ATM технологията е телекомуникационна концепция, дефинирана от международните стандарти за пренасяне на пълния спектър от потребителски трафик, включително гласови, данни и видео сигнали. Той е разработен, за да отговори на нуждите на цифрова мрежа от широколентови услуги и първоначално е проектиран за интегриране на телекомуникационни мрежи. Съкращението ATM означава асинхронен режим на трансфер и се превежда на руски като "асинхронен трансфер на данни".
Технологията е създадена за мрежи, които трябва да обработват както традиционния високопроизводителен трафик на данни (като прехвърляне на файлове), така и съдържание в реално време с ниска латентност (като глас и видео). Референтният модел за ATM картографира приблизително към трите долни слоя на ISO-OSI: мрежа, връзка за данни и физически. ATM е основният протокол, използван през веригите SONET/SDH (обществена комутирана телефонна мрежа) и цифрова мрежа с интегрирани услуги (ISDN).
Какво е това?
Какво означава банкомат за мрежова връзка? Тя осигурявафункционалност, подобна на комутацията на вериги и мрежите с комутиране на пакети: технологията използва асинхронно мултиплексиране с времево разделение и кодира данни в малки пакети с фиксиран размер (ISO-OSI рамки), наречени клетки. Това е различно от подходи като Интернет протокол или Ethernet, които използват пакети и рамки с променлив размер.
Основните принципи на ATM технологията са както следва. Той използва модел, ориентиран към свързване, в който трябва да се установи виртуална верига между две крайни точки, преди действителната комуникация да може да започне. Тези виртуални вериги могат да бъдат "постоянни", тоест специални връзки, които обикновено са предварително конфигурирани от доставчика на услуги, или "превключващи", тоест конфигурируеми за всяко повикване..
Асинхронен режим на трансфер (АТМ означава английски) е известен като комуникационен метод, използван в банкоматите и платежните терминали. Тази употреба обаче постепенно намалява. Използването на технологии в банкоматите до голяма степен е заменено от Интернет протокола (IP). В референтната връзка ISO-OSI (слой 2), основните предавателни устройства обикновено се наричат рамки. В ATM те имат фиксирана дължина (53 октета или байта) и се наричат специално "клетки".
Размер на клетка
Както е отбелязано по-горе, декриптирането на банкомат е асинхронен трансфер на данни, извършван чрез разделянето им на клетки с определен размер.
Ако говорният сигнал се сведе до пакети и тепринудени да бъдат изпратени по връзка с голям трафик на данни, без значение какъв е техният размер, те ще срещнат големи пълноценни пакети. При нормални условия на празен ход те могат да получат максимални закъснения. За да избегнете този проблем, всички ATM пакети или клетки имат еднакъв малък размер. В допълнение, фиксираната клетъчна структура означава, че данните могат лесно да се прехвърлят чрез хардуер без присъщите закъснения, въведени от софтуерни превключвани и маршрутизирани кадри.
По този начин дизайнерите на банкомати са използвали малки клетки с данни, за да намалят трептене (в този случай дисперсия на забавяне) при мултиплексирането на потоци от данни. Това е особено важно при пренасяне на гласов трафик, тъй като преобразуването на дигитализиран глас в аналогов звук е неразделна част от процеса в реално време. Това подпомага работата на декодера (кодек), който изисква равномерно разпределен (във времето) поток от елементи от данни. Ако следващият по ред не е наличен, когато е необходимо, кодекът няма друг избор, освен да направи пауза. По-късно информацията се губи, тъй като периодът от време, през който е трябвало да бъде преобразувана в сигнал, вече е изтекъл.
Как се развиха банкоматите?
По време на разработването на ATM, 155 Mbps Synchronous Digital Hierarchy (SDH) със 135 Mbps полезен товар се смяташе за бърза оптична мрежа и много от връзките на Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) в мрежата бяха значително по-бавни (не повече от 45 Mbps /с). ВПри тази скорост типичен пълен размер 1500-байтов (12 000-битов) пакет данни трябва да се изтегля при 77,42 микросекунди. При нискоскоростна връзка, като линия T1 1,544 Mbps, са били необходими до 7,8 милисекунди за предаване на такъв пакет.
Забавянето на изтегляне, причинено от няколко такива пакета в опашката, може да надхвърли броя от 7,8 ms няколко пъти. Това е неприемливо за гласов трафик, който трябва да има ниско трептене в потока от данни, подаван в кодека, за да произведе аудио с добро качество.
Пакетната гласова система може да направи това по няколко начина, като например да използва буфер за възпроизвеждане между мрежата и кодека. Това изглажда трептене, но забавянето, което възниква при преминаване през буфера, изисква ехото потискащо устройство, дори в локални мрежи. По това време се смяташе за твърде скъпо. В допълнение, това увеличи забавянето на канала и затрудни комуникацията.
ATM мрежовата технология осигурява ниско трептене (и най-ниска обща латентност) за трафика.
Как помага това с мрежовата връзка?
ATM дизайнът е за мрежов интерфейс с ниско трептене. Въпреки това, "клетки" бяха въведени в дизайна, за да позволят кратки забавяния на опашката, като същевременно поддържат трафик на дейтаграми. Технологията ATM разби всички пакети, данни и гласови потоци на 48-байтови фрагменти, добавяйки 5-байтов заглавка за маршрутизиране към всеки, така че да могат да бъдат сглобени по-късно.
Този избор на размербеше политически, а не технически. Когато CCITT (понастоящем ITU-T) стандартизира банкомат, представителите на САЩ искаха 64-байтов полезен товар, тъй като се смяташе за добър компромис между големи количества информация, оптимизирана за предаване на данни, и по-кратък полезен товар, предназначен за приложения в реално време. От своя страна разработчиците в Европа искаха 32-байтови пакети, тъй като малкият размер (и следователно краткото време за предаване) улеснява гласовите приложения по отношение на ехото потискане.
Размерът от 48 байта (плюс размер на заглавката=53) беше избран като компромис между двете страни. 5-байтови заглавки бяха избрани, тъй като 10% от полезния товар се считаше за максималната цена, която трябва да се плати за информация за маршрутизиране. Технологията на ATM мултиплексира 53-байтови клетки, което намалява повредата на данните и латентността до 30 пъти, намалявайки нуждата от ехопотискащи устройства.
структура на клетката на банкомата
ATM дефинира два различни формата на клетки: потребителски мрежов интерфейс (UNI) и мрежов интерфейс (NNI). Повечето мрежови връзки на банкомати използват UNI. Структурата на всеки такъв пакет се състои от следните елементи:
- Полето за общ контрол на потока (GFC) е 4-битово поле, което първоначално е добавено, за да поддържа взаимно свързване на ATM в публичната мрежа. Топологично той е представен като пръстен с разпределена опашка с двойна шина (DQDB). Полето GFC е проектирано така, чеза осигуряване на 4 бита потребителско-мрежов интерфейс (UNI) за договаряне на мултиплексиране и контрол на потока между клетките на различни ATM връзки. Въпреки това, неговото използване и точните стойности не са стандартизирани и полето винаги е настроено на 0000.
- VPI - идентификатор на виртуален път (8-битов UNI или 12-битов NNI).
- VCI - идентификатор на виртуален канал (16 бита).
- PT - тип полезен товар (3 бита).
- MSB - мрежова контролна клетка. Ако стойността му е 0, се използва пакет с потребителски данни, а в структурата му 2 бита е изрична индикация за претоварване (EFCI) и 1 е преживяване на претоварване на мрежата. В допълнение, още 1 бит се разпределя за потребителя (AAU). Използва се от AAL5 за обозначаване на границите на пакета.
- CLP - приоритет загуба на клетка (1 бит).
- HEC - контрол на грешки в заглавката (8-битов CRC).
Мрежата ATM използва полето PT, за да обозначи различни специални клетки за цели на операциите, администрирането и управлението (OAM) и да дефинира границите на пакетите в някои адаптационни слоеве (AAL). Ако стойността на MSB на полето PT е 0, това е клетка с потребителски данни и останалите два бита се използват за указване на претоварване на мрежата и като заглавен бит с общо предназначение, достъпен за адаптационните слоеве. Ако MSB е 1, това е контролен пакет и останалите два бита показват неговия тип.
Някои ATM (метод за асинхронен трансфер на данни) протоколи използват полето HEC, за да контролират базиран на CRC алгоритъм за кадриране, който може да намериклетки без допълнителни разходи. 8-битовият CRC се използва за коригиране на еднобитови грешки в заглавката и откриване на многобитови. Когато последните бъдат намерени, текущата и следващите клетки се изхвърлят, докато се намери клетка без грешки в заглавката.
Пакетът UNI запазва полето GFC за локален контрол на потока или субмултиплексиране между потребители. Това имаше за цел да позволи на множество терминали да споделят една мрежова връзка. Използва се и за да позволи на два телефона с интегрирана цифрова мрежа (ISDN) да споделят една и съща основна ISDN връзка с определена скорост. Всичките четири GFC бита трябва да са нула по подразбиране.
Форматът на NNI клетки репликира UNI формата по почти същия начин, с изключение на това, че 4-битовото GFC поле се преразпределя в полето VPI, разширявайки го до 12 бита. Така че една NNI ATM връзка може да обработва почти 216 VC всеки път.
Клетки и предаване на практика
Какво означава банкомат на практика? Той поддържа различни видове услуги чрез AAL. Стандартизираните AAL включват AAL1, AAL2 и AAL5, както и по-рядко използваните AAC3 и AAL4. Първият тип се използва за услуги с постоянна скорост на предаване (CBR) и емулация на верига. Синхронизацията също се поддържа в AAL1.
Вторият и четвъртият тип се използват за услуги с променлив битрейт (VBR), AAL5 за данни. Информацията за това кой AAL се използва за дадена клетка не е кодирана в нея. Вместо това той е координиран или приспособен къмкрайни точки за всяка виртуална връзка.
След първоначалния дизайн на тази технология, мрежите станаха много по-бързи. 1500-байтова (12000 бита) Ethernet рамка с пълна дължина отнема само 1,2 µs за предаване в 10 Gbps мрежа, намалявайки нуждата от малки клетки за намаляване на латентността.
Какви са силните и слабите страни на такава връзка?
Предимствата и недостатъците на мрежовата технология за банкомати са както следва. Някои смятат, че увеличаването на скоростта на комуникация ще позволи тя да бъде заменена от Ethernet в опорната мрежа. Трябва обаче да се отбележи, че увеличаването на скоростта само по себе си не намалява трептене поради опашка. В допълнение, хардуерът за внедряване на адаптиране на услугата за IP пакети е скъп.
В същото време, поради фиксирания полезен товар от 48 байта, ATM не е подходящ като връзка за данни директно под IP, тъй като слоят OSI, на който работи IP, трябва да осигурява максимална предавателна единица (MTU) от при най-малко 576 байта.
При по-бавни или претоварени връзки (622 Mbps и по-ниски), ATM има смисъл и поради тази причина повечето системи за асиметрична цифрова абонатна линия (ADSL) използват тази технология като междинен слой между физическия слой на връзката и протокола Layer 2 като PPP или Ethernet.
При тези по-ниски скорости банкоматът предоставя полезна възможност за пренасяне на множество логики на един физически или виртуален носител, въпреки че има и други методи, като например многоканаленPPP и Ethernet VLAN, които са по избор при VDSL реализации.
DSL може да се използва като начин за достъп до мрежата на банкоматите, което ви позволява да се свържете с много доставчици на интернет услуги чрез широколентова ATM мрежа.
По този начин недостатъците на технологията са, че тя губи своята ефективност в съвременните високоскоростни връзки. Предимството на такава мрежа е, че значително увеличава честотната лента, тъй като осигурява директна връзка между различни периферни устройства.
В допълнение, с една физическа връзка, използваща банкомат, няколко различни виртуални вериги с различни характеристики могат да работят едновременно.
Тази технология използва доста мощни инструменти за управление на трафика, които продължават да се развиват в момента. Това прави възможно едновременното предаване на данни от различни типове, дори ако те имат напълно различни изисквания за изпращането и получаването им. Например, можете да създавате трафик, използвайки различни протоколи на един и същ канал.
Основи на виртуалните вериги
Asynchonous Transfer Mode (съкращение за ATM) работи като транспортен слой, базиран на връзка, използвайки виртуални вериги (VC). Това е свързано с концепцията за виртуални пътища (VP) и канали. Всяка клетка на ATM има 8-битов или 12-битов идентификатор на виртуален път (VPI) и 16-битов идентификатор на виртуална верига (VCI),дефиниран в заглавката му.
VCI, заедно с VPI, се използва за идентифициране на следващата дестинация на пакет, докато преминава през серия от ATM превключватели по пътя си към местоназначението. Дължината на VPI варира в зависимост от това дали клетката се изпраща през потребителския интерфейс или мрежовия интерфейс.
Докато тези пакети преминават през ATM мрежата, превключването става чрез промяна на стойностите на VPI/VCI (подмяна на етикети). Въпреки че те не съвпадат непременно с краищата на връзката, концепцията на схемата е последователна (за разлика от IP, където всеки пакет може да достигне местоназначението си по различен маршрут). Превключвателите на ATM използват полетата VPI/VCI, за да идентифицират виртуалната верига (VCL) на следващата мрежа, която клетката трябва да премине по пътя си до крайната си дестинация. Функцията на VCI е подобна на тази на идентификатора на връзката на връзката за данни (DLCI) в релето на фреймовете и номера на логическата група канали в X.25.
Друго предимство на използването на виртуални вериги е, че те могат да се използват като мултиплексиращ слой, позволявайки да се използват различни услуги (като гласово и фрейм реле). VPI е полезен за намаляване на таблицата за превключване на някои виртуални вериги, които споделят пътища.
Използване на клетки и виртуални вериги за организиране на трафика
ATM технологията включва допълнително движение на трафика. Когато веригата е конфигурирана, всеки ключ във веригата се информира за класа на свързване.
Договорите за трафик на банкомат са част от механизмапредоставяне на "качество на услугата" (QoS). Има четири основни типа (и няколко варианта), всеки от които има набор от параметри, които описват връзката:
- CBR - постоянна скорост на данни. Определена пикова скорост (PCR), която е фиксирана.
- VBR - променлива скорост на данни. Посочена средна или стабилна стойност (SCR), която може да достигне пик на определено ниво за максималния интервал преди да възникнат проблеми.
- ABR - налична скорост на данни. Посочена е минимална гарантирана стойност.
- UBR - недефинирана скорост на данни. Трафикът се разпределя в оставащата честотна лента.
VBR има опции в реално време, а в други режими се използва за "ситуационен" трафик. Неправилното време понякога се съкращава до vbr-nrt.
Повечето класове трафик също използват концепцията за вариация на клетъчната толерантност (CDVT), която дефинира тяхното "агрегиране" във времето.
Управление на предаването на данни
Какво означава банкомат предвид горното? За да се поддържа производителността на мрежата, правилата за виртуален мрежов трафик могат да се прилагат за ограничаване на количеството данни, прехвърляни във входните точки на връзката.
Референтният модел, валидиран за UPC и NPC, е общият алгоритъм за клетъчна скорост (GCRA). По правило VBR трафикът обикновено се контролира с помощта на контролер, за разлика от други типове.
Ако количеството данни надвишава трафика, дефиниран от GCRA, мрежата може или да нулираклетки или маркирайте бит за приоритет при загуба на клетки (CLP) (за да идентифицирате пакета като потенциално излишен). Основната работа по сигурността се основава на последователно наблюдение, но това не е оптимално за капсулиран пакетен трафик (защото изпускането на една единица ще обезсили целия пакет). В резултат на това са създадени схеми като Partial Packet Discard (PPD) и Early Packet Discard (EPD), които са в състояние да изхвърлят цяла серия от клетки, докато започне следващият пакет. Това намалява броя на безполезната информация в мрежата и спестява честотна лента за пълни пакети.
EPD и PPD работят с AAL5 връзки, защото използват края на маркера на пакета: битът за индикация на потребителския интерфейс на ATM (AUU) в полето Payload Type на заглавката, което е зададено в последната клетка на SAR -SDU.
Оформяне на трафика
Основите на ATM технологията в тази част могат да бъдат представени по следния начин. Оформянето на трафика обикновено се случва на мрежова интерфейсна карта (NIC) в потребителското оборудване. Това се опитва да гарантира, че клетъчният поток на VC ще съответства на неговия договор за трафик, т.е. единиците няма да бъдат изпуснати или намалени по приоритет в UNI. Тъй като референтният модел, даден за управление на трафика в мрежата, е GCRA, този алгоритъм обикновено се използва и за оформяне и маршрутизиране на данни.
Типове виртуални вериги и пътища
ATM технологията може да създава виртуални вериги и пътища катостатично, както и динамично. Статичните вериги (STS) или пътища (PVP) изискват веригата да се състои от серия от сегменти, по един за всяка двойка интерфейси, през които преминава.
PVP и PVC, макар и концептуално прости, изискват значителни усилия в големи мрежи. Те също така не поддържат пренасочване на услугата в случай на неуспех. За разлика от тях, динамично изградените SPVP и SPVC се изграждат чрез посочване на характеристиките на схема (услуга „договор“) и две крайни точки.
Накрая, ATM мрежите създават и изтриват комутирани виртуални вериги (SVC), както се изисква от крайната част от оборудването. Едно приложение за SVC е да извършват индивидуални телефонни разговори, когато мрежа от комутатори е свързана помежду си чрез банкомат. SVC също бяха използвани в опит да се заменят локалните мрежи за банкомати.
Схема за виртуална маршрутизация
Повечето ATM мрежи, които поддържат SPVP, SPVC и SVC, използват интерфейса на частния мрежов възел или протокола Private Network-to-Network Interface (PNNI). PNNI използва същия алгоритъм за най-кратък път, използван от OSPF и IS-IS за маршрутизиране на IP пакети за обмен на топологична информация между комутатори и избор на маршрут през мрежата. PNNI също така включва мощен механизъм за обобщаване, който позволява създаването на много големи мрежи, както и алгоритъм за контрол на достъпа до повиквания (CAC), който определя наличието на достатъчна честотна лента по предложен маршрут през мрежата, за да отговори на изискванията за обслужване на VC или VP.
Получаване и свързване къмобаждания
Мрежата трябва да установи връзка, преди двете страни да могат да изпращат клетки една към друга. В ATM това се нарича виртуална верига (VC). Това може да бъде постоянна виртуална верига (PVC), която се създава административно в крайните точки, или комутирана виртуална верига (SVC), която се създава според нуждите от предаващите страни. Създаването на SVC се контролира чрез сигнализиране, при което заявителят посочва адреса на получаващата страна, вида на заявената услуга и всички параметри на трафика, които могат да бъдат приложими към избраната услуга. След това мрежата ще потвърди, че исканите ресурси са налични и че съществува маршрут за връзката.
ATM технологията дефинира следните три нива:
- Адаптации на банкомат (AAL);
- 2 ATM, приблизително еквивалентен на слоя за връзка за данни OSI;
- физически еквивалент на същия OSI слой.
Внедряване и разпространение
ATM технологията стана популярна сред телефонните компании и много производители на компютри през 90-те години. Въпреки това, дори до края на това десетилетие, най-добрата цена и производителност на продуктите на интернет протокола започнаха да се конкурират с банкоматите за интеграция в реално време и пакетен мрежов трафик.
Някои компании все още се фокусират върху продуктите за банкомати днес, докато други ги предоставят като опция.
Мобилна технология
Безжичната технология се състои от основна мрежа на банкомат с безжична мрежа за достъп. Клетките тук се предават от базови станции към мобилни терминали. ФункцииМобилностите се извършват на ATM комутатор в основната мрежа, известен като "кросоувър", който е аналогичен на MSC (Mobile Switching Center) на GSM мрежите. Предимството на безжичната комуникация на банкомата е нейната висока пропускателна способност и висока скорост на предаване, извършвано на слой 2.
В началото на 90-те години на миналия век някои изследователски лаборатории бяха активни в тази област. Форумът за банкомати е създаден, за да стандартизира технологията за безжична мрежа. Той беше подкрепен от няколко телекомуникационни компании, включително NEC, Fujitsu и AT&T. ATM мобилната технология има за цел да осигури високоскоростни мултимедийни комуникационни технологии, способни да предоставят мобилна широколентова връзка извън GSM и WLAN мрежи.
