ATM-teknik är ett telekommunikationskoncept som definieras av internationella standarder för att bära hela utbudet av användartrafik, inklusive röst-, data- och videosignaler. Den utvecklades för att möta behoven hos ett digit alt nätverk av bredbandstjänster och designades ursprungligen för integrering av telekommunikationsnätverk. ATM-förkortningen står för Asynchonous Transfer Mode och översätts till ryska som "asynchronous data transfer".
Tekniken skapades för nätverk som behöver hantera både traditionell högpresterande datatrafik (som filöverföring) och re altidsinnehåll med låg latens (som röst och video). Referensmodellen för ATM mappar ungefär till de tre lägre skikten av ISO-OSI: nätverk, datalänk och fysiskt. ATM är det primära protokollet som används över SONET/SDH (public switched phone network) och ISDN-kretsar (Integrated Services Digital Network).
Vad är det här?
Vad betyder ATM för en nätverksanslutning? Hon gerFunktionalitet som liknar kretskoppling och paketkopplade nätverk: tekniken använder asynkron tidsdelningsmultiplex och kodar data till små paket med fast storlek (ISO-OSI-ramar) som kallas celler. Detta skiljer sig från tillvägagångssätt som Internet Protocol eller Ethernet, som använder paket och ramar av varierande storlek.
De grundläggande principerna för ATM-teknik är följande. Den använder en anslutningsorienterad modell där en virtuell krets måste upprättas mellan två ändpunkter innan själva kommunikationen kan påbörjas. Dessa virtuella kretsar kan vara "permanenta", det vill säga dedikerade anslutningar som vanligtvis är förkonfigurerade av tjänsteleverantören, eller "switchable", det vill säga konfigurerbara för varje samtal.
Asynchonous Transfer Mode (ATM står för engelska) är känd som kommunikationsmetoden som används i bankomater och bet alterminaler. Denna användning avtar dock gradvis. Användningen av teknik i uttagsautomater har i stort sett ersatts av Internet Protocol (IP). I ISO-OSI-referenslänken (lager 2) kallas de underliggande överföringsanordningarna vanligen frames. I ATM har de en fast längd (53 oktetter eller byte) och kallas specifikt "celler".
Cellstorlek
Som nämnts ovan är ATM-dekryptering en asynkron dataöverföring som utförs genom att dela upp dem i celler av en viss storlek.
Om talsignalen reduceras till paket, och detvingas skickas på en länk med tung datatrafik, oavsett storlek, kommer de att möta stora fullskaliga paket. Under normala tomgångsförhållanden kan de uppleva maximala förseningar. För att undvika detta problem har alla ATM-paket eller celler samma lilla storlek. Dessutom innebär den fasta cellstrukturen att data enkelt kan överföras med hårdvara utan de inneboende fördröjningar som introduceras av mjukvaruväxlade och routade ramar.
ATM-designers använde alltså små dataceller för att minska jitter (i det här fallet, fördröjningsspridning) i multiplexeringen av dataströmmar. Detta är särskilt viktigt när man bär rösttrafik, eftersom omvandlingen av digitaliserad röst till analogt ljud är en integrerad del av re altidsprocessen. Detta underlättar driften av avkodaren (codec), som kräver en enhetligt fördelad (i tid) ström av dataelement. Om nästa i raden inte är tillgänglig när det behövs, har codec inget annat val än att pausa. Senare går informationen förlorad eftersom tidsperioden då den borde ha omvandlats till en signal redan har passerat.
Hur utvecklades bankomat?
Under utvecklingen av ATM ansågs 155 Mbps Synchronous Digital Hierarchy (SDH) med 135 Mbps nyttolast vara ett snabbt optiskt nätverk, och många av Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH)-länkarna i nätverket var betydligt långsammare (nej mer än 45 Mbps/Med). PåMed denna hastighet bör ett typiskt datapaket på 1500 byte (12 000 bitar) i full storlek laddas ner på 77,42 mikrosekunder. På en låghastighetslänk som en T1 1,544 Mbps-linje tog det upp till 7,8 millisekunder att överföra ett sådant paket.
Nedladdningsfördröjningen som orsakas av flera sådana paket i kön kan överstiga antalet 7,8 ms med flera gånger. Detta är oacceptabelt för rösttrafik, som måste ha lågt jitter i dataströmmen som matas in i codec för att producera ljud av god kvalitet.
Röstpaketet kan göra detta på flera sätt, som att använda en uppspelningsbuffert mellan nätverket och codec. Detta jämnar ut jitter, men fördröjningen som uppstår när den passerar genom bufferten kräver en ekodämpare, även på lokala nätverk. På den tiden ansågs det vara för dyrt. Dessutom ökade det förseningen på kanalen och försvårade kommunikationen.
ATM-nätverksteknik ger lågt jitter (och lägsta totala latens) för trafik.
Hur hjälper detta med nätverksanslutning?
ATM-design är för nätverksgränssnitt med lågt jitter. Emellertid introducerades "celler" i designen för att tillåta korta köförseningar samtidigt som de stöder datagramtrafik. ATM-teknik bröt upp alla paket, data och röstströmmar i 48-byte-fragment och lade till en 5-byte routing-header till varje så att de kunde sättas ihop igen senare.
Detta val av storlekvar politiskt, inte tekniskt. När CCITT (för närvarande ITU-T) standardiserade ATM, ville de amerikanska representanterna ha en 64-byte nyttolast eftersom det ansågs vara en bra kompromiss mellan stora mängder information optimerad för dataöverföring och kortare nyttolaster designade för re altidsapplikationer.. I sin tur ville utvecklare i Europa ha 32-byte-paket eftersom den lilla storleken (och därför korta överföringstiden) gör det enklare för röstapplikationer när det gäller ekosläckning.
Storleken på 48 byte (plus rubrikstorlek=53) valdes som en kompromiss mellan de två parterna. 5-byte headers valdes eftersom 10 % av nyttolasten ansågs vara det högsta priset att betala för routinginformation. ATM-teknik multiplexerade 53-byte celler, vilket minskade datakorruption och latens med upp till 30 gånger, vilket minskade behovet av ekodämpare.
ATM-cellstruktur
ATM definierar två olika cellformat: användarnätverksgränssnitt (UNI) och nätverksgränssnitt (NNI). De flesta ATM-nätverkslänkar använder UNI. Strukturen för varje sådant paket består av följande delar:
- Fältet Generic Flow Control (GFC) är ett 4-bitarsfält som ursprungligen lades till för att stödja ATM-sammankoppling i det offentliga nätverket. Topologiskt representeras den som en DQDB-ring (Distributed Queue Dual Bus). GFC-fältet har utformats så attatt tillhandahålla 4 bitar av användarnätverksgränssnitt (UNI) för att förhandla multiplexering och flödeskontroll mellan celler i olika ATM-anslutningar. Dess användning och exakta värden har dock inte standardiserats och fältet är alltid inställt på 0000.
- VPI - virtuell sökvägsidentifierare (8 bitars UNI eller 12 bitars NNI).
- VCI - virtuell kanalidentifierare (16 bitar).
- PT - nyttolasttyp (3 bitar).
- MSB - nätverkskontrollcell. Om dess värde är 0, används ett användardatapaket, och i dess struktur är 2 bitar Explicit Congestion Indication (EFCI) och 1 är Network Congestion Experience. Dessutom tilldelas 1 bit till för användaren (AAU). Den används av AAL5 för att indikera paketgränser.
- CLP - cellförlustprioritet (1 bit).
- HEC - rubrikfelkontroll (8-bitars CRC).
ATM-nätverket använder PT-fältet för att ange olika specialceller för drift, administration och hantering (OAM) och för att definiera paketgränser i vissa anpassningsskikt (AAL). Om MSB-värdet för PT-fältet är 0, är detta en användardatacell och de återstående två bitarna används för att indikera nätverksöverbelastning och som en huvudbit för allmänt ändamål tillgänglig för anpassningsskikt. Om MSB är 1 är det ett kontrollpaket och de återstående två bitarna indikerar dess typ.
Vissa ATM-protokoll (Asynchronous Data Transfer Method) använder HEC-fältet för att styra en CRC-baserad inramningsalgoritm som kan hittaceller utan extra kostnad. 8-bitars CRC används för att korrigera enbitars huvudfel och detektera multibitar. När de senare hittas kasseras de nuvarande och efterföljande cellerna tills en cell hittas utan rubrikfel.
UNI-paketet reserverar GFC-fältet för lokal flödeskontroll eller sub-multiplexering mellan användare. Detta var tänkt att tillåta flera terminaler att dela en enda nätverksanslutning. Den användes också för att göra det möjligt för två ISDN-telefoner (Integrated Service Digital Network) att dela samma grundläggande ISDN-anslutning med en viss hastighet. Alla fyra GFC-bitarna måste vara noll som standard.
NNI-cellformatet replikerar UNI-formatet på ungefär samma sätt, förutom att 4-bitars GFC-fältet omfördelas till VPI-fältet och expanderar det till 12 bitar. Så en NNI ATM-anslutning kan hantera nästan 216 VC:er varje gång.
Celler och överföring i praktiken
Vad betyder bankomat i praktiken? Den stöder olika typer av tjänster genom AAL. Standardiserade AAL inkluderar AAL1, AAL2 och AAL5, såväl som de mindre vanliga AAC3 och AAL4. Den första typen används för tjänster med konstant bithastighet (CBR) och kretsemulering. Synkronisering stöds också i AAL1.
Den andra och fjärde typen används för tjänster med variabel bithastighet (VBR), AAL5 för data. Informationen om vilken AAL som används för en given cell är inte kodad i den. Istället samordnas eller anpassas det tillslutpunkter för varje virtuell anslutning.
Efter den första utformningen av denna teknik har nätverk blivit mycket snabbare. En 1500-byte (12000 bitar) fullängds Ethernet-ram tar bara 1,2 µs att sända på ett 10 Gbps-nätverk, vilket minskar behovet av små celler för att minska latensen.
Vilka är styrkorna och svagheterna med en sådan relation?
Följande fördelar och nackdelar med ATM-nätverksteknik. Vissa tror att en ökning av kommunikationshastigheten gör att den kan ersättas av Ethernet i stamnätet. Det bör dock noteras att ökning av hastigheten i sig inte minskar jitter på grund av köbildning. Dessutom är hårdvaran för att implementera tjänsteanpassning för IP-paket dyr.
Samtidigt, på grund av den fasta nyttolasten på 48 byte, är ATM inte lämplig som datalänk direkt under IP, eftersom OSI-skiktet som IP arbetar på måste ge en maximal överföringsenhet (MTU) på kl. minst 576 byte.
På långsammare eller överbelastade anslutningar (622 Mbps och lägre) är ATM vettigt, och av denna anledning använder de flesta ADSL-system (Asymmetric Digital Subscriber Line) denna teknik som ett mellanskikt mellan det fysiska länklagret och Layer 2-protokollet som PPP eller Ethernet.
Vid dessa lägre hastigheter ger ATM den användbara förmågan att bära flera logiker på ett enda fysiskt eller virtuellt media, även om det finns andra metoder som flera kanalerPPP och Ethernet VLAN, som är valfria i VDSL-implementationer.
DSL kan användas som ett sätt att komma åt ATM-nätverket, så att du kan ansluta till många internetleverantörer via ett bredbands ATM-nätverk.
Därmed är nackdelarna med tekniken att den förlorar sin effektivitet i moderna höghastighetsanslutningar. Fördelen med ett sådant nätverk är att det avsevärt ökar bandbredden, eftersom det ger en direkt anslutning mellan olika kringutrustning.
Dessutom, med en fysisk anslutning som använder ATM, kan flera olika virtuella kretsar med olika egenskaper fungera samtidigt.
Denna teknik använder ganska kraftfulla trafikhanteringsverktyg som fortsätter att utvecklas för närvarande. Detta gör det möjligt att överföra data av olika slag samtidigt, även om de har helt olika krav på att skicka och ta emot dem. Du kan till exempel skapa trafik med olika protokoll på samma kanal.
grunderna för virtuella kretsar
Asynchonous Transfer Mode (förkortning för ATM) fungerar som ett länkbaserat transportlager som använder virtuella kretsar (VC). Detta är relaterat till konceptet virtuella vägar (VP) och kanaler. Varje ATM-cell har en 8-bitars eller 12-bitars Virtual Path Identifier (VPI) och en 16-bitars Virtual Circuit Identifier (VCI),definieras i dess rubrik.
VCI, tillsammans med VPI, används för att identifiera nästa destination för ett paket när det passerar genom en serie ATM-växlar på väg till sin destination. Längden på VPI:n varierar beroende på om cellen skickas över användargränssnittet eller nätverksgränssnittet.
När dessa paket passerar genom ATM-nätverket, sker växling genom att ändra VPI/VCI-värdena (ersätter taggar). Även om de inte nödvändigtvis matchar ändarna av anslutningen, är konceptet med schemat sekventiellt (till skillnad från IP, där vilket paket som helst kan nå sin destination via en annan väg). ATM-växlar använder VPI/VCI-fälten för att identifiera den virtuella kretsen (VCL) i nästa nätverk som en cell måste passera på väg till sin slutdestination. Funktionen för VCI liknar den för Data Link Connection Identifier (DLCI) i ramreläet och det logiska kanalgruppnumret i X.25.
En annan fördel med att använda virtuella kretsar är att de kan användas som ett multiplexeringslager, vilket gör att olika tjänster (som röst- och ramrelä) kan användas. VPI är användbart för att minska växlingstabellen för vissa virtuella kretsar som delar vägar.
Använda celler och virtuella kretsar för att organisera trafik
ATM-teknik inkluderar ytterligare trafikrörelse. När kretsen är konfigurerad informeras varje switch i kretsen om anslutningsklassen.
ATM-trafikkontrakt är en del av mekanismentillhandahålla "kvalitet på tjänsten" (QoS). Det finns fyra huvudtyper (och flera varianter), som var och en har en uppsättning parametrar som beskriver anslutningen:
- CBR - konstant datahastighet. Specificerad Peak Rate (PCR) som är fast.
- VBR - variabel datahastighet. Specificerat medelvärde eller stabilt tillståndsvärde (SCR), som kan nå en topp på en viss nivå, under det maximala intervallet innan problem uppstår.
- ABR – tillgänglig datahastighet. Minsta garanterade värde specificerat.
- UBR - odefinierad datahastighet. Trafiken fördelas över den återstående bandbredden.
VBR har re altids alternativ och används i andra lägen för "situationsbunden" trafik. Fel tid förkortas ibland till vbr-nrt.
De flesta trafikklasser använder också konceptet Cell Tolerance Variation (CDVT), som definierar deras "aggregation" över tid.
Dataöverföringskontroll
Vad betyder bankomat med tanke på ovanstående? För att upprätthålla nätverkets prestanda kan regler för virtuell nätverkstrafik tillämpas för att begränsa mängden data som överförs vid anslutningspunkter.
Referensmodellen som validerats för UPC och NPC är Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). Som regel styrs VBR-trafik vanligtvis med en styrenhet, till skillnad från andra typer.
Om mängden data överstiger trafiken som definierats av GCRA, kan nätverket antingen återställaceller, eller flagga biten Cell Loss Priority (CLP) (för att identifiera paketet som potentiellt överflödigt). Det huvudsakliga säkerhetsarbetet är baserat på sekventiell övervakning, men detta är inte optim alt för inkapslad pakettrafik (eftersom att tappa en enhet kommer att ogiltigförklara hela paketet). Som ett resultat har scheman som Partial Packet Discard (PPD) och Early Packet Discard (EPD) skapats som kan kassera en hel serie celler tills nästa paket börjar. Detta minskar antalet värdelösa delar av information på nätverket och sparar bandbredd för kompletta paket.
EPD och PPD fungerar med AAL5-anslutningar eftersom de använder slutet av paketmarkören: ATM User Interface Indication (AUU)-biten i fältet Payload Type i rubriken, som ställs in i den sista cellen i SAR. -SDU.
Traffic Shaping
Grunderna i ATM-tekniken i denna del kan representeras enligt följande. Trafikformning sker vanligtvis vid ett nätverkskort (NIC) i användarutrustningen. Detta försöker säkerställa att cellflödet på VC:n kommer att matcha dess trafikkontrakt, dvs enheterna kommer inte att släppas eller minska i prioritet vid UNI. Eftersom referensmodellen för trafikhantering i nätverket är GCRA, används denna algoritm också för att forma och dirigera data.
Typer av virtuella kretsar och vägar
ATM-teknik kan skapa virtuella kretsar och vägar somstatiskt såväl som dynamiskt. Statiska kretsar (STS) eller banor (PVP) kräver att kretsen består av en serie segment, ett för varje gränssnittspar den passerar genom.
PVP och PVC, även om de är konceptuellt enkla, kräver avsevärd ansträngning i stora nätverk. De stöder inte heller omdirigering av tjänster i händelse av fel. Däremot byggs dynamiskt byggda SPVP:er och SPVC:er genom att specificera egenskaperna hos ett schema (ett tjänste-"kontrakt") och två slutpunkter.
Slutligen skapar och raderar ATM-nätverk kopplade virtuella kretsar (SVC) som krävs av slututrustningen. En applikation för SVC är att föra individuella telefonsamtal när ett nätverk av växlar är sammankopplat via ATM. SVC:er användes också i ett försök att ersätta ATM-LAN.
Virtuellt ruttschema
De flesta ATM-nätverk som stöder SPVP, SPVC och SVC använder gränssnittet Private Network Node eller PNNI-protokollet (Private Network-to-Network Interface). PNNI använder samma algoritm för kortaste väg som används av OSPF och IS-IS för att dirigera IP-paket för utbyte av topologiinformation mellan switchar och vägval genom nätverket. PNNI inkluderar också en kraftfull sammanfattningsmekanism som möjliggör skapandet av mycket stora nätverk, såväl som en Call Access Control (CAC) algoritm som bestämmer tillgången på tillräcklig bandbredd längs en föreslagen rutt genom nätverket för att uppfylla servicekraven för en VC eller VP.
Tar emot och ansluter tillsamtal
Nätverket måste upprätta en anslutning innan båda sidor kan skicka celler till varandra. I ATM kallas detta en virtuell krets (VC). Detta kan vara en permanent virtuell krets (PVC) som skapas administrativt vid ändpunkterna, eller en switchad virtuell krets (SVC) som skapas efter behov av de sändande parterna. Skapandet av en SVC styrs av signalering, där begäranden specificerar adressen till den mottagande parten, typen av begärd tjänst och eventuella trafikparametrar som kan vara tillämpliga på den valda tjänsten. Nätverket kommer då att bekräfta att de begärda resurserna är tillgängliga och att det finns en rutt för anslutningen.
ATM-teknik definierar följande tre nivåer:
- ATM-anpassningar (AAL);
- 2 ATM, ungefär lika med OSI-datalänkslager;
- fysisk motsvarighet till samma OSI-lager.
Distribution och distribution
ATM-teknik blev populär bland telefonbolag och många datortillverkare på 1990-talet. Men även i slutet av detta decennium började det bästa priset och prestandan för Internet Protocol-produkter konkurrera med ATM för re altidsintegrering och paketnätverkstrafik.
Vissa företag fokuserar fortfarande på bankomatprodukter idag, medan andra tillhandahåller dem som ett alternativ.
Mobilteknik
Trådlös teknologi består av ett ATM-kärnnätverk med ett trådlöst accessnätverk. Celler här sänds från basstationer till mobilterminaler. FunktionerMobiliteter utförs på en ATM-växel i kärnnätet, känd som "crossover", vilket är analogt med MSC (Mobile Switching Center) för GSM-nätverk. Fördelen med trådlös ATM-kommunikation är dess höga genomströmning och höga överlämningshastighet som utförs på lager 2.
I början av 1990-talet var några forskningslaboratorier aktiva inom detta område. ATM-forumet skapades för att standardisera trådlös nätverksteknik. Det stöddes av flera telekommunikationsföretag, inklusive NEC, Fujitsu och AT&T. ATM mobilteknik syftar till att tillhandahålla höghastighetsteknik för multimediakommunikation som kan tillhandahålla mobilt bredband utanför GSM- och WLAN-nätverk.
