ATM technologija yra telekomunikacijų koncepcija, apibrėžta tarptautiniais standartais, skirta perduoti visą vartotojų srautą, įskaitant balso, duomenų ir vaizdo signalus. Jis buvo sukurtas siekiant patenkinti skaitmeninio plačiajuosčio ryšio paslaugų tinklo poreikius ir iš pradžių buvo skirtas telekomunikacijų tinklų integracijai. ATM santrumpa reiškia asinchroninį perdavimo režimą ir yra išversta į rusų kalbą kaip „asinchroninis duomenų perdavimas“.
Technologija buvo sukurta tinklams, kuriems reikia tvarkyti ir tradicinį didelio našumo duomenų srautą (pvz., failų perkėlimą), ir mažos delsos realiojo laiko turinį (pvz., balso ir vaizdo įrašus). Etaloninis bankomatų modelis susietas su trimis žemesniais ISO-OSI lygmenimis: tinklu, duomenų ryšiu ir fiziniu. ATM yra pagrindinis protokolas, naudojamas SONET/SDH (viešojo komutuojamo telefono tinklo) ir skaitmeninių skaitmeninių paslaugų tinklo (ISDN) grandinėse.
Kas tai?
Ką bankomatas reiškia tinklo ryšiui? Ji suteikiafunkcionalumas panašus į grandinių komutavimo ir paketų komutavimo tinklus: technologija naudoja asinchroninį laiko padalijimo tankinimą ir koduoja duomenis į mažus fiksuoto dydžio paketus (ISO-OSI kadrus), vadinamus ląstelėmis. Tai skiriasi nuo tokių metodų kaip interneto protokolas arba eternetas, kuriuose naudojami kintamo dydžio paketai ir rėmeliai.
Pagrindiniai bankomatų technologijos principai yra tokie. Jis naudoja į ryšį orientuotą modelį, kuriame tarp dviejų galinių taškų turi būti sukurta virtuali grandinė, kad būtų galima pradėti tikrą ryšį. Šios virtualios grandinės gali būti „nuolatinės“, tai yra, skirtos jungtys, kurias paprastai iš anksto sukonfigūruoja paslaugų teikėjas, arba „perjungiamos“, ty konfigūruojamos kiekvienam skambučiui.
Asinchroninis pervedimo režimas (ATM reiškia anglų kalbą) yra žinomas kaip bendravimo būdas, naudojamas bankomatuose ir mokėjimo terminaluose. Tačiau šis naudojimas palaipsniui mažėja. Technologijų naudojimą bankomatuose iš esmės pakeitė interneto protokolas (IP). ISO-OSI atskaitos saite (2 sluoksnis) pagrindiniai perdavimo įrenginiai paprastai vadinami rėmeliais. Bankomatuose jie turi fiksuotą ilgį (53 oktetai arba baitai) ir yra konkrečiai vadinami „ląstelėmis“.
Ląstelės dydis
Kaip minėta pirmiau, bankomatų iššifravimas yra asinchroninis duomenų perdavimas, atliekamas suskirstant juos į tam tikro dydžio langelius.
Jei kalbos signalas sumažinamas iki paketų, ir jiepriverstinai siunčiami per saitą su dideliu duomenų srautu, nesvarbu, koks jų dydis, jie susidurs su dideliais pilnais paketais. Įprastomis tuščiosios eigos sąlygomis jie gali patirti didžiausią vėlavimą. Siekiant išvengti šios problemos, visi bankomatų paketai arba langeliai yra vienodo dydžio. Be to, fiksuota ląstelių struktūra reiškia, kad duomenis galima lengvai perkelti naudojant aparatinę įrangą be būdingų delsų, atsirandančių dėl programinės įrangos perjungiamų ir nukreiptų kadrų.
Todėl bankomatų kūrėjai naudojo mažas duomenų ląsteles, kad sumažintų virpėjimą (šiuo atveju vėlavimo sklaidą) sudarant duomenų srautus. Tai ypač svarbu perduodant balso srautą, nes skaitmeninio balso konvertavimas į analoginį garsą yra neatsiejama realaus laiko proceso dalis. Tai padeda veikti dekoderiui (kodekui), kuriam reikalingas tolygiai paskirstytas (laiku) duomenų elementų srautas. Jei, kai reikia, kitos eilutės nėra, kodekas neturi kito pasirinkimo, kaip pristabdyti. Vėliau informacija prarandama, nes laikotarpis, per kurį ji turėjo būti paversta signalu, jau praėjo.
Kaip atsirado bankomatas?
Kuriant bankomatą, 155 Mbps sinchroninė skaitmeninė hierarchija (SDH) su 135 Mbps naudingąja apkrova buvo laikoma greitu optiniu tinklu, o daugelis tinklo plesiochroninės skaitmeninės hierarchijos (PDH) nuorodų buvo žymiai lėtesnės (ne daugiau nei 45 Mbps / su). AtTokiu greičiu įprastas viso dydžio 1500 baitų (12 000 bitų) duomenų paketas turėtų būti atsisiunčiamas per 77,42 mikrosekundės. Naudojant mažos spartos ryšį, pvz., T1 1,544 Mbps liniją, toks paketas buvo perduotas per 7,8 milisekundės.
Atsisiuntimo delsa, kurią sukelia keli tokie paketai eilėje, gali kelis kartus viršyti 7,8 ms. Tai nepriimtina balso srautui, kurio duomenų srauto, tiekiamo į kodeką, virpėjimas turi būti mažas, kad būtų gautas geros kokybės garsas.
Paketinio balso sistema gali tai padaryti keliais būdais, pavyzdžiui, naudojant atkūrimo buferį tarp tinklo ir kodeko. Tai išlygina drebėjimą, tačiau delsimas, atsirandantis pereinant per buferį, reikalauja aido naikintuvo, net ir vietiniuose tinkluose. Tuo metu tai buvo laikoma per brangu. Be to, tai padidino kanalo delsą ir apsunkino ryšį.
ATM tinklo technologija iš prigimties užtikrina mažą srauto virpėjimą (ir mažiausią bendrą delsą).
Kaip tai padeda prisijungti prie tinklo?
Bankomato dizainas skirtas mažo drebėjimo tinklo sąsajai. Tačiau „ląstelės“buvo įtrauktos į dizainą, kad būtų galima trumpai uždelsti eilę, tuo pačiu palaikant datagramų srautą. ATM technologija suskaidė visus paketus, duomenis ir balso srautus į 48 baitų fragmentus, prie kiekvieno pridėdama 5 baitų maršruto antraštę, kad vėliau būtų galima juos surinkti.
Šis dydžio pasirinkimasbuvo politinis, o ne techninis. Kai CCITT (šiuo metu ITU-T) standartizavo bankomatą, JAV atstovai norėjo 64 baitų naudingosios apkrovos, nes buvo laikoma, kad tai yra geras kompromisas tarp didelio duomenų perdavimo optimizuotos informacijos ir trumpesnių naudingųjų apkrovų, skirtų realaus laiko programoms. Savo ruožtu kūrėjai Europoje norėjo 32 baitų paketų, nes dėl mažo dydžio (taigi ir trumpo perdavimo laiko) balso programoms lengviau atšaukti aidą.
48 baitų dydis (plius antraštės dydis=53) buvo pasirinktas kaip kompromisas tarp dviejų šalių. 5 baitų antraštės buvo pasirinktos, nes buvo laikoma, kad 10% naudingosios apkrovos yra didžiausia kaina, kurią reikia mokėti už maršruto informaciją. ATM technologija sutankino 53 baitų langelius, todėl duomenų sugadinimas ir delsa sumažėjo iki 30 kartų, todėl sumažėjo aido naikintuvų poreikis.
ATM ląstelių struktūra
ATM apibrėžia du skirtingus langelių formatus: vartotojo tinklo sąsają (UNI) ir tinklo sąsają (NNI). Dauguma bankomatų tinklo nuorodų naudoja UNI. Kiekvieno tokio paketo struktūrą sudaro šie elementai:
- Laukas Bendrasis srauto valdymas (GFC) yra 4 bitų laukas, kuris iš pradžių buvo pridėtas siekiant palaikyti ATM sujungimą viešajame tinkle. Topologiškai jis vaizduojamas kaip paskirstytos eilės dvigubos magistralės (DQDB) žiedas. GFC laukas buvo sukurtas taipsuteikti 4 bitų vartotojo tinklo sąsają (UNI), kad būtų galima derėtis dėl tankinimo ir srauto valdymo tarp skirtingų ATM jungčių ląstelių. Tačiau jo naudojimas ir tikslios reikšmės nebuvo standartizuotos, o laukas visada nustatomas į 0000.
- VPI – virtualus kelio identifikatorius (8 bitų UNI arba 12 bitų NNI).
- VCI – virtualaus kanalo identifikatorius (16 bitų).
- PT – naudingosios apkrovos tipas (3 bitai).
- MSB – tinklo valdymo elementas. Jei jo reikšmė yra 0, naudojamas vartotojo duomenų paketas, o jo struktūroje 2 bitai yra aiškios perkrovos indikacija (EFCI), o 1 – tinklo perkrovos patirtis. Be to, vartotojui (AAU) skiriamas dar 1 bitas. Jį naudoja AAL5, kad nurodytų paketų ribas.
- CLP – ląstelių praradimo prioritetas (1 bitas).
- HEC – antraštės klaidų valdymas (8 bitų CRC).
ATM tinklas naudoja PT lauką įvairioms specialioms operacijoms, administravimui ir valdymui (OAM) skirtoms ląstelėms priskirti ir kai kurių pritaikymo lygių (AAL) paketų riboms apibrėžti. Jei PT lauko MSB reikšmė yra 0, tai yra vartotojo duomenų ląstelė, o likę du bitai naudojami tinklo perkrovai nurodyti ir kaip bendrosios paskirties antraštės bitas, pasiekiamas pritaikymo sluoksniams. Jei MSB yra 1, tai yra valdymo paketas, o likę du bitai nurodo jo tipą.
Kai kurie ATM (asynchronous Data Transfer Method) protokolai naudoja HEC lauką, kad valdytų CRC pagrįstą kadravimo algoritmą, kuris gali rastiląstelės be papildomų išlaidų. 8 bitų CRC naudojamas ištaisyti vieno bito antraštės klaidas ir aptikti kelių bitų klaidas. Kai randami pastarieji, dabartiniai ir vėlesni langeliai atmetami, kol randamas langelis be antraštės klaidų.
UN paketas rezervuoja GFC lauką vietiniam srauto valdymui arba submultipleksavimui tarp vartotojų. Tai buvo skirta tam, kad keli terminalai galėtų bendrinti vieną tinklo ryšį. Jis taip pat buvo naudojamas tam, kad du integruotų paslaugų skaitmeninio tinklo (ISDN) telefonai galėtų tam tikru greičiu dalytis tuo pačiu ISDN ryšiu. Pagal numatytuosius nustatymus visi keturi GFC bitai turi būti lygūs nuliui.
NNI langelio formatas atkartoja UNI formatą beveik taip pat, išskyrus tai, kad 4 bitų GFC laukas perskirstomas į VPI lauką, išplečiant jį iki 12 bitų. Taigi vienas NNI bankomato jungtis kiekvieną kartą gali apdoroti beveik 216 VC.
Ląstelės ir perdavimas praktikoje
Ką bankomatas reiškia praktiškai? Jis palaiko įvairių tipų paslaugas per AAL. Standartizuoti AAL apima AAL1, AAL2 ir AAL5, taip pat rečiau naudojamus AAC3 ir AAL4. Pirmasis tipas naudojamas pastovios bitų spartos (CBR) paslaugoms ir grandinės emuliacijai. Sinchronizavimas taip pat palaikomas AAL1.
Antras ir ketvirtas tipai naudojami kintamo bitų spartos (VBR) paslaugoms, AAL5 – duomenims. Informacija apie tai, kuri AAL naudojama tam tikram langeliui, joje nėra užkoduota. Vietoj to, jis yra suderintas arba pritaikytaskiekvieno virtualaus ryšio galinius taškus.
Sukūrus šią technologiją, tinklai tapo daug greitesni. 1500 baitų (12 000 bitų) viso ilgio Ethernet kadras trunka tik 1,2 µs, kad būtų perduotas 10 Gbps tinkle, todėl mažų celių poreikis sumažinti delsą.
Kokios tokių santykių stipriosios ir silpnosios pusės?
ATM tinklo technologijos pranašumai ir trūkumai yra tokie. Kai kurie mano, kad ryšio greičio padidinimas leis jį pakeisti eternetu pagrindiniame tinkle. Tačiau reikia pažymėti, kad greičio padidinimas savaime nesumažina virpėjimo dėl eilių. Be to, aparatinė įranga, skirta paslaugų pritaikymui IP paketams įgyvendinti, yra brangi.
Tuo pačiu metu dėl fiksuotos 48 baitų naudingosios apkrovos bankomatas netinka kaip duomenų jungtis tiesiogiai per IP, nes OSI sluoksnis, kuriame veikia IP, turi užtikrinti maksimalų perdavimo vienetą (MTU) mažiausiai 576 baitai.
Lėtesnio ar perkrauto ryšio (622 Mbps ir mažesnio) atveju bankomatai yra prasmingi, todėl dauguma asimetrinių skaitmeninių abonentų linijų (ADSL) sistemų naudoja šią technologiją kaip tarpinį sluoksnį tarp fizinio ryšio sluoksnio ir 2 lygmens protokolo. pvz., PPP arba Ethernet.
Šiuo mažesniu greičiu bankomatas suteikia naudingą galimybę vienoje fizinėje arba virtualioje laikmenoje perkelti kelias logikas, nors yra ir kitų būdų, pvz., kelių kanalų. PPP ir Ethernet VLAN, kurie yra neprivalomi diegiant VDSL.
DSL gali būti naudojamas kaip būdas pasiekti bankomatų tinklą, leidžiantį prisijungti prie daugelio IPT per plačiajuostį bankomatų tinklą.
Taigi, technologijos trūkumai yra tai, kad ji praranda savo efektyvumą šiuolaikinėse didelės spartos jungtyse. Tokio tinklo pranašumas yra tas, kad jis žymiai padidina pralaidumą, nes suteikia tiesioginį ryšį tarp įvairių išorinių įrenginių.
Be to, naudojant vieną fizinį ryšį naudojant bankomatą, vienu metu gali veikti kelios skirtingos virtualios grandinės su skirtingomis charakteristikomis.
Ši technologija naudoja gana galingus srauto valdymo įrankius, kurie ir toliau tobulinami. Tai leidžia vienu metu perduoti skirtingų tipų duomenis, net jei jiems keliami visiškai skirtingi jų siuntimo ir gavimo reikalavimai. Pavyzdžiui, galite sukurti srautą naudodami skirtingus protokolus tame pačiame kanale.
Virtualiųjų grandinių pagrindai
Asinchroninis perdavimo režimas (ATM santrumpa) veikia kaip saitais pagrįstas perdavimo sluoksnis, naudojant virtualias grandines (VC). Tai susiję su virtualių takų (VP) ir kanalų koncepcija. Kiekviena bankomato ląstelė turi 8 arba 12 bitų virtualaus kelio identifikatorių (VPI) ir 16 bitų virtualiosios grandinės identifikatorių (VCI),apibrėžta jo antraštėje.
VCI kartu su VPI naudojamas nustatyti kitą paketo paskirties vietą, kai jis eina per bankomatų jungiklius pakeliui į paskirties vietą. VPI ilgis skiriasi priklausomai nuo to, ar ląstelė siunčiama per vartotojo sąsają, ar per tinklo sąsają.
Kai šie paketai eina per bankomatų tinklą, perjungimas įvyksta pakeičiant VPI/VCI reikšmes (pakeičiant žymes). Nors jie nebūtinai sutampa su ryšio galais, schemos koncepcija yra nuosekli (skirtingai nei IP, kur bet kuris paketas gali pasiekti paskirties vietą kitu maršrutu). ATM jungikliai naudoja VPI / VCI laukus, kad nustatytų kito tinklo virtualiąją grandinę (VCL), kurią ląstelė turi perduoti pakeliui į galutinę paskirties vietą. VCI funkcija yra panaši į duomenų perdavimo ryšio identifikatoriaus (DLCI) kadrų perdavimo sistemoje ir loginio kanalo grupės numerį X.25.
Kitas virtualių grandinių naudojimo pranašumas yra tas, kad jas galima naudoti kaip tankinimo sluoksnį, leidžiantį naudoti įvairias paslaugas (pvz., balso ir kadrų perdavimo). VPI yra naudingas norint sumažinti kai kurių virtualių grandinių, kurios dalijasi keliais, perjungimo lentelę.
Ląstelių ir virtualių grandinių naudojimas srautui organizuoti
Bankomato technologija apima papildomą eismo judėjimą. Kai grandinė sukonfigūruojama, kiekvienas grandinės jungiklis informuojamas apie ryšio klasę.
Bankomatų eismo sutartys yra mechanizmo dalisteikiant „paslaugų kokybę“(QoS). Yra keturi pagrindiniai tipai (ir keli variantai), kurių kiekvienas turi ryšį apibūdinančių parametrų rinkinį:
- CBR – pastovus duomenų perdavimo greitis. Nurodytas didžiausias greitis (PGR), kuris yra fiksuotas.
- VBR – kintama duomenų perdavimo sparta. Nurodyta vidutinė arba pastovios būsenos vertė (SCR), kuri gali būti didžiausia tam tikrame lygyje, maksimaliu intervalu prieš atsirandant problemoms.
- ABR – galima duomenų perdavimo sparta. Nurodyta minimali garantuota vertė.
- UBR – neapibrėžta duomenų perdavimo sparta. Srautas paskirstomas per likusį pralaidumą.
VBR turi realaus laiko parinktis, o kitais režimais naudojamas „situaciniam“srautui. Neteisingas laikas kartais sutrumpinamas iki vbr-nrt.
Dauguma srauto klasių taip pat naudoja ląstelių tolerancijos kitimo (CDVT) sąvoką, kuri apibrėžia jų „sujungimą“laikui bėgant.
Duomenų perdavimo valdymas
Ką reiškia bankomatas, atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau? Norint išlaikyti tinklo našumą, gali būti taikomos virtualaus tinklo srauto taisyklės, kurios apriboja duomenų, perduodamų ryšio įvesties taškuose, kiekį.
Referencinis modelis, patvirtintas UPC ir NPC, yra bendrasis ląstelių greičio algoritmas (GCRA). Paprastai VBR srautas paprastai valdomas naudojant valdiklį, skirtingai nuo kitų tipų.
Jei duomenų kiekis viršija GCRA nustatytą srautą, tinklas gali arba iš naujo nustatytilangelius arba pažymėkite CLP (Cell Loss Priority) bitą (norėdami identifikuoti paketą kaip potencialiai perteklinį). Pagrindinis saugos darbas yra pagrįstas nuosekliu stebėjimu, tačiau tai nėra optimalu inkapsuliuotų paketų srautui (nes numetus vieną vienetą, visas paketas bus negaliojantis). Dėl to buvo sukurtos tokios schemos kaip dalinis paketų išmetimas (PPD) ir ankstyvas paketų išmetimas (EPD), kurios gali išmesti visą eilę langelių, kol prasidės kitas paketas. Tai sumažina nenaudingos informacijos tinkle skaičių ir sutaupo pralaidumą visiems paketams.
EPD ir PPD veikia su AAL5 ryšiais, nes jie naudoja paketo žymeklio pabaigą: ATM vartotojo sąsajos indikacijos (AUU) bitą antraštės lauke Payload Type, kuris nustatytas paskutiniame SAR langelyje. -SDU.
Eismo formavimas
Šios dalies bankomatų technologijos pagrindus galima pavaizduoti taip. Srauto formavimas paprastai vyksta naudojant tinklo sąsajos kortelę (NIC) vartotojo įrangoje. Taip bandoma užtikrinti, kad VC ląstelių srautas atitiks jo srauto sutartį, t. y. vienetai nebus atmesti arba nesumažės jų prioritetas UNI. Kadangi tinkle srauto valdymo etaloninis modelis yra GCRA, šis algoritmas taip pat dažnai naudojamas formuojant ir nukreipiant duomenis.
Virtualiųjų grandinių ir kelių tipai
ATM technologija gali sukurti virtualias grandines ir kelius kaipstatiškai ir dinamiškai. Statinės grandinės (STS) arba takai (PVP) reikalauja, kad grandinė sudarytų iš segmentų, po vieną kiekvienai sąsajų porai, per kurią ji praeina.
PVP ir PVC, nors konceptualiai yra paprasti, dideliuose tinkluose reikalauja daug pastangų. Jie taip pat nepalaiko paslaugos maršruto pakeitimo gedimo atveju. Priešingai, dinamiškai sukurti SPVP ir SPVC yra sukurti nurodant schemos (paslaugos sutarties) ir dviejų galutinių taškų charakteristikas.
Pagaliau bankomatų tinklai sukuria ir ištrina komutuojamas virtualias grandines (SVC), kaip to reikalauja galutinė įranga. Viena iš SVC taikomųjų programų yra atlikti atskirus telefono skambučius, kai jungiklių tinklas yra sujungtas per bankomatą. SVC taip pat buvo naudojami bandant pakeisti bankomatų LAN.
Virtualios maršruto parinkimo schema
Dauguma bankomatų tinklų, palaikančių SPVP, SPVC ir SVC, naudoja privataus tinklo mazgo sąsają arba privataus tinklo-tinklo sąsajos (PNNI) protokolą. PNNI naudoja tą patį trumpiausio kelio algoritmą, kurį naudoja OSPF ir IS-IS, kad nukreiptų IP paketus, kad keistųsi topologijos informacija tarp jungiklių ir pasirinktų maršrutą per tinklą. PNNI taip pat apima galingą apibendrinimo mechanizmą, leidžiantį sukurti labai didelius tinklus, taip pat skambučių prieigos valdymo (CAC) algoritmą, kuris nustato pakankamo pralaidumo prieinamumą siūlomu maršrutu per tinklą, kad atitiktų VC paslaugų reikalavimus. arba VP.
Gavimas ir prisijungimas prieskambučiai
Tinklas turi užmegzti ryšį, kad abi pusės galėtų viena kitai siųsti langelius. Bankomate tai vadinama virtualia grandine (VC). Tai gali būti nuolatinė virtuali grandinė (PVC), kuri administraciniu būdu sukuriama galiniuose taškuose, arba komutuojama virtuali grandinė (SVC), kuri pagal poreikį sukuriama perduodančių šalių. SVC kūrimas valdomas signalizavimu, kuriame užklausos teikėjas nurodo priimančios šalies adresą, prašomos paslaugos tipą ir visus srauto parametrus, kurie gali būti taikomi pasirinktai paslaugai. Tada tinklas patvirtins, kad yra prieinami prašomi ištekliai ir kad yra ryšio maršrutas.
Bankomato technologija apibrėžia šiuos tris lygius:
- ATM adaptacijos (AAL);
- 2 bankomatas, maždaug atitinkantis OSI duomenų ryšio sluoksnį;
- fizinis ekvivalentas tam pačiam OSI sluoksniui.
Diegimas ir platinimas
Bankomato technologija išpopuliarėjo tarp telefono kompanijų ir daugelio kompiuterių gamintojų dešimtajame dešimtmetyje. Tačiau net ir šio dešimtmečio pabaigoje geriausia interneto protokolo produktų kaina ir našumas pradėjo konkuruoti su bankomatu dėl integracijos realiuoju laiku ir paketinio tinklo srauto.
Kai kurios įmonės šiandien vis dar daugiausia dėmesio skiria bankomatų produktams, o kitos siūlo juos pasirinktinai.
Mobiliosios technologijos
Belaidę technologiją sudaro pagrindinis bankomatų tinklas su belaidžiu prieigos tinklu. Ląstelės čia perduodamos iš bazinių stočių į mobiliuosius terminalus. FunkcijosMobilumas vykdomas naudojant ATM komutatorių pagrindiniame tinkle, vadinamą „crossover“, kuris yra analogiškas GSM tinklų MSC (Mobile Switching Center). ATM belaidžio ryšio pranašumas yra didelis pralaidumas ir didelis perdavimo greitis 2 lygmenyje.
Dešimtojo dešimtmečio pradžioje kai kurios tyrimų laboratorijos veikė šioje srityje. ATM forumas buvo sukurtas siekiant standartizuoti belaidžio tinklo technologijas. Jį palaikė kelios telekomunikacijų bendrovės, įskaitant NEC, Fujitsu ir AT&T. ATM mobiliosios technologijos tikslas – teikti didelės spartos daugialypės terpės ryšių technologijas, galinčias teikti mobilųjį plačiajuostį ryšį už GSM ir WLAN tinklų ribų.
