Технология ATM: значение, расшифровка аббревиатуры. Способ передачи данных по сети, основы, принцип работы, преимущества и недостатки данной технологии

Технология ATM — это телекоммуникационная концепция, определенная международными стандартами для передачи всего спектра пользовательского трафика, включая голосовые, данные и видеосигналы. Он был разработан для удовлетворения потребностей сети цифровых широкополосных услуг и изначально проектировался как дополнение к телекоммуникационным сетям. Расшифровка аббревиатуры ATM звучит как асинхронный режим передачи и переводится на русский язык как «асинхронная передача данных».

банкомат что это значит

Технология была создана для сетей, которым необходимо обрабатывать как традиционный высокопроизводительный трафик данных (например, передачу файлов), так и контент с малой задержкой в ​​реальном времени (например, голос и видео). Эталонная модель ATM отображает приблизительно три нижних уровня ISO-OSI: сеть, канал передачи данных и физический. ATM — это основной протокол, используемый в основном канале SONET / SDH (коммутируемая телефонная сеть общего пользования) и цифровой сети с интеграцией служб (ISDN).

Что это такое?

Что означает ATM для сетевого подключения? Он обеспечивает аналогичные функции сетей с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов: технология использует асинхронное мультиплексирование с временным разделением и кодирует данные в небольшие пакеты фиксированного размера (кадры ISO-OSI), называемые ячейками. Это контрастирует с такими подходами, как Интернет-протокол или Ethernet, которые используют различные размеры пакетов и фреймы.

Основные принципы технологии банкоматов заключаются в следующем. Он использует модель, ориентированную на соединение, в которой виртуальный канал должен быть установлен между двумя конечными точками, прежде чем может начаться фактическое соединение. Эти виртуальные каналы могут быть «постоянными», т. Е. Выделенными соединениями, обычно предварительно сконфигурированными поставщиком услуг, или «переключаемыми», т. Е. Настраиваемыми для каждого вызова.

Асинхронный режим передачи (расшифровка ATM с английского) известен как метод связи, используемый в банкоматах и ​​платежных терминалах. Однако это использование постепенно сокращается. Использование технологий в банкоматах в значительной степени вытеснено Интернет-протоколом (IP). В эталонном канале ISO-OSI (уровень 2) нижележащие передатчики обычно называются кадрами. В ATM они имеют фиксированную длину (53 октета или байта) и специально называются «ячейками».

сети банкоматов

Размер ячейки

Как отмечалось выше, расшифровка ATM — это асинхронная передача данных, осуществляемая путем их разделения на ячейки определенного размера.

Если речевой сигнал сводится к пакетам, и они принудительно передаются по ссылке с интенсивным трафиком данных, независимо от их размера, они будут конфликтовать с большими полноразмерными пакетами. При нормальных условиях ожидания задержки могут быть максимальными. Чтобы избежать этой проблемы, все пакеты или ячейки ATM имеют одинаковый небольшой размер. Кроме того, фиксированная структура ячеек означает, что данные могут быть легко переданы через оборудование без задержек, связанных с коммутацией кадров и программной маршрутизацией.

Поэтому разработчики банкоматов использовали небольшие ячейки данных, чтобы уменьшить дрожание (в данном случае дисперсию задержки) в мультиплексированных потоках данных. Это особенно важно при передаче голосового трафика, поскольку преобразование оцифрованного голоса в аналоговый звук является неотъемлемой частью процесса в реальном времени. Это помогает декодеру (кодеку), которому требуется равномерно распределенный (во времени) поток элементов данных. Если следующий в строке недоступен, когда это необходимо, кодеку ничего не остается, кроме как приостановить его. В дальнейшем информация теряется, потому что период времени, в который она должна была быть преобразована в сигнал, уже прошел.

сети банкоматов

Как происходило развитие ATM?

Во время разработки ATM синхронная цифровая иерархия (SDH) со скоростью 155 Мбит / с с полезной нагрузкой 135 Мбит / с считалась быстрой оптической сетью, и многие каналы плезиохронной цифровой иерархии (PDH) в сети были значительно медленнее (не более 45 Мбит / с). При такой скорости типичный полноразмерный пакет данных размером 1500 байт (12000 бит) будет загружаться за 77,42 микросекунды. В низкоскоростном канале, таком как линия T1 1,544 Мбит / с, передача этого пакета занимала до 7,8 миллисекунд.

Задержка загрузки, вызванная многими из этих пакетов в очереди, может в несколько раз превышать число 7,8 мс. Это неприемлемо для голосового трафика, который должен иметь низкий уровень джиттера в потоке данных, отправляемом на кодек, для получения звука хорошего качества.

Система пакетной передачи речи может делать это несколькими способами, например, используя буфер воспроизведения между сетью и кодеком. Это помогает уменьшить дрожание, но задержка при прохождении через буфер требует компенсатора эха даже в локальных сетях. В то время это считалось слишком дорогим. Это также увеличило задержку канала и затруднило общение.

Сетевая технология ATM по своей сути обеспечивает низкий уровень джиттера (и общую меньшую задержку) для трафика.

Как это помогает в сетевом соединении?

Дизайн банкомата рассчитан на сетевой интерфейс с низким уровнем джиттера. Однако в проект были введены «ячейки» для обеспечения коротких задержек при постановке в очередь при одновременной поддержке трафика дейтаграмм. ATM разделил все пакеты, данные и голосовые потоки на 48-байтовые блоки, добавив 5-байтовый заголовок маршрутизации к каждому блоку, чтобы их можно было собрать позже.

банкоматная техника

Этот размерный выбор был политическим, а не техническим. Когда CCITT (ныне ITU-T) стандартизировал ATM, США хотели получить 64-байтовую полезную нагрузку, поскольку это рассматривалось как хороший компромисс между большими объемами данных, оптимизированных для данных, и более короткими полезными нагрузками, предназначенными для приложений реального времени… В свою очередь, европейским разработчикам нужны 32-байтовые пакеты, потому что их небольшой размер (и, следовательно, малое время передачи) делает голосовые приложения проще, чем эхоподавление.

В качестве компромисса между двумя сторонами был выбран размер 48 байтов (плюс размер заголовка = 53). 5-байтовые заголовки были выбраны потому, что 10% полезной нагрузки считались максимальной стоимостью, которую нужно заплатить за информацию о маршрутизации. Технология ATM мультиплексирует 53-байтовые ячейки, уменьшая повреждение данных и задержку до 30 раз, уменьшая потребность в эхоподавителях.

асинхронная передача данных

Структура ячейки ATM

ATM определяет два разных формата ячеек: пользовательский сетевой интерфейс (UNI) и сетевой интерфейс (NNI). Большинство сетевых каналов ATM используют UNI. В состав каждого из этих пакетов входят следующие элементы:

  • VPI — это идентификатор виртуального пути (8-битный UNI или 12-битный NNI).
  • PT — тип полезной нагрузки (3 бита).
  • VCI — идентификатор виртуального канала (16 бит).
  • HEC — проверка ошибок заголовка (8-битная CRC).
  • CLP — приоритет потери ячейки (1 бит).
  • Поле Generic Flow Control (GFC) — это 4-битное поле, изначально добавленное для поддержки межсетевого взаимодействия ATM в сети общего пользования. Он топологически представлен как кольцо двойной распределенной шины очереди (DQDB). Поле GFC было разработано для обеспечения 4 бита интерфейса пользователя и сети (UNI) для согласования мультиплексирования и управления потоком между ячейками различных соединений ATM. Однако его использование и точные значения не стандартизированы, и в поле всегда установлено значение 0000.
  • MSB — ячейка управления сетью. Если его значение равно 0, используется пакет пользовательских данных, и в его структуре 2 бита являются явной индикацией прямой перегрузки (EFCI), а 1 — перегрузкой сети. Дополнительно пользователю выделяется еще 1 бит (AAU). Он используется AAL5 для обозначения границ пакета.

Сеть ATM использует поле PT для обозначения различных специальных ячеек для операционных, административных и управленческих целей (OAM) и для определения границ пакетов на определенных уровнях адаптации (AAL). Если MSB поля PT равен 0, это ячейка данных пользователя, а оставшиеся два бита используются для обозначения перегрузки сети и в качестве бита общего заголовка, доступного для уровней адаптации. Если MSB равен 1, это пакет управления, а два других бита указывают его тип.

аббревиатура банкомат

Некоторые протоколы асинхронной передачи данных (ATM) используют поле HEC для управления алгоритмом кадрирования на основе CRC, который позволяет находить ячейки без дополнительных затрат. 8-битный CRC используется для исправления однобитовых ошибок заголовка и обнаружения многобитовых ошибок. Когда они обнаруживаются, текущая и следующая ячейки удаляются до тех пор, пока не будет найдена ячейка без ошибок заголовка.

Пакет UNI резервирует поле GFC для локального управления потоком или субмультиплексирования между пользователями. Это было предназначено для того, чтобы несколько терминалов могли совместно использовать одно сетевое соединение. Он также использовался, чтобы позволить двум телефонам цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN) использовать одно и то же базовое соединение ISDN с определенной скоростью. По умолчанию все четыре бита GFC должны быть равны нулю.

Формат ячейки NNI воспроизводит формат UNI почти таким же образом, за исключением того, что 4-битный GFC перераспределяется в VPI, расширяя его до 12 бит. Следовательно, соединение ATM NNI может обрабатывать почти 216 виртуальных каналов каждый раз.

Ячейки и передача на практике

Что означает банкомат на практике? Он поддерживает различные типы услуг через AAL. Стандартизированные AAL включают AAL1, AAL2 и AAL5, а также AAC3 и AAL4, которые используются редко. Первый тип используется для услуг с постоянной скоростью передачи данных (CBR) и эмуляции схемы. Синхронизация также поддерживается в AAL1.

Второй и четвертый типы используются для услуг с переменной скоростью передачи данных (VBR), AAL5 — для данных. Информация о том, какой AAL используется для конкретной ячейки, в нем не кодируется. Вместо этого он согласовывается или настраивается на конечных точках для каждого виртуального соединения.

С момента первоначального проектирования этой технологии сети стали намного быстрее. Полный кадр Ethernet размером 1500 байт (12000 бит) требует всего 1,2 мкс для передачи по сети 10 Гбит / с, что снижает потребность в малых ячейках для уменьшения задержки.

В чем сильные и слабые стороны такой связи?

Преимущества и недостатки сетевой технологии ATM заключаются в следующем. Некоторые думают, что увеличение скорости связи позволит заменить ее на Ethernet в магистральной сети. Однако следует отметить, что увеличение скорости само по себе не уменьшает дрожание очереди. Кроме того, дорогое оборудование для реализации адаптации услуг для IP-пакетов.

В то же время из-за фиксированной 48-байтовой полезной нагрузки ATM не подходит в качестве канала передачи данных непосредственно под IP, поскольку уровень OSI, на котором работает IP, должен обеспечивать максимальную единицу передачи (MTU) не менее 576 байт.

На более медленных или перегруженных соединениях (622 Мбит / с и ниже) ATM имеет смысл, и по этой причине большинство систем ADSL (цифровых асимметричных) используют эту технологию в качестве промежуточного уровня между физическим канальным уровнем и протоколом уровня 2, например PPP или Ethernet.

На этих более низких скоростях ATM предлагает полезную возможность переноса нескольких логических схем на одном физическом или виртуальном носителе, хотя есть и другие методы, такие как PPP и VLAN Ethernet, которые не являются обязательными в реализациях VDSL.

DSL можно использовать как способ доступа к сети ATM, позволяя подключаться ко многим поставщикам услуг Интернета через широкополосную сеть ATM.

Следовательно, недостатки технологии в том, что она теряет свою эффективность в современных высокоскоростных соединениях. Преимущества такой сети в том, что она значительно увеличивает пропускную способность, поскольку обеспечивает прямое соединение между различными периферийными устройствами.

Кроме того, при наличии физического соединения через ATM несколько разных виртуальных каналов с разными характеристиками могут работать одновременно.

Эта технология использует довольно мощные инструменты управления трафиком, которые продолжают развиваться и сегодня. Это позволяет передавать разные типы данных одновременно, даже если они предъявляют совершенно разные требования к их отправке и получению. Таким образом, вы можете создавать трафик с использованием разных протоколов на канале.

расшифровка банкоматов

Основы функционирования виртуальных цепей

Асинхронный режим передачи (сокращение ATM) работает как канальный транспортный уровень с использованием виртуальных каналов (VC). Это связано с концепцией виртуальных трактов (VP) и каналов. Каждая ячейка ATM имеет 8- или 12-битный идентификатор виртуального пути (VPI) и 16-битный идентификатор виртуального канала (VCI), определенные в ее заголовке.

VCI, наряду с VPI, используется для идентификации следующего пункта назначения пакета, когда он проходит через серию коммутаторов ATM на своем пути к пункту назначения. Длина VPI варьируется в зависимости от того, отправляется ли ячейка через пользовательский интерфейс или через сетевой интерфейс.

Когда эти пакеты проходят через сеть ATM, переключение происходит путем изменения значений VPI / VCI (обмен метками). Хотя они не обязательно совпадают с концами соединения, концепция схемы согласована (в отличие от IP, где каждый пакет может идти по разному пути к месту назначения). Коммутаторы ATM используют поля VPI / VCI для идентификации виртуального канала (VCL) следующей сети, которую ячейка должна пройти на своем пути к конечному пункту назначения. Функция VCI аналогична функции идентификатора канала передачи данных (DLCI) в Frame Relay и номеру группы логических каналов в X.25.

Еще одно преимущество использования виртуальных каналов состоит в том, что их можно использовать в качестве уровня мультиплексирования, что позволяет использовать различные услуги (например, голосовую связь и ретрансляцию кадров). VPI полезен для сокращения таблицы коммутации некоторых виртуальных каналов, имеющих общие пути.

Использование ячеек и виртуальных схем для организации трафика

Технология банкоматов также включает в себя движение трафика. Когда схема сконфигурирована, каждому выключателю в цепи сообщается класс подключения.

Контракты на трафик ATM являются частью механизма «качества обслуживания» (QoS). Существует четыре основных типа (и несколько вариантов), каждый из которых имеет набор параметров, описывающих соединение:

  • CBR — постоянная скорость передачи данных. Пиковая скорость (ПЦР) указана и не изменяется.
  • ABR — доступная скорость передачи данных. Указано минимальное гарантированное значение.
  • VBR — переменный битрейт. Показано среднее или устойчивое значение (SCR), которое может достигать пика на определенном уровне, для максимального диапазона до возникновения проблем.
  • UBR — неопределенная скорость передачи. Трафик распределяется по всей оставшейся полосе пропускания.

VBR имеет параметры в реальном времени, а в других режимах — для «ситуативного» трафика. Некорректное время иногда обрезается в vbr-nrt.

В большинстве классов трафика также используется концепция вариации переносимости сотовой связи (CDVT), которая определяет их «перегрузку» с течением времени.

Управление передачей данных

Что означает банкомат с учетом вышеизложенного? Для поддержания производительности сети могут применяться правила трафика VLAN, ограничивающие объем данных, передаваемых в точки входа в соединение.

Проверенной эталонной моделью для UPC и NPC является Общий алгоритм скорости передачи ячеек (GCRA). Как правило, трафик VBR обычно контролируется с помощью контроллера, в отличие от других типов.

Если объем данных превышает трафик, определенный GCRA, сеть может либо отбросить ячейки, либо пометить бит приоритета потери ячеек (CLP) (чтобы идентифицировать пакет как потенциально избыточный). Большая часть работы по обеспечению безопасности основана на последовательном мониторинге, но это не оптимально для инкапсулированного пакетного трафика (поскольку удаление одного диска приведет к аннулированию всего пакета). В результате были созданы такие схемы, как частичное отбрасывание пакета (PPD) и раннее отбрасывание пакета (EPD), которые позволяют отбрасывать целую серию ячеек до начала следующего пакета. Это уменьшает количество ненужной информации в сети и сохраняет полосу пропускания для полных пакетов.

EPD и PPD работают с соединениями AAL5, потому что они используют конец маркера пакета: бит индикации пользовательского интерфейса ATM (AUU) в поле типа полезной нагрузки заголовка, который устанавливается в последней ячейке SAR-SDU.

Формирование трафика

Основы технологии банкоматов в этой части можно представить следующим образом. Моделирование трафика обычно происходит на сетевой карте (NIC) в пользовательском оборудовании. В то же время он пытается обеспечить такие условия, при которых поток ячеек в VC соответствует его контракту трафика, то есть блоки не отбрасываются или не уменьшаются в порядке приоритета в UNI. Поскольку эталонной моделью, указанной для управления трафиком в сети, является GCRA, этот алгоритм обычно используется для моделирования и маршрутизации данных.

Типы виртуальных цепей и путей

Технология ATM может создавать виртуальные каналы и пути как статически, так и динамически. Статические (STS) или трактные (PVP) схемы требуют, чтобы схема состояла из серии сегментов, по одному для каждой пары интерфейсов, которые она пересекает.

PVP и PVC, хотя концептуально просты, требуют значительных усилий в больших сетях. Они также не поддерживают перенаправление службы в случае сбоя. Вместо этого динамически создаваемые SPVP и SPVC конструируются путем указания характеристик одной схемы («контракт службы») и двух конечных точек.

Наконец, сети ATM создают и удаляют коммутируемую виртуальную схему (SVC) по запросу конечного оборудования. Одно из применений SVC — совершение индивидуальных телефонных звонков, когда сеть коммутатора соединена через банкомат. SVC также использовались при попытке заменить LAN ATM.

Виртуальная схема маршрутизации

Большинство сетей ATM, поддерживающих SPVP, SPVC и SVC, используют протокол частного сетевого узла или частного сетевого интерфейса (PNNI). PNNI использует тот же алгоритм кратчайшего пути, который используется OSPF и IS-IS для маршрутизации IP-пакетов для обмена топологической информацией между коммутаторами и для выбора пути в сети. PNNI также включает мощный механизм сводки, позволяющий использовать очень большие сети, а также алгоритм управления доступом к вызовам (CAC), который определяет, что на предлагаемом пути через сеть доступна достаточная полоса пропускания, чтобы удовлетворить требованиям службы VC или VP.

Прием и подключение к звонкам

Сеть должна установить соединение, прежде чем обе стороны смогут отправлять друг другу ячейки. В ATM это называется виртуальным каналом (VC). Это может быть постоянный виртуальный канал (PVC), который административно создается на конечных точках, или коммутируемый виртуальный канал (SVC), который создается по мере необходимости передающими сторонами. Создание SVC управляется сигнализацией, в которой запрашивающая сторона указывает адрес получателя, тип запрошенной услуги и любые параметры трафика, применимые к выбранной услуге. Затем сеть подтвердит, что требуемые ресурсы доступны и существует путь для подключения.

Технология банкоматов определяет следующие три уровня:

  • адаптация банкомата (AAL);
  • 2 ATM, что приблизительно эквивалентно канальному уровню OSI;
  • физический, эквивалентный тому же уровню OSI.

Развертывание и распространение

Технология банкоматов стала популярной среди телефонных компаний и многих производителей компьютеров в 1990-х годах. Однако даже к концу этого десятилетия лучшие по цене и производительности продукты Интернет-протокола начали конкурировать с ATM за интеграцию в реальном времени и пакетный сетевой трафик.

Некоторые компании по-прежнему сосредоточены на продуктах для банкоматов, в то время как другие предоставляют их в качестве опции.

Мобильная технология

Беспроводная технология состоит из базовой сети ATM с сетью беспроводного доступа. Здесь ячейки передаются от базовых станций к мобильным терминалам. Функции мобильности выполняются на коммутаторе ATM в базовой сети, известном как «кроссовер», который похож на MSC (центр коммутации мобильной связи) сетей GSM. Преимущество беспроводной связи ATM — высокая скорость передачи и высокая скорость передачи, выполняемая на уровне 2.

В начале 1990-х годов в этой области действовали некоторые исследовательские лаборатории. Форум ATM был создан для стандартизации технологий беспроводных сетей. Его поддержали несколько телекоммуникационных компаний, включая NEC, Fujitsu и AT&T. Мобильная технология ATM нацелена на предоставление технологий высокоскоростной мультимедийной связи, способных обеспечить мобильную широкополосную связь за пределами сетей GSM и WLAN.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть