ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ГРАНИЧНЫЙ АТМ-КОММУТАТОР С ИНТЕРФЕЙСОМ ADSL КАК БАЗОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДОСТУПА СЕТИ РОКСОН

А.Н.Терехов, Ю.Б.Рычагов, А.Ю.Кряжев, П.С.Лавров

ГП "ТЕРКОМ", Санкт-Петербург

Тел.: (812) 428-46-59, факс: (812) 428-70-29, e-mail: Piotr.Lavrov@tepkom.ru, hardware@tepkom.ru

1. Необходимость использования АТМ как базовой технологии создания национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы

Из всех реально существующих на сегодняшний день сетевых технологий только АТМ представляет собой принципиально новый подход к построению вычислительных сетей, и именно это фундаментальное различие позволяет создавать на ее основе сети, удовлетворяющие требованиям не только сегодняшнего, но и завтрашнего дня.

Технологию АТМ можно рассматривать как новую форму коммутации пакетов. В то время как обычная коммутация пакетов основана на программных средствах и потому требует расходования ресурсов процессора, АТМ стандартизует и упрощает операции коммутации. Такие операции, как обработка пакетов стандартного размера, маршрутизацию, процедуры сегментации и сборки пакетов можно организовать на базе специализированного кристалла.

Стратегия, основанная на использовании виртуальных каналов, предоставляет широчайшие возможности для управления трафиком. Потенциальные резервы для дальнейшего развития АТМ в этом направлении еще далеко не исчерпаны, но уже те механизмы управления трафиком, которые реализованы в существующих сетях АТМ, намного превосходят по своей эффективности все, что может быть достигнуто традиционными сетевыми технологиями без отказа от их основополагающих принципов (таких, как разделение среды передачи).

Благодаря использованию коротких пакетов фиксированной длины (ячеек) АТМ минимизирует величину задержки сигнала, которая вносится коммутирующим и передающим сетевым оборудованием. Ячейки, принадлежащие трафику различных типов, можно чередовать, назначая им приоритеты в зависимости от их относительной чувствительности к задержкам. Таким образом, при передаче информации в АТМ-сети можно объединить различные типы трафика, практически не ухудшая при этом временных характеристик их трансляции.

2. Технология ADSL - оптимальное средство обеспечения эффективного доступа к Internet на ближайшие годы

Магистральные каналы связи способны передавать информацию со скоростью десятков и сотен мегабит в секунду, но конечные пользователи обычно имеют весьма ограниченный доступ к глобальным сетям.

В последнее время пристальное внимание специалистов привлекла технология асимметричной цифровой абонентской линии (Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL) как альтернативы испытанным способам сетевого доступа. Дело в том, что технология ADSL и ее разновидности обеспечивают передачу сигналов по обычным телефонным линиям, используя для этого более высокочастотную область спектра, чем та, которая задействована в современной телефонии.

ADSL-модемы, подключаемые к обоим концам обычной телефонной линии, образуют три канала: быстрый канал передачи данных из сети в компьютер, менее быстрый дуплексный канал и простой канал телефонной связи (Plain Old Telephone Service, POTS), по которому и передаются обычные телефонные разговоры. Передача данных в каналах с высокой пропускной способностью происходит со скоростью от 1,5 до 8 Мбит/с, в дуплексных же каналах данные передаются со скоростью от 16 Кбит/с до 1 Мбит/с. В обоих случаях конкретная величина скорости передачи зависит от длины и качества линии.

В настоящее время цифровой сигнал передается по абонентской линии следующим образом: ADSL-модем пользователя соединяется по обычной телефонной линии с таким же модемом или модемной стойкой в центральном отделении телефонной компании. Отсюда соединение передается на коммутатор Ethernet, маршрутизатор или коммутатор АТМ, которые передают сигнал в Internet или в другую цифровую сеть.

То, что каждое соединение является соединением точка-точка, обеспечивает одинаково для всех пользователей качество обслуживания в сетях, доступ к которым осуществляется на основе ADSL. В результате, качество услуг ADSL никогда не снизится из-за увеличения количества активных пользователей или загрузки сети.

3. Отечественный граничный АТМ-коммутатор как базовый элемент доступа национальной сети РОКСОН

Наиболее перспективной разработкой ГП "Терком" в настоящее время является Граничный АТМ-коммутатор, обеспечивающий подключение к АТМ-сети разнородных пользователей через локальные сети типа Ethernet, ИКМ-тракты, АТМ-адаптеры 25,6 Мб/с, ADSL-адаптеры, а также коммутацию каналов АТМ со скоростями до 155 Мбит/с, выполняя роль сетевого коммутатора с суммарной пропускной способностью до 1.2 Гбит/с. В части программного обеспечения реализованы средства управления по стандартным протоколам, поддержка классического протокола IP over ATM.

Имеющийся у ГП "Терком" научно-технический задел может быть использован в интересах отечественной промышленности телекоммуникаций для создания национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы, гарантированно защищенных от несанкционированного вмешательства извне.

ГП "Терком" в течение четырех лет проводил работы по созданию оборудования Граничного АТМ-коммутатора: как его структуры так и всех его основных функциональных узлов уровней AAL, ATM, Ph, коммутационной АТМ-магистрали.

Граничный АТМ-коммутатор конструктивно представляет собой стандартную 19" кассету с управляющим модулем, в которую может быть установлено до 20 модулей различных типов:

Граничный АТМ-коммутатор поддерживает следующие внешние протоколы:

В качестве операционной системы используется VxWorks фирмы WindRiver.

4. Особенности системы управления Граничным АТМ-коммутатором

Модель сетевого управления на основе SNMP подразумевает совокупность управляющих станций и сетевых элементов. На управляющих станциях работают приложения, осуществляющие слежение за сетевыми элементами и контроль их работоспособности.

В модели SNMP управления распределенными устройствами понятие агента усложняется. Общая логика управления устройством часто требует, чтобы все программные/аппратные модули были видны как единое целое со стороны управляющей станции. Такое требование приводит к решению в виде "мультиплексирующего SNMP протокола". Такой протокол должен опеспечивать возможность передавать SNMP-запросы от главного агента к ряду подагентов, обслуживающих различные аппаратные модули распределенного устройства. Каждый подагент отвечает за операции управления над программными модулями, расположенными на данном аппаратном модуле распределенного устройства.

На настоящий момент нам известны несколько подходов к реализации мультиплексирующего протокола, есть и дорогостоящие коммерческие реализации, и свободно распространяемые, но обладающие рядом недостатков. В граничном коммутаторе был реализован усеченный подход к управлению AgentX, недавно принятый рабочей группой IETF в качестве рекомендованного стандарта - RFC 2257.

Модель управления на основе OSI представляет собой мощную и чрезвычайно общую инфраструктуру для представления логических или физических ресурсов посредством их объектных абстракций. Доступ к реальным ресурсам осуществляется через объекты, которые обрабатываются агентами и доступны для управляющих приложений посредством специального сервиса/протокола CMIS/CMIP.

Управление сложными многокомпонентными распределенными системами естественным образом вкладывается в эту модель и описывается при помощи понятия иерархии абстрактных уровней управления телекоммуникационными системами. Обобщенные требования на точки сочленения абстрактных уровней между собой носят названия обобщенных "интерфейсов". В частности, на нижних уровнях систем управления широко используется понятие т.н. Q3-интерфейса. Используя CMIS/CMIP в качестве протокола нижнего уровня, Q3-интерфейс представляет собой чрезвычайно общие соглашения о характере и структуре информации, передаваемой через данную точку сочленения между соединенными системами.

Несмотря на то, что OSI-управление естественно охватывают случай распределенных систем, прямая реализация такой схемы достаточно накладна, ибо требует OSI-стеков, машин CMIP протоколов и т.п. на каждом подагенте. Для упрощения ситуации в ГП "Терком" проводятся разработки протоколов мультиплексирования CMIP-запросов по схеме аналогичной SNMP-случаю.

5. Поддержка протокола IP

В Граничном АТМ-коммутаторе реализован классический протокол IP через АТМ, рекомендованный рабочей группой IETF в RFC 1577. В то же время АТМ как сеть передачи данных с установлением соединений предоставляет существенно более широкие возможности для эффективной передачи пакетов.

В первую очередь это связано с тем, что в глобальной коммутируемой сети нет необходимости производить маршрутизацию каждого пакета на границах между логическими подсетями, связанную с большими накладными расходами. Рабочей группой IETF был стандартизован протокол NHRP (Next Hop Resolution Protocol), позволяющий устанавливать для передачи пакетов IP-соединения через всю АТМ-сеть. Поддержка NHRP в полном объеме реализована в Граничном АТМ-коммутаторе.

Классический протокол Internet не гарантирует заданного качества трафика, тем не менее многие приложения, работающие по IP-протоколу, в частности видеосервис и передача звука, требуют гарантированной скорости передачи и ограниченных задержек. В конце 1997 года рабочая группа IETF приняла в качестве стандарта протокол RSVP, позволяющий по заказу пользователя резервировать часть пропускной способности сети для передачи определенных потоков IP-пакетов. На коммутируемых сетях с регулируемым трафиком, таких как АТМ-сети, реализация этого протокола особенно эффективна. В настоящее время в ГП "Терком" ведется работа по реализации протокола RSVP.

6. Использование современных технологических приемов при разработке оборудования АТМ-сетей - единственный способ создания конкурентно-способных изделий

Процесс разработки ключевых блоков АТМ-сети в нашем предприятии традиционно ведется с применением самого современного оборудования и программного обеспечения.

В настоящее время при проектировании АТМ-оборудования используется последнее поколение FPGA XILINX емкостью до 85 тысяч вентилей и с задержкой на вентиль 1 нс и FPGA Altera емкостью до 100 тысяч вентилей. При проектировании также широко применяется язык описания БИС - VHDL. Далее VHDL-код может быть оттранслирован в заданную целевую технологию: FPGA Xilinx, Altera или библиотеку СБИС соответствующей фирмы изготовителя.

Процесс разработки ключевых блоков АТМ-оборудования состоит из двух этапов: