ATM HÁLÓZATI TECHNOLÓGIA HASZNÁLATA LOKÁLIS ÉS NAGYTÁVOLSÁGÚ HÁLÓZATOKON

Arató András, arato@eik.bme.hu

Budapesti Műszaki Egyetem Információs Központ (BME-EIK)

Abstract

During 1996 analysts focused on the deployment strategies of ATM and whether it can fulfill the requirements of the existing LAN and WAN environments on both Telecommunications and Data communications area. ATM has proved that it can be deployed on both Wide Area and Local Area networks and also the technologies can smoothly integrate with today's traditional networks. Nowadays these ATM networks mostly uses Circuit Emulation Service (CES) for Telecommunication networks and LAN Emulation and/or Classical IP over ATM for the Data Communication Area. In 1997/98 the key question will be the better integration and improvement of these services and whether the goodput of the ATM network can be improved through the use of more sophisticated traffic management schemes. This paper introduces some of the problems and practical experience one can experiment by using ATM networks.

1. Bevezetés

1996-ban az ATM technológiával kapcsolatban a legfontosabb kérdésként merült fel, hogy miképp lehet az újonnan kiépülő ATM hálózatot integrálni a már meglévő LAN és WAN hálózatokkal, valamint bizonyítani, hogy a technológia képes mind a távközlési mind az adatátviteli hálózatok igényeit kielégíteni. Az 1996-os évben Magyarországon és külföldön is sorra épültek különböző pilot illetve demo ATM hálózatok, melyek bebizonyították, hogy a technológia képes ezen igényeket kielégíteni. Az 1997 májusában átadásra kerülő magyarországi TEN-34 illetve HBONE ATM csatlakozási pontok első tesztjei is mind azt támasztják alá, hogy a technológia megérett a széles körű alkalmazásra. Az 1997/98-as év kulcskérdése, hogy vajon az ATM alapú integrált szolgáltatások mennyit fognak fejlődni illetve mennyit tudnak javítani a hálózat kihasználtságán hatékonyabb forgalom menedzsment megoldások felhasználásával. A cikk célja, hogy kiemelje azokat a problémákat és tapasztalatokat, azok számára akik ATM hálózatot használnak vagy tervezik annak bevezetését.

2. LANE 1.0

ATM alapú adatátviteli hálózatokon főleg a LAN Emulation 1.0-t használják, mely segítségével a hálózathoz kapcsolódó gépek úgy érzékelik a kapcsolatot, mintha egy Ethernet vagy Token-Ring hálózathoz kapcsolódnának. A 1996/97-os év során futtatott tesztek során bebizonyosodott, hogy a LANE heterogén környezetben is jól használható, azaz több gyártó által forgalmazott ATM eszközök képesek egymással együttműködni.

Mivel az emulált LAN-hoz (ELAN) tartozó végberendezések helye tetszőleges lehet egy ATM hálózaton belül, a LANE használatával nemcsak egy gyorsabb "Ethernet" hálózathoz, hanem egy szabványos VLAN technológiához is juthatunk. Az Ethernet VLAN-ok használatát sajnos a különböző gyártóspecifikus megoldások hátráltatták. Ha az Ethernet-ATM kapcsoló képes VLAN-ELAN "átjárást" biztosítani, azaz az Ethernet VLAN-oknak megfeleltetni az ATM ELAN-okat, akkor LANE mint szabványos VLAN hálózati technológia össze tudja kötni különböző a különböző gyártóspecifikus szabványok alapján működő VLAN-okat.

A LANE 1.0 gyenge pontja a klienseket kiszolgáló LES/BUS (LAN Emulation Server, Broadcast Unknown Server), mely a hálózat összeomlását jelentheti, ha a kliensek nem képesek elérni, akár hálózati szakadás, akár egy eszköz meghibásodása esetén. Egyedi megoldások ugyan léteznek, melyek képesek redundáns LES/BUS használatára a hálózaton, de az szabványos megoldás csak az ATM Fourm LANE 2.0 és LNNI (LAN Emulation Network-Network Interface) elfogadása után várható.

A LANE működéséből adódó másik gyenge pontja a QoS (Quality of Service) támogatásának hiánya. A hálózati alkalmazások nem igényelhetnek semmilyen QoS paramétert a hálózattól, hiszen a LANE egy közönséges Ethernet vagy Token Ring hálózatot mutat feléjük. Ebből adódik, hogy a LANE kliensek az ATM hálózatot sávszélességét osztottan minden átviteli garancia nélkül használják. A módszer mindaddig tökéletesen működik amíg a kliensek összes forgalma nem haladja meg a hálózati kapcsolatok sávszélességét. Azonban ha egy hálózati kapcsolaton a túlterheltség miatt torlódás lép fel, a hálózat működésében komoly problémák jelentkezhetnek.

3. Torlódásvezérlés

Legrosszabb esetben ha a kapcsoló semmilyen torlódásvezérléssel nem rendelkezik és a végpontok UBR (Unspecified Bit Rate) virtuális kapcsolatokat építenek fel, a hasznos adatátvitel messze el fog maradni a fizikai összeköttetés adatátviteli sebességétől. Az adatátvitelnél egy keret Nx10, esetleg Nx100 AAL5-ös cellából áll, és ha a kerethez tartozó AAL5-ös cellákból akár csak egy cella is elvész akkor a kerethez tartozó összes többi cellát a végpont nem fogja tudni összerakni és a teljes keretet újra kell kérnie. A példából is látszik, hogy ATM hálózatoknál a torlódást mindenképpen el kell kerülni, akár helyes tervezéssel, akár intelligens torlódásvezérlési módszerek használatával.

Torlódás főleg a kisebb sávszélességű nagytávolságú kapcsolatokon jelentkezhet. Itt egy virtuális kapcsolaton korlátozott sávszélesség áll rendelkezésre és mindenképpen el kell kerülni az esetleges torlódást a kapcsolaton.

A fent említett AAL5-ös cellák torlódásának kezelésére használják az ATM kapcsolókban az EPD/TPD (Early Packet Discard/Tail Packet Discard) megoldást. A módszer lényege, hogy ha torlódást miatt el kell dobni egy kerethez tartozó AAL5-ös cellát, akkor a kapcsoló a kerethez tartozó utolsó cella kivételével az összes többi cellát is eldobja, hiszen ezek a cellák feleslegesen terhelik a hálózatot, mert a végpont a cellákból úgysem nem képes összerakni a keretet és a kerethez tartozó cellákat a felsőbb szintű protokollok ugyis újra lekérnék. Ezt a megoldást főleg UBR kapcsolatokhoz szokták alkalmazni, de a tapasztalatok szerint erősen torlódásos hálózatokon a hasznos átvitel csak link fizikai kapacitásának 50-60 %-a.

A torlódás elkerülése érdekében érdemes lehetőleg minél nagyobb méretű pufferrel rendelkező kapcsolókat kell alkalmazni, hogy az esetleges burst-ös adatfolyamot a lehető legjobban el tudja simítani. Egyes kapcsolók támogatják az úgynevezett traffic pacing megoldást, ahol a kapcsoló nagytávolságú összeköttetésén a forgalmat elsimítja és nem engedi, hogy a kimeneti forgalom meghaladja az előre beállított értéket. Ebben az esetben a cellák eldobása nem a drága nagytávolságú kapcsolat után történik meg.

Az igazi megoldást az ABR (Available Bit Rate) virtuális kapcsolatok használata, melyet sajnos még nem minden gyártó implementált az ATM eszközeibe. ABR kapcsolat kiépítéséhez legalább az MCR (Minimum Cell Rate) QoS (Quality of Service) paramétert kell a hálózatnak biztosítani a virtuális kapcsolat számára. Az MCR biztosítja, hogy még torlódás esetén is egy minimális garantált sávszélesség biztosítva legyen minden kiépült virtuális kapcsolat számára.

Az ABR virtuális kapcsolatok képesek kihasználni a CBR (Constant Bit Rate) és a VBR (Variable Bit Rate) virtuális kapcsolatok által hagyott kihasználatlan sávszélességet változtatva az ABR kapcsolatok adatátviteli sebességét a hálózat pillanatnyi állapotától függően. ATM hálózaton többfajta ABR megoldás is létezhet. A minimum követelmény, hogy ha egy kapcsoló valamelyik intetrfészén torlódást észlel, akkor beállítja a cella erre a célra használt EFCI (Explicit Forward Congestion Indicator) bitjét jelezve a végpontnak, hogy a kapcsolat mentén torlódás volt tapasztalható. A végpont visszaküld a forrásnak egy speciális RM (Resource Management) cellát, mely jelzi a forrás számára, hogy "fogja egy kicsit vissza magát" a torlódás miatt. Azt, hogy az ABR kapcsolatok a hálózat állapotváltozásának függvényében mennyivel csökkentik illteve növelik az adatátviteli sebességüket a végpontok a kapcsolat felépítése során beszélik meg. Az EFCI módszer legnagyobb hátránya, hogy a torlódás híre a forráshoz csak a végponttól érkezik vissza és a visszaszabályozás késleltetése nagy mértékű oszcillációhoz vezethet a virtuális kapcsolatok adatátviteli sebességében. Ez néha több kárt okozhat mint hasznot.

Jobb eredmény hozhat az RR (Relative Rate) módszer. A kapcsoló torlódás észlelése esetén közvetlenül visszaküld egy RM cellát a forrásnak, így nem kell megvárni míg a cella eljut a végpontig és a végpont generálja az RM cellákat.

Az előző két ismertetett módszer az RM cellákat csak a torlódás jelzésére vagy annak megszünésére használta. A legjobb megoldást az ER (Explicit Rate) módszer használata adja, ahol az RM cellák használatával lehetőség van arra, hogy a kapcsoló a hálózat állapotától függően torlódás esetén végpontok sebességét mindkét irányban beállítsa, biztosítva az optimális adtátviteli sebességet a virtuális kapcsolatok számára.

A gyakorlatban az ABR-t támogató eszközök az EFCI és/vagy az RR módszert használják torlódásvezérlésre, melynek fő oka a módszer egyszerűségében rejlik, hiszen minden gyártó a lehető leghamarabb szeretne ABR megoldással megjelenni a piacon és a torlódásvezérlés természetesen csak hardverből oldható meg hatékonyan.

3. Összefoglalás

Várható, hogy a gyakorlati megoldások között még sokáig fogunk használni CBR, VBR, UBR virtuális kapcsolatokat, de valószínű, hogy adatátviteli megoldásként a következő pár évben az ABR lesz a leggyakrabban használt kapcsolatfajta a lokális hálózatokon, míg nagytávolságú összeköttetéseken a távközlési szolgáltatók még sokáig csak CBR virtuális kapcsolatokat fognak alkalmazni.

Amennyiben ATM hálózat kiépítése mellett döntünk, feltétlenül győződjünk meg róla, hogy a kapcsoló illetve az alkalmazott ATM végpontok milyen szabványos megoldásokat ismernek torlódásvezérlésre. Ha lehet tervezzük jóval nagyobbra a hálózat áteresztő képességét, mert egy túlterhelt ATM hálózat sokkal rosszabb hatékonysággal működik mint bármilyen más technológia.