MPOA, Multiprotocol over ATM

V předchozích dvou dílech jsme se seznámili se dvěma možnostmi, jak navázat technologii ATM na okolní svět, neboli na jiné přenosové technologie. Dnes se seznámíme s třetí, nejčerstvější možností, ne nadarmo označovanou jako MultiProtocol over ATM.

Připomeňme si nejprve, v čem obě předchozí varinaty spočívaly: technika Classical IP over ATM umožňuje provozovat poněkud omezený protokol IP nad sítěmi ATM (omezený zejména v tom smyslu, že nesmí používat všesměrové a skupinové vysílání, neboli broadcast a multicast). Technika LANE (LAN Emulation) se pak snaží dokonale maskovat celou ATM síť a vytvářet iluzi že se jedná buď o Ethernet, nebo Token Ring. Obě varianty však mají četné nevýhody - například tu, že prakticky nedokáží využít jednu z největších předností ATM, kterou je podpora kvality služeb. Obě jsou také dosti komplikované, a nesou na svých bedrech zátěž poměrně velké režie, která způsobuje jejich relativně malou efektivnost.

Katenetový model není pro ATM

Jedním z hlavních zdrojů neefektivnosti obou variant je skutečnost, že protokol IP, stejně jako další síťové protokoly (např. IPX) vychází z tzv. katenetového modelu - předpokládají, že celý jejich "svět" je tvořen relativně samostatnými ostrůvky (samostatnými celky na úrovni síťové vrstvy, tedy samostatnými sítěmi), přičemž navzájem jsou tyto sítě propojeny přes zařízení fungující jako směrovače.

Směrovače však jsou zdrojem určitého zpoždění, a v praxi bývají rozhodujícím úzkým místem komunikace. Dříve se předpokládalo, že cca 80 procent veškerého provozu se bude odehrávat uvnitř těchto sítí, zatímco pouze zbývající 20procent bude procházet "ven", do jiných sítí, neboli přes směrovače. S postupem času se ale toto pravidlo 80:20 začalo měnit, a dnes už bývá poměr toků dat docela jiný. Ve světě ne-ATM sítí se na tento fakt zareagovalo tzv. přepínání, které jsme široce diskutovali v 8. modulu tohoto seriálu.

Techniky Classical IP over ATM i LAN Emulation však představu izolovaných sítí propojených na úrovni směrovačů v zásadě přebírají, i když ji nahrazují logickými konvencemi - jednotlivými emulovanými sítěmi, v případě LANE, resp. doménami LIS (Logical IP Subnet) v případě Classical IP over ATM. V obou případech však může dojít (a v praxi skutečně dochází) k tomu, že logické rozdělení do jednotlivých emulovaných sítí (resp. domén LIS) neodpovídá skutečnému fyzickému propojení - dva uzly, propojené jen na úrovni ATM ústředen a tudíž s možností přímého přenosu mezi sebou, mohou spadat do dvou různých (emulovaných) logických sítí, a provoz mezi nimi pak kvůli podstatě fungování LAN a Classical IP over ATM musí chtě nechtě procházet přes směrovač.

Hlavní cíle MPOA

Technika MPOA se snaží právě tento nedostatek odstranit - pokud mezi dvěma uzly existuje přímé ATM spojení, pak se snaží jej využít bez ohledu na to, že příslušné uzly spadají do různých logických sítí. Na druhé straně je s takovýmto způsobem fungování spojena i určitá režie, která rozhodně není zanedbatelná - proto se k němu MPOA uchyluje až teprve poté, kdy zjistí že jde o intenzivnější přenos dat (překračující určitý objem X za dobu Y).

Další nevýhodou, tentokráte pouze u řešení Classical IP over ATM, je výhradní orientace na jeden jediný síťový protokol - protokol IP. Jak již samotný název MPOA (Multiprotocol Over ATM) napovídá, zde se počítá s možností provozovat nad ATM sítí skutečně více různých síťových protokolů, a to souběžně - nejen protokol IP, ale také třeba protokol IPX, a v neposlední řadě i protokoly typu NetBIOSu, které vůbec nejsou směrovatelné (tj. nevychází z výše naznačeného katenetového modelu, ale předpokládají existenci jedné jediné, "ploché" sítě).

Jak funguje MPOA

Fungování techniky MPOA je do značné míry založeno na myšlenkách, které jsme si popisovali v závěrečném dílu 8. modulu tohoto seriálu (o tzv. internetworkingu) - šlo zejména o myšlenku osamostatnit a centralizovat veškerou inteligenci, potřebnou pro směrování (a zejména pro související rozhodování), do vhodného centrálního serveru (tzv. route serveru, směrovacího serveru). Vedle něj pak budou existovat výkonná a rychlá "okrajová zařízení", která budou směrování jako manipulaci s přenášenými pakety a rámci fakticky vykonávat, podle pokynů centrálního směrovacího serveru, s maximální možnou efektivitou. V případě MPOA to konkrétně znamená, že "okrajové zařízení" (edge device, tedy například LAN přepínač s ATM rozhraním, případně MPOA host, neboli koncový uzel s přímým připojení) se dotáže směrovacího serveru, a podle jeho pokynů si pak vytvoří přímé ATM spojení s adresátem - i když tento adresát může ležet v jiné logické síti (z pohledu síťových protokolů).

Konkrétní chování "okrajových zařízení" je ve skutečnosti poněkud komplikovanější - pokud dostanou za úkol předat dál nějaký síťový rámec, rozhodují se nejprve podle jeho MAC adresy. Pokud ta specifikuje stejnou logickou síť, pak se celý mechanismus MPOA zachová stejně jako technika LANE (v tomto smyslu je tedy možné považovat MPOA za nadstavbu techniky LANE).

Pokud z MAC adresy vyplyne, že se jedná o rámec obsahující síťový paket směřující do jiné sítě - což se pozná podle toho, že MAC adresa odpovídá implicitnímu směrovači, skrz který je realizován prostup "ven", pak se "okrajové zařízení" podívá hlouběji dovnitř rámce, do síťového paketu, a hledá v něm síťovou adresu cíle, kterému je příslušný paket adresován. Celý rámec obsahující paket pak předá směrovacímu serveru, který se postará o jeho doručení - což je stále prakticky totéž, jako v případě LAN Emulace (kdy také každý provoz směřující z jedné sítě do druhé prochází skrz směrovač). Podstatná odlišnost je zde v tom, že po překročení určitého limitu signalizujícího intenzivnější přenos dat (objem minimálně X po dobu Y) okrajové zařízení usoudí, že je na čase zřídit přímé ATM spojení až ke koncovému adresátovi - od směrovacího serveru, který se mezitím "naučil" všechny potřebné informace, si vyžádá všechny údaje které jsou k tomu potřeba, a přímé ATM spojení pak vytvoří. Díky tomu pak mohou data cestovat přímo, po rychlém a efektivním ATM spojení.

Architektura MPOA

Představa architektury MPOA

Konkrétní představu o architektuře celého MPOA ilustruje dnešní obrázek - v "okrajových zařízeních" (edge devices, event. i MPOA host) je implementován LANE klient, a nad ním MPOA klient (a dále, s výjimkou MPOA host, také potřebné mechanismy pro napojení do ne-ATM sítě). Tento MPOA klient se stará o komunikaci s MPOA serverem (MPS), který je součástí směrovacího serveru - kromě toho musí být součástí tohoto směrovacího serveru také vhodný směrovací stroj (routing engine), který spolupracuje s ostatními směrovači při hledání nejvhodnějších cest (mj. implementuje protokoly jako RIP a OSPF, pro aktualizaci směrovacích údajů).

Standard MPOA přitom definuje nejen konkrétní způsob komunikace mezi MPOA klienty a MPOA servery, ale definuje také rozšíření ekvivalent protokolu ARP, který se stará o překlad síťových adres a MAC adres na ATM adresy - rozšířený v tom smyslu, že umí překládat adresy i pro uzly nacházející se v jiných logických sítích.