Tehnologia ATM este un concept de telecomunicații definit de standardele internaționale pentru transportul întregii game de trafic de utilizatori, inclusiv semnale de voce, date și video. A fost dezvoltat pentru a răspunde nevoilor unei rețele digitale de servicii în bandă largă și a fost conceput inițial pentru integrarea rețelelor de telecomunicații. Abrevierea ATM reprezintă modul de transfer asincron și este tradusă în rusă ca „transfer asincron de date”.
Tehnologia a fost creată pentru rețelele care trebuie să gestioneze atât traficul tradițional de date de în altă performanță (cum ar fi transferul de fișiere), cât și conținutul în timp real cu latență redusă (cum ar fi voce și video). Modelul de referință pentru ATM mapează aproximativ cele trei straturi inferioare ale ISO-OSI: rețea, legătură de date și fizic. ATM-ul este protocolul principal utilizat în circuitele SONET/SDH (rețea publică de telefonie comutată) și rețeaua digitală cu servicii integrate (ISDN).
Ce este asta?
Ce înseamnă ATM pentru o conexiune la rețea? Ea oferăfuncționalitate similară cu comutarea de circuite și rețelele cu comutare de pachete: tehnologia folosește multiplexarea asincronă cu diviziune în timp și codifică datele în pachete de dimensiuni mici (cadre ISO-OSI) numite celule. Aceasta este diferită de abordări precum protocolul Internet sau Ethernet, care utilizează pachete și cadre de dimensiuni variabile.
Principiile de bază ale tehnologiei ATM sunt următoarele. Utilizează un model orientat spre conexiune în care trebuie stabilit un circuit virtual între două puncte finale înainte ca comunicarea reală să poată începe. Aceste circuite virtuale pot fi „permanente”, adică conexiuni dedicate care sunt de obicei pre-configurate de furnizorul de servicii sau „comutabile”, adică configurabile pentru fiecare apel.
Modul de transfer asincron (ATM înseamnă engleză) este cunoscut ca metoda de comunicare folosită în bancomate și terminale de plată. Cu toate acestea, această utilizare scade treptat. Utilizarea tehnologiei în bancomate a fost în mare măsură înlocuită de Internet Protocol (IP). În legătura de referință ISO-OSI (Layer 2), dispozitivele de transmisie subiacente sunt denumite în mod obișnuit cadre. În ATM, acestea au o lungime fixă (53 octeți sau octeți) și sunt numite în mod specific „celule”.
Dimensiunea celulei
După cum sa menționat mai sus, decriptarea ATM este un transfer asincron de date efectuat prin împărțirea acestora în celule de o anumită dimensiune.
Dacă semnalul de vorbire este redus la pachete, iar acesteaforțați să fie trimiși pe o legătură cu trafic intens de date, indiferent de dimensiunea lor, ei vor întâlni pachete mari în întregime. În condiții normale de inactivitate, aceștia pot suferi întârzieri maxime. Pentru a evita această problemă, toate pachetele sau celulele ATM au aceeași dimensiune mică. În plus, structura celulară fixă înseamnă că datele pot fi transferate cu ușurință prin hardware, fără întârzierile inerente introduse de cadrele comutate și direcționate prin software.
Astfel, designerii ATM-uri au folosit celule de date mici pentru a reduce fluctuația (în acest caz, dispersia întârzierii) în multiplexarea fluxurilor de date. Acest lucru este deosebit de important atunci când transportați trafic vocal, deoarece conversia vocii digitizate în audio analogic este o parte integrantă a procesului în timp real. Acest lucru ajută la funcționarea decodorului (codec-ului), care necesită un flux uniform distribuit (în timp) de elemente de date. Dacă următorul în linie nu este disponibil atunci când este necesar, codecul nu are de ales decât să întrerupă. Ulterior, informațiile se pierd deoarece perioada de timp în care ar fi trebuit să fie convertită într-un semnal a trecut deja.
Cum s-a dezvoltat ATM-ul?
În timpul dezvoltării ATM, ierarhia digitală sincronă (SDH) de 155 Mbps cu sarcină utilă de 135 Mbps a fost considerată o rețea optică rapidă, iar multe dintre legăturile ierarhiei digitale plesiocrone (PDH) din rețea au fost semnificativ mai lente (nu mai mult de 45 Mbps /Cu). LaLa această rată, un pachet de date obișnuit de dimensiune completă de 1500 de octeți (12.000 de biți) ar trebui să se descarce la 77,42 microsecunde. Pe o legătură de viteză mică, cum ar fi o linie T1 de 1,544 Mbps, a fost nevoie de până la 7,8 milisecunde pentru a transmite un astfel de pachet.
Întârzierea de descărcare cauzată de mai multe astfel de pachete din coadă poate depăși de câteva ori numărul de 7,8 ms. Acest lucru este inacceptabil pentru traficul de voce, care trebuie să aibă fluctuații scăzute în fluxul de date introdus în codec pentru a produce un sunet de bună calitate.
Sistemul de voce de pachete poate face acest lucru în mai multe moduri, cum ar fi utilizarea unui buffer de redare între rețea și codec. Acest lucru atenuează fluctuația, dar întârzierea care apare la trecerea prin buffer necesită un anulator de eco, chiar și în rețelele locale. La acea vreme era considerat prea scump. În plus, a crescut întârzierea pe canal și a îngreunat comunicarea.
Tehnologia de rețea ATM oferă în mod inerent fluctuații reduse (și cea mai mică latență generală) pentru trafic.
Cum ajută acest lucru la conexiunea la rețea?
Designul ATM este pentru interfața de rețea cu fluctuații reduse. Cu toate acestea, „celule” au fost introduse în design pentru a permite întârzieri scurte la coadă, în timp ce suportă traficul de datagrame. Tehnologia ATM a spart toate pachetele, datele și fluxurile de voce în fragmente de 48 de octeți, adăugând un antet de rutare de 5 octeți la fiecare, astfel încât acestea să poată fi reasamblate mai târziu.
Această alegere a mărimiia fost politic, nu tehnic. Când CCITT (în prezent ITU-T) a standardizat ATM, reprezentanții SUA au dorit o sarcină utilă de 64 de octeți, deoarece a fost considerat un bun compromis între cantitățile mari de informații optimizate pentru transmisia de date și încărcături mai scurte concepute pentru aplicații în timp real. La rândul lor, dezvoltatorii din Europa au dorit pachete de 32 de octeți, deoarece dimensiunea mică (și, prin urmare, timpul scurt de transmisie) facilitează aplicațiile de voce în ceea ce privește anularea ecoului.
Dimensiunea de 48 de octeți (plus dimensiunea antetului=53) a fost aleasă ca un compromis între cele două părți. Anteturile de 5 octeți au fost alese deoarece 10% din sarcina utilă a fost considerată a fi prețul maxim de plătit pentru informațiile de rutare. Tehnologia ATM a multiplexat celule de 53 de octeți, ceea ce a redus corupția și latența datelor de până la 30 de ori, reducând nevoia de anulare a ecoului.
Structura celulei ATM
ATM definește două formate de celule diferite: interfața de rețea cu utilizatorul (UNI) și interfața de rețea (NNI). Majoritatea legăturilor de rețea ATM folosesc UNI. Structura fiecărui astfel de pachet constă din următoarele elemente:
- Câmpul Generic Flow Control (GFC) este un câmp pe 4 biți care a fost adăugat inițial pentru a sprijini interconectarea ATM în rețeaua publică. Din punct de vedere topologic, este reprezentat ca un inel Distributed Queue Dual Bus (DQDB). Câmpul GFC a fost proiectat astfel încâtpentru a furniza 4 biți de interfață utilizator-rețea (UNI) pentru a negocia multiplexarea și controlul fluxului între celulele diferitelor conexiuni ATM. Cu toate acestea, utilizarea sa și valorile exacte nu au fost standardizate, iar câmpul este întotdeauna setat la 0000.
- VPI - identificator de cale virtuală (UNI de 8 biți sau NNI de 12 biți).
- VCI - identificator de canal virtual (16 biți).
- PT - tip de sarcină utilă (3 biți).
- MSB - celulă de control al rețelei. Dacă valoarea sa este 0, se folosește un pachet de date utilizator, iar în structura sa, 2 biți reprezintă indicația explicită de congestie (EFCI) și 1 este experiența de congestie a rețelei. În plus, încă 1 bit este alocat utilizatorului (AAU). Este folosit de AAL5 pentru a indica limitele pachetelor.
- CLP - prioritatea pierderii celulei (1 bit).
- HEC - control eroare antet (CRC pe 8 biți).
Rețeaua ATM utilizează câmpul PT pentru a desemna diferite celule speciale pentru operațiuni, administrare și management (OAM) și pentru a defini limitele pachetelor în unele straturi de adaptare (AAL). Dacă valoarea MSB a câmpului PT este 0, aceasta este o celulă de date de utilizator și cei doi biți rămași sunt utilizați pentru a indica congestionarea rețelei și ca bit de antet de uz general disponibil pentru straturile de adaptare. Dacă MSB este 1, este un pachet de control, iar cei doi biți rămași indică tipul acestuia.
Unele protocoale ATM (Asynchronous Data Transfer Method) folosesc câmpul HEC pentru a controla un algoritm de încadrare bazat pe CRC care poate găsicelule fără costuri suplimentare. CRC pe 8 biți este utilizat pentru a corecta erorile de antet pe un singur bit și pentru a le detecta pe mai mulți biți. Când acestea din urmă sunt găsite, celulele curente și ulterioare sunt eliminate până când o celulă este găsită fără erori de antet.
Pachetul UNI rezervă câmpul GFC pentru controlul fluxului local sau submultiplexarea între utilizatori. Aceasta a fost menită să permită mai multor terminale să partajeze o singură conexiune de rețea. A fost, de asemenea, folosit pentru a permite două telefoane cu rețea digitală cu servicii integrate (ISDN) să partajeze aceeași conexiune ISDN de bază la o anumită viteză. Toți cei patru biți GFC trebuie să fie zero în mod implicit.
Formatul de celule NNI reproduce formatul UNI în același mod, cu excepția faptului că câmpul GFC de 4 biți este realocat în câmpul VPI, extinzându-l la 12 biți. Deci, o conexiune NNI ATM poate gestiona aproape 216 VC de fiecare dată.
Celule și transmisie în practică
Ce înseamnă ATM în practică? Acceptă diverse tipuri de servicii prin AAL. AAL-urile standardizate includ AAL1, AAL2 și AAL5, precum și AAC3 și AAL4 mai puțin frecvent utilizate. Primul tip este utilizat pentru servicii cu rata de biți constantă (CBR) și emularea circuitelor. Sincronizarea este acceptată și în AAL1.
Al doilea și al patrulea tip sunt utilizate pentru serviciile cu rată de biți variabilă (VBR), AAL5 pentru date. Informațiile despre care AAL este utilizat pentru o anumită celulă nu sunt codificate în ea. În schimb, este coordonat sau ajustat lapuncte finale pentru fiecare conexiune virtuală.
După proiectarea inițială a acestei tehnologii, rețelele au devenit mult mai rapide. Un cadru Ethernet de lungime completă de 1500 de octeți (12000 de biți) durează doar 1,2 µs pentru a transmite într-o rețea de 10 Gbps, reducând nevoia de celule mici pentru a reduce latența.
Care sunt punctele forte și punctele slabe ale unei astfel de relații?
Avantajele și dezavantajele tehnologiei de rețea ATM sunt următoarele. Unii cred că creșterea vitezei de comunicare va permite înlocuirea acesteia cu Ethernet în rețeaua principală. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că creșterea vitezei de la sine nu reduce fluctuația din cauza coadă. În plus, hardware-ul pentru implementarea adaptării serviciului pentru pachetele IP este costisitor.
În același timp, din cauza sarcinii utile fixe de 48 de octeți, ATM nu este potrivit ca legătură de date direct sub IP, deoarece stratul OSI pe care operează IP trebuie să ofere o unitate de transmisie maximă (MTU) de la cel puțin 576 de octeți.
La conexiunile mai lente sau aglomerate (622 Mbps și mai jos), ATM-ul are sens și, din acest motiv, majoritatea sistemelor de linii digitale asimetrice de abonat (ADSL) folosesc această tehnologie ca strat intermediar între stratul de legătură fizică și protocolul Layer 2 cum ar fi PPP sau Ethernet.
La aceste viteze mai mici, ATM-ul oferă capacitatea utilă de a transporta mai multe logici pe un singur suport fizic sau virtual, deși există și alte metode, cum ar fi multi-canalVLAN-uri PPP și Ethernet, care sunt opționale în implementările VDSL.
DSL poate fi folosit ca o modalitate de a accesa rețeaua ATM, permițându-vă să vă conectați la mulți ISP-uri printr-o rețea ATM în bandă largă.
Astfel, dezavantajele tehnologiei sunt că își pierde eficacitatea în conexiunile moderne de mare viteză. Avantajul unei astfel de rețele este că mărește semnificativ lățimea de bandă, deoarece oferă o conexiune directă între diverse dispozitive periferice.
În plus, cu o conexiune fizică folosind ATM, mai multe circuite virtuale diferite cu caracteristici diferite pot funcționa simultan.
Această tehnologie folosește instrumente destul de puternice de gestionare a traficului care continuă să se dezvolte în prezent. Acest lucru face posibilă transmiterea datelor de diferite tipuri în același timp, chiar dacă au cerințe complet diferite pentru trimiterea și primirea lor. De exemplu, puteți crea trafic folosind protocoale diferite pe același canal.
Elementele de bază ale circuitelor virtuale
Modul de transfer asincron (abreviere pentru ATM) funcționează ca un strat de transport bazat pe link folosind circuite virtuale (VC). Acest lucru este legat de conceptul de căi virtuale (VP) și canale. Fiecare celulă ATM are un identificator de cale virtuală (VPI) de 8 sau 12 biți și un identificator de circuit virtual (VCI) de 16 biți,definit în antetul său.
VCI, împreună cu VPI, este folosit pentru a identifica următoarea destinație a unui pachet pe măsură ce trece printr-o serie de comutatoare ATM în drum spre destinație. Lungimea VPI variază în funcție de dacă celula este trimisă prin interfața de utilizator sau prin interfața de rețea.
Pe măsură ce aceste pachete trec prin rețeaua ATM, comutarea are loc prin modificarea valorilor VPI/VCI (înlocuirea etichetelor). Deși nu se potrivesc neapărat cu capetele conexiunii, conceptul schemei este secvențial (spre deosebire de IP, unde orice pachet poate ajunge la destinație pe o altă rută). Comutatoarele ATM folosesc câmpurile VPI/VCI pentru a identifica circuitul virtual (VCL) al următoarei rețele pe care o celulă trebuie să o tranziteze în drum spre destinația sa finală. Funcția VCI este similară cu cea a identificatorului de conexiune de legătură de date (DLCI) din frame relay și cu numărul grupului de canale logic în X.25.
Un alt avantaj al utilizării circuitelor virtuale este că acestea pot fi utilizate ca strat de multiplexare, permițând utilizarea diferitelor servicii (cum ar fi vocea și retransmisie de cadre). VPI este util pentru reducerea tabelului de comutare a unor circuite virtuale care partajează căi.
Folosirea celulelor și a circuitelor virtuale pentru a organiza traficul
Tehnologia ATM include circulația suplimentară a traficului. Când circuitul este configurat, fiecare comutator din circuit este informat despre clasa de conectare.
Contractele de trafic ATM fac parte din mecanismfurnizarea de „calitate a serviciului” (QoS). Există patru tipuri principale (și mai multe variante), fiecare având un set de parametri care descriu conexiunea:
- CBR - rata constantă a datelor. Rata de vârf specificată (PCR) care este fixă.
- VBR - rată variabilă a datelor. Valoarea medie sau staționară specificată (SCR), care poate atinge vârful la un anumit nivel, pentru intervalul maxim înainte de apariția problemelor.
- ABR - rata de date disponibilă. Valoarea minimă garantată specificată.
- UBR - rată de date nedefinită. Traficul este distribuit pe lățimea de bandă rămasă.
VBR are opțiuni în timp real, iar în alte moduri este folosit pentru traficul „situațional”. Timpul incorect este uneori scurtat la vbr-nrt.
Majoritatea claselor de trafic folosesc, de asemenea, conceptul de variație a toleranței celulare (CDVT), care definește „agregarea” lor în timp.
Controlul transmiterii datelor
Ce înseamnă ATM având în vedere cele de mai sus? Pentru a menține performanța rețelei, pot fi aplicate reguli de trafic în rețea virtuală pentru a limita cantitatea de date transferate la punctele de intrare în conexiune.
Modelul de referință validat pentru UPC și NPC este algoritmul generic al vitezei celulare (GCRA). De regulă, traficul VBR este de obicei controlat folosind un controler, spre deosebire de alte tipuri.
Dacă cantitatea de date depășește traficul definit de GCRA, rețeaua se poate reseta fiecelule sau marcați bitul Cell Loss Priority (CLP) (pentru a identifica pachetul ca potențial redundant). Principala activitate de securitate se bazează pe monitorizarea secvențială, dar aceasta nu este optimă pentru traficul de pachete încapsulate (deoarece eliminarea unei unități va invalida întregul pachet). Ca rezultat, au fost create scheme precum Partial Packet Discard (PPD) și Early Packet Discard (EPD) care sunt capabile să arunce o serie întreagă de celule până la începerea următorului pachet. Acest lucru reduce numărul de informații inutile din rețea și economisește lățime de bandă pentru pachete complete.
EPD și PPD funcționează cu conexiuni AAL5, deoarece folosesc sfârșitul marcatorului de pachet: bitul ATM User Interface Indication (AUU) în câmpul Payload Type al antetului, care este setat în ultima celulă a SAR -SDU.
Modificarea traficului
Bazele tehnologiei ATM din această parte pot fi reprezentate după cum urmează. Formarea traficului are loc de obicei la o placă de interfață de rețea (NIC) din echipamentul utilizatorului. Acest lucru încearcă să se asigure că fluxul de celule de pe VC se va potrivi cu contractul său de trafic, adică unitățile nu vor fi abandonate sau reduse în prioritate la UNI. Deoarece modelul de referință dat pentru gestionarea traficului în rețea este GCRA, acest algoritm este folosit în mod obișnuit și pentru modelarea și rutarea datelor.
Tipuri de circuite și căi virtuale
Tehnologia ATM poate crea circuite și căi virtuale castatic cat si dinamic. Circuitele statice (STS) sau căile (PVP) necesită ca circuitul să fie format dintr-o serie de segmente, câte unul pentru fiecare pereche de interfețe prin care trece.
PVP și PVC, deși sunt simple din punct de vedere conceptual, necesită un efort considerabil în rețelele mari. De asemenea, nu acceptă redirecționarea serviciului în caz de defecțiune. În schimb, SPVP și SPVC construite dinamic sunt construite prin specificarea caracteristicilor unei scheme (un „contract”) de servicii și a două puncte finale.
În sfârșit, rețelele ATM creează și șterg circuite virtuale comutate (SVC) așa cum este cerut de echipamentul final. O aplicație pentru SVC-uri este de a efectua apeluri telefonice individuale atunci când o rețea de comutatoare este interconectată prin ATM. SVC-urile au fost folosite și în încercarea de a înlocui rețelele LAN ATM.
Schema de rutare virtuală
Majoritatea rețelelor ATM care acceptă SPVP, SPVC și SVC utilizează interfața Private Network Node sau protocolul Private Network-to-Network Interface (PNNI). PNNI utilizează același algoritm de calea cea mai scurtă folosit de OSPF și IS-IS pentru a ruta pachetele IP pentru schimbul de informații de topologie între comutatoare și selectarea rutei prin rețea. PNNI include, de asemenea, un mecanism de rezumare puternic care permite crearea de rețele foarte mari, precum și un algoritm de control al accesului la apel (CAC) care determină disponibilitatea unei lățimi de bandă suficiente de-a lungul unei rute propuse prin rețea pentru a îndeplini cerințele de serviciu ale unui VC sau VP.
Se primesc și se conectează laapeluri
Rețeaua trebuie să stabilească o conexiune înainte ca ambele părți să își poată trimite celule una către alta. În ATM, acesta se numește circuit virtual (VC). Acesta poate fi un circuit virtual permanent (PVC) care este creat administrativ la punctele finale sau un circuit virtual comutat (SVC) care este creat după cum este necesar de către părțile care transmit. Crearea unui SVC este controlată prin semnalizare, în care solicitantul specifică adresa părții care primește, tipul de serviciu solicitat și orice parametri de trafic care pot fi aplicabili serviciului selectat. Rețeaua va confirma apoi că resursele solicitate sunt disponibile și că există o rută pentru conexiune.
Tehnologia ATM definește următoarele trei niveluri:
- Adaptări ATM (AAL);
- 2 ATM, aproximativ echivalent cu stratul de legătură de date OSI;
- echivalent fizic cu același strat OSI.
Implementare și distribuție
Tehnologia ATM a devenit populară printre companiile de telefonie și mulți producători de computere în anii 1990. Cu toate acestea, chiar și până la sfârșitul acestui deceniu, cel mai bun preț și performanță al produselor cu protocol Internet au început să concureze cu ATM-ul pentru integrarea în timp real și traficul de pachete în rețea.
Unele companii se concentrează în prezent pe produse ATM-uri, în timp ce altele le oferă ca opțiune.
Tehnologie mobilă
Tehnologia wireless constă dintr-o rețea centrală ATM cu o rețea de acces fără fir. Celulele aici sunt transmise de la stațiile de bază la terminalele mobile. FuncțiiMobilitățile sunt efectuate pe un comutator ATM din rețeaua de bază, cunoscut sub numele de „crossover”, care este analog cu MSC (Mobile Switching Center) al rețelelor GSM. Avantajul comunicației fără fir ATM este debitul ridicat și rata mare de transfer efectuată la nivelul 2.
La începutul anilor 1990, unele laboratoare de cercetare erau active în acest domeniu. Forumul ATM a fost creat pentru a standardiza tehnologia de rețea fără fir. A fost susținută de mai multe companii de telecomunicații, inclusiv NEC, Fujitsu și AT&T. Tehnologia mobilă ATM urmărește să ofere tehnologii de comunicații multimedia de mare viteză capabile să ofere bandă largă mobilă dincolo de rețelele GSM și WLAN.
