Teknologi ATM ialah konsep telekomunikasi yang ditakrifkan oleh piawaian antarabangsa untuk membawa rangkaian penuh trafik pengguna, termasuk isyarat suara, data dan video. Ia dibangunkan untuk memenuhi keperluan rangkaian digital perkhidmatan jalur lebar dan pada asalnya direka untuk penyepaduan rangkaian telekomunikasi. Singkatan ATM adalah singkatan kepada Mod Asynchonous Transfer dan diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia sebagai "pemindahan data tak segerak".
Teknologi dicipta untuk rangkaian yang perlu mengendalikan kedua-dua trafik data berprestasi tinggi tradisional (seperti pemindahan fail) dan kandungan masa nyata kependaman rendah (seperti suara dan video). Model rujukan untuk ATM memetakan secara kasar kepada tiga lapisan bawah ISO-OSI: rangkaian, pautan data dan fizikal. ATM ialah protokol utama yang digunakan melalui litar SONET/SDH (rangkaian telefon suis awam) dan Rangkaian Digital Perkhidmatan Bersepadu (ISDN).
Apakah ini?
Apakah maksud ATM untuk sambungan rangkaian? Dia menyediakankefungsian serupa dengan pensuisan litar dan rangkaian ditukar paket: teknologi ini menggunakan pemultipleksan pembahagian masa tak segerak dan mengekod data ke dalam paket saiz tetap kecil (bingkai ISO-OSI) yang dipanggil sel. Ini berbeza daripada pendekatan seperti Internet Protocol atau Ethernet, yang menggunakan paket dan bingkai bersaiz berubah-ubah.
Prinsip asas teknologi ATM adalah seperti berikut. Ia menggunakan model berorientasikan sambungan di mana litar maya mesti diwujudkan antara dua titik akhir sebelum komunikasi sebenar boleh dimulakan. Litar maya ini boleh menjadi "kekal", iaitu sambungan khusus yang biasanya diprakonfigurasikan oleh pembekal perkhidmatan, atau "boleh tukar", iaitu, boleh dikonfigurasikan untuk setiap panggilan.
Mod Pindahan Asynchonous (ATM singkatan bahasa Inggeris) dikenali sebagai kaedah komunikasi yang digunakan dalam ATM dan terminal pembayaran. Walau bagaimanapun, penggunaan ini semakin berkurangan. Penggunaan teknologi dalam ATM telah banyak digantikan oleh Internet Protocol (IP). Dalam pautan rujukan ISO-OSI (Lapisan 2), peranti penghantaran asas biasanya dirujuk sebagai bingkai. Dalam ATM, ia mempunyai panjang tetap (53 oktet atau bait) dan secara khusus dipanggil "sel".
Saiz sel
Seperti yang dinyatakan di atas, penyahsulitan ATM ialah pemindahan data tak segerak yang dijalankan dengan membahagikannya kepada sel saiz tertentu.
Jika isyarat pertuturan dikurangkan kepada paket, dan iaterpaksa dihantar pada pautan dengan trafik data yang padat, tidak kira apa saiznya, mereka akan menemui paket penuh yang besar. Dalam keadaan terbiar biasa, mereka mungkin mengalami kelewatan maksimum. Untuk mengelakkan masalah ini, semua paket atau sel ATM mempunyai saiz kecil yang sama. Di samping itu, struktur sel tetap bermakna data boleh dipindahkan dengan mudah oleh perkakasan tanpa kelewatan yang wujud yang diperkenalkan oleh perisian bertukar dan bingkai dihalakan.
Oleh itu, pereka ATM menggunakan sel data kecil untuk mengurangkan jitter (dalam kes ini, melambatkan penyebaran) dalam pemultipleksan strim data. Ini amat penting apabila membawa trafik suara, kerana penukaran suara didigitalkan kepada audio analog merupakan bahagian penting dalam proses masa nyata. Ini membantu operasi penyahkod (codec), yang memerlukan aliran elemen data yang diedarkan secara seragam (dalam masa). Jika baris seterusnya tidak tersedia apabila diperlukan, codec tidak mempunyai pilihan selain menjeda. Kemudian, maklumat itu hilang kerana tempoh masa yang sepatutnya ditukar kepada isyarat telah pun berlalu.
Bagaimana ATM berkembang?
Semasa pembangunan ATM, Hierarki Digital Segerak (SDH) 155 Mbps dengan muatan 135 Mbps dianggap sebagai rangkaian optik yang pantas, dan kebanyakan pautan Hierarki Digital Plesiochronous (PDH) dalam rangkaian adalah lebih perlahan (tidak lebih daripada 45 Mbps /Dengan). PadaPada kadar ini, paket data 1500-bait (12,000-bit) bersaiz penuh biasa harus dimuat turun pada 77.42 mikrosaat. Pada pautan berkelajuan rendah seperti talian T1 1.544 Mbps, ia mengambil masa sehingga 7.8 milisaat untuk menghantar paket sedemikian.
Lengah muat turun yang disebabkan oleh beberapa paket sedemikian dalam baris gilir boleh melebihi bilangan 7.8 ms beberapa kali. Ini tidak boleh diterima untuk trafik suara, yang mesti mempunyai jitter rendah dalam strim data yang dimasukkan ke dalam codec untuk menghasilkan audio berkualiti baik.
Sistem suara paket boleh melakukan ini dalam beberapa cara, seperti menggunakan penimbal main balik antara rangkaian dan codec. Ini melancarkan kegelisahan, tetapi kelewatan yang berlaku apabila melalui penimbal memerlukan pembatalan gema, walaupun pada rangkaian tempatan. Pada masa itu ia dianggap terlalu mahal. Selain itu, ia meningkatkan kelewatan pada saluran dan menyukarkan komunikasi.
Teknologi rangkaian ATM sememangnya menyediakan jitter rendah (dan kependaman keseluruhan terendah) untuk trafik.
Bagaimanakah ini membantu dengan sambungan rangkaian?
Reka bentuk ATM adalah untuk antara muka rangkaian jitter rendah. Walau bagaimanapun, "sel" telah diperkenalkan ke dalam reka bentuk untuk membenarkan kelewatan baris gilir pendek sambil masih menyokong trafik datagram. Teknologi ATM memecahkan semua paket, data dan strim suara kepada serpihan 48-bait, menambahkan pengepala penghalaan 5-bait pada setiap satu supaya ia boleh dipasang semula kemudian.
Pilihan saiz iniadalah politik, bukan teknikal. Apabila CCITT (kini ITU-T) menyeragamkan ATM, wakil AS mahukan muatan 64 bait kerana ia dianggap sebagai kompromi yang baik antara sejumlah besar maklumat yang dioptimumkan untuk penghantaran data dan muatan yang lebih pendek yang direka untuk aplikasi masa nyata.. Sebaliknya, pembangun di Eropah mahukan paket 32-bait kerana saiz yang kecil (dan oleh itu masa penghantaran yang singkat) memudahkan aplikasi suara dari segi pembatalan gema.
Saiz 48 bait (tambah saiz pengepala=53) telah dipilih sebagai kompromi antara kedua-dua pihak. Pengepala 5-bait telah dipilih kerana 10% daripada muatan dianggap sebagai harga maksimum yang perlu dibayar untuk maklumat penghalaan. Teknologi ATM memultiplekskan sel 53-bait, yang mengurangkan kerosakan data dan kependaman sehingga 30 kali ganda, mengurangkan keperluan untuk pembatalan gema.
struktur sel ATM
ATM mentakrifkan dua format sel berbeza: antara muka rangkaian pengguna (UNI) dan antara muka rangkaian (NNI). Kebanyakan pautan rangkaian ATM menggunakan UNI. Struktur setiap pakej tersebut terdiri daripada elemen berikut:
- Medan Kawalan Aliran Generik (GFC) ialah medan 4-bit yang pada asalnya ditambahkan untuk menyokong sambungan ATM dalam rangkaian awam. Dari segi topologi, ia diwakili sebagai cincin Dwi Bas Gilir Teragih (DQDB). Medan GFC telah direka bentuk supayauntuk menyediakan 4 bit Antara Muka Rangkaian Pengguna (UNI) untuk merundingkan pemultipleksan dan kawalan aliran antara sel sambungan ATM yang berbeza. Walau bagaimanapun, penggunaan dan nilai tepatnya tidak diseragamkan dan medan sentiasa ditetapkan kepada 0000.
- VPI - pengecam laluan maya (8 bit UNI atau 12 bit NNI).
- VCI - pengecam saluran maya (16 bit).
- PT - jenis muatan (3 bit).
- MSB - sel kawalan rangkaian. Jika nilainya ialah 0, paket data pengguna digunakan, dan dalam strukturnya, 2 bit ialah Petunjuk Kesesakan Eksplisit (EFCI) dan 1 ialah Pengalaman Kesesakan Rangkaian. Selain itu, 1 bit lagi diperuntukkan untuk pengguna (AAU). Ia digunakan oleh AAL5 untuk menunjukkan sempadan paket.
- CLP - keutamaan kehilangan sel (1 bit).
- HEC - kawalan ralat pengepala (CRC 8-bit).
Rangkaian ATM menggunakan medan PT untuk menetapkan pelbagai sel khas untuk tujuan operasi, pentadbiran dan pengurusan (OAM) dan untuk mentakrifkan sempadan paket dalam beberapa lapisan penyesuaian (AAL). Jika nilai MSB medan PT ialah 0, ini ialah sel data pengguna dan dua bit yang tinggal digunakan untuk menunjukkan kesesakan rangkaian dan sebagai bit pengepala tujuan umum yang tersedia untuk lapisan penyesuaian. Jika MSB ialah 1, ia adalah paket kawalan dan baki dua bit menunjukkan jenisnya.
Sesetengah protokol ATM (Kaedah Pemindahan Data Asynchronous) menggunakan medan HEC untuk mengawal algoritma pembingkaian berasaskan CRC yang boleh mencarisel tanpa kos tambahan. CRC 8-bit digunakan untuk membetulkan ralat pengepala bit tunggal dan mengesan ralat berbilang bit. Apabila yang terakhir ditemui, sel semasa dan seterusnya dibuang sehingga sel ditemui tanpa ralat pengepala.
Pakej UNI menyimpan medan GFC untuk kawalan aliran tempatan atau sub-multipleks antara pengguna. Ini bertujuan untuk membenarkan berbilang terminal berkongsi sambungan rangkaian tunggal. Ia juga digunakan untuk membolehkan dua telefon rangkaian digital perkhidmatan bersepadu (ISDN) berkongsi sambungan ISDN asas yang sama pada kelajuan tertentu. Kesemua empat bit GFC mestilah sifar secara lalai.
Format sel NNI mereplikasi format UNI dengan cara yang sama, kecuali medan GFC 4-bit diperuntukkan semula ke dalam medan VPI, mengembangkannya kepada 12 bit. Jadi satu sambungan ATM NNI boleh mengendalikan hampir 216 VC setiap kali.
Sel dan penghantaran dalam amalan
Apakah maksud ATM dalam amalan? Ia menyokong pelbagai jenis perkhidmatan melalui AAL. AAL piawai termasuk AAL1, AAL2 dan AAL5, serta AAC3 dan AAL4 yang kurang biasa digunakan. Jenis pertama digunakan untuk perkhidmatan kadar bit malar (CBR) dan emulasi litar. Penyegerakan juga disokong dalam AAL1.
Jenis kedua dan keempat digunakan untuk perkhidmatan kadar bit berubah (VBR), AAL5 untuk data. Maklumat tentang AAL yang digunakan untuk sel tertentu tidak dikodkan di dalamnya. Sebaliknya, ia diselaraskan atau diselaraskan kepadatitik akhir untuk setiap sambungan maya.
Selepas reka bentuk awal teknologi ini, rangkaian telah menjadi lebih pantas. Bingkai Ethernet penuh 1500 bait (12000 bit) hanya mengambil masa 1.2 µs untuk dihantar pada rangkaian 10 Gbps, mengurangkan keperluan untuk sel kecil untuk mengurangkan kependaman.
Apakah kekuatan dan kelemahan hubungan sedemikian?
Kebaikan dan keburukan teknologi rangkaian ATM adalah seperti berikut. Sesetengah percaya bahawa meningkatkan kelajuan komunikasi akan membolehkan ia digantikan oleh Ethernet dalam rangkaian tulang belakang. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa meningkatkan kelajuan dengan sendirinya tidak mengurangkan kegelisahan akibat beratur. Selain itu, perkakasan untuk melaksanakan penyesuaian perkhidmatan untuk paket IP adalah mahal.
Pada masa yang sama, disebabkan muatan tetap sebanyak 48 bait, ATM tidak sesuai sebagai pautan data secara langsung di bawah IP, kerana lapisan OSI di mana IP beroperasi mesti menyediakan unit penghantaran maksimum (MTU) pada sekurang-kurangnya 576 bait.
Pada sambungan yang lebih perlahan atau sesak (622 Mbps dan ke bawah), ATM masuk akal, dan atas sebab ini kebanyakan sistem talian pelanggan digital (ADSL) asimetri menggunakan teknologi ini sebagai lapisan perantaraan antara lapisan pautan fizikal dan protokol Lapisan 2 seperti PPP atau Ethernet.
Pada kelajuan yang lebih rendah ini, ATM menyediakan keupayaan berguna untuk membawa berbilang logik pada satu media fizikal atau maya, walaupun terdapat kaedah lain seperti berbilang saluranVLAN PPP dan Ethernet, yang merupakan pilihan dalam pelaksanaan VDSL.
DSL boleh digunakan sebagai cara untuk mengakses rangkaian ATM, membolehkan anda menyambung kepada banyak ISP melalui rangkaian ATM jalur lebar.
Oleh itu, kelemahan teknologi ialah ia kehilangan keberkesanannya dalam sambungan berkelajuan tinggi moden. Kelebihan rangkaian sedemikian ialah ia meningkatkan lebar jalur dengan ketara, kerana ia menyediakan sambungan terus antara pelbagai peranti persisian.
Selain itu, dengan satu sambungan fizikal menggunakan ATM, beberapa litar maya berbeza dengan ciri berbeza boleh beroperasi serentak.
Teknologi ini menggunakan alatan pengurusan trafik yang cukup berkuasa yang terus berkembang pada masa ini. Ini memungkinkan untuk menghantar data pelbagai jenis pada masa yang sama, walaupun mereka mempunyai keperluan yang sama sekali berbeza untuk menghantar dan menerimanya. Contohnya, anda boleh membuat trafik menggunakan protokol yang berbeza pada saluran yang sama.
Asas litar maya
Mod Pemindahan Asynchonous (singkatan untuk ATM) beroperasi sebagai lapisan pengangkutan berasaskan pautan menggunakan litar maya (VC). Ini berkaitan dengan konsep laluan maya (VP) dan saluran. Setiap sel ATM mempunyai Pengecam Laluan Maya (VPI) 8-bit atau 12-bit dan Pengecam Litar Maya (VCI) 16-bit,ditakrifkan dalam pengepalanya.
VCI, bersama-sama dengan VPI, digunakan untuk mengenal pasti destinasi seterusnya bagi sesebuah paket semasa ia melalui satu siri suis ATM dalam perjalanan ke destinasinya. Panjang VPI berbeza-beza bergantung pada sama ada sel dihantar melalui antara muka pengguna atau antara muka rangkaian.
Apabila paket ini melalui rangkaian ATM, penukaran berlaku dengan menukar nilai VPI/VCI (menggantikan tag). Walaupun mereka tidak semestinya sepadan dengan hujung sambungan, konsep skema adalah berurutan (tidak seperti IP, di mana mana-mana paket boleh sampai ke destinasinya melalui laluan yang berbeza). Suis ATM menggunakan medan VPI/VCI untuk mengenal pasti litar maya (VCL) rangkaian seterusnya yang sel mesti transit dalam perjalanan ke destinasi terakhirnya. Fungsi VCI adalah serupa dengan Pengecam Sambungan Pautan Data (DLCI) dalam geganti bingkai dan nombor kumpulan saluran logik dalam X.25.
Satu lagi kelebihan menggunakan litar maya ialah ia boleh digunakan sebagai lapisan pemultipleksan, membenarkan perkhidmatan berbeza (seperti geganti suara dan bingkai) digunakan. VPI berguna untuk mengurangkan jadual pensuisan beberapa litar maya yang berkongsi laluan.
Menggunakan sel dan litar maya untuk mengatur trafik
Teknologi ATM termasuk pergerakan trafik tambahan. Apabila litar dikonfigurasikan, setiap suis dalam litar dimaklumkan tentang kelas sambungan.
Kontrak trafik ATM adalah sebahagian daripada mekanismemenyediakan "kualiti perkhidmatan" (QoS). Terdapat empat jenis utama (dan beberapa varian), setiap satunya mempunyai set parameter yang menerangkan sambungan:
- CBR - kadar data malar. Kadar Puncak Tertentu (PCR) yang ditetapkan.
- VBR - kadar data berubah-ubah. Nilai purata atau keadaan mantap (SCR) yang ditentukan, yang boleh memuncak pada tahap tertentu, untuk selang maksimum sebelum masalah berlaku.
- ABR - kadar data tersedia. Nilai jaminan minimum dinyatakan.
- UBR - kadar data tidak ditentukan. Trafik diedarkan merentasi lebar jalur yang tinggal.
VBR mempunyai pilihan masa nyata dan dalam mod lain digunakan untuk trafik "situasi". Masa yang salah kadangkala dipendekkan kepada vbr-nrt.
Kebanyakan kelas trafik juga menggunakan konsep Variasi Toleransi Sel (CDVT), yang mentakrifkan "pengagregatan" mereka dari semasa ke semasa.
Kawalan penghantaran data
Apakah maksud ATM diberikan di atas? Untuk mengekalkan prestasi rangkaian, peraturan trafik rangkaian maya boleh digunakan untuk mengehadkan jumlah data yang dipindahkan pada titik masuk sambungan.
Model rujukan yang disahkan untuk UPC dan NPC ialah Algoritma Kadar Sel Generik (GCRA). Sebagai peraturan, trafik VBR biasanya dikawal menggunakan pengawal, tidak seperti jenis lain.
Jika jumlah data melebihi trafik yang ditentukan oleh GCRA, rangkaian boleh sama ada menetapkan semulasel, atau tandakan bit Keutamaan Kehilangan Sel (CLP) (untuk mengenal pasti paket sebagai berpotensi berlebihan). Kerja keselamatan utama adalah berdasarkan pemantauan berurutan, tetapi ini tidak optimum untuk trafik paket terkapsul (kerana menjatuhkan satu unit akan membatalkan keseluruhan paket). Akibatnya, skim seperti Buang Paket Separa (PPD) dan Buang Paket Awal (EPD) telah dicipta yang mampu membuang keseluruhan siri sel sehingga paket seterusnya bermula. Ini mengurangkan bilangan maklumat yang tidak berguna pada rangkaian dan menjimatkan lebar jalur untuk paket lengkap.
EPD dan PPD berfungsi dengan sambungan AAL5 kerana mereka menggunakan hujung penanda paket: bit Petunjuk Antara Muka Pengguna ATM (AUU) dalam medan Jenis Muatan pengepala, yang ditetapkan dalam sel terakhir SAR -SDU.
Pembentukan Trafik
Asas teknologi ATM dalam bahagian ini boleh diwakili seperti berikut. Pembentukan trafik biasanya berlaku pada kad antara muka rangkaian (NIC) dalam peralatan pengguna. Ini cuba untuk memastikan bahawa aliran sel pada VC akan sepadan dengan kontrak trafiknya, iaitu unit tidak akan digugurkan atau dikurangkan dalam keutamaan di UNI. Memandangkan model rujukan yang diberikan untuk pengurusan trafik dalam rangkaian ialah GCRA, algoritma ini biasanya digunakan untuk membentuk dan menghala data juga.
Jenis litar dan laluan maya
Teknologi ATM boleh mencipta litar dan laluan maya sebagaisecara statik dan juga dinamik. Litar statik (STS) atau laluan (PVP) memerlukan litar terdiri daripada satu siri segmen, satu untuk setiap pasangan antara muka yang dilaluinya.
PVP dan PVC, walaupun secara konsepnya mudah, memerlukan usaha yang besar dalam rangkaian yang besar. Mereka juga tidak menyokong penghalaan semula perkhidmatan sekiranya berlaku kegagalan. Sebaliknya, SPVP dan SPVC yang dibina secara dinamik dibina dengan menyatakan ciri-ciri skema ("kontrak") perkhidmatan dan dua titik akhir.
Akhir sekali, rangkaian ATM mencipta dan memadam litar maya (SVC) tersuis seperti yang diperlukan oleh bahagian akhir peralatan. Satu aplikasi untuk SVC adalah untuk membawa panggilan telefon individu apabila rangkaian suis disambungkan melalui ATM. SVC juga digunakan dalam percubaan untuk menggantikan LAN ATM.
Skim penghalaan maya
Kebanyakan rangkaian ATM yang menyokong SPVP, SPVC dan SVC menggunakan antara muka Nod Rangkaian Peribadi atau protokol Antara Muka Rangkaian-ke-Rangkaian Persendirian (PNNI). PNNI menggunakan algoritma laluan terpendek yang sama yang digunakan oleh OSPF dan IS-IS untuk menghalakan paket IP untuk pertukaran maklumat topologi antara suis dan pemilihan laluan melalui rangkaian. PNNI juga termasuk mekanisme ringkasan yang berkuasa yang membolehkan penciptaan rangkaian yang sangat besar, serta algoritma Kawalan Akses Panggilan (CAC) yang menentukan ketersediaan lebar jalur yang mencukupi di sepanjang laluan yang dicadangkan melalui rangkaian untuk memenuhi keperluan perkhidmatan VC. atau VP.
Menerima dan menyambung kepanggilan
Rangkaian mesti mewujudkan sambungan sebelum kedua-dua pihak boleh menghantar sel antara satu sama lain. Dalam ATM, ini dipanggil litar maya (VC). Ini boleh menjadi litar maya kekal (PVC) yang dibuat secara pentadbiran pada titik akhir, atau litar maya tersuis (SVC) yang dicipta mengikut keperluan oleh pihak yang menghantar. Penciptaan SVC dikawal dengan memberi isyarat, di mana peminta menentukan alamat pihak penerima, jenis perkhidmatan yang diminta dan sebarang parameter trafik yang mungkin berkenaan dengan perkhidmatan yang dipilih. Rangkaian kemudiannya akan mengesahkan bahawa sumber yang diminta tersedia dan laluan wujud untuk sambungan.
Teknologi ATM mentakrifkan tiga peringkat berikut:
- Penyesuaian ATM (AAL);
- 2 ATM, lebih kurang sama dengan lapisan pautan data OSI;
- fizikal setara dengan lapisan OSI yang sama.
Pengedaran dan pengedaran
Teknologi ATM menjadi popular dengan syarikat telefon dan banyak pengeluar komputer pada tahun 1990-an. Walau bagaimanapun, walaupun pada penghujung dekad ini, harga dan prestasi terbaik produk Protokol Internet mula bersaing dengan ATM untuk penyepaduan masa nyata dan trafik rangkaian paket.
Sesetengah syarikat masih menumpukan pada produk ATM hari ini, manakala yang lain menyediakannya sebagai pilihan.
Teknologi Mudah Alih
Teknologi wayarles terdiri daripada rangkaian teras ATM dengan rangkaian akses wayarles. Sel-sel di sini dihantar dari stesen pangkalan ke terminal mudah alih. FungsiMobiliti dilakukan pada suis ATM dalam rangkaian teras, yang dikenali sebagai "crossover", yang serupa dengan MSC (Pusat Pensuisan Mudah Alih) rangkaian GSM. Kelebihan komunikasi wayarles ATM ialah daya pemprosesannya yang tinggi dan kadar penyerahan tinggi yang dilakukan pada lapisan 2.
Pada awal 1990-an, beberapa makmal penyelidikan aktif di kawasan ini. Forum ATM diwujudkan untuk menyeragamkan teknologi rangkaian tanpa wayar. Ia disokong oleh beberapa syarikat telekomunikasi, termasuk NEC, Fujitsu dan AT&T. Teknologi mudah alih ATM bertujuan untuk menyediakan teknologi komunikasi multimedia berkelajuan tinggi yang mampu menyediakan jalur lebar mudah alih melangkaui rangkaian GSM dan WLAN.
