Az ATM technológia a nemzetközi szabványok által meghatározott távközlési koncepció a felhasználói forgalom teljes skálájának szállítására, beleértve a hang-, adat- és videojeleket. A szélessávú szolgáltatások digitális hálózatának igényeinek kielégítésére fejlesztették ki, és eredetileg távközlési hálózatok integrációjára tervezték. Az ATM rövidítés az aszinkron átviteli módot jelenti, és oroszra fordítva "aszinkron adatátvitel"-ként.
A technológiát olyan hálózatokhoz hozták létre, amelyeknek a hagyományos nagy teljesítményű adatforgalmat (például fájlátvitelt) és az alacsony késleltetésű valós idejű tartalmakat (például hang- és videófelvételt) egyaránt kezelniük kell. Az ATM referenciamodellje nagyjából az ISO-OSI három alsó rétegére vonatkozik: hálózati, adatkapcsolati és fizikai. Az ATM a SONET/SDH (nyilvános kapcsolt telefonhálózat) és az integrált szolgáltatású digitális hálózat (ISDN) áramkörökön használt elsődleges protokoll.
Mi ez?
Mit jelent az ATM a hálózati kapcsolathoz? Ő biztosítjaAz áramkörkapcsoláshoz és a csomagkapcsolt hálózatokhoz hasonló funkcionalitás: a technológia aszinkron időosztásos multiplexelést használ, és az adatokat kis fix méretű csomagokba (ISO-OSI keretek) kódolja, amelyeket celláknak nevezünk. Ez különbözik az olyan megközelítésektől, mint az Internet Protocol vagy az Ethernet, amelyek változó méretű csomagokat és kereteket használnak.
Az ATM technológia alapelvei a következők. Kapcsolat-orientált modellt használ, amelyben a tényleges kommunikáció megkezdése előtt virtuális áramkört kell létrehozni két végpont között. Ezek a virtuális áramkörök lehetnek „állandóak”, azaz dedikált kapcsolatok, amelyeket általában a szolgáltató előre konfigurál, vagy „kapcsolható”, azaz minden híváshoz konfigurálható.
Az aszinkron átviteli mód (az ATM az angol rövidítése) az ATM-ekben és fizetési terminálokban használt kommunikációs módszerként ismert. Ez a felhasználás azonban fokozatosan csökken. A technológia használatát az ATM-ekben nagyrészt felváltotta az Internet Protocol (IP). Az ISO-OSI referenciakapcsolatban (2. réteg) az alapul szolgáló átviteli eszközöket általában kereteknek nevezik. Az ATM-ben ezek fix hosszúságúak (53 oktett vagy bájt), és kifejezetten "celláknak" nevezik őket.
Cellaméret
Amint fentebb említettük, az ATM visszafejtés egy aszinkron adatátvitel, amelyet úgy hajtanak végre, hogy azokat meghatározott méretű cellákra osztják.
Ha a beszédjelet csomagokra redukáljuk, és azokkénytelenek egy nagy adatforgalmú linkre küldeni, függetlenül attól, hogy mekkora a méretük, nagy, teljes csomagokkal találkoznak majd. Normál üresjárati körülmények között maximális késleltetést tapasztalhatnak. A probléma elkerülése érdekében minden ATM-csomag vagy cella ugyanolyan kis méretű. Ezen túlmenően a rögzített cellastruktúra azt jelenti, hogy az adatok könnyen átvihetők hardverrel anélkül, hogy a szoftveresen kapcsolt és irányított keretek késleltetése nélkülöznének.
Így az ATM-tervezők kis adatcellákat használtak a jitter (ebben az esetben a késleltetési diszperzió) csökkentésére az adatfolyamok multiplexelése során. Ez különösen fontos hangforgalom továbbításakor, mivel a digitalizált hang analóg hanggá alakítása a valós idejű folyamat szerves része. Ez segíti a dekódoló (kodek) működését, amelyhez egyenletesen (időben) elosztott adatfolyamra van szükség. Ha a sorban következő nem érhető el, amikor szükséges, a kodeknek nincs más választása, mint a szüneteltetés. Később az információ elveszik, mert már letelt az az időtartam, amikor azt jellé kellett volna alakítani.
Hogyan fejlődött az ATM?
Az ATM fejlesztése során a 155 Mbps-os szinkron digitális hierarchiát (SDH) 135 Mbps hasznos terheléssel gyors optikai hálózatnak tekintették, és a hálózatban a Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) kapcsolatai közül sok lényegesen lassabb volt (nem több mint 45 Mbps /Wel). Nál nélEzzel a sebességgel egy tipikus teljes méretű, 1500 bájtos (12 000 bites) adatcsomagnak 77,42 mikroszekundumnál kell letöltenie. Egy kis sebességű kapcsolaton, például egy T1 1,544 Mbps-os vonalon, akár 7,8 ezredmásodpercig is eltartott egy ilyen csomag továbbítása.
A sorban lévő több ilyen csomag által okozott letöltési késleltetés többszöröse is meghaladhatja a 7,8 ms-ot. Ez elfogadhatatlan a hangforgalom esetében, amelynek alacsonynak kell lennie a kodekbe betáplált adatfolyamban a jó minőségű hang létrehozásához.
A csomagalapú hangrendszer ezt többféleképpen is megteheti, például a hálózat és a kodek közötti lejátszási puffer használatával. Ez kisimítja a jittert, de a pufferen való áthaladáskor fellépő késleltetés visszhangszűrőt igényel, még a helyi hálózatokon is. Akkoriban túl drágának tartották. Ezenkívül megnövelte a késleltetést a csatornán, és megnehezítette a kommunikációt.
Az ATM hálózati technológia eleve alacsony remegést (és a legalacsonyabb teljes késleltetést) biztosít a forgalom számára.
Hogyan segít ez a hálózati csatlakozásban?
Az ATM kialakítása alacsony jitter hálózati interfészhez készült. Azonban "cellák" kerültek be a tervezésbe, hogy lehetővé tegyék a rövid várakozási sorban állást, miközben továbbra is támogatják a datagram forgalmat. Az ATM technológia az összes csomagot, adat- és hangfolyamot 48 bájtos töredékekre bontotta, és mindegyikhez 5 bájtos útválasztó fejlécet adott, hogy később újra össze lehessen állítani.
Ez a méretválasztáspolitikai volt, nem technikai. Amikor a CCITT (jelenleg ITU-T) szabványosította az ATM-et, az Egyesült Államok képviselői 64 bájtos hasznos terhelést akartak, mivel ez jó kompromisszum volt az adatátvitelre optimalizált nagy mennyiségű információ és a valós idejű alkalmazásokhoz tervezett rövidebb hasznos adatok között. Az európai fejlesztők viszont 32 bájtos csomagokat akartak, mert a kis méret (és ezért a rövid átviteli idő) megkönnyíti a hangalkalmazások számára a visszhang megszüntetését.
A 48 bájtos méretet (plusz a fejléc mérete=53) a két fél közötti kompromisszumként választották. Az 5 bájtos fejléceket azért választottuk, mert a hasznos terhelés 10%-a volt az útválasztási információkért fizetendő maximális ár. Az ATM technológia multiplexelt 53 bájtos cellákat, ami akár 30-szorosára csökkentette az adatsérülést és a késleltetést, csökkentve a visszhangszűrők szükségességét.
ATM cellaszerkezet
Az ATM két különböző cellaformátumot határoz meg: a felhasználói hálózati interfészt (UNI) és a hálózati interfészt (NNI). A legtöbb ATM hálózati kapcsolat UNI-t használ. Az egyes ilyen csomagok szerkezete a következő elemekből áll:
- A Generic Flow Control (GFC) mező egy 4 bites mező, amelyet eredetileg azért adtak hozzá, hogy támogassa az ATM összekapcsolását a nyilvános hálózaton. Topológiailag DQDB (Distributed Queue Dual Bus) gyűrűként ábrázolják. A GFC mezőt úgy alakították ki4 bites User-Network Interface (UNI) biztosítására a multiplexelés és az áramlásvezérlés egyeztetéséhez a különböző ATM kapcsolatok cellái között. Használata és pontos értékei azonban nincsenek szabványosítva, és a mező mindig 0000-re van állítva.
- VPI – virtuális elérési út azonosító (8 bites UNI vagy 12 bites NNI).
- VCI – virtuális csatornaazonosító (16 bit).
- PT – hasznos adattípus (3 bit).
- MSB - hálózati vezérlőcella. Ha értéke 0, a rendszer felhasználói adatcsomagot használ, és struktúrájában 2 bit az Explicit Congestion Indication (EFCI), 1 pedig a hálózati torlódási élmény. Ezen kívül még 1 bit van lefoglalva a felhasználó számára (AAU). Az AAL5 a csomaghatárok jelzésére használja.
- CLP - cellavesztési prioritás (1 bit).
- HEC – fejléc hibakezelés (8 bites CRC).
Az ATM-hálózat a PT mezőt használja különféle speciális cellák kijelölésére műveleti, adminisztrációs és felügyeleti (OAM) célokra, valamint csomaghatárok meghatározására egyes adaptációs rétegekben (AAL). Ha a PT mező MSB értéke 0, akkor ez egy felhasználói adatcella, és a fennmaradó két bit a hálózati torlódás jelzésére, valamint általános célú fejlécbitként használható az adaptációs rétegek számára. Ha az MSB 1, akkor ez egy vezérlőcsomag, és a fennmaradó két bit jelzi a típusát.
Egyes ATM (aszinkron adatátviteli módszer) protokollok a HEC mezőt használják egy CRC-alapú keretezési algoritmus vezérlésére, amely képes megtalálnicellák további költség nélkül. A 8 bites CRC az egybites fejléchibák javítására és a többbitesek észlelésére szolgál. Ha ez utóbbit megtalálja, az aktuális és az azt követő cellákat eldobja a rendszer, amíg meg nem talál egy cellát fejléchibák nélkül.
Az UNI csomag fenntartja a GFC mezőt a helyi áramlásvezérléshez vagy a felhasználók közötti almultiplexeléshez. Ennek célja az volt, hogy több terminál is megosszon egyetlen hálózati kapcsolatot. Arra is használták, hogy két integrált szolgáltatású digitális hálózati (ISDN) telefon ugyanazon az alap ISDN-kapcsolaton osztozzon bizonyos sebességgel. Alapértelmezés szerint mind a négy GFC bitnek nullának kell lennie.
Az NNI cellaformátum nagyjából ugyanúgy replikálja az UNI formátumot, azzal a különbséggel, hogy a 4 bites GFC mezőt átcsoportosítják a VPI mezőbe, 12 bitesre bővítve azt. Így egyetlen NNI ATM-kapcsolat majdnem 216 VC-t képes kezelni minden alkalommal.
Cellák és átvitel a gyakorlatban
Mit jelent az ATM a gyakorlatban? Az AAL-en keresztül különféle típusú szolgáltatásokat támogat. A szabványosított AAL-ok közé tartozik az AAL1, AAL2 és AAL5, valamint a ritkábban használt AAC3 és AAL4. Az első típust állandó bitsebességű (CBR) szolgáltatásokhoz és áramkör-emulációhoz használják. A szinkronizálást az AAL1 is támogatja.
A második és negyedik típus a változó bitsebességű (VBR) szolgáltatásokhoz, az AAL5 az adatokhoz használatos. Az az információ, hogy egy adott cellához melyik AAL-t használják, nincs benne kódolva. Ehelyett koordinálják vagy hozzáigazítjákvégpontok minden virtuális kapcsolathoz.
A technológia kezdeti tervezése után a hálózatok sokkal gyorsabbak lettek. Egy 1500 bájtos (12000 bites) teljes hosszúságú Ethernet-keret mindössze 1,2 µs-ot vesz igénybe a 10 Gb/s-os hálózaton történő átvitelhez, ami csökkenti a kis cellák szükségességét a késleltetés csökkentése érdekében.
Melyek egy ilyen kapcsolat erősségei és gyengeségei?
Az ATM hálózati technológia előnyei és hátrányai a következők. Egyesek úgy vélik, hogy a kommunikáció sebességének növelése lehetővé teszi, hogy a gerinchálózatban Ethernet váltja fel. Azonban meg kell jegyezni, hogy a sebesség növelése önmagában nem csökkenti a sorban állás miatti rezgést. Ezenkívül az IP-csomagok szolgáltatás-adaptációját megvalósító hardver drága.
Ugyanakkor a 48 bájtos fix hasznos terhelés miatt az ATM nem alkalmas adatkapcsolatként közvetlenül IP alatt, mivel az OSI rétegnek, amelyen az IP működik, maximális átviteli egységet (MTU) kell biztosítania. legalább 576 bájt.
Lassabb vagy zsúfolt kapcsolatokon (622 Mbps és ez alatti) az ATM-nek van értelme, és emiatt a legtöbb aszimmetrikus digitális előfizetői vonal (ADSL) rendszer ezt a technológiát köztes rétegként használja a fizikai kapcsolati réteg és a Layer 2 protokoll között. például PPP vagy Ethernet.
Ezen az alacsonyabb sebességeken az ATM hasznos lehetőséget biztosít több logika egyetlen fizikai vagy virtuális adathordozón való átvitelére, bár vannak más módszerek is, például a többcsatornásPPP és Ethernet VLAN-ok, amelyek nem kötelezőek a VDSL megvalósításokban.
A DSL használható az ATM-hálózat elérésére, lehetővé téve, hogy szélessávú ATM-hálózaton keresztül számos internetszolgáltatóhoz csatlakozzon.
Így a technológia hátránya, hogy a modern, nagy sebességű kapcsolatokban elveszti hatékonyságát. Egy ilyen hálózat előnye, hogy jelentősen megnöveli a sávszélességet, mivel közvetlen kapcsolatot biztosít a különböző perifériák között.
Ezenkívül egyetlen fizikai kapcsolattal ATM-et használva több különböző, eltérő jellemzőkkel rendelkező virtuális áramkör is működhet egyszerre.
Ez a technológia meglehetősen hatékony forgalomkezelési eszközöket használ, amelyek jelenleg is fejlődnek. Ez lehetővé teszi különböző típusú adatok egyidejű továbbítását, még akkor is, ha ezek küldésére és fogadására teljesen eltérő követelmények vonatkoznak. Például forgalmat hozhat létre különböző protokollok használatával ugyanazon a csatornán.
A virtuális áramkörök alapjai
Az aszinkron átviteli mód (az ATM rövidítése) virtuális áramköröket (VC) használó link-alapú szállítási rétegként működik. Ez összefügg a virtuális útvonalak (VP) és a csatornák fogalmával. Minden ATM-cella rendelkezik egy 8 bites vagy 12 bites virtuális útazonosítóval (VPI) és egy 16 bites virtuális áramkör-azonosítóval (VCI),a fejlécében van meghatározva.
A VCI a VPI-vel együtt a csomag következő célállomásának azonosítására szolgál, amikor az ATM-kapcsolók sorozatán halad át a cél felé. A VPI hossza attól függően változik, hogy a cellát a felhasználói felületen vagy a hálózati interfészen keresztül küldik.
Ahogy ezek a csomagok áthaladnak az ATM-hálózaton, a váltás a VPI/VCI értékek megváltoztatásával (címkék cseréje) történik. Bár ezek nem feltétlenül egyeznek a kapcsolat végeivel, a séma koncepciója szekvenciális (ellentétben az IP-vel, ahol bármely csomag más útvonalon érheti el a célt). Az ATM-kapcsolók a VPI/VCI mezőket használják a következő hálózat virtuális áramkörének (VCL) azonosítására, amelyet a cellának át kell vinnie a végső rendeltetési helyére. A VCI funkciója hasonló az adatkapcsolati kapcsolat azonosítójához (DLCI) a kerettovábbításban és a logikai csatornacsoport számához az X.25-ben.
A virtuális áramkörök használatának másik előnye, hogy multiplexelési rétegként használhatók, lehetővé téve különböző szolgáltatások (például hang- és kerettovábbítás) használatát. A VPI hasznos egyes virtuális áramkörök kapcsolási táblázatának csökkentésére, amelyek megosztják az útvonalakat.
Cellák és virtuális áramkörök használata a forgalom megszervezésére
Az ATM technológia további forgalommozgásokat is tartalmaz. Amikor az áramkör konfigurálva van, az áramkör minden kapcsolója értesül a csatlakozási osztályról.
Az ATM-forgalmi szerződések a mechanizmus részét képezik„szolgáltatásminőség” (QoS) biztosítása. Négy fő típusa van (és több változata), amelyek mindegyike rendelkezik a kapcsolatot leíró paraméterekkel:
- CBR – állandó adatátviteli sebesség. Meghatározott csúcsarány (PCR), amely rögzített.
- VBR – változó adatsebesség. Meghatározott átlagos vagy állandó állapotú érték (SCR), amely egy bizonyos szinten tetőzhet, a problémák előfordulása előtti maximális időtartamra.
- ABR – elérhető adatsebesség. Minimális garantált érték megadva.
- UBR – meghatározatlan adatátviteli sebesség. A forgalom a fennmaradó sávszélességen megoszlik.
A A VBR valós idejű opciókkal rendelkezik, és más módokban "helyzeti" forgalomra használják. A helytelen időt néha lerövidítik vbr-nrt-re.
A legtöbb forgalmi osztály a Cell Tolerance Variation (CDVT) fogalmát is használja, amely meghatározza az "összevonásukat" az idő múlásával.
Adatátvitel vezérlése
Mit jelent az ATM a fentiek alapján? A hálózat teljesítményének fenntartása érdekében virtuális hálózati forgalmi szabályok alkalmazhatók a csatlakozás belépési pontjain átvitt adatok mennyiségének korlátozására.
A UPC és NPC esetében érvényesített referenciamodell a Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). Általános szabály, hogy a VBR forgalmat általában vezérlővel vezérlik, ellentétben más típusokkal.
Ha az adatmennyiség meghaladja a GCRA által meghatározott forgalmat, a hálózat vagy visszaállíthatjacellákat, vagy jelölje meg a Cell Loss Priority (CLP) bitet (a csomag potenciálisan redundánsként való azonosítására). A fő biztonsági munka a szekvenciális felügyeleten alapul, de ez nem optimális a tokozott csomagforgalomhoz (mert egy egység eldobása a teljes csomagot érvényteleníti). Ennek eredményeként olyan sémákat hoztak létre, mint a Partial Packet Discard (PPD) és az Early Packet Discard (EPD), amelyek képesek egy sor cella eldobására a következő csomag kezdetéig. Ez csökkenti a használhatatlan információk számát a hálózaton, és sávszélességet takarít meg a teljes csomagokhoz.
Az EPD és a PPD AAL5 kapcsolatokkal működik, mert a csomagjelző végét használják: az ATM felhasználói felület jelzésének (AUU) bitjét a fejléc Payload Type mezőjében, amely a SAR utolsó cellájában van beállítva. -SDU.
Forgalomformálás
Az ATM-technológia alapjai ebben a részben a következők szerint ábrázolhatók. A forgalom alakítása általában a felhasználói berendezés hálózati interfészkártyáján (NIC) történik. Ez megkísérli biztosítani, hogy a VC cellaáramlása megfeleljen a forgalmi szerződésének, azaz az egységek ne kerüljenek el vagy csökkenjen a prioritásuk az UNI-ban. Mivel a hálózatban a forgalomkezelésre adott referenciamodell a GCRA, ezt az algoritmust gyakran használják az adatok alakítására és útválasztására is.
A virtuális áramkörök és útvonalak típusai
Az ATM technológia virtuális áramköröket és útvonalakat hozhat létrestatikusan és dinamikusan is. A statikus áramkörök (STS) vagy útvonalak (PVP) megkövetelik, hogy az áramkör egy sor szegmensből álljon, minden egyes interfészpárhoz egyet, amelyen áthalad.
A PVP és a PVC, bár fogalmilag egyszerűek, jelentős erőfeszítést igényel a nagy hálózatokban. Nem támogatják a szolgáltatás átirányítását hiba esetén sem. Ezzel szemben a dinamikusan felépített SPVP-k és SPVC-k egy séma (szolgáltatási "szerződés") és két végpont jellemzőinek megadásával épülnek fel.
Végül az ATM-hálózatok kapcsolt virtuális áramköröket (SVC-ket) hoznak létre és törölnek, amint azt a végberendezés megköveteli. Az SVC-k egyik alkalmazása egyéni telefonhívások lebonyolítása, amikor a kapcsolók hálózata ATM-en keresztül kapcsolódik egymáshoz. Az SVC-ket az ATM LAN-ok lecserélésére is használták.
Virtuális útválasztási séma
A legtöbb SPVP-t, SPVC-t és SVC-t támogató ATM-hálózat a Private Network Node interfészt vagy a Private Network-Network Interface (PNNI) protokollt használja. A PNNI ugyanazt a legrövidebb útvonal-algoritmust használja, amelyet az OSPF és az IS-IS használ az IP-csomagok továbbítására a kapcsolók közötti topológiai információk cseréjéhez és a hálózaton keresztüli útvonalválasztáshoz. A PNNI tartalmaz egy hatékony összegző mechanizmust is, amely lehetővé teszi nagyon nagy hálózatok létrehozását, valamint egy Call Access Control (CAC) algoritmust, amely meghatározza a megfelelő sávszélesség elérhetőségét a hálózaton átmenő javasolt útvonalon ahhoz, hogy megfeleljen a VC szolgáltatási követelményeinek. vagy VP.
Fogadás és csatlakozáshívások
A hálózatnak kapcsolatot kell létesítenie, mielőtt mindkét fél cellákat küldhetne egymásnak. Az ATM-ben ezt virtuális áramkörnek (VC) nevezik. Ez lehet egy állandó virtuális áramkör (PVC), amelyet adminisztratív módon hoznak létre a végpontokon, vagy egy kapcsolt virtuális áramkör (SVC), amelyet az átadó felek szükség szerint hoznak létre. Az SVC létrehozását jelzés vezérli, amelyben a kérelmező megadja a fogadó fél címét, a kért szolgáltatás típusát és a kiválasztott szolgáltatásra vonatkozó esetleges forgalmi paramétereket. A hálózat ezután megerősíti, hogy a kért erőforrások rendelkezésre állnak, és hogy létezik-e útvonal a kapcsolathoz.
Az ATM technológia a következő három szintet határozza meg:
- ATM adaptációk (AAL);
- 2 ATM, nagyjából megegyezik az OSI adatkapcsolati rétegével;
- fizikai megfelelője ugyanannak az OSI-rétegnek.
Üzembe helyezés és terjesztés
Az ATM technológia az 1990-es években vált népszerűvé a telefontársaságok és számos számítógépgyártó körében. Azonban még ennek az évtizednek a végére az Internet Protocol termékek legjobb ára és teljesítménye versenyezni kezdett az ATM-mel a valós idejű integráció és a csomagkapcsolt hálózati forgalom terén.
Egyes vállalatok még ma is az ATM-termékekre összpontosítanak, míg mások opcióként kínálják ezeket.
Mobiltechnológia
A vezeték nélküli technológia egy ATM-maghálózatból és vezeték nélküli hozzáférési hálózatból áll. A cellákat itt továbbítják a bázisállomásokról a mobil terminálokra. FunkciókA mobilitásokat a maghálózatban található ATM-kapcsolón hajtják végre, amely "crossover" néven ismert, ami a GSM-hálózatok MSC-jéhez (Mobile Switching Center) analóg. Az ATM vezeték nélküli kommunikáció előnye a nagy átviteli sebesség és a 2. rétegben végrehajtott magas átadási sebesség.
Az 1990-es évek elején néhány kutatólaboratórium tevékenykedett ezen a területen. Az ATM fórumot a vezeték nélküli hálózati technológia szabványosítására hozták létre. Számos távközlési vállalat támogatta, köztük a NEC, a Fujitsu és az AT&T. Az ATM mobiltechnológia célja olyan nagy sebességű multimédiás kommunikációs technológia biztosítása, amely képes a GSM- és WLAN-hálózatokon túlmenően mobil szélessáv biztosítására.
