Компьютерные сети. 6-е изд.

Общая схема работы протоколов и устройств показана на илл. 3.26. В разных сетях применяются различные протоколы, поэтому для демонстрации мы выбрали наиболее популярный сценарий. Домашний компьютер пользователя посылает IP-пакеты DSL-модему, используя канальный уровень, например сеть Ethernet. Затем DSL-модем отправляет IP-пакеты по абонентскому шлейфу на устройство DSLAM с помощью протоколов, которые мы рассмотрим далее. На стороне DSLAM или подключенного к нему маршрутизатора (в зависимости от реализации) IP-пакеты извлекаются, поступают в сеть провайдера и достигают точки назначения в интернете.

Илл. 3.26. Стек протоколов ADSL

Показанные на илл. 3.26 протоколы, работающие в канале ADSL, начинаются с низшего, физического уровня. Они основаны на мультиплексировании с ортогональным делением частот (также известном как цифровая многоканальная тональная модуляция), с которым мы познакомились в разделе 2.4.4. Ближе к вершине стека, под сетевым уровнем IP, находится PPP. Это тот же самый протокол PPP, который мы изучили при обсуждении передачи пакетов по сетям SONET. Он точно так же устанавливает и настраивает связь для передачи IP-пакетов.

Между ADSL и PPP находятся ATM и AAL5. Это новые протоколы, с которыми мы ранее не встречались. Протокол асинхронной передачи данных ATM (Asynchronous Transfer Mode) был разработан в начале 1990-х годов и широко рекламировался при первом запуске. Была обещана сетевая технология, которая решит все мировые телекоммуникационные проблемы, объединив голос, текстовые данные, кабельное телевидение, телеграф, почтовых голубей, связанные нитью консервные банки и все остальные способы передачи информации в единую интегрированную систему, способную удовлетворить любые требования пользователей. К сожалению, ожидания не оправдались. В целом ATM столкнулся с теми же проблемами, о которых мы упомянули в разговоре о протоколах OSI: неудачное время, плохая архитектура и реализация, а также политические нюансы. Тем не менее ATM все же добился большего успеха, чем OSI. И хотя он не покорил весь мир, его активно применяют в некоторых линиях широкополосного доступа, таких как DSL, и особенно в WAN-каналах телефонных сетей.

ATM представляет собой канальный уровень, основанный на пересылке ячеек (cells) информации фиксированной длины. «Асинхронная передача» означает, что нет необходимости отправлять ячейки постоянно, как это происходит с битами в синхронных линиях типа SONET. Ячейки пересылаются только тогда, когда имеется готовая к передаче информация. ATM — это технология, ориентированная на установление соединения. В заголовок каждой ячейки встраивается идентификатор виртуального контура (virtual circuit), и устройства используют этот идентификатор для пересылки ячеек по маршрутам внутри установленных соединений.

Длина каждой ячейки составляет 53 байта: 48 байт пользовательских данных плюс 5 байт заголовка. Используя ячейки небольшого размера, ATM гибко разделяет полосу пропускания физического канала между разными пользователями. Это полезно, например, при одновременной передаче голоса и данных по одному каналу. При пересылке фрагментов голосовой информации не возникнет длинных задержек благодаря отсутствию больших пакетов данных. Нестандартный выбор длины ячейки (сравните с более распространенным значением — степенью двойки) отражает важность политической составляющей разработки протокола. 48 байт под полезную информацию — это компромисс между 32-байтными ячейками, которые хотела использовать Европа, и 64-байтными, за которые голосовали США. Краткое описание протокола представили Сиу и Джейн (Siu and Jain, 1995).

Для пересылки данных по сети ATM необходимо преобразовать их в последовательность ячеек. Преобразование выполняется на уровне адаптации протокола ATM путем сегментации и обратной сборки. Для разных служб, пересылающих различную информацию (от периодических голосовых сэмплов до пакетных данных), были определены несколько уровней адаптации. Основной, используемый для пакетных данных — это уровень адаптации ATM 5 (ATM Adaptation Layer 5, AAL5).

Фрейм AAL5 показан на илл. 3.27. Роль заголовка в нем исполняет трейлер (AAL5 trailer), содержащий сведения о длине (Length), а также 4-байтный код CRC для обнаружения ошибок. Разумеется, это тот же самый CRC, используемый протоколом PPP и сетями стандарта IEEE 802, такими как Ethernet. Ван и Кроукрофт (Wang and Crowcroft, 1992) продемонстрировали, что это достаточно сильная конфигурация для обнаружения нетрадиционных ошибок, например сбоя в порядке следования ячеек. Помимо пользовательских данных (AAL5 payload), во фрейме AAL5 есть биты заполнения (Pad). Они дополняют общую длину, чтобы она была кратной 48 байтам. Таким образом, фрейм можно поделить на целое число ячеек. Хранить адреса внутри фрейма не нужно, так как идентификатор виртуального контура, имеющийся в каждой ячейке, не даст ей заблудиться и приведет к нужному получателю.

Илл. 3.27. Фрейм AAL5, содержащий данные PPP