Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ιδακτορική ιατριβή Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς ΑΤΜ µεταγωγείς: αρχιτεκτονικές και προοπτικές Λασκαρίδης Χαράλαµπος Θεσσαλονίκη, εκέµβριος 2002

2

3 Στους γονείς µου.

4

5 i Περιεχόµενα Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή στα δίκτυα Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς Τι διαφορετικό προσφέρει το ATM; Το «ασύγχρονo» του ATM Η δοµή του ΑΤΜ cell Η στοίβα πρωτοκόλλων του ΑΤΜ... 7 I. Το µοντέλο αναφοράς πρωτοκόλλων... 7 II. Το φυσικό επίπεδο... 8 III. Το ΑΤΜ επίπεδο... 9 IV. Το ATM Adaptation Layer V. AAL τύπου VI. AAL τύπου VII. AAL τύπου 3/ VIII. AAL τύπου Σχέση µεταξύ µοντέλων αναφοράς ΑΤΜ και OSI Αρχές σηµατοδοσίας ΑΤΜ Απόδοση ΑΤΜ δικτύου Έλεγχος κίνησης I. Έλεγχος αποδοχής συνδέσεων Connection admission control II. Έλεγχος παραµέτρων χρήσης Usage parameter control III. Έλεγχος προτεραιότητας Priority control IV. Έλεγχος συµφόρησης Congestion control Λειτουργία και διατήρηση Το ATM Forum Σύνοψη Κεφάλαιο 2 Μεταγωγείς ΑΤΜ: βασικές αρχές Εισαγωγή Λειτουργικές απαιτήσεις I. Απαιτήσεις του στρώµατος χρήστη (user plane) II. Απαιτήσεις του στρώµατος ελέγχου (control plane) III. Απαιτήσεις του στρώµατος διαχείρισης (management plane) IV. Απαιτήσεις ελέγχου κίνησης Μοντέλο αρχιτεκτονικής ATM switch Input module Output module Cell switch fabric Connection Admission Control System Management Κατανοµή των λειτουργιών... 35

6 10. Κατηγορίες αρχιτεκτονικών cell switch fabrics I. Switch fabrics διαµοιραζόµενης µνήµης II. Switch fabrics διαµοιραζόµενου µέσου III. Πλήρως διασυνδεδεµένα switch fabrics IV. Switch fabrics διαίρεσης χώρου Σύνοψη Κεφάλαιο 3 Αρχιτεκτονικές διαµοιραζόµενου µέσου Εισαγωγή Κατηγορίες αρχιτεκτονικών διαµοιραζόµενου µέσου Παράδειγµα αρχιτεκτονικής µε κεντρική διαιτησία Κατανεµηµένη διαιτησία µε µανθάνοντα αυτόµατα I. Η βασική αρχιτεκτονική του LABA II. Η λειτουργία των µανθανόντων αυτοµάτων III. Modular έκδοση των LABA και ilaba IV. Αποτελέσµατα προσοµοιώσεων V. Μελέτη επεκτασιµότητας VI. Μελέτη «δικαιοσύνης» του συστήµατος Σύνοψη Κεφάλαιο 4 Αρχιτεκτονικές διαίρεσης χώρου Εισαγωγή: ίκτυα διασύνδεσης πολλαπλών σταδίων ίκτυα Banyan: ορισµοί και βασικά στοιχεία Παραλλαγές των δικτύων Banyan I. Banyan µε προσωρινές µνήµες (buffered Banyan) II. Batcher-Banyan III. ιεσταλµένο (Dilated) Banyan IV. Σε σειρά (Tandem) Banyan V. Επικαλυπτόµενα (Overlapped) Banyan VI. Παράλληλα (Parallel) Banyan VII. Κυκλικό (Cyclic) Banyan Manhattan Street Networks Άλλες αρχιτεκτονικές διαίρεσης χώρου I. ίκτυα Clos II. Ελικοειδής µεταγωγέας Αρχιτεκτονική πλέγµατος GASA I. Συνολική αρχιτεκτονική II. Αλγόριθµος δροµολόγησης III. Αρχιτεκτονική του στοιχείου µεταγωγής IV. Ανάλυση απόδοσης: αναλυτικό µοντέλο V. Ανάλυση απόδοσης: αποτελέσµατα προσοµοιώσεων VI. Αρχιτεκτονική µε ανοχή σε βλάβες VII. Ανάλυση ανοχής σε βλάβες και συγκρίσεις µε άλλες αρχιτεκτονικές Σύνοψη

7 iii Κεφάλαιο 5 Οπτικά δίκτυα & οπτικοί µεταγωγείς Εισαγωγή Η εξέλιξη της τεχνολογίας WDM Εξοπλισµός WDM I. Συστήµατα πολυπλεξίας διαίρεσης µήκους κύµατος από σηµείο σε σηµείο II. Πολυπλέκτες προσθαφαίρεσης µηκών κύµατος III. ιασυνδέσεις µεταξύ ινών και µηκών κύµατος Οπτικά αναδιαρθρώσιµος GASA µεταγωγέας I. Η έννοια της συσχέτισης II. Αρχιτεκτονική και λειτουργία του αναδιαρθρώσιµου GASA µεταγωγέα III. Βελτίωση απόδοσης: Πειραµατικά δεδοµένα Οπτικοί µεταγωγείς πακέτων Αναφορές I. Κεφάλαιο II. Κεφάλαιο III. Κεφάλαιο IV. Κεφάλαιο V. Κεφάλαιο Παράρτηµα: Κώδικες προγραµµάτων προσοµοιώσεων Learning automata-based bus arbitration (LABA) I. Βασικό σχήµα: LABA II. Βελτιωµένο σχήµα: ilaba III. Modular σχήµα: M-LABA IV. Modular βελτιωµένο σχήµα: M-iLABA Grid-based ATM Switch Arcitecture (GASA) I. Βασικό σχήµα GASA II. GASA-2: επιτάχυνση στις κεντρικές συνδέσεις III. GASA-3: επιτάχυνση σε όλες τις συνδέσεις Οπτικά αναδιαρθρώσιµος GASA µεταγωγέας I. Αναδιάρθρωση βάσει στατιστικών προηγούµενης ηµέρας II. Αναδιάρθρωση βάσει στατιστικών προηγούµενου 10λέπτου III. Αναδιάρθρωση βάσει στατιστικών του ίδιου 10λέπτου προηγούµενης ηµέρας

8

9 Πρόλογος v Καθώς µπαίνουµε στον 21ο αιώνα, το Internet εξακολουθεί να γνωρίζει πολύ µεγάλη ανάπτυξη όσο αφορά το πλήθος των συνδεδεµένων υπολογιστών, το πλήθος των χρηστών, το µέγεθος της διακινούµενης πληροφορίας, το πλήθος των διασυνδέσεων, το εύρος ζώνης της κάθε σύνδεσης, το ρυθµό ανάπτυξης των παροχέων υπηρεσιών Internet (Internet Service Providers, ISP s). Ενδεικτικά αναφέρουµε ότι από το 1989 το πλήθος των συνδεδεµένων στο Internet υπολογιστών διπλασιάζεται περίπου κάθε 56 εβδοµάδες, ενώ από το 1997 το πλήθος των web servers διπλασιάζεται κάθε 23 εβδοµάδες. Η συνεχής γρήγορη ανάπτυξη του Internet, σε συνδυασµό µε το πλήθος και την ποικιλία των υπηρεσιών που είναι επιθυµητό να είναι διαθέσιµες πάνω από το Internet, θέτει δύο κύριες προκλήσεις στο σχεδιασµό και την υλοποίηση των µεταγωγέων πακέτων (packet switches), ανεξαρτήτως αν πρόκειται για IP routers, ATM switches, Fast ή Gigabit Ethernet switches. Πρώτον, χρειάζονται packet switches µε δυνατότητες εξυπηρέτησης δεδοµένων µε συνολικό ρυθµό πολλών terabits ανά δευτερόλεπτο και δυνατότητα προώθησης µε ρυθµό δισεκατοµµυρίων πακέτων ανά δευτερόλεπτο. Οι περιορισµοί που υπάρχουν στις δυνατότητες των µνηµών και των τεχνολογιών διασύνδεσης συνεπάγονται την ανάγκη νέων αρχιτεκτονικών και τεχνικών. εύτερον, όσο η χωρητικότητα του δικτύου είναι περιορισµένη, είναι επιθυµητό να παρέχεται µια ποικιλία «κλάσεων υπηρεσιών» για τους χρήστες των οποίων η κίνηση απαιτεί ιδιαίτερη µεταχείριση, όπως εγγυηµένη καθυστέρηση, περιορισµένη διακύµανση στην καθυστέρηση και µικρή απώλεια πακέτων. Παρότι είναι γενικά γνωστό το πώς υλοποιούνται αυτές οι απαιτήσεις σε δίκτυα χαµηλών ταχυτήτων, παραµένει αντικείµενο έρευνας το πώς µπορούν να προσφερθούν αυτά τα χαρακτηριστικά σε ένα δίκτυο υ- ψηλών ταχυτήτων. Συνοψίζοντας λοιπόν µπορούµε να πούµε ότι υπάρχει απαίτηση για αρχιτεκτονικές δροµολογητών και µεταγωγέων µε µεγάλη ικανότητα διαµεταγωγής πακέτων που θα παρέχουν και υπηρεσίες εγγυηµένης ποιότητας. Στα πλαίσια της διατριβής αυτής θα γίνει κατ αρχήν µια εισαγωγή στην τεχνολογία ασύγχρονου τρόπου µεταφοράς (asynchronous transfer mode, ATM), η οποία, παρότι έχει αντικατασταθεί σε αρκετές συνδέσεις δικτύων ευρείας περιοχής (WAN s) υπερυψηλών ταχυτήτων από άλλες τεχνολογίες, παρα- µένει κραταιά από τα WAN s µέχρι τα campus δίκτυα, προσφέροντας χαρακτηριστικά που δεν προσφέρονται από καµιά άλλη τεχνολογία, µε κυριότερο αυτό της δυνατότητας ορισµού πολλαπλών νοητών συνδέσεων µε συγκεκριµένα χα-

10 vi Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς ρακτηριστικά πάνω από µια φυσική σύνδεση. Στο 1ο κεφάλαιο λοιπόν θα παρουσιαστούν βασικά στοιχεία για τη λειτουργία, τα πρωτόκολλα και τα λοιπά πρότυπα του ΑΤΜ. Στο κύριο µέρος της διατριβής θα επικεντρωθούµε στην αρχιτεκτονική των ΑΤΜ µεταγωγέων, των ενεργών στοιχείων του δικτύου που αποτελούν την καρδιά του ΑΤΜ δικτύου. Στο 2ο κεφάλαιο θα παρουσιαστούν βασικές σχεδιαστικές αρχές, οι απαιτήσεις που υπάρχουν από το δίκτυο όσον αφορά στη λειτουργία των µεταγωγέων και η βασική αρχιτεκτονική τους µε τα λειτουργικά τµήµατά τους. Το µέρος του µεταγωγέα που παίζει καθοριστικό ρόλο στην απόδοση του συστήµατος είναι το cell switch fabric, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη µεταγωγή των ATM cells µεταξύ των εισόδων και των εξόδων, αλλά και των λοιπών τµηµάτων του µεταγωγέα. Οι τέσσερις βασικές κατηγορίες αρχιτεκτονικών των switch fabrics θα παρουσιαστούν περιληπτικά στο τέλος αυτού του κεφαλαίου, οι δύο από αυτές όµως αποτελούν το αντικείµενο των δύο επόµενων κεφαλαίων. Έτσι, στο 3ο κεφάλαιο παρουσιάζονται αρχιτεκτονικές στις οποίες το switch fabric στηρίζεται σε ένα διαµοιραζόµενο µέσο, δακτύλιο ή δίαυλο, η πρόσβαση στο οποίο ελέγχεται είτε κεντρικά είτε κατανεµηµένα. Τα πλεονεκτήµατα και τα µειονεκτήµατα του κατανεµηµένου ελέγχου πρόσβασης έναντι του κεντρικού ε- λέγχου πρόσβασης επισηµαίνονται και προτείνουµε µια νέα αρχιτεκτονική µε κατανεµηµένο έλεγχο. Η συµβολή της παρούσας διατριβής συνίσταται στην εισαγωγή παραλλαγών ενός νέου σχήµατος ελέγχου πρόσβασης, το οποίο ονοµάζεται Learning Automata-based Bus Arbitration (LABA). Το σχήµα αυτό, βασιζόµενο σε µανθάνοντα αυτόµατα, εξαλείφει τα µειονεκτήµατα του κατανε- µηµένου ελέγχου πρόσβασης, διατηρώντας τα πλεονεκτήµατά του. Η απόδοση του σχήµατος ελέγχου του κοινού µέσου συγκρίνεται µε χρήση προσοµοιώσεων µε την απόδοση άλλων παραπλήσιων σχηµάτων και αποδεικνύεται η ανωτερότητά του. Στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζεται µια µεγάλη οικογένεια αρχιτεκτονικών switch fabrics, οι αρχιτεκτονικές διαίρεσης χώρου, το κοινό χαρακτηριστικό των οποίων είναι ότι τα ATM cells διαµοιράζονται ένα σύνολο από µικρούς µεταγωγείς (τα επονοµαζόµενα στοιχεία µεταγωγής) και συνδέσεις µεταξύ αυτών, προκειµένου να φθάσουν στην επιθυµητή έξοδο. Η κυριότερη κατηγορία αρχιτεκτονικών αυτής της οικογένειας είναι τα δίκτυα διασύνδεσης πολλαπλών σταδίων (multistage interconnection networks, MIN s) µε γνωστότερα εξ αυτών τα δίκτυα Banyan. Τόσο οι βασικές µορφές αυτών, όσο και οι κυριότερες παραλλαγές τους θα παρουσιαστούν στο κεφάλαιο αυτό. Στο 4ο κεφάλαιο επίσης θα παρουσιαστούν και άλλες γνωστές αρχιτεκτονικές διαίρεσης χώρου, ενώ η συµβολή της

11 Πρόλογος vii παρούσας διατριβής στη συγκεκριµένη κατηγορία αρχιτεκτονικών περιγράφεται στο τελευταίο τµήµα του κεφαλαίου. Η «αρχιτεκτονική ΑΤΜ µεταγωγέα βασισµένη σε πλέγµα» (Grid-based ATM Switch Architecture, GASA) αποτελείται από ένα ορθογωνικό πλέγµα στοιχείων µεταγωγής. Η µεταγωγή των cells µέσα σε αυτό το πλέγµα γίνεται µε τη χρήση ενός πολύ απλού αλγορίθµου δρο- µολόγησης. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται τόσο το αναλυτικό µοντέλο όσο και αποτελέσµατα προσοµοιώσεων. Στο τελευταίο µέρος του κεφαλαίου γίνεται παρουσίαση των χαρακτηριστικών που επιδεικνύει η συγκεκριµένη αρχιτεκτονική όσον αφορά στην ανοχή σε βλάβες και συγκρίνεται µε άλλες αρχιτεκτονικές που είναι σχεδιασµένες, ώστε να είναι ανθεκτικές σε βλάβες. Στο τελευταίο κεφάλαιο της διατριβής παρουσιάζονται η τρέχουσα κατάσταση και οι πιθανές µελλοντικές εξελίξεις όσον αφορά στα οπτικά δίκτυα και τους οπτικούς µεταγωγείς (όχι απαραιτήτως ΑΤΜ µεταγωγείς). Το θέµα αυτό είναι µείζονος επιστηµονικού ενδιαφέροντος, καθώς από τη µια πλευρά οι απαιτήσεις των χρηστών σε εύρος ζώνης συνεχώς αυξάνουν και από την άλλη πλευρά οι ο- πτικές ίνες ως µέσο µετάδοσης έχουν δυνατότητες που παραµένουν ανεκµετάλλευτες, εξαιτίας του τερµατικού εξοπλισµού και του εξοπλισµού µεταγωγής και δροµολόγησης της κίνησης. Στο κεφάλαιο αυτό θα παρουσιαστεί επίσης µια βελτιωµένη παραλλαγή του µεταγωγέα GASA, στην οποία εκµεταλλευόµαστε τη «µακροπρόθεσµη» συσχέτιση της κίνησης µεταξύ των θυρών ενός ΑΤΜ µεταγωγέα, για να βελτιώσουµε την απόδοσή του, χρησιµοποιώντας απλά οπτικά µέσα. Κλείνοντας την εισαγωγή θα ήθελα να ευχαριστήσω τα µέλη της τριµελούς συµβουλευτικής επιτροπής Ανδρέα Ποµπόρτση, καθηγητή του Τµήµατος Πληροφορικής, Ιωάννη Βλαχάβα, αναπληρωτή καθηγητή του Τµήµατος Πληροφορικής και Αναστάσιο Οικονοµίδη, επίκουρο καθηγητή του Οικονοµικού Τµήµατος του Παν. Μακεδονίας. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επίκουρο καθηγητή του Τµήµατος Πληροφορικής Γεώργιο Παπαδηµητρίου, καθώς και τον επίκουρο καθηγητή του Τµήµατος ηµοσιογραφίας και Μ.Μ.Ε. Ανδρέα Βέγλη, για τη βοήθεια και την καθοδήγηση που µου προσέφεραν.

12 viii Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς Εργασίες που εκπονήθηκαν στα πλαίσια αυτής της διατριβής: Εργασίες σε επιστηµονικά περιοδικά: H. S. Laskaridis, A. A. Veglis, G. I. Papadimitriou, A. S. Pomportsis, Grid-based switch fabrics: a new approach in designing fault-tolerant ATM switches, Elsevier, Computer Communications, Vol. 24, Issues 15-16, σελ , Οκτ H. S. Laskaridis, G. I. Papadimitriou, A. S. Pomportsis, Reconfigurable ATM switch fabrics using traffic history, IEEE Communications Letters, Vol. 6, No. 7, σελ , Ιούλ M. S. Obaidat, G. I. Papadimitriou, A. S. Pomportsis, H. S. Laskaridis, Learning automata-based bus arbitration for shared-medium ATM switches, ΙΕΕΕ Transactions on Systems, Man, and Cybernetics Special Issue on Learning Automata: theory, paradigms, and applications, Vol. 32, No. 6, σελ , εκ Εργασίες σε επιστηµονικά συνέδρια: H. S. Laskaridis, A. A. Veglis, A. S. Pomportsis, Grid-based ATM Switch Architecture: a new minimalistic switch fabric, International Conference on Applied Informatics (Innsbruck, Αυστρία), σελ , Φεβ H. S. Laskaridis, A. A. Veglis, G. I. Papadimitriou, A. S. Pomportsis, Grid-based ATM Switch Architecture: a new fault-tolerant space-division switch fabric architecture, Proceedings of the 7th IEEE Mediterranean Conference on Control and Automation (Haifa, Ισραήλ), σελ , Ιούν H. S. Laskaridis, A. A. Veglis, G. I. Papadimitriou, A. S. Pomportsis, Fault tolerance on grid-based ATM switches, Proceeding of the 3rd IMACS/IEEE World Multiconference on Circuits, Systems, Communications and Computers (Αθήνα), σελ , Ιούλ «Οι µηχανικοί κτίζουν για το µέλλον, όχι απλώς για τις ανάγκες των ανθρώπων, αλλά και για τα όνειρά τους. Συνεπώς η δουλειά του µηχανικού είναι από τη φύση της µια ατρόµητη αισιοδοξία ότι η ζωή θα συνεχιστεί και ότι αξίζει να δουλεύεις για το µέλλον.» Dwight David Eisenhower, , 34ος Πρόεδρος των Η.Π.Α.

13 Κ ε φ ά λ α ιι ο 1 Ε ιι σ α γ ω γ ή σ τ α δ ίί κ τ υ α Α σ ύ γ χ ρ ο ν ο υ Τ ρ ό π ο υ Μ ε τ α φ ο ρ ά ς 1. Τι διαφορετικό προσφέρει το ATM; Κάποιος σηκώνει το ακουστικό του τηλεφώνου, ακούει το σήµα του κέντρου, πληκτρολογεί το νούµερο του τηλεφώνου που θέλει να καλέσει και το τηλέφωνο του καλούµενου κουδουνίζει. Οι εργαζόµενοι ενός υποκαταστήµατος µιας εταιρείας που διαθέτει υποκαταστήµατα και αποθήκες σε διάφορες πόλεις της χώρας αναζητούν µέσω του δικτύου δεδοµένων της εταιρείας αν κάποιο προϊόν υπάρχει στην αποθήκη τους ή σε κάποια άλλη αποθήκη. Σε κάποια άλλη στιγµή αναζητούν σχετικά προϊόντα ανά τον κόσµο µέσω του Internet. Τα απογεύµατα στο σπίτι τους οι άνθρωποι βλέπουν τηλεόραση, είτε «συµβατική» είτε συνδροµητική. Όλα τα παραπάνω είναι παραδείγµατα χρήσης δικτύων, τα οποία παραδοσιακά δηµιουργούνταν και συντηρούνταν ξεχωριστά. Το γεγονός αυτό όµως προφανώς αυξάνει το κόστος κατασκευής, λειτουργίας, ελέγχου και συντήρησης. Προκειµένου να µειωθεί το κόστος, ο πιο συνηθισµένος τρόπος για την κατασκευή δικτύων τα τελευταία χρόνια, σε µια εταιρεία µε γεωγραφικά κατανεµηµένη παρουσία, ήταν µε χρήση µισθωµένων channelized Ε1 γραµµών (ή Τ1 στην Αµερική). Μέσω των 30 διακριτών καναλιών του (δεν υπολογίζουµε τα κανάλια σηµατοδοσίας και πλαισίωσης-χρονισµού), των 64 kbps έκαστο, µπορούσαν να συνδεθούν και τα τοπικά τηλεφωνικά κέντρα και τα τοπικά δίκτυα δεδοµένων της εταιρείας. Για παράδειγµα µπορούν να ανατεθούν 512 kbps (8 64 kbps) για τη σύνδεση του τοπικού δικτύου ενός υποκαταστήµατος µε το δίκτυο δεδοµένων

14 2 Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς των κεντρικών, 2 κανάλια για video-conference και 20 κανάλια (που µπορούν να υποστηρίζουν 20 ταυτόχρονες τηλεφωνικές κλήσεις) για τη σύνδεση του τηλεφωνικού κέντρου του υποκαταστήµατος µε τα κεντρικά. Το πρόβληµα µε αυτό τον τρόπο σχεδιασµού των δικτύων, είναι ότι η «διαστασιολόγηση» ( dimensioning ) γίνεται µε βάση συνθήκες µέγιστου φόρτου. Στο παραπάνω παράδειγµα, η απόφαση να δοθούν 20 κανάλια για τηλεφωνικές κλήσεις, 2 κανάλια για video-conference και 8 κανάλια για δεδοµένα πάρθηκε µε βάση το ότι 1. κατά τις ώρες αιχµής (π.χ ) είναι πιθανό να υπάρξουν 20 ταυτόχρονες τηλεφωνικές κλήσεις, 2. πρέπει η διαστασιολόγηση του τηλεφωνικού δικτύου να εγγυάται ότι ο χρήστης του τηλεφωνικού δικτύου θα βρει ελεύθερη γραµµή ανά πάσα στιγµή µε πιθανότητα 99.9%, 3. µπορεί ο διευθυντής και ο υποδιευθυντής του υποκαταστήµατος να θελήσουν να κάνουν video-conference ταυτόχρονα, 4. δε µας ενδιαφέρει ιδιαίτερα η ταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων µεταξύ των τοπικών δικτύων δεδοµένων. Αν σκεφτούµε όµως ότι τις µη εργάσιµες ώρες οι τηλεφωνικές κλήσεις είναι ελάχιστες, τις µεταµεσονύκτιες ώρες η πιθανότητα χρήσης του τηλεφωνικού δικτύου της εταιρείας είναι µηδαµινή, η πιθανότητα ταυτόχρονης χρήσης videoconference από το διευθυντή και τον υποδιευθυντή είναι µικρή και εκτός ωρών εργασίας µηδαµινή, τα αντίγραφα ασφαλείας παίρνονται τις µεταµεσονύκτιες ώρες µέσω της σύνδεσης των 512 kbps και γενικά όλες οι µεταφορές δεδοµένων, καθ όλη τη διάρκεια της ηµέρας γίνονται µέσω αυτής της σύνδεσης ανεξαρτήτως του πόσα από τα υπόλοιπα 22 κανάλια χρησιµοποιούνται την κάθε στιγµή, τότε είναι σαφές ότι δε γίνεται σωστή / πλήρης αξιοποίηση του εύρους ζώνης των 2 Mbps. Το πρόβληµα µπορεί να συνοψιστεί στο εξής: δεν υπάρχει τρόπος να γίνει ανάθεση εύρους ζώνης σε κάθε µια από τις 3 εφαρµογές τηλεφωνία, video-conference, µεταφορά δεδοµένων ανάλογα µε τις τρέχουσες ανάγκες της, αλλά η ανάθεση γίνεται µε βάση τις µέγιστες πιθανές ανάγκες. (Από την άλλη πλευρά να σηµειωθεί βέβαια ότι η εταιρεία χρεώνεται για τη γραµµή των 2 Mbps ανεξαρτήτως της χρήσης της.) Το πρόβληµα αυτό έρχεται να αντιµετωπίσει ο Ασύγχρονος Τρόπος Μεταφοράς Asynchronous Transfer Mode, µε τη δυναµική ανάθεση εύρους ζώνης ανάλογα µε τις τρέχουσες απαιτήσεις κάθε εφαρµογής. Μάλιστα, µέσα σε ένα περιβάλλον που τα δίκτυα φωνής και δεδοµένων τείνουν να ενοποιηθούν, το

15 1. Εισαγωγή στα δίκτυα Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς 3 ΑΤΜ µπορεί να προσφέρει αυτή την ενοποίηση µε έναν πολύ αποδοτικό και οικονοµικό τρόπο. Η καλύτερη αξιοποίηση του εύρους ζώνης όµως δεν είναι το µόνο πρόβληµα που έρχεται να αντιµετωπίσει το ΑΤΜ. Υπάρχει µια πληθώρα εφαρµογών µε πολύ διαφορετικές απαιτήσεις εξυπηρέτησης από το δίκτυο: υπάρχουν εφαρµογές connection oriented και εφαρµογές connectionless, εφαρµογές που απαιτούν µεγάλο εύρος ζώνης και άλλες που δεν έχουν µεγάλες απαιτήσεις, εφαρµογές που είναι ευαίσθητες στην καθυστέρηση και στη διακύµανση της καθυστέρησης και άλλες που δεν είναι ευαίσθητες, άλλες που παράγουν δεδοµένα µε σταθερό ρυθ- µό και άλλες µε µεταβλητό ρυθµό. Το ΑΤΜ είναι µια τεχνολογία δικτύου που µπορεί να εξυπηρετήσει όλες αυτές τις εφαρµογές µε διαφορετικού είδους συνδέσεις, παρέχοντας διαφορετικές υπηρεσίες σε κάθε κατηγορία εφαρµογών, ανάλογα µε τις ανάγκες τους. Το όραµα που υπήρχε για το ΑΤΜ ήταν ότι θα καταστεί η τεχνολογία διασύνδεσης απ άκρο σ άκρο, καθώς θα εξαπλώνονταν από το κάθε LAN µέχρι το WAN παγκοσµίως. Ο connection-oriented χαρακτήρας του καθιστά το ΑΤΜ κατάλληλο για υλοποιήσεις δικτύων WAN, πάνω από τα οποία οι πάροχοι υπηρεσιών θα µπορούσαν να µεταφέρουν δεδοµένα, φωνή και video. Όµως η προσο- µοίωση ενός broadcast περιβάλλοντος, όπως αυτό το γνωρίζουµε µέσα σ ένα LAN, οδήγησε στην ανάπτυξη πολύ περίπλοκων πρωτοκόλλων για χρήση του ATM στο LAN. Έτσι, όσον αφορά στο LAN, υπερσκελίστηκε από άλλες τεχνολογίες πολύ απλούστερες, όπως το Fast Ethernet και το Gigabit Ethernet, µε τις οποίες µάλιστα και οι χρήστες και οι κατασκευαστές ήταν εξοικειωµένοι. Αντιθέτως, όσον αφορά στο WAN περιβάλλον, χάρη στα χαρακτηριστικά που αναφέρθηκαν παραπάνω, αποτελεί σήµερα την κύρια επιλογή των Internet Service Providers για WAN συνδέσεις εύρους ζώνης µέχρι και 622 Μbps. 2. Το «ασύγχρονo» του ATM ΑΤΜ σηµαίνει Asynchronous Transfer Mode. Το «ασύγχρονο» αναφέρεται στον τρόπο µε τον οποίο επιτυγχάνει την ανάθεση και τον κατακερµατισµό του bandwidth. Σύµφωνα µε τον επίσηµο ορισµό της ITU (πρώην CCITT) το ΑΤΜ είναι µια τεχνική πολυπλεξίας στην οποία η ικανότητα µετάδοσης οργανώνεται µε µη αφιερωµένες θυρίδες (undedicated slots), οι οποίες γεµίζουν µε κυψελίδες (cells), ανάλογα µε τις στιγµιαίες πραγµατικές ανάγκες της κάθε εφαρµογής. Η έκφραση «µη αφιερωµένες θυρίδες» θέλει να δείξει την αντίθεση του ΑΤΜ σε σχέση µε τα κανάλια που χρησιµοποιούνται στον «τρόπο µεταφοράς µε κυκλώµατα» (circuit transfer mode). Ο τρόπος µεταφοράς µε κυκλώµα-

16 4 Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς τα ορίζεται από την ITU ως ο τρόπος µεταφοράς στον οποίο η µετάδοση και η µεταγωγή επιτυγχάνονται µε τη µόνιµη ανάθεση καναλιών / εύρους ζώνης µεταξύ των συνδέσεων. Προφανώς αυτός είναι ο τρόπος που χρησιµοποιείται στις channelized συνδέσεις. Με άλλα λόγια, το «ασύγχρονο» αναφέρεται στον τρόπο πολυπλεξίας των δεδοµένων, δηλαδή πώς δεδοµένα από διάφορες πηγές και µε διαφορετικούς προορισµούς πολυπλέκονται πάνω από την ίδια φυσική σύνδεση. Σε κάθε σύγχρονο τρόπο µεταφοράς, σε κάθε πηγή ανατίθεται ένα σταθερό εύρος ζώνης µε βάση τη «θέση» (π.χ. ένα εύρος συχνότητας στο FDM ή ένα time slot στο TDM). Το ΑΤΜ δε βασίζεται στη «θέση», αλλά η πληροφορία που βρίσκεται στην επικεφαλίδα κάθε cell αρκεί για να καθορίσει από πού έρχεται και πού πηγαίνει η κίνηση. Όλα στηρίζονται σε νοητές συνδέσεις και όχι σε κανάλια, όπως συµβαίνει στα παραδοσιακά συστήµατα πολυπλεξίας µε διαµοιρασµό χρόνου (time division multiplexing). Μια σηµαντικότατη συνεπαγόµενη διαφορά είναι ότι δεδοµένα µεταφέρονται σε µια σύνδεση στο ATM µόνο αν υπάρχουν πραγµατικά δεδοµένα, σε αντίθεση µε τα συστήµατα σύγχρονης πολυπλεξίας στα οποία, ακόµα κι αν δεν υπάρχουν δεδοµένα µεταδίδεται ένα bit pattern για να δηλώσει ότι το κανάλι είναι ανενεργό. Αν δε γίνονταν αυτό, ο παραλήπτης δε θα µπορούσε να ταυτοποιήσει την πληροφορία των άλλων time slots. 3. Η δοµή του ΑΤΜ cell Η τεχνολογία ΑΤΜ στηρίζεται στο ATM cell ως µονάδα ανταλλαγής δεδο- µένων. Το cell ορίζεται ως ένα µπλοκ πληροφορίας σταθερού µήκους. Το ATM cell αποτελείται από 53 bytes, τα οποία χωρίζονται σε µια «κεφαλίδα» (header) µήκους 5 bytes και ένα «ωφέλιµο φορτίο» (payload) µήκους 48 bytes. Το υ- περβολικά µικρό µέγεθος του πακέτου προέκυψε από την ανάγκη υποστήριξης µετάδοσης ήχου πάνω από το δίκτυο ενοποιηµένων υπηρεσιών. Η εφαρµογή αυτή έχει ιδιαίτερες απαιτήσεις όσον αφορά στην καθυστέρηση και τη διακύµανση αυτής. Αν χρησιµοποιούνταν µεγάλα πακέτα, όπως συνηθίζεται στα δίκτυα δεδοµένων, αφενός θα αυξάνονταν η καθυστέρηση που εισάγεται µέχρι να συλλεχθούν τα δείγµατα ήχου που χρειάζονται για να γεµίσει ένα πακέτο (packetization delay) και αφετέρου θα ήταν απρόβλεπτη η καθυστέρηση µετάδοσης των δεδοµένων, καθώς θα εξαρτώνταν από τα µεγέθη των πακέτων που θα συναντώνταν στα στοιχεία µεταγωγής. Πριν προχωρήσουµε στην περιγραφή των περιεχοµένων της κεφαλίδας, θα κάνουµε µια παρένθεση. Στο ΑΤΜ δίκτυο ορίζονται δύο ειδών διεπαφές:

17 1. Εισαγωγή στα δίκτυα Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς 5 Το User-to-Network Interface (UNI) είναι η διεπαφή (interface) µεταξύ κάθε τερµατικού συστήµατος ΑΤΜ (ATM end system) και του ΑΤΜ δικτύου. Στην πράξη πρόκειται για το interface µεταξύ κάθε µηχανήµατος (σταθµού εργασίας, server ή δροµολογητή) που έχει ATM κάρτα δικτύου και του ATM στοιχείου µεταγωγής στο οποίο είναι συνδεδεµένο. Το Node-to-Node Interface (NNI) ή Network-to-Network Interface όπως συναντάται αλλιώς στη βιβλιογραφία, είναι η διεπαφή (interface) µεταξύ των στοιχείων µεταγωγής ATM (ATM switches). Τα παραπάνω απεικονίζονται γραφικά στο σχήµα 1.1. Η ακριβής µορφή των cells εξαρτάται από το είδος του interface που εξέρχονται ή εισέρχονται. UNI NNI NNI NNI UNI Σχήµα 1.1: Οι διεπαφές UNI και NNI Μέσα στο header, υπάρχει η πληροφορία µεταξύ άλλων σχετικά µε τον «ιδιοκτήτη» του cell, προκειµένου να διαχωρίζεται από τα υπόλοιπα cells που µεταδίδονται πάνω από τον ίδιο φυσικό φορέα. Αυτή είναι και η σηµαντικότερη πληροφορία του header. Η δοµή του ATM cell, ανάλογα µε το είδος του interface, φαίνεται στο σχή- µα 1.2. Ο κυριότερος ρόλος του ATM cell header είναι η ταυτοποίηση των cells που ανήκουν στο ίδιο «νοητό κανάλι» ή αλλιώς «νοητή σύνδεση». Μια νοητή σύνδεση ταυτοποιείται από το συνδυασµό των τιµών που έχουν τα πεδία Virtual Path Identifier (VPI) και Virtual Channel Identifier (VCI). Με δεδοµένο ότι υπάρχουν δύο πεδία, µπορούµε να πούµε ότι υπάρχει µια ιεραρχική δόµηση των νοητών συνδέσεων. Συγκεκριµένα υπάρχουν τα νοητά µονοπάτια (2 8 σε ένα UNI και 2 12 σε ένα ΝΝΙ), κάθε ένα από τα οποία περιλαµβάνει µέχρι 2 16 νοητά κανάλια. Συνήθως στη βιβλιογραφία τα νοητά µονοπάτια παροµοιάζονται µε µεγάλους σωλήνες που µέσα τους περιέχουν µικρότερα σωληνάκια, τα νοητά κανάλια.

18 6 Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς (α) GFC HEADER VPI VCI PTI CLP HEC PAYLOAD 4 bits 8 bits 16 bits bits 48 bytes (β) HEADER VPI VCI PTI CLP HEC PAYLOAD 12 bits 16 bits bits 48 bytes GFC: Generic Flow Control PTI: Payload Type Indicator VPI: Virtual Path Identifier VCI: Virtual Channel Identifier CLP: Cell Loss Priority HEC: Header Error Control Σχήµα 1.2: οµή ATM cell - (α) στο UNI και (β) στο ΝΝΙ Κάποια στοιχεία µεταγωγής, κατά µήκος της διαδροµής που ακολουθούν τα cells, µπορεί να µη χρειάζεται να ελέγξουν το VCI, αλλά να κάνουν µεταγωγή της κίνησης µόνο µε βάση το VPI. Αυτό προφανώς προσφέρει τη δυνατότητα να γίνεται η µεταγωγή µε µεγάλη ταχύτητα. Σχετικά µε τα υπόλοιπα πεδία, περιληπτικά µπορούµε να πούµε τα εξής: Generic Flow Control: 4 bits δεσµευµένα για την υλοποίηση απλών σχηµάτων ελέγχου ροής, τα οποία όµως δε χρησιµοποιούνται επί του παρόντος. Payload Type Indicator: 3 bits που δηλώνουν αν στο payload του cell υπάρχουν δεδοµένα χρήστη, δεδοµένα σηµατοδοσίας ή πληροφορίες διαχείρισης. Cell Loss Priority: Ένα bit που καθορίζει αν το ΑΤΜ δίκτυο έχει το δικαίω- µα να απορρίψει αυτό το cell, αν παραστεί ανάγκη, λόγω συνθηκών συµφόρησης. Header Error Control: 8 bits που υλοποιούν κώδικα ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών για την προστασία της κεφαλίδας. Σηµειώνεται ότι το payload δεν προστατεύεται από κάποιο αντίστοιχο πεδίο στο ΑΤΜ επίπεδο. Όσον αφορά στη διαφορά της δοµής των cells στο UNI και στο ΝΝΙ, έχουµε να επισηµάνουµε ότι το πεδίο Generic Flow Control απουσιάζει από το NNI, καθώς ο έλεγχος ροής είναι ένα θέµα που αφορά τη σύνδεση του αποστολέα µε το ΑΤΜ δίκτυο και όχι τις συνδέσεις µεταξύ των κόµβων του ΑΤΜ δικτύου, δηλαδή των switches. (Για την επικοινωνία µεταξύ των switches έχουν υλοποιηθεί ειδικά πρωτόκολλα διαχείρισης και λειτουργίας του δικτύου, µερικά στοιχεία των οποίων θα δούµε παρακάτω.) Τα 4 bits του GFC αξιοποιούνται στο NNI για να

19 1. Εισαγωγή στα δίκτυα Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς 7 προσφέρουν περισσότερα νοητά µονοπάτια: 2 12 αντί των 2 8 που είναι διαθέσιµα σε ένα UNI. 4. Η στοίβα πρωτοκόλλων του ΑΤΜ I. Το µοντέλο αναφοράς πρωτοκόλλων Η αρχιτεκτονική πρωτοκόλλων του ΑΤΜ ακολουθεί το µοντέλο αναφοράς του Broadband ISDN, όπως αυτό ορίζεται από τη σύσταση I.321 της ITU-T. Η σηµαντικότερη διαφορά µεταξύ αυτού του µοντέλου αναφοράς και του αντίστοιχου του OSI, είναι ότι το µοντέλο αναφοράς του ΑΤΜ είναι τρισδιάστατο (σχή- µα 1.3), µε 3 κατακόρυφα στρώµατα: Το στρώµα χρήστη user plane, του οποίου η λειτουργία είναι να µεταφέρει τα δεδοµένα του χρήστη και να εφαρµόζει όλες τις σχετικές λειτουργίες ελέγχου, όπως ο έλεγχος ροής και έλεγχος σφαλµάτων. Το στρώµα ελέγχου control plane, του οποίου η λειτουργία είναι να εγκαθιστά, να παρακολουθεί και να αποδεσµεύει τις νοητές συνδέσεις, καθώς και να ελέγχει τη σωστή τους λειτουργία µέσω ανταλλαγής κατάλληλων µηνυµάτων σηµατοδοσίας. Το στρώµα διαχείρισης management plane, το οποίο εκτελεί τις λειτουργίες διαχείρισης, τόσο για όλο το σύστηµα (plane management) συντονίζοντας τις λειτουργίες των στρωµάτων χρήστη και ελέγχου, όσο και του κάθε επιπέδου (layer management) ελέγχοντας τις παραµέτρους και τους πόρους τους. Control Plane Ανώτερα επίπεδα ATM Adaptation Layer ATM Layer Physical Layer Management Plane User Plane Ανώτερα επίπεδα Layer Management Plane Management Σχήµα 1.3: Το µοντέλο αναφοράς των ΑΤΜ πρωτοκόλλων

20 8 Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς Τα στρώµατα χρήστη και ελέγχου περιλαµβάνουν τρία επίπεδα, τα οποία α- σχολούνται µε τη µετάδοση των δεδοµένων διαµέσου του δικτύου, καθώς και ένα σύνολο ανώτερων επιπέδων. Τα τρία κατώτερα επίπεδα είναι το φυσικό, το ATM και το ATM adaptation layer (AAL). Οι λειτουργίες της σηµατοδοσίας που εκτελούνται από το στρώµα ελέγχου είναι ανεξάρτητες από τις λειτουργίες που σχετίζονται µε τη µεταφορά δεδοµένων χρήστη που εκτελούνται από το στρώµα χρήστη. Έτσι θα µπορούσαµε να πούµε ότι υπάρχει ένα είδος «out-ofband signaling». Σε κάθε επίπεδο ορίζονται και υποεπίπεδα, τα οποία θα τα δούµε στην αναλυτικότερη παρουσίαση του κάθε επιπέδου. II. Το φυσικό επίπεδο Το φυσικό επίπεδο περιλαµβάνει δύο υποεπίπεδα: το υποεπίπεδο φυσικού µέσου (physical medium sublayer), το οποίο εκτελεί λειτουργίες εξαρτώµενες από το φυσικό µέσο, όπως η παροχή χρονισµού σε σχέση µε το ψηφιακό κανάλι, η υιοθέτηση κατάλληλης τεχνικής κωδικοποίησης γραµµής κλπ, και το υποεπίπεδο σύγκλισης µετάδοσης (transmission convergence sublayer), το οποίο χειρίζεται τη µεταφορά των ATM cells στο υποκείµενο επίπεδο της ροής bits. Στο υποεπίπεδο φυσικού µέσου καθορίζονται τα φυσικά interfaces που µπορούν να χρησιµοποιηθούν, δηλαδή καθορίζεται η χωρητικότητα που είναι διαθέσιµη στο interface καθώς και οι τρόποι για να είναι διαθέσιµη αυτή η χωρητικότητα πάνω από το κάθε φυσικό µέσο. Το ITU-T έχει ορίσει δύο UNI µε ρυθµούς 155,52 Mbps και 622,08 Mbps. Προφανώς αυτοί οι ρυθµοί έχουν επιλεγεί για να εκµεταλλευτούν τη διαθεσιµότητα των ψηφιακών συνδέσεων που είναι συµβατά µε τα standards του SDH και του SONET. Το πρώτο interface µπορεί να είναι είτε οπτικό είτε ηλεκτρικό, ενώ το δεύτερο µπορεί να είναι µόνο οπτικό. Επίσης το interface των 155,52 Mbps ορίζεται ως συµµετρικό (δηλαδή ο ρυθµός µετάδοσης και προς τις δύο κατευθύνσεις είναι ο ίδιος), ενώ το interface των 622,08 Mbps µπορεί να είναι είτε συµµετρικό, είτε ασύµµετρο, µε ρυθµό µετάδοσης 155,52 Mbps προς τη µια κατεύθυνση και 622,08 προς την άλλη. Σηµειώνεται παρόλα αυτά ότι το ITU-T έχει ορίσει επίσης και το πώς µπορεί να γίνει η µετάδοση ΑΤΜ cells πάνω από υπάρχοντα συστήµατα µετάδοσης, συµβατά µε τους ρυθµούς δεδοµένων του PDH: DS-1E (2,048 Mbps), DS-3E (34,368 Mbps), DS-1 (1,544 Mbps), DS-2 (6,312 Mbps), DS-3 (44,736 Mbps).

21 1. Εισαγωγή στα δίκτυα Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς 9 Οι λειτουργίες που εκτελούνται από το υποεπίπεδο σύγκλισης µετάδοσης είναι: 1. Η δηµιουργία και η λήψη (ανάκτηση) του πλαισίου µετάδοσης, 2. η προσαρµογή του πλαισίου µετάδοσης, 3. ο καθορισµός των ορίων του cell µέσα στο πλαίσιο, 4. η δηµιουργία (κατά την αποστολή) και η επιβεβαίωση (κατά τη λήψη) του HEC, και 5. η αποδέσµευση του ρυθµού των cells από το ρυθµό µετάδοσης της γραµµής. Οι δύο πρώτες λειτουργίες έχουν σχέση µε την ανάθεση της ροής των cells στο ωφέλιµο φορτίο (payload) των πλαισίων του υποκείµενου συστήµατος µετάδοσης. Η «ανεξαρτητοποίηση» του ρυθµού των cells από το ρυθµό µετάδοσης (cell rate decoupling) γίνεται µε την εισαγωγή (στην πλευρά του αποστολέα) και την αποµάκρυνση (στην πλευρά του παραλήπτη) ανενεργών (idle) cells, όταν δεν υπάρχουν cells από το ΑΤΜ επίπεδο προς µετάδοση. Αυτό γίνεται προκειµένου ο ρυθµός µετάδοσης cells στο ΑΤΜ επίπεδο να είναι ανεξάρτητος από τη χωρητικότητα του συστήµατος µετάδοσης. Η δηµιουργία και η επιβεβαίωση του πεδίου HEC στην κεφαλίδα κάθε cell, αποτελούν τη διαδικασία προστασίας της πληροφορίας που βρίσκεται στην κεφαλίδα. Το πεδίο HEC είναι ένα byte, και προστατεύει τα υπόλοιπα 4 bytes της κεφαλίδας. Το πολυώνυµο 31ου βαθµού που προκύπτει από τα 4 bytes πολλαπλασιάζεται µε το x 8, το αποτέλεσµα διαιρείται µε το generator πολυώνυµο x 8 + x 2 + x + 1 και το υπόλοιπο της διαίρεσης καθορίζει την τιµή του HEC από την πλευρά του αποστολέα. Η διαδικασία µε τη χρήση του HEC µπορεί να οδηγήσει στη διόρθωση ενός λάθους bit στην κεφαλίδα και στην ανίχνευση πολλαπλών λαθών. Τέλος, ο καθορισµός των ορίων των cells επιτρέπει στον παραλήπτη την α- ναγνώριση των ορίων µέσα από τη ροή των bits που παριστάνουν την ακολουθία των ATM cells που παρήχθη στο ΑΤΜ επίπεδο του αποστολέα. Ο καθορισµός των ορίων επιτυγχάνεται µε χρήση της συσχέτισης που υπάρχει µεταξύ των τεσσάρων bytes της κεφαλίδας µε το πέµπτο byte αυτής, το HEC. Ο παραλήπτης προσπαθεί να καθορίσει τα όρια των cells, αναζητώντας 5 συνεχόµενα bytes που να πληρούν τη σχέση που πρέπει να πληρούν τα 5 bytes της κεφαλίδας, βάσει του αλγόριθµου ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών. III. Το ΑΤΜ επίπεδο Η κύρια λειτουργία του ΑΤΜ επιπέδου είναι να παρέχει νοητές συνδέσεις µεταξύ δύο ή περισσοτέρων κόµβων του δικτύου ή µεταξύ ενός κόµβου του δι-

22 10 Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς κτύου και ενός τερµατικού συστήµατος, βασιζόµενο στα µονοπάτια µετάδοσης (transmission paths) που διατίθενται από το φυσικό επίπεδο. Όπως αναφέρθηκε και προηγουµένως, από το ΑΤΜ επίπεδο παρέχεται µια ιεραρχία δύο ειδών νοητών συνδέσεων: των νοητών µονοπατιών και των νοητών καναλιών. Το νοητό µονοπάτι είναι απλώς µια δέσµη νοητών καναλιών και συνεπώς τερµατίζονται στις ίδιες οντότητες του ΑΤΜ επιπέδου. Η χρήση των νοητών µονοπατιών παρέχει κάποια πλεονεκτήµατα στη διαχείριση των νοητών συνδέσεων, όπως µειωµένος χρόνος εγκατάστασης νέων νοητών καναλιών, αν το αντίστοιχο νοητό µονοπάτι είναι ήδη εγκατεστηµένο και λειτουργικός διαχωρισµός των ενεργειών που απαιτούνται για το χειρισµό των νοητών µονοπατιών από τις αντίστοιχες ενέργειες για τα νοητά κανάλια. Οι λειτουργίες που εκτελούνται από το ΑΤΜ επίπεδο είναι οι εξής: 1. Πολυπλεξία / αποπολυπλεξία των cells: Cells που ανήκουν σε διαφορετικά νοητά κανάλια ή νοητά µονοπάτια πολυπλέκονται στο ίδιο «ρεύµα» από cells (cell stream) στην πλευρά του αποστολέα και αποπολυπλέκονται από το ίδιο ρεύµα από cells στην πλευρά του παραλήπτη. 2. Μετάφραση και αντικατάσταση των πεδίων VPI / VCI: Η λειτουργία της δροµολόγησης ή της µεταγωγής των cells γίνεται αντιστοιχίζοντας το virtual path identifier και το virtual channel identifier (VPI / VCI) των cells που λαµβάνονται από µια θύρα εισόδου σε νέες τιµές των VCI / VPI και σε µια θύρα εξόδου, από όπου θα µεταδοθούν αυτά τα cells. 3. Παραγωγή και εξαγωγή της κεφαλίδας των cells: Η κεφαλίδα δηµιουργείται όταν το cell λαµβάνεται από το ATM adaptation layer στην πλευρά του αποστολέα και εξάγεται όταν παραδίδεται στο AAL στην πλευρά του παραλήπτη. 4. Έλεγχος ροής: Πληροφορία σχετικά µε τον έλεγχο ροής της κίνησης µπορεί να κωδικοποιηθεί στην κεφαλίδα των cells στο UNI. IV. Το ATM Adaptation Layer Το ATM Adaptation Layer χρησιµοποιείται για να αντιστοιχίσει τα χαρακτηριστικά της µεταφοράς της πληροφορίας του χρήστη στα χαρακτηριστικά του ΑΤΜ δικτύου. Με δεδοµένο ότι το ΑΤΜ επίπεδο παρέχει µια και µόνο υπηρεσία χωρίς διαχωρισµούς, το ATM adaptation layer είναι αυτό που πρέπει να παρέχει τη δυνατότητα χρήσης διαφορετικών κλάσεων υπηρεσιών. Αυτές οι κλάσεις ορίζονται µε βάση τρία χαρακτηριστικά: 1. την ανάγκη ύπαρξης σχέσης συγχρονισµού µεταξύ αποστολέα και παραλήπτη,

23 1. Εισαγωγή στα δίκτυα Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς το ρυθµό µετάδοσης bit του αποστολέα που µπορεί να είναι είτε σταθερός είτε µεταβλητός, και 3. τον τύπο της υπηρεσίας ως προς το αν είναι µε σύνδεση (connection-oriented) ή χωρίς (connectionless). Με βάση αυτά τα χαρακτηριστικά ορίζονται 4 κλάσεις υπηρεσιών, όπως φαίνεται στο σχήµα 1.4. Η υπηρεσία προσοµοίωσης κυκλώµατος (circuit emulation) είναι ένα τυπικό παράδειγµα υπηρεσίας κλάσης Α, ενώ µια υπηρεσία µεταφοράς συµπιεσµένου video (άρα µε µεταβλητό ρυθµό µετάδοσης) είναι ένα παράδειγµα υπηρεσίας κλάσης Β. Οι κλάσεις C και D έχουν οριστεί για τη µεταφορά δεδο- µένων, είτε µε connection oriented τρόπο είτε µε connectionless τρόπο. Χαρακτηριστικό Κλάση Α Κλάση Β Κλάση C Κλάση D Σχέση συγχρονισµού µεταξύ αποστολέα και παραλήπτη Απαιτείται Ρυθµός µετάδοσης bit Σταθερός Μεταβλητός εν απαιτείται Τύπος σύνδεσης Connection oriented Connectionless Σχήµα 1.4: Ορισµός κλάσεων υπηρεσιών σύµφωνα µε το ITU-T Το AAL χωρίζεται σε δύο υποεπίπεδα: το υποεπίπεδο κατάτµησης και ε- πανασυναρµολόγησης (segmentation and reassembly sublayer, SAR) και το υποεπίπεδο σύγκλισης (convergence sublayer, CS). Το υποεπίπεδο SAR στην πλευρά του αποστολέα εκτελεί την κατάτµηση της πληροφορίας του χρήστη, που φθάνει µε µεταβλητού µήκους πλαίσια, σε ένα σύνολο σταθερού µεγέθους ATM cell payloads προκειµένου να µεταφερθούν µέσω του ΑΤΜ δικτύου. Στην πλευρά του παραλήπτη το SAR επανασυνθέτει τα µεταβλητού µεγέθους πλαίσια µε τα δεδοµένα του χρήστη από τα cells. Το convergence sublayer αντιστοιχεί τις απαιτήσεις του χρήστη στο ΑΤΜ δίκτυο. Το CS µε τη σειρά του µπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από δύο τµήµατα: το κοινό τµήµα του υποεπιπέδου σύγκλισης (Common Part Convergence Sublayer, CPCS), το οποίο είναι κοινό για όλους τους χρήστες των AAL υπηρεσιών και το συγκεκριµένης υπηρεσίας υποεπίπεδο σύγκλισης (Service Specific Convergence Sublayer, SSCS), το οποίο εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της υπηρεσίας που ζητά ο χρήστης. Τέσσερα AAL πρωτόκολλα έχουν οριστεί για να υποστηρίξουν µια ή περισσότερες από τις κλάσεις υπηρεσιών: το AAL τύπου 1 για την κλάση Α, το AAL τύπου 2 για την κλάση Β και τα AAL τύπου 3/4 και τύπου 5 για τις κλάσεις C και D. Αρχικά είχαν οριστεί δύο διαφορετικά πρωτόκολλα, τα AAL 3 και AAL

24 12 Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς 4, για την υποστήριξη των κλάσεων C και D αντιστοίχως. Κατόπιν, καθώς τα πρωτόκολλα αυτά προτυποποιούνταν, έγινε εµφανές ότι αυτά τα δύο είχαν πολλά κοινά σηµεία και έτσι αποφασίστηκε να συγχωνευτούν στο AAL3/4, το οποίο θα υποστήριζε και connection-oriented (κλάσης C) και connectionless (κλάσης D) υπηρεσίες. Λίγο αργότερα ένα νέο πρωτόκολλο προτάθηκε από τη βιοµηχανία για τον ίδιο σκοπό µε το όνοµα SEAL Simple and Efficient Adaptation Layer. Το SEAL προτυποποιήθηκε ως AAL 5. To πρωτόκολλο αυτό µειώνει στο ελάχιστο τις λειτουργίες που εκτελούνται από το AAL και συνεπώς µειώνει και την επιβάρυνση (overhead). Παρακάτω θα δούµε λίγο αναλυτικότερα καθένα από τα πρωτόκολλα AAL. V. AAL τύπου 1 Το πρωτόκολλο AAL τύπου 1 χρησιµοποιείται για την υποστήριξη υπηρεσιών σταθερού ρυθµού µετάδοσης bit (constant bit rate, CBR). Οι υπηρεσίες αυτής της κατηγορίας χωρίζονται σε τρεις κλάσεις: µεταφορά κυκλώµατος (γνωστή ως προσοµοίωση κυκλώµατος circuit emulation), µεταφορά σήµατος video και µεταφορά σήµατος µπάντας συχνοτήτων φωνής. Οι λειτουργίες που εκτελούνται στο convergence sublayer διαφέρουν για καθεµία από αυτές τις τρεις κλάσεις υπηρεσιών, ενώ το υποεπίπεδο SAR εκτελεί την ίδια λειτουργία και για τις τρεις κλάσεις. Στο convergence sublayer, 47 bytes µαζεύονται στην πλευρά του αποστολέα και στέλνονται στο υποεπίπεδο SAR µαζί µε την κεφαλίδα του SAR-PDU, η ο- ποία αποτελείται από: Έναν αριθµό ακολουθίας (sequence count) των 3 bits, ένα convergence sublayer indication (CSI) του ενός bit, και προστασία της κεφαλίδας (sequence number protection SNP) των 4 bits, η οποία συνίσταται σε κυκλικό κώδικα πλεονασµού πάνω στο πεδίο sequence number και parity bit πάνω στα υπόλοιπα 7 bits της κεφαλίδας. CSI Sequence Number Sequence Count Seq. Number Protection CRC Parity SAR-PDU Payload 1 bit 3 bits 3 bits 1 bit 47 bytes SAR-PDU Header Σχήµα 1.5: Μορφή του AAL1 SAR-PDU Στην πλευρά του παραλήπτη, το SNP ελέγχεται και τυχόν λάθος διορθώνεται, αν είναι αυτό εφικτό. Αν το SAR-PDU είναι χωρίς λάθη ή αν εντοπίστηκε

25 1. Εισαγωγή στα δίκτυα Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς 13 και διορθώθηκε το λάθος, το ωφέλιµο φορτίου του SAR-PDU προωθείται στο convergence sublayer, µαζί µε τον αντίστοιχο αριθµό ακολουθίας. Έτσι, πιθανές απώλειες ή λάθος παρεµβολές (misinsertions) cells εντοπίζονται στο convergence sublayer και το πρόβληµα αντιµετωπίζεται ανάλογα µε το είδος της υπηρεσίας. Στην πλευρά του παραλήπτη, το convergence sublayer είναι ικανό να πάρει χρονισµό από τον αποστολέα χρησιµοποιώντας την προσέγγιση synchronous residual time stamp (SRTS). Η πληροφορία για τη διαφορά µεταξύ του ρολογιού αναφοράς και του ρυθµού του δικτύου, δηλαδή το residual time stamp (RTS), η οποία είναι 4 bits, µεταφέρεται χρησιµοποιώντας το CSI στα SAR-PDU που έ- χουν µονό αριθµό ακολουθίας. Έτσι ο παραλήπτης µπορεί να αναγεννήσει το ρολόι αναφοράς. Το convergence sublayer είναι ικανό επίσης να µεταφέρει ένα δοµηµένο σύνολο δεδοµένων, όπως ένα από n 64 kbps κανάλια, µε χρήση του «τρόπου µεταφοράς δοµηµένων δεδοµένων» (structured data transfer, SDT mode). Η πληροφορία για τη δοµή των δεδοµένων µεταφέρεται µέσω ενός δείκτη (pointer) που τοποθετείται στο πρώτο byte του ωφέλιµου φορτίου του SAR-PDU των 47 bytes, το οποίο συνεπώς µεταφέρει τελικά 46 bytes πραγµατικά ωφέλιµου φορτίου. Ο δείκτης µεταφέρεται από τα SAR-PDU που έχουν ζυγό αριθµό ακολουθίας. Με δεδοµένο ότι ο δείκτης µεταφέρεται κάθε δύο SAR-PDU, ο δείκτης πρέπει να µπορεί να «δείξει» σε οποιοδήποτε από τα 46+47=93 bytes δύο διαδοχικών PDU. Συνεπώς χρησιµοποιούνται τα 7 από τα 8 bits αυτού του δείκτη για να δείξουν το πρώτο byte µιας δοµής δεδοµένων. VI. AAL τύπου 2 To AAL2 είχε ως στόχο να χρησιµοποιηθεί για να υποστηρίξει υπηρεσίες που απαιτούν χρονική συσχέτιση µεταξύ πηγής και προορισµού, αλλά σε αντίθεση µε τις υπηρεσίες που υποστηρίζονται από το AAL1, η πηγή είναι µεταβλητού ρυθµού µετάδοσης bit (variable bit rate, VBR). Τυπικές εφαρµογές που θα ανήκουν σ αυτή την κατηγορία είναι οι υπηρεσίες µετάδοσης συµπιεσµένης φωνής και συµπιεσµένου video ή video µε διαφορική κωδικοποίηση µε χαρακτηριστικά πραγµατικού χρόνου. Όµως το AAL2 δεν έχει οριστεί πλήρως και δεν έχει υλοποιηθεί. Παρόλα αυτά, οι λειτουργίες του περιλαµβάνουν την ανάκτηση στον προορισµό του ρολογιού αναφοράς της πηγής, τους κατάλληλους χειρισµούς χαµένων και λάθος παρεµβληµένων cells, την ανίχνευση και την ενδεχόµενη διόρθωση λαθών στην πληροφορία του χρήστη που µεταφέρεται στα SAR-PDU.

26 14 Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς VII. AAL τύπου 3/4 To AAL3/4 χρησιµοποιείται για υπηρεσίες µεταβλητού ρυθµού µετάδοσης (VBR), στις οποίες όµως δεν υπάρχει απαίτηση για χρονισµό µεταξύ πηγής και προορισµού. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί τόσο για υπηρεσίες κλάσης C (connection-oriented), όσο και για υπηρεσίες κλάσης D (connectionless). Στη δεύτερη περίπτωση, η αντιστοίχηση µεταξύ ενός χρήστη χωρίς σύνδεση και του δικτύου που είναι προσανατολισµένο προς τη σύνδεση γίνεται από το service specific convergence sublayer (SSCS). Το κοινό τµήµα του convergence sublayer (CPCS) αναλαµβάνει τη µεταφορά των µεταβλητού µήκους µονάδων πληροφορίας πάνω από το ATM δίκτυο µέσω του υποεπιπέδου SAR. Η µορφή του CPCS-PDU φαίνεται στο σχήµα 1.6. Η κεφαλίδα του CPCS-PDU περιλαµβάνει τα πεδία: Common Part Identifier (CPI), το οποίο χρησιµοποιείται για να ερµηνευτούν τα υπόλοιπα πεδία της κεφαλίδας και της ουράς του CPCS-PDU (π.χ. δηλώνεται η µονάδα µέτρησης των BAS και LEN). ning Tag (BTA), το οποίο έχει µια τιµή ως χαρακτηριστικό σηµάδι του CPCS-PDU. ιαφορετικά PDU έχουν διαφορετική τιµή στο πεδίο αυτό. Buffer Allocation Size (BAS), το οποίο δηλώνει στον παραλήπτη το µέγεθος του buffer που θα απαιτηθεί για να αποθηκευθεί το CPCS-PDU. H ουρά (trailer) περιλαµβάνει τα πεδία: Alignment (AL), το οποίο υπάρχει απλώς για να είναι η ουρά 4 bytes. Ending Tag (ETA), το οποίο πρέπει να έχει την ίδια τιµή µε το ΒΤΑ. Length (LEN), το οποίο δείχνει το µέγεθος του πραγµατικού ωφέλιµου φορτίου του CPCS-PDU, που µπορεί να είναι µέχρι bytes. CPCS-PDU header CPCS-PDU payload CPI BTA BAS Padding CPCS-PDU trailer AL ETA LEN 1 byte 1 byte 2 bytes bytes 0-3 bytes 1 byte 1 byte 2 bytes Σχήµα 1.6: Μορφή του AAL3/4 CPCS-PDU Σηµειώνεται επίσης ότι ένα πεδίο παραγεµίσµατος (padding) χρησιµοποιείται προκειµένου να κάνει το ωφέλιµο φορτίο ακέραιο πολλαπλάσιο του 4, πράγµα που απλοποιεί το σχεδιασµό στην πλευρά του παραλήπτη. Το CPCS-PDU κατακερµατίζεται στο υποεπίπεδο SAR στην πλευρά του α- ποστολέα σε κοµµάτια σταθερού µεγέθους, για να αποτελέσουν αυτά τα κοµµάτια το ωφέλιµο φορτίο των SAR-PDU, των οποίων η µορφή φαίνεται στο σχήµα 1.7. Στην πλευρά του παραλήπτη, η επανασύσταση του αρχικού CPCS-PDU από

27 1. Εισαγωγή στα δίκτυα Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς 15 τα ωφέλιµα φορτία των SAR-PDU γίνεται στο υποεπίπεδο SAR. Η κεφαλίδα του SAR-PDU, που έχει µήκος 2 bytes περιλαµβάνει τα εξής πεδία: Segment Type (ST), το οποίο δηλώνει αν στο payload υπάρχει η αρχή, η µέση ή το τέλος ενός CPCS-PDU, ή αν πρόκειται για ένα CPCS-PDU που χωράει εξ ολοκλήρου σε ένα SAR-PDU. Sequence Number (SN), το οποίο αριθµεί τα PDU µε αύξουσα σειρά. Η τιµή του πεδίου αυτού ελέγχεται από τον παραλήπτη. Multiplexing Identifier (MID), το οποίο εκτελεί τη σηµαντικότατη λειτουργία του AAL3/4 της πολυπλεξίας διαφόρων CPCS-PDU πάνω στο ίδιο νοητό κανάλι. Η ουρά του SAR-PDU έχει επίσης µήκος 2 bytes και αποτελείται από τα εξής πεδία: Length Indicator (LI), το οποίο δηλώνει το µήκος της χρήσιµης πληροφορίας µέσα στο ωφέλιµο φορτίο του SAR-PDU. Cyclic Redundancy Check (CRC), το οποίο έχει µήκος 10 bit και προστατεύει όλο το υπόλοιπο PDU. Συνεπώς το ωφέλιµο φορτίο στο SAR-PDU είναι µήκους 44 bytes. SAR-PDU header SAR-PDU payload SAR-PDU trailer ST SN MID LI CRC 2 bits 4 bits 10 bits 44 bytes 6 bits 10 bits Σχήµα 1.7: Μορφή του AAL3/4 SAR-PDU VIII. AAL τύπου 5 Το AAL5 υποστηρίζει τους ίδιους τύπους υπηρεσιών µε το AAL4 µε απλούστερο τρόπο και µε µικρότερη επιβάρυνση, αλλά χωρίς τη δυνατότητα πολυπλεξίας µονάδων δεδοµένων υψηλότερων επιπέδων πάνω στην ίδια νοητή σύνδεση. Η µορφή του CPCS-PDU του AAL5 φαίνεται στο σχήµα 1.8. Το ωφέλιµο φορτίο έχει µεταβλητό µέγεθος, αλλά το «παραγέµισµα» (padding) κάνει το µήκος του CPCS-PDU να είναι ακέραιο πολλαπλάσιο των 48 bytes, έτσι ώστε να γεµίζουν πλήρως τα ωφέλιµα φορτία των αντίστοιχων SAR-PDU. Η επιβάρυνση (overhead) στο CPCS-PDU είναι µόνο στην ουρά του PDU, η οποία περιλαµβάνει τα εξής πεδία: User-to-user indication (UU), το οποίο προορίζεται για τη µεταφορά πληροφοριών από το χρήστη του ενός άκρου στο χρήστη του άλλου άκρου.

28 16 Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς Common Part Indicator (CPI), του οποίου η χρήση δεν έχει οριστεί ακόµα, αλλά κάνει την ουρά 8 bytes. Length (LEN), το οποίο δηλώνει το πραγµατικό µήκος του ωφέλιµου φορτίου του CPCS-PDU, έτσι ώστε να αντιληφθεί ο παραλήπτης ποιο είναι το µέγεθος του «παραγεµίσµατος». Cyclic Redundancy Check (CRC), το οποίο προστατεύει όλο το υπόλοιπο CPCS-PDU από λάθη. CPCS-PDU payload CPCS-PDU trailer Padding UU CPI LEN CRC bytes 0-47 bytes 1 byte 1 byte 2 bytes 4 bytes Σχήµα 1.8: Μορφή του AAL5 CPCS-PDU Η αποδοτικότητα του AAL5 οφείλεται στο γεγονός ότι ολόκληρο το ωφέλιµο φορτίο του ATM cell καταλαµβάνεται από το ωφέλιµο φορτίο του SAR-PDU. Με δεδοµένο ότι κάποια πληροφορία του SAR υποεπιπέδου πρέπει να µεταφερθεί ούτως ή άλλως, σχετικά µε το αν το ωφέλιµο φορτίο του ATM cell µεταφέρει την αρχή, ένα µεσαίο τµήµα ή το τέλος ενός CPCS-PDU, χρησιµοποιείται ένα bit από την κεφαλίδα του cell για αυτό το σκοπό. Συγκεκριµένα πρόκειται για το bit AUU (ATM-user-to-ATM-user) του πεδίου PTI (Payload Type Indicator). Όταν το AUU έχει την τιµή 0 αυτό σηµαίνει την αρχή ή τη συνέχιση ενός SAR-SDU, ενώ όταν έχει την τιµή 1 σηµαίνει το τέλος του SAR-SDU και ότι η επανασυναρµολόγηση του SAR-SDU πρέπει να αρχίσει. Σηµειώνεται βέβαια ότι η χρήση ενός πεδίου του ATM επιπέδου για να µεταφέρει πληροφορία ανώτερου επιπέδου (του AAL) είναι προφανής παραβίαση των κανόνων του µοντέλου αναφοράς OSI. Κλείνοντας το υποκεφάλαιο αυτό, στο σχήµα 1.9 καταγράφονται τα επίπεδα και τα υποεπίπεδα που αναφέρθηκαν, αναλυτικότερα απ ό,τι στο σχήµα 1.3. Από το σχήµα παραλείπονται τα κατακόρυφα στρώµατα (ελέγχου, χρήστη και διαχείρισης) και παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική ως διδιάστατη, για λόγους α- πλότητας.

29 1. Εισαγωγή στα δίκτυα Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς 17 Ανώτερα επίπεδα Common Part Convergence Sublayer Service Specific Convergence Sublayer Segmentation & Reassembly Sublayer ATM Layer Transmission Convergence Sublayer Physical Medium Sublayer Convergence Sublayer Physical Layer ATM Adaptation Layer Σχήµα 1.9: Τα επίπεδα και υποεπίπεδα του µοντέλου αναφοράς ΑΤΜ πρωτοκόλλων 5. Σχέση µεταξύ µοντέλων αναφοράς ΑΤΜ και OSI Η σχέση µεταξύ του µοντέλου αναφοράς των πρωτοκόλλων του ΑΤΜ και του µοντέλου αναφοράς του OSI δεν είναι σαφής. Ίσως η πιο σωστή απάντηση στην ερώτηση «πού µπαίνει το ΑΤΜ µέσα στο µοντέλο αναφοράς του OSI µε τα 7 επίπεδα» είναι ότι δεν υπάρχει καθορισµένη σχέση των ΑΤΜ επιπέδων και των επιπέδων του OSI. Το συµπέρασµα αυτό αιτιολογείται παρακάτω. Θα µπορούσαµε να θεωρήσουµε ότι η στοίβα των ΑΤΜ επιπέδων αντικαθιστά το υποεπίπεδο πρόσβασης στο φυσικό µέσο (medium access control, MAC) και το φυσικό επίπεδο. Έτσι τις υπηρεσίες του ΑΤΜ χρησιµοποιούν πρωτόκολλα ελέγχου λογικής σύνδεσης (logical link control, LLC) και το ATM τοποθετείται στο πρώτο ενάµισυ επίπεδο του OSI. Αυτό συµβαίνει στις υλοποιήσεις του ΑΤΜ που χρησιµοποιούνται για την προσοµοίωση LANs (LAN emulation, LANE). Όµως δεν µας εµποδίζει τίποτα να αντικαταστήσουµε µε τα πρωτόκολλα της ΑΤΜ στοίβας και ολόκληρο το επίπεδο σύνδεσης δεδοµένων (data link layer). Σ αυτή την περίπτωση το ΑΤΜ δίκτυο αναλαµβάνει για παράδειγµα να µεταφέρει IP πακέτα µεταξύ υπολογιστών που ανήκουν στο ίδιο IP subnet. Αυτό συµβαίνει στο classical IP, όπου το IP πρωτόκολλο (πρωτόκολλο 3ου επιπέδου) απολαµβάνει τις υπηρεσίες του ΑΤΜ. Με δεδοµένο ότι µέσα στη στοίβα πρωτοκόλλων υπάρχει πρόβλεψη για πρωτόκολλο δροµολόγησης ΑΤΜ, το PNNI, το ΑΤΜ θα µπορούσε δυνητικά να αναλάβει το ρόλο και του 3ου επιπέδου, του επιπέδου δικτύου. Επίσης το θέµα της ενιαίας διευθυνσιοδότησης, που είναι άρρηκτα συνδεδεµένο µε το θέµα της δρο- µολόγησης έχει αντιµετωπιστεί µε διάφορες προτάσεις. Αν εφαρµόζονταν κάτι

30 18 Συµβολή στη µελέτη δικτύων Ασύγχρονου Τρόπου Μεταφοράς τέτοιο δε θα χρειαζόµασταν πλέον δροµολογητές πολλαπλών πρωτοκόλλων, αλλά µόνο ATM switches και ATM δροµολόγηση. Η προσέγγιση αυτή έχει το πρόβληµα ότι τα πρωτόκολλα του 4ου επιπέδου, του επιπέδου µεταφοράς (TCP, UDP) είναι άρρηκτα δεµένα µε το IP. Κατάργηση του IP ως πρωτοκόλλου 3ου επιπέδου θα είχε ως συνέπεια την αναγκαστική αλλαγή της διεπαφής που έχουν τα υπάρχοντα πρωτόκολλα 4ου επιπέδου µε το 3ο επίπεδο. Από την άλλη πλευρά αυτό το σχήµα καταργεί το γνωστό µοντέλο που βασίζεται σε δροµολογητές που δροµολογούν κίνηση µεταξύ υποδικτύων (subnets) και είναι ασύµβατο µε την υπάρχουσα εγκατεστηµένη υποδοµή. Ευτυχώς κανένα σώµα προτυποποίησης δεν έχει προτείνει κάτι τέτοιο. Τέλος, το ΑΤΜ θα µπορούσε όµως να αντικαταστήσει και το 4ο επίπεδο, το επίπεδο µεταφοράς και να εξυπηρετήσει τις εφαρµογές απευθείας χωρίς τη χρήση κανενός από τα γνωστά υποκείµενα πρωτόκολλα (π.χ. TCP, UDP, IP). Αυτό ήταν η ιδέα στις λεγόµενες native ATM applications, οι οποίες υπάρχουν µεν, δε γνώρισαν µεγάλη ανάπτυξη δε, καθώς απαιτούν αλλαγές στα APIs (application program interfaces). Βλέπουµε λοιπόν ότι δυνητικά το ΑΤΜ θα µπορούσε να φθάσει µέχρι το υ- ψηλότερο επίπεδο, το 4ο, προκειµένου να εξυπηρετήσει άµεσα εφαρµογές (7ο επίπεδο). (Τα πρωτόκολλα 5ου και 6ου επιπέδου υπάρχουν για την εκτέλεση ειδικών µόνο λειτουργιών στην πράξη συνήθως τα επίπεδα αυτά είναι κενά, δηλαδή δεν υπάρχει υλοποιηµένο πρωτόκολλο γι αυτά.) 6. Αρχές σηµατοδοσίας ΑΤΜ Υπάρχουν διάφοροι τρόποι µε τους οποίους µπορεί ο τελικός χρήστης να πληροφορήσει το ΑΤΜ δίκτυο σχετικά µε το είδος της σύνδεσης που χρειάζεται να εγκατασταθεί. Η όλη διαδικασία είναι γνωστή ως «έλεγχος κλήσεων» (call control), όπου «κλήση» είναι µια οποιαδήποτε σύνδεση µέσα στο ΑΤΜ δίκτυο, είτε σύνδεση νοητού µονοπατιού, είτε σύνδεση νοητού καναλιού. Η πιο απλή διαδικασία είναι να ζητήσει ο πελάτης από τον πάροχο της υπηρεσίας ΑΤΜ µια σταθερή σύνδεση, π.χ. για ένα video-conference. Ο διαχειριστής του ΑΤΜ δικτύου ενηµερώνει «µε το χέρι» τους πίνακες αντιστοιχήσεων VPI/VCI των κόµβων της διαδροµής και έτσι φτιάχνει µια διαδροµή απ άκρο σ άκρο. Αυτή η προσέγγιση έχει από τη µια πλευρά το πλεονέκτηµα της απλής, από την άποψη της καταληπτότητας, υλοποίησης, αλλά υλοποιείται αργά και έ- χει µεγάλη επιβάρυνση για την οµάδα διαχείρισης του ΑΤΜ δικτύου. Η εναλλακτική µέθοδος είναι να χρησιµοποιηθεί ένα πρωτόκολλο σηµατοδοσίας µεταξύ του εξοπλισµού του χρήστη (customer premises equipment, CPE)