ATM tehnologija je telekomunikacijski koncept definiran međunarodnim standardima za nošenje cijelog opsega korisničkog prometa, uključujući glas, podatke i video signale. Razvijen je da zadovolji potrebe digitalne mreže širokopojasnih usluga i prvobitno je dizajniran za integraciju telekomunikacionih mreža. Skraćenica bankomata je skraćenica za Asynchonous Transfer Mode i prevedena je na ruski kao "asinhroni prijenos podataka".
Tehnologija je kreirana za mreže koje treba da obrađuju i tradicionalni promet podataka visokih performansi (kao što je prijenos datoteka) i sadržaj u realnom vremenu niske latencije (kao što su glas i video). Referentni model za ATM mapira otprilike na tri niža sloja ISO-OSI-a: mrežu, vezu za podatke i fizički. ATM je primarni protokol koji se koristi preko kola SONET/SDH (javna komutirana telefonska mreža) i digitalne mreže integrisanih usluga (ISDN).
Šta je ovo?
Šta bankomat znači za mrežnu vezu? Ona obezbeđujefunkcionalnost slična komutiranju kola i mrežama sa komutacijom paketa: tehnologija koristi asinhrono multipleksiranje s vremenskom podjelom i kodira podatke u male pakete fiksne veličine (ISO-OSI okviri) zvane ćelije. Ovo 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 vezu u kojem virtuelno kolo mora biti uspostavljeno između dvije krajnje točke prije nego što stvarna komunikacija može početi. Ova virtuelna kola mogu biti "stalne", odnosno namenske veze koje obično unapred konfiguriše provajder usluga, ili "preklopne", odnosno konfigurisane za svaki poziv..
Asynchonous Transfer Mode (ATM je skraćenica za engleski) poznat je kao način komunikacije koji se koristi u bankomatima i terminalima za plaćanje. Međutim, ova upotreba postepeno opada. Korištenje tehnologije u bankomatima je u velikoj mjeri zamijenjeno internetskim protokolom (IP). U ISO-OSI referentnoj vezi (Sloj 2), osnovni uređaji za prenos se obično nazivaju okviri. U bankomatu imaju fiksnu dužinu (53 okteta ili bajta) i posebno se nazivaju "ćelije".
Veličina ćelije
Kao što je gore navedeno, ATM dešifriranje je asinhroni prijenos podataka koji se vrši podjelom na ćelije određene veličine.
Ako se govorni signal svede na pakete, i oniprinuđeni da budu poslati na linku sa velikim prometom podataka, bez obzira na njihovu veličinu, naići će na velike kompletne pakete. U normalnim uvjetima mirovanja, mogu doživjeti maksimalna kašnjenja. Da 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 putem hardvera bez inherentnih kašnjenja koje unose softverski komutirani i rutirani okviri.
Tako su dizajneri bankomata koristili male ćelije podataka da smanje podrhtavanje (u ovom slučaju, disperziju kašnjenja) u multipleksiranju tokova podataka. Ovo je posebno važno kada se prenosi govorni saobraćaj, budući da je konverzija digitalizovanog glasa u analogni zvuk sastavni deo procesa u realnom vremenu. Ovo pomaže u radu dekodera (kodeka), koji zahtijeva ravnomjerno raspoređen (u vremenu) tok elemenata podataka. Ako sljedeći u redu nije dostupan kada je potrebno, kodek nema izbora osim da pauzira. Kasnije se informacija gubi jer je već prošao vremenski period kada je trebalo da se konvertuje u signal.
Kako se razvio bankomat?
Tokom razvoja ATM-a, 155 Mbps Synchronous Digital Hierarchy (SDH) sa 135 Mbps korisnim opterećenjem smatralo se brzom optičkom mrežom, a mnoge veze Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) u mreži su bile znatno sporije (ne više od 45 Mbps /sa). AtOvom brzinom, tipičan paket podataka pune veličine od 1500 bajta (12 000 bita) bi trebalo da se preuzme brzinom od 77,42 mikrosekunde. Na linku male brzine kao što je T1 1,544 Mbps linija, bilo je potrebno do 7,8 milisekundi za prijenos takvog paketa.
Kašnjenje preuzimanja uzrokovano nekoliko takvih paketa u redu može premašiti broj od 7,8 ms za nekoliko puta. Ovo je neprihvatljivo za glasovni saobraćaj, koji mora imati nisko podrhtavanje u toku podataka koji se unose u kodek da bi proizveo zvuk dobrog kvaliteta.
Paketni glasovni sistem to može učiniti na nekoliko načina, kao što je korištenje bafera za reprodukciju između mreže i kodeka. Ovo izglađuje podrhtavanje, ali kašnjenje koje se javlja prilikom prolaska kroz bafer zahtijeva uklanjanje eha, čak i na lokalnim mrežama. U to vrijeme se smatralo preskupim. Osim toga, to je povećalo kašnjenje na kanalu i otežalo komunikaciju.
ATM mrežna tehnologija inherentno obezbjeđuje nisko podrhtavanje (i najnižu ukupnu latenciju) za saobraćaj.
Kako ovo pomaže kod mrežne veze?
Dizajn bankomata je za nisko podrhtavanje mrežnog interfejsa. Međutim, "ćelije" su uvedene u dizajn kako bi se omogućila kratka kašnjenja u redu dok su i dalje podržavali promet datagrama. ATM tehnologija je razbila sve pakete, podatke i glasovne tokove u 48-bajtne fragmente, dodajući svakom od 5-bajtnih zaglavlja za rutiranje kako bi se kasnije mogli ponovo sastaviti.
Ovaj izbor veličinebio politički, a ne tehnički. Kada je CCITT (trenutno ITU-T) standardizirao ATM, predstavnici SAD-a željeli su korisni teret od 64 bajta jer se smatralo dobrim kompromisom između velikih količina informacija optimiziranih za prijenos podataka i kraćeg tereta dizajniranog za aplikacije u realnom vremenu. Zauzvrat, programeri u Evropi su željeli pakete od 32 bajta jer mala veličina (a samim tim i kratko vrijeme prijenosa) olakšava glasovne aplikacije u smislu poništavanja eha.
Veličina od 48 bajtova (plus veličina zaglavlja=53) odabrana je kao kompromis između dvije strane. 5-bajtna zaglavlja su odabrana jer se smatralo da je 10% korisnog opterećenja maksimalna cijena za informacije o rutiranju. ATM tehnologija je multipleksirala ćelije od 53 bajta, što je smanjilo oštećenje podataka i kašnjenje do 30 puta, smanjujući potrebu za eho poništavačima.
struktura ćelije bankomata
ATM definiše dva različita formata ćelija: korisnički mrežni interfejs (UNI) i mrežni interfejs (NNI). Većina mrežnih veza bankomata koristi UNI. Struktura svakog takvog paketa sastoji se od sljedećih elemenata:
- Polje generičke kontrole protoka (GFC) je 4-bitno polje koje je prvobitno dodano da podrži ATM interkonekciju u javnoj mreži. Topološki, predstavljen je kao prsten sa dvostrukom sabirnicom distribuiranog reda čekanja (DQDB). GFC polje je dizajnirano tako dada obezbedi 4 bita korisničkog-mrežnog interfejsa (UNI) za pregovaranje o multipleksiranju i kontroli toka između ćelija različitih ATM veza. Međutim, njegova upotreba i tačne vrijednosti nisu standardizirane i polje je uvijek postavljeno na 0000.
- VPI - identifikator virtuelne putanje (8-bitni UNI ili 12-bitni NNI).
- VCI - identifikator virtuelnog kanala (16 bita).
- PT - vrsta nosivosti (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 mrežnog zagušenja. Dodatno, još 1 bit je dodijeljen korisniku (AAU). Koristi ga AAL5 za označavanje granica paketa.
- CLP - prioritet gubitka ćelije (1 bit).
- HEC - kontrola greške u zaglavlju (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 adaptacije (AAL). Ako je MSB vrijednost PT polja 0, ovo je ćelija s korisničkim podacima, a preostala dva bita se koriste za indikaciju zagušenja mreže i kao bit zaglavlja opće namjene koji je dostupan slojevima prilagođavanja. Ako je MSB 1, to je kontrolni paket i preostala dva bita označavaju njegov tip.
Neki ATM (asinhroni metod prijenosa podataka) protokoli koriste HEC polje za kontrolu algoritma kadriranja baziranog na CRC-u koji može pronaćićelije bez dodatnih troškova. 8-bitni CRC se koristi za ispravljanje jednobitnih grešaka zaglavlja i otkrivanje višebitnih grešaka. Kada se potonje pronađu, trenutna i sljedeće ćelije se odbacuju sve dok se ne pronađe ćelija bez grešaka u zaglavlju.
UNI paket rezerviše GFC polje za lokalnu kontrolu toka ili sub-multipleksiranje između korisnika. Ovo je trebalo da omogući više terminala da dijele jednu mrežnu vezu. Također je korišten da se omogući da dva telefona sa integriranom uslugom digitalne mreže (ISDN) dijele istu osnovnu ISDN vezu pri određenoj brzini. Sva četiri GFC bita moraju po defaultu biti nula.
NNI format ćelije replicira UNI format na skoro 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 skoro 216 VC svaki put.
Ćelije i prijenos u praksi
Šta bankomat znači u praksi? Podržava različite vrste usluga putem AAL-a. Standardizovani AAL-ovi uključuju AAL1, AAL2 i AAL5, kao i manje korišćene AAC3 i AAL4. Prvi tip se koristi za usluge konstantne brzine prijenosa (CBR) i emulaciju kola. Sinhronizacija je takođe podržana u AAL1.
Drugi i četvrti tip se koriste za usluge varijabilne brzine prijenosa (VBR), AAL5 za podatke. Informacije o tome koji se AAL koristi za datu ćeliju nisu kodirane u njoj. Umjesto toga, usklađuje se ili prilagođavakrajnje tačke za svaku virtuelnu vezu.
Nakon početnog dizajna ove tehnologije, mreže su postale mnogo brže. Ethernet okvir od 1500 bajta (12000 bita) pune dužine traje samo 1,2 µs za prijenos na mreži od 10 Gbps, smanjujući potrebu za malim ćelijama za smanjenje kašnjenja.
Koje su snage i slabosti takve veze?
Prednosti i mane tehnologije ATM mreže su sljedeće. Neki vjeruju da će povećanje brzine komunikacije omogućiti da se ona zamijeni Ethernetom u okosnoj mreži. Međutim, treba napomenuti da povećanje brzine samo po sebi ne smanjuje podrhtavanje zbog čekanja. Osim toga, hardver za implementaciju adaptacije usluge za IP pakete je skup.
U isto vrijeme, zbog fiksnog tereta od 48 bajtova, ATM nije prikladan kao podatkovna veza direktno pod IP-om, budući da OSI sloj na kojem IP radi mora obezbijediti maksimalnu jedinicu prijenosa (MTU) od na najmanje 576 bajtova.
Na sporijim ili zagušenim konekcijama (622 Mbps i ispod), ATM ima smisla, i iz tog razloga većina sistema asimetričnih digitalnih pretplatničkih linija (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 nošenja više logike na jednom fizičkom ili virtuelnom mediju, iako postoje i druge metode kao što je višekanalniPPP i Ethernet VLAN, koji su opcioni u VDSL implementacijama.
DSL se može koristiti kao način za pristup mreži bankomata, omogućavajući vam da se povežete sa mnogim ISP-ovima preko širokopojasne mreže bankomata.
Dakle, nedostaci tehnologije su što gubi svoju efikasnost u modernim brzim vezama. Prednost ovakve mreže je što značajno povećava propusni opseg, jer omogućava direktnu vezu između različitih perifernih uređaja.
Pored toga, sa jednom fizičkom vezom koja koristi ATM, nekoliko različitih virtuelnih kola sa različitim karakteristikama može raditi istovremeno.
Ova tehnologija koristi prilično moćne alate za upravljanje prometom koji se i dalje razvijaju u ovom trenutku. To omogućava prijenos podataka različitih tipova u isto vrijeme, čak i ako imaju potpuno različite zahtjeve za njihovo slanje i primanje. Na primjer, možete kreirati promet koristeći različite protokole na istom kanalu.
Osnove virtuelnih kola
Asynchonous Transfer Mode (skraćenica za ATM) radi kao transportni sloj baziran na linku koristeći virtuelna kola (VC). Ovo se odnosi na koncept virtuelnih putanja (VP) i kanala. Svaka ATM ćelija ima 8-bitni ili 12-bitni identifikator virtuelne putanje (VPI) i 16-bitni identifikator virtuelnog kola (VCI),definirano u svom zaglavlju.
VCI, zajedno sa VPI, koristi se za identifikaciju sljedećeg odredišta paketa dok prolazi kroz niz ATM prekidača na svom putu do odredišta. Dužina VPI varira u zavisnosti od toga da li se ćelija šalje preko korisničkog interfejsa ili mrežnog interfejsa.
Kako ovi paketi prolaze kroz ATM mrežu, dolazi do prebacivanja promjenom VPI/VCI vrijednosti (zamjenom oznaka). Iako se ne poklapaju nužno s krajevima veze, koncept šeme je sekvencijalan (za razliku od IP-a, gdje svaki paket može doći do svog odredišta drugom rutom). ATM prekidači koriste VPI/VCI polja za identifikaciju virtuelnog kola (VCL) sljedeće mreže koju ćelija mora proći na svom putu do svog konačnog odredišta. Funkcija VCI-a je slična onoj kod identifikatora veze podatkovne veze (DLCI) u releju okvira i broja logičke grupe kanala u X.25.
Još jedna prednost korištenja virtuelnih kola je ta što se mogu koristiti kao sloj za multipleksiranje, omogućavajući korištenje različitih usluga (kao što su glas i prijenos okvira). VPI je koristan za smanjenje tabele prebacivanja nekih virtuelnih kola koja dele putanje.
Korišćenje ćelija i virtuelnih kola za organizovanje saobraćaja
ATM tehnologija uključuje dodatno kretanje prometa. Kada je kolo konfigurirano, svaki prekidač u krugu je obaviješten o klasi veze.
ATM saobraćajni ugovori su dio mehanizmapružanje "kvaliteta usluge" (QoS). Postoje četiri glavna tipa (i nekoliko varijanti), od kojih svaka ima skup parametara koji opisuju vezu:
- CBR - konstantna brzina prenosa podataka. Specificirana vršna stopa (PCR) koja je fiksna.
- VBR - varijabilna brzina prijenosa podataka. Specificirana prosječna ili stabilna vrijednost (SCR), koja može dostići maksimum na određenom nivou, za maksimalni interval prije nego što se pojave problemi.
- ABR - dostupna brzina prenosa podataka. Navedena minimalna zagarantovana vrijednost.
- UBR - nedefinisana brzina prenosa podataka. Saobraćaj se distribuira preko preostale propusnosti.
VBR ima opcije u realnom vremenu, au drugim načinima se koristi za "situacijski" saobraćaj. Netačno vrijeme se ponekad skraćuje na vbr-nrt.
Većina klasa saobraćaja takođe koristi koncept varijacije stanične tolerancije (CDVT), koji definiše njihovu "agregaciju" tokom vremena.
Kontrola prijenosa podataka
Šta bankomat znači s obzirom na gore navedeno? Za održavanje performansi mreže, pravila o virtuelnom mrežnom saobraćaju mogu se primijeniti kako bi se ograničila količina podataka koji se prenose na ulaznim tačkama veze.
Referentni model validiran za UPC i NPC je generički algoritam brzine ćelije (GCRA). Po pravilu, VBR saobraćaj se obično kontroliše 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 je baziran na sekvencijalnom nadzoru, ali to nije optimalno za inkapsulirani paketski promet (jer će ispuštanje jedne jedinice poništiti cijeli paket). Kao rezultat toga, stvorene su šeme kao što su Parcijalno odbacivanje paketa (PPD) i Early Packet Discard (EPD) koje su sposobne da odbace čitav niz ćelija dok ne počne sledeći paket. Ovo smanjuje broj beskorisnih informacija na mreži i štedi propusni opseg za kompletne pakete.
EPD i PPD rade sa AAL5 konekcijama jer koriste kraj markera paketa: bit ATM Indikacije korisničkog sučelja (AUU) u polju Payload Type zaglavlja, koje je postavljeno u posljednjoj ćeliji SAR-a -SDU.
Oblikovanje saobraćaja
Osnove ATM tehnologije u ovom dijelu mogu se predstaviti na sljedeći način. Oblikovanje saobraćaja se obično dešava na mrežnoj kartici (NIC) u korisničkoj opremi. Ovim se pokušava osigurati da će tok ćelija na VC-u odgovarati njegovom prometnom ugovoru, tj. jedinice neće biti ispuštene ili smanjene u prioritetu na UNI. Pošto je referentni model dat za upravljanje saobraćajem u mreži GCRA, ovaj algoritam se obično koristi i za oblikovanje i usmjeravanje podataka.
Vrste virtuelnih kola i puteva
ATM tehnologija može kreirati virtuelna kola i putanje kaostatički kao i dinamički. Statička kola (STS) ili putanje (PVP) zahtijevaju da se kolo sastoji od niza segmenata, po jedan za svaki par interfejsa kroz koji prolazi.
PVP i PVC, iako su konceptualno jednostavni, zahtijevaju znatan napor u velikim mrežama. Oni također ne podržavaju preusmjeravanje usluge u slučaju kvara. Nasuprot tome, dinamički izgrađeni SPVP-i i SPVC-ovi se grade specificiranjem karakteristika šeme (usluga "ugovor") i dvije krajnje tačke.
Konačno, ATM mreže kreiraju i brišu komutirana virtuelna kola (SVC) prema zahtevima krajnjeg dela opreme. Jedna aplikacija za SVC je prenošenje pojedinačnih telefonskih poziva kada je mreža prekidača međusobno povezana putem bankomata. SVC-ovi su također korišteni u pokušaju zamjene ATM LAN-ova.
šema virtuelnog rutiranja
Većina ATM mreža koje podržavaju SPVP, SPVC i SVC koristi interfejs privatnog mrežnog čvora ili protokol privatnog mrežnog interfejsa (PNNI). PNNI koristi isti algoritam najkraće putanje koji koriste OSPF i IS-IS za rutiranje IP paketa za razmjenu topoloških informacija između prekidača i odabir rute kroz mrežu. PNNI također uključuje moćan mehanizam sažimanja koji omogućava stvaranje vrlo velikih mreža, kao i algoritam kontrole pristupa pozivima (CAC) koji određuje dostupnost dovoljne propusnosti duž predložene rute kroz mrežu kako bi se ispunili zahtjevi usluge VC-a. ili VP.
Primanje i povezivanje napozivi
Mreža mora uspostaviti vezu prije nego što obje strane mogu slati ćelije jedna drugoj. U ATM-u se to naziva virtuelno kolo (VC). Ovo može biti trajno virtuelno kolo (PVC) koje je administrativno kreirano na krajnjim tačkama ili komutirano virtuelno kolo (SVC) koje kreiraju po potrebi strane koje prenose. Kreiranje SVC-a kontroliše se signalizacijom, u kojoj podnosilac zahteva navodi adresu primaoca, vrstu tražene usluge i sve parametre saobraćaja koji mogu biti primenljivi na izabranu uslugu. Mreža će tada potvrditi da su traženi resursi dostupni i da postoji ruta za vezu.
ATM tehnologija definira sljedeća tri nivoa:
- adaptacije bankomata (AAL);
- 2 ATM, otprilike ekvivalent OSI sloju veze podataka;
- fizički ekvivalent istom OSI sloju.
Primjena i distribucija
ATM tehnologija je postala popularna među telefonskim kompanijama i mnogim proizvođačima računara 1990-ih. Međutim, čak i do kraja ove decenije, najbolja cijena i performanse proizvoda Internet protokola počele su da se takmiče s ATM-om za integraciju u realnom vremenu i paketni mrežni promet.
Neke kompanije se i danas fokusiraju na proizvode bankomata, dok ih druge nude kao opciju.
Mobilna tehnologija
Bežična tehnologija se sastoji od osnovne mreže bankomata sa bežičnom pristupnom mrežom. Ovdje se ćelije prenose sa baznih stanica na mobilne terminale. FunkcijeMobilnosti se izvode na ATM komutatoru u osnovnoj mreži, poznatom kao "crossover", što je analogno MSC-u (Mobile Switching Center) GSM mreža. Prednost bežične komunikacije ATM-a je njena visoka propusnost i visoka stopa primopredaje koja se obavlja na sloju 2.
Početkom 1990-ih, neke istraživačke laboratorije su bile aktivne u ovoj oblasti. Forum bankomata je kreiran da standardizuje tehnologiju bežičnog umrežavanja. Podržalo ga je nekoliko telekomunikacionih kompanija, uključujući NEC, Fujitsu i AT&T. ATM mobilna tehnologija ima za cilj da obezbijedi multimedijalne komunikacijske tehnologije velike brzine koje mogu pružiti mobilnu širokopojasnu vezu izvan GSM i WLAN mreža.
