Новость из категории: Информация

Сетевые технологии ATM и IP: актуальность темы и цели работы

Сетевые технологии ATM и IP: актуальность темы и цели работы

За последние годы постоянно растет необходимость в коммуникации в режиме реального времени (например, видео и аудио). Люди выражают единогласное желание видеть и слышать события, вскоре после того, или, что предпочтительнее, в то время, как они происходят, как если бы они сами присутствовали при этих событиях. Широко распространено мнение, что многообещающие сетевые технологии, такие как ATM (протокол асинхронной передачи данных) и IP (Интернет протокол), и предпринимаемые усилия в коммуникационном обществе осуществят это желание в недалеком будущем.
Развитие технологии ATM прослеживается от истории телекоммуникации. Индустрия связи началась с первых общественных телефонных служб, обслуживающих небольшие сообщества во второй половине 19 века, и постепенно развивалась от маленьких сообществ до глобального общества. В 1960х сеть с пакетной коммуникацией, обеспечивающая связь между компьютерами и терминалами данных, начала развиваться независимо, и спрос на цифровые многофункциональные услуги значительно возрос. Международная стандартизация ISDN (Цифровых сетей с интегрированными услугами) в качестве средства, предоставляющего решения для подобных нужд, происходила с конца 1970х и сформировалась в 1988 году под руководством МСЭ (Международный союз электросвязи, ранее известный как Консультативный комитет по международной телеграфной и телефонной связи (МККТТ)). Сеть ISDN предназначена для перевода абонентской сети в цифровой формат и интегрированного предоставления различных видов связи.

Сетевые технологии ATM и IP: актуальность темы и цели работы

В процессе развития интегрированных услуг и формирования ISDN постоянно рос спрос на услуги высокоскоростной передачи данных и видео-коммуникации. ISDN на скорости 64 кбит/с не могла отвечать таким запросам, и, таким образом, возникла необходимость в предоставлении широкополосной ISDN (B-ISDN), которая могла предоставлять подобные широкополосные службы интегрировано. В результате ISDN устарела и МСЭ начал развивать стандартизацию B-ISDN где-то во второй половине 1980х голов, и в конце этого же десятилетия основной каркас для B-ISDN был завершен. Протокол ATM был принят МСЭ как наиболее подходящая технология для обеспечения B-ISDN, так как он может предоставлять гибкую и эффективную передачу данных. В основе B-ISDN лежат скорости передачи и пропускные способности на уровне 155Мбит/с, 622Мбит/с и 2,4 Гбит/с. Предполагалось, что B-ISDN будет функционировать в качестве коммуникационной сети, которая может поддерживать все типы услуг и достичь конечной цели коммуникации.

Широкий диапазон B-ISDN услуг можно разделить на две большие категории в соответствии с их требованиями во времени, а именно службы реального времени и службы нереального времени. В отличие от служб нереального времени, чувствительных к потерям, где допускаются задержки, все службы реального времени, такие как аудио и видео, имеют строгие требования по времени, и пакеты данных, имеющих задержку более определенного периода, не имеют ценности для применения и, таким образом, приравниваются к потерянным пакетам. Передача служб реального времени должна отвечать принципу устойчивости к задержкам и предоставлять гарантированное Качество Обслуживания (QoS). Иногда службы реального времени генерируют информацию с постоянной скоростью, тогда они называются источниками постоянного потока данных (CBR), в противном случае они называются источниками переменного потока данных (VBR).

Сетевые технологии ATM и IP: актуальность темы и цели работы

Будучи разработанным, в идеале, для передачи всех типов трафика, ATM на основе ячеек проявляет фундаментальные различия от ориентированного на канал ISDN, и актуальная реализация B-ISDN имеет ряд связанных с этим экономических трудностей. В процессе стандартизации ATM , сеть Интернет, в основе которой лежит коммуникация пакетов, и которая традиционно предоставляет услуги передачи данных в нереальном времени (такие как электронная почта, новости, удаленный доступ, и передача файлов), значительно выросла. К 1990 году Интернет последовательно вырос до 3000 сетей и 200000 компьютеров. К июлю 2000 года было подключено около 93 миллионов хостов, и ожидается, что это число в ближайшие годы будет продолжать расти в геометрической прогрессии (данные предоставлены www.nw.com).

Сетевые технологии ATM и IP: актуальность темы и цели работы

В последние годы существовала значительная растущая потребность в коммуникации в реальном времени через Интернет, например, Интернет-телефония, видеоконференции, и видео по запросу. Однако, недавний опыт с Интернетом показывает, что он плохо подходит для поддержки этих услуг реального времени. Обнаружились основные недостатки в изначальной разработке протокола IP (а именно, модель обмена данными без установления соединения, а также использование пакетов различной длины). Например, задержка на сквозном маршруте в Интернете в 300мс крайне распространена. Даже задержки в 500 мс не являются чем-то необычным. Однако, уже при задержке в 200мс, у людей начинают возникать проблемы с нормальным разговором. При задержке около 300мс, разговор становится невыносимым. При задержке около 500мс он становится невозможен. Причин может быть множество, однако самая частая - разнообразные радио и электрические помехи. В принципе, их можно свести к минимуму, если приобрести металлорукав (http://pasivka.com.ua/rashodnik/metalorykav.html). Но, в любом случае, Интернет необходимо менять, чтобы он отвечал требованиям служб реального времени. Предоставление гарантий QoS определяет, может ли Интернет поддерживать службы реального времени, и, следовательно, приемлем ли он в качестве успешного претендента на будущие сети с интегрированными услугами.

Сетевые технологии ATM и IP: актуальность темы и цели работы

Добавление QoS в Интернет поднимает значительные вопросы. Специальная комиссия интернет-разработок (IEFT) предложила ряд улучшенных IP протоколов реального времени и революционных протоколов, который сделают Интернет способным поддерживать дифференцированное качество услуг, например протокол резервирования ресурсов (RSVP), протокол реального времени (RTP) и многопротокольная коммуникация на основе признаков (MPLS). Однако, их недостаточно, чтобы обеспечить своевременную передачу данных, и в данной диссертации будет показано, что обеспечению сервисов реального времени уделялось недостаточно внимания.

Цели данной диссертации – предоставить общий метод для характеристики границ задержки и, после получения границы задержки, определить необходимые и достаточные условия, при которых через Интернет могут поддерживаться удовлетворительные службы реального времени. Эти фундаментальные вопросы останутся неизменными, вне зависимости от того, что станет претендентом на будущие сети с интегрированными службами: ATM, IP, их комбинация или даже подходящий преемник. Характеристика границ задержки и предоставления базиса для гарантий QoS в будущих сетях с интегрированными службами стали главным вопросом исследования и представляют значительную трудность.

Любой пакет в соединении, проходящем сеть из множества коммутаторов/ маршрутизаторов, подвергается различным задержкам. Различные задержки в очереди возникают на индивидуальных коммутаторах из-за использования статистического уплотнения. Задержки в очереди тесно связаны с алгоритмами планирования, применяемыми на серверах, и таким образом, алгоритмы планирования играют ключевую роль в предоставлении удовлетворительных границ задержки.

Сетевые технологии ATM и IP: актуальность темы и цели работы

Традиционные планировщики, такие как FIFO ("первым пришел - первым обслужен") не имеют никакого разделения между индивидуальными сессиями, и задержки в очереди подвергаются большому влиянию со стороны трафика других сессий. Когда другие сессии выполняют больше запросов и содержат большое количество пакетов в очереди, задержка в очереди может расти до бесконечности. Таким образом, гарантии QoS, требуемые для служб реального времени не предоставляются. Необходимость гарантий QoS повлекла за собой создание алгоритмов планирования, которые могут обеспечить каждую сессию гарантированной скоростью без влияния трафика других сессий на этом же сервере.

За последнее десятилетие были предложены алгоритмы планирования, обладающие подобной желаемой чертой, и их детерминированные границы задержки усиленно изучались многими исследователями. Парех и Галлахер проанализировали детерминированную границу задержки, или другими словами, поведение в худших случаях в сети планировщиков PGPS. Аналогичные исследования проводились Фигирой и Паскуале в сети VCS, Голестани в сети планировщиков SCFQ и Гойяром и Вином в сети SFQ. Стильяди и Варма разработали общую модель под названием серверы Уровня Времени Ожидания (LR серверы) для анализа детерминированной границы задержки в гетерогенных сетях планировщиков, что может предоставить гарантии ширины канала. Однако, одним из ограничений LR серверов является тот факт, что он может предоставлять только границы в наихудшем варианте работы. Также был представлен подход service-curve для анализа осуществления задержки, но опять же были рассмотрены только детерминированные гарантии QoS.

Детерминированная граница задержки – это абсолютная твердая граница, которая принимает во внимание все пакеты соединения. Хотя она важна для нескольких специальных служб реального времени, статистической границы задержки достаточно для большинства приложений реального времени. Статистические гарантии задержки были тщательно изучены во многих исследованиях. В данных исследовательских работах были представлены и использованы для изучения выполнения алгоритмов планирования PGPS статистические модели входящего трафика, такие как семейство ограничивающих случайных величин и экспоненциально ограниченный пакетированный трафик. Все предыдущие анализы либо подходят для определенного планировщика, модели трафика, либо являются статистическим или детерминированным анализом. В данной диссертации предоставлен особенно удобный и унифицированный подход для анализа как статистических, так и детерминированных границ, применимых ко всем планировщикам и моделям трафика.

Сетевые технологии ATM и IP: актуальность темы и цели работы

Анализ задержки дает основания для гарантий QoS, Для поддержания непрерывности потока данных и удовлетворительного предоставления служб реального времени на конце источника используются буферы, на конце получателя – маршрутизаторы/ коммутаторы, соответственно, и конец получателя начинает потреблять самую первую ячейку на некоторое время позже, чем источник. Однако, каждый раз, когда буфер опустошается или переполняется, непрерывность потока данных прерывается. При известной границе задержки, можно определить минимальные размеры буфера и задержку полного цикла в условиях, для которых достигнута непрерывность потока данных. Пропускная способность CBR и VBR служб реального времени, передаваемых путем потока данных (DBR) была установлена в сетях ATM. В данной диссертации исследуются условия, при которых непрерывность потока данных реального времени (CBR/VBR) может быть достигнута в сетях IP.

Рейтинг статьи

Оценка
0/5
голосов: 0
Ваша оценка статье по пятибальной шкале:
 
 
   

Поделиться

Перевести статью:

Похожие новости

Комментарии

Информация

^ Наверх