ATM-tehnoloogia on rahvusvaheliste standarditega määratletud telekommunikatsioonikontseptsioon kogu kasutajaliikluse, sealhulgas kõne-, andme- ja videosignaalide edastamiseks. See töötati välja lairibateenuste digitaalse võrgu vajaduste rahuldamiseks ja oli algselt mõeldud telekommunikatsioonivõrkude integreerimiseks. ATM-i lühend tähistab asünkroonset edastusrežiimi ja on vene keelde tõlgitud kui "asünkroonne andmeedastus".
Tehnoloogia loodi võrkude jaoks, mis peavad käsitlema nii traditsioonilist suure jõudlusega andmeliiklust (nt failiedastus) kui ka madala latentsusega reaalajas sisu (nagu hääl ja video). ATM-i võrdlusmudel kaardistab ligikaudu ISO-OSI kolme alumise kihi: võrk, andmeside ja füüsiline. ATM on peamine protokoll, mida kasutatakse SONET/SDH (avalik kommuteeritud telefonivõrk) ja integreeritud teenuste digitaalvõrgu (ISDN) ahelates.
Mis see on?
Mida tähendab pangaautomaat võrguühenduse jaoks? Ta annabfunktsionaalsus, mis sarnaneb vooluahela kommutatsiooni ja pakettkommutatsiooniga võrkudele: tehnoloogia kasutab asünkroonset ajajaotusega multipleksimist ja kodeerib andmed väikesteks fikseeritud suurusega pakettidele (ISO-OSI kaadrid), mida nimetatakse rakkudeks. See erineb sellistest lähenemisviisidest nagu Interneti-protokoll või Ethernet, mis kasutavad muutuva suurusega pakette ja kaadreid.
Pangaautomaatide tehnoloogia põhiprintsiibid on järgmised. See kasutab ühendusele orienteeritud mudelit, mille puhul tuleb enne tegeliku suhtluse algust luua virtuaalne ahel kahe lõpp-punkti vahel. Need virtuaalsed ahelad võivad olla "püsivad", st spetsiaalsed ühendused, mis on tavaliselt teenusepakkuja poolt eelnev alt konfigureeritud, või "lülitatavad", st konfigureeritavad iga kõne jaoks.
Asünkroonne ülekanderežiim (ATM tähistab inglise keelt) on tuntud kui sularahaautomaatides ja makseterminalides kasutatav suhtlusviis. Kuid see kasutus väheneb järk-järgult. Tehnoloogia kasutamine sularahaautomaatides on suures osas asendunud Interneti-protokolliga (IP). ISO-OSI võrdluslingis (2. kiht) nimetatakse aluseks olevaid edastusseadmeid tavaliselt kaadriteks. ATM-is on neil fikseeritud pikkus (53 oktetti või baiti) ja neid nimetatakse spetsiaalselt "rakkudeks".
Lahtri suurus
Nagu eespool märgitud, on pangaautomaatide dekrüpteerimine asünkroonne andmeedastus, mis toimub nende jagamisel teatud suurusega lahtriteks.
Kui kõnesignaal taandatakse pakettideks ja needKui nad on sunnitud saatma suure andmeliiklusega lingil, puutuvad nad kokku suurte täispakettidega, olenemata nende suurusest. Tavalistes tühikäigutingimustes võivad nad kogeda maksimaalseid viivitusi. Selle probleemi vältimiseks on kõik ATM-i paketid või lahtrid sama väikese suurusega. Lisaks tähendab fikseeritud rakustruktuur seda, et andmeid saab riistvara abil hõlpsasti edastada ilma tarkvara lülitatud ja marsruutitud kaadrite põhjustatud viivitusteta.
Seega kasutasid ATM-disainerid väikseid andmerakke, et vähendada värinat (antud juhul viivitust) andmevoogude multipleksimisel. See on eriti oluline kõneliikluse edastamisel, kuna digiteeritud hääle muundamine analoogheliks on reaalajas toimuva protsessi lahutamatu osa. See aitab kaasa dekoodri (kodeki) tööle, mis nõuab ühtlaselt (ajaliselt) jaotatud andmeelementide voogu. Kui reas järgmine ei ole vajadusel saadaval, ei jää kodekil muud üle, kui peatada. Hiljem läheb teave kaotsi, kuna ajavahemik, mil see oleks tulnud signaaliks teisendada, on juba möödas.
Kuidas sularahaautomaat arenes?
ATM-i väljatöötamise ajal peeti 155 Mbps sünkroonset digitaalset hierarhiat (SDH) 135 Mbps kasuliku koormusega kiireks optiliseks võrguks ja paljud võrgu plesiokroonse digitaalse hierarhia (PDH) lingid olid oluliselt aeglasemad (ei rohkem kui 45 Mbps / koos). KellSelle kiirusega peaks tüüpiline täissuuruses 1500-baidine (12 000-bitine) andmepakett alla laadima 77,42 mikrosekundiga. Madala kiirusega lingil, näiteks liinil T1 1,544 Mbps, kulus sellise paketi edastamiseks kuni 7,8 millisekundit.
Mitme sellise paketi põhjustatud allalaadimise viivitus järjekorras võib mitu korda ületada 7,8 ms. See on vastuvõetamatu kõneliikluse puhul, mille kodekisse sisestatud andmevoos peab hea kvaliteediga heli tekitamiseks olema madal värin.
Paketthäälesüsteem saab seda teha mitmel viisil, näiteks kasutades võrgu ja kodeki vahel taasesituspuhvrit. See tasandab värinat, kuid puhvri läbimisel tekkiv viivitus nõuab kajasummutit isegi kohalikes võrkudes. Tol ajal peeti seda liiga kalliks. Lisaks suurendas see kanali viivitust ja muutis suhtluse keeruliseks.
Pangaautomaatide võrgutehnoloogia pakub liiklusele oma olemuselt madalat värinat (ja madalaimat üldist latentsust).
Kuidas see võrguühendust aitab?
Pangaautomaadi disain on mõeldud madala värinaga võrguliidese jaoks. Kuid "rakud" lisati disaini, et võimaldada lühikesi järjekorra viivitusi, toetades samal ajal datagrammi liiklust. ATM-tehnoloogia purustas kõik paketid, andme- ja kõnevood 48-baidisteks fragmentideks, lisades igaühele 5-baidise marsruutimise päise, et neid hiljem uuesti kokku panna.
See suuruse valikoli poliitiline, mitte tehniline. Kui CCITT (praegu ITU-T) standardiseeris sularahaautomaadi, soovisid USA esindajad 64-baidist kasulikku koormust, kuna seda peeti heaks kompromissiks suure andmeedastuseks optimeeritud teabehulga ja reaalajas rakenduste jaoks mõeldud lühema kandevõime vahel. Euroopa arendajad soovisid omakorda 32-baidiseid pakette, kuna väiksus (ja seega lühike edastusaeg) muudab kõnerakenduste jaoks kaja tühistamise lihtsamaks.
Suurus 48 baiti (pluss päise suurus=53) valiti kompromissina kahe poole vahel. 5-baidised päised valiti seetõttu, et 10% kasulikust koormusest peeti maksimaalseks hinnaks, mida marsruutimise teabe eest maksta. ATM-tehnoloogia multipleksis 53-baidised rakud, mis vähendas andmete riknemist ja latentsust kuni 30 korda, vähendades vajadust kajasummutajate järele.
ATM-i lahtri struktuur
ATM määratleb kaks erinevat kärjevormingut: kasutaja võrguliides (UNI) ja võrguliides (NNI). Enamik sularahaautomaatide võrgulinke kasutab UNI-sid. Iga sellise paketi struktuur koosneb järgmistest elementidest:
- Välja Generic Flow Control (GFC) on 4-bitine väli, mis lisati algselt ATM-i ühendamise toetamiseks avalikus võrgus. Topoloogiliselt kujutatakse seda DQDB (Distributed Queue Dual Bus) rõngana. GFC väli on kujundatud niipakkuda 4 bitti kasutajavõrgu liidest (UNI), et pidada läbirääkimisi erinevate ATM-ühenduste rakkude multipleksimise ja voo juhtimisega. Kuid selle kasutus ja täpsed väärtused ei ole standarditud ning väljaks on alati seatud 0000.
- VPI – virtuaalse tee identifikaator (8-bitine UNI või 12-bitine NNI).
- VCI – virtuaalse kanali identifikaator (16 bitti).
- PT – kasuliku koormuse tüüp (3 bitti).
- MSB - võrgu juhtimisrakk. Kui selle väärtus on 0, kasutatakse kasutaja andmepaketti ja selle struktuuris on 2 bitti selgesõnaline ülekoormuse märge (EFCI) ja 1 on võrgu ummistuse kogemus. Lisaks eraldatakse kasutajale (AAU) veel 1 bitt. AAL5 kasutab seda pakettide piiride tähistamiseks.
- CLP – raku kadumise prioriteet (1 bitt).
- HEC – päise veakontroll (8-bitine CRC).
ATM-võrk kasutab PT-välja, et määrata operatsioonide, halduse ja haldamise (OAM) jaoks erinevad erilahtrid ning määrata paketipiirid mõnes kohanduskihis (AAL). Kui PT välja MSB väärtus on 0, on see kasutaja andmerakk ja ülejäänud kahte bitti kasutatakse võrgu ülekoormuse näitamiseks ja kohanemiskihtidele saadaoleva üldotstarbelise päisebitina. Kui MSB on 1, on see juhtpakett ja ülejäänud kaks bitti näitavad selle tüüpi.
Mõned ATM-i (asünkroonse andmeedastusmeetodi) protokollid kasutavad HEC-välja, et juhtida CRC-põhist raamimisalgoritmi, mis suudabrakud ilma lisatasuta. 8-bitist CRC-d kasutatakse ühebitise päise vigade parandamiseks ja mitmebitiste vigade tuvastamiseks. Kui viimased leitakse, visatakse praegused ja järgnevad lahtrid kõrvale, kuni leitakse lahter ilma päisevigadeta.
UN pakett reserveerib GFC välja kohalikuks voo juhtimiseks või kasutajatevaheliseks alammultipleksimiseks. Selle eesmärk oli võimaldada mitmel terminalil jagada ühte võrguühendust. Seda kasutati ka selleks, et võimaldada kahel integreeritud teenuse digitaalvõrgu (ISDN) telefonil jagada teatud kiirusega sama ISDN-i põhiühendust. Kõik neli GFC-bitti peavad vaikimisi olema nullid.
NNI-lahtri vorming kordab UNI-vormingut peaaegu samal viisil, välja arvatud see, et 4-bitine GFC väli jaotatakse ümber VPI-väljale, laiendades seda 12-bitiseks. Nii et üks NNI ATM-ühendus suudab iga kord käsitleda peaaegu 216 VC-d.
Rakud ja ülekanne praktikas
Mida tähendab pangaautomaat praktikas? See toetab AAL-i kaudu erinevat tüüpi teenuseid. Standardiseeritud AAL-ide hulka kuuluvad AAL1, AAL2 ja AAL5, aga ka harvemini kasutatavad AAC3 ja AAL4. Esimest tüüpi kasutatakse konstantse bitikiirusega (CBR) teenuste ja ahela emuleerimise jaoks. Sünkroonimist toetab ka AAL1.
Teist ja neljandat tüüpi kasutatakse muutuva bitikiirusega (VBR) teenuste jaoks, AAL5 andmete jaoks. Teave selle kohta, millist AAL-i antud lahtri jaoks kasutatakse, ei ole sellesse kodeeritud. Selle asemel on see kooskõlastatud või kohandatudlõpp-punktid iga virtuaalse ühenduse jaoks.
Pärast selle tehnoloogia esialgset kavandamist on võrgud muutunud palju kiiremaks. 1500-baidise (12000 biti) täispika Etherneti kaadri edastamiseks 10 Gbps võrgus kulub vaid 1,2 µs, mis vähendab vajadust väikeste rakkude järele latentsuse vähendamiseks.
Millised on sellise suhte tugevad ja nõrgad küljed?
ATM-võrgutehnoloogia eelised ja puudused on järgmised. Mõned usuvad, et sidekiiruse suurendamine võimaldab selle magistraalvõrgus asendada Ethernetiga. Siiski tuleb märkida, et kiiruse suurendamine iseenesest ei vähenda järjekorrast tingitud värinat. Lisaks on IP-pakettide teenuse kohandamise riistvara kallis.
Samas, 48-baidise fikseeritud kasuliku koormuse tõttu ei sobi ATM andmesideühenduseks otse IP all, kuna OSI kiht, millel IP töötab, peab pakkuma maksimaalset edastusühikut (MTU) vähem alt 576 baiti.
Aeglasemate või ülekoormatud ühenduste puhul (622 Mbps ja alla selle) on ATM-i kasutamine mõistlik ja sel põhjusel kasutavad enamik asümmeetrilise digitaalse abonendiliini (ADSL) süsteeme seda tehnoloogiat vahekihina füüsilise lingikihi ja 2. kihi protokolli vahel. nagu PPP või Ethernet.
Nendel väiksematel kiirustel pakub ATM kasulikku võimalust kanda mitut loogikat ühel füüsilisel või virtuaalsel andmekandjal, kuigi on ka teisi meetodeid, näiteks mitme kanaligaPPP ja Etherneti VLAN-id, mis on VDSL-i juurutuste puhul valikulised.
DSL-i saab kasutada sularahaautomaatide võrgule juurdepääsuks, võimaldades teil lairiba ATM-võrgu kaudu ühenduse luua paljude Interneti-teenuse pakkujatega.
Seega on tehnoloogia puudusteks see, et see kaotab oma tõhususe tänapäevaste kiirete ühenduste puhul. Sellise võrgu eeliseks on see, et see suurendab oluliselt ribalaiust, kuna see tagab otseühenduse erinevate välisseadmete vahel.
Lisaks saab ühe pangaautomaati kasutava füüsilise ühendusega töötada korraga mitu erinevat virtuaalset vooluahelat, millel on erinevad omadused.
See tehnoloogia kasutab üsna võimsaid liikluskorraldustööriistu, mis arenevad edasi ka praegu. See võimaldab korraga edastada erinevat tüüpi andmeid, isegi kui neil on nende saatmisel ja vastuvõtmisel täiesti erinevad nõuded. Näiteks saate liiklust luua samal kanalil erinevate protokollide abil.
Virtuaalsete vooluahelate põhialused
Asünkroonne edastusrežiim (ATM-i lühend) töötab lingipõhise transpordikihina, kasutades virtuaalseid ahelaid (VC). See on seotud virtuaalsete teede (VP) ja kanalite kontseptsiooniga. Igal ATM-i lahtril on 8-bitine või 12-bitine virtuaalse tee identifikaator (VPI) ja 16-bitine virtuaalse vooluahela identifikaator (VCI),määratletud selle päises.
VCI-d kasutatakse koos VPI-ga paketi järgmise sihtkoha tuvastamiseks, kui see läbib mitmeid sularahaautomaatide lüliteid teel sihtkohta. VPI pikkus varieerub sõltuv alt sellest, kas lahter saadetakse kasutajaliidese või võrguliidese kaudu.
Kuna need paketid läbivad sularahaautomaatide võrku, toimub ümberlülitumine VPI/VCI väärtuste muutmise teel (siltide asendamine). Kuigi need ei pruugi ühenduse otstega ühtida, on skeemi kontseptsioon järjestikune (erinev alt IP-st, kus iga pakett võib jõuda sihtkohta erinevat marsruuti pidi). ATM-i lülitid kasutavad VPI/VCI välju, et tuvastada järgmise võrgu virtuaalne skeem (VCL), mida rakk peab teel oma lõppsihtkohta edastama. VCI funktsioon on sarnane andmesideühenduse identifikaatori (DLCI) funktsiooniga kaadrirelees ja loogilise kanali rühma numbriga X.25-s.
Virtuaalsete vooluahelate kasutamise eeliseks on ka see, et neid saab kasutada multipleksimiskihina, mis võimaldab kasutada erinevaid teenuseid (nagu hääl ja kaadrirelee). VPI on kasulik mõne virtuaalse vooluahela lülitustabeli vähendamiseks, mis jagavad teid.
Lahtrite ja virtuaalsete ahelate kasutamine liikluse korraldamiseks
Pangaautomaadi tehnoloogia hõlmab täiendavat liiklust. Kui vooluahel on konfigureeritud, teavitatakse iga lülitit ühendusklassist.
Pangaautomaatide liikluslepingud on mehhanismi osapakkudes "teenuse kvaliteeti" (QoS). Seal on neli põhitüüpi (ja mitu varianti), millest igaühel on ühendust kirjeldavate parameetrite komplekt:
- CBR – püsiv andmeedastuskiirus. Määratud tippkiirus (PCR), mis on fikseeritud.
- VBR – muutuv andmeedastuskiirus. Määratud keskmine või püsiseisundi väärtus (SCR), mis võib haripunkti jõuda teatud tasemel maksimaalse intervalli jooksul enne probleemide ilmnemist.
- ABR – saadaolev andmeedastuskiirus. Määratud minimaalne garanteeritud väärtus.
- UBR – määramata andmeedastuskiirus. Liiklus jaotatakse ülejäänud ribalaiusele.
VBR-l on reaalajas valikud ja muudes režiimides kasutatakse seda "situatsioonilise" liikluse jaoks. Vale aeg lühendatakse mõnikord vbr-nrt.
Enamik liiklusklasse kasutab ka lahtri taluvuse variatsiooni (CDVT) mõistet, mis määratleb nende "agregatsiooni" aja jooksul.
Andmeedastuse juhtimine
Mida sularahaautomaat ül altoodut arvestades tähendab? Võrgu jõudluse säilitamiseks saab rakendada virtuaalse võrgu liikluseeskirju, et piirata ühenduse sisenemispunktides edastatavate andmete hulka.
UPC ja NPC jaoks kinnitatud etalonmudel on üldine rakusageduse algoritm (GCRA). Reeglina juhitakse VBR-liiklust erinev alt teistest tüüpidest tavaliselt kontrolleri abil.
Kui andmemaht ületab GCRA määratud liiklust, saab võrk lähtestadalahtrid või märgistada CLP (Cell Loss Priority) bitti (et tuvastada pakett potentsiaalselt üleliigsena). Peamine turvatöö põhineb järjestikusel monitooringul, kuid see ei ole kapseldatud pakettliikluse puhul optimaalne (kuna ühe üksuse mahajätmine muudab kogu paketi kehtetuks). Selle tulemusena on loodud sellised skeemid nagu Partial Packet Discard (PPD) ja Early Packet Discard (EPD), mis on võimelised ära viskama terve rea lahtreid kuni järgmise paketi alguseni. See vähendab võrgus kasutu teabe hulka ja säästab ribalaiust terviklike pakettide jaoks.
EPD ja PPD töötavad AAL5 ühendustega, kuna nad kasutavad paketimarkeri lõppu: ATM-i kasutajaliidese indikatsiooni (AUU) bitti päise väljal Payload Type, mis on määratud SAR-i viimases lahtris. -SDU.
Liikluse kujundamine
Selle osa sularahaautomaatide tehnoloogia põhitõdesid saab esitada järgmiselt. Liikluse kujundamine toimub tavaliselt kasutajaseadmete võrguliidesekaardil (NIC). Sellega püütakse tagada, et VC rakuvoog ühtiks selle liikluslepinguga, st et UNI-s ei jäeta ühikuid ära ega vähendata nende prioriteeti. Kuna võrgu liikluse haldamise võrdlusmudel on GCRA, kasutatakse seda algoritmi tavaliselt ka andmete kujundamisel ja marsruutimisel.
Virtuaalsete ahelate ja teede tüübid
Pangaautomaatide tehnoloogia võib luua virtuaalseid vooluahelaid ja teid nagustaatiliselt kui ka dünaamiliselt. Staatilised ahelad (STS) või teed (PVP) nõuavad, et vooluahel koosneks reast segmentidest, üks iga liidesepaari kohta, mida see läbib.
PVP ja PVC, kuigi kontseptuaalselt lihtsad, nõuavad suurtes võrkudes märkimisväärset pingutust. Samuti ei toeta nad tõrke korral teenuse ümbersuunamist. Seevastu dünaamiliselt koostatud SPVP-d ja SPVC-d koostatakse skeemi (teenuse "leping") ja kahe lõpp-punkti omaduste täpsustamisega.
Lõpuks loovad ja kustutavad sularahaautomaatide võrgud kommuteeritud virtuaalseid vooluahelaid (SVC-d), nagu lõppseadme nõutav. Üks SVC-de rakendustest on üksikute telefonikõnede edastamine, kui kommutaatorite võrk on ATM-i kaudu ühendatud. SVC-sid kasutati ka ATM-kohtvõrkude asendamiseks.
Virtuaalne marsruutimise skeem
Enamik ATM-võrke, mis toetavad SPVP-d, SPVC-d ja SVC-d, kasutavad privaatvõrgusõlme liidest või PNNI (Private Network-to-Network Interface) protokolli. PNNI kasutab sama lühima tee algoritmi, mida kasutavad OSPF ja IS-IS, et suunata IP-pakette topoloogiateabe vahetamiseks kommutaatorite vahel ja marsruudi valimiseks läbi võrgu. PNNI sisaldab ka võimsat kokkuvõtmismehhanismi, mis võimaldab luua väga suuri võrke, samuti Call Access Control (CAC) algoritmi, mis määrab piisava ribalaiuse kättesaadavuse pakutud marsruudil läbi võrgu, et täita VC teenusenõudeid. või VP.
Vastuvõtmine ja ühenduse loominekõned
Võrk peab looma ühenduse, enne kui mõlemad pooled saavad üksteisele rakke saata. ATM-is nimetatakse seda virtuaalseks vooluringiks (VC). See võib olla püsiv virtuaalahel (PVC), mis luuakse administratiivselt lõpp-punktides, või kommuteeritud virtuaalahel (SVC), mis luuakse vastav alt vajadusele edastavate osapoolte poolt. SVC loomist juhib signalisatsioon, milles päringu esitaja määrab vastuvõtva osapoole aadressi, taotletava teenuse tüübi ja kõik liiklusparameetrid, mis võivad valitud teenusele rakenduda. Seejärel kinnitab võrk, et nõutud ressursid on saadaval ja ühenduse jaoks on marsruut olemas.
ATM-tehnoloogia määratleb järgmised kolm taset:
- Pangaautomaatide kohandused (AAL);
- 2 sularahaautomaat, ligikaudu samaväärne OSI andmesidekihiga;
- sama OSI kihi füüsiline ekvivalent.
Juurutus ja levitamine
ATM-tehnoloogia sai telefonifirmade ja paljude arvutitootjate seas populaarseks 1990. aastatel. Kuid isegi selle kümnendi lõpuks hakkas Interneti-protokolli toodete parim hind ja jõudlus ATM-iga konkureerima reaalajas integreerimise ja pakettvõrguliikluse osas.
Mõned ettevõtted keskenduvad täna endiselt sularahaautomaatide toodetele, samas kui teised pakuvad neid valikuliselt.
Mobiiltehnoloogia
Traadita tehnoloogia koosneb ATM-tuumvõrgust koos traadita juurdepääsuvõrguga. Siinsed rakud edastatakse tugijaamadest mobiilterminalidesse. FunktsioonidMobiilsused teostatakse põhivõrgus asuvas ATM-i kommutaatoris, mida nimetatakse "ristmiks", mis on analoogne GSM-võrkude MSC-ga (Mobile Switching Center). ATM-i traadita side eeliseks on selle suur läbilaskevõime ja 2. kihis teostatav kõrge üleandmise kiirus.
1990. aastate alguses tegutsesid selles valdkonnas mõned uurimislaborid. ATM-foorum loodi traadita võrgutehnoloogia standardiseerimiseks. Seda toetasid mitmed telekommunikatsiooniettevõtted, sealhulgas NEC, Fujitsu ja AT&T. ATM-i mobiiltehnoloogia eesmärk on pakkuda kiiret multimeediumisidetehnoloogiat, mis on võimeline pakkuma mobiilset lairibaühendust väljaspool GSM- ja WLAN-võrke.
