Kuva 1.
TELETEKNIIKAN LABORATORIO
S-38.116 TELETIETOTEKNIIKKA
Jussi Tuominen Ko 42148H
AAL - ATM Adaptation Layer
ABR - Available Bit Rate
ANSI - American National Standards Institute
ARP - Address Resolution Protocol
ATM - Asynchronous Transfer Mode
B-ISDN - Broadband Integrated Services Digital Network
BUS - Broadcast and Unknown Server
CBR - Constant Bit Rate
ELAN - Emulated Local Area Network
FDDI - Fiber Distributed Data Interface
ILMI - Interim Local Management Interface
ISO - International Organization for Standardization
ITU - International Telecommunications Union
LAN - Local Area Network
LANE - Local Area Network Emulation
LE - LAN Emulation
LE_ARP - LAN Emulation Address Resolution Protocol
LEC - LAN Emulation Clien
LECID - LAN Emulation Client Identifier
LECS - LAN Emulation Configuration Server
LES - LAN Emulation Server
MAC - Medium Access Control
NNI - Network to Network Interface
OSI - Open systems Interconnection
PHY - Physical Layer
QOS/QoS - Quality of Service
SAAL - Signaling ATM Adaptation Layer
SDH - Synchronous Digital Hierarchy
SNMP - Simple Network Management Protocol
TCP/IP - Transmission Control Program/Internet Protocol
UBR - Unspecified Bit Rate
UNI - User Network Interface
VBR - Variable Bit Rate
VC - Virtual Channel ( Virtual Circuit)
VCC - Virtual Channel Connections
VCI - Virtual Connection Identifier
VLAN - Virtual Local Area Network
VP - Virtual Path
VPC - Virtual Path Connection
VPI - Virtual Path Identifier
Integraatio ATM-(Asynchronous Transfer Mode) verkkojen ja olemassa olevien lähiverkkojen (LAN) välillä mahdollistaa lähiverkkojen yhdistämisen täydellä lähiverkko nopeudella. Kaikkien runkoverkko ratkaisujen siirtyessä ATM-tekniikkaan tarvitaan integraatiokehitysta, jotta olemassa oleva infrastruktuuri saataisiin mahdollisimman hyvin käytetyksi.
Periaatteessa on kaksi tapaa liittää verkkokerroksen protokollat ATM verkkoon. Toinen tunnetaan Native mode operaationa, jossa verkko kerroksen osoitteet muutetaan suoraan ATM osoitteiksi ja verkko kerroksen paketit kuljetetaan suoraan ATM verkon läpi. Toinen tapa kuljettaa verkkokerroksen paketit ATM verkon läpi on LAN Emulaatio. Native moden ja LAN Emulaation tärkeimpinä eroina voidaan mainita Native mode tukiATM Forum julkaisi vuonna 1995 LAN Emulaation version 1.0, tässä on pyrkimyksenä kuvata sen toimintaa ja rakennetta.
LANE-protokollan tulisi emuloida lähiverkko toimimaan ATM-verkon päällä. LANE-protokolla määrittelee IEEE 802.3 Ethernet ja 802.5 Token Ring lähiverkkojen emuloinnin.
LAN-emulaatio tarkoittaa siis sitä , että LANE-protokolla määrittelee palvelu rajapinnan korkeamman kerroksen protokollille siten, että se on identtinen olemassa olevan LAN-rajapinnan kanssa. Toisin sanoen LANE-protokollat saavat ATM-verkon näyttämään Ethernet tai Token Ring lähiverkolta - joskin tämä toimii huomattavasti nopeammin kuin edelliset.
Idea on siis siinä, että ylemmän tason protokollia ei tarvitse muuttaa toimittaessa ATM-verkon päällä. Koska LANE-palvelu tarjoaa saman palvelu rajapinnan MAC- (Medium Access Control) protokollien verkkotason drivereille (esim. NDIS, ODI) ei näissä tarvita muutoksia.
LANE-protokollia kehitetään kahden tyyppisille ATM-laitteille:
ATM NIC ( Network Interface Cards), jotka liittävät lähiverkon ATM-verkkoon jättäen vanhan lähiverkon toimimaan täsmälleen kuten ennenkin.
LAN Switching Eguipment-vaihde, jossa LAN-kytkimet ja reitittimet ovat liitetty ATM-verkolla. Nämä laitteet yhdessä ATM host:n (sisältää ATM NIC:n) kanssa tarjoavat mahdollisuuden muodostaa ns. virtuaali LANeja. Palvelu muistuttaa Ethernet hub:n toimintaa, jossa LAN voidaan jakaa virtuaalisiin segmentteihin jne.
Kuva 1.
Tässä on huomattava, että LANE on läpinäkyvä verkkotason kerroksille. LANE-prokolla ei suoraan kuulu ATM-kytkimeen ja se käyttää vain standardi signalointia. Tämän johdosta ATM-kytkin voidaan ilman sovituksia liittää samanaikaisesti LAN Emulaation kanssa aitoon ATM-verkkoon.
Kuva 2.
Lane-protokollan päätehtävänä on muuttaa MAC-osoitteet ATM-osoitteiksi, näin ollen se oikeastaan määrittelee protokollan ATM/Ethernet tai ATM/Token Ring siltaukseen. LANE pyrkii muodostamaan sellaisen osoite muunnoksen, että LANE-päätelaiteet voi muodostaa suoran yhteyden ja lähettää dataa. LAN siltaukset, joissa lähiverkko on jaettu segmenteihin tuo roppakaupalla monimutkaisuutta koko LANE palveluun. Tätä ongelmaa käsitellään lyhyesti tuonnenpana.
LANE-prokollan määrittelemä (ELAN) koostuu seuraavista komponenteista:
LAN Emulation Client (LEC)
LEC on yksikkö päätelaitteessa, joka tarjoaa datan lähettämisen, osoite resoluution ja muut ohjaus toiminnnat yhdelle päätelaitteelle yhdessä emuloidussa lähiverkossa. Toisaalta LEC tarjoaa standardi LAN-palvelurajapinnan ylemmän tason protokollille. ATM NIC tai LAN-vaihde tukee ainoastaan yhtä LEC:ä yhtä ELAN:a kohden, mikäli päätelaite on yhteydessä useaan ELAN:in se tarvitsee yhden LEC:in jokaista ELAN:ia kohden.
Jokaisella LEC:illä on oma ATM-osoite, joka on yhteydessä yhteen tai useampaan siihen liitettyyn MAC-osoitteeseen. Mikäli liityntä on toteutettu ATM NIC tyyppisellä ratkaisulla voidaan LEC liittää vain yhteen MAC-osoitteeseen kun taas LAN-vaihteella voidaan kaikki LEC:in yhteydessä olevat MAC-osoitteet liittää ns. emuloiduksi LAN:iksi.
LAN Emulation Server (LES)
LES sisältää ELAN:in kontrolli funktiot. Jokaisella ELAN:illa on vain yksi looginen LES, jolla on oma ATM-osoitteensa. Eli toisin sanoen kuuluminen määrättyyn ELAN:in edellyttää kontrolli yhteyttä tähän tiettyyn LES:in. LES:in toimintaa kuvataan tuonnempana.
Broadcast and Unknown Server (BUS)
BUS on ns."multicast"-serveri, joka vuotaa tuntemattomiin osoitteisiin kohdistetut viestit ja välittää multicast sekä broadcast-viestit clienteille oikeisiin ELAN:eihin. Jokainen LEC on liitetty ainoastaan yhteen BUS:in jokaista ELAN:ia kohden, mutta on mahdollista käyttää myös ns." multible BUS " ratkaisua, jota ei tosin ole määritelty LANE protollan 1 vaiheessa. Jokainen BUS mihin LEC on yhteydessä on määritelty omalla ATM-osoitteella, josta LES kykenee kartoittamaan broadcast MAC-osoitteet.
LAN Emulation Configuration Server (LECS)
LECS määrittelee mihin ELAN:in mikäkin LANE client kuuluu.
LANE-protokolla määrittelee ainoastaan LAN Emulation User to Network-rajapinnan(LUNI) LEC:in ja LANE-palvelua tarjoavan verkon välillä. LNNI-ajapinnan määrittely on tällä hetkellä jätetty laite valmistajien huoleksi. LANE-protokolla ei myöskään tue multible BUS tai -LES toimintaa. Näistä komponenteista ennustetaan mahdollisia pullonkauloja tulevaisuudessa. ATM Forum työskentelee LANE vaihe 2 kanssa, jossa se pyrkii määrittelemään myös nämä kyseiset seikat.
LAN Emulaatiossa on määritetty erilliset yhteydet ohjauksen ja datansiirron liikenteelle.
Configuration Direct VCC on kaksisuuntainen päästä-päähän VCC, jonka LEC ottaa LECS:in.
Control Direct VCC on kaksisuuntainen VCC, jonka LEC ottaa LES:in.
Control Distribute VCC on yksisuuntainen VCC LES:istä takaisin LEC:in.
Data Direct VCC on kaksisuuntainen päästä-päähän yhteys kahden dataa siirtävän LEC:in välillä.Tyypillisesti kummatkin LEC:it käyttävät samaa data direct VCC:tä, mielummin kuin avaisivat uuden VCC:n kumpaakin MAC-osoitepariin niiden välillä.Tämä tietenkin säästää yhteys resursseja ja vahentää yhteyden set-up viivettä. Koska LANE emuloi vanhoja lähiverkkoja, data yhteydet ovat tyypillisesti UBR- tai ABR-yhteyksiä ilman QoS-takuita.
Multicast Send VCC on kaksisuuntainen VCC LEC:istä BUS:in.
Multicast Forward VCC on yksisuuntainen VCC LEC:istä BUS:in.
kuva 3.
Edellä kuvattujen komponenttien toimintaa käsitellään seuraavassa.
Yhteyden alustus ja konfigurointi
Jokaiselle LEC:ille annetaan alustuksessa ensiksi oma ATM-osoite. Sen jälkeen LEC avaa configuration-direct yhteyden LECS:in. Tätä varten LEC:in tulee ensin ottaa selville LECS:in sijainti käyttäen joko ILMI-prosessia osoitteiden muuntamiseen tai vaihtoehtoisesti käyttäen pysyvää yhteyttä LECS:in (VPI=0,VCI=17). Löydettyään LECS:in, LEC muodostaa configuration-direct VCC:n LEC:in. Kun yhteys on muodostettu LECS määrittelee LEC:in liittymisen sille määrättyyn ELAN:in. Määrittelyyn kuuluu ainakin seuraavat tiedot: LES:in ATM-osoite, lähiverkon tyyppi, ELAN:in maksimi pakettikoko ja ELAN:in nimi. Nämä tiedot LECS:in määrittelee verkonhallinta.
Liittyminen ja rekisteröityminen
Kun LEC saa LES:in osoitteen se avaa control-direct VCC:n LES:in. Kun tämä on tehty LES varustaa LEC:in yksilöllisellä LEC-tunnistemella (LECID). LEC rekisteröi oman MAC-ja ATM-osoittensa LES:iin. Sen jälkeen LES muodostaa control-distribute VCC:n takaisin LEC:iin. Nyt LES kykenee käyttämään Control-direct ja distribute VCC:tä LAN Emulation ARP (LE-ARP)-prosessiin MAC-osoitteiden muuntamiseksi ATM-osoitteiksi.
Mikäli LES ei kykene löytämään osoitetta LE-ARPilla se lähettää LE-ARP-kyselyn control-distribute VCC:n kautta muille LEC:eille saadakseen selville kyseisen MAC-osoitteen. Löytäessään tällaisen uuden osoitteen LES lähettää sen joko osoitetta etsivälle LEC:ille tai se voi lähettää sen control-distribute VCC:tä pitkin kaikille LEC:eille. Lopuksi LEC lähettää vielä MAC broadcast-osoitteen BUS:eillle, jonka jälkeen BUS lähettää oman ATM-osoitteen LEC:ille. Sen jälkeen LEC muodostaa multicast-send VCC:n BUS:iin ja BUS muodostaa takaisin multicast forward VCC-n. Tämän jälkeen LEC on valmis siirtämään dataa.
Kun LEC saa verkkokerroksen paketteja siirrettäväkseen se joko tietää kohteen MAC-osoitteen ja voi lähettää suoraan VC:tä pitkin tai sitten sen on ensin etsittävä LE-ARP prosessin avulla kohteen-osoite. Mikäli LEC ei tunne osoitetta se lähettää datan BUS:ille, joka lähettää datan kaikille siihen liittyville LEC:eille samaan aikaan kun LES suorittaa aiemmin kuvattua LE-ARP-prosessia. Tämän järjestelyn tarkoituksena on vähentää osoitteen etsimestä aiheutuvaa viivettä. Kun LE-ARP-osoitteen etsintä tuottaa tuloksen muodostetaan VC ja yhteys siirtyy sille.
LEC käyttää BUS:ia myös multicast- ja broadcast-lähetyksiin. Näissä BUS lähettää datan kaikille siihen liittyneille LEC:eille ja jokainen LEC valitsee LECID:in avulla sille tarkoitetut viestit perinteiseen lähiverkko tyyliin.
LAN Emulaatiota käytetään muodostettaessa ns.virtuaali lähiverkkoja ATM-verkon päälle. Virtuaali LAN:it koostuvat LAN-kytkimistä, ATM-pääte laitteista ja reitittimistä, joilla on ATM-rajapinta. ELAN näyttää normaalilta lähiverkolta (paitsi kaistanleveydeltään) ylempien protokollien käyttäjille. Tämä antaa verkonhalinnalle mahdollisuuden muodostaa ELAN:eja ympäri ATM-verkkoa riippumatta laitteiden fyysisestä sijainnista.
LAN Emulaatio tukee valtavaa määrää olemassa olevia 802.3 ja 802.5 lähiverkkoja, mutta samalla se ei pysty tarjoamaan QoS-palvelua tai taattua kaistanleveyttä, mitkä ovat ATM-tekniikan peruselementtejä.
Saumaton yhteiskäyttö LAN:ien ja ATM-verkon välillä vaatia vielä monien kysymysten ratkaisemista.
LANE-toteutuksien vaihtelevuus vaatii verkonhallinnalta uusia ulottuvuuksia. Tekniikan pullonkauloiksi on veikkailtu aiemmin mainittuja LES ja BUS kapasiteettien ylikuormittumista, mutta myös liian harvat LECS:it hidastavat koko systeemin toimintaa. Yksi tärkeä kysymys on: kuinka suuriksi verkot voivat kasvaa menettämättä tehoaan. Interaktiivisuus ELAN:in sisällä on yritys mahdollistaa suurempien verkkojen toiminta, ATM FORUMIN LANE phase 2 tulee pyrkimään tähän. Kaikkien komponenttien yhteistoimintaa pidetään LANE:n tulevaisuuden kannnalta välttämättömänä.
ATM-tekniikka on tulevaisuuden tulevaisuuden siirtotekniikka, mutta standardoinnin on ratkaistava vielä lukuisia kysymyksiä ennenkuin nykyiset tekniiikat tulevat syrjäytetyiksi. Mahdollisuudet ATM-tekniikan yleistymiseen ovat olemassa ja ATM Forum standardoi lähiverkko integraatiota vauhdilla mahdollistaen osittaisen siirymisen ATM-tekniikkaan.
Hämeen-Anttila & Hölttä & Niinioja,Tietoliikennejärjestelmät,Helsinki 1993, Painatuskeskus Oy.s.76-85.
Enteprise Networks, LAN Emulation, 1995, Anixter Inc.
David Copeland, Understanding LAN Emulation, Texas Instruments.
Anthony Alles, ATM Internetworking,1995, Cisco Systems Inc.
ATM-tiedonsiirto, Opas-LanLink-palvelujen käyttäjälle,FINNET-yhtiöt.
Mika Grundström, Suomalaisia ATM-kokeiluja ja käyttöalueita, 1995, TTKK/Digitaalisen Median Instituutti.