Asinhronais parraides režīms (ATM)

Bibliografiska izziņa

Tehnoloģijas pamati

ATM šūnas galvenes formats

ATM pakalpojumi

ATM etalonmodelis

Bibliografiska izziņa

Asinhronais parraides režīms (Asynchronous Transfer Mode - ATM) ir ITU-T standarts šūnu retranslacijai, kas paredz dažadu tipu informacijas – balss, video un datu - parsūtīšanu mazas fiksēta izmēra šūnas. ATM tīkli ir orientēti uz savienojumu.

ATM bazējas uz ITU-T standarta Broadband Integrated Services Digital Network (BISDN) (Platjoslas integrēta servisa cipartīkls), kurš radīts balss, video un datu lielatruma parraidei caur publiskajiem tīkliem. Pateicoties ATM foruma (kas dibinats 1991. gada) centieniem, ATM izmanto ka publiskajos, ta arī privatajos tīklos.

ATM izstradats ka universals transporta mehanisms jaunas paaudzes tīkliem ar pakalpojumu integraciju. Līdzīgi Frame Relay arī ATM pieder pie popularakajiem tīklu pakalpojumiem ar pakešu komutaciju.

Lielakie atrumi, ko nodrošina ATM, rada lielakas iespējas arī augstako slaņu sniedzamajiem pakalpojumiem.

Tehnoloģijas pamati

ATM ir šūnu komutacijas un multipleksēšanas tehnoloģija, kas apvieno kanalu (ķēžu) komutacijas (garantēta caurlaidspēja un pastavīga parraides aizkave) un pakešu komutacijas (elastība un efektivitate, kad trafiks ir nevienmērīgs) priekšrocības. No pakešu komutacijas izmanto datu parraidi adresējamo pakešu veida, bet no ķēžu komutacijas – nelielo pakešu garumu. Tas nodrošina paplašinamo joslas platumu no dažiem megabitiem sekundē (Mbps) līdz daudziem gigabitiem sekundē (Gbps).

Pateicoties asinhronismam, t.i. parraides neregularitatei, ATM ir efektīvaks par sinhronam tehnoloģijam, kur lieto laikdales multipleksēšanu (TDM). Taja katram lietotajam periodiski piešķir laika intervalu, un neviena cita stacija nevar sūtīt datus taja laika intervala. ATM gadījuma laika intervali pieejami pēc prasības. Stacija sūta šūnas, kad nepieciešams, ar informaciju, kas identificē parraides avotu katra ATM šūnas galvenē.

ATM aparatūra lieto ļoti lielo integralo shēmu (very large-scale integration – VLSI) tehnoloģiju, lai segmentētu datus fiksēta izmēra blokos, kurus sauc par šūnam (cells). Katra šūna sastav no 53 baitiem. Pirmie 5 baiti satur šūnas galvenes informaciju, parējie 48 baiti - lietotaja informaciju ('payload'). Mazas fiksēta izmēra šūnas ir ērtas balss un video trafika parraidei, jo šis trafiks ir neiecietīgs pret aizkavēm, kas varētu rasties parsūtot lielas paketes.

Atšķirība no ISDN, kas arī nodrošina integrētus pakalpojumus, bet kur balss parraidei ir lielaka prioritate, ATM tehnoloģija visa veida trafikiem ir vienada prioritate, atbilstoši pakalpojumu kvalitates prasībam.

Zīm. 18-1 dots ATM šūnas bazes formats.

ATM tīkls sastav no ATM komutatoriem un ATM gala sistēmam. ATM komutators atbild par šūnu parvietošanu caur ATM tīklu. Tas pieņem šūnu no ATM gala sistēmas vai cita ATM komutatora, pēc tam tas lasa un modificē šūnas galvenes informaciju un atri parslēdz šūnu uz izejas interfeisu saņēmēja virziena. ATM gala sistēma satur ATM tīkla interfeisa adapteru. ATM gala sistēmu piemēri ir darbstacijas, maršrutētaji, ciparpakalpojumu bloki (digital service units - DSU), LAN komutatori un video koder-dekoderi (CODEC). Zīm.18-2 ilustrē ATM tīkla struktūru.

ATM uztur divus interfeisa pamattipus: UNI (User-to-Network Interface), kas savieno ATM gala sistēmas ar ATM komutatoru, un NNI (Network-Node Interface), kas savieno divus ATM komutatorus. Šos interfeisus dala publiskajos un privatajos UNI un NNI interfeisos, atkarība no ta, kam pieder komutatori.

ATM šūnas galvenes formats

ATM šūnas galvenei var būt viens no diviem formatiem: UNI vai NNI, atkarība no komunikacijai izmantojama interfeisa. Zīm. 18-3 dots ATM šūnas formats, ATM UNI šūnas galvenes formats un ATM NNI šūnas galvenes formats.

UNI  galvene sastav no sekojošiem laukiem:

Generic Flow Control (GFC) – Kopējas plūsmas vadība. Nodrošina lokalas funkcijas, tadas ka vairaku staciju, kas izmanto vienu ATM interfeisu, identificēšana. Parasti šis lauks netiek izmantots un tiek uzstadīts uz vērtības pēc noklusēšanas.

Virtual Path Identifier (VPI) – Virtuala ceļa identifikators. Kopa ar VCI nosaka nakamo ATM komutatoru, kam tiek parsūtīta šūna ceļa uz saņēmēja punktu.

Virtual Channel Identifier (VCI) – Virtuala kanala identifikators. Kopa ar VPI nosaka nakamo ATM komutatoru, kam tiek parsūtīta šūna ceļa uz saņēmēja punktu.

Payload Type (PT) – Lietotaja informacijas tips. Lauka pirmais bits nosaka, vai šūna satur lietotaja datus vai vadības informaciju. Ja šūna satur lietotaja datus, otrais bits norada uz parblīvi un trešais bits norada, vai šūna ir pēdēja šūnu secība, kura parstav vienu ATM adaptacijas slaņa AAL5 freimu.

Congestion Loss priority (CLP) – Parblīves zaudējuma prioritate. Norada, vai šūnai jabūt noraidītai, ja ta saduras ar parmērīgo tīkla parblīvi. Ja CLP bits ir 1, šūnai jabūt noraidītai agrak par šūnam, kuru CLP bits ir vienads ar 0.

Header Error Control (HEC) – Aprēķina kontroles summu pēc galvenes satura.

NNI galvenes formats ir līdzīgs UNI galvenes formatam, izņemot sekojošo. NNI galvene nesatur Generic Flow Control (GFC) lauku. Ta vieta VPI lauks aizņem pirmos 12 bitus (bet ne 8, ka UNI formata), kas ļauj ATM komutatoriem izmantot lielakas VPI vērtības.

ATM pakalpojumi

Eksistē trīs ATM pakalpojumu tipi:

pastavīgas virtualas ķēdes (PVC),

komutējamas virtualas ķēdes (SVC) un

bezsavienojuma serviss.

PVC nodrošina tiešu savienojumu starp gala sistēmam. Tadējadi, PVC līdzīga nomatai līnijai. PVC priekšrocība - PVC garantē piekļuvi savienojumam, bet neprasa savienojuma nodibinašanas procedūru. PVC trūkums - savienojums ir statisks.

SVC nodibina un partrauc dinamiski, to izmanto tikai kamēr datus parraida. Šai ziņa ta līdzīga telefona izsaukumam. Dinamiska izsaukumu vadība prasa signalizacijas protokolu starp ATM gala sistēmu un ATM komutatoru. SVC priekšrocības - savienojuma elastība. Trūkumi - papildlaiks un papildizdevumi, lai nodibinatu savienojumu.

ATM tīkli būtība orientēti uz savienojumu. Tas nozīmē, ka virtualajam kanalam (virtual channel –VC) jabūt izveidotam caur ATM tīklu pirms datu parraides. (Virtualais kanals ir aptuveni ekvivalents virtualai ķēdei).

Eksistē ATM savienojumu divi tipi:

virtualie ceļi (virtual path), kurus identificē ar virtualo ceļu identifikatoriem (VPI),

virtualie kanali (virtual channels), kurus identificē ar VPI un virtuala kanala identifikatora (VCI) kombinaciju.

Virtualais ceļš ir virtualo kanalu kopa, kuri tiek caurspīdīgi komutēti caur ATM tīklu, izmantojot kopējo VPI. Tomēr, visiem VCI un VPI ir tikai lokala nozīme katra konkrēta sakaru posma, un tie var tikt mainīti, ja tas ir vajadzīgs, katra komutatora.

Parraides ceļš (transmission path) ir virtualo ceļu kopa. Zīm. 18-4 rada, ka VC apvieno, lai radītu VP, kuri, savukart, tiek apvienoti, lai radītu parraides ceļu.

ATM komutatora bazes operacija ir vienkarša. Šūnu saņem pa kanalu ar konkrēto VCI un VPI vērtību. Komutators meklē savienojuma vērtību sava lokalaja translacijas tabula, lai noteiktu savienojuma izvadportu (vai portus) un jaunu savienojuma VPI/VCI vērtību nakamaja datu posma. Pēc tam komutators parsūta šūnu taja datu posma ar atbilstošu savienojuma identifikatoru.

ATM etalonmodelis

ATM arhitektūra lieto loģisko modeli, lai aprakstītu funkcijas, kuras ta uztur. ATM funkcionalitate atbilst OSI etalonmodeļa fizikalajam slanim un kanala slaņa daļai.

ATM etalonmodelis sastav no sekojošiem plaksnēm; katra no tam aptver visus slaņus:

Vadības (control) –plaksne, kas atbildīga par signalizējošo pieprasījumu ģenerēšanu un vadību.

Lietotaja (user) –plaksne, kas atbildīga par datu parraides vadību.

Parvaldības (management) –plaksne, kas ietver divus komponentus:

slaņa parvaldību, kas parvalda slaņa specifiskas funkcijas, tadas ka kļūmju atklašana un protokola problēmas;

plaksnes parvaldību, kas parvalda un koordinē ar visu sistēmu saistītas funkcijas.

ATM etalomodelis ietver sekojošos slaņus:

fizikalo slani,

ATM slani un

ATM adaptacijas slani.

ATM fizikalais slanis ir analogs OSI etalonmodeļa fizikalajam slanim un vada vides atkarīgo datu parraidi.

ATM slanis kopa ar ATM adaptacijas slani ir apmēram analogs OSI etalonmodeļa

kanala slanim.

ATM slanis atbild par savienojumu nodibinašanu un šūnu parsūtīšanu caur ATM tīklu, izmantojot informaciju katras ATM šūnas galvenē.

ATM adaptacijas slanis (ATM adaptation layer – AAL) atbild par augstako slaņu protokolu izolaciju no ATM procesu detaļam.

Augstakie slaņi, kas atrodas virs AAL, pieņem lietotaja datus, organizē tos paketēs un nodod tas AAL.

Zīm. 18-5 ilustrē ATM etalonmodeli.

ATM fizikalais slanis pilda četras funkcijas:

bitus parveido šūnas,

vada bitu parraidi un pieņemšanu,

novēro ATM šūnu robežas un

šūnas iepako fizikalajai videi atbilstoša tipa kadros.

ATM fizikalais slanis ir dalīts divas daļas: fizikalas vides atkarīgais (physical medium-dependent – PMD) apakšslanis un parraides konverģences (transmission-convergence - TC) apakšslanis.

PMD apakšslanis nodrošina divas galvenas funkcijas:

sinhronizē parraidi un uztveri, sūtot un pieņemot nepartrauku bitu plūsmu kopa ar saistīto sinhronizacijas informaciju.

nosaka izmantojamo fizikalo vidi, ieskaitot konektoru tipus un kabeļus.

Fizikalas vides ATM šūnu parsūtīšanai izmantojamo standartu piemēri:

Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy (SONET/SDH),

DS-3/E3, 155 Mbps over multimode fiber (MMF) un

155 Mbps over shielded twisted-pair (STP).

TC apakšslanim ir četras funkcijas. Tas:

uztur šūnu robežas, ļaujot iekartam pazīt šūnas bitu plūsma;

ģenerē un parbauda iesakuma kļūdu kontroles kodu, lai garantētu datu drošumu;

iekļauj vai saspiež tukšas šūnas, lai adaptētu ATM šūnu parraides atrumu parraidošas sistēmas iespējam;

iepako ATM šūnas freimos, kuri ir pieņemami konkrētai fizikala slaņa realizacijai.

ATM adaptacijas slanis (AAL) parveido augstako slaņu procesu servisa datu blokus (SDU) ATM šūnas. Proti, AAL saņem paketes no augstako slaņu protokoliem (tadiem ka AppleTalk, IP, NetWare) un sadala tas 48 baitu segmentos, kuri formē lietotaja informacijas (payload) lauku ATM šūna. Pašlaik ir specificēti vairaki AAL varianti: AAL1, AAL3/4, AAL4, AAL5, kuri apraksta AAL slani dažadiem trafika tipiem, savienojuma un bezsavienojuma rezīmam, pastavīgam un mainīgam datu parraides atrumam.

ATM trūkumi

Ir vairaki ATM trūkumi, kas jaņem vēra pirms ieviešanas.

Izmaksas – ATM iekartu izmaksas ievērojami parsniedz Gigabit Ethernet un citu atrdarbīgu protokolu izmaksas. (Serveru ATM-tīkla adaptera cena sakot no 600$).

Nepieciešami specialisti, kam ir specialas zinašanas par ATM infrastruktūru.

ATM ka ķēžu komutacijas protokola (kam nav apraides iespēju) lietošana maģistralos tīklos vienlaikus ar Ethernet tipa protokoliem rada problēmas adrešu apzinašana.