Технологія IP-комутації компанії Ipsilon

1. Причини виникнення нової мережевої архітектури
2. Архітектура IP-комутації
3. Структура і принципи функціонування IPS
4. Протоколи IP-комутації
5. Преимущества IP-комутації
6. IP-мультікастінга
7. IP-комутація і якість сервісу
8. IP-комутація в глобальних мережах
9. Переваги IP-комутації в глобальних мережах

Схоже, що це єдиний спосіб, яким можна забезпечити в Internet передачу аудіо-та відеоінформації в скільки-небудь значних обсягах і з прийнятною якістю.

Безпрецедентне розвиток в кінці XX ст. інформаційної та комунікаційної галузей зумовило появу нових технологій, що забезпечують надання послуг мультимедіа в широкосмугових мережах. Такі технології та концепції відображають великі зміни на ринку телекомунікацій, серед яких можна виділити наступні:

В основі глобальних змін ринку - по-перше, використання Internet як середовища надання послуг, а по-друге, лібералізація ринку телекомунікацій, всім учасникам якого припадає об'єднувати зусилля в створенні більш гнучких і ефективних мережевих архітектур. Ключове питання для мереж майбутнього -якісне і економічно виправдане надання користувачу послуг мультимедіа, наприклад відео / аудіо за запитом (Video / Audio on Demand). Ясно, що для цього потрібні нові мережеві архітектури, які мають, крім високої продуктивності, "інтелектом" сьогоднішніх IP-мереж.

Базовою мережевий архітектурою національних і глобальних опорних магістралей зараз є ATM. Спектр розробляються для неї інтелектуальних надбудов досить широкий - B-ISDN, B-IN, UMTS і ін. Однак перераховані технології, по-перше, спрямовані на вирішення проблем, які характерні, головним чином, для мереж загального користування, а по-друге, не пропонує рішень для інтеграції IP-мереж з мережами ATM. Одним з найбільш привабливих рішень цього завдання є досить нова і досить перспективна технологія IP-комутації для мереж ATM, розроблена компанією Ipsilon Networks. У даній статті пропонується короткий огляд основних принципів IP-комутації і обговорюються передумови появи цієї технології.

Причини виникнення нової мережевої архітектури

Одним з принципових питань, який неминуче постає перед великими провайдерами послуг Internet і операторами мереж загального користування, є вибір між "інтелектом" динамічної маршрутизації і швидкістю передачі по широкосмуговим магістралях. IP-маршрутизатори пропонують ефективне управління і сегментацію великих мереж, але забезпечують обмежену пропускну здатність. Комутатори ж, навпаки, забезпечують високу продуктивність, але не мають "інтелектом" IP-маршрутизації. В результаті IP-мережі сьогодні - це поєднання окремих маршрутизаторів, з'єднаних між собою або замовними виділеними лініями, або за допомогою комутаторів frame relay або АТМ. Як правило, великі IP-мережі є ієрархічними, оскільки складаються з декількох регіональних мереж маршрутизаторів, які пов'язані глобальної магістраллю маршрутизаторів (national backbone).

До впровадження мереж, побудованих за технологією frame relay або АТМ, для з'єднання декількох віддалених вузлів потрібно створити мережу виділених ліній з топологією "зірка" або "мережа". Топологія "зірка" оптимальна з точки зору витрат, так як дозволяє мінімізувати кількість глобальних з'єднань, але при її використанні доводиться пожертвувати надмірністю ліній. Дорожчий, але і більш надійною є топологія "мережу". В обох випадках основною ідеєю є застосування виділених ліній для з'єднання маршрутизаторів в деякому числі вузлів. На рис. 1, а показана топологія простий мережі, що складається з чотирьох маршрутизаторів, пов'язаних між собою виділеними лініями. Такі мережі легко розширюються за допомогою введення ієрархії, але погано піддаються масштабування. Тут під терміном "масштабування" розуміється здатність мережі збільшувати продуктивність паралельно зі збільшенням її розміру. Наприклад, об'єднання групи, що складається з n вузлів, відповідно до топології "полносвязная мережу" вимагає n (n-1) / 2 виділених ліній. Чим більше вузлів, тим більше потрібно виділених ліній для їх з'єднання, а отже, більше маршрутизаторів і інтерфейсів в кожному з них, що робить створення IP-мережі досить дорогим.

( 1x1 )

Малюнок 1. Приклади побудови IP-мереж:
а - маршрутизатори пов'язані між собою виділеними лініями;
б - маршрутизатори об'єднані через комутаційне "хмара" ATM або frame relay.

Останнім часом технології frame relay і ATM стали все частіше розглядатися в якості альтернативи виділеним лініям при створенні "повно-мережі". З'єднання відповідно до цими технологіями має на увазі створення виділених каналів від маршрутизатора до опорної мережі, а потім встановлення постійних віртуальних каналів (Permanent Virtual Channel - PVC) від комутаційного "хмари" до інших маршрутизаторів. На рис. 1, б показана проста мережу, що складається з чотирьох маршрутизаторів, об'єднаних через "хмара" frame relay або ATM. Однак такі мережі також мають ряд недоліків, що виявляються в міру збільшення їх розмірів, обумовленого, в свою чергу, стрімким розвитком Internet.

На відміну від мереж, побудованих на основі Ethernet, FDDI і інших LAN-технологій, мережі ATM і frame relay не мають широковещательного множинного доступу (Non-Broadcast Multiple Access - NBMA). Нездатність маршрутизаторів таких мереж працювати в широкомовному режимі призводить до дублювання широкомовних пакетів (наприклад, керуючих пакетів оновлення маршруту), що відносяться до кожного ідентифікатора з'єднання (Data Link Connection Identifier - DLCI) в разі frame relay і до ідентифікаторів віртуального шляху / віртуального каналу (Virtual Path Identifier / Virtual Channel Identifier - VPI / VCI) - при використанні АТМ-інтерфейсу маршрутизатора. Дублювання широкомовних пакетів оновлення маршруту призводить до скорочення корисного процесорного часу і, отже, зменшення ширини вхідного каналу мережі NBMA, роблячи великомасштабну мережу, побудовану відповідно до топології "полносвязная мережу", неекономічною. Керувати такою мережею складно, а іноді і практично неможливо, так як в цьому випадку необхідно "вручну" розмістити і налаштувати n (n-1) / 2 DLCI або VPI / VCI, де n - число логічних входів в "хмара".

Альтернативою "повно-мережі" є неполносвязная мережева топологія. У мережі, побудованої відповідно до такої топологією всі маршрутизатори, що оточують "хмара" комутаторів, з'єднані з ним, при цьому пряме з'єднання маршрутизаторів один з одним не обов'язково. Мета такого підходу - привести надмірність з'єднань у відповідність з обмеженням на число PVC в мережі. У неполносвязной мережевий топології наявність виділеного PVC для кожної пари маршрутизаторів не є необхідністю: маршрутизатори, не пов'язані між собою логічно, з'єднуються за допомогою "загального" маршрутизатора, який, в свою чергу, пов'язаний з кожним з них через PVC. Таким чином, зменшується число виділених ліній і VPI / VCI, що припадають на кожен вузол, що, в кінцевому рахунку, зменшує трансляцію навантаження на маршрутизатор. Однак зменшення навантаження відбувається за рахунок збільшення числа транзитних пунктів маршрутизації (router hops) і зменшення загальної надійності мережі. Два маршрутизатора, фізично підключених до одного хмари, змушені здавати дані через третій маршрутизатор, що тягне за собою збільшення затримки, ускладнення мережі, та й взагалі може звести нанівець вигоди такого підходу.

Ще однією проблемою мережі, що включає в себе "хмара" комутаторів, є операції IP-мультікастінга (під LGPL, т. Е. Передачі потоку даних декільком користувачам одночасно). Для ефективного виконання подібного роду операцій потрібно повне уявлення про топологію всієї мережі, оскільки в іншому випадку пакети IP-мультікастінга можуть без необхідності піддаватися дублювання і передаватися через одні й ті ж транспортні сполучення. Однак при використанні обладнання, орієнтованого на з'єднання, топологія "хмари" комутаторів невідома оточуючим його маршрутизаторів. Так, при топології "полносвязная мережу" кожен маршрутизатор, підключений до "хмари", вважає, що на шляху до будь-якого іншого маршрутизатора "хмари" є принаймні один транзитний пункт. У міру надходження пакетів під LGPL, які приходять на такий маршрутизатор і призначені для декількох вузлів, підключених до різних точок "хмари", ці пакети будуть дублюватися (рис. 2, б). У разі мережі маршрутизаторів дублювання виявиться більш розумним (рис. 2, а).

( 1x1 )

Малюнок 2.IP-мультікастінга в мережі маршрутизаторів (а) і через "хмара" NBMA (б).

Зазначені проблеми роблять дуже складним вибір між комутацією і маршрутизацією при створенні сучасної IP-мережі. Для операторів мереж загального користування це питання стоїть ще гостріше. Розвиток інфраструктури існуючої мережі комутаторів і високошвидкісних каналів зв'язку вимагає впровадження дорогих маршрутизаторів, які не здатні працювати з тією ж швидкістю, що і комутатори, а це є досить істотним недоліком. В результаті зазвичай використовується компромісний варіант, який вимагає управління двома незалежними мережами, а саме мережею NBMA ( "хмарою", що складається з виділених ліній, frame relay- або ATM-комутаторів) і мережею, що об'єднує між собою велику кількість маршрутизаторів. Як вже було сказано, ці мережі нічого "не знають" один про одного, так як маршрутизаторів невідома топологія "хмари", а комутатори з "хмари" не вміють розбиратися в даних IP-маршрутизації. Відсутність загального "інтелекту" створює проблеми при масштабуванні і управлінні мережею, в тому числі призводить до неефективності операцій під LGPL.

Архітектура IP-комутації

Компанія Ipsilon Networks розробила унікальний метод інтеграції технології високошвидкісної комутації з IP-маршрутизацією, який дає можливість операторам мереж загального користування та провайдерам послуг Internet створювати великі IP-мережі, не жертвуючи при цьому масштабованість і функціональністю IP-маршрутизаторів або продуктивністю високошвидкісних комутаторів. Цей метод заснований на двох ідеях:

Грунтуючись на цих положеннях, Ipsilon об'єднала IP-маршрутизацію і високошвидкісну комутацію і створила новий клас мережевих пристроїв - IP-комутатори (IP Switch, IPS). Ці пристрої можуть динамічно перемикати режими пересилки пакетів - з використанням стандартної IP-маршрутизації (hop-by-hop) або через комутатор ATM - в залежності від типу потоку. На рис. 3 показані базові компоненти IP-комутатора. Зверніть увагу, що ПО Ipsilon замінює протоколи обміну сигналами, орієнтовані на з'єднання (SSCOP, Q.2931 і ін.), А також протоколи маршрутизації і мостових з'єднань (такі як LANE, PNNI, MPOA, NHRP) на протоколи IP-маршрутизації (наприклад , RIP, OSPF, BGP), що є на сьогодні стандартами де-факто в Internet.

( 1x1 )

Малюнок 3. Компоненти IP-комутатора.

Структура і принципи функціонування IPS

IPS складається з високошвидкісного комутаційного механізму ATM (ATM switching fabric) і контролера IPSC (IP Switch Controller). IPSC є стандартною станцію на основі процесора Intel Pentium Pro, обладнану шиною PCI, з програмним забезпеченням Ipsilon. IPSC може бути як зовнішнім пристроєм, підключеним до одного з портів низлежащего комутатора через встановлену безпосередньо в IPSC мережеву інтерфейсну карту, так і внутрішнім, інтегрованим в комутаційний механізм ATM. ПО Ipsilon, встановлене в IPSC, виконує всі функції IP-маршрутизації (включаючи підтримку стандартних протоколів, таких як RIP, OSPF і DVMRP) і включає в себе алгоритми класифікації потоків. Низлежащий комутатор - це стандартний ATM-комутатор, який підтримує протокол GSMP (General Switch Management Protocol), а відповідно, управляється IPSC.

При створенні IP-комутації переслідувалася також мета ефективного використання обладнання Intel за рахунок проходження через нього лише малої частки трафіку і перекладання більшої частини навантаження на комутатор ATM. Для того щоб IPS міг використовувати всі переваги пов'язаного з ним комутатора ATM, ПО IPS визначає, в яких випадках слід обробляти пакет безпосередньо в комутаційному обладнанні (без залучення програмної обробки). ПО Ipsilon здійснює вибір, класифікуючи пакети IP як частина якого довгострокового (long-lived), або короткочасного (short-lived) потоку; при цьому IP-потік розглядається як послідовність пакетів, що пересилаються з певного джерела деякого адресату і мають спільні характеристики (наприклад, протокол, номер порту TCP / UDP та ін.). Далі довготривалі і короткочасні потоки будемо називати відповідно ll- і sl-потоками. Архітектура IP-комутації дозволяє обробляти потоки диференційовано: ll-потоки (наприклад, при передачі файлів або завантаженні зображень з WWW) обробляються в комутаційному обладнанні, а sl-потоки (наприклад, запити DNS) передаються стандартним чином (hop-by-hop) через IPSC.

На рис. 4 показано, як функціонує IPS. Розглянемо як приклад потік трафіку, який випливає з деякого вузла-джерела (upstream node) в IPS, а потім в вузол-адресат (downstream node). Вузлом-адресатом може бути будь-який пристрій типу граничного маршрутизатора, мультиплексора доступу, хоста / сервера або іншої IPS. За замовчуванням IP-пакети передаються стандартним чином без встановлення з'єднання через VPI / VCI в IPS, а потім в вузол-адресат (рис. 4, крок 1). Осередки надходять в IPS через порт комутатора ATM, пересилаються в IPSC і знову збираються в IP-пакети для обробки по маршрутізаціонним таблиць, а потім передаються за допомогою ПО Ipsilon так само, як і звичайним маршрутизатором.

( 1x1 )

Малюнок 4. Схема функціонування IPS
1 передача IP-пакетів стандартним методом (hop-by-hop). IPSC і вузол-адресат приймають незалежні рішення про класифікацію потоків;
2 - IPSC посилає вузлу-джерелу повідомлення, яке вимагає, щоб він використовував вказаний VC для пересилання пакетів, що належать даному потоку;
3 - наступний трафік прямує за вказаною VC;
4 - вузол-адресат також посилає вузлу-джерелу (т. Е. IPS) повідомлення, яке вимагає, щоб він використовував вказаний VC для пересилання пакетів, що належать даному потоку;
5 наступний трафік прямує за вказаною VC;
6 трафік унікально ідентифікований на вході і виході. Подальший трафік цього потоку IP-комутатор направляє безпосередньо в обладнання ATM

Програмне забезпечення Ipsilon здійснює також класифікацію потоку і визначає, чи слід обробляти пакети, що відносяться до цього потоку, безпосередньо в ATM-комутаторі, минаючи IPSC. Якщо ПО Ipsilon приймає рішення, що деякий потік повинен бути скоммутірован, то в вузол-джерело надсилається повідомлення про таке перенаправлення потоку, щоб наступні IP-пакети, що належать цьому потоку, пересилалися через канал ATM з використанням заданого VPI / VCI (рис. 4, кроки 2 і 3). Вузол-адресат також може видати повідомлення про перенаправлення потоку, здійснивши його класифікацію. У цьому випадку повідомлення передається сусідові вузла-джерела IPS (upstream neighbor), а потім (рис. 4, кроки 4 і 5) пакети, що належать деякому потоку, "прив'язуються" до певного VC як у вузлі-джерелі, так і в узле- адресата IPS. Наступні пакети, що належать цьому потоку, будуть повністю оброблятися в ATM-комутаторі, звільняючи IPSC від необхідності їх маршрутизировать або обробляти (рис. 4, крок 6). Чим більше пакетів IP-трафіку динамічно переводяться в комутаційний механізм ATM, тим ближче продуктивність обробки пакетів IPS до продуктивності ATM-комутатора; при правильній побудові мережі вона може досягати комбінованої швидкості всіх портів комутатора ATM.

Протоколи IP-комутації

Компанією Ipsilon розроблені протоколи, що підтримують функціонування IPS (рис. 5). Перший з них - протокол GSMP - дозволяє ПО Ipsilon управляти і обмінюватися повідомленнями з ATM-комутатором. Другий - Ipsilon Flow Management Protocol (IFMP) - здійснює зв'язок між сусідніми пристроями, дозволяючи їм генерувати і приймати повідомлення про переадресації і відповідати на них. Специфікації цих протоколів видані IETF як документи RFC.

( 1x1 )

Малюнок 5. Протоколи IP-комутації.

Преимущества IP-комутації

Пропонована компанією Ipsilon технологія IP-комутації має низьку безсумнівніх перевага. По-перше - і це основна перевага - вона оптимізована для обробки досить інтенсивних потоків інформації. Чим більшу частину трафіку програмне забезпечення Ipsilon характеризує як ll-потоки, тим ближче пропускна здатність IPS до продуктивності асоційованого з ним ATM-комутатора. Використовуючи статистичні дані по Internet і алгоритми класифікації потоків, компанія Ipsilon встановила, що більше 90% трафіку слід обробляти апаратно.

По-друге, завдяки застосуванню стандартного устаткування як для IPS, так і для комутаційної структури (процесорів Intel і високошвидкісних комутаторів ATM) забезпечується оптимальне співвідношення ціна / продуктивність.

По-третє, при IP-комутації для управління мережею використовується стандартне ПО IP-маршрутизації, що дозволяє масштабувати мережу з IP-комутацією так само просто, як мережа з IP-маршрутизацією. Крім того, IP-комутація дозволяє масштабувати будь-який вузол мережі набагато простіше, ніж при використанні найдосконаліших маршрутизаторів.

По-четверте, IPS-комутація спрощує управління мережею, що складається з високошвидкісних комутаторів і звичайних IP-маршрутизаторів, так як всі пристрої мережі управляються стандартним ПО IP-маршрутизації.

І нарешті, по-п'яте, IPS залишають далеко позаду звичайні маршрутизатори, комутатори ATM і frame relay там, де необхідні операції IP-мультікастінга і градація якості сервісу (QoS - Quality of Service).

IP-мультікастінга

При передачі ідентичних пакетів різним одержувачам по одній або декількох лініях зв'язку істотно підвищується навантаження на мережу. Тому виникла потреба в ефективних протоколах, що дозволяють вести передачу в режимі під LGPL (мультікастінга). Протоколи мультікастінга дозволяють передавальному вузлу пересилати тільки один екземпляр даних різних одержувачам, а не кілька копій кожного. При операціях під LGPL взаємодія мультікастінгових адрес з IP-протоколами маршрутизації (наприклад, DVMRP, PIM, MOSPF) і протоколом IGMP (Internet Group Management Protocol) дозволяє мережі дублювати мультікастінговие пакети тільки в оптимальних для цього точках мережі, скорочуючи тим самим використання смуги пропускання і звільняючи ресурси мережі.

Як і стандартна маршрутизація, IP-комутація реалізує стандартні IP-протоколи під LGPL. В даний час ПО Ipsilon підтримує протоколи маршрутизації DVMRP і IGMP. Однак, на відміну від традиційних маршрутизаторів, IP-комутатори можуть дублювати пакети апаратно, використовуючи обладнання ATM, а не програмно. Завдяки цьому скорочуються витрати ресурсів процесора і пам'яті. Така реалізація IP-мультікастінга легше масштабується, ніж програмні рішення на основі традиційних маршрутизаторів і, природно, більш ефективна.

На відміну від комутаторів ATM і frame relay IPS реалізує IP-мультікастінга, використовуючи стандартні IP-протоколи під LGPL. А оскільки IPS сприймається іншими пристроями мережі як стандартний маршрутизатор (хоча і більш швидкий), відпадає необхідність в додаткових протоколах або ПО для реалізації IP-мультікастінга в гетерогенному середовищі, що містить IPS і традиційні маршрутизатори. Слід зауважити, що ATM Forum ще не вирішив проблеми, пов'язані з IP-мультікастінга, в підготовлювану специфікації MPOA. У NHRP обробка операцій під LGPL також є слабким місцем. В даний час не існує інших реалізацій IP-мультікастінга на основі комутаторів ATM і працюють протоколів маршрутизації, крім IPS компанії Ipsilon.

IP-комутація і якість сервісу

При розгляді QoS слід виділяти дві події: запит користувачем або додатком деякого рівня якості сервісу і виконання цього запиту різними мережевими пристроями. Оскільки IPS управляються так само, як і традиційні IP-маршрутизатори, вони можуть використовувати будь-який метод з арсеналу традиційного маршрутизатора, необхідний для виконання запиту на деякий рівень якості сервісу, в тому числі і застосовувати протокол RSVP. Однак для маршрутизаторів фірми Ipsilon виконання запитів на QoS - набагато більш просте завдання, ніж для традиційних маршрутизаторів, оскільки IPS використовують вбудовану в комутаційне обладнання ATM технологію черг (queuing feature). Хоча реалізації цієї технології можуть відрізнятися в різних ATM-комутаторах (що може призводити до помітної різниці в їх продуктивності), в загальних рисах вони однакові і мають на увазі маніпуляцію з буферами для присвоєння пріоритету деяким потокам осередків. Програмне забезпечення Ipsilon може розміщувати запити на QoS безпосередньо в комутаційному механізмі ATM, на відміну від традиційних маршрутизаторів, здатних виконувати ці запити тільки програмним чином, що призводить до значних витрат ресурсів процесора і пам'яті.

Поки протокол RSVP не став стандартом, який отримав досить широку підтримку з боку виробників додатків, компанія Ipsilon використовує для реалізації QoS комбінацію ПО класифікації потоків і апаратної обробки черг обладнанням ATM. Це дозволяє адміністраторам мереж, що використовують IPS, привласнювати пріоритети додатків (на основі адреси порту TCP або UDP) і користувачам (на основі IP-адреси).

В даний час ATM Forum намагається знайти спосіб вбудовування запитів на QoS безпосередньо в обладнання ATM, використовуючи його здатність роботи з чергами. Основною проблемою є те, що запити на QoS ініціюються одержувачем даних і пересилаються джерела, тоді як в ATM встановлення з'єднання ініціюється джерелом перед початком передачі. Вирішити це протиріччя досить складно. ATM Forum також зіткнувся з труднощами при розробці специфікації прикладного програмного інтерфейсу (API), яка дозволить додаткам використовувати вбудовану в ATM можливість роботи з QoS.

IP-комутація в глобальних мережах

Застосування IP-комутації в глобальних мережах дозволяє операторам, які раніше пропонували тільки послуги на основі ATM або frame relay, забезпечувати також IP-послуги за розумними цінами. Сьогодні оператори воліють надавати додаткові послуги (value added services), ніж забезпечувати найпростіші з'єднання. Хоча frame relay і ATM забезпечують багато переваг у порівнянні з орендованими виділеними лініями, вони є лише першим кроком до надання додаткових послуг; використання IP-комутації істотно розширить спектр цих можливостей.

У той час як увага компанії Ipsilon головним чином направлено на ринок локальних мереж, IP-комутація визначає архітектуру глобальних мереж, призначених для надання IP-послуг. Основна відмінність між локальної та глобальної IP-комутацією полягає в застосовується апаратне забезпечення - комутатори ATM в глобальних мережах мають більш високу пропускну здатність і більш відповідний інтерфейс обладнання операторів мереж загального користування. Створюючи глобальну мережу на основі IP-комутації, оператори мереж і провайдери послуг Internet повинні застосовувати високошвидкісні IP-комутатори для побудови магістральної мережі, а також підтримують протокол IFMP пристрої доступу. Ними можуть бути маршрутизатори доступу (access routers), розміщені безпосередньо у абонента, або пристрої доступу, розташовані в точках надання послуг (points-of-presence) незалежного провайдера послуг Internet (служать точками доступу в високошвидкісну магістраль з IP-комутацією для абонентів даного провайдера ). Таким чином, глобальна мережа з IP-комутацією може забезпечувати повний набір послуг IP / Internet деякого числа корпоративних абонентів, а також надавати магістраль регіональним провайдерам послуг Internet. На рис. 6 показана глобальна мережа, що складається з IP-комутованою магістралі, яка обслуговує ці два типи абонентів.

( 1x1 )

Малюнок 6. IP-комутація в глобальній мережі.

Для більшості операторів мереж є проблематичним використання існуючої інфраструктури ATM і frame relay для надання IP-послуг. IP-комутація дозволяє операторам вирішити цю проблему шляхом розміщення "інтелекту" IP-маршрутизації поверх існуючої мережі ATM або frame relay. Застосовуючи IP-маршрутизацію, оператори можуть на додаток до традиційних послуг ATM і frame relay надавати послуги IP-комутації за допомогою тієї ж самої інфраструктури мережі. Вони можуть самі вирішувати, яку частину своєї мережі залишити під традиційні послуги ATM і frame relay, а яку відвести під IP-послуги; при цьому частина мережі, відведена під IP-комутацію, фактично стає високопродуктивної мережею IP-послуг.

Будь-ATM-комутатор може здійснювати IP-комутацію, що підтримує протокол GSMP, який вимагає застосування всього близько 2 тис. Рядків програмного коду в комутаторі. Контролер IPSC, що працює на базі ПО Ipsilon, може також використовуватися для управління деяким набором портів або логічних інтерфейсів на ATM-комутаторі. IP-комутацію можна виконувати тільки на деякій частині ATM-комутатора, в той час як решта ресурсів комутатора продовжує використовуватися для підтримки традиційних послуг ATM або frame relay, як показано на рис. 7.

( 1x1 )

Малюнок 7. Додавання IP-комутації до ATM-комутатора.

Контролер IPSC застосовує протокол GSMP в якості інтерфейсу з низлежащего платформою ATM, і тому може бути або поєднаний з певним комутатором (або повністю інтегрований з ним), або фізично відділений від нього за допомогою глобальних ATM-з'єднань. Більш того, даний контролер може управляти декількома портами різних комутаторів або віртуальними шляхами за допомогою каскадного з'єднання комутаторів (cascading switches). На рис. 8 показана глобальна мережа ATM з реалізованої в ній IP-комутацією. В даному прикладі оператор зв'язку може запропонувати як IP-послуги, так і ATM-послуги, використовуючи існуючу інфраструктуру мережі ATM.

( 1x1 )

Малюнок 8.Глобальная мережу ATM з IP-комутацією.

Переваги IP-комутації в глобальних мережах

Технологія IP-комутації вирішує багато проблем мереж маршрутизаторів, з'єднаних через "хмара" NBMA. У глобальній мережі з IP-комутацією кордону "хмари" істотно розмиті, так як всі пристрої мережі підтримують IP і тому мають повне уявлення про топологію мережі. У результаті мережа поводиться як мережа з IP-маршрутизацією, але при цьому має всі переваги високошвидкісної комутації. Так як основна частка IP-трафіку в мережі розпізнається програмним забезпеченням Ipsilon як вимагає комутації, то потенційна пропускна здатність IPS порівнянна з можливостями ATM-комутатора. Більш того, оскільки мережа складається з ряду з'єднань "точка-точка" між пристроями, що застосовують протоколи IP-маршрутизації, то повністю усуваються проблеми дублювання при широкомовних передачах в "хмарі" NBMA і труднощі, пов'язані із забезпеченням ефективного IP-мультікастінга.

Відмовостійкість. Архітектура IP-комутації - це скоріше архітектура відмовостійкої IP-мережі, ніж мережі комутаторів, що використовують комутовані віртуальні канали (Switched Virtual Channel - SVC) відповідно до протоколів NHRP або MPOA. Замість того щоб змушувати ATM-комутатори встановлювати наскрізне (end-to-end) з'єднання для кожного потоку IP-пакетів (що привело б до значного навантаження на протоколи обміну сигналами, які використовуються для встановлення з'єднань), архітектура IP-комутації дозволяє маршрутизировать sl-потоки і віднести їх у відповідний комутатор тільки ll-потоки. В результаті досягається більш ефективна обробка sl-потоків, ніж при орієнтованої на встановлення з'єднання архітектурі, а також більш ефективна обробка ll-потоків, ніж при використанні стандартної архітектури мережі, заснованої на маршрутизації за методом store-and-forward.

Крім того, в методі класифікації потоків Ipsilon для підвищення продуктивності використовується програмне кешування (soft-state cashing). Апаратне ж кешування (hard-state cashing) застосовується для інформації, яка є важливою для правильного функціонування мережі. Оскільки програмне кешування дозволяє IP-комутатора повернутися до каналу, що використовується за умовчанням, без інформування сусідів, то мережу IP-комутаторів більш відмовостійкості, ніж мережу ATM-комутаторів, які повинні повністю відновлювати наскрізне з'єднання в разі невдачі.

Якість сервісу. IP-комутація дозволяє операторам мереж і провайдерам послуг Internet максимально використовувати потенціал якості сервісу мереж ATM. Відомо, що обладнання ATM має вбудовані апаратні засоби забезпечення QoS. За протоколом GSMP IP-комутація забезпечує прямий доступ до параметрів QoS комутатора ATM, що дозволяє провайдерам пропонувати, в залежності від величини оплати, різні рівні обслуговування, використовуючи один і той же комутаційне обладнання і одні і ті ж канали зв'язку. На відміну від традиційних маршрутизаторів, можливості яких обмежені ресурсами процесора, IP-комутатор може підтримувати різні рівні QoS без значного погіршення продуктивності. Параметри QoS можуть бути встановлені або адміністратором (на основі політики управління мережею), або за допомогою протоколу RSVP.

Як показано на рис. 9, абоненти, які бажають отримати більш високий рівень обслуговування, можуть підписатися на додаткові послуги мережі. Довготривалі IP-потоки таких абонентів будуть ідентифікуватися програмним забезпеченням Ipsilon на основі їх унікальних IP-адрес і направлятися через обладнання ATM на більш високий рівень QoS, ніж інший трафік. На додаток до цього, абонент послуг IP-комутації може запитувати різні рівні QoS для різних додатків.

( 1x1 )

Малюнок 9. QoS в IP-комутації.

* * *

Розвиток Internet і збільшення вимог до IP-послуг привели до необхідності створення інфраструктури такого ж рівня, як в мережах загального користування, але повністю від них незалежною. Хоча технологія IP-маршрутизації стала стандартом де-факто управління передачею даних в цій новій інфраструктурі (подібно концепції системи сигналізації # 7 в світі комутації каналів), традиційні маршрутизатори просто не встигають за темпами зростання вимог до продуктивності з боку швидко зростаючого трафіку Internet. Традиційні глобальні IP-мережі, засновані на маршрутизаторах і виділених лініях, досить дороги і важко масштабуються для задоволення зростаючих запитів до смуги пропускання. Архітектури високошвидкісної комутації, такі як ATM і frame relay, на даний момент складають ядро багатьох мереж IP-послуг. Однак дані технології все ще залишаються "закритими" від IP, так як вони не підтримують "інтелект" IP-маршрутизаторів. Мережі, засновані на декількох маршрутизаторах, пов'язаних між собою за допомогою високошвидкісних комутаторів ATM і frame relay, стають все більш складними і важкокерованими через нездатність IP-маршрутизаторів взаємодіяти з "хмарою" високошвидкісних комутаторів.

Очевидно, що мережі з IP-комутацією є вельми привабливою альтернативою мереж, заснованим на традиційних маршрутизаторах, які пов'язані виділеними лініями або високошвидкісними комутаторами. При додаванні "інтелекту" IP-маршрутизації до високошвидкісних комутаторів реалізуються такі, на перший погляд несумісні, цілі, як мінімізація транзитних пунктів в мережі і забезпечення повного уявлення про топологію мережі. Вирішуються також проблеми маршрутизації IP-пакетів по "хмарі" NBMA без втрати переваг, що надаються використанням високошвидкісних комутаторів. Таким чином, архітектура IP-комутації є легко масштабується і керованим "фундаментом" для побудови високошвидкісного мережевого обміну.

Операторам існуючих мереж ATM і frame relay IP-комутація пропонує можливість застосування цих мереж (або їх частини) для надання високошвидкісних IP-послуг. Більш того, замість простого надання каналу зв'язку оператори можуть використовувати свої існуючі мережі для надання смуги IP-комутації і додаткових IP-послуг (включаючи QoS) або безпосередньо абонентам, або через інших провайдерів. Це означає, що IP-комутація дає можливість операторам зберігати інвестиції в уже реалізовані в їх мережах технології.