ATM-teknologi er et telekommunikationskoncept, der er defineret af internationale standarder til at bære hele rækken af brugertrafik, herunder tale-, data- og videosignaler. Det blev udviklet til at opfylde behovene i et digit alt netværk af bredbåndstjenester og blev oprindeligt designet til integration af telekommunikationsnetværk. ATM-forkortelsen står for Asynchonous Transfer Mode og er oversat til russisk som "asynchronous data transfer".
Teknologien blev skabt til netværk, der skal håndtere både traditionel højtydende datatrafik (såsom filoverførsel) og re altidsindhold med lav latens (såsom tale og video). Referencemodellen for ATM kortlægger groft til de tre nederste lag af ISO-OSI: netværk, datalink og fysisk. ATM er den primære protokol, der bruges over SONET/SDH (offentlige telefonnetværk) og ISDN-kredsløb (Integrated Services Digital Network).
Hvad er det her?
Hvad betyder ATM for en netværksforbindelse? Hun yderfunktionalitet svarende til kredsløbskobling og pakkekoblede netværk: teknologien bruger asynkron tidsdelingsmultipleksing og koder data til små pakker med fast størrelse (ISO-OSI-rammer) kaldet celler. Dette er forskelligt fra tilgange som f.eks. internetprotokollen eller Ethernet, der bruger pakker og frames i variabel størrelse.
De grundlæggende principper for ATM-teknologi er som følger. Den bruger en forbindelsesorienteret model, hvor et virtuelt kredsløb skal etableres mellem to endepunkter, før selve kommunikationen kan begynde. Disse virtuelle kredsløb kan være "permanente", det vil sige dedikerede forbindelser, der norm alt er forudkonfigureret af tjenesteudbyderen, eller "switchable", dvs. konfigurerbare for hvert opkald.
Asynchonous Transfer Mode (ATM står for engelsk) er kendt som den kommunikationsmetode, der bruges i pengeautomater og betalingsterminaler. Denne brug er dog gradvist faldende. Brugen af teknologi i pengeautomater er stort set blevet afløst af Internet Protocol (IP). I ISO-OSI referencelinket (lag 2) omtales de underliggende transmissionsenheder almindeligvis som frames. I ATM har de en fast længde (53 oktetter eller bytes) og kaldes specifikt "celler".
Cellestørrelse
Som nævnt ovenfor er ATM-dekryptering en asynkron dataoverførsel, der udføres ved at opdele dem i celler af en vis størrelse.
Hvis talesignalet reduceres til pakker, og detvunget til at blive sendt på et link med tung datatrafik, uanset deres størrelse, vil de støde på store fuld-blæste pakker. Under normale tomgangsforhold kan de opleve maksimale forsinkelser. For at undgå dette problem har alle ATM-pakker eller celler den samme lille størrelse. Derudover betyder den faste cellestruktur, at data nemt kan overføres af hardware uden de iboende forsinkelser, der indføres af softwarekoblede og routede rammer.
ATM-designere brugte således små dataceller til at reducere jitter (i dette tilfælde forsinket spredning) i multipleksing af datastrømme. Dette er især vigtigt, når der føres taletrafik, da konverteringen af digitaliseret stemme til analog lyd er en integreret del af re altidsprocessen. Dette hjælper med driften af dekoderen (codec), som kræver en ensartet fordelt (i tid) strøm af dataelementer. Hvis den næste i rækken ikke er tilgængelig, når det er nødvendigt, har codec'et intet andet valg end at holde pause. Senere går informationen tabt, fordi den periode, hvor den skulle have været konverteret til et signal, allerede er passeret.
Hvordan udviklede ATM sig?
Under udviklingen af ATM blev 155 Mbps Synchronous Digital Hierarchy (SDH) med 135 Mbps nyttelast betragtet som et hurtigt optisk netværk, og mange af Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) links i netværket var betydeligt langsommere (nej mere end 45 Mbps/Med). PåMed denne hastighed bør en typisk fuld størrelse 1500-byte (12.000-bit) datapakke downloades ved 77,42 mikrosekunder. På en lavhastighedsforbindelse såsom en T1 1,544 Mbps-linje tog det op til 7,8 millisekunder at transmittere sådan en pakke.
Downloadforsinkelsen forårsaget af flere sådanne pakker i køen kan overstige antallet på 7,8 ms flere gange. Dette er uacceptabelt for taletrafik, som skal have lav jitter i datastrømmen, der føres ind i codec'et for at producere lyd af god kvalitet.
Pakkestemmesystemet kan gøre dette på flere måder, såsom ved at bruge en afspilningsbuffer mellem netværket og codec'et. Dette udjævner jitter, men forsinkelsen, der opstår, når den passerer gennem bufferen, kræver en ekko-undertrykker, selv på lokale netværk. Dengang blev det anset for at være for dyrt. Derudover øgede det forsinkelsen på kanalen og gjorde kommunikationen vanskelig.
ATM-netværksteknologi giver i sagens natur lav jitter (og laveste overordnede latenstid) for trafik.
Hvordan hjælper dette med netværksforbindelse?
ATM-design er til netværksgrænseflade med lav jitter. Imidlertid blev "celler" indført i designet for at tillade korte køforsinkelser, mens de stadig understøttede datagramtrafik. ATM-teknologi brød alle pakker, data og talestrømme i 48-byte-fragmenter og tilføjede en 5-byte routing-header til hver, så de kunne samles igen senere.
Dette valg af størrelsevar politisk, ikke teknisk. Da CCITT (i øjeblikket ITU-T) standardiserede ATM, ønskede de amerikanske repræsentanter en 64-byte nyttelast, da det blev betragtet som et godt kompromis mellem store mængder information optimeret til datatransmission og kortere nyttelast designet til re altidsapplikationer.. Til gengæld ønskede udviklere i Europa 32-byte-pakker, fordi den lille størrelse (og derfor korte transmissionstid) gør det lettere for stemmeapplikationer med hensyn til ekko-annullering.
Størrelsen på 48 bytes (plus headerstørrelse=53) blev valgt som et kompromis mellem de to parter. 5-byte headers blev valgt, fordi 10 % af nyttelasten blev anset for at være den maksimale pris, der skulle betales for routinginformation. ATM-teknologi multipleksede 53-byte celler, hvilket reducerede datakorruption og latens med op til 30 gange, hvilket reducerede behovet for ekko-undertrykkere.
ATM-cellestruktur
ATM definerer to forskellige celleformater: brugernetværksgrænseflade (UNI) og netværksgrænseflade (NNI). De fleste ATM-netværkslinks bruger UNI'er. Strukturen af hver sådan pakke består af følgende elementer:
- Feltet Generic Flow Control (GFC) er et 4-bit felt, der oprindeligt blev tilføjet for at understøtte ATM-sammenkobling i det offentlige netværk. Topologisk er den repræsenteret som en DQDB-ring (Distributed Queue Dual Bus). GFC-feltet er designet således, atat give 4 bits User-Network Interface (UNI) til at forhandle multipleksing og flowkontrol mellem celler i forskellige ATM-forbindelser. Dets brug og nøjagtige værdier er dog ikke blevet standardiseret, og feltet er altid sat til 0000.
- VPI - virtuel sti-id (8 bit UNI eller 12 bit NNI).
- VCI - virtuel kanal-id (16 bit).
- PT - nyttelasttype (3 bit).
- MSB - netværkskontrolcelle. Hvis dens værdi er 0, bruges en brugerdatapakke, og i dens struktur er 2 bits Explicit Congestion Indication (EFCI) og 1 er Network Congestion Experience. Derudover tildeles 1 bit mere til brugeren (AAU). Det bruges af AAL5 til at angive pakkegrænser.
- CLP - celletabsprioritet (1 bit).
- HEC - header-fejlkontrol (8-bit CRC).
ATM-netværket bruger PT-feltet til at udpege forskellige specielle celler til operationer, administration og administration (OAM) formål og til at definere pakkegrænser i nogle tilpasningslag (AAL'er). Hvis MSB-værdien af PT-feltet er 0, er dette en brugerdatacelle, og de resterende to bit bruges til at indikere netværksoverbelastning og som en generel header-bit tilgængelig for tilpasningslag. Hvis MSB er 1, er det en kontrolpakke, og de resterende to bit angiver dens type.
Nogle ATM-protokoller (Asynchronous Data Transfer Method) bruger HEC-feltet til at styre en CRC-baseret framing-algoritme, der kan findeceller uden ekstra omkostninger. 8-bit CRC bruges til at rette enkelt-bit header-fejl og detektere multi-bit. Når sidstnævnte er fundet, kasseres de nuværende og efterfølgende celler, indtil en celle er fundet uden overskriftsfejl.
UNI-pakken reserverer GFC-feltet til lokal flowkontrol eller sub-multiplexing mellem brugere. Dette var beregnet til at give flere terminaler mulighed for at dele en enkelt netværksforbindelse. Den blev også brugt til at gøre det muligt for to ISDN-telefoner (Integrated Service Digital Network) at dele den samme grundlæggende ISDN-forbindelse ved en bestemt hastighed. Alle fire GFC-bit skal som standard være nul.
NNI-celleformatet replikerer UNI-formatet på stort set samme måde, bortset fra at 4-bit GFC-feltet omfordeles til VPI-feltet og udvider det til 12 bit. Så én NNI ATM-forbindelse kan håndtere næsten 216 VC'er hver gang.
Celler og transmission i praksis
Hvad betyder ATM i praksis? Det understøtter forskellige typer tjenester gennem AAL. Standardiserede AAL'er omfatter AAL1, AAL2 og AAL5, såvel som de mindre almindeligt anvendte AAC3 og AAL4. Den første type bruges til konstant bithastighed (CBR) tjenester og kredsløbsemulering. Synkronisering understøttes også i AAL1.
Den anden og fjerde type bruges til tjenester med variabel bithastighed (VBR), AAL5 til data. Informationen om, hvilken AAL der bruges til en given celle, er ikke kodet i den. I stedet koordineres eller tilpasses detendepunkter for hver virtuel forbindelse.
Efter det indledende design af denne teknologi er netværk blevet meget hurtigere. En 1500-byte (12.000 bit) Ethernet-ramme i fuld længde tager kun 1,2 µs at transmittere på et 10 Gbps-netværk, hvilket reducerer behovet for små celler for at reducere latens.
Hvad er styrkerne og svaghederne ved sådan et forhold?
Fordelene og ulemperne ved ATM-netværksteknologi er som følger. Nogle mener, at en forøgelse af kommunikationshastigheden vil gøre det muligt at erstatte det med Ethernet i backbone-netværket. Det skal dog bemærkes, at en forøgelse af hastigheden i sig selv ikke reducerer jitter på grund af kø. Derudover er hardwaren til at implementere servicetilpasning til IP-pakker dyr.
På samme tid er ATM på grund af den faste nyttelast på 48 bytes ikke egnet som datalink direkte under IP, da OSI-laget, som IP opererer på, skal give en maksimal transmissionsenhed (MTU) på kl. mindst 576 bytes.
På langsommere eller overbelastede forbindelser (622 Mbps og derunder) giver ATM mening, og af denne grund bruger de fleste asymmetriske ADSL-systemer (digital subscriber line) denne teknologi som et mellemlag mellem det fysiske linklag og Layer 2-protokollen såsom PPP eller Ethernet.
Ved disse lavere hastigheder giver ATM den nyttige evne til at bære flere logikker på et enkelt fysisk eller virtuelt medie, selvom der er andre metoder såsom multi-kanalPPP og Ethernet VLAN'er, som er valgfri i VDSL-implementeringer.
DSL kan bruges som en måde at få adgang til ATM-netværket, så du kan oprette forbindelse til mange internetudbydere gennem et bredbånds ATM-netværk.
Således er ulemperne ved teknologien, at den mister sin effektivitet i moderne højhastighedsforbindelser. Fordelen ved et sådant netværk er, at det øger båndbredden markant, da det giver en direkte forbindelse mellem forskellige perifere enheder.
Med én fysisk forbindelse, der bruger ATM, kan flere forskellige virtuelle kredsløb med forskellige karakteristika desuden fungere samtidigt.
Denne teknologi bruger ret kraftfulde trafikstyringsværktøjer, som fortsætter med at udvikle sig på nuværende tidspunkt. Dette gør det muligt at overføre data af forskellige typer på samme tid, selvom de har helt forskellige krav til at sende og modtage dem. Du kan f.eks. oprette trafik ved hjælp af forskellige protokoller på den samme kanal.
grundlæggende om virtuelle kredsløb
Asynchonous Transfer Mode (forkortelse for ATM) fungerer som et link-baseret transportlag ved hjælp af virtuelle kredsløb (VC'er). Dette er relateret til konceptet virtuelle stier (VP) og kanaler. Hver ATM-celle har en 8-bit eller 12-bit Virtual Path Identifier (VPI) og en 16-bit Virtual Circuit Identifier (VCI),defineret i dens overskrift.
VCI, sammen med VPI, bruges til at identificere den næste destination for en pakke, når den passerer gennem en række ATM-switche på vej til sin destination. Længden af VPI'en varierer afhængigt af, om cellen sendes over brugergrænsefladen eller netværksgrænsefladen.
Når disse pakker passerer gennem ATM-netværket, sker skift ved at ændre VPI/VCI-værdierne (erstatning af tags). Selvom de ikke nødvendigvis matcher enderne af forbindelsen, er konceptet med ordningen sekventiel (i modsætning til IP, hvor enhver pakke kan nå sin destination ad en anden rute). ATM-switche bruger VPI/VCI-felterne til at identificere det virtuelle kredsløb (VCL) i det næste netværk, som en celle skal transitere på vej til sin endelige destination. Funktionen af VCI svarer til den for Data Link Connection Identifier (DLCI) i rammerelæet og det logiske kanalgruppenummer i X.25.
En anden fordel ved at bruge virtuelle kredsløb er, at de kan bruges som et multipleksingslag, hvilket gør det muligt at bruge forskellige tjenester (såsom stemme- og frame-relæ). VPI er nyttig til at reducere omskiftningstabellen for nogle virtuelle kredsløb, der deler stier.
Brug af celler og virtuelle kredsløb til at organisere trafik
ATM-teknologi inkluderer yderligere trafikbevægelse. Når kredsløbet er konfigureret, informeres hver switch i kredsløbet om forbindelsesklassen.
ATM-trafikkontrakter er en del af mekanismenat levere "servicekvalitet" (QoS). Der er fire hovedtyper (og flere varianter), som hver har et sæt parametre, der beskriver forbindelsen:
- CBR - konstant datahastighed. Specificeret Peak Rate (PCR), som er fast.
- VBR - variabel datahastighed. Specificeret gennemsnitlig eller stabil tilstandsværdi (SCR), som kan toppe på et bestemt niveau, i det maksimale interval, før der opstår problemer.
- ABR - tilgængelig datahastighed. Minimum garanteret værdi angivet.
- UBR - udefineret datahastighed. Trafikken er fordelt over den resterende båndbredde.
VBR har re altidsindstillinger og bruges i andre tilstande til "situationsbestemt" trafik. Forkert tid forkortes nogle gange til vbr-nrt.
De fleste trafikklasser bruger også konceptet Cell Tolerance Variation (CDVT), som definerer deres "sammenlægning" over tid.
Datatransmissionskontrol
Hvad betyder ATM givet ovenstående? For at opretholde netværkets ydeevne kan regler for virtuelle netværkstrafik anvendes for at begrænse mængden af data, der overføres ved forbindelsesindgangspunkter.
Referencemodellen valideret for UPC og NPC er Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). Som regel styres VBR-trafik norm alt ved hjælp af en controller, i modsætning til andre typer.
Hvis mængden af data overstiger den trafik, der er defineret af GCRA, kan netværket enten nulstilleceller, eller markere Cell Loss Priority (CLP) bit (for at identificere pakken som potentielt overflødig). Det primære sikkerhedsarbejde er baseret på sekventiel overvågning, men dette er ikke optim alt for indkapslet pakketrafik (fordi at droppe én enhed vil ugyldiggøre hele pakken). Som et resultat er der oprettet ordninger som Partial Packet Discard (PPD) og Early Packet Discard (EPD), der er i stand til at kassere en hel række celler, indtil den næste pakke begynder. Dette reducerer antallet af ubrugelige stykker information på netværket og sparer båndbredde til komplette pakker.
EPD og PPD fungerer med AAL5-forbindelser, fordi de bruger slutningen af pakkemarkøren: ATM User Interface Indication (AUU) bit i feltet Payload Type i overskriften, som er sat i den sidste celle i SAR'en -SDU.
Traffic Shaping
Det grundlæggende i ATM-teknologi i denne del kan repræsenteres som følger. Trafikformning sker typisk ved et netværkskort (NIC) i brugerudstyret. Dette forsøger at sikre, at cellestrømmen på VC'en vil matche dens trafikkontrakt, dvs. enhederne vil ikke blive droppet eller reduceret i prioritet hos UNI. Da referencemodellen for trafikstyring i netværket er GCRA, bruges denne algoritme også almindeligvis til at forme og dirigere data.
Typer af virtuelle kredsløb og stier
ATM-teknologi kan skabe virtuelle kredsløb og stier somstatisk såvel som dynamisk. Statiske kredsløb (STS) eller stier (PVP) kræver, at kredsløbet består af en række segmenter, et for hvert par af grænseflader, det passerer igennem.
PVP og PVC, selvom de er konceptuelt enkle, kræver en betydelig indsats i store netværk. De understøtter heller ikke serviceomdirigering i tilfælde af fejl. I modsætning hertil bygges dynamisk byggede SPVP'er og SPVC'er ved at specificere karakteristika for et skema (en tjeneste-"kontrakt") og to slutpunkter.
Endelig opretter og sletter ATM-netværk koblede virtuelle kredsløb (SVC'er) som krævet af slutudstyret. En applikation for SVC'er er at foretage individuelle telefonopkald, når et netværk af switches er forbundet via ATM. SVC'er blev også brugt i et forsøg på at erstatte ATM LAN'er.
Virtuel ruteplan
De fleste ATM-netværk, der understøtter SPVP, SPVC og SVC, bruger Private Network Node-grænsefladen eller PNNI-protokollen (Privat Network-to-Network Interface). PNNI bruger den samme korteste sti-algoritme, der bruges af OSPF og IS-IS til at rute IP-pakker til udveksling af topologiinformation mellem switches og rutevalg gennem netværket. PNNI inkluderer også en kraftfuld opsummeringsmekanisme, der muliggør oprettelse af meget store netværk, såvel som en Call Access Control (CAC) algoritme, der bestemmer tilgængeligheden af tilstrækkelig båndbredde langs en foreslået rute gennem netværket til at opfylde servicekravene for en VC eller VP.
Modtager og opretter forbindelse tilopkald
Netværket skal etablere en forbindelse, før begge sider kan sende celler til hinanden. I ATM kaldes dette et virtuelt kredsløb (VC). Dette kan være et permanent virtuelt kredsløb (PVC), der er administrativt oprettet ved endepunkterne, eller et switchet virtuelt kredsløb (SVC), der oprettes efter behov af de transmitterende parter. Oprettelsen af en SVC styres af signalering, hvor anmoderen specificerer adressen på den modtagende part, typen af tjeneste, der anmodes om, og eventuelle trafikparametre, der kan være relevante for den valgte tjeneste. Netværket vil derefter bekræfte, at de anmodede ressourcer er tilgængelige, og at der findes en rute for forbindelsen.
ATM-teknologi definerer følgende tre niveauer:
- ATM-tilpasninger (AAL);
- 2 ATM, svarer nogenlunde til OSI-datalinklag;
- fysisk svarende til det samme OSI-lag.
Implementering og distribution
ATM-teknologi blev populær hos telefonselskaber og mange computerproducenter i 1990'erne. Men selv ved udgangen af dette årti begyndte den bedste pris og ydeevne på internetprotokolprodukter at konkurrere med ATM om re altidsintegration og pakkenetværkstrafik.
Nogle virksomheder fokuserer stadig på ATM-produkter i dag, mens andre tilbyder dem som en mulighed.
Mobilteknologi
Trådløs teknologi består af et ATM-kernenetværk med et trådløst adgangsnetværk. Celler her transmitteres fra basestationer til mobile terminaler. FunktionerMobiliteter udføres på en ATM-switch i kernenettet, kendt som "crossover", som er analogt med MSC (Mobile Switching Center) i GSM-netværk. Fordelen ved trådløs ATM-kommunikation er dens høje gennemløb og høje overdragelseshastighed udført på lag 2.
I begyndelsen af 1990'erne var nogle forskningslaboratorier aktive på dette område. ATM-forummet blev oprettet for at standardisere trådløs netværksteknologi. Det blev støttet af flere teleselskaber, herunder NEC, Fujitsu og AT&T. ATM mobilteknologi har til formål at levere højhastigheds multimediekommunikationsteknologier, der er i stand til at levere mobilt bredbånd ud over GSM- og WLAN-netværk.
