и др.) возрастет и будет больше объема чисто голосового трафика. Если воспользоваться анализом передачи сложного трафика , то получится следующая зависимость эффективности использования пропускной способности линии от отношения долей голос/данные в общем объеме передаваемой информации (см. рис. 3).
Из этого рисунка становится понятно, что сеть, основанная только на временном уплотнении (например, SDH), удовлетворительно работает только при незначительной загрузке ее трафиком данных. Такая ситуация обычно складывается в начале эксплуатации линии, когда основной нагрузкой линии является передача телефонных разговоров. С развитием телекоммуникационной инфраструктуры региона все больший вес приобретает передача данных и, если нет коммутирующего слоя в виде ATM, сеть начинает "задыхаться".
Экономическая эффективность любой системы передачи информации зависит от суммарной стоимости услуг, которая мо жет предоставить эта система. Эта величина определяется в конечном счете как пропускной способностью сети, так и эффективностью ее использования в условиях реальной структуры передаваемого трафика. Более эффективное использование имеющихся сетей приводит к уменьшению тарифов на передачу сложных видов трафика при уменьшении стоимости оборудования, необходимого провайдеру, что стимулирует увеличение клиентской базы и приводит к увеличению общей стоимости предоставляемых услуг. Например, использование заложенных в технологию ATM сервисов делает перспективным развитие на ее базе виртуальных частных сетей.
Ясно, что разница в стоимости оборудования между SDH-сетью и сетью, ориентированной на применение технологии ATM, невелика по сравнению со стоимостью всей сети. Таким образом, еще на стадии строительства закладывая в проект создание сети ATM на волоконно-оптических линиях связи, инвестор получает большую экономическую эффективность, чем в случае SDH-сети.
Уже сегодня сети на основе ATM-технологии показывают свою экономическую и технологическую эффективность на уровне региональных сетей. Эффективная передача мультимедийного трафика с успехом осуществляется с помощью ATM. С учетом усложнения структуры передаваемого трафика простые сети будут применяться в будущем только как узкоспециальные, либо владельцы таких систем вынуждены будут модернизировать свои системы на сетевом и канальном уровнях, чтобы "вскочить на подножку уходящего поезда".
Из этого рисунка становится понятно, что сеть, основанная только на временном уплотнении (например, SDH), удовлетворительно работает только при незначительной загрузке ее трафиком данных. Такая ситуация обычно складывается в начале эксплуатации линии, когда основной нагрузкой линии является передача телефонных разговоров. С развитием телекоммуникационной инфраструктуры региона все больший вес приобретает передача данных и, если нет коммутирующего слоя в виде ATM, сеть начинает "задыхаться".
Экономическая эффективность любой системы передачи информации зависит от суммарной стоимости услуг, которая мо жет предоставить эта система. Эта величина определяется в конечном счете как пропускной способностью сети, так и эффективностью ее использования в условиях реальной структуры передаваемого трафика. Более эффективное использование имеющихся сетей приводит к уменьшению тарифов на передачу сложных видов трафика при уменьшении стоимости оборудования, необходимого провайдеру, что стимулирует увеличение клиентской базы и приводит к увеличению общей стоимости предоставляемых услуг. Например, использование заложенных в технологию ATM сервисов делает перспективным развитие на ее базе виртуальных частных сетей.
Ясно, что разница в стоимости оборудования между SDH-сетью и сетью, ориентированной на применение технологии ATM, невелика по сравнению со стоимостью всей сети. Таким образом, еще на стадии строительства закладывая в проект создание сети ATM на волоконно-оптических линиях связи, инвестор получает большую экономическую эффективность, чем в случае SDH-сети.
Уже сегодня сети на основе ATM-технологии показывают свою экономическую и технологическую эффективность на уровне региональных сетей. Эффективная передача мультимедийного трафика с успехом осуществляется с помощью ATM. С учетом усложнения структуры передаваемого трафика простые сети будут применяться в будущем только как узкоспециальные, либо владельцы таких систем вынуждены будут модернизировать свои системы на сетевом и канальном уровнях, чтобы "вскочить на подножку уходящего поезда".