ATM internetworking and the quality of service

Abstract

AB3:Tämä diplomityö on katsaus Internet- ja ATM-tekniikoihin ja niiden yhdistämiseen liittyviin asioihin. Tämä työ perustuu Tampereen teknillisen korkeakoulun ja yhteistyöyritysten laajakaistaisen tietoliikenteen FASTER-projektissa tehtyyn tutkimukseen. -Internet on viime vuosina saavuttanut suuren suosion ympäri maailmaa. Erittäin nopeasti kasvanut käyttäjien lukumäärä on jo aiheuttanut aliverkkojen ja niiden välisten runkoverkkojen ruuhkautumista yhä enenevässä määrin. Lisäksi kiinnostus käyttää Internetissä enemmän resursseja vaativia sovelluksia, kuten reaaliaikaisia videoneuvotteluohjelmia, on kasvanut viime aikoina. Nämä syyt ovat luoneet tarpeen laajentaa tarjottavien palvelujen kirjoa ja määrää. Laajakaistainen ATM-monipalveluverkko on luomassa mahdollisuuksia vastata tähän tarpeeseen, koska se kykenee takaamaan sovellukselle halutuntasoisen palvelun, jos siirtotiellä on saatavilla riittävästi resursseja. -Internet muodostuu erillisistä verkoista, jotka on saatu keskustelemaan keskenään TCP/IP-protokollapinon avulla. TCP/IP on alkujaan suunniteltu käyttämään yhteydettömiä ja jaetun median fyysisiä verkkotekniikoita. TCP/IP tarjoaa vain ns. best-effort palvelun, joka ei sovi reaaliaikaisuutta vaativille sovelluksille. Sen sijaan, ATM-verkossa päätelaitteiden välille varataan virtuaalinen yhteys, joten ATM soveltuu hyvin reaaliaikaisille sovelluksille, jotka usein myös siirtävät yhtäaikaisesti ääntä, liikkuvaa kuvaa ja muuta tietokonedataa. -Näyttää hyvin mahdolliselta, että tulevaisuudessa ATM-verkko muodostaa Internetin rungon, jota TCP/IP käyttää palvelujen tarjoamiseen sovelluksille. Tässä työssä käsitellään ja vertaillaan kolmea erilaista IP over ATM ratkaisumallia. ATM Forumin LAN emulation pyrkii auttamaan ATM:nleviämistä paikallisverkkoihin jäljittelemällä Ethernet- tai Token Ring-verkon toimintaa. Näin ATM-verkkoon liitetty työasema voi käyttää normaalisti TCP/IP-sovellusta. Internet-yhteisön eli IETF:n Classical IP over ATM malli pyrkii samaan, mutta eri tavalla. Tämä malli tarjoaa IP:lle suoran rajapinnan ATM:n palveluihin, joten malli pystyy paremmin hyödyntämään ATM:n ominaisuuksia. ATM Forumin Multiprotocol over ATM ratkaisun tavoitteena on yhdistää nämä edellämainitut mallit - erityisesti niiden parhaat puolet - yhtenäiseksi arkkitehtuuriksi. -Internetin ja ATM:n palvelumallien erilaisuudet aiheuttavat lukuisia ongelmia integroimistyöhön. Palveluluokat on määritelty malleissa erityyppisillä parametreillä, jotka on sovitettava yhteen siten, että tarjottavat palvelut olisivat mahdollisimman samankaltaisia. Resurssien varaus sovelluksille tehdään ATM:ssä UNI-signaloinnilla ja Internetin palvelumallissa käytetään RSVP-signalointia. Näitä merkinantomenetelmiä yhdistettäessä on mietittävä huolellisesti, kuinka monta ATM:n virtuaaliyhteyttä luodaan yhtä RSVP:n data- ja ohjausdatavirtaa kohden. Tämän valinnan merkitys on huomattava erityisesti multicast-liikenteen yhteydessä. Käytettyjen ATM-yhteyksien lukumäärä vaikuttaa myös siihen, kuinka kattavasti RSVP:n ominaisuuksia voidaan hyödyntää.

This Master of Science Thesis is a review of Internet and ATM technology integration issues. Lately, the Internet has achieved a vast success all over the world. The enormously increasing number of users has caused a lot of congestion between networks. Also, an interest to use applications requesting QoS (quality of service), such as real-time video conferencing tools, in the Internet has risen a need to increase resources. The ATM technology will help in this. ATM is able to guarantee the desired service to the applications by establishing virtual circuits between terminal devices. Thus, the ATM technology could be as a basis of the future Internet, on top of which TCP/IP would work. -This thesis discusses three IP over ATM approaches. The ATM Forum's LAN emulation pretends to the ATM workstation that the underlying network is Ethernet (IEEE 802.3) or Token Ring (IEEE 802.5). Hence, the ATM workstation is able to use TCP/IP application, as if it would be connected directly to the emulated network medium. On the other hand, IETF's Classical IP over ATM model provides direct ATM interface to the TCP/IP application. This model can utilize ATM properties more effectively. Finally, the ATM Forum's the Multiprotocol over ATM solution tries to integrate previous approaches to a single architecture. -In this thesis, the QoS issues in the IP over ATM environment are also discussed. The differences between the Internet and ATM service models cause numerous problems to the integration work. First, the definitions of the service classes are not similar, so the definition parameters must be mapped in the way that the services would correspond each other as closely as possible. Secondly, a reservation of the required resources is done by the UNI-signalling in the ATM network and, in the Internet Integrated Services approach, the RSVP protocol is used. The problem is how many ATM virtual connections are needed to establish per a single RSVP data and control flow. Generally speaking, the more ATM connections we can use the better we can utilize RSVP properties in the ATM network. -In this thesis, the ATM internetworking models and the QoS issues in the EP over ATM environment are presented. Previously mentioned three IP over ATM approaches are reviewed and their advantages and disadvantages are analyzed. Also, two implementation examples are described. Then, the Internet Integrated Services implementation reference model is presented and its theoretical background is discussed. In this context, a resource reservation setup protocol, RSVP, is introduced. Finally, several service mapping problems in the RSVP over ATM environment are considered.