ATM tehnoloģija ir telekomunikāciju koncepcija, ko nosaka starptautiskie standarti, lai nodrošinātu visu lietotāju trafika diapazonu, tostarp balss, datu un video signālus. Tas tika izstrādāts, lai apmierinātu platjoslas pakalpojumu digitālā tīkla vajadzības, un sākotnēji tas bija paredzēts telekomunikāciju tīklu integrācijai. ATM saīsinājums apzīmē asinhrono pārsūtīšanas režīmu, un krievu valodā tiek tulkots kā "asinhronā datu pārsūtīšana".
Tehnoloģija tika izveidota tīkliem, kuriem nepieciešams apstrādāt gan tradicionālo augstas veiktspējas datu trafiku (piemēram, failu pārsūtīšanu), gan zema latentuma reāllaika saturu (piemēram, balsi un video). ATM atsauces modelis aptuveni atbilst trim zemākajiem ISO-OSI slāņiem: tīkls, datu saite un fiziskais. ATM ir primārais protokols, ko izmanto SONET/SDH (publiskais komutējamais telefonu tīkls) un integrēto pakalpojumu digitālā tīkla (ISDN) shēmās.
Kas tas ir?
Ko bankomāts nozīmē tīkla savienojumam? Viņa nodrošinafunkcionalitāte ir līdzīga ķēdes komutācijas un pakešu komutācijas tīkliem: tehnoloģija izmanto asinhrono laika dalīšanas multipleksēšanu un kodē datus mazās fiksēta izmēra paketēs (ISO-OSI kadros), ko sauc par šūnām. Tas atšķiras no tādām pieejām kā interneta protokols vai Ethernet, kas izmanto mainīga izmēra paketes un kadrus.
Bankomātu tehnoloģijas pamatprincipi ir šādi. Tas izmanto uz savienojumu orientētu modeli, kurā starp diviem galapunktiem ir jāizveido virtuālā ķēde, pirms var sākt faktisko saziņu. Šīs virtuālās shēmas var būt "pastāvīgas", tas ir, īpaši savienojumi, kurus parasti iepriekš konfigurē pakalpojumu sniedzējs, vai "pārslēdzami", tas ir, konfigurējami katram zvanam.
Asinhronais pārsūtīšanas režīms (ATM apzīmē angļu valodu) ir pazīstams kā saziņas metode, ko izmanto bankomātos un maksājumu termināļos. Tomēr šī izmantošana pakāpeniski samazinās. Tehnoloģiju izmantošanu bankomātos lielā mērā ir aizstājis interneta protokols (IP). ISO-OSI atsauces saitē (2. slānis) pamatā esošās pārraides ierīces parasti sauc par kadriem. Bankomātā tiem ir noteikts garums (53 okteti vai baiti), un tos īpaši sauc par "šūnām".
Šūnas izmērs
Kā minēts iepriekš, bankomātu atšifrēšana ir asinhrona datu pārsūtīšana, ko veic, sadalot tos noteikta izmēra šūnās.
Ja runas signāls tiek samazināts līdz paketēm, un tāsspiesti nosūtīt uz saiti ar lielu datu trafiku, neatkarīgi no to lieluma, viņi saskarsies ar lielām, pilnvērtīgām paketēm. Normālos tukšgaitas apstākļos tiem var būt maksimāla aizkave. Lai izvairītos no šīs problēmas, visām bankomātu paketēm vai šūnām ir vienādi mazi izmēri. Turklāt fiksētā šūnu struktūra nozīmē, ka datus var viegli pārsūtīt ar aparatūru bez raksturīgām aizkavi, ko rada programmatūras pārslēgti un maršrutēti kadri.
Tādējādi ATM izstrādātāji izmantoja mazas datu šūnas, lai samazinātu nervozitāti (šajā gadījumā aizkaves izkliedi) datu straumju multipleksēšanā. Tas ir īpaši svarīgi, veicot balss trafiku, jo digitalizētas balss pārveidošana par analogo audio ir reāllaika procesa neatņemama sastāvdaļa. Tas palīdz darboties dekodētājam (kodekam), kam nepieciešama vienmērīgi (laikā) sadalīta datu elementu plūsma. Ja nākamais rindā nav pieejams, kad nepieciešams, kodekam nav citas izvēles kā apturēt. Vēlāk informācija tiek zaudēta, jo laika posms, kad to vajadzēja pārveidot par signālu, jau ir pagājis.
Kā attīstījās bankomāts?
ATM izstrādes laikā 155 Mb/s sinhronā digitālā hierarhija (SDH) ar 135 Mb/s lietderīgo slodzi tika uzskatīta par ātru optisko tīklu, un daudzas tīkla plesiohronās digitālās hierarhijas (PDH) saites bija ievērojami lēnākas (nē vairāk nekā 45 Mbps / ar). PlkstŠādā ātrumā parastai pilna izmēra 1500 baitu (12 000 bitu) datu paketei vajadzētu lejupielādēt 77,42 mikrosekundes. Zema ātruma saitē, piemēram, T1 1,544 Mb/s līnijā, šādas paketes pārsūtīšana prasīja līdz 7,8 milisekundēm.
Lejupielādes aizkave, ko izraisa vairākas šādas paketes rindā, var vairākas reizes pārsniegt 7,8 ms skaitu. Tas ir nepieņemami balss trafikam, kam ir jābūt zemam nervozitātei datu straumē, kas tiek ievadīta kodekā, lai radītu labas kvalitātes audio.
Pakešu balss sistēma to var izdarīt vairākos veidos, piemēram, izmantojot atskaņošanas buferi starp tīklu un kodeku. Tas izlīdzina nervozitāti, bet aizkavei, kas rodas, izejot cauri buferim, ir nepieciešams atbalss slāpētājs pat vietējos tīklos. Tolaik tas tika uzskatīts par pārāk dārgu. Turklāt tas palielināja kanāla aizkavi un apgrūtināja saziņu.
ATM tīkla tehnoloģija pēc būtības nodrošina zemu trafiku (un zemāko kopējo latentumu).
Kā tas palīdz tīkla savienojumam?
Bankomāta dizains ir paredzēts zemas nervozitātes tīkla saskarnei. Tomēr dizainā tika ieviestas "šūnas", lai nodrošinātu īsu rindas aizkavi, vienlaikus atbalstot datagrammu trafiku. ATM tehnoloģija sadalīja visas paketes, datus un balss straumes 48 baitu fragmentos, katrai pievienojot 5 baitu maršrutēšanas galveni, lai tās vēlāk varētu atkārtoti salikt.
Šī izmēra izvēlebija politisks, nevis tehnisks. Kad CCITT (pašlaik ITU-T) standartizēja bankomātu, ASV pārstāvji vēlējās 64 baitu kravnesību, jo to uzskatīja par labu kompromisu starp lielu informācijas apjomu, kas optimizēts datu pārraidei, un īsāku lietderīgo slodzi, kas paredzēta reāllaika lietojumprogrammām. Savukārt izstrādātāji Eiropā vēlējās 32 baitu paketes, jo mazais izmērs (un līdz ar to īsais pārraides laiks) atvieglo balss lietojumprogrammu atbalss novēršanu.
48 baitu lielums (plus galvenes izmērs=53) tika izvēlēts kā kompromiss starp abām pusēm. 5 baitu galvenes tika izvēlētas, jo 10% no kravnesības tika uzskatītas par maksimālo cenu, kas jāmaksā par maršrutēšanas informāciju. ATM tehnoloģija multipleksēja 53 baitu šūnas, kas samazināja datu bojājumus un latentumu līdz pat 30 reizēm, samazinot vajadzību pēc atbalss slāpētājiem.
ATM šūnu struktūra
ATM definē divus dažādus šūnu formātus: lietotāja tīkla interfeisu (UNI) un tīkla interfeisu (NNI). Lielākā daļa bankomātu tīkla saišu izmanto UNI. Katras šādas pakotnes struktūra sastāv no šādiem elementiem:
- Vispārējās plūsmas vadības (GFC) lauks ir 4 bitu lauks, kas sākotnēji tika pievienots, lai atbalstītu ATM starpsavienojumu publiskajā tīklā. Topoloģiski tas tiek attēlots kā sadalītās rindas dubultkopnes (DQDB) gredzens. GFC lauks ir izveidots tānodrošināt 4 bitu lietotāja tīkla interfeisu (UNI), lai vienotos par multipleksēšanu un plūsmas kontroli starp dažādu ATM savienojumu šūnām. Tomēr tā lietojums un precīzās vērtības nav standartizētas, un lauks vienmēr ir iestatīts uz 0000.
- VPI - virtuālā ceļa identifikators (8 bitu UNI vai 12 bitu NNI).
- VCI - virtuālā kanāla identifikators (16 biti).
- PT - lietderīgās slodzes veids (3 biti).
- MSB - tīkla vadības šūna. Ja tā vērtība ir 0, tiek izmantota lietotāja datu pakete, un tās struktūrā 2 biti ir skaidra pārslodzes indikācija (EFCI) un 1 ir tīkla pārslodzes pieredze. Turklāt lietotājam (AAU) tiek piešķirts vēl 1 bits. To izmanto AAL5, lai norādītu pakešu robežas.
- CLP - šūnu zuduma prioritāte (1 bits).
- HEC - galvenes kļūdu kontrole (8 bitu CRC).
ATM tīkls izmanto PT lauku, lai norādītu dažādas īpašas šūnas operāciju, administrēšanas un pārvaldības (OAM) nolūkiem un noteiktu pakešu robežas dažos adaptācijas slāņos (AAL). Ja PT lauka MSB vērtība ir 0, šī ir lietotāja datu šūna, un atlikušie divi biti tiek izmantoti, lai norādītu uz tīkla pārslodzi un kā vispārējas nozīmes galvenes bits, kas pieejams adaptācijas slāņiem. Ja MSB ir 1, tā ir kontroles pakete, un atlikušie divi biti norāda tās veidu.
Daži ATM (asinhronās datu pārsūtīšanas metodes) protokoli izmanto HEC lauku, lai kontrolētu uz CRC balstītu kadrēšanas algoritmu, kas var atrastšūnas bez papildu maksas. 8 bitu CRC tiek izmantots, lai labotu viena bita galvenes kļūdas un noteiktu vairāku bitu kļūdas. Kad tiek atrastas pēdējās, pašreizējās un nākamās šūnas tiek izmestas, līdz tiek atrasta šūna bez galvenes kļūdām.
UN pakotne rezervē GFC lauku vietējai plūsmas vadībai vai apakšmultipleksēšanai starp lietotājiem. Tas bija paredzēts, lai ļautu vairākiem termināļiem koplietot vienu tīkla savienojumu. To izmantoja arī, lai ļautu diviem integrētā pakalpojuma digitālā tīkla (ISDN) tālruņiem koplietot vienu un to pašu pamata ISDN savienojumu ar noteiktu ātrumu. Visiem četriem GFC bitiem pēc noklusējuma ir jābūt nullei.
NNI šūnu formāts atkārto UNI formātu gandrīz tādā pašā veidā, izņemot to, ka 4 bitu GFC lauks tiek pārdalīts VPI laukā, paplašinot to līdz 12 bitiem. Tātad viens NNI bankomāta savienojums katru reizi var apstrādāt gandrīz 216 VC.
Šūnas un pārraide praksē
Ko praksē nozīmē bankomāts? Tas atbalsta dažāda veida pakalpojumus, izmantojot AAL. Standartizētie AAL ietver AAL1, AAL2 un AAL5, kā arī retāk izmantotos AAC3 un AAL4. Pirmais veids tiek izmantots pastāvīga bitu ātruma (CBR) pakalpojumiem un ķēdes emulācijai. Sinhronizācija tiek atbalstīta arī AAL1.
Otrais un ceturtais veids tiek izmantots mainīga bitu pārraides ātruma (VBR) pakalpojumiem, AAL5 - datiem. Informācija par to, kura AAL tiek izmantota konkrētai šūnai, tajā nav kodēta. Tā vietā tas tiek saskaņots vai pielāgotsbeigu punkti katram virtuālajam savienojumam.
Pēc šīs tehnoloģijas sākotnējās izstrādes tīkli ir kļuvuši daudz ātrāki. 1500 baitu (12 000 bitu) pilna garuma Ethernet kadra pārraide 10 Gb/s tīklā prasa tikai 1,2 µs, tādējādi samazinot nepieciešamību pēc mazām šūnām, lai samazinātu latentumu.
Kādas ir šādu attiecību stiprās un vājās puses?
ATM tīkla tehnoloģijas priekšrocības un trūkumi ir šādi. Daži uzskata, ka saziņas ātruma palielināšana ļaus to aizstāt ar Ethernet pamata tīklā. Tomēr jāņem vērā, ka ātruma palielināšana pati par sevi nesamazina nervozitāti rindās. Turklāt aparatūra, lai ieviestu pakalpojumu pielāgošanu IP paketēm, ir dārga.
Tajā pašā laikā fiksētās 48 baitu lietderīgās slodzes dēļ ATM nav piemērots kā datu saite tieši zem IP, jo OSI slānim, kurā darbojas IP, ir jānodrošina maksimālā pārraides vienība (MTU) vismaz 576 baiti.
Lēnākos vai pārslogotos savienojumos (622 Mb/s un mazāk) ATM ir jēga, un šī iemesla dēļ vairums asimetrisko ciparu abonentlīniju (ADSL) sistēmu izmanto šo tehnoloģiju kā starpslāni starp fiziskās saites slāni un 2. slāņa protokolu. piemēram, PPP vai Ethernet.
Šajos mazākos ātrumos bankomāts nodrošina noderīgu iespēju pārnēsāt vairākas loģikas vienā fiziskajā vai virtuālajā datu nesējā, lai gan ir arī citas metodes, piemēram, daudzkanālu. PPP un Ethernet VLAN, kas nav obligāti VDSL ieviešanā.
DSL var izmantot kā veidu, lai piekļūtu bankomātu tīklam, ļaujot izveidot savienojumu ar daudziem interneta pakalpojumu sniedzējiem, izmantojot platjoslas bankomātu tīklu.
Tādējādi tehnoloģijas trūkumi ir tādi, ka tā zaudē savu efektivitāti mūsdienu ātrgaitas savienojumos. Šāda tīkla priekšrocība ir tā, ka tas ievērojami palielina joslas platumu, jo nodrošina tiešu savienojumu starp dažādām perifērijas ierīcēm.
Turklāt ar vienu fizisku savienojumu, izmantojot bankomātu, vienlaikus var darboties vairākas dažādas virtuālās shēmas ar dažādiem raksturlielumiem.
Šajā tehnoloģijā tiek izmantoti diezgan spēcīgi satiksmes pārvaldības rīki, kas turpina attīstīties arī šobrīd. Tas ļauj vienlaikus pārsūtīt dažāda veida datus, pat ja tiem ir pilnīgi atšķirīgas prasības to nosūtīšanai un saņemšanai. Piemēram, varat izveidot trafiku, izmantojot dažādus protokolus vienā kanālā.
Virtuālo shēmu pamati
Asinhronais pārsūtīšanas režīms (ATM saīsinājums) darbojas kā uz saiti balstīts transporta slānis, izmantojot virtuālās shēmas (VC). Tas ir saistīts ar virtuālo ceļu (VP) un kanālu jēdzienu. Katrai ATM šūnai ir 8 bitu vai 12 bitu virtuālā ceļa identifikators (VPI) un 16 bitu virtuālās shēmas identifikators (VCI),definēts tā galvenē.
VCI kopā ar VPI tiek izmantots, lai noteiktu nākamo paketes galamērķi, kad tā iziet cauri ATM slēdžu sērijai ceļā uz galamērķi. VPI garums mainās atkarībā no tā, vai šūna tiek nosūtīta, izmantojot lietotāja interfeisu vai tīkla interfeisu.
Kad šīs paketes iziet cauri bankomātu tīklam, pārslēgšanās notiek, mainot VPI/VCI vērtības (nomainot tagus). Lai gan tie ne vienmēr atbilst savienojuma galiem, shēmas jēdziens ir secīgs (atšķirībā no IP, kur jebkura pakete var sasniegt galamērķi pa citu maršrutu). ATM slēdži izmanto VPI/VCI laukus, lai identificētu nākamā tīkla virtuālo ķēdi (VCL), kas šūnai jāpārvieto ceļā uz galamērķi. VCI funkcija ir līdzīga datu posma savienojuma identifikatoram (DLCI) kadra relejā un loģiskā kanāla grupas numuram X.25.
Vēl viena virtuālo shēmu izmantošanas priekšrocība ir tā, ka tās var izmantot kā multipleksēšanas slāni, ļaujot izmantot dažādus pakalpojumus (piemēram, balss un kadru releju). VPI ir noderīgs, lai samazinātu dažu virtuālo ķēžu komutācijas tabulu, kurām ir kopīgi ceļi.
Šūnu un virtuālo shēmu izmantošana satiksmes organizēšanai
Bankomāta tehnoloģija ietver papildu satiksmes kustību. Kad ķēde ir konfigurēta, katrs ķēdes slēdzis tiek informēts par savienojuma klasi.
Bankomātu satiksmes līgumi ir daļa no mehānismanodrošinot "pakalpojuma kvalitāti" (QoS). Ir četri galvenie veidi (un vairāki varianti), no kuriem katram ir parametru kopa, kas raksturo savienojumu:
- CBR - nemainīgs datu pārraides ātrums. Noteiktais maksimālais ātrums (PCR), kas ir fiksēts.
- VBR - mainīgs datu pārraides ātrums. Norādīta vidējā vai līdzsvara stāvokļa vērtība (SCR), kas var sasniegt maksimumu noteiktā līmenī maksimālajam intervālam pirms problēmu rašanās.
- ABR - pieejamais datu pārraides ātrums. Norādīta minimālā garantētā vērtība.
- UBR - nenoteikts datu pārraides ātrums. Satiksme tiek sadalīta pa atlikušo joslas platumu.
VBR ir reāllaika opcijas, un citos režīmos tiek izmantots "situācijas" satiksmei. Nepareizs laiks dažreiz tiek saīsināts līdz vbr-nrt.
Lielākā daļa trafika klašu izmanto arī šūnu tolerances variācijas (CDVT) jēdzienu, kas nosaka to "apkopošanu" laika gaitā.
Datu pārraides kontrole
Ko nozīmē bankomāts, ņemot vērā iepriekš minēto? Lai uzturētu tīkla veiktspēju, var piemērot virtuālā tīkla trafika noteikumus, lai ierobežotu savienojuma ieejas punktos pārsūtīto datu apjomu.
Atsauces modelis, kas apstiprināts UPC un NPC, ir vispārīgais šūnu ātruma algoritms (GCRA). Parasti VBR trafiku parasti kontrolē, izmantojot kontrolieri, atšķirībā no citiem veidiem.
Ja datu apjoms pārsniedz GCRA noteikto trafiku, tīkls var vai nu atiestatītšūnas vai atzīmējiet CLP (Cell Loss Priority) bitu (lai identificētu paketi kā potenciāli lieku). Galvenais drošības darbs ir balstīts uz secīgu uzraudzību, taču tas nav optimāls iekapsulētu pakešu trafikam (jo, atmetot vienu vienību, visa pakete kļūs nederīga). Rezultātā ir izveidotas tādas shēmas kā daļēja pakešu izmešana (PPD) un agrīna pakešu izmešana (EPD), kas spēj izmest veselu virkni šūnu līdz nākamās paketes sākumam. Tas samazina nederīgās informācijas skaitu tīklā un ietaupa joslas platumu pilnām paketēm.
EPD un PPD darbojas ar AAL5 savienojumiem, jo tie izmanto pakešu marķiera beigas: ATM lietotāja interfeisa indikācijas (AUU) bitu galvenes laukā Payload Type, kas ir iestatīts SAR pēdējā šūnā. -SDU.
Satiksmes veidošana
Bankomātu tehnoloģijas pamatus šajā daļā var attēlot šādi. Trafika veidošana parasti notiek lietotāja aprīkojuma tīkla interfeisa kartē (NIC). Tādējādi tiek mēģināts nodrošināt, lai VC šūnu plūsma atbilstu tā trafika līgumam, t.i., vienībām UNI netiks atmests vai samazināta to prioritāte. Tā kā trafika pārvaldībai tīklā norādītais atsauces modelis ir GCRA, šis algoritms parasti tiek izmantots arī datu veidošanai un maršrutēšanai.
Virtuālo ķēžu un ceļu veidi
ATM tehnoloģija var izveidot virtuālas shēmas un ceļus kāgan statiski, gan dinamiski. Statiskajām shēmām (STS) vai ceļiem (PVP) ķēdei ir jāsastāv no virknes segmentu, pa vienam katram saskarņu pārim, caur kuru tā iet cauri.
PVP un PVC, lai arī tie ir konceptuāli vienkārši, lielos tīklos prasa ievērojamas pūles. Tie arī neatbalsta pakalpojuma maršruta maiņu kļūmes gadījumā. Turpretim dinamiski izveidotie SPVP un SPVC tiek veidoti, norādot shēmas (pakalpojuma "līguma") raksturlielumus un divus galapunktus.
Visbeidzot, bankomātu tīkli izveido un dzēš komutētās virtuālās shēmas (SVC), kā to pieprasa gala aprīkojuma daļa. Viena no SVC lietojumprogrammām ir veikt atsevišķus tālruņa zvanus, kad slēdžu tīkls ir savstarpēji savienots, izmantojot bankomātu. SVC tika izmantoti arī, lai aizstātu ATM LAN.
Virtuālā maršrutēšanas shēma
Lielākā daļa bankomātu tīklu, kas atbalsta SPVP, SPVC un SVC, izmanto privātā tīkla mezgla saskarni vai privātā tīkla savienojuma (PNNI) protokolu. PNNI izmanto to pašu īsākā ceļa algoritmu, ko izmanto OSPF un IS-IS, lai maršrutētu IP paketes topoloģijas informācijas apmaiņai starp slēdžiem un maršruta izvēlei caur tīklu. PNNI ietver arī jaudīgu apkopošanas mehānismu, kas ļauj izveidot ļoti lielus tīklus, kā arī zvanu piekļuves kontroles (CAC) algoritmu, kas nosaka pietiekama joslas platuma pieejamību piedāvātajā maršrutā caur tīklu, lai izpildītu VC pakalpojumu prasības. vai VP.
Notiek saņemšana un savienojuma izveide arzvani
Tīklam ir jāizveido savienojums, lai abas puses varētu viena otrai nosūtīt šūnas. Bankomātā to sauc par virtuālo ķēdi (VC). Tā var būt pastāvīga virtuālā ķēde (PVC), kas tiek administratīvi izveidota galapunktos, vai komutēta virtuālā ķēde (SVC), ko pēc vajadzības izveido raidošās puses. SVC izveidi kontrolē signalizācija, kurā pieprasītājs norāda saņēmējas puses adresi, pieprasītā pakalpojuma veidu un visus trafika parametrus, kas var būt piemērojami atlasītajam pakalpojumam. Pēc tam tīkls apstiprinās, ka pieprasītie resursi ir pieejami un ka savienojumam ir maršruts.
Bankomāta tehnoloģija nosaka šādus trīs līmeņus:
- ATM adaptācijas (AAL);
- 2 bankomāts, aptuveni līdzvērtīgs OSI datu saites slānim;
- fizisks ekvivalents tam pašam OSI slānim.
Izvietošana un izplatīšana
Bankomātu tehnoloģija kļuva populāra telefonu kompānijās un daudzos datoru ražotāju vidū 90. gados. Tomēr pat šīs desmitgades beigās interneta protokola produktu labākā cena un veiktspēja sāka konkurēt ar bankomātiem par reāllaika integrāciju un pakešu tīkla trafiku.
Daži uzņēmumi šodien joprojām koncentrējas uz bankomātu produktiem, savukārt citi tos piedāvā kā iespēju.
Mobilās tehnoloģijas
Bezvadu tehnoloģija sastāv no ATM pamattīkla ar bezvadu piekļuves tīklu. Šūnas šeit tiek pārraidītas no bāzes stacijām uz mobilajiem termināļiem. FunkcijasMobilitātes tiek veiktas ar ATM slēdzi pamattīklā, kas pazīstams kā "crossover", kas ir analogs GSM tīklu MSC (Mobile Switching Center). ATM bezvadu sakaru priekšrocība ir tā lielā caurlaidspēja un augstais pārsūtīšanas ātrums 2. slānī.
Deviņdesmito gadu sākumā dažas pētniecības laboratorijas darbojās šajā jomā. Bankomātu forums tika izveidots, lai standartizētu bezvadu tīkla tehnoloģiju. To atbalstīja vairāki telekomunikāciju uzņēmumi, tostarp NEC, Fujitsu un AT&T. ATM mobilo tehnoloģiju mērķis ir nodrošināt ātrdarbīgas multivides sakaru tehnoloģijas, kas spēj nodrošināt mobilo platjoslu ārpus GSM un WLAN tīkliem.
