Sieci MAN i FDDI
 

Istnieją firmy, które oferują swoje łącza do połączenia lokalizacji znajdujących się w obszarach metropolitalnych, w tym organizacje tak różne, jak koleje czy operatorzy telewizji kablowej. Dla celów poglądowych można sobie wyobrazić obszar metropolitalny, jako okrąg o długości obwodu około 100 kilometrów (czyli o średnicy około 30 km – przyp. tłum.).

Jak już wspomniano wcześniej, istnieje technicznie doskonała metoda łączenia sieci LAN. Komisja IEEE 802.6 opracowała standard – rozwiązanie idealne pod względem technicznym – dla sieci metropolitalnych (metropolitan area networks – MAN).

Standard opracowany przez komisję IEEE 802.6 nosi nazwę Distributed Queue Dual Bus (DQDB – Podwójna magistrala z kolejką rozproszoną). Topologia DQDB dwa równoległe pierścienie (zwykle światłowody) łączące każdy węzeł (najczęściej router segmentu sieci LAN) w systemie. Taki podwójny system okablowania zapewnia wysoką niezawodność i szybką transmisję danych, zazwyczaj
w okolicy 100 Mb/s. Pierścienie są od siebie niezależne i przesyłają od węzła do węzła małe pakiety danych o wielkości 48 bajtów (ściśle rzecz biorąc 48 bajtów ma pole informacji użytkowych, zaś dodatkowe 5 bajtów przeznaczonych jest na informacje nagłówkowe; cała komórka ma zatem 53 bajty – przyp. tłum.). Wielkość pakietu jest określona innymi standardami, w szczególności dla systemów transmisji w trybie asynchronicznym (Asynchronous Transfer Mode – ATM).

System DQDB przydziela każdemu węzłowi dostęp do sieci w postaci segmentów czasowych o długości 125 mikrosekund. Sieć MAN zgodna ze standardem IEEE 802.6 jest przeznaczona do obsługi wielu organizacji w obszarze metropolitalnym. W USA sieci takie są najczęściej instalowane i obsługiwane przez lokalne firmy telekomunikacyjne.

Firmy komercyjne i organizacje takie jak uniwersytety mogą zdecydować się na system o zasięgu kampusowym lub nieco większym zwany Fiber Distributed Data Interface (FDDI). W dużym uproszczeniu – sieci FDDI działają jako punkty koncentracji ruchu, kierujące go do większych sieci DQDB. Systemy FDDI zapewniają przepustowość rzędu 80 Mb/s i są ograniczone do obszarów mniejszych niż
w przypadku sieci DQDB. Całkowity zasięg sieci FDDI nie może przekraczać 100 km dla każdego pierścienia, a odległości pomiędzy węzłami nie mogą przekraczać 2,5 kilometra. Systemy FDDI mogą być instalowane z wykorzystaniem istniejącego sprzętu przez organizacje, które potrzebują ich na własny użytek, jak i przez firmy, które chcą sprzedawać usługi wszystkim klientom w zasięgu sieci.

W architekturze FDDI wykorzystuje się do przesyłania danych dwa pierścienie ze światłowodów, tak zwany pierścień główny i pierścień podrzędny, jak to pokazano na rysunku 12.6. Pierścienie mają fizyczną topologię gwiazdy podobną do opisanej normą IEEE 802.5 dla sieci Token-Ring. Wszystkie węzły są podłączone do pierścienia głównego, a do pierścienia podrzędnego, który ma charakter łącza zapasowego na wypadek awarii pierścienia głównego, tylko niektóre. Węzły nie podłączone do pierścienia podrzędnego – głównie z powodów ekonomicznych – nazywane są stacjami klasy B.

Niektóre firmy, jak na przykład Advanced Micro Devices (AMD) promują FDDI jako rozwiązanie również dla indywidualnych użytkowników sieci, a nie wyłącznie metodę łączenia ze sobą sieci. Z różnych technik pakowania danych używanych
w FDDI korzysta również Gigabit Ethernet, ale łączy je z protokołem sterowania dostępem do nośnika CSMA właściwym dla tradycyjnego Ethernetu. Gigabit Ethernet wypiera FDDI w wielu instalacjach, ponieważ opiera się na bardziej popularnej technologii.

FDDI to doskonałe rozwiązanie dla sieci o zasięgu metropolitalnym. Odporność kabli światłowodowych na zakłócenia elektryczne oraz w pewnym stopniu na warunki środowiskowe umożliwia ich instalację nawet w dość nieprawdopodobnych miejscach. Kolej i przedsiębiorstwa energetyczne układają sieci FDDI wzdłuż swoich instalacji, a niektóre pomysłowe firmy umieszczają je wewnątrz przewodów ciepłowniczych pod wielkimi biurowcami, a nawet – tak jak w Chicago – w przebiegających pod miastem nieczynnych tunelach, którymi kiedyś dostarczano węgiel.

Inni operatorzy

Jeśli trzeba połączyć sieci LAN w obszarach metropolitalnych, można rozejrzeć się za łączami komunikacyjnymi oferowanymi przez nietypowych operatorów. Wiele sieci telewizji kablowych uruchomiło kanał zwrotny i oferuje usługi dwukierunkowej transmisji z dużą prędkością. Radiowe lub optyczne kanały komunikacyjne biegnące wzdłuż torów kolejowych można wydzierżawić od kolei. Łącza światłowodowe oferują również przedsiębiorstwa energetyczne. Można nawet spotkać stacje telewizyjne, które dysponują nadmiarowym pasmem w prywatnych systemach mikrofalowych. Te firmy i instytucje – i wiele innych – jeszcze może zaoferować usługi połączenia sieci lokalnych.

W wielu obszarach metropolitalnych łącza dostępowe do sieci MAN oferują wyspecjalizowane firmy. Na przykład Metropolitan Fiber Systems sprzedaje łącza światłowodowe w sieciach MAN w Baltimore, w Bostonie, w Chicago, w Houston, w Los Angeles, w Minneapolis, w Nowym Jorku, w San Francisco i w innych miastach.

W centralnej Kalifornii łącza – głównie radiowe w paśmie mikrofalowym – sprzedaje Bay Area Teleport. Z kolei Teleport Communications Group oferuje światłowodowe usługi komercyjne w obszarze City w Nowym Jorku.

Ostatecznie można również zostać swoim własnym operatorem w obszarze metropolitalnym, szczególnie wtedy, jeśli ma się przynajmniej jedno biuro, z którego okien widać horyzont. Kilka firm, w tym Amp, Microwave Networks i Motorola Microwave sprzedają systemy radiowe pracujące w paśmie 2,3 GHz i 23 GHz, które można dosłownie postawić na biurku i wycelować w okno w kierunku odległej sieci LAN. Urządzenia te mogą działać na maksymalną odległość od 5 do 8 km pod warunkiem, że „widzą się” nawzajem. Zapewniają przepustowość rzędu 1,544 Mb/s. Można je kupić za niecałe 10 000 USD, wówczasodpadają miesięczne opłaty za dzierżawę linii.

X.25 i Frame Relay:
wszechstronne i efektywne

Dobrze jest wiedzieć o istnieniu protokołu X.25, który definiuje metody pakietowania i kierowania danych poprzez łącza urządzeń komunikacyjnych, takich jak mosty i routery. Protokołu X.25 można używać we wszystkich naziemnych i satelitarnych łączach opisanych wcześniej lub można wykorzystywać do pakietowania i obsługi danych dla dowolnych połączeń typu punkt-punkt. Protokół ten jest najbardziej znany ze swoich możliwości komutacji pakietów.

Komutacja pakietów (packet switching) to jedna z trzech głównych klas komutacji. Pozostałe to komutacja łączy (circuit switching) i komutacja komunikatów (message switching), czyli komutacja typu przyjmij i przekaż (store-and-forward switching). Z komutacji łączy (obwodów) korzystamy za każdym razem, kiedy rozmawiamy przez telefon. Linie, którymi przesyłana jest rozmowa, tworzą stałe połączenie dedykowane, aż do odłożenia słuchawki. Linie te są niedostępne dla nikogo innego, nawet wtedy, gdy obie strony milczą. W przełączaniu komunikatów, kompletny komunikat, na przykład telegram Western Union, jest przesyłany od węzła do węzła. Kiedy dotrze do węzła docelowego, jest drukowany i dostarczany.

W technice komutacji pakietów wiadomości są dzielone na małe pakiety (na przykład po 128 znaków). Pakiety te są tworzone i wysyłane przez asemblery/deasemblery pakietów (packet assembler/disassembler – PAD). PAD to nic innego, tylko specjalny adapter z własnym procesorem i oprogramowaniem. Adaptery PAD są wbudowane w komputer PC, a firma Hayes wbudowuje je nawet w swoje modemy Smartmodem serii V. Pakiety nadsyłane z adaptera PAD są przeplatane z pakietami z innych źródeł w celu maksymalnego wykorzystania dostępnego pasma.

Aby to wszystko nie było zbyt proste, w sieciach LAN i WAN używa się kilku różnych protokołów komutacji pakietów i to tak różnych, jak Systems Network Architecture (SNA) IBM-a, Token-Ring i FDDI. Jednak najpowszechniej akceptowanym i używanym protokołem komunikacji pakietów jest X.25. Standard X.25 został zaadoptowany jako standard międzynarodowy w roku 1976 i od tego czasu jest aktualizowany co cztery lata.

Protokół X.25 opisuje szczegóły specyficznego sposobu wymiany pakietów wymaganego do przekazywania danych. Zawartość tych pakietów ma specjalną strukturę i poprzedza przekazanie samych informacji. Do zdalnego hosta wysyłany jest pakiet żądania połączenia. Host ten udziela zgody na wymianę, wysyłając pakiet akceptacji połączenia. Wówczas nawiązywane jest połączenie i przesyłane są informacje w postaci pakietów, zawierających informacje adresowe. Pakiety te zawierają również dane użytkowe, które chce wysłać nadawca. Połączenie kończy się wysłaniem pakietu zerowania połączenia i odebraniem w odpowiedzi pakietu potwierdzenia zerowania. Każdy pakiet w tej wymianie ma określoną strukturę, w której zdefiniowane jest każde pole. Dodatkowo stabilność protokołu zwiększają pakiety resetu i restartu. Połączenie z innymi rodzajami pakietów, na przykład pakietami diagnostycznymi, czyni protokół X.25 nadzwyczaj wszechstronnym i łatwym w użyciu.

X.25: dobry i uparty

Protokół X.25 opisuje niezawodne metody kapsułkowania i obsługi pakietów. Podobnie jak standard Token-Ring, X.25 koncentruje się na niezawodności połączeń. To system zaprojektowany z myślą o wielostronnej komunikacji o zasięgu ogólnoświatowym.

Kilka firm – na przykład AT&T, MCI czy Sprint – obsługuje sieci specjalnych skomputeryzowanych przełączników rozrzuconych po całych Stanach Zjednoczonych i na całym świecie, które łączą ze sobą szybkie łącza transmisji danych i wykorzystują protokół X.25.

Firmy te oferują swoim klientom usługi w zakresie transmisji danych według różnych taryf. Poza USA państwowi operatorzy telekomunikacyjni w wielu krajach oferują usługi X.25, czasami nawet po cenach niższych niż linie dzierżawione lub linie komutowane.

Ponieważ w tych sieciach używane jest oprogramowanie zgodne z protokołem X.25, które zapewnia zgodność przesyłanych danych, a także dlatego, że w tych sieciach dostępne są inne powiązane usługi, często nazywa się je sieciami z wartością dodaną (value added network – VAN).

Sieci z komutacją pakietów X.25 są w stanie na bieżąco kierować każdy pakiet do miejsca docelowego, w związku z czym mogą one łączyć jednocześnie tysiące lokalizacji. Najlepiej widać to na przykładzie usług on-line, na przykład CompuServe, gdzie ludzie dzwoniący z całego świata jednocześnie komunikują się z komputerami centralnej bazy danych.

Zastosowanie sieci VAN X.25 dla oddalonych sieci LAN umożliwia wolne od błędów jednoczesne połączenie wielu lokalizacji. Ta możliwość powinna uczynić
z sieci X.25 prawie doskonałe połączenie dla sieci LAN. Ilustratorzy często przedstawiają sieć X.25 jako „chmurkę” z wchodzącymi do niej i wychodzącymi z niej połączeniami. Dzięki temu mogą pominąć złożoną strukturę komputerów i ich wzajemnych połączeń w sieci VAN. Do „chmurki” wchodzą dwa rodzaje połączeń. Pierwsze z nich to szybkie linie dzierżawione, które mogą przesyłać dane z komputera do „chmurki” z prędkością 56 lub 64 kb/s, a nawet 1,544 Mb/s i większą, używając pełnego protokołu X.25. Połączenie to może prowadzić do komputera hosta, lecz obecnie najczęściej prowadzi do routera. Drugi rodzaj połączeń do sieci X.25 to komutowane połączenia ISDN i analogowe.

Wymiana pakietów w przypadku TCP odbywa się według zasady – „czy dostałeś to co wysłałem?”, która zapewnia odbiór wszystkich wysłanych pakietów. X.25 robi w zasadzie to samo, tylko na niższym poziomie. Dlatego wiele pakietów X.25 składa się z potwierdzeń TCP dla pakietów, które już zostały potwierdzone w protokole X.25, przynajmniej na poziomie sieci X.25. Powoduje to marnowanie pasma transmisyjnego na przesyłanie niepotrzebnych informacji dodatkowych. Chociaż potwierdzenia X.25 są powieleniem potwierdzeń na wyższym poziomie TCP, dodatkowe informacje w pakietach X.25 są potrzebne do routingu w sieciach VAN.

Inny problem dotyczący zastosowania sieci X.25 do łączenia segmentów sieci LAN wynika z tradycyjnego użycia sieci VAN do połączeń typu jeden-do-wielu. W przeszłości używano sieci VAN do łączenia wielu klientów z jednym hostem. Struktura opłat i oprogramowanie sieci odzwierciedla ten schemat i sprzyja dalszemu korzystaniu z niego, jednak to nie jest najlepsza struktura dla połączeń pomiędzy sieciami LAN.

Z uwagi na ograniczenia dotyczące prędkości oraz możliwości różnych podłączeń, sieci X.25 zostały w Stanach Zjednoczonych wyparte przez sieci Frame Relay. Standard Frame Relay posiada wiele zalet X.25, charakteryzując się jednocześnie mniejszym narzutem informacji dodatkowych podczas transmisji.

Publiczne i prywatne sieci X.25

Sieci X.25 z komutacją pakietów stanowią efektywne rozwiązanie dla wielu zastosowań. Działają one dobrze tam, gdzie wymagana jest wysoka niezawodność i niskie opóźnienia i gdzie wielu użytkowników musi w krótkim czasie łączyć się z wieloma hostami.

Doskonałym przykładem zastosowania sieci X.25 jest przetwarzanie dokonywanych codziennie w sklepach opłat za pomocą kart kredytowych. Krótkie wiadomości (zawierające numer konta, identyfikator sklepu i kwotę opłaty) są przesyłane do odpowiedniej instytucji rozliczeniowej lub do banku. Potwierdzenia transakcji są rozsyłane do kilku punktów. Sieci X.25 umożliwiają realizację tego procesu bez konieczności używania kosztownych łączy dedykowanych z każdego sklepu do każdego banku, który wystawia karty kredytowe.

Usługi komutacji pakietów można realizować, budując sieci prywatne lub wykorzystując publiczne sieci danych. Jak wskazuje nazwa – sieć prywatna to taka sieć,
w której zasoby sieciowe są zwykle dedykowane do niewielkiej liczby określonych zastosowań lub dla ograniczonej grupy użytkowników, tak jak w sieci korporacyjnej. Inaczej mówiąc – kupuje się własne przełączniki, dzierżawi łącza i działa jako samodzielny operator. Zasoby sieciowe obejmują łącza dostępowe, interfejsy sieciowe pomiędzy użytkownikiem a przełącznikami pakietów, węzły komutacji pakietów (packet switching nodes – PSN), łącza międzywęzłowe, które łączą przełączniki, oraz system zarządzania siecią.

Prywatne sieci dostępowe są najczęściej obsługiwane poprzez łącza dedykowane. W publicznych sieciach danych zasoby sieciowe są w posiadaniu niezależnych firm, które dzierżawią je wielu użytkownikom do obsługi wielu zastosowań. Sieci publiczne są najczęściej dostępne poprzez łącza komutowane.

Podstawą decyzji o wykorzystaniu sieci prywatnych lub publicznych są najczęściej przesłanki ekonomiczne oraz – w pewnym zakresie – pożądana wydajność sieci. Z tej drugiej perspektywy sieci publiczne nadają się do wielu zastosowań, jednak pewne aplikacje mogą wymagać specjalistycznych modyfikacji sieci. W takich przypadkach sieci prywatne zapewniają elastyczność niezbędną do zaoferowania oczekiwanych charakterystyk wydajności.

W sieciach publicznych użytkownik płaci za czas połączenia i objętość przesyłanych danych. Choć stosowane są różne praktyki cenowe, generalnie płaci się tym więcej, im więcej się z sieci korzysta. W sieciach prywatnych koszty określane są początkowymi nakładami inwestycyjnymi oraz kosztami eksploatacji sieci.

Frame Relay

Konserwatywny protokół X.25 liczy, potwierdza i nadzoruje wszystkie pakiety,
a nawet czuwa nad retransmisją pakietów, które nie przeszły przez sieć. Takie podejście chroni dane, jednak wykorzystuje wiele kosztownych zasobów obliczeniowych i komunikacyjnych w sieci do wykonania dodatkowych zadań. Na rynku sieci WAN pojawił się mniej „troskliwy”, ale też i mniej przeładowany protokół o nazwie Frame Relay i zyskał taką popularność, że obecnie w Stanach Zjednoczonych wykorzystywany jest w niemal wszystkich nowych łączach WAN zamiast protokołu X.25.

Koncepcja protokołu Frame Relay wykorzystuje fakt, że we współczesnych sieciach niezawodność transmisji opiera się na oprogramowaniu wyższych warstw oraz to, że współczesne systemy transmisyjne są dość niezawodne. Dzięki temu zredukowano dodatkowe zabezpieczenia danych i uzyskano większą przepustowość przy niższych kosztach, unikając jednocześnie niedopuszczalnej utraty danych.

Idea Frame Relay przenosi część odpowiedzialności, spoczywającej w sieciach X.25 na przełącznikach, na urządzenia końcowe po obu stronach połączenia. Jeśli wystąpi problem z pakietami (w przypadku protokołu Frame Relay bardziej uprawnione wydaje się określenie „ramka” – przyp. tłum.) – na przykład utracone zostaną bity lub przeciążony węzeł będzie odbierał więcej pakietów niż jest w stanie przetworzyć – sieć Frame Relay odrzuca dane i oczekuje od urządzeń końcowych podjęcia działań naprawczych.

Najczęściej chodzi o ponowną transmisję danych, którym nie udało się przejść przez sieć. Ponieważ protokoły sieci lokalnych – takie jak TCP lub IPX charakteryzują się własną kontrolą błędów, wtórną wobec kontroli w sieciach X.25, dobrze wpasowują się one w architekturę Frame Relay, w której takiej kontroli nie ma.

Z drugiej jednak strony schemat odtwarzania oparty na urządzeniach końcowych może być kosztowny ze względu na dodatkowy ruch w całej sieci. Jeśli pakiety Frame Relay zostają odrzucone z powodu przeciążenia sieci, ponowna transmisja danych dodatkowo pogarsza sytuację. Zatem nawet pomimo tego, że stacje końcowe mogą odtworzyć odrzucone bloki danych, wciąż ważne jest zminimalizowanie liczby odrzuceń.

Ponieważ ruch w sieciach LAN ma charakter impulsowy, prawdopodobieństwo sporadycznych zatorów jest wysokie (chyba, że użytkownik zdecyduje się zainwestować więcej w sieć niż to niezbędne i zwiększyć pojemność linii i przełączników). Istotne stają się więc możliwości sieci Frame Relay w zakresie rozładowywania zatorów. Standard Frame Relay zawiera kilka nieobowiązkowych sugestii dotyczących sygnalizowania stanu przeciążenia w sieci i reakcji na te sygnały ze strony urządzeń portalowych sieci LAN. Ponieważ zalecenia te nie mają charakteru obowiązującego, firmy mogą instalować urządzenia zgodne ze standardem Frame Relay, które jednak nie mają możliwości sterowania przeciążeniami.

Dwie ważne cechy dotyczące sterowania przeciążeniami to bit discard eligibility (DE – spełnienie warunków do odrzucenia) w formacie Frame Relay oraz ustalenie szacowanej prędkości ruchu zwanej commited information rate (CIR – uzgodniona prędkość transmisji).

Nadanie bitowi DE wartości 1 kwalifikuje ramkę do odrzucenia w pierwszej kolejności w przypadku wystąpienia przeciążenia. Dla ruchu o niskim priorytecie lub ruchu, dla którego nie zrobi różnicy kilkusekundowe opóźnienie, na przykład wiadomości poczty elektronicznej, bity DE mogą być ustawiane przez urządzenia portalowe sieci LAN. Wcześniejsze oznaczanie ramek do potencjalnego odrzucenia za pomocą bitu DE to dobry sposób zapewnienia przesłania w całości ruchu o wysokim priorytecie.

Uzgodniona prędkość transmisji odpowiada szacunkom normalnego natężenia ruchu nadchodzącego z węzła w okresach szczytu. W sieciach komercyjnych wyższe wartości prędkości CIR oznaczają wyższe miesięczne koszty. W sieciach prywatnych wskaźnik ten jest ciągle istotnym narzędziem budżetowania i zarządzania. Sieci mierzą natężenie ruchu przychodzącego z każdego węzła. Jeśli obciążenie jest mniejsze niż wartość CIR, ramki są przepuszczane bez odrzucania, o ile to możliwe. Gdy jednak obciążenie przekracza wartość CIR, sieć nadaje bitom DE nadmiarowych ramek wartość 1.

W przypadku przeciążenia najpierw odrzucane są ramki, które wykraczają poza wartość CIR, a dopiero później te, które nie mają ustawionego bitu DE. Ze względu na wagę możliwości sterowania przeciążeniami, należy wybierać wyłącznie urządzenia obsługujące bity DE i prędkości CIR, a także inne formy komunikacji międzywęzłowej.

ATM

Najnowsza (i jednocześnie najbliższa wielbicielom technologii) technologia łączenia sieci LAN nazywa się Asynchronous Transfer Mode (ATM – Transfer w trybie asynchronicznym). ATM to technologia komutacji pakietów podobnie jak X.25
i Frame Relay, ale z kilkoma różnicami.

Główną zaletą ATM jest możliwość stworzenia przezroczystej i szybkiej sieci rozciągającej się od biurek użytkowników na bezkresne odległości. W całej swojej krasie ATM może obyć się bez routerów, przydziału pasma i rywalizacji o dostęp do nośnika transmisyjnego. Do wyznawców ATM zaliczają się największe koncerny telekomunikacyjne i komputerowe, ale kto tak naprawdę potrzebuje ATM i co sprawia, że zastosowanie tej technologii staje się konieczne?

W rzeczywistości użycie ATM jest niezbędne tylko tam, gdzie konieczne jest przesyłanie zsynchronizowanego obrazu i dźwięku. Tylko te kilka organizacji, które faktycznie potrzebują takich usług może faktycznie docenić potęgę ATM. Dotyczy to potentatów przemysłu filmowego i rozrywkowego, jak Time-Warner i Viacom International, którzy chcą dostarczać użytkownikom indywidualnym wideo na żądanie.

Firmy, które mają do przesłania wyłącznie dane o dużej objętości muszą ponieść dodatkowe koszty związane z ATM. Dla danych, które nie wymagają milisekundowej synchronizacji, istnieją lepsze i bardziej wydajne technologie, na przykład sprawdzona i szeroko dostępna technologia Frame Relay. Najlepiej będzie jeszcze trochę poczekać, nim przyklaśnie się technologii ATM.

Z jednej strony ATM korzysta z powiązanej technologii Frame Relay, z drugiej ją odrzuca. Dzięki dobrym połączeniom i inteligentnemu oprogramowaniu wyższego poziomu, pakiety Frame Relay przenoszą dane wydajniej i bardziej niezawodnie niż pakiety X.25. Każdy operator rozległych sieci z komutacją pakietów, CompuServe, Wiltel, Sprint, AT&T czy MCI, może zaoferować abonentom Frame Relay usługi
z prędkością DS-1 (1,544 Mb/s) lub z prędkością europejskiego standardu E1 (2,084 Mb/s). Dostępne są również usługi z prędkością DS-3 (44,736 Mb/s), choć nie są tak powszechne.

Zaletą technologii Frame Relay jest najlepsze wykorzystanie dostępnego pasma dzięki podziałowi danych na pakiety o zmiennej długości, które są transmitowane poprzez sieć. Powszechnie przyjmuje się, że pakiety o zmiennej długości najlepiej pasują do impulsowej natury transmisji danych komputerowych.

Dla wszystkich typów łączy komunikacyjnych celem technicznym jest podział danych na wielkie pakiety z niewielką ilością informacji dodatkowych. Redukcja danych służących do routingu, kontroli błędów synchronizacji i pełniących inne funkcje zapewnia najefektywniejsze wykorzystanie przepustowości i najniższe koszty kanału komunikacyjnego.

Architektura komutacji pakietów o dużych rozmiarach napotyka jednak na problemy. Po pierwsze – przełączniki muszą buforować pakiety o różnych rozmiarach. Taka „żonglerka” wymaga wyrafinowanego oprogramowania, które absorbuje moc obliczeniową i pamięć, a także zwiększa koszt przełączników. Po drugie – duże pakiety przechodząc przez przełącznik wstrzymują ruch pozostałych pakietów.

W żargonie technicznym mówi się, że takie przełączniki mają dużą zwłokę. Może to powodować nieregularne odstępy rzędu kilku milisekund pomiędzy kolejnymi przychodzącymi pakietami. W przypadku zastosowań wrażliwych na czas, na przykład wideokonferencji, niezsynchronizowane pakiety mogą powodować, że osoby na obrazie poruszają ustami, a nie słychać dźwięku albo że obraz jest niestabilny.

Z ATM związane są – jako poprzednicy tej technologii – i czasami używane do przenoszenia strumienia ATM dwie usługi z komutacją łączy: Switched Multimegabit Data Service (SMDS – Komutowana wielomegabitowa usługa danych) i Broadband ISDN (BISDN – Szerokopasmowy ISDN). SMDS to usługa mostkowania sieci LAN, dość słabo promowana przez lokalnych operatorów telekomunikacyjnych. Usługi te umożliwiają transmisję z prędkościami DS-1 i DS-3. Zostały one pięknie zaprojektowane do użycia z przewodami miedzianymi i światłowodowymi
i zintegrowane ze standardem IEEE 802.6 dla sieci metropolitalnych.

Jeśli ktoś nigdy nie słyszał o SMDS to nic dziwnego. Firmy telekomunikacyjne miały oferować to rozwiązanie w celu zaspokojenia popytu na transmisję danych, jednak nie stworzyły one odpowiedniego zaplecza po stronie łączy dalekiego zasięgu. Kilka nowoczesnych firm wykorzystuje SMDS w sieciach metropolitalnych, jednak technologie konkurencyjne, na przykład prywatne pierścienie światłowodowe dostępne w Chicago i innych miastach, oferują wyższe prędkości po doskonałych cenach w obszarach miejskich.

Szerokopasmowy ISDN to „nierozkwitła odrośl” sieci cyfrowej z integracją usług, tłocząca dane poprzez światłowody z prędkością 155 Mb/s. Po raz pierwszy ATM został opisany w ramach architektury BISDN, a obecnie BISDN pełni rolę nośnika pakietów ATM (pakiety ATM nazywają się powszechnie komórkami – przyp. tłum.).

Niektóre z modnych idei dotyczących komunikacji danych, które poprzedzały ATM, na przykład Frame Relay, miały na celu wykorzystanie wszystkiego, co najlepsze z kanałów komunikacyjnych. Technologie takie jak SMDS i BISDN, które były zbyt powolne, aby przyjąć się na rynku, koncentrowały się natomiast na rozszerzeniu kanału poprzez wbudowanie inteligencji w konstrukcję sieci. Jak na razie podejście to nie okazało się zbyt owocne, ponieważ użytkownicy opowiadają się za dodawaniem inteligencji na końcach sieci po cenach, które mogą kontrolować. Pozostaje więc czekać na to, że technologia ATM będzie miała więcej szczęścia.

ATM: fakty i fikcje

Jeśli posłuchać zwolenników ATM, można dowiedzieć się, że ATM gwarantuje dużą prędkość, skalowalną architekturę, która może być użyta tak w zastosowaniach biurowych, jak i w sieciach WAN, bez konieczności stosowania zmian protokołów i technik transmisyjnych używanych obecnie. Ponadto słyszy się, że niewielkie pakiety ATM gwarantują małą zwłokę, dzięki czemu dźwięk jest zsynchronizowany
z obrazem. I to wszystko jest prawdą.

Inną teoretyczną zaletą technologii komutacyjnych, takich jak X.25, Frame Relay czy ATM, jest to, że ułatwiają one tworzenie sieci wielopunktowych. Fachowcy od technologii nazywają je sieciami kratowymi (meshed), co oznacza, że dane przepływają przez wszystkie poziomy sieci. Jednak w świecie rzeczywistym – pomimo reorganizacji w korporacjach – przepływ danych ma wciąż charakter centralny lub hierarchiczny. Tak więc korzyści z kratowych sieci komunikacyjnych są marnowane w większości organizacji przesyłających obecnie dane komputerowe.

Jeśli wsłuchać się dobrze w zachwyty nad ATM, można zauważyć, że określenia „ATM”, „duża szybkość” i „szerokie pasmo” wymawiane są niemal jednym tchem. Milcząco przyjmuje się, że ATM jest w jakiś sposób przyczyną dużej prędkości, co nie jest prawdą. ATM wiąże się z dużą prędkością transmisji głównie dlatego, że protokół ten jest prosty i na tyle elastyczny, aby pracować w szerokim zakresie prędkości.

Ale z próżnego i Salomon nie naleje. Nawet z ATM duża prędkość kosztuje, a do tego ATM narzuca swoje własne koszty.

Nieubłagane prawo ekonomii podwyższa drastycznie koszty wraz ze wzrostem prędkości transmisji, odległości lub obydwu tych parametrów. ATM nie zmienia tego równania, umożliwia jednak firmom z wielkimi sieciami obniżenie kosztów przełączników, wykorzystanie szerokopasmowych łączy światłowodowych i zarządzanie całą siecią – od biurka lokalnego do biurka zdalnego – jako jedną całościową strukturą. Oznacza to, że operatorzy mogą zwiększyć marże lub obniżyć ceny, sprzedając jednocześnie więcej usług.

Technologia komutacji komórek ATM interesuje firmy telekomunikacyjne, ponieważ umożliwia transmisję głosu i danych w tych samych sieciach, czyli coś czego nie potrafią sieci Frame Relay ani X.25. W rzeczywistości komórka ATM została zaprojektowana z uwzględnieniem wymagań narzuconych przez transmisję rozmów telefonicznych. Technologia ATM pozwala operatorom na zbudowanie inteligentnej sieci, której usługi będą później odsprzedawać z zyskiem. W USA pierwszą firmą, która zaoferowała komercyjne usługi ATM był Sprint, ale inni operatorzy, jak AT&T, MCI i Wiltel nie pozostali daleko z tyłu.

Narzut ATM

Ktoś, kto płaci dziesiątki tysięcy dolarów miesięcznie za usługi szybkiej transmisji danych będzie starał się wykorzystać dostępny kanał komunikacyjny do ostatniego bitu. Przyjrzyjmy się więc bliżej efektywności różnych technik transmisyjnych.

Architektury komutacji pakietów X.25 i Frame Relay są zgodne z protokołem Link Access Procedure Balanced (LAPB), który z kolei został stworzony w oparciu
o dobrze znany protokół High Level Data Link Control (HLDLC). Ogólnie dane użytkownika, stanowiące użyteczny ładunek ramki, mogą zajmować 4 096 bajtów, jednak wartość domyślna to 128 bajtów. Jeśli dodać mnie więcej cztery bajty informacji w polach adresowych i kontrolnych nagłówka, pakiet wynikowy będzie miał w skrajnym przypadku tylko 0.08 %, a średnio – 3 % narzutu informacji dodatkowych.

Pakiet ATM ma 53 bajty z czego 5, czyli nieco więcej niż 9 %, to narzut. W niektórych przypadkach informacje synchronizacyjne dodane przez warstwę adaptacyjną ATM mogą zwiększyć narzut do 13 %. Tak więc mniejsze pakiety ATM potrzebują o 6 % szerszego kanału komunikacyjnego niż Frame Relay do przesłania tej samej ilości danych użytkowych. Z perspektywy kanału DS-3 te 6 % to 2,68 Mb/s, czyli prawie czterdzieści kanałów po 64 kb/s z narzutem ATM.

Trzeba od razu przyznać, że ta analiza jest uproszczona – istotne są również inne czynniki – ale z grubsza odpowiada rzeczywistości. Dla użytkowników i administratorów sieci główną zaletą ATM jest mała zwłoka (małe pakiety przechodzą przez przeciążony przełącznik z minimalnym opóźnieniem), jednak ta zaleta może kosztować sporo zmarnowanego pasma i wiele pieniędzy.

Gorączka ATM

Wokół ATM zaczyna się robić gorąco. Kilka firm opracowało i oferuje adaptery ATM dla stacji roboczych Sun, a nawet dla standardowych pecetów. Jednak ATM przegrał walkę z Ethernetem i został znokautowany. Ethernet jest wystarczająco szybki, nawet dla aplikacji wymagających minimalnej zwłoki. Przełączniki i dobra segmentacja sieci Ethernet eliminują problemy z opóźnieniem.

Podobnie wyglądało starcie ATM z Fast Ethernetem w sieciach kampusowych. Obecnie, jak się wydaje, głównym zastosowaniem ATM pozostają potężne sieci szkieletowe operatorów łączy WAN. Na tym terenie ATM zazębia się z technologią SONET i innymi technologiami, udostępniając gładką infrastrukturę.

Koncepcja ATM w zastosowaniach biurowych może jeszcze nie całkiem legła w gruzach. Microsoft i Novell dołączyli do ostatnich wersji swoich systemów operacyjnych oprogramowanie „przyjazne dla ATM”. Chyba jednak jest to przysłowiowa musztarda po obiedzie.

Interesujące jest, że IBM zajął mocne stanowisko za ATM. Jeśli jednak przyjrzeć się nieco bliżej, widać, że firma oferuje ATM jako modernizację dla lojalnych użytkowników sieci Token-Ring. IBM sprzedaje produkt, który używa technologii ATM z prędkością 25 Mb/s na nieekranowanej skrętce dwużyłowej. Dla IBM to mądre posunięcie, ponieważ udostępnia możliwości modernizacji sieci użytkownikom Token-Ring i jednocześnie wykorzystuje potencjalnie użyteczną nową technologię.

Pytania o ATM

Czy ATM jest dla mnie? Wystarczy zadać sobie kilka prostych pytań:

u      Czy potrzebuję przesyłać głos lub obraz wideo zsynchronizowany z głosem
w czasie rzeczywistym? Jeśli nie, należy najpierw zastanowić się nad wprowadzeniem przełączników do sieci Ethernet lub technologii Fast Ethernet.

u      Czy potrzebuję przesyłać dane na odległość większą niż kilka kilometrów, ale w granicach USA? Jeśli chodzi o transmisję na odległość kilku kilometrów, należy rozejrzeć się za możliwościami transmisji bezprzewodowej w paśmie mikrofalowym lub poprzez łącza światłowodowe. Jeśli konieczne jest przesyłanie danych poza granice Stanów Zjednoczonych, należy skorzystać z linii dzierżawionych lub publicznych sieci danych Frame Relay, ponieważ może się okazać, że ATM przyjmuje się na świecie nawet wolniej niż w USA.

u      Czy muszę przesyłać dane do wielu lokalizacji, czy może wystarczy połączenie punkt-punkt? W przypadku sieci korporacyjnej o strukturze piramidy z kilkoma połączeniami międzysieciowymi, bardziej efektywne pod względem finansowym od ATM będą najprawdopodobniej technologie komutacji łączy, takie jak komutowane łącza 56 kb/s, komutowane łącza T1 lub usługi SMDS.

u      Czy stać mnie na wydanie dziesiątek tysięcy złotych na stanowisko testowe? Jeśli nie, warto pomyśleć o przełącznikach Ethernetowych.

u      Czy chcę się związać z jednym dostawcą na wiele lat? Kompatybilność to poważne zagadnienie. Chcąc używać sprzętu i oprogramowania od różnych dostawców, lepiej pozostać przy dojrzalszych technologiach.


Jeśli na każde z tych pytań padła odpowiedź twierdząca, można się przygotowywać do okiełznania ATM. Jednak oprócz wielkiego szumu wokół tej technologii, na razie tylko kilka korporacji osiągnęło znaczące korzyści dzięki ATM.