La tecnologia ATM és un concepte de telecomunicacions definit pels estàndards internacionals per transportar tota la gamma de trànsit d'usuaris, inclosos els senyals de veu, dades i vídeo. Va ser desenvolupat per satisfer les necessitats d'una xarxa digital de serveis de banda ampla i va ser dissenyat originàriament per a la integració de xarxes de telecomunicacions. L'abreviatura ATM significa Mode de transferència asíncrona i es tradueix al rus com a "transferència de dades asíncrona".
La tecnologia es va crear per a xarxes que necessiten gestionar tant el trànsit de dades tradicional d' alt rendiment (com la transferència de fitxers) com el contingut en temps real de baixa latència (com ara la veu i el vídeo). El model de referència per a caixer automàtic mapeja aproximadament les tres capes inferiors d'ISO-OSI: xarxa, enllaç de dades i físic. L'ATM és el protocol principal que s'utilitza als circuits SONET/SDH (xarxa telefònica pública commutada) i circuits de xarxa digital de serveis integrats (RDSI).
Què és això?
Què significa caixer automàtic per a una connexió de xarxa? Ella proporcionafuncionalitat similar a la commutació de circuits i les xarxes de commutació de paquets: la tecnologia utilitza multiplexació per divisió de temps asíncrona i codifica les dades en paquets de mida fixa petita (trames ISO-OSI) anomenats cèl·lules. Això és diferent dels enfocaments com ara el protocol d'Internet o Ethernet, que utilitzen paquets i trames de mida variable.
Els principis bàsics de la tecnologia ATM són els següents. Utilitza un model orientat a la connexió en el qual s'ha d'establir un circuit virtual entre dos punts finals abans que pugui començar la comunicació real. Aquests circuits virtuals poden ser "permanents", és a dir, connexions dedicades que normalment estan preconfigurades pel proveïdor de serveis, o "canviables", és a dir, configurables per a cada trucada.
El mode de transferència asíncrona (ATM significa anglès) es coneix com el mètode de comunicació utilitzat als caixers automàtics i terminals de pagament. No obstant això, aquest ús està disminuint gradualment. L'ús de la tecnologia als caixers automàtics ha estat substituït en gran mesura pel Protocol d'Internet (IP). A l'enllaç de referència ISO-OSI (Capa 2), els dispositius de transmissió subjacents s'anomenen habitualment trames. En ATM, tenen una longitud fixa (53 octets o bytes) i s'anomenen específicament "cel·les".
Mida de la cel·la
Com s'ha indicat anteriorment, el desxifrat de caixers automàtics és una transferència de dades asíncrona que es realitza dividint-les en cel·les d'una mida determinada.
Si el senyal de veu es redueix a paquets, i ellsobligats a ser enviats a un enllaç amb un gran trànsit de dades, independentment de la seva mida, es trobaran amb grans paquets en tota regla. En condicions normals d'inactivitat, poden experimentar retards màxims. Per evitar aquest problema, tots els paquets o cèl·lules ATM tenen la mateixa mida petita. A més, l'estructura de cèl·lules fixa fa que les dades es puguin transferir fàcilment mitjançant el maquinari sense els retards inherents introduïts per les trames encaminades i commutades per programari.
Per tant, els dissenyadors de caixers automàtics van utilitzar petites cel·les de dades per reduir la fluctuació (en aquest cas, la dispersió del retard) en la multiplexació de fluxos de dades. Això és especialment important quan es transporta trànsit de veu, ja que la conversió de veu digitalitzada a àudio analògic és una part integral del procés en temps real. Això ajuda al funcionament del descodificador (còdec), que requereix un flux d'elements de dades uniformement distribuït (en el temps). Si el següent de la línia no està disponible quan sigui necessari, el còdec no té més remei que fer una pausa. Més tard, la informació es perd perquè ja ha passat el període de temps en què s'hauria d'haver convertit en senyal.
Com es va desenvolupar l'ATM?
Durant el desenvolupament de l'ATM, la jerarquia digital síncrona (SDH) de 155 Mbps amb una càrrega útil de 135 Mbps es va considerar una xarxa òptica ràpida, i molts dels enllaços de la jerarquia digital plesiocrònica (PDH) de la xarxa eren significativament més lents (no més de 45 Mbps/Amb). A lesA aquest ritme, un paquet de dades típic de mida completa de 1500 bytes (12.000 bits) hauria de baixar-se a 77,42 microsegons. En un enllaç de baixa velocitat, com ara una línia T1 d'1,544 Mbps, es van trigar fins a 7,8 mil·lisegons a transmetre aquest paquet.
El retard de descàrrega causat per diversos paquets d'aquest tipus a la cua pot superar el nombre de 7,8 ms en diverses vegades. Això és inacceptable per al trànsit de veu, que ha de tenir una fluctuació baixa en el flux de dades introduït al còdec per produir un àudio de bona qualitat.
El sistema de veu de paquets pot fer-ho de diverses maneres, com ara utilitzant un buffer de reproducció entre la xarxa i el còdec. Això suavitza la fluctuació, però el retard que es produeix en passar pel buffer requereix un cancel·lador d'eco, fins i tot a les xarxes locals. Aleshores es considerava massa car. A més, va augmentar el retard al canal i va dificultar la comunicació.
La tecnologia de xarxa ATM proporciona inherentment una baixa fluctuació (i latència global més baixa) per al trànsit.
Com ajuda això amb la connexió de xarxa?
El disseny ATM és per a una interfície de xarxa de baixa fluctuació. No obstant això, es van introduir "cel·les" al disseny per permetre retards curts de cua alhora que suportaven el trànsit de datagrames. La tecnologia ATM va dividir tots els paquets, dades i fluxos de veu en fragments de 48 bytes, afegint una capçalera d'encaminament de 5 bytes a cadascun perquè es poguessin tornar a muntar més tard.
Aquesta mida escollidaera polític, no tècnic. Quan el CCITT (actualment ITU-T) va estandarditzar l'ATM, els representants dels EUA volien una càrrega útil de 64 bytes, ja que es considerava un bon compromís entre grans quantitats d'informació optimitzada per a la transmissió de dades i càrregues útils més curtes dissenyades per a aplicacions en temps real. Al seu torn, els desenvolupadors d'Europa volien paquets de 32 bytes perquè la mida petita (i, per tant, el temps de transmissió curt) facilita les aplicacions de veu en termes de cancel·lació d'eco.
La mida de 48 bytes (més la mida de la capçalera=53) es va triar com a compromís entre les dues parts. Es van triar les capçaleres de 5 bytes perquè es considerava que el 10% de la càrrega útil era el preu màxim a pagar per la informació d'encaminament. La tecnologia ATM va multiplexar cel·les de 53 bytes, fet que va reduir la corrupció i la latència de dades fins a 30 vegades, reduint la necessitat de cancel·ladors d'eco.
Estructura cel·lular ATM
ATM defineix dos formats de cel·les diferents: la interfície de xarxa d'usuari (UNI) i la interfície de xarxa (NNI). La majoria dels enllaços de xarxa ATM utilitzen UNI. L'estructura de cada paquet d'aquest tipus consta dels elements següents:
- El camp Generic Flow Control (GFC) és un camp de 4 bits que es va afegir originalment per admetre la interconnexió ATM a la xarxa pública. Topològicament, es representa com un anell DQDB (Distributed Queue Dual Bus). El camp GFC ha estat dissenyat de manera queper proporcionar 4 bits d'interfície usuari-xarxa (UNI) per negociar la multiplexació i el control de flux entre cèl·lules de diferents connexions ATM. Tanmateix, el seu ús i els valors exactes no s'han estandarditzat i el camp sempre està configurat en 0000.
- VPI: identificador de camí virtual (UNI de 8 bits o NNI de 12 bits).
- VCI: identificador de canal virtual (16 bits).
- PT - tipus de càrrega útil (3 bits).
- MSB - cel·la de control de xarxa. Si el seu valor és 0, s'utilitza un paquet de dades d'usuari i, en la seva estructura, 2 bits són indicació de congestió explícita (EFCI) i 1 és experiència de congestió de la xarxa. A més, s'assigna 1 bit més per a l'usuari (AAU). L'utilitza AAL5 per indicar els límits dels paquets.
- CLP - prioritat de pèrdua de cel·les (1 bit).
- HEC: control d'errors de capçalera (CRC de 8 bits).
La xarxa ATM utilitza el camp PT per designar diverses cel·les especials amb finalitats d'operacions, administració i gestió (OAM) i per definir els límits de paquets en algunes capes d'adaptació (AAL). Si el valor MSB del camp PT és 0, aquesta és una cel·la de dades d'usuari i els dos bits restants s'utilitzen per indicar la congestió de la xarxa i com a bit de capçalera de propòsit general disponible per a les capes d'adaptació. Si l'MSB és 1, és un paquet de control i els dos bits restants indiquen el seu tipus.
Alguns protocols ATM (Asynchronous Data Transfer Method) utilitzen el camp HEC per controlar un algorisme d'enquadrament basat en CRC que pot trobarcel·les sense cost addicional. El CRC de 8 bits s'utilitza per corregir errors de capçalera d'un sol bit i detectar-ne els de diversos bits. Quan es troben aquestes darreres, es descarten les cel·les actuals i les següents fins que es trobi una cel·la sense errors de capçalera.
El paquet UNI reserva el camp GFC per al control de flux local o la submultiplexació entre usuaris. Això pretenia permetre que diversos terminals comparteixin una única connexió de xarxa. També es va utilitzar per permetre que dos telèfons de xarxa digital de serveis integrats (RDSI) comparteixin la mateixa connexió bàsica RDSI a una velocitat determinada. Els quatre bits GFC han de ser zero de manera predeterminada.
El format de cel·la NNI replica el format UNI de la mateixa manera, excepte que el camp GFC de 4 bits es reassigna al camp VPI, ampliant-lo a 12 bits. Així, una connexió NNI ATM pot gestionar gairebé 216 VC cada vegada.
Cèl·lules i transmissió a la pràctica
Què vol dir caixer automàtic a la pràctica? Admet diversos tipus de serveis mitjançant AAL. Els AAL estandarditzats inclouen AAL1, AAL2 i AAL5, així com els AAC3 i AAL4 menys utilitzats. El primer tipus s'utilitza per a serveis de velocitat de bits constant (CBR) i emulació de circuits. La sincronització també és compatible amb AAL1.
El segon i el quart tipus s'utilitzen per als serveis de velocitat de bits variable (VBR), AAL5 per a les dades. La informació sobre quina AAL s'utilitza per a una cel·la determinada no hi està codificada. En canvi, està coordinat o ajustatpunts finals per a cada connexió virtual.
Després del disseny inicial d'aquesta tecnologia, les xarxes s'han tornat molt més ràpides. Una trama Ethernet de 1500 bytes (12000 bits) de longitud completa només triga 1,2 µs a transmetre en una xarxa de 10 Gbps, reduint la necessitat de cèl·lules petites per reduir la latència.
Quins són els punts forts i febles d'aquesta relació?
Els avantatges i desavantatges de la tecnologia de xarxa ATM són els següents. Alguns creuen que augmentar la velocitat de comunicació permetrà substituir-la per Ethernet a la xarxa troncal. Tanmateix, cal tenir en compte que augmentar la velocitat per si mateix no redueix la fluctuació a causa de la cua. A més, el maquinari per implementar l'adaptació del servei per als paquets IP és car.
Al mateix temps, a causa de la càrrega útil fixa de 48 bytes, ATM no és adequat com a enllaç de dades directament sota IP, ja que la capa OSI en què opera IP ha de proporcionar una unitat de transmissió màxima (MTU) de almenys 576 bytes.
En connexions més lentes o congestionades (622 Mbps i per sota), l'ATM té sentit, i per aquest motiu la majoria dels sistemes de línia d'abonat digital asimètrica (ADSL) utilitzen aquesta tecnologia com a capa intermèdia entre la capa d'enllaç físic i el protocol de capa 2 com ara PPP o Ethernet.
A aquestes velocitats més baixes, ATM ofereix la capacitat útil de portar múltiples lògiques en un sol suport físic o virtual, tot i que hi ha altres mètodes com ara multicanalVLAN PPP i Ethernet, que són opcionals a les implementacions de VDSL.
DSL es pot utilitzar com a manera d'accedir a la xarxa de caixers automàtics, cosa que us permet connectar-vos a molts ISP mitjançant una xarxa de caixers automàtics de banda ampla.
Així, els desavantatges de la tecnologia són que perd la seva eficàcia en les connexions modernes d' alta velocitat. L'avantatge d'aquesta xarxa és que augmenta significativament l'ample de banda, ja que proporciona una connexió directa entre diversos dispositius perifèrics.
A més, amb una connexió física mitjançant ATM, diversos circuits virtuals diferents amb característiques diferents poden funcionar simultàniament.
Aquesta tecnologia utilitza eines de gestió de trànsit força potents que continuen desenvolupant-se en l'actualitat. Això permet transmetre dades de diferents tipus al mateix temps, encara que tinguin requisits completament diferents per enviar-les i rebre-les. Per exemple, podeu crear trànsit amb protocols diferents al mateix canal.
Fonaments dels circuits virtuals
Mode de transferència asíncrona (abreviatura d'ATM) funciona com una capa de transport basada en enllaços mitjançant circuits virtuals (VC). Això està relacionat amb el concepte de camins virtuals (VP) i canals. Cada cel·la ATM té un identificador de camí virtual (VPI) de 8 o 12 bits i un identificador de circuit virtual (VCI) de 16 bits.definit a la seva capçalera.
VCI, juntament amb VPI, s'utilitza per identificar la següent destinació d'un paquet quan passa per una sèrie d'interruptors ATM en el seu camí cap a la seva destinació. La durada del VPI varia en funció de si la cel·la s'envia per la interfície d'usuari o per la interfície de xarxa.
A mesura que aquests paquets passen per la xarxa ATM, el canvi es produeix canviant els valors VPI/VCI (substituint les etiquetes). Encara que no coincideixen necessàriament amb els extrems de la connexió, el concepte de l'esquema és seqüencial (a diferència de l'IP, on qualsevol paquet pot arribar al seu destí per una ruta diferent). Els commutadors ATM utilitzen els camps VPI/VCI per identificar el circuit virtual (VCL) de la següent xarxa que ha de transitar una cèl·lula en el seu camí cap a la seva destinació final. La funció del VCI és similar a la de l'identificador de connexió d'enllaç de dades (DLCI) al frame relay i el número de grup de canals lògics a X.25.
Un altre avantatge d'utilitzar circuits virtuals és que es poden utilitzar com a capa de multiplexació, la qual cosa permet utilitzar diferents serveis (com ara la veu i el relé de trames). VPI és útil per reduir la taula de commutació d'alguns circuits virtuals que comparteixen camins.
Ús de cel·les i circuits virtuals per organitzar el trànsit
La tecnologia ATM inclou moviment de trànsit addicional. Quan es configura el circuit, cada interruptor del circuit s'informa de la classe de connexió.
Els contractes de trànsit ATM formen part del mecanismeproporcionar "qualitat de servei" (QoS). Hi ha quatre tipus principals (i diverses variants), cadascun dels quals té un conjunt de paràmetres que descriuen la connexió:
- CBR: velocitat de dades constant. Velocitat màxima especificada (PCR) que és fixa.
- VBR - taxa de dades variable. Valor mitjà especificat o d'estat estacionari (SCR), que pot arribar a un punt màxim a un cert nivell, durant l'interval màxim abans que es produeixin problemes.
- ABR: tarifa de dades disponible. S'ha especificat el valor mínim garantit.
- UBR: taxa de dades indefinida. El trànsit es distribueix per l'ample de banda restant.
VBR té opcions en temps real i, en altres modes, s'utilitza per al trànsit "situacional". De vegades, el temps incorrecte s'escurça a vbr-nrt.
La majoria de les classes de trànsit també utilitzen el concepte de variació de la tolerància cel·lular (CDVT), que defineix la seva "agregació" al llarg del temps.
Control de transmissió de dades
Què vol dir caixer automàtic tenint en compte l'anterior? Per mantenir el rendiment de la xarxa, es poden aplicar regles de trànsit de xarxa virtual per limitar la quantitat de dades transferides als punts d'entrada de la connexió.
El model de referència validat per a UPC i NPC és el Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). Per regla general, el trànsit VBR es controla amb un controlador, a diferència d' altres tipus.
Si la quantitat de dades supera el trànsit definit per GCRA, la xarxa es pot restablircel·les, o marca el bit de prioritat de pèrdua de cel·les (CLP) (per identificar el paquet com a potencialment redundant). El treball de seguretat principal es basa en la supervisió seqüencial, però això no és òptim per al trànsit de paquets encapsulats (perquè deixar caure una unitat invalidarà tot el paquet). Com a resultat, s'han creat esquemes com ara Partial Packet Discard (PPD) i Early Packet Discard (EPD) que són capaços de descartar tota una sèrie de cel·les fins que comenci el següent paquet. Això redueix el nombre d'informació inútil a la xarxa i estalvia ample de banda per a paquets complets.
EPD i PPD funcionen amb connexions AAL5 perquè utilitzen el final del marcador de paquet: el bit ATM User Interface Indication (AUU) al camp Payload Type de la capçalera, que s'estableix a l'última cel·la del SAR -SDU.
Traffic Shaping
Els conceptes bàsics de la tecnologia ATM en aquesta part es poden representar de la següent manera. La configuració del trànsit normalment es produeix en una targeta d'interfície de xarxa (NIC) a l'equip de l'usuari. Això intenta assegurar-se que el flux de cèl·lules del VC coincideixi amb el seu contracte de trànsit, és a dir, les unitats no es deixaran caure ni es reduiran en prioritat a la UNI. Com que el model de referència donat per a la gestió del trànsit a la xarxa és GCRA, aquest algorisme s'utilitza habitualment també per donar forma i encaminar dades.
Tipus de circuits i camins virtuals
La tecnologia ATM pot crear circuits i camins virtuals comde manera estàtica i dinàmica. Els circuits estàtics (STS) o els camins (PVP) requereixen que el circuit consta d'una sèrie de segments, un per cada parell d'interfícies per les quals passa.
PVP i PVC, encara que conceptualment senzills, requereixen un esforç considerable en xarxes grans. Tampoc admeten el desviament del servei en cas de fallada. En canvi, els SPVP i SPVC construïts dinàmicament es creen especificant les característiques d'un esquema (un "contracte") de servei i dos punts finals.
Finalment, les xarxes ATM creen i suprimeixen circuits virtuals commutats (SVC) tal com requereix l'equip final. Una aplicació per als SVC és portar trucades telefòniques individuals quan una xarxa de commutadors està interconnectada mitjançant un caixer automàtic. Els SVC també es van utilitzar en un intent de substituir les LAN ATM.
Esquema d'encaminament virtual
La majoria de xarxes ATM que admeten SPVP, SPVC i SVC utilitzen la interfície de node de xarxa privada o el protocol d'interfície de xarxa a xarxa privada (PNNI). PNNI utilitza el mateix algorisme de camí més curt utilitzat per OSPF i IS-IS per encaminar paquets IP per intercanviar informació de topologia entre commutadors i selecció de rutes a través de la xarxa. PNNI també inclou un potent mecanisme de resum que permet la creació de xarxes molt grans, així com un algorisme de control d'accés a trucades (CAC) que determina la disponibilitat d'ample de banda suficient al llarg d'una ruta proposada a través de la xarxa per satisfer els requisits de servei d'un VC o VP.
Reb i connexió atrucades
La xarxa ha d'establir una connexió abans que ambdues parts puguin enviar-se cèl·lules entre elles. En ATM, això s'anomena circuit virtual (VC). Pot ser un circuit virtual permanent (PVC) que es crea administrativament als punts finals, o un circuit virtual commutat (SVC) que es creen segons ho necessitin les parts transmissores. La creació d'un SVC es controla mitjançant la senyalització, en la qual el sol·licitant especifica l'adreça de la part receptora, el tipus de servei sol·licitat i els paràmetres de trànsit que puguin ser aplicables al servei seleccionat. Aleshores, la xarxa confirmarà que els recursos sol·licitats estan disponibles i que existeix una ruta per a la connexió.
La tecnologia ATM defineix els tres nivells següents:
- Adaptacions ATM (AAL);
- 2 ATM, aproximadament equivalent a la capa d'enllaç de dades OSI;
- equivalent físic a la mateixa capa OSI.
Desplegament i distribució
La tecnologia ATM es va fer popular entre les companyies telefòniques i molts fabricants d'ordinadors a la dècada de 1990. Tanmateix, fins i tot a finals d'aquesta dècada, el millor preu i rendiment dels productes de protocol d'Internet va començar a competir amb ATM per a la integració en temps real i el trànsit de paquets de xarxa..
Algunes empreses encara se centren en els productes de caixers automàtics, mentre que d' altres els ofereixen com a opció.
Tecnologia mòbil
La tecnologia sense fil consisteix en una xarxa bàsica d'ATM amb una xarxa d'accés sense fil. Les cèl·lules aquí es transmeten des de les estacions base als terminals mòbils. FuncionsLes mobilitats es realitzen en un commutador ATM de la xarxa principal, conegut com a "crossover", que és anàleg al MSC (Mobile Switching Center) de les xarxes GSM. L'avantatge de la comunicació sense fil ATM és el seu alt rendiment i l'elevada taxa de transferència realitzada a la capa 2.
A principis de la dècada de 1990, alguns laboratoris de recerca estaven actius en aquesta àrea. El fòrum ATM es va crear per estandarditzar la tecnologia de xarxes sense fil. Va comptar amb el suport de diverses empreses de telecomunicacions, com NEC, Fujitsu i AT&T. La tecnologia mòbil ATM té com a objectiu proporcionar tecnologies de comunicacions multimèdia d' alta velocitat capaços de proporcionar banda ampla mòbil més enllà de les xarxes GSM i WLAN.
