ATM tehnologija je telekomunikacijski koncept, opredeljen z mednarodnimi standardi za prenos celotnega obsega uporabniškega prometa, vključno z glasovnimi, podatkovnimi in video signali. Razvit je bil za potrebe digitalnega omrežja širokopasovnih storitev in je bil prvotno zasnovan za integracijo telekomunikacijskih omrežij. Okrajšava bankomata pomeni asinhroni prenosni način in je v ruščino prevedena kot "asinhroni prenos podatkov".
Tehnologija je bila ustvarjena za omrežja, ki morajo obvladovati tako tradicionalni visokozmogljiv podatkovni promet (kot je prenos datotek) kot vsebino v realnem času z nizko zamudo (kot sta glas in video). Referenčni model za ATM preslikava približno na tri nižje plasti ISO-OSI: omrežje, podatkovno povezavo in fizično. ATM je primarni protokol, ki se uporablja v vezjih SONET/SDH (javno komutirano telefonsko omrežje) in ISDN.
Kaj je to?
Kaj bankomat pomeni za omrežno povezavo? Ona zagotavljafunkcionalnost, podobna preklapljanju vezij in omrežjih s paketno komutacijo: tehnologija uporablja asinhrono multipleksiranje s časovno delitvijo in kodira podatke v majhne pakete fiksne velikosti (okvirji ISO-OSI), imenovane celice. To se razlikuje od pristopov, kot sta internetni protokol ali Ethernet, ki uporabljata pakete in okvirje spremenljive velikosti.
Osnovna načela tehnologije bankomatov so naslednja. Uporablja model, usmerjen v povezavo, v katerem je treba vzpostaviti navidezno vezje med dvema končnima točkama, preden se lahko začne dejanska komunikacija. Ta navidezna vezja so lahko "trajna", to je namenske povezave, ki jih običajno vnaprej konfigurira ponudnik storitev, ali "preklopna", torej nastavljiva za vsak klic.
Asynchonous Transfer Mode (ATM pomeni angleško) je znan kot komunikacijska metoda, ki se uporablja v bankomatih in plačilnih terminalih. Vendar se ta uporaba postopoma zmanjšuje. Uporabo tehnologije v bankomatih je v veliki meri nadomestil internetni protokol (IP). V referenčni povezavi ISO-OSI (plast 2) se osnovne prenosne naprave običajno imenujejo okvirji. V bankomatih imajo fiksno dolžino (53 oktetov ali bajtov) in se posebej imenujejo "celice".
Velikost celice
Kot je navedeno zgoraj, je dešifriranje bankomata asinhroni prenos podatkov, ki se izvede tako, da se le-ti delijo na celice določene velikosti.
Če se govorni signal zmanjša na pakete, in jihprisiljeni biti poslani na povezavo z velikim podatkovnim prometom, ne glede na njihovo velikost, bodo naleteli na velike polne pakete. V normalnih pogojih mirovanja se lahko pojavijo največje zamude. Da bi se izognili tej težavi, imajo vsi paketi ali celice bankomata enako majhno velikost. Poleg tega struktura fiksne celice pomeni, da je mogoče podatke enostavno prenašati s strojno opremo brez prirojenih zamud, ki jih povzročajo programsko preklopljeni in usmerjani okvirji.
Tako so oblikovalci bankomatov uporabili majhne podatkovne celice za zmanjšanje trepetanja (v tem primeru zakasnitvene disperzije) pri multipleksiranju podatkovnih tokov. To je še posebej pomembno pri prenosu govornega prometa, saj je pretvorba digitaliziranega glasu v analogni zvok sestavni del procesa v realnem času. To pomaga delovanju dekoderja (kodeka), ki zahteva enakomerno razporejen (časovno) tok podatkovnih elementov. Če naslednji v vrsti ni na voljo, ko je to potrebno, kodek nima druge izbire, kot da začasno ustavi. Kasneje se informacije izgubijo, ker je obdobje, ko bi ga morali pretvoriti v signal, že minilo.
Kako se je razvil bankomat?
Med razvojem ATM je 155 Mbps Synchronous Digital Hierarchy (SDH) s 135 Mbps koristno obremenitvijo veljalo za hitro optično omrežje, številne povezave Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) v omrežju pa so bile bistveno počasnejše (ne več kot 45 Mbps /z). PriPri tej hitrosti naj bi se tipičen 1500-bajtni (12.000-bitni) podatkovni paket polne velikosti prenesel pri 77,42 mikrosekunde. Na nizkohitrostni povezavi, kot je linija T1 1,544 Mbps, je za prenos takega paketa potrebnih do 7,8 milisekund.
Zakasnitev prenosa, ki jo povzroči več takih paketov v čakalni vrsti, lahko večkrat preseže število 7,8 ms. To je nesprejemljivo za glasovni promet, ki mora imeti nizko tresenje v podatkovnem toku, ki se dovaja v kodek, da ustvari zvok dobre kakovosti.
Paketni glasovni sistem lahko to stori na več načinov, na primer z uporabo medpomnilnika za predvajanje med omrežjem in kodekom. To zgladi tresenje, vendar zakasnitev, ki nastane pri prehodu skozi medpomnilnik, zahteva odstranjevalec odmeva, tudi v lokalnih omrežjih. Takrat je veljalo za predrago. Poleg tega je povečal zakasnitev na kanalu in otežil komunikacijo.
Tehnologija omrežja ATM sama po sebi zagotavlja nizko tresenje (in najnižjo skupno zamudo) za promet.
Kako to pomaga pri omrežni povezavi?
zasnova bankomata je za omrežni vmesnik z nizkim tresanjem. Vendar pa so bile v načrt uvedene "celice", ki omogočajo kratke čakalne zamude, hkrati pa podpirajo promet datagramov. Tehnologija ATM je vse pakete, podatke in glasovne tokove razbila na 48-bajtne fragmente in vsakemu dodala 5-bajtno usmerjevalno glavo, da bi jih bilo mogoče pozneje ponovno sestaviti.
Ta izbira velikostije bil političen, ne tehnični. Ko je CCITT (trenutno ITU-T) standardiziral ATM, so predstavniki ZDA želeli 64-bajtno koristno obremenitev, saj je veljalo za dober kompromis med velikimi količinami informacij, optimiziranih za prenos podatkov, in krajšimi nosilci, zasnovanimi za aplikacije v realnem času.. Po drugi strani pa so razvijalci v Evropi želeli 32-bajtne pakete, ker majhna velikost (in zato kratek čas prenosa) olajša glasovne aplikacije v smislu preklica odmeva.
Velikost 48 bajtov (plus velikost glave=53) je bila izbrana kot kompromis med obema stranema. 5-bajtne glave so bile izbrane, ker se je štelo, da je 10 % koristnega tovora najvišja cena za informacije o usmerjanju. Tehnologija ATM je multipleksirala 53-bajtne celice, kar je zmanjšalo poškodovanje podatkov in zakasnitve do 30-krat, s čimer se je zmanjšala potreba po odmevnih napravah.
struktura celic bankomata
ATM definira dva različna formata celic: uporabniški omrežni vmesnik (UNI) in omrežni vmesnik (NNI). Večina omrežnih povezav bankomatov uporablja UNI. Struktura vsakega takega paketa je sestavljena iz naslednjih elementov:
- Polje Generic Flow Control (GFC) je 4-bitno polje, ki je bilo prvotno dodano za podporo medsebojne povezave ATM v javnem omrežju. Topološko je predstavljen kot obroč z dvojnim vodilom porazdeljene čakalne vrste (DQDB). Polje GFC je bilo zasnovano tako, dazagotoviti 4 bite uporabniško-mrežnega vmesnika (UNI) za pogajanja o multipleksiranju in nadzoru pretoka med celicami različnih povezav ATM. Vendar njegova uporaba in točne vrednosti niso bile standardizirane in polje je vedno nastavljeno na 0000.
- VPI - identifikator virtualne poti (8-bitni UNI ali 12-bitni NNI).
- VCI - identifikator navideznega kanala (16 bitov).
- PT - vrsta nosilnosti (3 biti).
- MSB - omrežna nadzorna celica. Če je njegova vrednost 0, se uporablja paket uporabniških podatkov, v njegovi strukturi pa sta 2 bita indikacija eksplicitne prezasedenosti (EFCI) in 1 je izkušnja prezasedenosti omrežja. Poleg tega je uporabniku dodeljen še 1 bit (AAU). Uporablja ga AAL5 za označevanje meja paketov.
- CLP - prioriteta izgube celice (1 bit).
- HEC - nadzor napake glave (8-bitni CRC).
Omrežje ATM uporablja polje PT za označevanje različnih posebnih celic za namene operacij, administracije in upravljanja (OAM) ter za določanje meja paketov v nekaterih prilagoditvenih slojih (AAL). Če je vrednost MSB polja PT 0, je to celica uporabniških podatkov, preostala dva bita pa se uporabljata za označevanje prezasedenosti omrežja in kot glavni bit splošnega namena, ki je na voljo za prilagoditvene plasti. Če je MSB 1, je to kontrolni paket in preostala dva bita označujeta njegov tip.
Nekateri protokoli ATM (metoda asinhronega prenosa podatkov) uporabljajo polje HEC za nadzor algoritma za okvirjanje, ki temelji na CRC, ki lahko najdecelice brez dodatnih stroškov. 8-bitni CRC se uporablja za popravljanje enobitnih napak v glavi in odkrivanje večbitnih napak. Ko se najdejo slednje, se trenutna in naslednje celice zavržejo, dokler ni najdena celica brez napak v glavi.
Paket UNI rezervira polje GFC za lokalni nadzor pretoka ali submultipleksiranje med uporabniki. Namen tega je bil omogočiti več terminalom, da si delijo eno omrežno povezavo. Uporabljen je bil tudi za omogočanje dveh telefonov z integrirano storitev digitalnega omrežja (ISDN), da si delita isto osnovno ISDN povezavo z določeno hitrostjo. Vsi štirje GFC biti morajo biti privzeto enaki nič.
Format celic NNI replicira format UNI na skoraj enak način, le da je 4-bitno polje GFC prerazporejeno v polje VPI in ga razširi na 12 bitov. Tako lahko ena povezava NNI ATM vsakič obdela skoraj 216 VC.
Celice in prenos v praksi
Kaj bankomat pomeni v praksi? Podpira različne vrste storitev prek AAL. Standardizirani AAL vključujejo AAL1, AAL2 in AAL5 ter manj pogosto uporabljena AAC3 in AAL4. Prvi tip se uporablja za storitve konstantne bitne hitrosti (CBR) in emulacijo vezja. Sinhronizacija je podprta tudi v AAL1.
Druga in četrta vrsta se uporabljata za storitve s spremenljivo bitno hitrostjo (VBR), AAL5 za podatke. Informacije o tem, kateri AAL se uporablja za dano celico, v njej niso kodirane. Namesto tega je usklajen ali prilagojenkončne točke za vsako virtualno povezavo.
Po začetni zasnovi te tehnologije so omrežja postala veliko hitrejša. 1500-bajtni (12000-bitni) okvir Ethernet polne dolžine potrebuje le 1,2 µs za prenos v omrežju 10 Gbps, kar zmanjša potrebo po majhnih celicah za zmanjšanje zakasnitve.
Kaj so prednosti in slabosti takšnega odnosa?
Prednosti in slabosti tehnologije omrežja bankomatov so naslednje. Nekateri verjamejo, da bo povečanje hitrosti komunikacije omogočilo, da jo v hrbteničnem omrežju nadomesti Ethernet. Vendar je treba opozoriti, da povečanje hitrosti samo po sebi ne zmanjša tresenja zaradi čakalne vrste. Poleg tega je strojna oprema za izvajanje prilagoditve storitev za pakete IP draga.
Hkrati zaradi fiksne obremenitve 48 bajtov ATM ni primeren kot podatkovna povezava neposredno pod IP, saj mora plast OSI, na kateri deluje IP, zagotavljati največjo enoto prenosa (MTU) pri najmanj 576 bajtov.
Pri počasnejših ali preobremenjenih povezavah (622 Mbps in manj) je ATM smiseln in zato večina sistemov asimetričnih digitalnih naročniških linij (ADSL) uporablja to tehnologijo kot vmesno plast med fizično plastjo povezave in protokolom Layer 2 kot je PPP ali Ethernet.
Pri teh nižjih hitrostih zagotavlja ATM uporabno zmožnost prenašanja več logik na enem fizičnem ali virtualnem mediju, čeprav obstajajo tudi druge metode, kot je večkanalniPPP in Ethernet VLAN, ki so neobvezni v izvedbah VDSL.
DSL se lahko uporablja kot način za dostop do omrežja bankomatov, kar vam omogoča povezavo s številnimi ponudniki internetnih storitev prek širokopasovnega omrežja bankomatov.
Tako so slabosti tehnologije, da izgubi svojo učinkovitost v sodobnih hitrih povezavah. Prednost takšnega omrežja je, da znatno poveča pasovno širino, saj omogoča neposredno povezavo med različnimi perifernimi napravami.
Poleg tega lahko z eno fizično povezavo z uporabo bankomata hkrati deluje več različnih virtualnih vezij z različnimi lastnostmi.
Ta tehnologija uporablja precej zmogljiva orodja za upravljanje prometa, ki se še naprej razvijajo. To omogoča istočasno pošiljanje različnih vrst podatkov, tudi če imajo za njihovo pošiljanje in prejemanje popolnoma različne zahteve. Na primer, lahko ustvarite promet z različnimi protokoli na istem kanalu.
Osnove virtualnih vezij
Asynchonous Transfer Mode (okrajšava za ATM) deluje kot transportni sloj, ki temelji na povezavah z uporabo navideznih vezij (VC). To je povezano s konceptom virtualnih poti (VP) in kanalov. Vsaka celica ATM ima 8-bitni ali 12-bitni identifikator virtualne poti (VPI) in 16-bitni identifikator navideznega vezja (VCI),definirano v glavi.
VCI se skupaj z VPI uporablja za identifikacijo naslednjega cilja paketa, ko gre skozi vrsto stikal ATM na poti do cilja. Dolžina VPI se razlikuje glede na to, ali je celica poslana prek uporabniškega vmesnika ali omrežnega vmesnika.
Ko ti paketi prehajajo skozi omrežje bankomatov, pride do preklapljanja s spreminjanjem vrednosti VPI/VCI (zamenjava oznak). Čeprav se ne ujemajo nujno s konci povezave, je koncept sheme zaporeden (za razliko od IP, kjer lahko vsak paket doseže svoj cilj po drugi poti). Stikala ATM uporabljajo polja VPI/VCI za identifikacijo navideznega vezja (VCL) naslednjega omrežja, ki ga mora celica prepeljati na poti do končnega cilja. Funkcija VCI je podobna funkciji identifikatorja povezave podatkovne povezave (DLCI) v releju okvirja in številki logične skupine kanalov v X.25.
Druga prednost uporabe navideznih vezij je, da jih je mogoče uporabiti kot sloj multipleksiranja, ki omogoča uporabo različnih storitev (kot sta glasovna in okvirna releja). VPI je uporaben za zmanjšanje preklopne tabele nekaterih virtualnih vezij, ki si delijo poti.
Uporaba celic in virtualnih vezij za organizacijo prometa
tehnologija bankomata vključuje dodatno gibanje prometa. Ko je vezje konfigurirano, je vsako stikalo v vezju obveščeno o razredu povezave.
Prometne pogodbe na bankomatih so del mehanizmazagotavljanje "kakovosti storitve" (QoS). Obstajajo štiri glavne vrste (in več različic), od katerih ima vsaka nabor parametrov, ki opisujejo povezavo:
- CBR - konstantna hitrost prenosa podatkov. Določena najvišja stopnja (PCR), ki je fiksna.
- VBR - spremenljiva hitrost prenosa podatkov. Določena povprečna vrednost ali vrednost stabilnega stanja (SCR), ki lahko doseže vrh na določeni ravni za največji interval, preden se pojavijo težave.
- ABR - razpoložljiva hitrost prenosa podatkov. Določena je najmanjša zajamčena vrednost.
- UBR - nedefinirana hitrost prenosa podatkov. Promet je porazdeljen po preostali pasovni širini.
VBR ima možnosti v realnem času, v drugih načinih pa se uporablja za "situacijski" promet. Nepravilen čas se včasih skrajša na vbr-nrt.
Večina prometnih razredov uporablja tudi koncept variacije tolerance celic (CDVT), ki opredeljuje njihovo "združevanje" skozi čas.
Nadzor prenosa podatkov
Kaj pomeni bankomat glede na zgoraj navedeno? Za ohranjanje učinkovitosti omrežja je mogoče uporabiti prometna pravila navideznega omrežja za omejitev količine podatkov, ki se prenašajo na vstopnih točkah povezave.
Referenčni model, potrjen za UPC in NPC, je generični algoritem hitrosti celic (GCRA). Praviloma se promet VBR običajno nadzoruje s krmilnikom, za razliko od drugih vrst.
Če količina podatkov presega promet, ki ga določa GCRA, lahko omrežje bodisi ponastavicelice ali označite bit za prioriteto izgube celic (CLP) (za identifikacijo paketa kot potencialno odvečnega). Glavno varnostno delo temelji na zaporednem spremljanju, vendar to ni optimalno za enkapsuliran paketni promet (ker spuščanje ene enote razveljavi celoten paket). Kot rezultat, so bile ustvarjene sheme, kot sta delno zavrženje paketov (PPD) in zgodnje zavrženje paketov (EPD), ki lahko zavržejo celo vrsto celic, dokler se ne začne naslednji paket. To zmanjša število neuporabnih informacij v omrežju in prihrani pasovno širino za celotne pakete.
EPD in PPD delujeta s povezavami AAL5, ker uporabljata konec oznake paketa: bit ATM User Interface Indication (AUU) v polju Payload Type v glavi, ki je nastavljena v zadnji celici SAR -SDU.
Oblikovanje prometa
Osnove tehnologije bankomatov v tem delu lahko predstavimo na naslednji način. Oblikovanje prometa se običajno zgodi na omrežni vmesniški kartici (NIC) v uporabniški opremi. S tem se poskuša zagotoviti, da se pretok celic na VC ujema z njegovo prometno pogodbo, to pomeni, da enote ne bodo izpuščene ali zmanjšane v prioriteti na UNI. Ker je referenčni model za upravljanje prometa v omrežju GCRA, se ta algoritem običajno uporablja tudi za oblikovanje in usmerjanje podatkov.
Vrste virtualnih vezij in poti
ATM tehnologija lahko ustvari navidezna vezja in poti kottako statično kot dinamično. Statična vezja (STS) ali poti (PVP) zahtevajo, da je vezje sestavljeno iz serije segmentov, enega za vsak par vmesnikov, skozi katerega gre.
PVP in PVC, čeprav sta konceptualno preprosta, zahtevata veliko truda v velikih omrežjih. Prav tako ne podpirajo preusmeritve storitev v primeru okvare. V nasprotju s tem so dinamično zgrajeni SPVP in SPVC zgrajeni z določitvijo značilnosti sheme ("pogodba" storitve) in dveh končnih točk.
Nazadnje, omrežja bankomatov ustvarijo in izbrišejo preklopna navidezna vezja (SVC), kot zahteva končni kos opreme. Ena od aplikacij za SVC je prenos posameznih telefonskih klicev, ko je omrežje stikal med seboj povezano prek bankomata. SVC-ji so bili uporabljeni tudi pri poskusu zamenjave LAN-jev bankomatov.
Shema navideznega usmerjanja
Večina omrežij bankomatov, ki podpirajo SPVP, SPVC in SVC, uporablja vmesnik zasebnega omrežnega vozlišča ali protokol vmesnika zasebnega omrežja do omrežja (PNNI). PNNI uporablja isti algoritem najkrajše poti, ki ga uporabljata OSPF in IS-IS za usmerjanje paketov IP za izmenjavo topoloških informacij med stikali in izbiro poti skozi omrežje. PNNI vključuje tudi zmogljiv mehanizem povzemanja, ki omogoča ustvarjanje zelo velikih omrežij, kot tudi algoritem za nadzor dostopa do klicev (CAC), ki določa razpoložljivost zadostne pasovne širine na predlagani poti skozi omrežje, da se izpolnijo storitvene zahteve VC. ali VP.
Prejemanje in povezovanje zklici
Omrežje mora vzpostaviti povezavo, preden lahko obe strani drug drugi pošljeta celice. V bankomatu se to imenuje virtualno vezje (VC). To je lahko trajno navidezno vezje (PVC), ki je administrativno ustvarjeno na končnih točkah, ali preklopno navidezno vezje (SVC), ki ga po potrebi ustvarijo oddajne strani. Ustvarjanje SVC je nadzorovano s signalizacijo, v kateri prosilec navede naslov prejemnika, vrsto zahtevane storitve in morebitne prometne parametre, ki bi lahko bili uporabni za izbrano storitev. Omrežje bo nato potrdilo, da so zahtevani viri na voljo in da obstaja pot za povezavo.
tehnologija bankomata opredeljuje naslednje tri ravni:
- prilagoditve bankomata (AAL);
- 2 ATM, približno enako sloju podatkovne povezave OSI;
- fizično enakovredno isti plasti OSI.
Uvajanje in distribucija
Tehnologija bankomatov je v devetdesetih letih prejšnjega stoletja postala priljubljena pri telefonskih podjetjih in številnih proizvajalcih računalnikov. Vendar pa je celo do konca tega desetletja najboljša cena in zmogljivost izdelkov internetnega protokola začela tekmovati z bankomatom za integracijo v realnem času in paketni omrežni promet.
Nekatera podjetja se še danes osredotočajo na izdelke na bankomatih, druga pa jih ponujajo kot možnost.
Mobilna tehnologija
Brezžična tehnologija je sestavljena iz osrednjega omrežja bankomatov z brezžičnim dostopnim omrežjem. Tu se celice prenašajo z baznih postaj na mobilne terminale. FunkcijeMobilnosti se izvajajo na stikalu ATM v jedrnem omrežju, znanem kot "crossover", kar je analogno MSC (Mobile Switching Center) omrežij GSM. Prednost brezžične komunikacije ATM je njena visoka prepustnost in visoka stopnja primopredaje, ki se izvaja na nivoju 2.
V zgodnjih devetdesetih letih so bili na tem področju aktivni nekateri raziskovalni laboratoriji. Forum bankomatov je bil ustvarjen za standardizacijo tehnologije brezžičnega omrežja. Podprlo ga je več telekomunikacijskih podjetij, vključno z NEC, Fujitsu in AT&T. Cilj mobilne tehnologije ATM je zagotoviti visokohitrostne multimedijske komunikacijske tehnologije, ki lahko zagotavljajo mobilno širokopasovno povezavo zunaj omrežij GSM in WLAN.
