Объединение локальных сетей через транзитную АТМ-сеть
Итак, пусть сеть ATM используется только в качестве транзитной сети. Сети Ethernet подключаются к сети коммутаторов АТМ с помощью пограничных устройств, названных в спецификации LAN Emulation АТМ-LAN конверторами. Такой конвертор должен иметь ATM-порт, с помощью которого он подключается к АТМ-сети, а также некоторое количество портов для подключения локальных сетей традиционных технологий. Конвертор имеет АТМ-адрес для взаимодействия с другими конверторами по сети АТМ. Кроме того, конвертор должен иметь информацию о МАС-адресах всех узлов каждой из локальных сетей, которые он присоединяет к сети АТМ. Конвертором может быть любое устройство локальной сети, но наиболее подходящим устройством для выполнения этих функций является коммутатор локальной сети, так как он имеет таблицу МАС-адресов всех устройств сети, которые обмениваются через него данными. Поэтому будем далее использовать термины АТМ-LAN конвертор и ATM-LAN коммутатор как синонимы.
В каждый АТМ-LAN коммутатор встроен протокол LAN Emulation (рисунок 2.5), в задачу которого входит передача принятого коммутатором МАС-кадра через АТМ-сеть другому ATM-LAN коммутатору. Так как к АТМ-сети может быть подключено несколько локальных сетей, то при получении из локальной сети кадра с МАС-адресом назначения, ATM-LAN коммутатор должен решить, к какому из остальных ATM-LAN коммутаторов относится данный МАС-адрес.
Рис. 2.5. Взаимодействие узлов локальных сетей через транзитную ATM-сеть
Таким образом, коммутатор для принятия решения о передаче кадра оперирует с двумя таблицами - с локальной, которая устанавливает соответствие МАС-адресов его локальной сети локальным портам, и с транзитной, которая содержит для каждого МАС-адреса составной сети АТМ-адрес пограничного коммутатора. Спецификация LAN Emulation не определяет конкретный вид таблиц ATM-LAN конверторов. Один из возможных вариантов этих таблиц приведен на рисунке 2.6.
Рис. 2.6. Таблицы адресов ATM-LAN коммутатора
Если АТМ-LAN коммутатор в результате просмотра адресных таблиц видит, что кадр нужно передать через АТМ-сеть другому ATM-LAN коммутатору, то он с помощью стека протоколов АТМ устанавливает виртуальное соединение (Virtual Channel Connection, VCC) с этим коммутатором, а затем передает по нему кадр в форме потока ячеек АТМ.
Особенностью инкапсуляции кадров в спецификации LAN Emulation является то, что кадр не упаковывается целиком в ячейку АТМ, а, в виду очень малого размера ее поля данных (48 байт), разбивается на фрагменты, которые затем инкапсулируются в последовательность АТМ-ячеек. Разбиение (сегментация) кадра и последующая его сборка осуществляются стандартными средствами стека АТМ, реализованного в ATM-LAN конверторе.
Для передачи трафика локальных сетей через сеть АТМ выбран класс АТМ-сервиса с неопределенной битовой скоростью, что хорошо соответствует алгоритмам работы протоколов локальных сетей, когда конечному узлу не дается никаких гарантий относительно выделяемой ему пропускной способности. Этот класс сервиса реализован в сетях АТМ подуровнем AAL5 (ATM Adaptaton Layer 5), принимающем запросы на установление соединений от протоколов верхних уровней. Остальные классы сервиса сетей АТМ, гарантирующие некоторую часть пропускной способности своим абонентам, в спецификации LAN Emulation версии 1.0 не используются, хотя потребность в них может возникать при работе в локальной сети приложений реального времени. Эти возможности ожидаются в следующих версиях спецификации LAN Emulation.
Отдельной задачей является автоматическое построение транзитных адресных таблиц АТМ-LAN коммутатора. Поскольку сети АТМ, как и большинство территориальных сетей, не поддерживают широковещательность, то обнаружить через сеть АТМ пограничные коммутаторы с помощью широковещательных запросов (как это делают, например, клиенты и серверы сетей NetWare) невозможно.
Ручное задание АТМ-адресов пограничных коммутаторов может оказаться обременительным занятием для администратора, если таких коммутаторов много и их набор часто претерпевает изменения, что характерно для локальных сетей.
Для автоматического построения транзитных адресных таблиц спецификация LAN Emulation предлагает использовать централизованный подход, то есть возложить решение этой задачи на сервер, присоединенный к сети АТМ (рисунок 2.7).
Этот сервер носит название LAN Emulation Server - LES. Та часть протокола спецификации LAN Emulation, которая работает в ATM-LAN коммутаторе, называется LAN Emulation Client - LEC. При своей инициализации LEC АТМ-LAN коммутатора сообщает серверу LES свои МАС- и ATM-адреса. Затем LEC регистрирует в LES все МАС-адреса узлов, которые он узнает при изучении своей локальной сети. Таким же образом поступают все пограничные ATM-LAN коммутаторы, поэтому в сервере LES накапливается общая таблица соответствия МАС-адресов узлов локальных сетей АТМ-адресам их пограничных коммутаторов.
Для взаимодействия с сервером LES каждый клиент LEC устанавливает прямое виртуальное соединение VCC с этим сервером, называемое Control Direct VCC. Это соединение устанавливается еще на стадии присоединения (Join) клиента LEC к эмулируемой сети. Под эмулируемой сетью понимается вся совокупность локальных сетей, взаимодействующих друг с другом через данный сервер LES и пограничные коммутаторы таким образом, как будто они работают в локальной сети, объединенной с помощью обычных повторителей, мостов и коммутаторов.
Каждый ATM-LAN коммутатор должен изначально знать только один адрес - АТМ-адрес сервера адресов LES, чтобы установить с ним виртуальное соединение. Теперь при приходе кадра с неизвестным МАС-адресом пограничный коммутатор может послать запрос серверу LES об АТМ-адресе коммутатора, который обслуживает локальную сеть, в которой имеется узел с данным МАС-адресом. Протокол передачи запроса на разрешение MAC-адреса и получения на него ответа является частью спецификации LAN Emulation и называется LE_ARP (LAN Emulation Address Resolution Protocol).
Рис. 2.7. Присоединение к эмулируемой сети и регистрация адресов
При получении LE_ARP-запроса сервер LES просматривает свои адресные таблицы, и если находит там зарегистрированный искомый МАС-адрес, то посылает LE_ARP-ответ, в котором указывает АТМ-адрес пограничного ATM-LAN коммутатора, которому нужно переслать кадр с данным МАС-адресом.
Если же искомый МАС-адрес отсутствует в таблице сервера, то сервер LES пересылает LE_ARP-запрос всем LEC, присоединившимся к эмулируемой сети.
Пересылать LE_ARP-запрос можно по очереди каждому клиенту LEC по тем индивидуальным виртуальным соединениям Control Direct VCC, которые были созданы при присоединении LEC к LES, но такой способ будет работать медленно при большом числе LEC. Для ускорения работы LES использует специфический механизм мультивещательности, поддерживаемый сетями АТМ. Этот механизм позволяет какому-либо узлу АТМ-сети, называемому корнем, устанавливать виртуальное соединение "один-ко-многим" (point-to-multipoint) и одновременно передавать одни и те же данные всем остальным узлам соединения, называемым листьями. При этом узлы-листья могут посылать данные только узлу-корню, а между собой обмениваться данными по соединению такого вида им запрещено.
Сервер LES при присоединении к эмулируемой сети нового клиента LEC сразу же добавляет последнего к мультивещательному соединению в качестве нового листа. Такое соединение называется Control Distribute VCC и служит для одновременного распространения LE_ARP-запроса всем LEC эмулируемой сети. Тот LEC, который опознал в запросе МАС-адрес обслуживаемой сети, генерирует LE_ARP-ответ, в котором указывает свой АТМ-адрес. Получив LE_ARP-ответ, сервер LES распространяет его также по мультивещательному VCC, чтобы все LEC сети могли бы кэшировать данную информацию для будущего использования.
После получения информации об АТМ-адресе соответствующего ATM-LAN коммутатора, LEC устанавливает с ним прямое виртуальное соединение Data Direct VCC, по которому начинает передавать кадры для данного МАС-адреса.
Так как в задачу спецификации LAN Emulation входит представление эмулируемой составной сети в виде функционального эквивалента традиционной локальной сети, то для конечных узлов такой сети нужно обеспечить свойство широковещательности, когда кадр, посланный с широковещательным адресом, доходит до всех узлов сети.
Эмуляцию широковещательности спецификация LAN Emulation выполняет с помощью уже описанного механизма мультивещательности "один-ко-многим". С этой целью в сети АТМ, кроме сервера LES, создается еще один сервер - Broadcast and Unknown Server, BUS. Сервер BUS организует доставку кадров с широковещательными адресами, а также кадров, ATM-адрес пограничного коммутатора которых неизвестен клиенту LEC, всем узлам эмулируемой сети. Сервер BUS имеет отдельный ATM-адрес, который сообщается сервером LES клиенту LEC при его присоединении к эмулируемой сети. Клиент LEC должен после этого установить с сервером BUS прямое виртуальное соединение Multicast Send VCC, по которому он будет пересылать кадры с широковещательными или неизвестными адресами. Сервер BUS добавляет каждого нового клиента LEC к мультивещательному соединению Multicast Forward VCC в качестве листа. Это соединение используется сервером BUS для одновременной рассылки широковещательных кадров и кадров с неизвестными адресами всем пограничным коммутаторам эмулируемой сети.
Спецификация LAN Emulation рекомендует клиентам LEC делать LE_ARP-запрос серверу LES для кадра с неизвестным адресом, и, не дожидаясь ответа, сразу же отправлять этот кадр через сервер BUS. Это делается для ускорения работы эмулируемой сети, так как кадры начнут доходить до узла назначения широковещательным образом еще до того, как будет получен LE_ARP-ответ от сервера LES. После получения LE_ARP-ответа, LEC перестает посылать кадры для данного МАС-адреса широковещательно, а устанавливает виртуальное соединение Data Direct VCC с конкретным ATM-LAN коммутатором (или же пользуется уже установленным ранее соединением с этим коммутатором) и передает остальные кадры с данным МАС-адресом уже по прямому каналу.
