Адресация ATM
Прежде чем первые данные будут переданы по коммутируемому виртуальному соединению, сеть должна найти адресата и установить соединение с ним. До того как будет установлено коммутируемое виртуальное соединение между отправителем и получателем, конечные точки обмениваются серией сообщений относительно пропускной способности, качества обслуживания и других специальных параметров. Однако для того, чтобы этот обмен оказался успешным, сообщения должны быть маршрутизированы от вызывающей стороны к вызываемой. Для этого каждое конечное устройство в сетях ATM должно иметь свой уникальный адрес. Форум ATM в своих спецификациях определил адресную структуру как для частных, так и для общедоступных сетей. В общем случае адресная структура в ATM характеризуется следующими признаками.
- Она является автономной и независимой от любых протоколов верхних уровней и принятых в них адресных схем. Иными словами, никакой связи между адресом в протоколе IP и адресом ATM не существует. Для поддержания работы протоколов верхних уровней поверх сети ATM высокоуровневые адреса требуется разрешить относительно низкоуровневых.
- Наличие различных форматов адресов как для частных, так и для общедоступных сетей. Телефонные компании имеют собственную внутреннюю адресацию и механизмы маршрутизации. Частные сети предоставляют большую гибкость при назначении адресов в соответствии с внутренней политикой организации. Необходимо отметить, что эти две структуры могут, естественно, работать вместе.
- Адресная схема имеет иерархическую структуру.
- Адресная структура обладает свойством масштабируемости, т. е. выделенное под адреса пространство длиной в 20 байт достаточно для того, чтобы адресного пространства еще надолго хватило всем желающим.
В последнее время многие телекоммуникационные провайдеры ведут активную работу по расширению спектра предоставляемых услуг ATM. Предлагаемые ими ранее услуги на базе технологии ретрансляции кадров опирались только на постоянные виртуальные соединения, поэтому провайдеры заранее задавали все необходимые пользователям соединения.
В результате конечные системы в таких сетях были заведомо известны, и адресная схема для поиска нужного абонента пользователям не требовалась. С появлением технологии ATM положение дел кардинально изменилось, так как Форум ATM определил в своих спецификациях необходимость поддержки коммутируемых виртуальных соединений.
Взамен постоянных виртуальных соединений с предопределенным местоположением адресата станции стали использовать протокол сигнализации, с помощью которого они сообщали сети ATM, с какой конечной системой должно быть установлено соединение. Организация коммутируемого виртуального соединения оказывается возможным благодаря тому, что каждая конечная система получает уникальный адрес, зная который, сеть может найти желаемого получателя и передать запрос на установление соединения.
Способ выбора адресов конечных систем и распределения их между пользователями описывается так называемым планом нумерации. Примером может служить North American Numbering Plan (NANP), применяемый в США. Любой, кто имеет телефон, модем или факс, может участвовать в таком плане нумерации, так как его структура является очень простой. Несмотря на простоту, использование плана нумерации сыграло ключевую роль в распространении услуг цифровых сетей на территории США. Для успешной реализации коммутируемых виртуальных соединений адреса ATM должны присваиваться в соответствии с планом нумерации, принятым в организации, внедряющей у себя сеть ATM.
В плане нумерации NANP все адреса имеют одинаковый формат и соответствуют международному стандарту на форматы адресов E.164, в котором адрес формируется при помощи последовательности цифр (система адресации E.164 очень напоминает систему телефонных номеров).
К сожалению, ситуация с адресацией в технологии ATM осложняется тем, что Форумом ATM определено четыре различных формата адресов. Для частных сетей ATM Форум определил три типа адресов конечных систем (ATM End System Addresses, AESA): DCC AESA, ICD AESA и E.164 AESA. Что касается сетей ATM общего пользования, здесь выбор состоит между исходным форматом адреса E.164 и тремя адресами AESA, указанными выше. Кроме того, эти форматы могут использоваться совместно.
Адреса AESA записываются в шестнадцатеричной форме, и каждый из них имеет длину в 20 байт. Как видно из Рис. 1, этот адрес имеет иерархическую структуру и состоит из двух основных частей: IDP (Initial Domain Part) и DSP (Domain Specific Part), каждая из которых имеет несколько полей.
Рис. 1. Адрес АЕМА имеет иерархическую структуру и состоит из двух основных частей — IDP и DSP.
Сегмент IDP определяет тип адреса и тип уполномоченного, который отвечает за управление этим адресом. Он имеет два поля: однобайтовое поле AFI (Authority and Format Indicator) и двухбайтовое IDI (Initial Domain Identifier). Первое поле — для рассматриваемого формата адреса — всегда имеет фиксированное значение, равное 39, а поле IDI содержит код, идентифицирующий страну, в которой этот адрес зарегистрирован (Data Country Code, DCC). Коды стран определены и стандартизованы организацией ISO (ISO 3166). Вместе эти два поля идентифицируют данный адрес как DCC AESA и однозначно указывают страну, в которой он был зарегистрирован.
Сегмент DSP также иерархически разделяется на несколько полей: десятибайтовая часть HO-DSP (High Order Domain Specific Part), шестибайтовый идентификатор конечной системы (End System Identifier, ESI) и однобайтовое поле SEL (Selector).
Содержимое поля HO-DSP контролируется подразделением международной организации по стандартизации ISO от каждой страны (например, институтом ANSI в США) и служит для идентификации сегмента адресного пространства, который выделен определенному пользователю или подсети.
Как видно из названия, ESI предназначен для идентификации конечной системы сети ATM в определенной подсети. Комбинация полей IDP + HO-DSP + ESI должна быть уникальной. В некоторых случаях идентификатор конечной системы должен быть уникальным и в глобальном масштабе, например для гарантии взаимодействия и мобильности оборудования в разных сетях ATM. В противном случае перемещение какой-либо конечной системы ATM из одной сети в другую может привести к конфликту адресов.
Как один из вариантов, уникальный идентификатор можно сформировать посредством присвоения этому полю MAC-адреса сетевого адаптера. По своему определению MAC-адреса уникальны, поэтому никаких конфликтов возникнуть не должно. Поле SEL не имеет существенного значения для выполнения маршрутизации запросов на установление коммутируемых виртуальных соединений в сети ATM, и оно доступно для использования конечной системой.
Формат адреса ICD AESA имеет сходную структуру с форматом DCC, за исключением следующих моментов: значение поля AFI равно 47, а не 39, а поле IDI содержит ICD (International Code Designator) — двухбайтовый идентификатор организации по стандартизации, значения которого устанавливаются Британской организацией по стандартизации, а не локальным представителем ISO (см. Рис. 2).
Рис. 2. Формат ICD AESA отличается от формата DCC AESA назначением поля IDI.
Адрес E.164 AESA также записывается в шестнадцатеричном виде, но его структура существенно отличается от рассмотренных выше структур адресов (см. Рис. 3).
Рис. 3. Структура адреса E.164 AESA существенно отличается как от DCC AESA, так и от ICD AESA.
| Значение поля AFI | Формат адреса |
| 39 | DCC AESA |
| 47 | ICD AESA |
| 45 | E.164 AESA |
Сегмент IDP этого формата адреса разделяется на два поля: однобайтовое AFI и восьмибайтовое IDI. Первое имеет фиксированное значение 45, а второе содержит адрес в формате E.164. Таблица 1 показывает возможные варианты значений поля AFI для рассмотренных форматов адресов.
В настоящее время назначение адресов E.164 AESA не контролируется ни одной организацией. Однако поскольку исходные адреса E.164 назначаются согласованным образом, то, как предполагается, владельцы таких адресов одновременно являются владельцами и координаторами адресов E.164 AESA. Присвоение исходных адресов E.164 выполняется на распределительной основе государственными организациями в каждой стране (например, в США эта функция в настоящее время выполняется Bellcore).
При наличии такого разнообразия форматов адресов возникает закономерный вопрос — какой из них лучше использовать? Некоторые провайдеры услуг сетей ATM опираются исключительно на "близкую по духу" адресацию E.164. Другие провайдеры принципиально стараются избегать формата адресов E.164 и поддерживать тот же формат, что и частные сети ATM, большинство из которых используют только формат ICD AESA (так как он в настоящее время поддерживается большинством производителей оборудования ATM для частных сетей).
Если в дополнение к услугам ATM провайдер предоставляет услуги сетей с ретрансляцией кадров, то он просто вынужден ввести исходные адреса E.164, так как только этот формат адреса одобрен для использования с сервисом коммутируемых виртуальных соединений. Если какая-то часть сети ATM не использует тот же формат адреса, что и сеть с ретрансляцией кадров, то при необходимости поддержки коммутируемых виртуальных соединений она должна быть связана с остальной сетью при помощи дорогостоящих шлюзов.
Некоторые провайдеры услуг могут и не захотеть взять на себя долговременные обязательства по отношению к любому формату адреса в виде разработки общего плана нумерации для четырех типов адресов. При этом конечные системы, принадлежащие к одной сети ATM, могут использовать разные форматы адресов. К тому же любая из таких систем может иметь несколько адресов в разных форматах одновременно. Например, конечная система может применять формат ICD AESA при взаимодействии с конечной системой в другой частной сети ATM через сеть общего пользования. Кроме того, она может использовать исходные адреса E.164 при установлении коммутируемого виртуального соединения с другой конечной системой в сети ATM общего пользования.
После выбора конкретного формата адреса ATM владелец сети встает перед вопросом присвоения адресов. Провайдер может рассматривать свою сеть ATM как очень большую частную сеть и производить выделение адресов в соответствии с этим. Хотя такая схема вполне приемлема для закрытых сетей, подобный "близорукий" подход может привести к возникновению некоторых проблем.
В конечном счете все провайдеры услуг ATM придут к необходимости объединить свои сети для обеспечения настоящего взаимодействия между пользователями, а это чревато дублированием адресов. Если более чем одна система имеет одинаковые адреса, глобальная маршрутизация запросов окажется неосуществимой (или по крайней мере очень затрудненной). На основе этих рассуждений мы можем сделать вывод, что во избежание возникновения проблем в будущем план нумерации должен исходить из глобального использования адресов. Обеспечение глобальной уникальности адресов — сложная, но выполнимая задача, так как каждый из форматов адресов контролируется какой-либо организацией по стандартизации.
После того как провайдеры услуг ATM определили формат адресов и их пространство для своих сетей, следующий шаг состоит в выборе метода назначения индивидуальных адресов. Это можно сделать двумя способами: присвоением (address assignment) и регистрацией (address registration).
В первом случае конкретный полный адрес закрепляется за каждым индивидуальным портом устройства, подключенного к сети ATM. Такой метод является однозначным и законченным. Однако его реализация связана с некоторыми сложностями, так как сети ATM могут иметь тысячи индивидуальных адресов, распределять которые придется на индивидуальной основе. Кроме того, когда конечная система переключается на другой порт коммутатора ATM, либо ее адрес, либо сетевую конфигурацию потребуется изменить. Причем объем необходимых добавлений и изменений может в больших сетях ATM оказаться невыполнимым.
К счастью, Форум ATM определил в спецификации UNI другой метод выделения адресов — при помощи промежуточного интерфейса локального управления (Interim Local Management Interface, ILMI). При регистрации адресов сеть ATM взаимодействует с подключенными устройствами для получения всех требуемых адресов. При таком сценарии адрес ATM разделяется на две части: префикс и пользовательскую часть. Сеть ATM отвечает за объявление префиксов для портов коммутаторов ATM. Подключаемое к ним оборудование получает этот префикс, а затем, сформировав полный адрес, объявляет его по сети. Рис. 4 иллюстрирует такой процесс регистрации. Сеть может регистрировать множество префиксов пользовательского оборудования ATM, а это оборудование может объявлять множество своих адресов в сети.
Рис. 4. При регистрации адресов сеть отвечает за обновление префиксов для портов коммутатора.
Регистрация возможна для всех существующих форматов адресов ATM. Для адресов AESA префикс должен иметь длину 13 байт (соответственно сегментам IDP и HO-DSP), а пользовательская часть адреса состоит из шестибайтового идентификатора конечной системы и однобайтового поля SEL. Для исходной адресации E.164 адресный префикс может быть переменной длины, а пользовательская часть всегда нулевой, т. е. полный адрес всегда будет равен префиксу.
Регистрация адресов имеет ряд достоинств. Во-первых, провайдеру услуг необходимо задать только префиксы для каждого порта ATM. Подключаемое оборудование может, если это необходимо, зарегистрировать затем множество адресов, что позволит сократить усилия по конфигурации адресов. Кроме того, если пользователи перемещают часть оборудования с одного места в другое, то изменять конфигурацию на этом оборудовании или в самой сети не потребуется. Такое оборудование просто перерегистрируется: получив новый префикс от сети, оно затем автоматически объявит в сеть свой новый адрес.
Отдельный префикс может быть присвоен каждому порту или множеству портов коммутатора.
Регистрация адресов ставит три вопроса. Во-первых, подключаемое к сети ATM оборудование должно поддерживать интерфейс ILMI для регистрации адресов. Если этот интерфейс не поддерживается, то такая схема работать не будет. Однако большая часть производимого в настоящее время оборудования имеет встроенную поддержку функции регистрации адресов.
Во-вторых, такая схема оптимально работает, если все подключаемое к сети оборудование имеет уникальные пользовательские части адреса. Если несколько устройств имеют одинаковую пользовательскую часть адреса, то это потребует некоторых усилий для обеспечения получения устройствами разных префиксов. Во избежание подобных проблем пользовательские части адресов должны задаваться уникальным образом в соответствии с MAC-адресами. И, наконец, третье — такой метод адресации очень хорошо работает при присвоении адресов индивидуальным пользователям ATM.
Как уже было отмечено, адреса ICD и DCC AESA состоят из нескольких полей. Спецификация UNI 3.1 содержит также рекомендации о необходимости деления сегмента HO-DSP на несколько полей. Дополнительная адресная иерархия позволяет добиться более простой маршрутизации запросов и, следовательно, повышения масштабируемости сети.
Рассмотрим, для примера, гипотетическую сеть ATM, состоящую из 200 коммутаторов, на каждом из которых настраиваются 100 адресов (с учетом приведенных выше рекомендаций эти адреса будут на самом деле префиксами портов, а не полными адресами). Метод назначения адресов в рассматриваемой сети будет оказывать значительное влияние на общую эффективность маршрутизации. Саму эффективность можно оценить на основании проверки таблицы маршрутизации на каждом коммутаторе ATM.
Предположим, что иерархический план нумерации для сети отсутствует и что адреса при появлении нового порта присваиваются последовательно. При таком сценарии адреса просто "разбрасываются" по сети. В результате каждый коммутатор должен знать, кому какой индивидуальный адрес был присвоен. Общее число адресов равняется 20 000, поэтому таблица маршрутизации будет иметь такое же количество записей.
Альтернативный план нумерации состоит в том, что адреса назначаются иерархически. Каждому коммутатору в сети присваивается идентификационный номер, и все индивидуальные адреса на этом коммутаторе начинаются с этого идентификатора. Как следствие, маршрутизация становится гораздо проще. Каждому коммутатору не требуется знать, кому были присвоены индивидуальные адреса; вместо этого он должен знать, как достичь коммутатор по его идентификатору. В результате этого таблица маршрутизации коммутатора будет содержать только 199 записей, причем их будет вполне достаточно для маршрутизации запросов на установление коммутируемых виртуальных соединений с удаленным коммутатором.
Сам же коммутатор должен знать, как маршрутизировать запрос до 100 подключенных к нему устройств. В результате его таблица маршрутизации будет содержать еще 100 записей. Таким образом, в нашем примере полная таблица маршрутизации будет иметь только 299 записей, в отличие от 20 000 записей в предыдущем примере. Небольшая таблица маршрутизации приведет к более эффективному поиску в ней, к снижению времени установления коммутируемого виртуального соединения и большей гибкости, так как требования к памяти коммутаторов окажутся ниже.
Рассмотренный гипотетический сценарий демонстрирует всю выгоду от использования иерархического плана нумерации в сети ATM. Для практической реализации такого плана в случае формата адресов AESA сегмент HO-DSP потребуется разделить на несколько полей. Прежде чем приводить какие-либо рекомендации по конфигурации префиксов, мы рассмотрим требования к плану нумерации ATM.
1. План должен так структурировать сеть, чтобы обмен маршрутной информацией стал проще, а размер таблиц маршрутизации — меньше.
2. План нумерации должен быть масштабируемым, чтобы расширение сети не вызывало проблем с адресацией.
3. План должен устранить все неоднозначности в адресации, чтобы запрос на установление коммутируемого виртуального соединения маршрутизировался быстро и корректно.
4. План должен быть явным, чтобы задачи присвоения адресов выполнялись просто и быстро.
Рис. 5 показывает план нумерации, который отвечает всем перечисленным требованиям.
Рис. 5. План нумерации, который удовлетворяет всем перечисленным требованиям.
План рассчитан на использование одиннадцатибайтового префикса порта коммутатора. Префикс порта состоит из сегмента IDP и восьми байт сегмента HO-DSP с разделением на следующие поля.
Идентификатор провайдера услуг. Это поле первого уровня уникальным образом определяет множество адресов внутри адресного пространства ICD/DCC AESA, зарезервированное для определенного провайдера. Для получения такого адресного пространства провайдеру услуг требуется зарегистрировать его в контролирующей организации. Следует отметить, что в рассматриваемом примере плана нумерации под это поле выделяется четыре байта, в соответствии с приложением 3.1 спецификации UNI. Фактический размер данного поля будет определяться при участии организации, отвечающей за регистрацию адресного пространства. Индикатор домена маршрутизации. Данное поле второго уровня иерархии определяет домен маршрутизации, к которому принадлежит префикс. Протокол маршрутизации запросов на установление виртуальных соединений PNNI поддерживает до 128 уровней иерархии доменов маршрутизации, что обеспечивает достаточную возможность и для расширения сетей ATM. Индикатор адреса узла. Данное поле используется для указания узла, которому этот префикс принадлежит. Выделенные под эти цели двенадцать бит предоставляют адресное пространство, достаточное для поддержки в одном домене маршрутизации до 4096 узлов. Индикатор адреса порта. Данное поле служит для идентификации порта на коммутаторе ATM. Аналогично, выделенные под эти цели двенадцать бит обеспечивают достаточное адресное пространство для поддержки 4096 портов на одном коммутаторе.
Для тех портов коммутатора, которые подключаются к частным сетям ATM, префикс может присваиваться "как есть", так как регистрации адреса с помощью интерфейса ILMI на таких портах не потребуется. А для портов, к которым подключается конечное оборудование, префиксы могут выравниваться до длины в тринадцать байт для поддержания регистрации адресов с помощью ILMI.
Рассматриваемый план нумерации будет работать одинаково хорошо как для формата адресов ICD AESA, так и для DCC AESA. При подключении к частным сетям ATM этот план предоставляет два байта адресного пространства для присвоения локальным коммутаторам. Такое адресное пространство будет поддерживать частные сети ATM с количеством узлов до 64 000.
Поле идентификатора конечной системы не разделяется и используется для уникальной идентификации конечных систем. Как уже было отмечено, спецификациями рекомендуется, чтобы в целях обеспечения глобальной универсальности адресной схемы пользователи указывали MAC-адреса в качестве содержимого этого поля.
Предложенный план нумерации решает все поставленные перед ним задачи. Во-первых, адреса присваиваются иерархически, исходя сначала из домена маршрутизации, а затем из идентификатора узла. Это означает, что запросы на установление коммутируемых виртуальных соединений могут маршрутизироваться в соответствии с доменом маршрутизации. Если адрес получателя находится в одном домене с коммутатором, принявшим запрос, то этот запрос будет обрабатываться с учетом поля идентификатора узла. В результате начальному коммутатору нет необходимости обладать информацией о каждой точке в домене маршрутизации; ему требуется знать только местонахождение каждого коммутатора.
