ATM tehnologija je telekomunikacijski koncept definiran međunarodnim standardima za nošenje cijelog raspona korisničkog prometa, uključujući glas, podatke i video signale. Razvijen je kako bi zadovoljio potrebe digitalne mreže širokopojasnih usluga i izvorno je dizajniran za integraciju telekomunikacijskih mreža. Skraćenica bankomata je asinkroni način prijenosa i prevedena je na ruski kao "asinkroni prijenos podataka".
Tehnologija je stvorena za mreže koje trebaju nositi i tradicionalni podatkovni promet visokih performansi (kao što je prijenos datoteka) i sadržaj u stvarnom vremenu niske latencije (kao što su glas i video). Referentni model za ATM preslikava otprilike na tri niža sloja ISO-OSI: mrežu, podatkovnu vezu i fizički. ATM je primarni protokol koji se koristi preko krugova SONET/SDH (javna telefonska mreža) i digitalne mreže integriranih usluga (ISDN).
Što je ovo?
Što bankomat znači za mrežnu vezu? Ona osiguravafunkcionalnost slična komutiranju krugova i mrežama s komutacijom paketa: tehnologija koristi asinkrono multipleksiranje s vremenskom podjelom i kodira podatke u male pakete fiksne veličine (ISO-OSI okviri) zvane ćelije. To se razlikuje od pristupa kao što su Internet Protocol ili Ethernet, koji koriste pakete i okvire promjenjive veličine.
Osnovni principi ATM tehnologije su sljedeći. Koristi model orijentiran na povezivanje u kojem se virtualni krug mora uspostaviti između dvije krajnje točke prije nego što stvarna komunikacija može početi. Ti virtualni sklopovi mogu biti "trajni", odnosno namjenske veze koje obično unaprijed konfigurira davatelj usluga, ili "preklopni", odnosno konfigurirani za svaki poziv..
Asynchonous Transfer Mode (ATM znači engleski) poznat je kao komunikacijska metoda koja se koristi u bankomatima i terminalima za plaćanje. Međutim, ova upotreba postupno opada. Korištenje tehnologije u bankomatima uvelike je zamijenjeno internetskim protokolom (IP). U ISO-OSI referentnoj vezi (Sloj 2), osnovni uređaji za prijenos obično se nazivaju okviri. U bankomatu imaju fiksnu duljinu (53 okteta ili bajta) i posebno se nazivaju "ćelije".
Veličina ćelije
Kao što je gore navedeno, dešifriranje bankomata je asinkroni prijenos podataka koji se provodi podjelom u ćelije određene veličine.
Ako se govorni signal svede na pakete, a oniprisiljeni biti poslani na vezu s velikim podatkovnim prometom, bez obzira na njihovu veličinu, naići će na velike kompletne pakete. U normalnim uvjetima mirovanja mogu doživjeti maksimalna kašnjenja. Kako bi se izbjegao ovaj problem, svi ATM paketi ili ćelije imaju istu malu veličinu. Osim toga, fiksna struktura ćelije znači da se podaci mogu lako prenijeti hardverom bez inherentnih kašnjenja koje unose softverski komutirani i usmjeravani okviri.
Tako su dizajneri bankomata koristili male podatkovne ćelije kako bi smanjili podrhtavanje (u ovom slučaju, disperziju kašnjenja) u multipleksiranju tokova podataka. To je posebno važno kada se prenosi glasovni promet, budući da je pretvorba digitaliziranog glasa u analogni zvuk sastavni dio procesa u stvarnom vremenu. To pomaže u radu dekodera (kodeka), koji zahtijeva jednoliko raspoređen (u vremenu) tok podataka. Ako sljedeći na redu nije dostupan kada je potrebno, kodek nema izbora nego pauzirati. Kasnije se informacija gubi jer je već prošao vremenski period u kojem je trebao biti pretvoren u signal.
Kako se razvio bankomat?
Tijekom razvoja ATM-a, 155 Mbps Synchronous Digital Hierarchy (SDH) sa 135 Mbps korisnim opterećenjem smatrala se brzom optičkom mrežom, a mnoge veze Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) u mreži bile su znatno sporije (ne više od 45 Mbps /sa). NaOvom brzinom, tipičan paket podataka pune veličine od 1500 bajta (12 000 bita) trebao bi se preuzeti u 77,42 mikrosekunde. Na linku male brzine kao što je linija T1 1,544 Mbps, za prijenos takvog paketa bilo je potrebno do 7,8 milisekundi.
Kašnjenje preuzimanja uzrokovano nekoliko takvih paketa u redu može nekoliko puta premašiti broj od 7,8 ms. To je neprihvatljivo za glasovni promet, koji mora imati nisko podrhtavanje u toku podataka koji se unose u kodek da bi proizveo zvuk dobre kvalitete.
Paketni glasovni sustav to može učiniti na nekoliko načina, kao što je korištenje međuspremnika za reprodukciju između mreže i kodeka. To izglađuje podrhtavanje, ali kašnjenje koje se javlja prilikom prolaska kroz međuspremnik zahtijeva poništavanje jeke, čak i na lokalnim mrežama. U to vrijeme se smatralo preskupim. Osim toga, povećao je kašnjenje na kanalu i otežao komunikaciju.
ATM mrežna tehnologija inherentno osigurava nisko podrhtavanje (i najnižu ukupnu latenciju) za promet.
Kako ovo pomaže s mrežnom vezom?
Dizajn bankomata je za mrežno sučelje s niskim podrhtavanjem. Međutim, "ćelije" su uvedene u dizajn kako bi se omogućila kratka kašnjenja u čekanju dok su i dalje podržavali promet datagrama. ATM tehnologija razbila je sve pakete, podatke i glasovne tokove u fragmente od 48 bajta, dodajući svakom od 5-bajtnih zaglavlja za usmjeravanje kako bi se kasnije mogli ponovno sastaviti.
Ovaj izbor veličinebio politički, a ne tehnički. Kada je CCITT (trenutačno ITU-T) standardizirao ATM, predstavnici SAD-a željeli su 64-bajtna korisna opterećenja jer se smatralo dobrim kompromisom između velikih količina informacija optimiziranih za prijenos podataka i kraćeg tereta dizajniranog za aplikacije u stvarnom vremenu. Zauzvrat, programeri u Europi željeli su pakete od 32 bajta jer mala veličina (i stoga kratko vrijeme prijenosa) olakšava glasovne aplikacije u smislu poništavanja jeke.
Veličina od 48 bajtova (plus veličina zaglavlja=53) odabrana je kao kompromis između dvije strane. Zaglavlja od 5 bajta odabrana su jer se smatralo da je 10% korisnog opterećenja najveća cijena za informacije o usmjeravanju. ATM tehnologija multipleksirala je ćelije od 53 bajta, što je smanjilo oštećenje podataka i kašnjenje do 30 puta, smanjujući potrebu za poništavačima jeke.
struktura ćelije bankomata
ATM definira dva različita formata ćelija: korisničko sučelje mreže (UNI) i mrežno sučelje (NNI). Većina mrežnih veza bankomata koristi UNI-je. Struktura svakog takvog paketa sastoji se od sljedećih elemenata:
- Polje Generičke kontrole protoka (GFC) je 4-bitno polje koje je izvorno dodano za podršku međupovezivanja ATM-a u javnoj mreži. Topološki je predstavljen kao prsten s dvostrukom sabirnicom distribuiranog reda čekanja (DQDB). GFC polje je dizajnirano tako daosigurati 4 bita korisničkog-mrežnog sučelja (UNI) za pregovaranje o multipleksiranju i kontroli protoka između ćelija različitih ATM veza. Međutim, njegova upotreba i točne vrijednosti nisu standardizirane i polje je uvijek postavljeno na 0000.
- VPI - identifikator virtualne staze (8-bitni UNI ili 12-bitni NNI).
- VCI - identifikator virtualnog kanala (16 bita).
- PT - vrsta tereta (3 bita).
- MSB - kontrolna ćelija mreže. Ako je njegova vrijednost 0, koristi se paket korisničkih podataka, au njegovoj strukturi 2 bita je eksplicitna indikacija zagušenja (EFCI), a 1 je iskustvo zagušenja mreže. Dodatno, korisniku je dodijeljen još 1 bit (AAU). Koristi ga AAL5 za označavanje granica paketa.
- CLP - prioritet gubitka ćelije (1 bit).
- HEC - kontrola pogreške zaglavlja (8-bitni CRC).
ATM mreža koristi PT polje za označavanje različitih posebnih ćelija za operacije, administraciju i upravljanje (OAM) i za definiranje granica paketa u nekim slojevima prilagodbe (AAL). Ako je MSB vrijednost PT polja 0, ovo je ćelija s korisničkim podacima, a preostala dva bita se koriste za označavanje zagušenja mreže i kao bit zaglavlja opće namjene koji je dostupan slojevima prilagodbe. Ako je MSB 1, to je kontrolni paket, a preostala dva bita označavaju njegov tip.
Neki ATM (asinkroni metod prijenosa podataka) protokoli koriste HEC polje za kontrolu algoritma kadriranja baziranog na CRC-u koji može pronaćistanice bez dodatnih troškova. 8-bitni CRC koristi se za ispravljanje jednobitnih pogrešaka zaglavlja i otkrivanje višebitnih pogrešaka. Kada se potonje pronađu, trenutna i sljedeće ćelije se odbacuju dok se ne pronađe ćelija bez grešaka u zaglavlju.
UNI paket rezervira GFC polje za lokalnu kontrolu protoka ili sub-multipleksiranje između korisnika. Namjera je bila omogućiti više terminala da dijele jednu mrežnu vezu. Također se koristio kako bi se omogućilo da dva telefona s integriranom uslugom digitalne mreže (ISDN) dijele istu osnovnu ISDN vezu pri određenoj brzini. Sva četiri GFC bita prema zadanim postavkama moraju biti nula.
Format NNI ćelije replicira UNI format na gotovo isti način, osim što je 4-bitno GFC polje preraspoređeno u VPI polje, proširujući ga na 12 bita. Dakle, jedna NNI ATM veza može podnijeti gotovo 216 VC-ova svaki put.
Stanice i prijenos u praksi
Što bankomat znači u praksi? Podržava različite vrste usluga putem AAL-a. Standardizirani AAL-ovi uključuju AAL1, AAL2 i AAL5, kao i rjeđe korištene AAC3 i AAL4. Prvi tip se koristi za usluge konstantne brzine prijenosa (CBR) i emulaciju kruga. Sinkronizacija je također podržana u AAL1.
Druga i četvrta vrsta koriste se za usluge varijabilne brzine prijenosa (VBR), AAL5 za podatke. Informacije o tome koji se AAL koristi za danu ćeliju nisu kodirane u njoj. Umjesto toga, usklađuje se ili prilagođavakrajnje točke za svaku virtualnu vezu.
Nakon početnog dizajna ove tehnologije, mreže su postale mnogo brže. Ethernet okvir pune duljine od 1500 bajta (12 000 bita) traje samo 1,2 µs za prijenos na mreži od 10 Gbps, smanjujući potrebu za malim stanicama za smanjenje kašnjenja.
Koje su snage i slabosti takve veze?
Prednosti i nedostaci tehnologije mreže bankomata su sljedeće. Neki vjeruju da će povećanje brzine komunikacije omogućiti njezinu zamjenu Ethernetom u okosnoj mreži. Međutim, treba napomenuti da povećanje brzine samo po sebi ne smanjuje podrhtavanje zbog čekanja. Osim toga, hardver za implementaciju prilagodbe usluge za IP pakete je skup.
U isto vrijeme, zbog fiksnog tereta od 48 bajtova, ATM nije prikladan kao podatkovna veza izravno pod IP-om, budući da sloj OSI na kojem IP radi mora osigurati maksimalnu jedinicu prijenosa (MTU) od na najmanje 576 bajtova.
Na sporijim ili zagušenim vezama (622 Mbps i manje), ATM ima smisla i iz tog razloga većina sustava asimetrične digitalne pretplatničke linije (ADSL) koristi ovu tehnologiju kao međusloj između sloja fizičke veze i protokola Layer 2 kao što je PPP ili Ethernet.
Pri ovim nižim brzinama, ATM pruža korisnu mogućnost prijenosa više logike na jednom fizičkom ili virtualnom mediju, iako postoje i druge metode kao što je višekanalniPPP i Ethernet VLAN-ovi, koji su izborni u VDSL implementacijama.
DSL se može koristiti kao način za pristup mreži bankomata, omogućujući vam povezivanje s mnogim ISP-ovima putem širokopojasne mreže bankomata.
Dakle, nedostaci tehnologije su to što gubi svoju učinkovitost u modernim vezama velike brzine. Prednost takve mreže je što značajno povećava propusnost, budući da omogućuje izravnu vezu između raznih perifernih uređaja.
Osim toga, s jednom fizičkom vezom pomoću bankomata, nekoliko različitih virtualnih krugova s različitim karakteristikama može raditi istovremeno.
Ova tehnologija koristi prilično moćne alate za upravljanje prometom koji se i dalje razvijaju u ovom trenutku. To omogućuje prijenos podataka različitih vrsta u isto vrijeme, čak i ako imaju potpuno različite zahtjeve za njihovo slanje i primanje. Na primjer, možete stvoriti promet koristeći različite protokole na istom kanalu.
Osnove virtualnih sklopova
Asynchonous Transfer Mode (kratica za ATM) radi kao transportni sloj baziran na poveznici koristeći virtualne sklopove (VC). To je povezano s konceptom virtualnih staza (VP) i kanala. Svaka ATM ćelija ima 8-bitni ili 12-bitni identifikator virtualnog puta (VPI) i 16-bitni identifikator virtualnog kruga (VCI),definirano u zaglavlju.
VCI, zajedno s VPI, koristi se za identifikaciju sljedećeg odredišta paketa dok prolazi kroz niz ATM prekidača na svom putu do odredišta. Duljina VPI-ja varira ovisno o tome šalje li se ćelija preko korisničkog sučelja ili mrežnog sučelja.
Kako ovi paketi prolaze kroz ATM mrežu, dolazi do prebacivanja promjenom VPI/VCI vrijednosti (zamjenom oznaka). Iako ne moraju nužno odgovarati krajevima veze, koncept sheme je sekvencijalan (za razliku od IP-a, gdje svaki paket može doći na svoje odredište drugim putem). ATM prekidači koriste VPI/VCI polja za identifikaciju virtualnog kruga (VCL) sljedeće mreže koju ćelija mora proći na svom putu do konačnog odredišta. Funkcija VCI-a slična je funkciji identifikatora veze podatkovne veze (DLCI) u releju okvira i broju logičke grupe kanala u X.25.
Još jedna prednost korištenja virtualnih sklopova je ta što se mogu koristiti kao sloj za multipleksiranje, dopuštajući korištenje različitih usluga (kao što su glas i relej okvira). VPI je koristan za smanjenje tablice prebacivanja nekih virtualnih krugova koji dijele staze.
Upotreba ćelija i virtualnih krugova za organiziranje prometa
ATM tehnologija uključuje dodatno kretanje prometa. Kada je krug konfiguriran, svaki prekidač u krugu je obaviješten o klasi veze.
ATM prometni ugovori dio su mehanizmapružanje "kvalitete usluge" (QoS). Postoje četiri glavne vrste (i nekoliko varijanti), od kojih svaka ima skup parametara koji opisuju vezu:
- CBR - konstantna brzina prijenosa podataka. Specificirana vršna stopa (PCR) koja je fiksna.
- VBR - varijabilna brzina prijenosa podataka. Navedena prosječna ili stabilna vrijednost (SCR), koja može dostići vrhunac na određenoj razini, za maksimalni interval prije pojave problema.
- ABR - dostupna brzina prijenosa podataka. Navedena minimalna zajamčena vrijednost.
- UBR - nedefinirana brzina prijenosa podataka. Promet se distribuira na preostalu propusnost.
VBR ima opcije u stvarnom vremenu, au drugim načinima se koristi za "situacijski" promet. Netočno vrijeme ponekad se skraćuje na vbr-nrt.
Većina klasa prometa također koristi koncept varijacije stanične tolerancije (CDVT), koji definira njihovu "agregaciju" tijekom vremena.
Kontrola prijenosa podataka
Što bankomat znači s obzirom na gore navedeno? Da bi se održala izvedba mreže, mogu se primijeniti pravila virtualnog mrežnog prometa kako bi se ograničila količina podataka prenesenih na ulaznim točkama veze.
Referentni model potvrđen za UPC i NPC je generički algoritam brzine ćelije (GCRA). U pravilu, VBR promet se obično kontrolira pomoću kontrolera, za razliku od drugih tipova.
Ako količina podataka premašuje promet definiran od strane GCRA, mreža se može resetiratićelije ili označite bit prioriteta gubitka ćelije (CLP) (da biste identificirali paket kao potencijalno suvišan). Glavni sigurnosni rad temelji se na sekvencijalnom nadzoru, ali to nije optimalno za inkapsulirani promet paketa (jer će ispuštanje jedne jedinice poništiti cijeli paket). Kao rezultat toga, stvorene su sheme kao što su Djelomično odbacivanje paketa (PPD) i Early Packet Discard (EPD) koje su sposobne odbaciti cijeli niz ćelija dok ne počne sljedeći paket. To smanjuje broj beskorisnih informacija na mreži i štedi propusnost za kompletne pakete.
EPD i PPD rade s AAL5 vezama jer koriste kraj markera paketa: bit Indikacije korisničkog sučelja ATM-a (AUU) u polju Payload Type zaglavlja, koje je postavljeno u posljednjoj ćeliji SAR-a -SDU.
Oblikovanje prometa
Osnove ATM tehnologije u ovom dijelu mogu se prikazati na sljedeći način. Oblikovanje prometa obično se događa na kartici mrežnog sučelja (NIC) u korisničkoj opremi. Ovim se pokušava osigurati da će tok ćelije na VC-u odgovarati njegovom prometnom ugovoru, tj. jedinicama neće biti ispušten ili smanjen prioritet u UNI-ju. Budući da je referentni model za upravljanje prometom u mreži GCRA, ovaj se algoritam obično koristi i za oblikovanje i usmjeravanje podataka.
Vrste virtualnih krugova i puteva
ATM tehnologija može stvoriti virtualne krugove i putove kaostatički kao i dinamički. Statički sklopovi (STS) ili putevi (PVP) zahtijevaju da se krug sastoji od niza segmenata, po jedan za svaki par sučelja kroz koje prolazi.
PVP i PVC, iako su konceptualno jednostavni, zahtijevaju znatan trud u velikim mrežama. Također ne podržavaju preusmjeravanje usluge u slučaju kvara. Nasuprot tome, dinamički izgrađeni SPVP-ovi i SPVC-ovi izgrađuju se specificiranjem karakteristika sheme (ugovor o usluzi) i dvije krajnje točke.
Konačno, ATM mreže stvaraju i brišu komutirane virtualne krugove (SVC) prema zahtjevima krajnjeg dijela opreme. Jedna aplikacija za SVC je prijenos pojedinačnih telefonskih poziva kada je mreža prekidača međusobno povezana putem bankomata. SVC-ovi su također korišteni u pokušaju zamjene LAN-ova bankomata.
Virtualna shema usmjeravanja
Većina ATM mreža koje podržavaju SPVP, SPVC i SVC koristi sučelje privatnog mrežnog čvora ili protokol privatnog mrežnog sučelja (PNNI). PNNI koristi isti algoritam najkraće staze koji koriste OSPF i IS-IS za usmjeravanje IP paketa za razmjenu topoloških informacija između prekidača i odabir rute kroz mrežu. PNNI također uključuje snažan mehanizam sažimanja koji omogućuje stvaranje vrlo velikih mreža, kao i algoritam kontrole pristupa pozivima (CAC) koji određuje dostupnost dovoljne propusnosti duž predložene rute kroz mrežu kako bi se zadovoljili zahtjevi usluge VC-a ili VP.
Primanje i povezivanje spozivi
Mreža mora uspostaviti vezu prije nego što obje strane mogu slati ćelije jedna drugoj. U ATM-u se to naziva virtualni krug (VC). To može biti trajni virtualni krug (PVC) koji se administrativno kreira na krajnjim točkama ili komutirani virtualni krug (SVC) koji prema potrebi kreiraju strane odašiljače. Stvaranje SVC-a kontrolira se signalizacijom, u kojoj podnositelj zahtjeva navodi adresu primatelja, vrstu tražene usluge i sve prometne parametre koji mogu biti primjenjivi na odabranu uslugu. Mreža će tada potvrditi da su traženi resursi dostupni i da postoji ruta za vezu.
ATM tehnologija definira sljedeće tri razine:
- prilagodbe bankomata (AAL);
- 2 bankomat, otprilike ekvivalent OSI sloju podatkovne veze;
- fizički ekvivalent istom OSI sloju.
Primjena i distribucija
ATM tehnologija postala je popularna među telefonskim tvrtkama i mnogim proizvođačima računala 1990-ih. Međutim, čak i do kraja ovog desetljeća, najbolja cijena i performanse proizvoda internetskog protokola počele su se natjecati s ATM-om za integraciju u stvarnom vremenu i paketni mrežni promet.
Neke se tvrtke i danas fokusiraju na proizvode bankomata, dok ih druge nude kao opciju.
Mobilna tehnologija
Bežična tehnologija sastoji se od jezgrene mreže bankomata s bežičnom pristupnom mrežom. Ovdje se stanice prenose s baznih stanica na mobilne terminale. FunkcijeMobilnosti se izvode na ATM prekidaču u jezgri mreže, poznatom kao "crossover", što je analogno MSC-u (Mobile Switching Center) GSM mreža. Prednost bežične komunikacije bankomata je njena visoka propusnost i visoka stopa primopredaje koja se izvodi na sloju 2.
Početkom 1990-ih, neki istraživački laboratoriji bili su aktivni u ovom području. Forum bankomata stvoren je da standardizira tehnologiju bežičnog umrežavanja. Podržalo ga je nekoliko telekomunikacijskih tvrtki, uključujući NEC, Fujitsu i AT&T. ATM mobilna tehnologija ima za cilj pružiti multimedijske komunikacijske tehnologije velike brzine sposobne pružiti mobilnu širokopojasnu vezu izvan GSM i WLAN mreža.
