ATM teknolojisi, ses, veri ve video sinyalleri de dahil olmak üzere tüm kullanıcı trafiğini taşımak için uluslararası standartlar tarafından tanımlanan bir telekomünikasyon konseptidir. Dijital bir geniş bant hizmetleri ağının ihtiyaçlarını karşılamak için geliştirildi ve başlangıçta telekomünikasyon ağlarının entegrasyonu için tasarlandı. ATM kıs altması, Eşzamansız Aktarım Modu anlamına gelir ve Rusça'ya "eşzamansız veri aktarımı" olarak çevrilir.
Teknoloji, hem geleneksel yüksek performanslı veri trafiğini (dosya aktarımı gibi) hem de düşük gecikmeli gerçek zamanlı içeriği (ses ve video gibi) işlemesi gereken ağlar için oluşturuldu. ATM için referans modeli kabaca ISO-OSI'nin üç alt katmanına eşlenir: ağ, veri bağlantısı ve fiziksel. ATM, SONET/SDH (kamu anahtarlı telefon ağı) ve Integrated Services Digital Network (ISDN) devreleri üzerinde kullanılan birincil protokoldür.
Bu nedir?
ATM bir ağ bağlantısı için ne anlama geliyor? o sağlardevre anahtarlama ve paket anahtarlamalı ağlara benzer işlevsellik: teknoloji asenkron zaman bölmeli çoğullamayı kullanır ve verileri hücre adı verilen küçük sabit boyutlu paketlere (ISO-OSI çerçeveleri) kodlar. Bu, değişken boyutlu paketler ve çerçeveler kullanan İnternet Protokolü veya Ethernet gibi yaklaşımlardan farklıdır.
ATM teknolojisinin temel prensipleri aşağıdaki gibidir. Gerçek iletişimin başlayabilmesi için iki uç nokta arasında sanal bir devrenin kurulması gereken bağlantı yönelimli bir model kullanır. Bu sanal devreler "kalıcı", yani genellikle hizmet sağlayıcı tarafından önceden yapılandırılmış özel bağlantılar veya "değiştirilebilir", yani her çağrı için yapılandırılabilir olabilir.
Asynchonous Transfer Mode (ATM İngilizce'nin kıs altmasıdır), ATM'lerde ve ödeme terminallerinde kullanılan iletişim yöntemi olarak bilinir. Ancak bu kullanım giderek azalmaktadır. ATM'lerde teknoloji kullanımının yerini büyük ölçüde İnternet Protokolü (IP) almıştır. ISO-OSI referans bağlantısında (Katman 2), temel alınan iletim cihazları genellikle çerçeveler olarak adlandırılır. ATM'de sabit bir uzunluğa (53 sekizli veya bayt) sahiptirler ve özel olarak "hücreler" olarak adlandırılırlar.
Hücre boyutu
Yukarıda belirtildiği gibi, ATM şifre çözme, belirli bir boyuttaki hücrelere bölünerek gerçekleştirilen eşzamansız bir veri aktarımıdır.
Konuşma sinyali paketlere indirgenirse veboyutu ne olursa olsun, yoğun veri trafiğine sahip bir bağlantıya gönderilmeye zorlandıklarında, büyük, tam gelişmiş paketlerle karşılaşacaklar. Normal rölanti koşullarında, maksimum gecikmeler yaşayabilirler. Bu sorunu önlemek için tüm ATM paketleri veya hücreleri aynı küçük boyuta sahiptir. Ek olarak, sabit hücre yapısı, verilerin yazılım anahtarlamalı ve yönlendirilmiş çerçevelerin getirdiği doğal gecikmeler olmadan donanım tarafından kolayca aktarılabileceği anlamına gelir.
Böylece, ATM tasarımcıları veri akışlarının çoğullanmasında titreşimi (bu durumda gecikme dağılımını) az altmak için küçük veri hücreleri kullandılar. Sayısallaştırılmış sesin analog sese dönüştürülmesi, gerçek zamanlı sürecin ayrılmaz bir parçası olduğundan, bu özellikle ses trafiğini taşırken önemlidir. Bu, eşit olarak dağıtılmış (zaman içinde) bir veri öğeleri akışı gerektiren kod çözücünün (kodek) çalışmasına yardımcı olur. Sıradaki sıra gerektiğinde kullanılamıyorsa, codec bileşeninin duraklamaktan başka seçeneği yoktur. Daha sonra bilgi kaybolur çünkü sinyale dönüştürülmesi gereken süre çoktan geçmiştir.
ATM nasıl gelişti?
ATM'nin geliştirilmesi sırasında, 135 Mbps veri yüküne sahip 155 Mbps Senkron Dijital Hiyerarşi (SDH) hızlı bir optik ağ olarak kabul edildi ve ağdaki Plesiochronous Digital Hiyerarşi (PDH) bağlantılarının çoğu önemli ölçüde daha yavaştı (hayır 45 Mbps'den fazla / İle). saatBu hızda, tipik bir tam boyutlu 1500 bayt (12.000 bit) veri paketi 77.42 mikrosaniyede indirilmelidir. T1 1.544 Mbps hattı gibi düşük hızlı bir bağlantıda, böyle bir paketi iletmek 7,8 milisaniye kadar sürdü.
Kuyruktaki bu tür birkaç paketin neden olduğu indirme gecikmesi, 7,8 ms sayısını birkaç kez aşabilir. Bu, iyi kalitede ses üretmek için codec bileşenine beslenen veri akışında düşük titreşime sahip olması gereken ses trafiği için kabul edilemez.
Paket ses sistemi bunu ağ ve kodek arasında bir oynatma arabelleği kullanmak gibi birkaç yolla yapabilir. Bu, titreşimi düzeltir, ancak arabellekten geçerken oluşan gecikme, yerel ağlarda bile bir yankı iptali gerektirir. O zamanlar çok pahalı olarak kabul edildi. Ayrıca kanaldaki gecikmeyi artırdı ve iletişimi zorlaştırdı.
ATM ağ teknolojisi, doğası gereği trafik için düşük titreşim (ve en düşük genel gecikme) sağlar.
Bu, ağ bağlantısına nasıl yardımcı olur?
ATM tasarımı, düşük titreşimli ağ arayüzü içindir. Ancak, "hücreler", datagram trafiğini desteklerken kısa kuyruk gecikmelerine izin vermek için tasarıma dahil edildi. ATM teknolojisi, tüm paketleri, verileri ve ses akışlarını 48 baytlık parçalara böldü ve daha sonra yeniden birleştirilebilmesi için her birine 5 baytlık bir yönlendirme başlığı ekledi.
Bu boyut seçimiteknik değil, politikti. CCITT (şu anda ITU-T) ATM'yi standart hale getirdiğinde, ABD temsilcileri, veri iletimi için optimize edilmiş büyük miktarda bilgi ile gerçek zamanlı uygulamalar için tasarlanmış daha kısa yükler arasında iyi bir uzlaşma olarak kabul edildiğinden 64 baytlık bir veri yükü istediler. Buna karşılık, Avrupa'daki geliştiriciler, 32 baytlık paketler istediler çünkü küçük boyut (ve dolayısıyla kısa iletim süresi), yankı iptali açısından ses uygulamalarını kolaylaştırıyor.
48 baytlık boyut (artı başlık boyutu=53), iki taraf arasında bir uzlaşma olarak seçildi. 5 baytlık başlıklar seçildi çünkü yükün %10'u yönlendirme bilgileri için ödenecek maksimum fiyat olarak kabul edildi. ATM teknolojisi, veri bozulmasını ve gecikmeyi 30 kata kadar az altan 53 baytlık hücreleri çoğ alttı ve yankı iptalcilerine olan ihtiyacı az alttı.
ATM hücre yapısı
ATM iki farklı hücre biçimi tanımlar: kullanıcı ağ arabirimi (UNI) ve ağ arabirimi (NNI). Çoğu ATM ağ bağlantısı UNI'leri kullanır. Bu tür her paketin yapısı aşağıdaki unsurlardan oluşur:
- Genel Akış Kontrolü (GFC) alanı, genel ağda ATM ara bağlantısını desteklemek için orijinal olarak eklenen 4 bitlik bir alandır. Topolojik olarak, bir Dağıtılmış Kuyruk Çift Veri Yolu (DQDB) halkası olarak temsil edilir. GFC alanı öyle tasarlanmıştır kifarklı ATM bağlantılarının hücreleri arasında çoğullama ve akış denetimi için 4 bit Kullanıcı Ağı Arayüzü (UNI) sağlamak. Ancak kullanımı ve kesin değerleri standartlaştırılmamış ve alanı her zaman 0000 olarak ayarlanmıştır.
- VPI - sanal yol tanımlayıcı (8 bit UNI veya 12 bit NNI).
- VCI - sanal kanal tanımlayıcı (16 bit).
- PT - yük tipi (3 bit).
- MSB - ağ kontrol hücresi. Değeri 0 ise bir kullanıcı veri paketi kullanılır ve yapısında 2 bit Açık Tıkanıklık Göstergesi (EFCI) ve 1 bit Ağ Tıkanıklığı Deneyimidir. Ayrıca kullanıcıya (AAU) 1 bit daha ayrılmıştır. AAL5 tarafından paket sınırlarını belirtmek için kullanılır.
- CLP - hücre kaybı önceliği (1 bit).
- HEC - başlık hatası kontrolü (8-bit CRC).
ATM ağı, operasyonlar, yönetim ve yönetim (OAM) amaçları için çeşitli özel hücreleri belirlemek ve bazı uyarlama katmanlarında (AAL'ler) paket sınırlarını tanımlamak için PT alanını kullanır. PT alanının MSB değeri 0 ise, bu bir kullanıcı veri hücresidir ve kalan iki bit, ağ tıkanıklığını belirtmek için ve uyarlama katmanları için genel amaçlı bir başlık biti olarak kullanılır. MSB 1 ise, bu bir kontrol paketidir ve kalan iki bit, tipini belirtir.
Bazı ATM (Eşzamansız Veri Aktarım Yöntemi) protokolleri, bulabilen bir CRC tabanlı çerçeveleme algoritmasını kontrol etmek için HEC alanını kullanır.hücreler hiçbir ek ücret ödemeden. 8 bitlik CRC, tek bitlik başlık hatalarını düzeltmek ve çok bitli olanları algılamak için kullanılır. İkincisi bulunduğunda, mevcut ve sonraki hücreler, başlık hatası olmayan bir hücre bulunana kadar atılır.
UNI paketi, yerel akış denetimi veya kullanıcılar arasında alt çoğullama için GFC alanını ayırır. Bu, birden fazla terminalin tek bir ağ bağlantısını paylaşmasına izin vermeyi amaçladı. Aynı zamanda, iki entegre hizmet dijital ağ (ISDN) telefonunun aynı temel ISDN bağlantısını belirli bir hızda paylaşmasını sağlamak için de kullanıldı. Dört GFC bitinin tümü varsayılan olarak sıfır olmalıdır.
NNI hücre formatı, 4 bitlik GFC alanının VPI alanına yeniden tahsis edilmesi ve 12 bite genişletilmesi dışında UNI formatını hemen hemen aynı şekilde çoğ altır. Böylece bir NNI ATM bağlantısı her seferinde neredeyse 216 VC'yi işleyebilir.
Pratikte hücreler ve iletim
ATM pratikte ne anlama geliyor? AAL aracılığıyla çeşitli hizmet türlerini destekler. Standartlaştırılmış AAL'ler, AAL1, AAL2 ve AAL5'in yanı sıra daha az kullanılan AAC3 ve AAL4'ü içerir. İlk tür, sabit bit hızı (CBR) hizmetleri ve devre öykünmesi için kullanılır. Senkronizasyon, AAL1'de de desteklenir.
İkinci ve dördüncü türler, değişken bit hızı (VBR) hizmetleri için, AAL5 ise veriler için kullanılır. Belirli bir hücre için hangi AAL'nin kullanıldığına ilişkin bilgiler, içinde kodlanmaz. Bunun yerine, koordine edilir veya ayarlanır.her sanal bağlantı için uç noktalar.
Bu teknolojinin ilk tasarımından sonra ağlar çok daha hızlı hale geldi. 1500 bayt (12000 bit) tam uzunlukta bir Ethernet çerçevesinin 10 Gb/sn ağ üzerinde iletimi yalnızca 1,2 µs sürer ve gecikmeyi az altmak için küçük hücrelere olan ihtiyacı az altır.
Böyle bir ilişkinin güçlü ve zayıf yönleri nelerdir?
ATM ağ teknolojisinin avantajları ve dezavantajları aşağıdaki gibidir. Bazıları, iletişim hızının arttırılmasının, omurga ağındaki Ethernet ile değiştirilmesine izin vereceğine inanıyor. Ancak, hızın tek başına artırılmasının kuyruktan kaynaklanan titreşimi az altmadığına dikkat edilmelidir. Ayrıca, IP paketleri için hizmet uyarlamasını uygulayacak donanım pahalıdır.
Aynı zamanda, 48 baytlık sabit yük nedeniyle, IP'nin çalıştığı OSI katmanının maksimum iletim birimi (MTU) sağlaması gerektiğinden, ATM doğrudan IP altında bir veri bağlantısı olarak uygun değildir. en az 576 bayt.
Daha yavaş veya sıkışık bağlantılarda (622 Mbps ve altı), ATM mantıklıdır ve bu nedenle çoğu asimetrik dijital abone hattı (ADSL) sistemi bu teknolojiyi fiziksel bağlantı katmanı ile Katman 2 protokolü arasında bir ara katman olarak kullanır. PPP veya Ethernet gibi.
Bu daha düşük hızlarda, ATM, çoklu kanal gibi başka yöntemler olmasına rağmen, tek bir fiziksel veya sanal ortamda birden fazla mantığı taşımak için kullanışlı bir yetenek sağlar. VDSL uygulamalarında isteğe bağlı olan PPP ve Ethernet VLAN'ları.
DSL, ATM ağına erişmenin bir yolu olarak kullanılabilir ve geniş bantlı bir ATM ağı üzerinden birçok ISP'ye bağlanmanıza olanak tanır.
Böylece teknolojinin dezavantajları, modern yüksek hızlı bağlantılarda etkinliğini kaybetmesidir. Böyle bir ağın avantajı, çeşitli çevresel cihazlar arasında doğrudan bağlantı sağladığı için bant genişliğini önemli ölçüde artırmasıdır.
Ayrıca, ATM kullanan tek bir fiziksel bağlantıyla, farklı özelliklere sahip birkaç farklı sanal devre aynı anda çalışabilir.
Bu teknoloji, günümüzde gelişmeye devam eden oldukça güçlü trafik yönetimi araçlarını kullanır. Bu, gönderme ve alma için tamamen farklı gereksinimleri olsa bile, farklı türlerdeki verileri aynı anda iletmeyi mümkün kılar. Örneğin aynı kanal üzerinde farklı protokoller kullanarak trafik oluşturabilirsiniz.
Sanal devrelerin temelleri
Eşzamansız Aktarım Modu (ATM'nin kıs altması), sanal devreler (VC'ler) kullanan bağlantı tabanlı bir aktarım katmanı olarak çalışır. Bu, sanal yollar (VP) ve kanallar kavramıyla ilgilidir. Her ATM hücresinde 8-bit veya 12-bit Sanal Yol Tanımlayıcı (VPI) ve 16-bit Sanal Devre Tanımlayıcı (VCI) bulunur,başlığında tanımlanmıştır.
VCI, VPI ile birlikte, hedefine giden yolda bir dizi ATM anahtarından geçerken bir paketin sonraki hedefini belirlemek için kullanılır. VPI'nın uzunluğu, hücrenin kullanıcı arabirimi veya ağ arabirimi üzerinden gönderilmesine bağlı olarak değişir.
Bu paketler ATM ağından geçerken VPI/VCI değerleri değiştirilerek (etiketlerin değiştirilmesi) anahtarlama gerçekleşir. Bağlantının uçlarıyla mutlaka eşleşmeleri gerekmese de, şema kavramı sıralıdır (herhangi bir paketin hedefine farklı bir yoldan ulaşabileceği IP'nin aksine). ATM anahtarları, bir hücrenin nihai hedefine giderken geçmesi gereken bir sonraki ağın sanal devresini (VCL) tanımlamak için VPI/VCI alanlarını kullanır. VCI'nin işlevi, çerçeve rölesindeki Veri Bağlantısı Bağlantı Tanımlayıcısının (DLCI) işlevine ve X.25'teki mantıksal kanal grup numarasına benzerdir.
Sanal devreleri kullanmanın bir diğer avantajı, farklı servislerin (ses ve çerçeve rölesi gibi) kullanılmasına izin vererek çoğullama katmanı olarak kullanılabilmesidir. VPI, yolları paylaşan bazı sanal devrelerin anahtarlama tablosunu az altmak için kullanışlıdır.
Trafiği düzenlemek için hücreleri ve sanal devreleri kullanma
ATM teknolojisi, ek trafik hareketi içerir. Devre yapılandırıldığında, devredeki her bir anahtara bağlantı sınıfı bildirilir.
ATM trafik sözleşmeleri mekanizmanın bir parçasıdır"hizmet kalitesi" (QoS) sağlamak. Her biri bağlantıyı tanımlayan bir dizi parametreye sahip olan dört ana tür (ve çeşitli varyantlar) vardır:
- CBR - sabit veri hızı. Sabitlenmiş Belirtilen Tepe Hızı (PCR).
- VBR - değişken veri hızı. Sorunlar oluşmadan önce maksimum aralık için belirli bir seviyede zirve yapabilen belirtilen ortalama veya sabit durum değeri (SCR).
- ABR - kullanılabilir veri hızı. Minimum garantili değer belirtildi.
- UBR - tanımsız veri hızı. Trafik, kalan bant genişliğine dağıtılır.
VBR'nin gerçek zamanlı seçenekleri vardır ve diğer modlarda "durumsal" trafik için kullanılır. Yanlış süre bazen vbr-nrt olarak kıs altılır.
Trafik sınıflarının çoğu, zaman içindeki "toplanmalarını" tanımlayan Hücre Toleransı Varyasyonu (CDVT) kavramını da kullanır.
Veri iletim kontrolü
Yukarıda verilen ATM ne anlama geliyor? Ağ performansını korumak için, bağlantı giriş noktalarında aktarılan veri miktarını sınırlamak için sanal ağ trafik kuralları uygulanabilir.
UPC ve NPC için doğrulanan referans model, Genel Hücre Hızı Algoritmasıdır (GCRA). Kural olarak, VBR trafiği diğer türlerin aksine genellikle bir denetleyici kullanılarak kontrol edilir.
Veri miktarı GCRA tarafından tanımlanan trafiği aşarsa ağ,veya Hücre Kaybı Önceliği (CLP) bitini işaretleyin (paketi potansiyel olarak fazlalık olarak tanımlamak için). Ana güvenlik çalışması sıralı izlemeye dayanır, ancak bu, kapsüllenmiş paket trafiği için optimal değildir (çünkü bir birimin düşürülmesi tüm paketi geçersiz kılar). Sonuç olarak, bir sonraki paket başlayana kadar bir dizi hücreyi atabilen Kısmi Paket Atma (PPD) ve Erken Paket Atma (EPD) gibi şemalar oluşturulmuştur. Bu, ağdaki gereksiz bilgi parçalarının sayısını az altır ve tam paketler için bant genişliğinden tasarruf sağlar.
EPD ve PPD, paket işaretçisinin sonunu kullandıkları için AAL5 bağlantılarıyla çalışır: SAR'ın son hücresinde ayarlanan başlığın Yük Türü alanındaki ATM Kullanıcı Arayüzü Göstergesi (AUU) biti -SDU.
Trafik Şekillendirme
Bu bölümde ATM teknolojisinin temelleri aşağıdaki gibi gösterilebilir. Trafik şekillendirme, tipik olarak, kullanıcı ekipmanındaki bir ağ arayüz kartında (NIC) meydana gelir. Bu, VC'deki hücre akışının trafik sözleşmesiyle eşleşmesini sağlamaya çalışır, yani üniteler UNI'de düşürülmez veya öncelik olarak düşürülmez. Ağda trafik yönetimi için verilen referans model GCRA olduğundan, bu algoritma yaygın olarak verileri şekillendirmek ve yönlendirmek için de kullanılmaktadır.
Sanal devre ve yol türleri
ATM teknolojisi şu şekilde sanal devreler ve yollar oluşturabilir:hem statik hem de dinamik olarak. Statik devreler (STS) veya yollar (PVP), devrenin geçtiği her arabirim çifti için bir tane olmak üzere bir dizi segmentten oluşmasını gerektirir.
PVP ve PVC, kavramsal olarak basit olmasına rağmen, büyük ağlarda önemli ölçüde çaba gerektirir. Ayrıca, arıza durumunda hizmetin yeniden yönlendirilmesini desteklemezler. Buna karşılık, dinamik olarak oluşturulmuş SPVP'ler ve SPVC'ler, bir şemanın (bir hizmet "sözleşmesi") ve iki uç noktanın özellikleri belirtilerek oluşturulur.
Son olarak, ATM ağları, ekipmanın son parçasının gerektirdiği şekilde anahtarlı sanal devreler (SVC'ler) oluşturur ve siler. SVC'ler için bir uygulama, bir anahtar ağı ATM aracılığıyla birbirine bağlandığında bireysel telefon çağrılarını taşımaktır. ATM LAN'larını değiştirmek amacıyla SVC'ler de kullanıldı.
Sanal yönlendirme şeması
SPVP, SPVC ve SVC'yi destekleyen çoğu ATM ağı, Özel Ağ Düğümü arabirimini veya Özel Ağdan Ağa Arabirimi (PNNI) protokolünü kullanır. PNNI, ağ üzerinden anahtarlar arasında topoloji bilgisi alışverişi ve yol seçimi için IP paketlerini yönlendirmek için OSPF ve IS-IS tarafından kullanılan aynı en kısa yol algoritmasını kullanır. PNNI ayrıca, çok büyük ağların oluşturulmasına izin veren güçlü bir özetleme mekanizmasının yanı sıra, bir VC'nin hizmet gereksinimlerini karşılamak için ağ üzerinden önerilen bir rota boyunca yeterli bant genişliğinin kullanılabilirliğini belirleyen bir Çağrı Erişim Kontrolü (CAC) algoritması içerir. veya VP.
Alma ve bağlanmaaramalar
Her iki tarafın birbirine hücre gönderebilmesi için ağın bir bağlantı kurması gerekir. ATM'de buna sanal devre (VC) denir. Bu, uç noktalarda idari olarak oluşturulan kalıcı bir sanal devre (PVC) veya ileten tarafların ihtiyaç duyduğu şekilde oluşturulan bir anahtarlamalı sanal devre (SVC) olabilir. Bir SVC'nin oluşturulması, istekte bulunanın alıcı tarafın adresini, talep edilen hizmetin türünü ve seçilen hizmet için geçerli olabilecek herhangi bir trafik parametresini belirttiği sinyalleşme ile kontrol edilir. Ardından Ağ, istenen kaynakların mevcut olduğunu ve bağlantı için bir yolun mevcut olduğunu onaylayacaktır.
ATM teknolojisi aşağıdaki üç seviyeyi tanımlar:
- ATM uyarlamaları (AAL);
- 2 ATM, kabaca OSI veri bağlantı katmanına eşdeğer;
- aynı OSI katmanının fiziksel eşdeğeri.
Dağıtım ve dağıtım
ATM teknolojisi 1990'larda telefon şirketleri ve birçok bilgisayar üreticisi arasında popüler hale geldi. Ancak, bu on yılın sonunda bile, İnternet Protokolü ürünlerinin en iyi fiyatı ve performansı, gerçek zamanlı entegrasyon ve paket ağ trafiği için ATM ile rekabet etmeye başladı.
Bazı şirketler bugün hala ATM ürünlerine odaklanırken, diğerleri bunları bir seçenek olarak sunuyor.
Mobil Teknoloji
Kablosuz teknoloji, kablosuz erişim ağına sahip bir ATM çekirdek ağından oluşur. Buradaki hücreler, baz istasyonlarından mobil terminallere iletilir. FonksiyonlarMobiliteler, GSM ağlarının MSC'sine (Mobil Anahtarlama Merkezi) benzeyen, "crossover" olarak bilinen çekirdek ağdaki bir ATM anahtarında gerçekleştirilir. ATM kablosuz iletişiminin avantajı, yüksek verim ve katman 2'de gerçekleştirilen yüksek aktarım hızıdır.
1990'ların başında, bu alanda bazı araştırma laboratuvarları aktifti. ATM forumu, kablosuz ağ teknolojisini standart hale getirmek için oluşturuldu. NEC, Fujitsu ve AT&T dahil olmak üzere birçok telekomünikasyon şirketi tarafından desteklendi. ATM mobil teknolojisi, GSM ve WLAN ağlarının ötesinde mobil geniş bant sağlayabilen yüksek hızlı multimedya iletişim teknolojileri sağlamayı amaçlar.
