ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ: ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ: ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Τίτλος εργασίας: Μελέτη επίδρασης Αλγόριθμων Ποιότητας Υπηρεσίας» (QoS) στα ATM Switches. Υλοποίηση και Ανάλυση με χρήση Εξομοιωτή Δικτύων. Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Γούλας Δημήτριος Α.Μ. : 255 ΠΑΤΡΑ 2005

2 Για την εργασία αυτή θα ήθελα να ευχαριστήσω για τη βοήθεια τους τον κ. I. Γαροφαλάκη που ήταν και ο επιβλέπων καθηγητής της εργασίας αυτής και τον κ. Β. Τριανταφύλλου, αναπληρωτή καθηγητή του ΤΕΙ Μεσολογγίου, οι οποίοι συνέβαλαν σημαντικά στην διεκπεραίωσή της. Σημαντική υπήρξε επίσης και η βοήθεια του κ. Κουμπιά, καθηγητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, που μας διέθεσε τον εξοπλισμό του εργαστηρίου του για την χρήση του εξομοιωτή, τον οποίο και ευχαριστώ ιδιαίτερα. 1

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΤΜ ΓΕΝΙΚΑ ΤΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΑΤΜ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΗΜΑΤΟΔΟΣΙΑ ΚΑΙ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΣΤΟ ΑΤΜ ΤΟ PNNI ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ Ο CONNECTION TRAFFIC DESCRIPTOR ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑΣ ΣΤΑ ΑΤΜ ΔΙΚΤΥΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ QOS ΣΤΑ ATM ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΑΤΜ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ QOS ΣΤΑ ATM ΔΙΚΤΥΑ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΕΠΗΡΕΑΣΟΥΝ ΤΙΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥΣ QOS ΣΤΟ ATM ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ QOS ΣΤΟ ATM ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ATM SWITCH ΤΥΠΟΙ ΤΩΝ ATM SWITCHES ΔΟΜΗ ΕΝΟΣ ΑΤΜ SWITCH ΒLOCKING ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΟΥ ATM SWITCH ΜΕΘΟΔΟΙ SWITCH BUFFERING KNOCKOUT SWITCHING ARCHITECTURE ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΤΑ ΑΤΜ ΔΙΚΤΥΑ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ QOS ΣΤΑ ΑΤΜ ΔΙΚΤΥΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ Ο MDP (Markov Decision Process) αλγόριθμος Ο αλγόριθμος απευθείας δρομολόγησης (Direct Routing algorithm) Ο Least Load Routing αλγόριθμος δρομολόγησης (LLR) Ο Minimum Free Capacity αλγόριθμος δρομολόγησης (MFCR) ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΤΜ ΔΙΚΤΥΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ QOS ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΠΟΥ ΕΠΕΛΕΓΗΣΑΝ LLR (Least Loaded Routing Algorithm) MFCR (Minimum Free Capacity Routing Algorithm) ΕΞΟΜΟΙΩΤΕΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΞΟΜΟΙΩΤΕΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ MIT s NETSIM (Network Simulator) NIST (National Institute of Standards and Technology) CPSIM INSANE NEST REAL NS (Network Simulator) OPNET (Optimized Network Engineering Tool)

4 TeD (Telecommunications Description Language) ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΕΞΟΜΟΙΩΤΩΝ ΕΞΟΜΟΙΩΣΗ ΑΤΜ ΜΕ ΤΟΝ OPNET MODELER ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑΣ ΕΞΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΟΥ ΑΤΜ SWITCH ΤΟ ΑΤΜ ΜΟΝΤΕΛΟ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΤΟΝ OPNET ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΚΟΣΤΟΥΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΕΞΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΕΠΙΛΟΓΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΕΞΟΜΟΙΩΣΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΞΟΜΟΙΩΣΗΣ ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΑΡΚΤΙΚΟΛΕΞΟ

5 Περίληψη Όπως γνωρίζουμε, η απόδοση του δικτύου παρακολουθείται από το σύστημα διαχείρισής του, ενώ η «ποιότητα υπηρεσίας» (Quality of Service-QoS) αναφέρεται στην εικόνα που παρουσιάζει το δίκτυο στον τελικό χρήστη και επομένως εστιάζεται στην παρακολούθηση των λειτουργιών από-άκρο-σε-άκρο. Με δεδομένη την ευρεία διάδοση του Internet Protocol (IP) και την μεγάλη εγκατεστημένη βάση των IP δικτύων και του Internet, η ανάγκη για να αποκτήσουν αυτά τα δίκτυα δυνατότητες παροχής και ρύθμισης «ποιότητας υπηρεσίας» (Quality of Service-QoS) είναι επιτακτική. Η QoS αποτελεί θέμα μείζονος σημασίας τόσο για το Internet όσο και για τα δίκτυα επιχειρήσεων (intranets-extranets), διότι για τη μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων (video, εικόνα, ήχος κτλ) όλο και πιο πολύ χρησιμοποιούνται IP-based δίκτυα δεδομένων τα οποία δεν έχουν σχεδιασθεί για συνεχόμενη ομιλία και εικόνα. Σε αυτά τα δίκτυα τα προς μετάδοση δεδομένα «σπάνε» σε πακέτα που ταξιδεύουν σε διαφορετικούς δρόμους και φτάνουν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Συνεπώς, με τον όρο «ποιότητα υπηρεσίας» εννοούμε την δυνατότητα ενός δικτύου να παρέχει διαφοροποιημένες υπηρεσίες σε ένα υποσύνολο της κίνησης που περνάει μέσα από αυτό. Για να παρέχει ένα δίκτυο QoS προϋποθέτει αλλαγές στη δομή του και ένας τρόπος είναι φτιάχνοντας κορμούς (backbones) δικτύου χρησιμοποιώντας ΑΤΜ (Asynchronous Transfer Mode) switches ως κομβικά στοιχεία. Στόχος της εργασίας είναι να εμβαθύνει πάνω στο σημαντικό θέμα της ποιότητας υπηρεσίας, εξειδικεύοντας το θέμα για τα ATM switches. Μελετά τους αλγορίθμους που εφαρμόζονται ή λειτουργούν σε θεωρητικό επίπεδο για τα ATM switches και τον τρόπο που επηρεάζουν τις διάφορες παραμέτρους του QoS. Για το λόγο αυτό ορισμένοι αλγόριθμοι εφαρμόζονται σε εξομοιωτή δικτύων και με βάση τη συμπεριφορά τους εκτιμάται η επίδραση των διαφόρων αλγορίθμων στην απόδοση και τη συμπεριφορά των δικτύων. 4

6 1. Εισαγωγή Η τρέχουσα τάση θέλει όλα τα δίκτυα να μετεξελίσσονται από τα αφοσιωμένα κυκλώματα και τη μεταγωγή κυκλώματος (circuit switching) στην πιο ευέλικτη και αποδοτική μεταγωγή αυτόνομων μονάδων που αποκαλούνται - κατά περίπτωση - πακέτα, πλαίσια (frames) ή cells. Το πακέτο είναι ορισμένου μεγέθους κομμάτι πληροφορίας, το μέγεθος του οποίου μπορεί να διαφέρει και να ρυθμίζεται κατά περίπτωση. To cell είναι ένα καθορισμένου μεγέθους πακέτο δεδομένων σε αντίθεση με το μεταβλητού μεγέθους frame. Το cell είναι η βασική μονάδα μεταφοράς δεδομένων στα ΑΤΜ δίκτυα που ονομάστηκε έτσι λόγω του μικρού του μεγέθους, ενώ το frame είναι η βασική μονάδα μεταφοράς δεδομένων σε LANs και δίκτυα frame relay. Τα ΑΤΜ cells είναι μεγέθους 53 Bytes ενώ τα frames ποικίλουν σε μέγεθος και φτάνουν ως και Bytes. Το 53-byte ATM cell αποτελείται από 48 Bytes δεδομένων και 5 Bytes πληροφορίας επικεφαλίδας (header). Η ΑΤΜ τεχνολογία λοιπόν, που ακολουθεί αυτόν τον τρόπο μεταγωγής, είναι γνωστή και ως cell switching ή fast packet. Κάθε cell (κελί), όπως είπαμε, έχει μια επικεφαλίδα (header) των 5-byte που ακολουθείται από δεδομένα των 48-byte. Η επικεφαλίδα αναγνωρίζει το εικονικό κανάλι στο οποίο το πακέτο ανήκει. Αν και το ΑΤΜ λειτουργεί στο φυσικό επίπεδο (physical layer) του μοντέλου OSI, μπορεί επίσης να εκτελέσει διευθυνσιοδότηση και δρομολόγηση εικονικού κυκλώματος (virtual circuit). Κι αυτό γιατί υποστηρίζει χωρίς σύνδεση και με προσανατολισμένο βάση σύνδεσης framing, constant-bit-rate (σταθερό ρυθμό δεδομένων),πολύπλεξη και υπηρεσίες μεταφοράς. Σήμερα, με δεδομένη την ευρεία διάδοση του Internet Protocol (IP) και την μεγάλη εγκατεστημένη βάση των IP δικτύων και του διαδικτύου, η ανάγκη για να αποκτήσουν αυτά τα δίκτυα δυνατότητες παροχής Quality of Service (QoS) είναι επιτακτική. Στην περίπτωση του διαδικτύου, που η ευρεία χρήση του το έχει καθιερώσει σαν ένα μέσο μετάδοσης εφαρμογών όλων των ειδών, υπάρχει μεγάλη ποικιλία εφαρμογών τα πακέτα των οποίων χρειάζεται το δίκτυο να τα μεταχειριστεί με ειδικό τρόπο. Τέτοιες εφαρμογές είναι η μετάδοση φωνής (Voice over IP-VoIP), κινούμενης εικόνας και γενικά πολυμεσικών δεδομένων. Στις περιπτώσεις αυτών των εφαρμογών, το δίκτυο πρέπει να μεταχειρίζεται τα δεδομένα με διαφορετικό τρόπο από την υπόλοιπη κίνηση. Δυστυχώς το Internet και όλα τα IP δίκτυα δεν προσφέρουν τη δυνατότητα για διάκριση μεταξύ των πακέτων δεδομένων και συνεπώς τη διαφορετική μεταχείρισή τους. 5

7 Στο σημείο αυτό μπορούμε να δώσουμε ένα σύντομο ορισμό της ποιότητας υπηρεσίας (QoS-Quality of Service). Quality of Service λέγεται η δυνατότητα ενός δικτύου να παρέχει διαφοροποιημένες υπηρεσίες σε ένα υποσύνολο της κίνησης που περνάει μέσα από αυτό. Για να μπορέσει κάποιος να προσφέρει QoS σε ένα ετερογενές δίκτυο, θα πρέπει να συνυπάρχουν τα παρακάτω συστατικά: Πρέπει να παρέχεται QoS σε κάθε υποδίκτυο Πρέπει να υλοποιηθούν μέθοδοι σηματοδότησης έτσι ώστε να μπορούν να μεταφερθούν οι πληροφορίες της QoS μεταξύ των υποδικτύων Πρέπει να υπάρχουν δυνατότητες για διαχείριση των χαρακτηριστικών QoS. Σε γενικές γραμμές οι δρομολογητές των άκρων εφαρμόζουν τεχνικές έτσι ώστε να γίνεται: Διαχωρισμός πακέτων Έλεγχος αποδοχής Διαχείριση κατάστασης Οι δρομολογητές κορμού, από την άλλη, εφαρμόζουν τεχνικές έτσι ώστε να γίνεται: Διαχείριση συμφόρησης Αποφυγή συμφόρησης Στόχος μας λοιπόν στην εργασία αυτή είναι να μελετήσουμε τα ΑΤΜ δίκτυα που χρησιμοποιούν το ΑΤΜ switch για τη δρομολόγηση της πληροφορίας (cells) με βάση τις τεχνικές-αλγορίθμους που χρησιμοποιούνται για την παροχή ποιότητας υπηρεσίας (QoS) στη μετάδοση της πληροφορίας. Πιο συγκεκριμένα, θα ξεκινήσουμε με μια αναφορά στην ποιότητα υπηρεσίας στα δίκτυα και τις παραμέτρους που την καθορίζουν. Στη συνέχεια θα εξειδικεύσουμε το θέμα για τα ΑΤΜ δίκτυα και θα αναφερθούμε στο ΑΤΜ switch και τα χαρακτηριστικά του. Ακολούθως θα δούμε τους αλγόριθμους δρομολόγησης που χρησιμοποιούνται στα ΑΤΜ δίκτυα για την εξασφάλιση ποιότητας υπηρεσίας και θα κάνουμε εφαρμογή τους σε συγκεκριμένο εξομοιωτή που θα επιλέξουμε από τους ήδη υπάρχοντες. Υπάρχει ένας standard εξομοιωτής ΑΤΜ δικτύου στον οποίο καθορίζονται οι παράμετροι του QοS που θέλουμε να παρακολουθούνται. Αυτό θα γίνει αφού βέβαια εξετάσουμε αρχικά από τους εξομοιωτές δικτύων που έχουν υλοποιηθεί μέχρι σήμερα ποιος ταιριάζει περισσότερο στην περίπτωσή μας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη μας, δίνοντάς μας τις περισσότερες δυνατότητες - δεδομένου ότι ασχολούμαστε με ATM δίκτυα, επικεντρωνόμαστε στα ATM switches και μας ενδιαφέρει η μελέτη της ποιότητας υπηρεσίας-. Υλοποιούμε τυχαία δίκτυα χρησιμοποιώντας ως στοιχεία μεταγωγής ATM switches. Στη συνέχεια χρησιμοποιούμε διαφορετικούς αλγόριθμους 6

8 δρομολόγησης και παρακολουθούμε τη συμπεριφορά του δικτύου ανάλογα με τις τιμές που παίρνουν οι παράμετροι QoS. Έτσι στηριζόμενοι στα αποτελέσματα αυτά της εξομοίωσης βγάζουμε συμπεράσματα για την ποιότητα υπηρεσίας των δικτύων που χρησιμοποιούν ATM switches για τη μεταγωγή της πληροφορίας. Στη συνέχεια από τους αρκετούς σε πλήθος αλγόριθμους δρομολόγησης που έχουν υλοποιηθεί ή μελετούνται θα προσπαθήσουμε να επιλέξουμε κάποιους αντιπροσωπευτικούς για να τους χρησιμοποιήσουμε για τη μελέτη μας. Θα πρέπει οι αλγόριθμοί μας να είναι όσο το δυνατό πιο αντιπροσωπευτικοί, εφαρμόσιμοι και δημοφιλείς για την περίπτωση ATM δικτύων για να είναι και τα συμπεράσματά μας πιο ουσιώδη και χρήσιμα σε άλλες μελλοντικές μελέτες. Με βάση τις μετρήσεις, τέλος, θα βγάλουμε συμπεράσματα για τη συμπεριφορά των ΑΤΜ δικτύων που χρησιμοποιούν το ΑΤΜ switch για τη δρομολόγηση και την ποιότητα υπηρεσίας που παρέχει. 7

9 2. Η τεχνολογία ΑΤΜ 2.1 Γενικά Η διαφοροποίηση στις υπηρεσίες που παρέχονται μέσω της κυκλοφορίας στα δίκτυα, επιτυγχάνεται κυρίως μέσω μηχανισμών στο επίπεδο σύνδεσης και πιο συγκεκριμένα με τη χρήση των ΑΤΜ και Frame Relay στα WANs και του ΑΤΜ στα LANs. Στη συγκεκριμένη εργασία αυτό που μας ενδιαφέρει είναι τα ATM δίκτυα, οπότε θα περιοριστούμε σε αυτό το πεδίο μελέτης. Το ATM είναι μια τεχνολογία μεταγωγής και πολύπλεξης σε επίπεδο κυψελίδων (cells). Οι κυψελίδες, όπως έχουμε πει, είναι σταθερού μεγέθους πακέτα που αποτελούνται από την επικεφαλίδα (5 Bytes) και την προς μετάδοση πληροφορία (48 Bytes). Έχουν την ικανότητα να πολυπλέκονται ασύγχρονα στο χρόνο, με αποτέλεσμα την ευέλικτη κατανομή του εύρους ζώνης σε διάφορες επικοινωνιακές υπηρεσίες και τη μετάδοση μέσα από νοητά μονοπάτια (VPs-Virtual Paths) και νοητά κυκλώματα (VC- Virtual Circuits). Το εύρος ζώνης εκχωρείται στις διάφορες υπηρεσίες μόλις ζητηθεί. Η χρήση μικρού μεγέθους κυψελίδων και υψηλών ρυθμών μετάδοσης επιτρέπει την υποστήριξη μεγάλου εύρους υπηρεσιών. Τα ευρυζωνικά ψηφιακά δίκτυα ενοποιημένων υπηρεσιών (B-ISDN Broadband Integrated Services Digital Network) βασίζονται στον Ασύγχρονο Τρόπο Μεταφοράς (ATM). Το ΑΤΜ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για δίκτυα διαφόρων μεγεθών (LANs- WANs), μέσων μετάδοσης (οπτικές ίνες, ομοαξονικά καλώδια), διοικήσεων (δημόσια, ιδιωτικά). Ο οργανισμός ITU-T (International Telecommunications Union- Telecommunications standardization sector) περιγράφει πέντε γενικές κλάσεις υπηρεσιών στο χώρο των ενοποιημένων υπηρεσιών ευρυζωνικών ψηφιακών δικτύων: Υπηρεσίες Επικοινωνίας Υπηρεσίες εκπομπής/διανομής Υπηρεσίες συνδιάλεξης (Conversation services), αμφίδρομη μηπραγματικού χρόνου επικοινωνία, π.χ. ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, Υπηρεσίες Ανταλλαγής Μηνυμάτων (Messaging Services), αμφίδρομη μη-πραγματικού χρόνου επικοινωνία π.χ. ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, Υπηρεσίες Ανάκτησης Δεδομένων (Data Retrieval Services), π.χ. βίντεο μόλις ζητηθεί (video on demand), αποθηκευμένα ηλεκτρονικά μαθήματα, κτλ. 8

10 Βασικός στόχος των προτύπων ΑΤΜ αποτελεί η δημιουργία ενός ενιαίου δικτύου χρησιμοποιώντας τις αρχές μεταγωγής και πολυπλεξίας της τεχνολογίας ΑΤΜ και των αντίστοιχων επιπέδων προσαρμογής, το οποίο θα υποστηρίζει ένα ευρύ φάσμα υπηρεσιών όπως: Φωνή Πακέτα Δεδομένων (SMDS,IP,FR) Βίντεο Εφαρμογές Εικόνας (imaging) Διαλογικά Πολυμέσα Διασύνδεση Δικτύων Εξομοίωση τοπικών δικτύων Η χρήση των ΑΤΜ κυψελίδων καθιστά δυνατό το δυναμικό καταμερισμό χωρητικότητας στους διαφόρους χρήστες, ενώ ταυτόχρονα επιτρέπει τη συνύπαρξη υπηρεσιών ευρέως και στενού φάσματος μέσα στο ίδιο δίκτυο, αφού οι ίδιες κατηγορίες υπηρεσιών θα διαφέρουν μεταξύ τους μόνο στον αριθμό των κυψελίδων που απαιτούν. Επίσης η απαίτηση των υπηρεσιών πραγματικού χρόνου (real-time) για μικρή καθυστέρηση μετάδοσης αντιμετωπίζεται επιτυχώς με τη χρήση των νοητών κυκλωμάτων (VCs), η ύπαρξη των οποίων παρέχει εκτός των άλλων μεγάλη ευελιξία στην πρόσβαση στο δίκτυο. Το ΑΤΜ είναι λοιπόν μια τεχνική μετάδοσης πληροφορίας που επιτυγχάνει την ενοποίηση της μεθόδου μεταγωγής κυκλώματος (circuit-mode transfer method) και μεταγωγής πακέτων (packet-mode transfer method) υλοποιώντας σταθερές συνδέσεις (είναι δηλαδή CO-Connection Oriented) με τη χρήση νοητών μονοπατιών και καναλιών για τη μετάδοση των κυψελίδων. Η συγγένεια του ΑΤΜ με τη μέθοδο μεταγωγής πακέτων οφείλεται στο γεγονός ότι το ΑΤΜ χρησιμοποιεί κυψελίδες (οι οποίες είναι πακέτα) για τη μεταφορά πληροφορίας. Από την άλλη όμως, η μεταγωγή πακέτων σχεδιάστηκε για μεταφορά δεδομένων μεταβλητού ρυθμού (variable-rate) και μη πραγματικού χρόνου (non-real-time), ενώ το ΑΤΜ μπορεί να εξυπηρετήσει επιπλέον και μεταφορά δεδομένων σε πραγματικό χρόνο (real-time) και σταθερό ρυθμό (fixed-rate). Η θεμελιώδης διαφορά ανάμεσα στο ΑΤΜ και τη μέθοδο μεταγωγής κυκλώματος είναι ότι ενώ στη μεταγωγή κυκλώματος ανατίθεται σε ένα χρήστη που απέκτησε πρόσβαση ένα αποκλειστικό κανάλι για τη μεταφορά πληροφορίας με τη μορφή ενός συνεχούς συρμού από δυαδικά ψηφία (bits), το ΑΤΜ μετατρέπει την πληροφορία σε ΑΤΜ κυψελίδες τα οποία μεταδίδει μέσω νοητών κυκλωμάτων (VCs). Μεταξύ των δημοσίων και των WAN δικτύων, η ΑΤΜ εμφανίζεται ως η τεχνολογία της επιλογής, λόγω της ικανότητάς της να πολυπλέκει πολλαπλές 9

11 διαφορετικές υπηρεσίες σε μια κοινή υποδομή, παρέχοντας και μεγαλύτερη ευελιξία και σημαντική εξοικονόμηση χρόνου. Ωστόσο οι υποβόσκοντες μηχανισμοί QoS μεταδόσεων δεν χρησιμοποιούνται από την πλειοψηφία των οργανισμών που χρησιμοποιούν το ΑΤΜ σαν εργαλείο μετάδοσης δεδομένων μέσω δικτύου. Ίσως να μην υπάρχει άλλη τεχνολογία δικτύων που να έχει αναπτυχθεί τόσο πολύ και σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα όπως το ΑΤΜ switching. Έχοντας σχεδιαστεί αρχικά για να χρησιμοποιηθεί σε δημόσια δίκτυα, η ΑΤΜ τεχνολογία θεωρείται ο κεντρικός άξονας στην επανάσταση των ιδιωτικών δικτύων. Το μοντέλο αναφοράς που περιγράφει τα ΑΤΜ δίκτυα αποτελείται από τρία βασικά στρώματα: Το φυσικό επίπεδο, το ΑΤΜ επίπεδο και το επίπεδο προσαρμογής ΑΤΜ. Το τελευταίο στρώμα αποτελείται από το Υποεπίπεδο Σύγκλισης (CS-Convergence Sublayer) και το υποεπίπεδο Τμηματοποίησης και Επανασύστασης (SAR- Segmentation And Reassebly). Κάθε ένα από αυτά διαιρείται σε άλλα υποστρώματα. Τα στρώματα του ΑΤΜ δεν αντιστοιχούν πλήρως στα στρώματα του μοντέλου OSI (Open Systems Interconnection). To ATM επίπεδο διακρίνεται σε 4 μέρη. Το ATM layer στέλνει και λαμβάνει πληροφορίες σε μορφή cells από και προς το AAL επίπεδο. Επικοινωνεί με το δεύτερο κομμάτι, το ΑΤΜ switch, όπου τα πακέτα μπαίνουν σε μια ουρά αναμονής προς μετάδοση. Το τρίτο κομμάτι είναι το ΑΤΜ translation, το οποίο λαμβάνει πακέτα από το δίκτυο και αποφασίζει αν αφορούν τον τρέχοντα κόμβο, αν είναι πακέτα σηματοδοσίας, αν είναι πακέτα δρομολόγησης ή αν είναι πακέτα δεδομένων και ανάλογα να τα αποστέλλει ή στο ATM Management ή στο ATM layer ή στο ATM switch. Το ΑΤΜ πρωτόκολλο είχε σχεδιαστεί για να αυξήσει την ταχύτητα των δικτύων μειώνοντας την πολυπλοκότητα της λειτουργίας μεταγωγής και το μέγεθος του πίνακα δρομολόγησης, και αφαιρώντας από το επίπεδο μεταγωγής τον έλεγχο ροής και τη συντήρηση. Το ΑΤΜ μπορεί για σκοπούς δρομολόγησης να θεωρηθεί ένα connection-oriented δίκτυο μεταγωγής πακέτων, με κάθε πακέτο να έχει καθορισμένο μέγεθος στα 53 bytes. Τα εικονικά κανάλια VCs που καλούνται εικονικές συνδέσεις καναλιού (Virtual Channel Connections), έχουν δεσμευθεί από τους χρήστες για να εδραιώσουν end-to-end συνδέσεις, που αποτελούνται από έναν ή περισσότερους συνδέσμους, με κάθε σύνδεσμο να έχει ένα VCI. Ωστόσο η δρομολόγηση στο ΑΤΜ γίνεται στην ουσία σε δύο επίπεδα: στο VC και στο VP επίπεδο. Κάθε σύνδεσμος VC αποτελείται από VPC, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από έναν ή περισσότερους VP συνδέσμους (Virtual Path Links-VPL). Αυτό 10

12 ανταποκρίνεται σε φυσικούς συνδέσμους μεταξύ κόμβων, με κάθε VPL να έχει έναν VPI. Το σκεπτικό των VP εισήχθη στα ΑΤΜ δίκτυα για να μειώσει το μέγεθος των πινάκων δρομολόγησης και την πολυπλοκότητα των λειτουργιών ελέγχου του δικτύου. Αυτό επιτυγχάνεται με κάθε VPC να αναπαριστά ένα σύνολο από VC συνδέσμους, έτσι ώστε σε ενδιάμεσους κόμβους του VPC το VCI να αγνοείται και η διαδικασία αντιστοίχισης να ακολουθείται χρησιμοποιώντας μόνο το πεδίο VPI στην επικεφαλίδα του cell. Αυτό μειώνει το μέγεθος του πίνακα δρομολόγησης γιατί οι πολλοί και διαφορετικοί VC σύνδεσμοι που απαρτίζουν το VPC δρομολογούνται χρησιμοποιώντας μόνο μια είσοδο (entry) στον πίνακα δρομολόγησης. Και μόνο που απαιτείται η μισή διεύθυνση επικεφαλίδας του cell (μόνο τα VPI) αρκεί για να προχωρήσουν τα αποτελέσματα με μια ταχύτερη διαδικασία μεταγωγής. Ένα ΑΤΜ δίκτυο μπορεί για αυτό το λόγο να θεωρηθεί σαν ένα φυσικό δίκτυο που έχει μια τοπολογία που αποτελείται από συνδέσμους και κόμβους, με ένα λογικό δίκτυο να επικάθεται από πάνω. Αυτό αποτελείται από λογικούς συνδέσμους (VPCs) και κόμβους, που είναι οι ακραίοι κόμβοι των VPCs, καθώς οι ενδιάμεσοι κόμβοι δεν θα προσπελαστούν αλλά θα δρομολογηθούν απευθείας στο VC επίπεδο. Η σύνδεση δημιουργείται στο VC επίπεδο, και δρομολογείται πάνω σε λογικούς συνδέσμους ή VC συνδέσμους, που είναι τα VPCs. Η δρομολόγηση της σύνδεσης προκύπτει από την πραγματική τοπολογία φυσικού δικτύου ώστε να είναι ικανή να προσπελάσει μόνο την καθορισμένη τοπολογία λογικού δικτύου [7] [8] [10]. 2.2 Τα πλεονεκτήματα της ΑΤΜ τεχνολογίας Το μεγάλο ενδιαφέρον για την ΑΤΜ τεχνολογία οφείλεται στα μοναδικά πλεονεκτήματα που υπόσχεται το ΑΤΜ switching, και συγκεκριμένα: Υψηλές Ταχύτητες Ενιαία μεταφορά διαφορετικών ειδών πληροφορίας (δεδομένα, ήχος, βίντεο, κλπ) Βέλτιστη χρήση του διαθέσιμου εύρους ζώνης Υποστήριξη και ιδιωτικών και δημοσίων δικτύων Τεχνολογική βάση και για LANs και για WANs Προσομοίωση μεταγωγής πακέτου και μεταγωγής κυκλώματος Υποστήριξη υπηρεσιών με διαφορετικά είδη κυκλοφοριακής κίνησης Υποστήριξη πολλαπλών κατηγοριών ποιότητας υπηρεσιών Υποστήριξη κυκλοφοριακής κίνησης με προτεραιότητες Υποστήριξη υπηρεσιών πραγματικού και μη πραγματικού χρόνου 11

13 Η πλατφόρμα ΑΤΜ μπορεί να χρησιμοποιηθεί και να υποστηρίξει μια μεγάλη ποικιλία από υπηρεσίες, όπως γεφύρωση Τοπικών Δικτύων (LAN bridging), Εξομοίωση Τοπικών Δικτύων (LAN emulation), Πολλαπλά Πρωτόκολλα πάνω από ΑΤΜ (MPOA- Multiprotocol Over ATM), Μεταγωγή πλαισίου (Frame Relay), Εξομοίωση Κυκλώματος (Circuit Emulation) κλπ. Πιο αναλυτικά λοιπόν, με τη χρήση του ATM switching έχουμε τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: Κλιμακωτό, ομαλό εύρος ζώνης: Φτάνει σε ρυθμούς που αγγίζουν τα 155 Mbps, ενώ στο άμεσο μέλλον θα επεκταθούν πάνω από τα 622 Mbps. Κατά μήκος όλου του εύρους ταχυτήτων, και σε όλα τα LAN και WAN, το σύνηθες cell format και τα πρωτόκολλα σηματοδοσίας του ΑΤΜ διευκολύνουν την ομαλή διασύνδεση και τη συγκροτημένη ανάπτυξη των υπηρεσιών. Εγγυημένο QoS: Τα ΑΤΜ δίκτυα μπορούν να παρέχουν συνδέσεις με εγγυημένη ποιότητα υπηρεσίας. Αυτό μπορεί να διευκολύνει τη λειτουργία, ιδιαίτερα όταν γίνεται με υψηλότερου επιπέδου πρωτόκολλα πολυμέσων, δικτυακών πολυμέσων και αιτήσεων συνεχούς ροής bit (CBR- Constant Bit Rate), που απαιτούν αυστηρούς ελέγχους στην καθυστέρηση και το θόρυβο δικτύου. Ολοκληρωμένες υπηρεσίες: Οι εγγυήσεις ποιότητας υπηρεσιών του ΑΤΜ, μαζί με τις λειτουργίες που στηρίζονται στα cell, επιτρέπουν την ανάπτυξη ενός ανεξάρτητου, πολλαπλών υπηρεσιών δικτύου στο οποίο όλοι οι τύποι κίνησης δεδομένα, ήχος και video- μπορούν να μεταδοθούν μειώνοντας ακόμα περισσότερο το κόστος και την πολυπλοκότητα των σημερινών δικτύων πολλαπλών επιπέδων. Η ΑΤΜ τεχνολογία όχι μόνο προσφέρει το απαραίτητο εύρος ζώνης κορμού αλλά συνδυάζοντας διαφορετικές ροές κίνησης σε μια υποδομή, οι εταιρείες θα μπορούν επίσης να ελαχιστοποιήσουν ως προς το κόστος τα παράλληλα δίκτυα και να βοηθήσουν τη διαχείριση δικτύου ενώ παράλληλα θα βελτιώνουν την απόδοση του δικτύου. Εικονικά Δίκτυα: Τα ΑΤΜ πρωτόκολλα διαδικτύωσης μπορούν να παρέχουν υπηρεσίες εικονικών δικτύων, που διαχωρίζουν τις φυσικές από τις λογικές τοπολογίες των τοπικών δικτύων, διευκολύνοντας την διαχείριση του δικτύου. Στα σημερινά δίκτυα υπάρχει μια στενή σχέση μεταξύ της φυσικής υποδομής του δικτύου των hubs, switches και routers- και τη λογική υποδομής όπως τα IP υποδίκτυα. Αυτό συμβαίνει επειδή η φυσική τοποθεσία μιας συσκευής γενικά καθορίζει το φυσικό τομέα του LAN στον οποίο η συσκευή μπορεί να συνδεθεί. Ακόμα, φυσικοί χρήστες στην ίδια τοποθεσία πρέπει να τοποθετηθούν στο ίδιο LAN. Αυτό ήταν αποδεκτό στο παρελθόν, όπου η οργανική ροή της εργασίας γενικά αντιπροσώπευε τις πραγματικές, φυσικά τοποθετημένες μαζί, ομάδες εργασίας. 12

14 Σήμερα, ωστόσο που οι οργανισμοί έχουν διευρύνει τις ιεραρχίες τους και έχουν μειώσει την τμηματοποίηση, οι περισσότερες ροές εργασίας αντιπροσωπεύουν ειδικού σκοπού, διασταυρωμένης λειτουργικότητας ομάδες εργασίας. Σε αυτές τις ομάδες εργασίας οι ροές εργασίας επεκτείνουν την εταιρεία, ανεξαρτήτως της φυσικής τοποθεσίας καθενός. Εν τω μεταξύ, οι εξυπηρετητές οργανώνονται σε ομάδες εξυπηρετητών για μεγαλύτερη ασφάλεια και ισχύ. Σε τέτοια δυναμικά περιβάλλοντα, το κόστος μεταφοράς, επέκτασης και αλλαγών του δικτύου μπορεί να είναι ιδιαίτερα υψηλό, για το λόγο ότι όλες αυτές οι αλλαγές τυπικά απαιτούν φυσική επαναδιάταξη στις καλωδιώσεις. Η χρήση των εικονικών δικτύων (VLANs-Virtual Networks), που επιτρέπει τον διαχωρισμό της λογικής υποδομής από τη φυσική, δίνει στους διαχειριστές δικτύου την δυνατότητα να δημιουργούν και να επαναρυθμίζουν εύκολα και δυναμικά τα εικονικά δίκτυα, εντοπίζοντας τη διαμόρφωση και αλλαγή ειδικών ομάδων εργασίας. Με άλλα λόγια, τα εικονικά δίκτυα επιτρέπουν στους διαχειριστές δικτύου να χρησιμοποιήσουν το δίκτυο για τη διακίνηση πληροφορίας οργανωσιακά, αντί να περιορίζουν την οργάνωση με βάση το φυσικό δίκτυο, όπως συμβαίνει σήμερα [4] [8] [11] 2.3 Σηματοδοσία και δρομολόγηση στο ΑΤΜ Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι σηματοδοσίας στα ΑΤΜ δίκτυα: το User-to- Network Interface (UNI) και το Network-to-Network Interface (ΝNI), που ορισμένες φορές αναφέρεται σαν Network-to-Node Interface. H UNI σηματοδοσία χρησιμοποιείται μεταξύ τελικών συστημάτων συνδεδεμένων μεταξύ τους με ATM, όπως είναι οι δρομολογητές και οι προσαρτημένοι σε δίκτυο ΑΤΜ σταθμοί εργασίας. Η σηματοδοσία NNI χρησιμοποιείται μεταξύ switches μέσα στο ίδιο ΑΤΜ switch δίκτυο. Η σηματοδοσία UNI μετατρέπεται από το ATM switch εισόδου σε ΝΝΙ σηματοδοσία, και στη συνέχεια μετατρέπεται αντίστροφα από NNI σε UNI στο ATM switch εξόδου. Υπάρχουν δύο πρωτόκολλα δρομολόγησης που χρησιμοποιούνται στα ΑΤΜ δίκτυα: το IISP (Interim Interswitch Signaling Protocol) και το PNNI (Private Network-Network Interface). Το IISP παρέχει μια λύση δρομολόγησης στατική που δεν έχει διαβάθμιση και δεν έχει υποστήριξη εξασφάλισης ποιότητας υπηρεσίας. Το PNNI παρέχει λύση υψηλής διαβάθμισης δρομολόγησης με μονοπάτια δρομολόγησης επιλεγμένα με δυναμικό τρόπο και υποστήριξη για εξασφάλιση ποιότητας υπηρεσίας. 13

15 Όπως το όνομά του δηλώνει, το IISP είναι ένα πρωτόκολλο σηματοδοσίας για επικοινωνία μεταξύ switches. Το IISP ήταν ένα προσωρινό μέτρο που σχεδιάστηκε για να επιτρέπει σε ομότιμα switches να διασυνδέονται χρησιμοποιώντας σηματοδοσία βασισμένη στο UNI (User-Network Interface), πάνω στις UNI προδιαγραφές πριν την υλοποίηση του NNI (Network-Network Interface) πρωτοκόλλου σηματοδοσίας στο οποίο στηρίζεται το PNNI (σχήμα 2.1). α. Non ATM End switch ATM Network ATM Network ATM End system NNI UNI β. PNNI End System Switch Switch End System γ. End System ATM network PNNI ATM network End System Σχήμα 2.1: α) Το PNNI, β) Το Private Network-Node Interface, γ) To Private Network-Network Interface. Αν και αρκετά λιγότερο ισχυρό και σύνθετο από το PNNI, το IISP χρησιμοποιείται ακόμα σήμερα για να επιτρέπει την συμβατότητα με switches που ακόμα δεν υλοποιούν το ATM PNNI. Το IISP μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθεί για να απομονώσει την κατανομή της PNNI πληροφορίας σε συγκεκριμένα σενάρια σχεδιασμού δικτύου. Το PNNI σε αντιδιαστολή με το IISP, παρέχει μηχανισμούς για να υποστηρίξει βαθμωτή, στηριζόμενη στην ποιότητα υπηρεσία δρομολόγησης. Και 14

16 για να το πετύχει αυτό, το PNNI χρησιμοποιεί δύο παράγοντες: τη σηματοδοσία (signaling) και τη δρομολόγηση (routing). Ο παράγοντας δρομολόγησης του PNNI πρωτοκόλλου καθορίζει πώς η αίτηση σηματοδοσίας και η επακόλουθη σύνδεση δεδομένων δρομολογούνται μέσω του ATM δικτύου. Οι δύο μεταφράσεις του ακρωνύμιου του PNNI υποδηλώνουν διαφορετικές εφαρμογές: Η «Private Network Node Interface» αναφέρεται στη δρομολόγηση ανάμεσα σε ΑΤΜ switches σε ένα ιδιωτικό δίκτυο, ενώ η «Private Network-Network Interface» αναφέρεται στη δρομολόγηση ανάμεσα σε ιδιωτικά ΑΤΜ δίκτυα (Σχήμα 2.1.β,γ) [10] [11] [12] [13]. 2.4 Το PNNI πρωτόκολλο Σε σχέση με τα επίπεδα δικτύου και μετάδοσης του προτύπου OSI, το PNNI υποστηρίζει δύο κατηγορίες πρωτοκόλλων: 1. Εύρεσης τοπολογίας και (επανα)ρύθμισης και 2. Δυναμική δρομολόγηση μέσω συνδέσεων εικονικού κυκλώματος. Το κύριο χαρακτηριστικό των PNNI πρωτοκόλλων είναι η διαβαθμισιμότητα, καθώς π.χ. η πολυπλοκότητα της δρομολόγησης δεν μεγαλώνει δραστικά όσο το μέγεθος του δικτύου αυξάνεται. Υπάρχει μια εξισορρόπιση μεταξύ της διαβαθμισιμότητας και της ποιότητας δρομολόγησης. Με δεδομένη την φυσική πολυπλοκότητα των ευρέως μεταδιδομένων δεδομένων, οι εξομοιώσεις είναι ο μόνος εφικτός τρόπος να μελετήσουμε τη διαβαθμισιμότητα του PNNI πρωτοκόλλου και να σχεδιάσουμε και να συντονίσουμε στρατηγικές για ιεραρχική διευθυνσιοδότηση, συνολική τοπολογία και άδεια κλήσεων (call admissions). Το PNNI πρωτόκολλο είναι ένα σύνθετο σύνολο ΑΤΜ μηχανισμών δρομολόγησης και σηματοδοσίας. Αποτελεί ένα από τα πιο σύνθετα πρωτόκολλα σηματοδοσίας που έχουν γίνει μέχρι σήμερα, με στόχο να υποστηρίξουν την δρομολόγηση με βάση την ποιότητα υπηρεσίας με πρωτοποριακά επίπεδα διαβαθμισιμότητας. Οι προδιαγραφές του PNNI στηρίζονται σε ένα ιεραρχικό σχήμα διευθυνσιοδότησης το οποίο χρησιμοποιείται για τη διαχείριση των πληροφοριών της τοπολογίας του δικτύου και για την δρομολόγηση των κλήσεων. Σε ένα ευρύ δίκτυο είναι ανέφικτο σε κάθε κόμβο να κρατείται η πλήρη περιγραφή για ολόκληρο το δίκτυο, να και το κόστος της αποθήκευσης και της ενημέρωσης τέτοιας πληροφορίας είναι υπερβολικό. Απ την άλλη ένα ιεραρχικό σχήμα επιτρέπει στους κόμβους να έχουν σύντομες «περιγραφές» του δικτύου. Επιπλέον αλλαγές στο δίκτυο δεν χρειάζεται να διαδίδονται σε κάθε κόμβο. 15

17 Η ιεραρχία PNNI οργανώνει τους κόμβους του δικτύου (στο επίπεδο-0) σε επιπέδου-1 ομότιμες ομάδες. Οι επιπέδου-1 ομάδες ομαδοποιούνται σε επιπέδου-2 ομότιμες ομάδες, κ.ο.κ. Ένα PG δηλαδή αναπαρίσταται από έναν μόνο λογικό ομαδικό κόμβο (logical group node-lgn) στο γονέα PG. Η ιεραρχική δομή ολοκληρώνεται δημιουργώντας ακόμα υψηλότερα επίπεδα από PG μέχρι ολόκληρο το δίκτυο να εμφανίζεται σαν ένα υψηλού επιπέδου PG. Ένα παράδειγμα μιας PNNI ιεραρχίας φαίνεται στο σχήμα 2.2. Εισάγουμε μεταξύ των επιπέδων διαβάθμιση της τοπολογίας, όπως π.χ. μείωση των συνδέσεων όπως επίσης και της κομβικής πληροφορίας, προκειμένου να πετύχουμε τη διαβάθμιση σε ένα μεγάλο δίκτυο. H διαβαθμισιμότητα των συνδέσεων αναφέρεται στην αναπαράσταση ενός συνόλου συνδέσεων μεταξύ δύο ίδιων PG από μια μόνο σύνδεση. Για παράδειγμα στο Σχήμα 1, η λογική σύνδεση (Β-D) στο PG(X) αναπαριστά την διαβάθμιση των δύο συνδέσεων (B.3-D.2) και (B.2-D.1) του χαμηλότερου επιπέδου. H κομβική ομαδοποίηση (nodal aggregation) είναι η διαδικασία αναπαράστασης μιας ομάδας-παιδιών από έναν λογικό ομαδικό κόμβο (logical group node-lgn) στην ομάδα-γονέα. Είναι απλό να σχεδιάσουμε ένα LGN σαν ένα απλό σημείο όταν η μεσολάβηση του LGN δεν επηρεάζει σημαντικά τις από άκρη-σε-άκρη μετρικές και ορίσματα των συνδέσεων. Αλλιώς χρειάζεται ένα σύνθετο μοντέλο κόμβου, που είναι μια συλλογή από παραμέτρους κατάστασης κόμβων και παρέχουν λεπτομερείς πληροφορίες κατάστασης που σχετίζονται με την ομάδα-παιδιών που αναπαριστά. Σχήμα 2.2: Παράδειγμα ενός PNNI δικτυου (όπου A i,b i,c i κοκ: PGs ομοίων χαρακτηριστικών) 16

18 Σε κάθε ομότιμη ομάδα επιλέγεται ένα μέλος ως ο Peer Group Leader (PGL). Οι PGLs παίζουν ένα καθοριστικό ρόλο στην αποκατάσταση και διατήρηση των τοπολογικών περιγραφών για τους κόμβους του δικτύου, ενώ δεν χρησιμοποιούνται για τη δρομολόγηση των κλήσεων. Ο ρόλος του κάθε PGL παίζεται από έναν κόμβο του δικτύου, που τον ονομάζουμε Role Playing Physical Node (RPPN). Ο RPPN ενός PGL μπορεί να αποφασιστεί αν ακολουθούμε περιοδικά τους PGL προς τα κάτω προς την ιεραρχία μέχρι να βρούμε ένα κόμβο του δικτύου. Συνεπώς, όλες οι διαμεσολαβήσεις μέσα στην ιεραρχία γίνονται μεταξύ των RPPN κόμβων στο δίκτυο. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές του PNNI κάθε κόμβος του δικτύου θα πρέπει να έχει πλήρη γνώση των κόμβων και των ακμών μέσα στο ίδιο με αυτόν Peer group επιπέδου-1. Αυτό γίνεται με το να διοχετεύει ο κάθε κόμβος μέσα στο επιπέδου-1 Peer Group τις πληροφορίες του. Για υψηλότερα επίπεδα, k>0, οι επιπέδου-k RPPN των PGL που είναι μέλη του ίδιου επιπέδου-(k+1) της ομότιμης ομάδας ανταλλάσσουν όλη την πληροφορία μέσω καναλιών ελέγχου δρομολόγησης (RCCs- Routing Control Channels) που αποκαθίστανται από μηχανισμούς ρύθμισης των κλήσεων. Τελικά, ολόκληρη η πληροφορία που λαμβάνεται από το RPPN του επιπέδου-k PGL αποστέλλεται στους κόμβους του δικτύου σε κατώτερο επίπεδο του δικτύου. Η ανταλλαγή των πληροφοριών της τοπολογίας μεταφέρεται με τη χρήση σύντομων μηνυμάτων Hello και μεγαλύτερων μηνυμάτων PTSE, τα οποία τα ορίζουμε παρακάτω. Οι πληροφορίες της τοπολογίας που συλλέγονται και διατηρούνται συνεχώς σε κάθε κόμβο χρησιμοποιούνται στα πρωτόκολλα κατανεμημένης δρομολόγησης για άδεια κλήσεων (Call Admission), ρυθμίσεις κλήσεων (Call Setup) και απόρριψη κλήσεων (Call tear-down). Αυτές οι πληροφορίες ενημερώνονται περιοδικά κατά τη διάρκεια λειτουργίας του δικτύου. Το αποτέλεσμα της ιεραρχίας είναι ότι κάθε κόμβος έχει λεπτομερείς πληροφορίες για τους γειτονικούς του κόμβους μα μόνο προσεγγιστικές πληροφορίες για τους πιο απομακρυσμένους κόμβους. Το PNNI, λοιπόν, είναι ένα δυναμικό πρωτόκολλο σηματοδοσίας και δρομολόγησης που τρέχει στα ΑΤΜ δίκτυα και αρχικοποιεί τα SVCs (Switched Virtual Circuits). Χρησιμοποιεί έναν πολύπλοκο αλγόριθμο για τον καθορισμό του καλύτερου μονοπατιού μέσα από τα switches του ATM και για την επαναδρομολόγηση στις περιπτώσεις που ένα VC αποτυγχάνει. Ο καθορισμός του καλύτερου μονοπατιού γίνεται με υπολογισμούς βασισμένους στα κόστη που αποδίδονται στους συνδέσμους μεταξύ δύο switches. Τα κόστη αυτά μπορούν να διαμορφωθούν από το διαχειριστή του δικτύου προκειμένου να καθοριστούν προτιμώμενες συνδέσεις στη συγκεκριμένη τοπολογία switches. To PNNI παρέχει από μόνο του μια έννοια QoS στα ΑΤΜ δίκτυα, αφού σε αντίθεση με άλλα link-state πρωτόκολλα δρομολόγησης, το ΡΝΝΙ όχι μόνο 17

19 «γνωστοποιεί» τις μετρικές των συνδέσεων στο ΑΤΜ δίκτυο, αλλά επίσης «γνωστοποιεί» πληροφορία και για τους κόμβους του δικτύου, όπως την εσωτερική κατάσταση κάθε switch και τη συμπεριφορά της μεταφερόμενης κίνησης μεταξύ των switches του δικτύου. Τα πακέτα που διακινούνται είναι τριών ειδών: Το πακέτο Hello: μεταδίδεται από κάθε κόμβο για να ενημερώσει τους γειτονικούς του, οι οποίοι ανήκουν στην ίδια ομάδα κόμβων (peer group). Το πακέτο PTSE (PNNI Topology State Element): Καλύπτει τις παραμέτρους τοπολογίας όπως είναι οι ενεργές συνδέσεις, το διαθέσιμό τους bandwidth, κτλ. Το PTSP (PNNI Topology State Packet): Μεταφέρει τις πληροφορίες τοπολογίας σε όλους τους κόμβους, για τη διατήρηση των βάσεων δεδομένων για την τοπολογία του PNNI δικτύου. Οι λειτουργίες του PNNI πρωτοκόλλου δρομολόγησης περιλαμβάνουν: 1. Εύρεση των γειτόνων και της κατάστασης των συνδέσεων 2. Συγχρονισμό των βάσεων δεδομένων των τοπολογιών 3. Διακίνηση των Protocol Topology State Elements (PTSEs) 4. Επιλογή των Peer Group Leaders (PGLs) 5. Μελέτη της πληροφορίας κατάστασης της τοπολογίας και 6. Δημιουργία της ιεραρχίας δρομολόγησης. Το PNNI πρωτόκολλο δρομολόγησης έχει δυο πολύ σημαντικά χαρακτηριστικά. Το πρώτο είναι να παρέχει δρομολόγηση βασισμένη στην ποιότητα υπηρεσίας χρησιμοποιώντας ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης βασισμένο στην κατάσταση της τοπολογίας. Η πληροφορία της κατάστασης της τοπολογίας του δικτύου, που εμπεριέχει την κατάσταση των συνδέσεων και παραμέτρους για την κατάσταση των κόμβων όπως και πληροφορίες εφικτότητας, εμπεριέχονται στα PNNI πακέτα κατάστασης τοπολογίας (PNNI topology state packets PTSP). Αυτά ανταλλάσσονται περιοδικά μεταξύ των κόμβων ή ενεργοποιούνται από συγκεκριμένα events. Επιπλέον όλοι οι κόμβοι μπορούν να συγχρονίσουν τις βάσεις δεδομένων πληροφοριών σχετικά με τους διαθέσιμους πόρους και την προσεγγιστικότητα εντός του δικτύου. Με βάση αυτή τη Βάση δεδομένων πληροφοριών, ένας κόμβος μπορεί να επιλέξει το βέλτιστο μονοπάτι που ικανοποιεί το αιτούμενο QoS. Υπάρχουν δύο τύποι παραμέτρων σύνδεσης: Ο ένας είναι το όρισμα (attribute), που υπολογίζεται ανεξάρτητα από το αν λαμβάνεται μια απόφαση δρομολόγησης. Ένα τυπικό όρισμα σύνδεσης είναι ο διαθέσιμος ρυθμός cell (ACR- Available Cell Rate). Το άλλο είναι η μετρική (metric), που οι επιδράσεις της είναι επιπρόσθετες κατά μήκος ενός μονοπατιού, όπως είναι η καθυστέρηση cell (CTD), ο θόρυβος (CDV) και ο ρυθμός απώλειας των cells (CLR). Από την πλευρά του χρήστη, 18

20 αυτές οι QoS μετρικές, μαζί με το απαιτούμενο εύρος ζώνης, πρέπει να ικανοποιηθούν αλλά δεν απαιτείται να είναι βέλτιστες. Απ την άλλη, από την πλευρά του διαχειριστή δικτύου, η χρησιμοποίηση (utilization) των δικτυακών πόρων θα πρέπει να μεγιστοποιηθεί. Για το λόγο αυτό, αλγόριθμοι δρομολόγησης βασισμένοι στο QoS θα πρέπει να έχουν την ικανότητα να ικανοποιούν και τις δύο αυτές απαιτήσεις. Μια επιπλέον δυνατότητα όπως είπαμε είναι η γενικότερη διαβαθμισιμότητα, όπου το κλειδί σ αυτή είναι η ύπαρξη ιεραρχικής δικτυακής δομής. [9] [11] [12] [21] [23] 2.5 Ο Connection Traffic Descriptor Στα ΑΤΜ δίκτυα η κίνηση που προέρχεται από μια πηγή πληροφορίας χαρακτηρίζεται με τη βοήθεια κάποιων παραμέτρων οι οποίες περιγράφονται στη συνέχεια: Peak Cell Rate (PCR): Χαρακτηρίζει το μέγιστο ρυθμό με τον οποίο μπορεί η πηγή να εισάγει πληροφορία στο δίκτυο. Η ακριβής σημασία της εξαρτάται από την κατηγορία υπηρεσίας που χρησιμοποιείται. Στην περίπτωση της υπηρεσίας CBR (Constant Bit Rate) ορίζει τον ρυθμό με τον οποίο παράγονται cell. Στην περίπτωση του rt-vbr (real time Variable Bit Rate) ή του nrt-vbr ορίζει το ρυθμό με τον οποίο παράγονται cell για μικρά όμως χρονικά διαστήματα (δηλαδή σποραδικά η πηγή μπορεί να παράγει σε αυτό το ρυθμό). Στην περίπτωση του ABR (Available Bit Rate) καθορίζει το μέγιστο ρυθμό που εισάγονται cell, ο οποίος όμως μπορεί και να μην επιτευχθεί διότι δεν το επιτρέπει το δίκτυο. Πρέπει να παρατηρηθεί ότι στα δίκτυα ATM ο ρυθμός αυτός δεν είναι το αντίστροφο του ελάχιστου χρόνου μεταξύ διαδοχικών cell. Αν ήταν έτσι, τότε σε ένα κύκλωμα των (χονδρικά) 150Mbps, οι διαθέσιμές τιμές θα ήταν 150Mbps, 75Mbps, 50Mbps και γενικά 150/c Mbps, όπου c ακέραιος αριθμός. Αυτό θα ήταν πολύ περιοριστικό για τα δίκτυα ATM και τις εφαρμογές που τα χρησιμοποιούν. Γενικά στα δίκτυα ATM, η τιμή του PCR, μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή. Sustainable Cell Rate (SCR): Στην περίπτωση των υπηρεσιών rt-vbr και nrt- VBR (δηλαδή στην περίπτωση μεταβλητού ρυθμού bits) καθορίζει το μέσο ρυθμό με τον οποίο παράγει η πηγή cell σε ένα μεγάλο παράθυρο χρόνου. Maximum Burst Size (MBS): Στην περίπτωση των υπηρεσιών rt-vbr και nrt- VBR (δηλαδή στην περίπτωση μεταβλητού ρυθμού bits), καθορίζει τη μέγιστη 19

21 διάρκεια κατά την οποία η πηγή μπορεί να παράγει cell με τιμή κοντά στο PCR. Minimum Cell Rate (MCR): Καθορίζει τον ελάχιστο ρυθμό που πρέπει να εξυπηρετήσει το δίκτυο σε μια σύνδεση που ανήκει στην κατηγορία ABR. Cell Delay Variation Tolerance (CDVT): Aποτελεί ένα άνω φράγμα στη διακύμανση που μπορεί να έχει ο χρόνος επεξεργασίας ενός cell. Κάθε φορά που πρέπει να γίνει επεξεργασία και μετάδοση ενός cell εισάγονται σε αυτό τυχαίες καθυστερήσεις, οι οποίες μπορεί να οφείλονται στο ότι κάποιο cell από άλλη σύνδεση χρησιμοποιεί το φυσικό μέσο, ή διότι μεταδίδονται cell διαχείρισης (ειδικά cell που χρησιμοποιούνται για την ανταλλαγή πληροφορίας που αφορά την κατάσταση των δικτυακών συσκευών και των δύο άκρων της σύνδεσης). Οι τυχαίες αυτές καθυστερήσεις επηρεάζουν την ποιότητα της σύνδεσης με διάφορους τρόπους. Ο πιο χαρακτηριστικός είναι το ότι εξαιτίας μεγάλης καθυστέρησης το cell μπορεί πλέον να μην έχει καμιά χρησιμότητα (έχει εκπνεύσει ο χρόνος που θα έπρεπε να είχε φτάσει στον παραλήπτη). Η παράμετρος CDVT καθορίζει ένα άνω όριο στο πόση καθυστέρηση μπορεί να εισαχθεί. Οι πρώτες 4 παράμετροι ονομάζονται παράμετροι κίνησης πηγής και μαζί με την πέμπτη παράμετρο, την CDVT, καθώς και τη μέθοδο που καθορίζει αν κάποιο cell ικανοποιεί τα χαρακτηριστικά κίνησης για τα οποία έχει δεσμευθεί το δίκτυο ότι θα εξυπηρετήσει, αποτελούν τον connection traffic descriptor. Οι παραπάνω παράμετροι ισχύουν για τις διάφορες κατηγορίες υπηρεσιών στα ΑΤΜ δίκτυα, όπως θα περιγραφούν στη συνέχεια. Βέβαια δεν συμμετέχουν όλες οι παραπάνω παράμετροι σε κάθε κατηγορία υπηρεσιών. Κάθε φορά που ένα τελικό σύστημα ζητά την δημιουργία μιας ATM SVCs (Switched Virtual Connection), καθορίζει στο switch σύνδεσης μέσω του ΑΤΜ δικτύου τον τύπο της υπηρεσίας που απαιτεί, τις παραπάνω παραμέτρους κίνησης για τη ροή δεδομένων και προς τις δύο κατευθύνσεις και τις QoS παραμέτρους για τη σύνδεση όπως αυτές ορίζονται στην επόμενη ενότητα. 20

22 3. Ποιότητα Υπηρεσίας στα ΑΤΜ δίκτυα 3.1 Εισαγωγή στην ποιότητα υπηρεσίας Οι απαιτήσεις ποιότητας των διαφόρων υπηρεσιών παρουσιάζουν σημαντική ποικιλία. Κάποιες υπηρεσίες είναι ευαίσθητες στις καθυστερήσεις, άλλες είναι ευαίσθητες στις απώλειες και κάποιες στη διακύμανση της καθυστέρησης (delay variation, jitter). Για το λόγο αυτό η παρεχόμενη ποιότητα υπηρεσίας (QoS-Quality of Service) γίνεται ένα όλο και πιο σημαντικό θέμα στον τομέα των τηλεπικοινωνιών. Με τον όρο Ποιότητα Υπηρεσίας (QoS) εννοούμε το βαθμό ικανοποίησης του χρήστη για μια υπηρεσία, όπως αυτός διαμορφώθηκε από την «απόδοση» της υπηρεσίας σε όλη τη διάρκεια της (δηλαδή πρόκειται για την άποψη που έχει ο χρήστης για την υπηρεσία). Το συμβόλαιο ανάμεσα στα δύο άκρα μεταφοράς σε ένα δίκτυο απαρτίζεται από τρία τμήματα: 1. Δείκτες κίνησης 2. QoS απαιτήσεις 3. Κατηγορία υπηρεσίας Το πρώτο μέρος του συμβολαίου (δείκτες κίνησης), χαρακτηρίζει το φορτίο που μπορεί να εξυπηρετηθεί στο δίκτυο. Το δεύτερο μέρος (QoS), καθορίζει την ποιότητα υπηρεσιών. Το τρίτο μέρος δηλώνει την κατηγορία της υπηρεσίας που έχουμε και εξαρτάται από τα δύο προηγούμενα μέρη του συμβολαίου. Οι δείκτες που δίνουν πληροφορίες για την κίνηση και συνιστούν τον connection traffic descriptor, όπως είπαμε νωρίτερα, είναι οι ακόλουθοι: Μέγιστος αριθμός κυψελίδων (PCR-Peak Cell Rate) Μέγιστο μέγεθος μεγάλης ροής(mbs-maximum Burst Size) Υποστηρίξιμος ρυθμός κυψελίδων (SCR-Sustainable Cell Rate) Ελάχιστος αριθμός κυψελίδων (MCR-Minimum Cell Rate) Ανοχή απόκλισης καθυστέρησης κυψελίδων (CDTV-Cell Delay Variation Tolerance) Οι παράμετροι που χαρακτηρίζουν την ποιότητα υπηρεσιών και συνεπώς την απόδοση του δικτύου είναι οι εξής: Ρυθμός απώλειας cells (CLR-Cell Loss Ratio) Καθυστέρηση μετάδοσης cell (CTD-Cell Transfer Delay) Ρυθμός λανθασμένων κυψελίδων (CER-Cell Error Ratio) Ρυθμός μπλοκ κυψελίδων με σοβαρά προβλήματα (SECBR-Severely Errored Cell Block Ratio) 21

23 Ρυθμός Λανθασμένης εισαγωγής κυψελίδων (CMR-Cell Misinsertion Rate) Μέση καθυστέρηση μεταφοράς κυψελίδων (MCTD-Mean Cell Transfer Delay) Μεταβολή καθυστερήσεων (CDV-Cell Delay Variation) Για όλα τα παραπάνω θα μιλήσουμε αναλυτικότερα στη συνέχεια. [3] [8] 3.2 Παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα υπηρεσίας Γενικά, μπορούμε να πούμε ότι πολλοί είναι οι παράγοντες που καθορίζουν την ποιότητα υπηρεσίας σε ένα δίκτυο. Ανάλογα με το είδος της μεταδιδόμενης πληροφορίας, τη σπουδαιότητά της, τον αποστολέα-παραλήπτη αλλά και άλλους παράγοντες η ποιότητα υπηρεσίας διαφέρει. Για να εξασφαλίσουμε την ποιότητα σε κάποιους παράγοντες που έχουν σημασία για μας, όπως π.χ. την ταχύτητα, πολλές φορές αναγκαζόμαστε να υποχωρήσουμε στις απαιτήσεις μας σε κάποιους άλλους παράγοντες. Σε ένα ATM switch είναι πάντα επιθυμητό να έχουμε καλό throughput-μικρή καθυστέρηση, εξαιρετικά μικρή πιθανότητα απώλειας cell, κατανεμημένο έλεγχο (για routing), διατήρηση του cell sequencing, και δυνατότητα εύκολης ενσωμάτωσης προτεραιότητας και λειτουργιών multicast. Στην πράξη, γίνεται μια εξισορρόπηση μεταξύ των επιθυμητών χαρακτηριστικών και του κόστους. Οι σπουδαιότεροι παράγοντες στους οποίους δίνουμε συνήθως σημασία και στους οποίους θέτουμε κάποιες απαιτήσεις είναι οι ακόλουθοι: Καθυστέρηση (Delay): Πρόκειται για τον χρόνο που χρειάζεται ένα πακέτο για να φτάσει μέσω του δικτύου από τον αποστολέα στον παραλήπτη του. Όσο μεγαλύτερη είναι η καθυστέρηση, τόσο μεγαλύτερες είναι οι απαιτήσεις για την αποδοτική λειτουργία του πρωτοκόλλου μεταφοράς. Για το TCP πρωτόκολλο, υψηλά επίπεδα καθυστέρησης υπονοούν μεγαλύτερες ποσότητες δεδομένων που βρίσκονται σε διαδικασία μεταφοράς μέσα στο δίκτυο, όποτε οι μετρητές και οι timers που σχετίζονται με το πρωτόκολλο επιβαρύνονται. Επιπλέον το TCP είναι ένα "self- clocking" πρωτόκολλο, όπου ο ρυθμός μετάδοσης του αποστολέα προσαρμόζεται δυναμικά στην πληροφορία σηματοδοσίας που επιστρέφεται από τον παραλήπτη, μέσω των αντίθετης κατεύθυνσης επιβεβαιώσεων (acknowledgments-acks) που ειδοποιούν τον αποστολέα για επιτυχημένη λήψη των δεδομένων. Όσο μεγαλύτερη είναι η καθυστέρηση μεταξύ αποστολέα και παραλήπτη, τόσο πιο "αδρανές" γίνεται αυτό το loop ανατροφοδότησης και επομένως το πρωτόκολλο γίνεται περισσότερο "αδρανές" σε δυναμικές αλλαγές του φόρτου του δικτύου. Για αλληλεπιδραστικές 22

24 εφαρμογές ήχου και κινούμενης εικόνας, η εισαγωγή καθυστερήσεων έχει ως αποτέλεσμα το σύστημα να εμφανίζεται αδρανές σε αλλαγές φόρτου. Διακύμανση (Jitter) - γνωστή και ως θόρυβος -: είναι η διακύμανση στην από άκρο σε άκρο καθυστέρηση μεταφοράς δεδομένων (με μαθηματικούς όρους είναι μετρήσιμη σαν απόλυτη τιμή της πρώτης παραγώγου της ακολουθίας των επιμέρους καθυστερήσεων). Υψηλά επίπεδα jitter έχουν ως αποτέλεσμα την συντηρητική εκτίμηση του Round Trip Time (RTT) από το TCP πρωτόκολλο και επομένως την μηαποδοτική λειτουργία του πρωτοκόλλου με τη διαδικασία εισαγωγής διαλειμμάτων προκειμένου να αποκαταστήσει τη ροή δεδομένων. Εξάλλου υψηλά επίπεδα jitter σε UDP εφαρμογές είναι μη αποδεκτά στις περιπτώσεις όπου οι εφαρμογές είναι πραγματικού χρόνου, όπως σήματα ήχου ή κινούμενης εικόνας. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η jitter έχει ως αποτέλεσμα την παραμόρφωση του σήματος, έτσι ώστε να μπορεί να ανακτηθεί μόνο μέσω της αύξησης της ουράς του παραλήπτη. Η αύξηση αυτή επηρεάζει την καθυστέρηση του σήματος και καθιστά τη διατήρηση τέτοιων αλληλεπιδραστικών εφαρμογών πολύ επιβαρυντική για το δίκτυο. Εύρος ζώνης (Bandwidth [και Throughput]): είναι ο μέγιστος (και ο μέσος αντίστοιχα) ρυθμός μετάδοσης που μπορεί να διατηρηθεί μεταξύ δύο σημείων του δικτύου. Ο παράγοντας αυτός περιορίζεται τόσο από τη φυσική διαμόρφωση του μονοπατιού κίνησης των δεδομένων (που επιφέρει ένα άνω όριο στο διαθέσιμο εύρος ζώνης) όσο και από τον αριθμό των μονοπατιών που μοιράζονται τον ίδιο σύνδεσμο του φυσικού μέσου με κάθε τμήμα του συγκεκριμένου μονοπατιού. Αξιοπιστία (Reliability): αναφέρεται ως ένα από τα χαρακτηριστικά ενός συστήματος μετάδοσης και μετράει τον μέσο ρυθμό λαθών που οφείλονται στο μέσο μετάδοσης. Η αξιοπιστία μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα αποτέλεσμα της λάθος ρύθμισης ή της χαμηλής απόδοσης του switching του συστήματος, οπότε η σειρά των μεταδιδόμενων πακέτων μπορεί να αλλοιωθεί εφόσον η άφιξη των πακέτων στον δέκτη γίνεται με άλλη σειρά από αυτή που μεταδόθηκαν αρχικά από τον αποστολέα ή κάποια πακέτα απορρίπτονται λόγω προσωρινών loops. Μη αξιόπιστα ή επιρρεπή σε λάθη μονοπάτια μετάδοσης σε ένα δίκτυο επιφέρουν την επαναμετάδοση των χαμένων πακέτων. Το TCP δεν μπορεί να διακρίνει μεταξύ των απωλειών λόγω καταστροφής των πακέτων και των απωλειών λόγω συμφόρησης, οπότε η απώλεια πακέτων προκαλεί την ίδια συμπεριφορά από τον αποστολέα: την προσπάθεια για αποφυγή συμφόρησης, δηλαδή την μείωση των ρυθμών μετάδοσης του αποστολέα μέσω της ενεργοποίησης αλγορίθμων αποφυγής συμφόρησης, παρ' όλο που στο δίκτυο τελικά μπορεί να μην υπάρχει συμφόρηση. Στις βασισμένες στο UDP (User Datagram Protocol) εφαρμογές ήχου και κινούμενης εικόνας, η έλλειψη αξιοπιστίας προκαλεί παραμόρφωση του αρχικού αναλογικού σήματος στον παραλήπτη. 23

25 Επίσης μπορούν να αναφερθούν και άλλοι παράγοντες όπως είναι ο Ισοχρονισμός (Isochronism), το Multicasting, οι Ρυθμοί Λαθών (Error Rates) και συνδυασμοί των παραπάνω παραμέτρων ή άλλοι λιγότερο σημαντικοί στις περισσότερες περιπτώσεις. Ωστόσο, μη θέλοντας να πλατειάσουμε, θα περιοριστούμε στα όσα έχουν αναφερθεί ήδη και αφορούν την ποιότητα υπηρεσίας των δικτύων στη μετάδοση της πληροφορίας. [5] [17] 3.3 Παράμετροι QoS στα ATM δίκτυα Στο σημείο αυτό χρειάζεται να εξειδικευτούν οι QoS παράμετροι της απόδοσης στα ΑΤΜ δίκτυα. Η ποιότητα της υπηρεσίας που παρέχει ένα δίκτυο ATM μετράται με ένα σύνολο από παραμέτρους που χαρακτηρίζουν την απόδοση της σύνδεσης σε επίπεδο ATM. Με βάση τα χαρακτηριστικά που περιγράφουν την ποιότητα υπηρεσίας έχουμε τρεις παραμέτρους διαπραγματεύσιμες μεταξύ του συστήματος πρόσβασης στο δίκτυο και του δικτύου και μια ή περισσότερες παραμέτρους που μπορούν να προσφερθούν μεμονωμένα κατά σύνδεση για τον προσδιορισμό της QoS. Οι διαπραγματεύσιμες παράμετροι είναι: Peak-to-peak Cell Delay Variation (Peak-to-Peak CDV): Η διακύμανση από την καθυστέρηση μετάδοσης (peak-to-peak CDV) ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ της μέγιστης καθυστέρησης που μπορεί να έχει ένα cell ώστε να θεωρείται έγκυρο, (ή με άλλα λόγια του maxctd, που ορίζεται ακολούθως), και της ελάχιστης, που ισούται με τον ελάχιστο χρόνο για τη μετάδοση από άκρο σε άκρο. Maximum Cell Transfer Delay (maxctd): Ο χρόνος που χρειάζεται για τη μεταφορά ενός cell ορίζεται ως ο χρόνος από τη στιγμή ενός γεγονότος αναχώρησης, από το σημείο μέτρησης της αφετηρίας, μέχρι το γεγονός εισόδου στο σημείο μέτρησης του προορισμού. Ο χρόνος αυτός ονομάζεται Cell Transfer Delay (CTD) και είναι το άθροισμα των χρόνων που χρειάζεται για να μεταφερθεί το cell σε γειτονικές δικτυακές συσκευές, καθώς και ο χρόνος που δαπανά σε κάθε δικτυακή συσκευή (χρόνος επεξεργασίας του cell και προώθησής του). Ο μέγιστος επιτρεπόμενος χρόνος για την μετάδοση ενός cell μετρημένος σε milliseconds, ονομάζεται maxctd και καθορίζει το χρόνο πέρα από τον οποίο αν ληφθεί το cell τότε θεωρείται εκπρόθεσμο και πρέπει να απορριφθεί. Θεωρείται τοπολογική μετρική για τις κατηγορίες υπηρεσιών σταθερού και μεταβλήτου ρυθμού μετάδοσης( CBR, rt- VBR και nrt-vbr) του ΑΤΜ, ενώ δεν χρησιμοποιείται για τις UBR και ABR. 24

26 Cell Loss Ratio (CLR): Η παράμετρος αυτή ισούται με το λόγο τον κελιών που είτε έχουν χαθεί και άρα δεν έφθασαν στον προορισμό, είτε καθυστέρησαν περισσότερο από maxctd οπότε απορρίφθηκαν-, προς το συνολικό αριθμό πακέτων που μεταδόθηκαν. Στον υπολογισμό αυτό δεν πρέπει να υπολογίζονται τα πακέτα τα οποία ανήκουν σε ομάδα Ν πακέτων στα οποία παρουσιάστηκαν πολλά προβλήματα (δηλαδή περισσότερα από M χαμένα ή καθυστερημένα πακέτα ή πακέτα που έλαβε το ένα άκρο της σύνδεσης χωρίς να έχουν σταλεί από το άλλο). Στην περίπτωση που η εφαρμογή καθορίζει ότι υπάρχουν δύο κατηγορίες πακέτων (υψηλής και χαμηλής προτεραιότητας ανάλογα αν το Cell Loss Priority bit είναι 0 ή 1), ορίζονται δύο CLR, το ένα για τα πακέτα με υψηλή προτεραιότητα και το άλλο για το σύνολο των πακέτων. cell που χάθηκαν ή απορρίφθηκαν CLR= / συνολικό αριθμό cells Δύο από αυτές τις διαπραγματεύσιμες παραμέτρους καλούνται παράμετροι καθυστέρησης (οι CDV και maxctd), ενώ η τρίτη (CLR) καλείται παράμετρος αξιοπιστίας. Οι επόμενες τρεις παράμετροι θεωρούνται μη διαπραγματεύσιμες: Cell Error Ratio (CER): ορίζεται ως ο αριθμός των πακέτων που περιέχουν λάθος είτε στα περιεχόμενα, είτε στις επικεφαλίδες τους προς το συνολικό αριθμό των πακέτων που μεταδόθηκαν. Ομοίως, σε αυτή τη περίπτωση δεν πρέπει να υπολογιστούν τα πακέτα τα οποία ανήκουν σε ομάδα Ν πακέτων στα οποία παρουσιάστηκαν πολλά προβλήματα (δηλαδή περισσότερα από M χαμένα ή καθυστερημένα πακέτα ή πακέτα που έλαβε το ένα άκρο της σύνδεσης χωρίς να έχουν σταλεί από το άλλο). CER = Errored Cells Total Transmitted Cells Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR): Ο λόγος των ομάδων πακέτων που παρουσίασαν αρκετά λάθη προς το συνολικό αριθμό των ομάδων που μεταδόθηκαν. Μια ομάδα των N πακέτων παρουσίασε αρκετά λάθη όταν τουλάχιστον M πακέτα της ομάδας περιείχαν λάθη ή καθυστέρησαν ή παραδόθηκαν στον προορισμό χωρίς να έχουν σταλεί από την πηγή. Συνήθως, ομάδα αποτελούν τα πακέτα χρήστη που βρίσκονται μεταξύ συνεχόμενων πακέτων διαχείρισης. SECBR = cell block με πολλά σφάλματα στα πακέτα τους / Συνολικό αριθμό block 25