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ATM網的通信管理

2019-11-03 10:17:58
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來源：轉載
供稿：網友
基 斯·毛 姆 福 德，General DataComm 公 司，美 國 康 涅 狄 格 州 Middlebury 　　盡 管 異 步 轉 移 模 式 (ATM) 曾 徑 眾 口 一 詞 被 作 為 能 把 局 域 網 和 廣 域 網 合 并 成 一 個 無 縫 隙 同 構 型 網 的 唯 一 協 議， 現 在 許 多 分 析 家 已 徑 把 ATM 到 桌 面 的 概 念 一 筆 勾 銷。 關 于 ATM 為 什 么 不 適 于 桌 面 使 用 已 提 出 了 許 多 理 論， 從 成 本 和 復 雜 性 到 缺 乏 工 作 站 或 PC 應 用。 這 些 應 用 要 求 ATM 提 供 服 務 質 量 (QoS) 保 證。 目 前 受 歡 迎 的 LAN 技 術 — 以 太 網 雖 無 QoS 保 證， 但 越 來 越 快， 使 得 LAN 中 對 ATM 的 希 望 似 乎 比 以 往 更 加 遙 遠。

　　隨 著 LAN 對 企 業 界 變 得 越 來 越 重 要。 用 廣 域 網 (WAN) 將 它 們 互 連 的 需 要 也 更 加 重 要。 然 而，WAN 中 所 使 用 的 技 術 和 協 議 與 LAN 中 的 大 不 相 同， 這 就 導 致 了 實 施 這 種 連 接 的 復 雜 性 和 成 本 的 提 高。ATM 就 不 存 在 這 個 問 題， 因 為 同 一 協 議 可 在 所 有 網 絡 中 使 用， 因 此 ATM 到 桌 面 的 概 念 不 應 該 被 輕 易 地 取 消；ATM 業 務 管 理 的 確 能 使 ATM 滿 足 用 戶 到 端 用 戶 對 多 業 務 網 絡 設 施 的 要 求。　

廣 域 環 境 中 的 ATM　

　　ATM 在 廣 域 環 境 有 許 多 優 點：

能 夠 適 應 速 度 非 常 高 的 交 換 組 網， 各 節 點 的 延 遲 非 常 低

能 同 時 承 載 多 種 不 同 的 業 務 類 型

與 可 利 用 猝 發 型 業 務 分 布 (如 在 LAN 中 可 發 現 的) 的 組 網 協 議 相 關 的 統 計 增 益。

　　簡 言 之，ATM 為 網 絡 經 營 者 提 供 了 將 他 們 的 多 迭 加 網 合 并 在 單 一 骨 干 網 中 的 機 會， 降 低 了 維 護 成 本， 簡 化 了 拓 樸 和 復 雜 性。 因 此，ATM 網 絡 開 始 出 現 是 不 會 令 人 驚 奇 的。 這 些 新 網 絡 面 臨 的 一 個 主 要 問 題 是 ATM 業 務 管 理 的 重 要 性，ATM 網 絡 的 許 多 效 益 都 是 通 過 這 一 過 程 而 實 現 的。

業 務 管 理 是 一 個 通 用 標 題， 包 括 交 換 ATM 網 運 轉 的 許 多 方 面， 但 最 常 用 的 項 目 有：

端 系 統 和 網 絡 間 的 契 約 談 判 (契 約 定 義)

確 定 是 否 有 允 許 建 立 一 新 連 接 可 資 使 用 的 足 夠 帶 寬 (連 接 受 理 控 制)

管 制 進 入 網 絡 的 業 務， 確 保 它 遵 守 契 約

業 務 流 整 形

避 免 并 處 理 網 絡 擁 塞。

這 些 方 面 合 在 一 起 確 定 了 各 ATM 交 換 機 的 運 行 情 況， 并 最 終 確 定 網 絡 作 為 整 體 的 運 行 情 況。

　　各 種 標 準 機 構 都 曾 考 慮 過 業 務 管 理， 特 別 是 ATM 論 壇 和 國 際 電 聯 (ITU－T)。 本 文 以 下 部 分 中 的 依 據 取 自 于 ATM 論 壇 規 范，ITU－T 建 議 書 中 也 有 類 似 的 標 準。 現 行 標 準 并 未 規 定 任 何 賣 主 應 如 何 實 施 符 合 標 準 所 必 需 的 技 術 (事 實 上，ATM 論 壇 的 反 托 拉 斯 規 定 特 別 禁 止 了 這 一 點)， 所 以 業 務 管 理 是 賣 主 可 區 別 對 待 并 為 其 產 品 增 值 的 領 域。 盡 管 這 似 乎 在 促 進 多 賣 主 互 用 性 方 面 是 事 與 愿 違 的， 但 標 準 規 定 了 各 業 務 類 型 的 性 能 特 性 以 及 交 換 機 － 交 換 機 接 口 (UNI 和 NNI) 的 定 義。

　　例 如，ATM 交 換 機 產 品 之 間 的 一 個 區 分 因 素 是 產 品 具 備 的 性 能 級 別。 許 多 供 LAN 使 用 的 ATM 產 品 只 有 提 供 單 一 業 務 的 業 務 管 理 結 構； 計 算 機 系 統 (如 工 作 站、 文 件 服 務 器 或 PC) 間 通 過 一 或 二 個 物 理 接 口 的 類 型 (一 般 為 25 或 155 Mbit/s) 的 LAN 互 連。 另 一 方 面， 一 WAN ATM 交 換 機 必 須 不 僅 能 提 供 LAN 互 連 業 務， 而 且 能 通 過 許 多 不 同 類 型 的 物 理 接 口 類 型 同 時 支 持 許 多 其 它 類 型 的 業 務。WAN 交 換 機 的 設 計 還 具 有 復 原 能 力， 可 實 現 骨 干 網 應 用 的 直 達 組 網。

　 契 約 定 義　

　　為 了 量 化 在 ATM 網 絡 中 支 持 不 同 業 務 特 性 的 設 想，ATM 論 壇 已 制 定 了 業 務 級 別 定 義， 它 包 括 ATM 網 絡 必 須 達 到 的 特 定 性 能 級 別 目 標， 使 ATM 網 絡 能 訂 立 契 約， 傳 送 一 新 的 信 元 流 或 連 接。 最 近 的 ATM 論 壇 業 務 管 理 規 范 (TM 4.0 版) 規 定 了 五 種 ATM 業 務 類 型。 每 個 類 型 都 有 符 合 性 定 義， 在 該 類 型 內 傳 送 的 業 務 必 須 與 其 相 符。 符 合 性 定 義 由 一 系 列 參 數 組 成， 這 些 參 數 經 過 端 站 和 ATM 網 絡 (或 在 永 久 虛 擬 電 路 情 況 下 由 經 營 者 配 置) 間 的 談 判， 形 成 端 站 必 須 遵 守 的 契 約。 網 絡 應 該 提 供 必 需 的 QoS， 支 持 符 合 這 些 參 數 的 業 務 應 用。

　　ATM 論 壇 規 定 五 種 業 務 類 型 及 其 相 關 的 QoS 屬 性。

　　固 定 比 特 率 (CBR) 業 務 一 般 用 來 支 持 諸 如 電 路 仿 真 等 應 用， 這 些 應 用 要 求 網 絡 有 高 度 的 按 優 先 序 排 列， 非 常 低 的 信 元 延 遲 變 量 (CDV)， 規 定 的 最 大 信 元 丟 失 比 (CLR) 和 信 元 傳 送 延 遲 (CTD) 值。

　　第 二 種 實 時 業 務 類 型 — 可 變 比 特 率 － 實 時 (VBR－RT) 規 定 了 可 能 更 具 猝 發 特 性 但 仍 要 求 對 CDV 和 延 遲 嚴 加 控 制 的 業 務。 諸 如 實 時 話 音 和 視 頻 通 信 等 業 務 源 是 這 些 可 使 用 VBR－RT 類 型 的 業 務 范 例；它 們 可 以 在 一 起 按 統 計 多 路 復 用， 以 獲 得 更 大 利 用 率 和 效 率。

　　其 它 的 業 務 類 型 規 定 非 實 時 業 務， 并 再 次 提 供 統 計 多 路 復 用 增 益 的 機 遇。 可 變 比 特 率 － 非 實 時 (VBR－NRT) 規 定 的 業 務 源 與 VBR－RT 類 似， 但 對 網 絡 中 采 用 的 延 遲 無 要 求。 無 規 定 比 特 率 (UBR) 最 初 是 作 為 如 文 件 傳 送 或 email (電 子 郵 件) 等 應 用 的 盡 力 傳 送 業 務 (無 帶 寬 保 證)， 但 它 更 典 型 地 用 作 通 用 LAN－LAN 傳 送 機 制。 采 用 分 組 丟 棄 協 議 (下 文 介 紹) 形 成 所 謂 的 "UBR＋" 業 務 類 型 具 有 增 加 某 些 LAN 協 議 (如 TCP/ip) 有 效 吞 吐 量 的 作 用。

　　可 提 供 比 特 率 (ABR) 肯 定 是 所 有 業 務 類 型 中 最 復 雜 的； 它 是 ATM 連 接 初 始 建 立 后， 契 約 參 數 可 能 更 改 的 唯 一 一 種 業 務 類 型。ABR 實 施 反 饋 控 制 機 制， 連 續 監 同 網 絡 狀 態 并 調 整 業 務 進 入 網 絡 的 速 率， 以 避 免 擁 塞 出 現。ABR 也 擬 用 于 非 實 時 業 務， 主 要 是 LAN 互 連， 它 需 要 最 小 信 元 速 率， 網 絡 將 保 證 該 速 率 可 供 使 用。

　　在 廣 域 ATM 交 換 機 中， 每 一 種 業 務 類 型 必 須 能 通 過 許 多 物 理 性 接 口 的 許 多 連 接 上 同 時 使 用。　

連 接 受 理 控 制

　　　連 接 受 理 控 制 (CAC) 是 ATM 網 絡 以 任 一 統 計 增 益 用 來 為 各 ATM 連 接 保 留 帶 寬 的 機 理，CAC 算 法 通 常 在 每 次 一 個 新 連 接 要 建 立 時 在 網 絡 中 的 每 個 交 換 機 中 處 理。 一 個 簡 單 的 算 法 可 以 通 過 將 連 接 所 要 求 的 帶 寬 與 合 適 鏈 路 上 剩 余 的 帶 寬 加 以 比 較， 確 定 是 否 可 接 納 一 個 新 的 連 接。 所 用 的 帶 寬 參 數 是 所 有 的 CBR 和 VBR－RT 連 接 為 峰 值 信 元 速 率， 所 有 的 VBR－NRT 連 接 為 持 續 信 元 速 率， 可 提 供 比 特 率 (ABR) 為 最 小 信 元 速 率，UBR 為 零 帶 寬。

　　最 好 地 運 用 了 新 的 統 計 原 理 的 CAC 算 法 現 已 可 供 使 用， 這 些 算 法 使 同 一 物 理 ATM 接 口 能 支 持 比 以 往 更 多 數 目 的 連 接 和 更 多 的‘虛 擬’ 帶 寬。　

業 務 量 管 制

　　　管 制 (ITU－T 稱 作“ 使 用 量 參 數 控 制”) 是 一 種 用 于 ATM 網 絡 入 口 點 確 保 進 入 的 信 元 流 符 合 業 務 契 約 的 機 制； 它 使 用 稱 作 通 用 信 元 率 算 法 (GCRA) 的 標 準 算 法， 或 者 更 通 常 稱 作 漏 桶 算 法 (由 ITU－T 和 ATM 論 壇 定 義)。 這 種 算 法 將 信 元 到 達 的 速 率 與 業 務 契 約 中 規 定 的 數 值 相 比 較， 如 果 到 達 速 率 太 高， 管 制 程 序 可 作 標 記 (使 信 元 的 優 先 級 降 低， 更 適 于 丟 棄) 或 永 久 丟 棄 該 信 元。 管 制 最 常 用 于 VBR－RT 和 VBR－NRT 業 務， 在 這 些 業 務 中， 允 許 用 戶 在 一 規 定 的 時 段 高 于 一 定 的 門 限 發 送 一 組 信 元。　

業 務 流 整 形 的 重 要 性　

　　業 務 流 整 形 是 一 種 比 較 新 的 業 務 管 理 工 具， 隨 著 ATM 網 絡 的 不 斷 變 大， 它 正 變 得 越 來 越 重 要。 業 務 流 整 形 的 目 的 是 雙 重 的： 首 先 要 對 進 入 ATM 網 絡 的 業 務 流 整 形， 使 其 符 合 業 務 契 約， 其 次 是 對 ATM 網 絡 內 的 業 務 流 重 新 整 形， 確 保 它 能 到 達 其 終 點 而 不 被 丟 棄。

　　在 網 絡 的 邊 界 很 容 易 理 解 為 什 么 在 ATM 業 務 流 進 入 網 絡 時 必 須 對 其 整 形： 這 對 產 生 ATM 業 務 流 的 設 備 有 利 (或 非 ATM 業 務 轉 換 成 ATM)， 保 證 將 離 去 信 元 整 形 成 盡 可 能 接 近 網 絡 希 望 看 到 的 業 務 特 性， 否 則 它 們 就 要 冒 被 丟 棄 之 險， 對 于 CBR 電 路， 信 元 流 整 形 成 峰 值 信 元 速 率 進 行 連 接； 對 于 VBR 型 連 接， 信 元 流 一 般 整 形 成 持 續 信 元 速 率 (SCR) 值。

　　整 形 后 的 業 務 流 一 旦 進 入 網 絡， 其 外 形 仍 有 可 能 在 信 元 流 通 過 網 絡 期 間 改 變； 各 中 間 交 換 節 點 信 元 處 理 時 間 的 小 變 化 可 導 致 抵 達 時 信 元 間 信 元 延 遲 變 量 的 累 積。 如 果 任 其 不 加 修 正， 信 元 流 的 外 形 可 能 會 超 過 契 約 的 規 范， 因 此 信 元 可 能 會 在 中 間 交 換 機 被 控 制 器 丟 棄， 或 者 不 能 在 接 收 機 端 正 確 地 重 新 組 裝。

　　為 了 克 服 這 一 現 象， 更 新 一 代 的 ATM 交 換 機 被 設 計 成 具 有 綜 合 業 務 流 整 形 能 力， 使 各 交 換 機 能 在 其 輸 出 端 將 業 務 流 重 新 整 形。

　　說 明 業 務 流 整 形 在 什 么 地 方 是 必 不 可 少 的 一 個 簡 單 例 子 是 電 路 仿 真； 這 種 應 用 允 許 網 絡 在 兩 個 端 點 間 提 供 租 用 線 同 步 型 連 接。 顯 然， 要 有 效 地 在 ATM 上 仿 真 同 步 業 務， 必 須 具 有 在 接 收 機 端 信 元 之 間 到 達 時 間 幾 乎 固 定 不 變 的 信 元 流。 信 元 間 到 達 時 間 的 任 何 變 化 都 可 能 在 接 收 機 端 產 生 差 錯， 這 些 差 錯 的 出 現 將 會 對 附 加 設 備 失 去 同 步。　

擁 塞 避 免 和 控 制　

　　應 付 網 絡 中 可 能 出 現 擁 塞 的 新 機 制 在 一 些 最 新 的 業 務 管 理 規 范 中 也 有 規 定。 這 些 包 括 兩 種 新 的 “分 組 丟 棄”技 術， 它 們 對 包 括 若 干 信 元 的 分 組 而 不 是 對 單 個 信 元 起 作 用。

　　早 期 信 元 丟 棄 (EPD) 方 法 是， 如 果 某 一 網 絡 單 元 擁 塞， 整 個 分 組 都 可 能 被 丟 棄。 智 能 丟 棄 整 個 分 組 而 不 是 各 個 信 元， 意 味 著 較 高 層 LAN 協 議 (如 TCP) 更 容 易 對 丟 失 一 整 幀 的 數 據 作 出 反 應， 并 依 此 調 整 它 們 的 傳 輸， 使 進 入 網 絡 的 業 務 量 減 少， 因 而 限 制 擁 塞 存 在 的 時 間 量。

　　部 分 分 組 丟 棄 (PPD) 是 另 一 種 方 法， 它 的 目 的 是 盡 量 減 少 網 絡 中 傳 送 的 廢 棄 信 元 量。 用 一 個 例 子 可 以 作 最 好 的 說 明： 如 果 一 分 組 被 分 成 八 個 ATM 信 元， 由 于 某 種 原 因， 該 幀 中 的 第 5 個 信 元 被 網 絡 丟 棄 (例 如 通 過 管 制 或 擁 塞)， 然 后 PPC 將 提 出 剩 下 的 三 個 幀， 并 把 它 們 丟 棄。 這 樣 就 將 成 為 不 可 用 信 息 的 信 元 從 網 絡 中 除 去， 為 其 它 應 用 釋 放 了 帶 寬。

　　在 這 兩 種 技 術 中， 當 擁 塞 發 生 時 EPD 對 業 務 吞 吐 量 好 處 最 多； 在 UBR 業 務 級 (有 時 指 UBR＋) 的 TCP/IP 連 接 上 使 用 EPD 已 顯 示 出 是 一 種 非 常 有 效 的 組 合。

　 總 結　

　　ATM 在 一 可 調 節 網 絡 結 構 內 支 持 多 種 業 務 類 型 的 能 力 意 味 著， 它 作 為 公 用 和 專 用 廣 域 通 信 網 的“單 一 協 議” 解 決 方 案 是 十 分 合 適 的。 業 務 管 理 標 準 和 這 些 標 準 的 實 施 對 網 絡 可 提 供 的 業 務 類 型 間 的 必 須 區 分 是 至 關 重 要 的。

　　通 用 數 據 通 信 (General DataComm) 公 司 正 在 將 全 面 業 務 管 理 引 入 其 新 的 Strobos ATM 交 換 結 構， 包 括 同 時 在 散 布 于 一 百 多 個 622 和 155 Mbit/s 接 口 上 的 幾 千 個 ATM 連 接 的 高 度 準 確 的 管 制 和 業 務 整 形。 對 這 種 交 換 機 的 能 力 及 其 在 高 容 量 ATM 網 絡 中 部 署 的 認 識 才 剛 剛 開 始，Strobos 產 品 是 為 高 性 能 ATM 廣 域 組 網 設 計 的 新 一 代 ATM 交 換 結 構 中 的 開 路 先 鋒。

摘自《中國通訊》

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