Sieć ATM

Sieć ATM.

ATM powstała w wyniku połączenia technik sieci lokalnych i rozległych. Według obecnych standardów szybkie sieci to takie, które mogą przesyłać dane z szybkością 100Mbit/sek lub większą. Sieci ATM mogą przekazywać 111u2015b dane z szybkością rzędu Gbit/sek Większość komputerów nie jest w stanie generować ani odbierać danych z taką prędkością. Sieci ATM pracują z taką szybkością przesyłając dane generowane przez wiele komputerów.

ATM w pełni wykorzystuje dużą przepustowość światłowodów, pozwalających na osiągnięcie dużych prędkości transmisji. Szybkie implementacje ATM (o prędkościach transmisji 155 Mbit/s i 622 Mbit/s) w systemach telekomunikacyjnych wykorzystują specyfikację SONET. ATM jest w stanie obsługiwać aplikacje działające w czasie rzeczywistym, gdyż dysponuje odpowiednio dużą szerokością pasma, umożliwia zarezerwowanie części pasma dla określonej aplikacji.

ATM jest metodą komutacji pakietów w paśmie rozszerzonym, służącym do przesyłania głosu, obrazu i danych w sieciach LAN, WAN. Jest to metoda typu cell relay, a zatem pakiety danych mają stały rozmiar. Korzystanie z komórek o jednakowych rozmiarach umożliwia przewidywanie wymagań aplikacji na określony zakres pasma i zagwarantowanie im wymaganych szerokości pasma. Pakiety o zmiennej długości mogą powodować opóźnienia w ruchu na przełącznikach.

Przełączniki są bardzo ważnymi elementami sieci ATM. W ramach organizacji mogą działać jak huby szybko przekazujące pakiety z jednego węzła do drugiego; mogą też być wykorzystywane z w rozległych systemach komunikacyjnych do przesłania - z dużą szybkością - komórek ATM pomiędzy odległymi sieciami LAN.

Przełącznik ATM jest prostym przekaźnikiem komórek. Odczytuje nagłówek i natychmiast rozpoczyna dalsze przesyłanie komórki. Wyeliminowano tutaj czasochłonne metody typu przechowaj i prześlij, wykorzystywane przez routery. W typowych sieciach lokalnych, takich jak Ethernet, FDDI, Token-Ring używane jest wspólne medium komunikacyjne, w którym w jednej chwili może nadawać tylko jeden węzeł. Z kolei ATM zapewnia połączenie typu każdy z każdym, a węzły mogą nadawać jednocześnie. Informacja pochodząca z wielu węzłów przekształcana jest w strumień komórek.

Stały rozmiar komórek i zastosowanie multipleksacji pozwalają dynamicznie dopasować szerokość pasma do potrzeb urządzeń. Natężenie ruchu w sieciach lokalnych bardzo często jest nie równomierne, gdyż przesyłanie plików i inne operacje powodują chwilowe wzrosty aktywności. Przełączniki ATM są w stanie wykrywać takie zwyżki aktywności i dynamicznie przydzielać odpowiednio większą liczbę komórek dla intensywniej napływającego strumienia danych z aktywnego źródła.

Przełączniki i sieci ATM.

Sieci ATM zawierają przełączniki, które - ogólnie rzecz biorąc - są urządzeniami wyposażonymi w wiele portów i realizującymi przełączanie komórek. Po nadejściu komórki do jednego z portów, przełącznik ATM odczytuje dane o jej miejscu przeznaczenia i wysyła do odpowiedniego portu wyjściowego. W przypadku gdy wiele przełączników połączonych jest ze sobą we wspólnej sieci, konieczne zastosowanie jest odpowiedniego protokołu routingu, który umożliwi wymianę między poszczególnymi przełącznikami uaktualnionych tablic połączeń. Wyróżnia się dwa typy przełączników: fabric-type (wyposażone w wiele portów i wykorzystywane w publicznych sieciach komunikacyjnych) oraz bus-based (magistralowe, z mniejszą liczbą portów, które nadają się do zastosowania bardziej w sieciach LAN).

Przełączanie odbywa się z dużą szybkością m in. dlatego, że przełączniki ATM realizują te operację sprzętowo. Przełączniki ATM nie mają warstwy sieciowej (w sensie modelu OSI). ATM jest techniką tzw. szybkiej komutacji pakietów, w tym sensie, że nie obejmuje żadnej kontroli błędów i w związku z tym nie jest spowolniona przez tego rodzaju operacje. Jeżeli jakaś komórka nie dotarła do celu albo została uszkodzona wtedy stacja końcowa musi jej ponownie zażądać od nadawcy. ATM nie odpowiada za ponownie dostarczenie bezbłędnej komórki, gdyż technika ta zakłada, że wykorzystywane będą wysokiej jakości, niepodatne na błędy, urządzenia transmisyjne.

ATM jest protokołem transportowym umiejscowionym mniej więcej w części MAC warstwy łącza danych w odniesieniu do OSI. Dzięki temu może być używany z wieloma różnymi topologiami warstwy łącza fizycznego i jest w stanie przesłać w sieci szkieletowej albo WAN pakiety dowolnego rodzaju po uprzednim ich przekształceniu do obowiązującego formatu 53- bajtowych komórek. Szybkości przesyłania danych w ATM są skalowalne tzn. zależą od możliwości warstwy łącza fizycznego. W ramach ATM nie istnieje żaden standard z góry narzucający prędkość transmisji, jak ma to miejsce w FDDI.

Architektura ATM.

ATM zdefiniowano pierwotnie jako element specyfikacji B-ISDN. B-ISDN stanowi rozszerzenie wąskopasmowego ISDN. B-ISDN oferuje szersze pasmo i umożliwia osiągnięcie większej przepustowości. Na rysunku przedstawiono model odniesienia B-ISDN.

-warstwa łącza fizycznego zawiera definicje interfejsu elektrycznego lub fizycznego, szybkości łącz i innych cech fizycznych.

-warstwa ATM definiuje format komórki

-warstwa adaptacyjna definiuje proces konwersji informacji z warstw wyższych do postaci komórek ATM

Organizacja ATM Forum przedstawiła dwie klasy interfejsów fizycznych dla sieci ATM:

-UNI (User to Network Interfaces) - stanowi punkt połączenia stacji końcowej z siecią ATM;

-NNI (Network to Network Interfaces) - są to interfejsy pomiędzy przełącznikami w publicznych sieciach ATM. Odpowiadają głównie za zarządzanie współdziałaniem tych przełączników. Mogą to też być interfejsy typu sieć-węzeł;

W środowisku ATM połączenie logiczne między stacjami końcowymi określa się terminem virtual channel (VC). Z kolei virtual path     (VP) jest wiązką kanałów (VC). Główna zaleta tego rozwiązania jest to, że połączenia poprowadzone w sieci tą samą trasą są zgrupowane i mogą być obsługiwane częściowo wspólnie. Dodanie kanału VC do VP jest stosunkowo proste, gdyż nie trzeba przy tym powtarzać procedury ustalania przebiegu trasy w sieci. Ponadto zmiana przebiegu trasy VP, spowodowana koniecznością uniknięcia zatorów powoduje automatyczną zmianę przebiegu wszystkich związanych z nią kanałów.

Na rysunku przedstawiono architekturę emulacji LAN w sieciach ATM.

Warstwa łącza fizycznego.

Nie definiuje się w niej żadnego konkretnego typu medium transmisyjnego. Specyfikacje ustalano tak, aby były dostosowane do właściwości aktualnie dostępnych elementów elektrycznych. ATM pozwala na zastosowanie wielu różnych mediów transmisyjnych, w tym istniejących już mediów wykorzystujących w innych systemach komunikacyjnych.

Podstawowe funkcje tej warstwy to: dopasowywanie szybkości komórek, generowanie i weryfikacja nagłówka komórek (HEC), wydzielenie pakietów ze strumienia bitów, adaptacja ramki transmisyjnej, generacja i odtwarzanie ramki transmisyjnej.

Warstwa ATM.

Warstwa ta realizuje następujące funkcje: sterowanie przepływem, generowanie i wydzielanie nagłówka, translacja pól VCI i VSI (patrz niżej), multipleksacja i demultipleksacja komórek.

W warstwie ATM zdefiniowana jest struktura komórki ATM Warstwa ta obejmuje ponadto definicje mechanizmów routingu dla kanałów wirtualnych dla kanałów wirtualnych i połączeń VP oraz kontroli błędów. Komórki ATM są pakietami informacji składającymi się z danych i nagłówka, który zawiera informacje o kanale i trasie VP, umożliwiające skierowanie komórki do właściwego przeznaczenia.

Komórka ma długość 53 bajtów z czego 48 stanowią    dane, a 5 pozostałych tworzy nagłówek. Poniżej wyjaśniono znaczenie poszczególnych pół nagłówka:

-GFC (generic flow control) - zostało ono wprowadzone aby stacje mogły korzystać z tego samego interfejsu;

-VPI (virtual path indentifier) - identyfikuje połączenia VP pomiędzy użytkownikami lub między użytkownikami a sieciami;

-VCI (virtual channel identifier) - identyfikuje kanały wirtualne pomiędzy użytkownikami lub między użytkownikami a sieciami;

-PTI (payload type indicator) - określa rodzaj informacji zawartej w obszarze danych (informacje użytkownika lub sieciowe);

-CLP (cell loss priority) - określa sposób, w jaki można usunąć daną komórkę w przypadku wystąpienia zatoru w sieci, pole to, gdy zawiera wartość priorytetu 0 oznacza, że komórki nie wolno usuwać;

-HEC (header error control) - zawiera informacje wykorzystywane przy wykrywaniu błędów i korekcji błędnych bitów;

Warstwa adaptycyjna.

Warstwa adaptacyjna AAL (ATM Adaptation Layer) przekształca pakiety pochodzące z wyższych warstw do postaci komórek ATM. Warstwa adaptacyjna dzieli się na dwie części: zbierającą CS (convergence sublayer), która odbiera dane z wyższych warstw i przekazuje je niżej do części dzieląco-scalającej oraz SAR (segmentation and reassembly sublayer). SAR odpowiada za rozbicie danych na 53-bajtowe komórki ATM. Z kolei dane z nadsyłanych komórek są przez SAR scalane i przesyłane do warstw wyższych. Istnieje klika różnych typów warstw AAL, które przedstawione zostały na rysunku poniżej (typ 1, 2, 3, 4, 5).

Klasy usług.

ATM rozwiązuje problem przesyłania różnych informacji, np. głosu, video, i zwykłych danych oferując cztery klasy usług. Klasy usług odpowiadają różnym kategoriom zastosowań, w zależności od sposobu przesyłania bitów, wymaganej szerokości pasma i wymaganego rodzaju połączeń.

-klasa A obejmuje usługi połączeniowe ze stałą prędkością transmisji. Mechanizmy kompensacji opóźnień powodują, że usługi tej klasy dobrze nadają się do zastosowań związanych z przesyłaniem obrazów wideo i głosu;

-klasa B obejmuje usługi połączeniowe wyposażone w mechanizmy czasowe, umożliwiające przesyłanie głosu i obrazów wideo ze zmienną chwilową prędkością transmisji. Odpowiedni interfejs warstwy adaptacyjnej to AAL typu 2;

-klasa C obejmuje usługi połączeniowe ze zmienną chwilową prędkością transmisji, bez mechanizmów czasowych; odpowiednia dla usług takich jak X.25, Frame Relay i TCP/IP. Odpowiedni interfejs warstwy adaptacyjnej to AAL typu 3/4 lub 5;

-klasa D obejmuje usługi bezpołączeniowe nadające się do zastosowania w środowiskach, w których przepływ danych odbywa się ze zmienną prędkością, i w których nie jest wymagana synchronizacja czasowa pomiędzy węzłami końcowymi. Usługi tej klasy są odpowiednie na przykład do przesyłania pakietów w sieciach LAN. Odpowiedni interfejs warstwy adaptacyjnej to AAL typu 3/4;

ATM a usługi telekomunikacyjne.

ATM określa standard komunikacji w sieciach rozległych. Dzięki niemu zniknie bariera pomiędzy sieciami lokalnymi a rozległymi. Barierą tą jest obecnie spadek przepustowości związany z przesyłaniem danych w sieciach publicznych. Inną barierą są urządzenia realizujące połączenia w sieciach WAN, na zasadzie "przechowaj i prześlij" (np. routery).