Tehnologija ATM je telekomunikacijski koncept, ki ga določajo mednarodni standardi za prenos celotnega spektra uporabniškega prometa, vključno z glasovnimi, podatkovnimi in video signali. Zasnovan je bil za potrebe digitalnega širokopasovnega omrežja in je bil prvotno namenjen integraciji telekomunikacijskih omrežij. Dekodiranje okrajšave ATM zveni kot Asynchonous Transfer Mode in prevedeno v rusko kot "asinhroni prenos podatkov."
Tehnologija je bila ustvarjena za omrežja, ki morajo obdelati tradicionalni visoko zmogljivi podatkovni promet (na primer prenos datotek) in vsebino v realnem času z nizko latenco (kot sta glasovni in video). Referenčni model za ATM je približno primerljiv s tremi nižjimi ravnmi ISO OSI: omrežje, podatkovna povezava in fizično. ATM je glavni protokol, ki ga uporabljata glavni kanal SONET /SDH (javno telefonsko omrežje) ter digitalno omrežje integriranih storitev (ISDN).
Kaj je to?
Kaj pomeni ATM za omrežno povezljivost? Zagotavlja funkcionalnost, podobno preklapljanju kanalov in paketno komutiranih omrežjih: tehnologija uporablja asinhrono multipleksiranje s časovno ločitvijo in kodira podatke v majhne pakete fiksne velikosti (okvirje ISO OSI), imenovane celice. Razlikuje se od takih pristopov, kot so internetni protokol ali Ethernet, ki se uporabljajopaketi in okvirji različnih velikosti. Osnovna načela tehnologije ATM so naslednja. Uporablja model, usmerjen v povezavo, v katerem mora biti navidezno vezje nameščeno med dve končni točki, preden se začne dejanska izmenjava podatkov. Ti navidezni tokokrogi so lahko "stalni", to so namenske povezave, ki jih ponavadi konfigurira ponudnik storitev ali "preklopljen", ki je konfiguriran za vsak klic.
Asynchonous Transfer Mode je znan kot komunikacijski način, ki se uporablja na bankomatih in plačilnih terminalih. Vendar se ta aplikacija postopoma zmanjšuje. Uporabo tehnologije na bankomatih je v veliki meri nadomestil internetni protokol (IP). V referenčnem kanalu ISO OSI (raven 2) se osnovni oddajniki običajno imenujejo okvirji. V ATM imajo fiksno dolžino (53 oktetov ali bajtov) in so posebej imenovane "celice".
Velikost celic
Kot smo že omenili, je dekodiranje ATM asinhroni prenos podatkov, ki se izvaja z delitvijo na celice določene velikosti. Če se govorni signal zmanjša na pakete in so prisiljeni posredovati povezavo z intenzivnim podatkovnim prometom, potem ne glede na to, v kakšni velikosti so, bodo naleteli na velike pakete. V normalnih pogojih čakanja lahko pride do največje zamude. Da bi se izognili tej težavi, so vsi ATM ali celični paketi enake velikosti. Poleg tega struktura fiksnih celic pomeni, da so podatkilahko preprosto prenesete v strojno opremo, ne da bi pri tem prišlo do zamud, ki jih vnaša programska oprema in jih pošiljajo okvirji. Zato so razvijalci ATM uporabljali majhne podatkovne celice, da bi zmanjšali tresenje (v tem primeru razpršitev zakasnitve) v multipleksiranju podatkovnih tokov. To je še posebej pomembno pri prenosu glasovnega prometa, saj je pretvorba digitaliziranega glasa v analogni zvok sestavni del procesa v realnem času. To pomaga pri delu z dekoderjem (kodekom), za katerega je potrebno enakomerno porazdeliti tok podatkovnih elementov (v času). Če naslednja ni na voljo v čakalni vrsti, ko je to potrebno, kodek nima druge izbire, kot da začasno ustavi opravilo. Nadaljnje informacije so izgubljene, ker je že minilo obdobje, v katerem naj bi se pretvorilo v signal.
Kako je potekal razvoj ATM?
Med razvojem ATM se je hitra optična mreža štela za sinhrono digitalno hierarhijo 155 Mbit /s (SDH) s tovorom 135 Mb /s in veliko plosiokronih digitalnih hierarhij (PDH) v omrežju je bilo precej počasnejše (največ 45 Mbps). ) Pri tej hitrosti se mora tipičen polni velikost podatkovnega paketa velikosti 1500 bajtov (12000-bit) naložiti pri 7742 mikrosekundah. V nizko hitrostnem kanalu, kot je linija T11544 Mbps, je prenos tega paketa trajal do 78 milisekund. Zakasnitev prenosa, ki jo povzroči več takšnih paketov v čakalni vrsti, lahko večkrat preseže število 78 ms. To je nesprejemljivo za jezikovni promet, ki bi moral imeti nizko trepetanjev tok podatkov, ki se vnaša v kodek, da se ustvari dober zvok. Paketni govorni sistem lahko to stori na več načinov, na primer, na primer z uporabo medpomnilnika med omrežjem in predvajanjem kodeka. To vam omogoča nemoteno tremor, toda zakasnitev, ki se pojavi pri prehodu med medpomnilnikom, zahteva odmevnik odmeva tudi v lokalnih omrežjih. Takrat se je zdelo predraga. Poleg tega je povečal zamudo v kanalu in oviral interakcijo. Tehnologija ATM omrežja po svoji naravi zagotavlja nizko trepetanje (in minimalno skupno zamudo) za promet.
Kako to pomaga pri omrežni povezavi?
Zasnova ATM je zasnovana za omrežni vmesnik z nizkimi vibracijami. Kljub temu so bile v projekt uvedene "celice", ki so zagotavljale kratke zamude v čakalnih vrstah in še naprej vzdrževale podatkovni promet. Tehnologija ATM je razbila vse pakete, podatkovne in glasovne tokove v 48-bajtne fragmente, pri čemer je vsakemu od njih dodala 5-bitno usmerjevalno glavo, tako da jih je mogoče kasneje ponovno sestaviti.
Ta izbira velikosti je bila bolj politična kot tehnična. Ko je CCITT (trenutno ITU-T) standardiziral ATM, so ameriški predstavniki želeli 64-bitno obremenitev, saj je veljalo za dober kompromis med velikimi količinami podatkov, optimiziranimi za prenos podatkov, in krajšo obremenitvijo, izračunano za aplikacije v realnem času. . V zameno, razvijalci iz evropskih držav so želeli dobiti 32-bajtne pakete, ker je majhnost (in zato majhen čas za prenos)Poenostavite programe ehokardiograma.
Kot kompromis med dvema stranema je bila izbrana velikost 48 bajtov (plus velikost glave = 53). Izbrani so bili 5-bajtni glavi, ker se je štelo, da je 10% koristnega tovora najvišja cena za plačilo informacij o usmerjanju. Tehnologija ATM je multipleksirala 53-bitne celice, kar je skoraj 30-krat zmanjšalo škodo in zamude pri podatkih, kar je zmanjšalo potrebo po echo cans.
Struktura ATM ATM
ATM določa dva različna formata celic: uporabniški vmesnik (UNI) in omrežni vmesnik (NNI). Večina omrežij ATM uporablja UNI. Struktura vsakega takega paketa je sestavljena iz naslednjih elementov:
Polje Generic Flow Control (GFC) je 4-bitno polje, ki je bilo prvotno dodano za podporo povezavi ATM z javnim omrežjem. V smislu topologije je predstavljen kot Dual-Tier Dedicated Queue Ring (DQDB). Polje GFC je bilo zasnovano tako, da zagotavlja 4-bitne uporabniško-omrežne vmesnike (UNI) za koordinacijo multipleksiranja in nadzora pretoka med celicami različnih ATM povezav. Vendar njegova uporaba in točne vrednosti niso bile standardizirane in polje je vedno nastavljeno na 0000.
VPI je identifikator navidezne poti (8 bitov UNI ali 12 bitov NNI).
VCI je navidezni identifikator kanala (16 bit).
PT - vrsta koristnega tovora (3 bitov).
MSB je enota za upravljanje omrežja. Če je njegova vrednost 0, potem se uporablja podatkovni paket, v njegovi strukturi pa sta 2 bita izrecna neposredna indikacija preobremenitve (EFCI), 1 pa je izkušnja preobremenitve omrežja. RazenTo je še en bat za uporabnika (AAU). Uporablja AAL5, da določi meje paketov.
CLP je prednostna izguba celice (1 bit).
HEC - krmiljenje napak glave (8-bitni CRC).
Omrežje ATM uporablja polje PT za določanje različnih posebnih celic za operativne namene, upravljanje in upravljanje (OAM) ter za določanje mejnih paketov na nekaterih ravneh prilagajanja (AAL). Če je vrednost MSB polja PT 0, je to celica za uporabniške podatke, preostala dva bita pa se uporabita za označevanje omrežne preobremenitve in kot splošni namenski bit za prilagoditvene ravni. Če je MSB 1, je to paket za upravljanje, druga dva pa pomenita njen tip.
V nekaterih komunikacijskih protokolih ATM (asinhroni prenos podatkov) se polje HEC uporablja za krmiljenje algoritma obrezovanja na osnovi CRC, ki jim omogoča, da poiščejo celice brez dodatnih stroškov. 8-bitni CRC se uporablja za popravljanje napak ene bitne glave in zaznavanje več bitnih vrednosti. Ko je zaznana zadnja, se trenutne in nadaljnje celice zavržejo, dokler se ne najde celica z napakami glave. Paket UNI rezervira GFC polje za lokalni nadzor pretoka ali submultipleksiranje med uporabniki. Namen tega je omogočiti, da več terminalov deli skupno omrežno povezavo. Tehnologija je bila uporabljena tudi za izdelavo dveh digitalnih telefonskih omrežij s podporo ISDN, s katerimi je mogoče uporabljati eno ISDN osnovno povezavoz določeno hitrostjo. Vsi štirje bitovi GFC morajo biti enaki nič. Oblika celice NNI ponavlja obliko UNI skoraj enako, le da je 4-bitno polje GFC prerazporejeno v polju VPI, kar ga širi na 12 bitov. Tako lahko ena povezava NNI ATM vsakič obdeluje skoraj 216 VC.
Celice in prenos v praksi
Kaj pomeni ATM v praksi? Podpira različne vrste storitev prek AAL. Standardizirane AAL vključujejo AAL1 AAL2 in AAL5, AAC3 in AAL4 pa se redko uporabljata. Prvi tip se uporablja za storitve s konstantno bitno hitrostjo (CBR) in emulacijskimi vezji. Sinhronizacija je podprta tudi v AAL1. Drugi in četrti tip se uporabljata za storitve s spremenljivo bitno hitrostjo (VBR), AAL5 - za podatke. Podatki o tem, kateri AAL se uporablja za to celico, niso kodirani. Namesto tega se strinja ali prilagaja na končnih točkah za vsako navidezno povezavo. Po začetni zasnovi te tehnologije je omrežje začelo delovati veliko hitreje. 1500-bitni (12000-bitni) full-frame Ethernet okvir zahteva le 12 μs za prenos 10 Gb /s, kar zmanjšuje potrebo po manjših celicah za zmanjšanje zamud.
Katere so prednosti in slabosti?
Prednosti in slabosti tehnologije omrežij ATM so naslednje. Nekateri verjamejo, da bo povečanje hitrosti komunikacije omogočilo njegovo zamenjavo z omrežjem Ethernet. Vendar je treba opozoriti, da povečanje hitrosti samo po sebi ne zmanjšuje tresenja skozi čakalne vrste. Poleg tega je strojna oprema za izvajanje prilagoditev storitev za IP pakete draga. Ob istem času skoziFiksni 48-bajtni koristni ATM ni primeren kot podatkovna povezava neposredno v okviru IP, ker mora raven OSI, na kateri deluje IP, zagotavljati največji blok prenosa (MTU) vsaj 576 bajtov. Pri počasnejši ali preobremenjeni povezavi (622 Mb /s in spodaj) je omrežje bankomatov smiselno in zato večina asimetričnih sistemov ADSL uporablja to tehnologijo kot vmesno raven med nivojem fizičnega kanala in protokolom stopnje 2 kot so PPP ali Ethernet. Pri teh nižjih hitrostih ATM zagotavlja koristno priložnost za prenos več logičnih vezij na en fizični ali virtualni nosilec, čeprav obstajajo tudi druge metode, kot so večkanalni PPP in Ethernet VLAN, ki so v VDSL izvedbah neobvezne. DSL se lahko uporablja kot način za dostop do omrežja ATM, ki omogoča povezavo z mnogimi ponudniki internetnih storitev prek širokopasovnega ATM omrežja. Tako so pomanjkljivosti tehnologije v tem, da v sodobnih hitrih povezavah izgubi svojo učinkovitost. Prednosti takega omrežja so, da znatno poveča pasovno širino, saj neposredno zagotavlja povezavo med različnimi perifernimi napravami. Poleg tega lahko v prisotnosti ene fizične povezave s pomočjo ATM hkrati upravlja več različnih virtualnih kanalov z različnimi značilnostmi. Ta tehnologija uporablja zelo zmogljiva orodja za stalno upravljanje prometatrenutno razvijati. To omogoča hkratno prenašanje podatkov različnih vrst, tudi če za pošiljanje in sprejemanje zahtevajo različne zahteve. Da, ustvarite lahko promet, ki se izvaja na različnih protokolih, na enem kanalu.
Osnove delovanja navidezne verige
Asynchonous Transfer Mode (ATM kratica) deluje kot prenosni sloj na osnovi kanalov z uporabo navideznih vezij (VC). To je posledica koncepta virtualnih poti (VP) in kanalov. Vsaka celica ATM ima 8- ali 12-bitni identifikator navidezne poti (VPI) in 16-bitni identifikator navideznega kanala (VCI), definiran v glavi. VCI, skupaj z VPI, se uporablja za identifikacijo naslednje ciljne točke paketa, ko gre skozi serijo ATM stikal na poti do cilja. Dolžina VPI se razlikuje glede na to, ali je uporabnikova celica ali omrežni vmesnik poslan. Ko ti paketi gredo skozi ATM omrežje, se preklapljanje izvede s spremembo vrednosti VPI /VCI (z zamenjavo bližnjic). Kljub temu, da niso nujno skladni s konci povezave, je koncept vezja dosleden (za razliko od IP, kjer lahko kateri koli paket pride do cilja z drugo potjo). Stikala ATM uporabljajo polja VPI /VCI za identifikacijo navideznega kanala (VCL) naslednjega omrežja, katerega celica mora prehoditi na poti do cilja. Funkcija VCI je podobna funkciji identifikatorja podatkovne povezave (DLCI) v okvirju relejnih in skupinskih številklogične kanale v X. 25. Še ena prednost uporabe navideznih vezij je zmožnost, da jih uporabimo kot raven multipleksiranja, kar vam omogoča uporabo različnih storitev (kot sta glasovni in okvirni rele). VPI je koristen za zmanjšanje preklopne tabele nekaterih virtualnih vezij, ki imajo skupne poti.
Uporaba celic in navideznih vezij za organiziranje prometa
Tehnologija ATM vključuje tudi pretok prometa. Ko je tokokrog konfiguriran, je vsako stikalo stikala obveščeno o priključnem razredu. Pogodbe za promet ATM so del mehanizma, ki zagotavlja "kakovost storitev" (QoS). Obstajajo štiri glavne vrste (in več variant), od katerih ima vsak nabor parametrov, ki opisujejo povezavo:
CBR - konstantna hitrost prenosa podatkov. Specified Peak Speed (PCR), ki je nespremenjena.
VBR je spremenljiva podatkovna hitrost. Navedena povprečna ali stabilna vrednost (SCR), ki lahko doseže vrh na določeni ravni, ima največji interval, preden se pojavijo težave.
ABR je razpoložljiva podatkovna hitrost. Prikazana je zajamčena minimalna vrednost.
UBR je negotova hitrost prenosa podatkov. Promet je razdeljen na preostalo pasovno širino.
VBR ima možnosti v realnem času, v drugih načinih pa služi za "situacijski" promet. Neprimerni čas se včasih zmanjša na vbr-nrt. Večina razredov prometa uporablja tudi koncept celične tolerance (CDVT), ki v daljšem časovnem obdobju definira njihovo "združevanje".
Upravljanje prenosa podatkov
Kaj to pomeniATM ob upoštevanju zgoraj navedenega? Za ohranjanje zmogljivosti omrežja se lahko uporabijo prometna pravila za navidezna omrežja, ki omejujejo količino podatkov, ki se prenašajo na povezovalnih točkah. Referenčni model, odobren za UPC in NPC, je algoritem GCRA. Praviloma se promet VBR običajno nadzoruje z uporabo krmilnika, za razliko od drugih tipov. Če količina podatkov presega promet, ki ga je določila GCRA, lahko omrežje ponastavi celice ali določi bit prioritetne izgube (CLP) (identifikacijo paketa kot potencialno odvečnega). Osnovno varnostno delo temelji na zaporednem spremljanju, vendar to ni optimalno za paketni promet v kapsulah (ker bo padec ene enote povzročil izgubo celotnega paketa). Zato so bile izdelane sheme, kot so delno zavrnjen paketni paket (PPD) in zgodnji paketni zavržek (EPD), ki lahko zavrnejo niz celic, dokler se ne začne naslednji paket. To zmanjša količino nepotrebnih informacij v omrežju in prihrani pasovno širino za polne pakete. EPD-ji in PPD-ji delujejo z povezavami AAL5, ker uporabljajo konec paketnega žetona: bit uporabniškega vmesnika ATMU (AUU) v polju glave "Load Type", ki je nastavljen v zadnji celici SAR-SDU.
Oblikovanje prometa
Osnove tehnologije ATM v tem delu lahko predstavimo na naslednji način. Generiranje prometa se običajno opravi v omrežni vmesniški plošči (NIC) v dodatni opremi. To se zgodiposkus zagotavljanja pogojev, pri katerih se pretok celic na VC ujema z njegovo pogodbo o prometu, tj. enote ne bodo zavrnjene ali zmanjšane na prednostno UNI. Ker je referenčni model za upravljanje omrežnega prometa GCRA, se ta algoritem običajno uporablja za ustvarjanje in pošiljanje podatkov.
Vrste virtualnih verig in poti
Tehnologija ATM lahko ustvarja navidezna vezja in poti tako statično kot dinamično. Statična vezja (PVS) ali Poti (PVP) zahtevajo, da je vezje sestavljeno iz niza segmentov, enega za vsak par vmesnikov, skozi katere gre. PVP in PVC, čeprav sta konceptualno preprosta, zahtevata precejšnje napore v velikih omrežjih. Prav tako ne podpirajo preusmeritve storitve v primeru okvare. Nasprotno, dinamično zgrajeni PVP (SPVP) in PVC (SPVC) sta konstruirani z navedbo značilnosti sheme (storitvene pogodbe) in dveh končnih točk. Končno, mreža ATM na zahtevo končnega dela opreme ustvari in odstrani preklopne navidezne kroge (SVC). Ena od aplikacij za SVC je prenos posameznih telefonskih klicev, kadar je omrežje stikal prek ATM. SVC so bili uporabljeni tudi pri poskusu zamenjave bankomatov.
Virtualna usmerjevalna shema
Večina omrežij ATM, ki podpirajo SPVP, SPVC in SVC, uporabljajo vmesnik Private Network Node ali Private Network-to-Network Interface (PNNI). PNNI uporablja isti algoritem bližnjice, ki ga uporabljajo OSPF in IS-IS za usmerjanje IP paketov za skupno rabo topoloških informacij.med stikalom in izbiro poti prek omrežja. PNNI vključuje tudi zmogljiv mehanizem za seštevanje, ki vam omogoča ustvarjanje zelo velikih omrežij, kot tudi algoritem za nadzor dostopa (CAC), ki določa razpoložljivost zadostne pasovne širine po predlagani poti preko omrežja, da bi zadostili zahtevam storitev VC ali VP.
Sprejemanje in povezovanje s klici
Omrežje mora vzpostaviti povezavo, preden lahko obe strani pošljeta celico drug drugemu. V ATM se to imenuje virtualno vezje (VC). To je lahko stalna navidezna vezja (PVC), ki se administrativno ustvari na končnih točkah, ali na klicno navidezno vezje (SVC), ki ga po potrebi ustvarijo stranke. Ustvarjanje SVC-ja je nadzorovano z alarmnim sistemom, v katerem zahtevana stranka določi naslov gostitelja, vrsto zahtevane storitve in prometne parametre, ki se lahko uporabljajo za izbrano storitev. Nato bo "Omrežje" potrdilo, da so zahtevani viri na voljo in da obstaja pot za povezavo. Tehnologija ATM opredeljuje naslednje tri ravni:
prilagoditev ATM (AAL);
2 ATM, ki približuje raven podatkovne vrstice OSI;
je fizična, enakovredna podobni ravni OSI.
Uvajanje in distribucija
Tehnologija ATM je postala priljubljena med telefonskimi podjetji in številnimi proizvajalci računalnikov v devetdesetih letih. Tudi do konca tega desetletja so se najboljša cena in zmogljivost izdelkov, ki temeljijo na internetnem protokolu, začela tekmovati z ATM za integracijo v realnem času in paketni omrežni promet.Nekatera podjetja se danes osredotočajo na izdelke ATM, druge pa jih ponujajo kot možnost.
Mobilna tehnologija
Brezžična tehnologija je sestavljena iz osnovne mreže ATM z brezžičnim omrežjem. Celice se od baznih postaj prenašajo na mobilne terminale. Funkcije mobilnosti se izvajajo na ATM preklopniku v osnovnem omrežju, ki je znan kot »crossover«, ki je podoben MSC (mobilni preklopni center) GSM omrežij. Prednost brezžičnega ATM-a je visoka pasovna širina in visoka hitrost storitev, izvedena na 2. stopnji. Za standardizacijo brezžične tehnologije je bil ustvarjen ATM forum. Podprl ga je več telekomunikacijskih podjetij, vključno z NEC, Fujitsu in AT & T. Cilj mobilne tehnologije ATM je zagotoviti visokohitrostno multimedijsko komunikacijsko tehnologijo, ki lahko zagotavlja širokopasovne mobilne komunikacije, z izjemo omrežij GSM in WLAN.
Ta izbira velikosti je bila bolj politična kot tehnična. Ko je CCITT (trenutno ITU-T) standardiziral ATM, so ameriški predstavniki želeli 64-bitno obremenitev, saj je veljalo za dober kompromis med velikimi količinami podatkov, optimiziranimi za prenos podatkov, in krajšo obremenitvijo, izračunano za aplikacije v realnem času. . V zameno, razvijalci iz evropskih držav so želeli dobiti 32-bajtne pakete, ker je majhnost (in zato majhen čas za prenos)Poenostavite programe ehokardiograma. 
