Technologia ATM to koncepcja telekomunikacyjna określona przez międzynarodowe standardy w zakresie transmisji pełnego spektrum ruchu użytkowników, w tym sygnałów głosowych, danych i wideo. Został zaprojektowany w celu zaspokojenia potrzeb cyfrowej sieci szerokopasmowej i pierwotnie miał na celu integrację sieci telekomunikacyjnych. Dekodowanie skrótu ATM brzmi jak Asynchonous Transfer Mode i przetłumaczone na rosyjski jako "asynchroniczna transmisja danych".

Technologia została stworzona dla sieci, które muszą przetwarzać zarówno tradycyjny ruch danych o wysokiej wydajności (na przykład przesyłanie plików), jak i treści w czasie rzeczywistym przy niskim opóźnieniu (takim jak głos i wideo). Model referencyjny dla bankomatu jest w przybliżeniu porównywalny do trzech niższych poziomów ISO OSI: sieci, łącza danych i fizycznych. ATM jest głównym protokołem używanym przez główny kanał SONET /SDH (publiczna sieć telefoniczna), a także sieć cyfrowa Integrated Services (ISDN).

Co to jest?

Co oznacza ATM dla łączności sieciowej? Zapewnia funkcjonalność podobną do przełączania kanałów i sieci z komutacją pakietów: technologia wykorzystuje asynchroniczne multipleksowanie z podziałem czasu i koduje dane na małe pakiety o stałej wielkości (ramki ISO OSI) zwane komórkami. Różni się od takich podejść, jak Internet Protocol lub Ethernetpaczki i ramki o różnej wielkości. Podstawowe zasady technologii ATM są następujące. Wykorzystuje model zorientowany na połączenie, w którym obwód wirtualny musi być zainstalowany między dwoma punktami końcowymi, zanim rozpocznie się faktyczna wymiana danych. Te wirtualne obwody mogą być "stałe", to znaczy dedykowane połączenia, które są zwykle wstępnie skonfigurowane przez dostawcę usług lub "przełączane", które są skonfigurowane dla każdego połączenia.


Asynchroniczny tryb przesyłania jest znany jako metoda komunikacji stosowana w bankomatach i terminalach płatniczych. Jednak ta aplikacja stopniowo zmniejsza się. Wykorzystanie technologii w bankomatach zostało w dużej mierze zastąpione przez protokół internetowy (IP). W kanale odniesienia ISO OSI (poziom 2) nadajniki podstawowe są zwykle nazywane ramkami. W ATM mają stałą długość (53 oktety lub bajty) i są specjalnie nazywane "komórkami".

Rozmiar komórki

Jak już wspomniano powyżej, dekodowanie ATM jest asynchronicznym transferem danych wykonywanym przez podzielenie ich na komórki o określonym rozmiarze. Jeśli sygnał mowy jest zredukowany do pakietów i są zmuszeni do przesyłania do łącza z intensywnym ruchem danych, to niezależnie od tego, jaki jest rozmiar, natkną się na pełnowymiarowe pakiety. W normalnych warunkach oczekiwania mogą doświadczyć maksymalnych opóźnień. Aby uniknąć tego problemu, wszystkie bankomaty lub pakiety komórek mają ten sam rozmiar. Ponadto, struktura stałych komórek oznacza danemoże być łatwo przeniesiony na sprzęt bez nieodłącznych opóźnień wprowadzanych przez oprogramowanie dial-up i wysyłanych przez ramki.
W ten sposób, twórcy ATM stosować małe kieszenie danych w celu zmniejszenia drgań (w tym przypadku, gdy wariancja opóźnienia) w multypleksyrovanyy strumieni danych. Jest to szczególnie ważne podczas wykonywania połączeń głosowych, ponieważ zdigitalizowany głos konwersji dźwięku analogowego jest integralną częścią czasie rzeczywistym. Pomaga to w pracy dekodera (kodeku), dla którego strumień elementów danych musi być równomiernie rozłożony (w czasie). Jeśli następny nie jest dostępny w kolejce, w razie potrzeby kodek nie ma innego wyboru, niż wstrzymać zadanie. Dalsze informacje są tracone, ponieważ czas, w którym miał zostać przekształcony w sygnał, już minął.

Jak wyglądał rozwój bankomatu?

Przy opracowywaniu ATM Synchroniczne Digital Hierarchy 155 Mb /s (SDH) o ładowności 135 Mbit /s, została uznana za szybko sieci optycznej i wiele kanałów plezjochroniczny Digital Hierarchy (PDH) sieci była znacznie wolniejsza (mniej niż 45 Mbit /s ) Przy tej szybkości typowy pełnowymiarowy pakiet danych o długości 1500 bajtów (12000 bitów) powinien ładować się w czasie 7742 mikrosekund. W kanałach o niskiej prędkości, taki jak linia T11544 Mbit /s transmisji pakietu trwało do 78 milisekund. Opóźnienie pobierania spowodowane przez kilka takich pakietów w kolejce może kilkakrotnie przekroczyć liczbę 78 ms. Jest to niedopuszczalne w przypadku ruchu językowego, który powinien charakteryzować się niskim poziomem jitteraw strumieniu danych podawanym do kodeka w celu uzyskania dźwięku dobrej jakości.
System głosowy pakiet może to zrobić na kilka sposobów, na przykład, takich jak wykorzystanie bufora między siecią i odtwarzanie kodeków. Pozwala to na sprawne drgania, ale opóźnienie, które występuje podczas przechodzenia przez bufor wymaga эhopodavytelya nawet w sieciach lokalnych. W tym czasie uznano, że jest zbyt drogi. Ponadto zwiększył opóźnienie w kanale i utrudnił interakcję. Technologia sieci ATM, ze względu na swój charakter, zapewnia niskie fluktuacje (i minimalne ogólne opóźnienie) dla ruchu.

W jaki sposób pomaga to w połączeniu sieciowym?

Projekt ATM został zaprojektowany dla interfejsu sieciowego o niskiej wibracji. Niemniej jednak do projektu wprowadzono "komórki", aby zapewnić krótkie opóźnienia w kolejkach, kontynuując utrzymywanie ruchu datagramowego. Technologia ATM złamał wszystkie pakiety, danych i strumieni głosowych na kawałki 48-bajtowych i dodaje do każdego nagłówka routingu 5 bajtów, które później mogą odebrać ponownie. Ten wybór rozmiaru był raczej polityczny niż techniczny. Kiedy CCITT (obecnie ITU-T) standartyzoval ATM, przedstawiciele Stanów Zjednoczonych otrzyma 64 baytovuyu ładowność, ponieważ uznano, że to dobry kompromis pomiędzy dużą ilością informacji, zoptymalizowane do transmisji danych i krótsze ładunków, przeznaczone do zastosowań w czasie rzeczywistym . Z kolei programiści z Europy otrzyma pakietów 32-bajtowych ze względu na niewielki rozmiar (a więc mało czasu, aby przenieść)Uprość programy echokardiograficzne.

Jako kompromis między dwoma stronami wybrano rozmiar 48 bajtów (plus rozmiar nagłówka = 53). Wybrano 5-bajtowe nagłówki, ponieważ uznano, że 10% ładunku jest maksymalną ceną za przekazanie informacji o routingu. Technologia ATM ma zmultipleksowane 53-bajtowe komórki, które zmniejszyły uszkodzenia i opóźnienia danych prawie 30 razy, co zmniejszyło zapotrzebowanie na echo.

Struktura ATM ATM

ATM definiuje dwa różne formaty komórek: interfejs użytkownika (UNI) i interfejs sieciowy (NNI). Większość kanałów sieci ATM używa UNI. Struktura każdego takiego pakietu składa się z następujących elementów:

Pole Ogólne sterowanie przepływem (GFC) to 4-bitowe pole, które zostało pierwotnie dodane w celu obsługi połączenia ATM z siecią publiczną. Pod względem topologii jest reprezentowany jako dwukierunkowy Dedykowany pierścień kolejki (DQDB). Pole GFC zostało zaprojektowane w celu zapewnienia 4 bitów interfejsu sieciowego użytkownika (UNI) w celu koordynowania multipleksowania i kontroli przepływu między komórkami różnych połączeń ATM. Jednak jego użycie i dokładne wartości nie zostały ustandaryzowane, a pole jest zawsze ustawione na 0000.

VPI to wirtualny identyfikator ścieżki (8 bitów UNI lub 12 bitów NNI).

VCI jest wirtualnym identyfikatorem kanału (16 bitów).

PT - rodzaj ładunku (3 bity).

MSB to jednostka zarządzania siecią. Jeśli jego wartość wynosi 0, wówczas używany jest pakiet danych, a w jego strukturze 2 bity są wyraźnym bezpośrednim wskaźnikiem przeciążenia (EFCI), a 1 jest doświadczeniem przeciążenia sieci. Z wyjątkiemTo kolejny 1 bat dla użytkownika (AAU). Używa AAL5 do określenia granic pakietów.

CLP to priorytet utraty komórki (1 bit).

HEC - kontrola błędów nagłówka (8-bitowa CRC).

Sieć ATM wykorzystuje pole PT do wyznaczania różnych specjalnych komórek do celów operacyjnych, administracji i zarządzania (OAM), a także do określania granic pakietów na niektórych poziomach adaptacji (AAL). Jeśli wartość MSB pola PT wynosi 0, jest komórką dla danych użytkownika, a pozostałe dwa bity są używane do wskazania przeciążenia sieci oraz jako bit nagłówka ogólnego przeznaczenia dostępny dla poziomów adaptacji. Jeśli MSB wynosi 1, jest to pakiet zarządzania, podczas gdy pozostałe dwa bity wskazują jego typ.
W niektórych protokołach komunikacyjnych ATM (asynchroniczny transfer danych) pole HEC jest używane do kontrolowania algorytmu przycinania opartego na CRC, który pozwala na lokalizowanie komórek bez dodatkowych kosztów. 8-bitowy CRC służy do korygowania pojedynczych bitowych błędów nagłówka i wykrywania wielobitowego. Po wykryciu ostatniego, bieżące i kolejne komórki są odrzucane do momentu znalezienia komórki z błędami nagłówka. Pakiet UNI rezerwuje pole GFC dla lokalnego sterowania przepływem lub systemu submultipleksowania pomiędzy użytkownikami. Ma to na celu umożliwienie wielu terminalom współużytkowania jednego połączenia sieciowego. Technologia ta została również wykorzystana do tego, aby dwie cyfrowe sieci telefoniczne obsługujące ISDN mogły korzystać z jednego połączenia podstawowego ISDNz pewną prędkością. Wszystkie cztery bity GFC muszą mieć wartość zero. Format komórki NNI powtarza format UNI prawie taki sam, z tym wyjątkiem, że 4-bitowe pole GFC jest redystrybuowane w polu VPI, rozszerzając je do 12 bitów. Zatem jedno połączenie NNI ATM może przetwarzać za każdym razem prawie 216 VC.

Komórki i transmisja w praktyce

Co oznacza ATM w praktyce? Obsługuje różne rodzaje usług za pośrednictwem AAL. Znormalizowane AAL obejmują AAL1 AAL2 i AAL5, a także AAC3 i AAL4 są rzadko używane. Pierwszy typ jest używany dla usług ze stałą przepływnością bitową (CBR) i układem emulacji. Synchronizacja jest również obsługiwana w AAL1. Drugi i czwarty typ są używane dla usług o zmiennej przepływności (VBR), AAL5 - dla danych. Informacja o tym, która AAL jest używana dla tej komórki, nie jest w niej zakodowana. Zamiast tego zgadza się lub dostosowuje w punktach końcowych dla każdego połączenia wirtualnego. Po wstępnym zaprojektowaniu tej technologii sieć zaczęła działać znacznie szybciej. 1500-bajtowa (12000-bitowa) ramka Ethernet w pełnej ramce wymaga tylko 12 μs transmisji 10 Gb /s, co zmniejsza potrzebę zmniejszenia liczby opóźnień przez małe komórki.

Jakie są mocne i słabe strony?

Zalety i wady technologii sieci ATM są następujące. Niektórzy uważają, że zwiększenie prędkości komunikacji pozwoli na zastąpienie go przez sieć szkieletową Ethernet. Należy jednak zauważyć, że zwiększenie prędkości samo w sobie nie zmniejsza fluktuacji w kolejkach. Ponadto sprzęt do implementacji adaptacji usług dla pakietów IP jest drogi. W tym samym czasie przezStały 48-bajtowy ładunek ATM nie nadaje się jako łącze danych bezpośrednio pod IP, ponieważ poziom OSI, na którym działa IP, powinien zapewnić maksymalny blok transmisji (MTU) co najmniej 576 bajtów. W wolniejszym lub przeciążonym połączeniu (622 Mb /s i niższym) sieć ATM ma sens, dlatego większość asymetrycznych systemów ADSL wykorzystuje tę technologię jako poziom pośredni między poziomem fizycznego kanału a protokołem poziomu 2 takie jak PPP lub Ethernet. Przy tych niższych prędkościach ATM zapewnia użyteczną możliwość przeniesienia wielu obwodów logicznych do jednego fizycznego lub wirtualnego nośnika, chociaż istnieją inne metody, takie jak wielokanałowe PPP i Ethernet VLAN, które są opcjonalne w implementacjach VDSL. DSL może być wykorzystywany jako sposób dostępu do sieci bankomatów, która umożliwia łączenie się z wieloma dostawcami usług internetowych za pośrednictwem szerokopasmowej sieci ATM. Tak więc wady technologii polegają na tym, że w nowoczesnych szybkich połączeniach traci swoją skuteczność. Zaletami takiej sieci są znaczne zwiększenie przepustowości, ponieważ zapewnia ona bezpośrednie połączenie między różnymi urządzeniami peryferyjnymi. Ponadto w obecności jednego fizycznego połączenia za pomocą bankomatu można jednocześnie obsługiwać kilka różnych kanałów wirtualnych o różnych charakterystykach. Ta technologia wykorzystuje dość zaawansowane narzędzia do ciągłego zarządzania ruchemrozwijać się obecnie. Umożliwia to przesyłanie danych różnych typów w tym samym czasie, nawet jeśli narzucają one różne wymagania dotyczące ich wysyłania i odbierania. Tak, możesz utworzyć ruch, który działa na różnych protokołach, na jednym kanale.

Podstawy działania wirtualnego łańcucha

Asynchroniczny tryb transferu (skrót ATM) działa jako warstwa transportowa oparta na kanałach z wykorzystaniem obwodów wirtualnych (VC). Wynika to z koncepcji wirtualnych ścieżek (VPs) i kanałów. Każda komórka ATM ma 8- lub 12-bitowy identyfikator ścieżki wirtualnej (VPI) i 16-bitowy identyfikator kanału wirtualnego (VCI) zdefiniowany w jego nagłówku. VCI, wraz z VPI, służy do identyfikacji następnego punktu docelowego pakietu, gdy przechodzi przez serię przełączników ATM w drodze do miejsca docelowego. Długość VPI jest różna w zależności od tego, czy wysyłana jest komórka użytkownika, czy interfejs sieciowy. Ponieważ te pakiety przechodzą przez sieć ATM, przełączanie odbywa się poprzez zmianę wartości VPI /VCI (przez zastąpienie skrótów). Pomimo, że niekoniecznie są spójne z końcami połączenia, koncepcja układu jest spójna (w przeciwieństwie do IP, gdzie dowolny pakiet może dotrzeć do celu inną drogą). Przełączniki ATM używają pól VPI /VCI do identyfikacji kanału wirtualnego (VCL) następnej sieci, która to komórka musi przejść przez drogę do miejsca docelowego. Funkcja VCI jest podobna do funkcji identyfikatora połączenia łącza danych (DLCI) w przekaźniku ramki i numerach grupkanały logiczne w X. 25. Kolejną zaletą korzystania z obwodów wirtualnych jest możliwość zastosowania ich jako poziomu multipleksowania, co umożliwia korzystanie z różnych usług (takich jak przekazywanie głosu i ramki). Interfejs VPI jest przydatny do zmniejszenia tabeli przełączania niektórych obwodów wirtualnych, które mają wspólne ścieżki.

Wykorzystanie komórek i obwodów wirtualnych do organizacji ruchu

Technologia ATM wiąże się dodatkowo z ruchem pojazdów. Po skonfigurowaniu obwodu, każdy przełącznik obwodu jest informowany o klasie połączenia. Kontrakty na ruch ATM są częścią mechanizmu zapewniającego "jakość usług" (QoS). Istnieją cztery główne typy (i kilka wariantów), z których każdy ma zestaw parametrów opisujących połączenie:

CBR - stała szybkość transmisji danych. Określona prędkość szczytu (PCR), która pozostaje niezmieniona.

VBR jest zmienną szybkością transmisji danych. Określona wartość średnia lub stabilna (SCR), która może osiągnąć szczyt na pewnym poziomie, ma maksymalny przedział czasu, zanim wystąpią problemy.

ABR to dostępna szybkość przesyłania danych. Gwarantowana minimalna wartość jest wskazana.

UBR jest niepewną szybkością transmisji danych. Ruch jest rozkładany na pozostałą przepustowość.

VBR ma opcje w czasie rzeczywistym, w innych trybach służy do ruchu "sytuacyjnego". Nieodpowiedni czas jest czasem zredukowany do vbr-nrt. Większość klas ruchu korzysta również z koncepcji tolerancji komórkowej (CDVT), która definiuje ich "grupowanie" w czasie.

Zarządzanie transferem danych

Co to oznaczaATM biorąc pod uwagę powyższe? Aby utrzymać wydajność sieci, można zastosować reguły ruchu dla sieci wirtualnych, które ograniczają ilość danych przesyłanych w punktach połączenia. Model referencyjny, zatwierdzony dla UPC i NPC, to algorytm GCRA. Z reguły ruch VBR jest zwykle kontrolowany za pomocą kontrolera, w przeciwieństwie do innych typów. Jeśli ilość danych przekracza ruch zdefiniowany przez GCRA, sieć może albo zresetować komórki, albo określić bit sekwencji priorytetu utraty komórki (CLP) (aby zidentyfikować pakiet jako potencjalnie nadmiarowy). Podstawowa praca z bezpieczeństwem opiera się na monitorowaniu sekwencyjnym, ale nie jest to optymalne dla enkapsulowanego ruchu pakietów (ponieważ zrzucenie jednej jednostki spowoduje utratę całego pakietu). W rezultacie stworzono takie schematy, jak Partial Packet Discard (PPD) i Early Packet Discard (EPD), które mogą odrzucić serię komórek do momentu rozpoczęcia kolejnego pakietu. Zmniejsza to ilość niepotrzebnych informacji w sieci i oszczędza przepustowość dla pełnych pakietów. EPD i PPD działają z połączeniami AAL5, ponieważ używają końca tokenu pakietu: bit interfejsu użytkownika ATMU (AUU) w polu nagłówka "Typ obciążenia", który jest ustawiony w ostatniej komórce SAR-SDU.

Tworzenie ruchu

Podstawy technologii ATM w tej części można przedstawić w następujący sposób. Generowanie ruchu odbywa się zwykle na karcie interfejsu sieciowego (NIC) w dodatkowym sprzęcie. Tak się dziejepróba zapewnienia warunków, w których przepływ komórek na VC będzie zgodny z umową o ruchu, tzn. jednostki nie zostaną odrzucone lub zredukowane do priorytetu UNI. Ponieważ wzorcem odniesienia dla zarządzania ruchem sieciowym jest GCRA, ten algorytm jest powszechnie używany do generowania i wysyłania danych.

Rodzaje wirtualnych łańcuchów i ścieżek

Technologia ATM może tworzyć wirtualne obwody i ścieżki zarówno statycznie, jak i dynamicznie. Obwody statyczne (PVS) lub ścieżki (PVP) wymagają, aby obwód składał się z szeregu segmentów, po jednym dla każdej pary interfejsów, przez które przechodzi. PVP i PVC, mimo że są koncepcyjnie proste, wymagają dużego nakładu pracy w dużych sieciach. Nie obsługują również zmiany trasy usługi w przypadku awarii. Wręcz przeciwnie, konstruowane dynamicznie PVP (SPVP) i PVC (SPVC) konstruuje się, wskazując charakterystykę schematu (kontrakt serwisowy) i dwa punkty końcowe. Wreszcie, sieć ATM tworzy i usuwa przełączane obwody wirtualne (SVC) na żądanie końcowej części urządzenia. Jedną z aplikacji dla SVC jest przesyłanie pojedynczych rozmów telefonicznych, gdy sieć przełączników jest połączona przez ATM. SVC były również używane podczas próby wymiany bankomatów.

Schemat routingu wirtualnego

Większość sieci technologii ATM obsługujących SPVP, SPVC i SVC korzysta z interfejsu węzła sieci prywatnej lub interfejsu sieci prywatnej do sieci (PNNI). PNNI wykorzystuje ten sam algorytm skrótu używany przez OSPF i IS-IS do kierowania pakietów IP w celu wymiany informacji topologicznych.pomiędzy przełącznikami i wyborem trasy przez sieć. PNNI obejmuje również potężny mechanizm sumujący, które pozwala na tworzenie bardzo dużej algorytm sieci i kontrola dostępu wyzwanie (CAC), która określa dostępność wystarczającej przepustowości na proponowanej trasie przez sieć, aby zaspokoić wymagania konserwacyjne lub VC VP.

Przyjmowanie i łączenie połączeń

Sieć musi ustanowić połączenie, zanim obie strony mogą wysyłać do siebie komórek. W ATM nazywany jest to obwodem wirtualnym (VC). Może to być stały obwód wirtualny (PVC), który jest tworzony w końcowych administracyjnych lub przełączany obwód wirtualny (SVC) utworzony przez konieczność porozumiewania się stron. Stworzenie zarządzanej sygnalizacji SVC, co wskazuje żądany przyjęcie dla gospodarza, rodzaju usługi zamówione i parametrów ruchu, które mogą być stosowane do wybranej usługi. Następnie "Sieć" potwierdzi, że żądane zasoby są dostępne i że istnieje trasa dla połączenia. Technologia ATM definiuje następujące trzy poziomy:

ATM Adaptation (AAL);

,

2 ATM, który w przybliżeniu odpowiada OSI łącze danych;

jest fizyczne, co odpowiada podobnemu poziomowi OSI.

Wdrażanie i upowszechnianie

Technologia ATM stała się popularna wśród wielu firm telekomunikacyjnych i producentów komputerowych w 1990 roku. Jednak nawet do końca obecnej dekady najlepsza cena i wydajność produktów opartych na protokole internetowym zaczęły konkurować z ATM w zakresie integracji w czasie rzeczywistym i ruchu sieciowego w pakietach.Niektóre firmy koncentrują się dziś na produktach ATM, podczas gdy inne oferują je jako opcję.

Technologia mobilna

Technologia bezprzewodowa składa się z podstawowej sieci ATM z siecią bezprzewodową. Komórki są przesyłane ze stacji bazowych do terminali mobilnych. Funkcje mobilności są wykonywane na przełączniku ATM w sieci bazowej znanej jako "crossover", która jest podobna do MSC (mobilne centrum przełączania) sieci GSM. Zaletą bezprzewodowego ATM jest jego wysoka przepustowość i wysoka prędkość usługi, wykonywane na poziomie 2. We wczesnych latach dziewięćdziesiątych niektóre laboratoria badawcze były aktywne w tej dziedzinie. Forum ATM zostało stworzone w celu standaryzacji technologii bezprzewodowej. Był wspierany przez kilka firm telekomunikacyjnych, w tym NEC, Fujitsu i AT & T. Technologia mobilna ATM ma na celu zapewnienie szybkiej multimedialnej technologii komunikacyjnej zdolnej do zapewniania szerokopasmowej łączności mobilnej, z wyjątkiem sieci GSM i WLAN.