Групповая доставка информации в сети ATM

Групповая доставка (мультивещание) — это наиболее эффективный способ пе­редачи информации группе получателей. В протоколе IP поддержка групповой передачи осуществляется с помощью трех компонентов: группового адреса (ад­реса класса D), протокола управления группой (IGMP) и протоколов групповой маршрутизации (MOSPF, PIM и т. д.). Групповой адрес служит для указания принадлежности к определенной группе; протокол управления группой извеща­ет маршрутизаторы о наличии членов групп в подключенных к ним подсетях; протоколы групповой маршрутизации осуществляют доставку дейтаграмм с групповым адресом членам группы.

Групповая адресация может быть реализована на двух уровнях модели OSI — канальном или сетевом. Протоколы канального уровня, например, Ether­net или FDDI, могут поддерживать единичную, широковещательную и группо­вую адресацию. Групповая адресация на канальном уровне позволяет получить дополнительные преимущества при доставке дейтаграмм с групповыми адреса­ми. Для этого необходимо отображение группового адреса сетевого уровня в физический групповой адрес канального уровня, например МАС-адрес.

Как уже отмечалось, в технологии ATM существует эффективный механизм групповой передачи, так как ATM поддерживает двунаправленные виртуальные соединения точка-группа. К сожалению, этот метод не может быть реализован при использовании уровня адаптации AAL5: все кадры этого уровня, посылае­мые определенному получателю через определенное соединение, должны быть получены им в порядке отправления, без смешивания ячеек, принадлежащих к различным кадрам. Иначе в результате сборки на стороне получателя не. будет реконструирован исходный кадр. По этой причине при использовании уровня адаптации AAL5 виртуальное соединение точка-группа может быть только одно­направленным.

При таком соединении формируется логическое дерево, состоящее из корня (отправителя данных) и листьев (получателей) (рис. 16.5). Когда из корня по­сылаются данные, они будут получены только листьями. Листья не могут посы­лать данные корню, так как корень, получая ячейки от разных листьев, не сможет правильно собрать поступающие ячейки в исходные кадры. Кроме того, листья не могут взаимодействовать друг с другом напрямую.

В спецификации UNI 3.1 указано, что корень отвечает за добавление листьев к дереву доставки и, следовательно, должен знать их АТМ-адреса. В новой специ­фикации UNI 4.0 определена возможность, позволяющая листьям самостоятель­но подключаться к уже установленным виртуальным соединениям точка-группа. Однако однонаправленное соединение точка-группа, скорее всего, будет единст­венным методом, позволяющим поддерживать групповую передачу трафика в сетях ATM.

При разработке стандарта на классический IP в нем не был четко определен механизм групповой передачи данных. Это долгое время было существенным недостатком стандарта. Однако некоторое время спустя (в апреле 1995 года) в него были внесены добавления, определяющие групповую передачу. В основном, они основывались на методах групповой передачи, описанных в документе RFC 1112 в августе 1992 года: групповых серверах и перекрывающихся виртуальных соединениях точка-группа.

В первом методе отправитель посылает данные напрямую групповому серве­ру (Multicast Server, MCS) через виртуальное соединение точка-точка, который затем рассылает их всем членам группы через виртуальное соединение точка-группа (рис. 16.6).

Согласно второму методу, отправитель устанавливает виртуальное соедине­ние точка-группа с членами группы-получателя. Если несколько устройств гото­вы передавать и получать данные для своей группы, то каждое из них должно установить виртуальное соединение, формируя смешанную (перекрывающуюся) топологию соединений (рис. 16.7).

Оба метода достигают одного и того же результата, но разными способами. Очевидно, установка множества виртуальных соединений требует дополнитель­ных ресурсов на рабочих станциях и промежуточных коммутаторах ATM. Одна­ко при этом достигается оптимальная производительность, так как доставка информации осуществляется напрямую, без посредников. С другой стороны, применение группового сервера упрощает администрирование. Кроме того, при этом требуется значительно меньшее количество виртуальных соединений. Не­достатком применения группового сервера является некоторое снижение произ­водительности, что неприемлемо для отдельных приложений. Выбор метода зависит от многих факторов, таких как доступность сетевых ресурсов, требова­ния к производительности, безопасности, контролю и т. д.

В добавлениях к стандарту классического IP вводится понятие сервера раз­решения группового адреса (Multicast Address Resolution Server, MARS), который может рассматриваться как сервер ATMARP, работающий с групповыми адре­сами. Вместо управления таблицей, содержащей записи о соответствии еди­ничного IP- и АТМ-адреса, он управляет таблицей, описывающей групповые IP-адреса и соответствующие АТМ-адреса членов группы. Например, запись в таблице для устройств, принадлежащих к группе с IP-адресом 232.200.200.1, будет выглядеть следующим образом:

{232.200.200.1, АТМ-адрес 1, АТМ-адрес 2.... АТМ-адрес N}.

Если станция готова отправлять данные определенной группе, она устанавли­вает соединение с сервером MARS и формирует запрос MARS_REQUEST для этой группы. Если ни один член группы не зарегистрировался на сервере MARS, то он, в ответ на запрос, сформирует сообщение MARS_NAK. Если на сервере MARS уже зарегистрированы один или несколько членов этой группы, то даль­нейшая работа сервера будет зависеть от метода доставки группового трафика.

В случае использования группового сервера сервер MARS вернет сообщение MARS_MULTI, которое содержит ссылки на один или несколько групповых серверов (так называемая карта серверов — server map), обслуживающих эту группу. Затем запрашивающая станция может установить виртуальное соедине­ние точка-точка или точка-группа с одним или несколькими групповыми серве­рами и начать передачу информации (рис. 16.8). Использование нескольких групповых серверов целесообразно для распределения нагрузки в сети и повы­шения надежности.

В случае использования смешанных виртуальных соединений сервер MARS вернет сообщение MARS_MULTI, которое содержит ссылки на адреса устройств (карта хостов — host map), являющихся членами группы. Затем запрашивающая станция установит виртуальное соединение точка-группа с этими устройствами и начнет передавать информацию.

Наиболее сложной частью работы сервера MARS является составление списка устройств, входящих в группы. В документе RFC 1112 указано, что устройство, которое желает стать членом определенной группы, должно послать сообщение протокола IGMP. Это сообщение информирует все маршрутизаторы в локаль­ной подсети о существовании в данной подсети устройства, желающего стать членом группы. Маршрутизаторы затем используют эту информацию для на­правления группового трафика в соответствующую подсеть, применяя группо­вые протоколы маршрутизации.

Маршрутизаторы так же активно участвуют в отслеживании состояния групп в подсети с помощью специального зарезервированного IP-адреса 224.0.0.1. Все устройства, получающие групповой трафик, должны быть членами группы с этим адресом. Маршрутизаторы периодически посылают опрашивающие сооб­щения протокола IGMP членам этой группы, а они в ответ должны указать, к каким группам принадлежат.

В классическом IP также вводится поддержка двух служебных виртуальных соединений точка-группа: ServerControlVC и ClusterControlVC. Первое связывает все групповые сервера, второе — все конечные системы (включая маршру­тизаторы) в кластере. Под кластером понимается группа устройств, обслужива­емая сервером MARS.

Перед тем как сервер MARS сможет предоставить карты серверов или хос­тов, он должен их сформировать. Каждый групповой сервер сначала должен сам зарегистрироваться на сервере MARS, используя сообщение MARS_MSERV. По этим сообщениям сервер MARS сформирует список АТМ-адресов серверов, которые обслуживают определенные группы, и будет высылать его в ответ на запрос MARS_REQUEST от станций. Сервер MARS добавляет зарегистриро­ванный групповой сервер к ServerControlVC. Групповые сервера получают спи­сок устройств, которые хотят принимать данные по определенному групповому адресу, с помощью посылки обычного запроса MARS_REQUEST. Сервер MARS определит, что информацию запрашивает групповой сервер и возвратит соответ­ствующий список клиентов, на основании которого групповой сервер сможет установить виртуальное соединение точка-группа.

Любое устройство может зарегистрироваться как член определенной группы с помощью посылки сообщения MARS_JOIN серверу MARS. Таких сообщений может быть послано несколько, так как устройство может принадлежать к не­скольким группам. Сервер MARS сохранит АТМ-адрес устройства, пославшего этот запрос, в списке, ассоциирующимся с определенной группой, который затем может быть выслан по соответствующему запросу. Кроме того, устройство, пос­лавшее сообщение, добавляется в качестве листа к виртуальному соединению ClusterControlVC. Для информирования сервера MARS о том, что станции боль­ше не требуется получать информацию, адресованную определенной группе, она должна послать сообщение MARS_LEAVE.

Широковещание — это разновидность групповой передачи данных, при которой все устройства в сети (подсети) являются членами группы. Широковещательный адрес — это 255.255.255.255. Сервер MARS может эффективно поддерживать широковещательную передачу, так как централизованный процесс регистрации позволяет любому устройству подключаться к широковещательной группе, а ис­пользование сообщений MARS_MULTI позволяет значительно уменьшить за­грузку сети с помощью информирования о множестве членов группы одним сообщением. Кроме того, групповой сервер может уменьшить количество вирту­альных соединений, необходимых для поддержки широковещания, до одного.