טכנולוגיית ATM היא תפיסת טלקומוניקציה המוגדרת בסטנדרטים בינלאומיים לשאת את כל מגוון תעבורת המשתמש, כולל אותות קול, נתונים ווידאו. הוא פותח כדי לענות על הצרכים של רשת דיגיטלית של שירותי פס רחב ותוכנן במקור לאינטגרציה של רשתות טלקומוניקציה. קיצור ATM הוא ראשי תיבות של Asynchonous Transfer Mode ומתורגם לרוסית כ"העברת נתונים אסינכרוני".
הטכנולוגיה נוצרה עבור רשתות שצריכות לטפל הן בתעבורת נתונים מסורתית בעלת ביצועים גבוהים (כגון העברת קבצים) והן בתוכן בזמן אמת עם אחזור נמוך (כגון קול ווידאו). מודל ההתייחסות לכספומטים ממפה בערך את שלוש השכבות התחתונות של ISO-OSI: רשת, קישור נתונים ופיזי. כספומט הוא הפרוטוקול העיקרי המשמש על פני המעגלים SONET/SDH (רשת טלפון ציבורית) ו- Integrated Services Digital Network (ISDN).
מה זה?
מה המשמעות של כספומט עבור חיבור לרשת? היא מספקתפונקציונליות דומה למיתוג מעגלים ורשתות מיתוג מנות: הטכנולוגיה משתמשת בריבוי חלוקת זמן אסינכרוני ומקודדת נתונים למנות קטנות בגודל קבוע (מסגרות ISO-OSI) הנקראות תאים. זה שונה מגישות כמו פרוטוקול האינטרנט או Ethernet, המשתמשות במנות ובמסגרות בגדלים משתנים.
העקרונות הבסיסיים של טכנולוגיית הכספומט הם כדלקמן. הוא משתמש במודל מכוון חיבור שבו יש ליצור מעגל וירטואלי בין שתי נקודות קצה לפני שהתקשורת בפועל יכולה להתחיל. מעגלים וירטואליים אלו יכולים להיות "קבועים", כלומר חיבורים ייעודיים המוגדרים בדרך כלל מראש על ידי ספק השירות, או "ניתנים להחלפה", כלומר ניתנים להגדרה עבור כל שיחה.
מצב העברה אסינכונית (ATM מייצג אנגלית) ידוע כשיטת התקשורת המשמשת בכספומטים ובמסופי תשלום. עם זאת, שימוש זה הולך ופוחת. השימוש בטכנולוגיה בכספומטים הוחלף במידה רבה על ידי פרוטוקול האינטרנט (IP). בקישור ההתייחסות ISO-OSI (שכבה 2), התקני השידור הבסיסיים מכונים בדרך כלל פריימים. ב-ATM, יש להם אורך קבוע (53 אוקטטים או בתים) והם נקראים ספציפית "תאים".
גודל תא
כפי שצוין לעיל, פענוח כספומט הוא העברת נתונים אסינכרונית המתבצעת על ידי חלוקתם לתאים בגודל מסוים.
אם אות הדיבור מצטמצם למנות, והםנאלץ להישלח על קישור עם תעבורת נתונים כבדה, לא משנה מה הגודל שלהם, הם יתקלו במנות גדולות מלאות. בתנאי סרק רגילים, הם עלולים לחוות עיכובים מרביים. כדי למנוע בעיה זו, לכל מנות הכספומט או התאים יש אותו גודל קטן. בנוסף, מבנה התא הקבוע פירושו שניתן להעביר נתונים בקלות על ידי חומרה ללא העיכובים המובנים על ידי מסגרות מיתוג ומנותב של תוכנה.
לכן, מעצבי ATM השתמשו בתאי נתונים קטנים כדי להפחית ריצוד (במקרה זה, עיכוב פיזור) בריבוי של זרמי נתונים. זה חשוב במיוחד בעת העברת תעבורה קולית, שכן ההמרה של קול דיגיטאלי לאודיו אנלוגי היא חלק בלתי נפרד מתהליך בזמן אמת. זה עוזר לפעולת המפענח (קודק), הדורש זרם מבוזר אחיד (בזמן) של רכיבי נתונים. אם הבא בתור אינו זמין בעת הצורך, ל-Codec אין ברירה אלא להשהות. מאוחר יותר, המידע אובד מכיוון שכבר חלף פרק הזמן שבו היה צריך להמיר אותו לאות.
איך התפתח כספומט?
במהלך הפיתוח של ATM, ההיררכיה הדיגיטלית הסינכרונית של 155 Mbps (SDH) עם עומס של 135 Mbps נחשבה לרשת אופטית מהירה, ורבים מקישורי ההיררכיה הדיגיטלית Plesiochronous (PDH) ברשת היו איטיים יותר (לא יותר מ-45 Mbps / With). בְּבקצב הזה, חבילת נתונים טיפוסית בגודל מלא של 1500 בייט (12,000 סיביות) אמורה להוריד ב-77.42 מיקרו-שניות. בקישור במהירות נמוכה כמו קו T1 1.544 Mbps, לקח עד 7.8 מילישניות לשדר חבילה כזו.
עיכוב ההורדה שנגרם על ידי מספר מנות כאלה בתור יכול לעלות על המספר של 7.8 אלפיות השנייה בכמה פעמים. זה לא מקובל עבור תעבורת קול, שחייבת להיות ריצוד נמוך בזרם הנתונים המוזן לקודק כדי להפיק שמע באיכות טובה.
מערכת הקול של החבילות יכולה לעשות זאת בכמה דרכים, כגון שימוש במאגר השמעה בין הרשת ל-Codec. זה מחליק ריצוד, אבל ההשהיה המתרחשת בעת מעבר דרך המאגר דורש מבטל הד, אפילו ברשתות מקומיות. בזמנו זה נחשב ליקר מדי. בנוסף, זה הגביר את העיכוב בערוץ והקשה על התקשורת.
טכנולוגיית רשת ATM מספקת מטבעה ריצוד נמוך (והשהייה הכוללת הנמוכה ביותר) לתעבורה.
איך זה עוזר לחיבור לרשת?
עיצוב ATM מיועד לממשק רשת נמוך של ריצוד. עם זאת, "תאים" הוכנסו לעיצוב כדי לאפשר עיכובים קצרים בתור תוך תמיכה בתעבורת נתונים. טכנולוגיית ATM שברה את כל החבילות, הנתונים וזרמי הקול למקטעים של 48 בתים, והוסיפה לכל אחד כותרת ניתוב של 5 בתים כדי שניתן יהיה להרכיב אותם מחדש מאוחר יותר.
בחירת גודל זוהיה פוליטי, לא טכני. כאשר CCITT (כיום ITU-T) תקן כספומט, נציגי ארה ב רצו מטען של 64 בתים מכיוון שהוא נחשב לפשרה טובה בין כמויות גדולות של מידע מותאם להעברת נתונים לבין עומסים קצרים יותר המיועדים ליישומים בזמן אמת.. בתורם, מפתחים באירופה רצו חבילות של 32 בתים מכיוון שהגודל הקטן (ולכן זמן השידור הקצר) מקל על יישומי קול במונחים של ביטול הד.
גודל של 48 בתים (בתוספת גודל כותרת=53) נבחר כפשרה בין שני הצדדים. כותרות של 5 בתים נבחרו מכיוון ש-10% מהמטען נחשבו למחיר המקסימלי לתשלום עבור מידע ניתוב. טכנולוגיית ATM ריבית תאים של 53 בתים, מה שהפחית את השחיתות וההשהייה בנתונים עד פי 30, והפחית את הצורך במבטלי הד.
מבנה התא של ATM
ATM מגדיר שני פורמטים שונים של תאים: ממשק רשת משתמש (UNI) וממשק רשת (NNI). רוב קישורי רשת כספומט משתמשים ב-UNIs. המבנה של כל חבילה כזו מורכב מהאלמנטים הבאים:
- השדה של בקרת זרימה כללית (GFC) הוא שדה של 4 סיביות שהתווסף במקור כדי לתמוך בחיבור בין כספומט ברשת הציבורית. מבחינה טופולוגית, היא מיוצגת כטבעת DQDB (Distributed Queue Dual Bus). שדה GFC תוכנן כךלספק 4 סיביות של ממשק משתמש-רשת (UNI) כדי לנהל משא ומתן על ריבוי ובקרת זרימה בין תאים של חיבורי ATM שונים. עם זאת, השימוש והערכים המדויקים שלו לא תוקננו והשדה מוגדר תמיד ל-0000.
- VPI - מזהה נתיב וירטואלי (8 סיביות UNI או 12 סיביות NNI).
- VCI - מזהה ערוץ וירטואלי (16 סיביות).
- PT - סוג מטען (3 סיביות).
- MSB - תא בקרת רשת. אם הערך שלו הוא 0, נעשה שימוש בחבילת נתוני משתמש, ובמבנה שלה, 2 סיביות הם אינדיקציית גודש מפורשת (EFCI) ו-1 הוא חוויית גודש ברשת. בנוסף, 1 נוסף מוקצה למשתמש (AAU). הוא משמש את AAL5 לציון גבולות מנות.
- CLP - עדיפות לאובדן תאים (1 סיביות).
- HEC - בקרת שגיאות כותרת (CRC של 8 סיביות).
רשת ATM משתמשת בשדה PT כדי לייעד תאים מיוחדים שונים למטרות תפעול, ניהול וניהול (OAM), וכדי להגדיר גבולות מנות בשכבות התאמה מסוימות (AAL). אם ערך ה-MSB של שדה PT הוא 0, זהו תא נתוני משתמש ושתי הסיביות הנותרות משמשות לציון עומס ברשת וכסיבית כותרת כללית הזמינה לשכבות התאמה. אם ה-MSB הוא 1, זוהי חבילת בקרה ושתי הביטים הנותרים מציינים את סוגה.
כמה פרוטוקולים של ATM (שיטת העברת נתונים אסינכרונית) משתמשים בשדה HEC כדי לשלוט באלגוריתם מסגור מבוסס CRC שיכול למצואתאים ללא עלות נוספת. ה-CRC של 8 סיביות משמש לתיקון שגיאות כותרות של סיביות בודדות וזיהוי שגיאות מרובות סיביות. כאשר האחרונים נמצאים, התאים הנוכחיים והתאים הבאים נמחקים עד שיימצא תא ללא שגיאות כותרת.
חבילת UNI שומרת את שדה GFC לבקרת זרימה מקומית או ריבוי משנה בין משתמשים. זה נועד לאפשר למסופים מרובים לשתף חיבור רשת יחיד. הוא שימש גם כדי לאפשר לשני טלפונים משולבים שירות דיגיטלי (ISDN) לשתף את אותו חיבור ISDN בסיסי במהירות מסוימת. כל ארבעת סיביות ה-GFC חייבים להיות אפס כברירת מחדל.
פורמט התא NNI משכפל את פורמט UNI באופן זהה, פרט לכך ששדה ה-GFC של 4 סיביות מוקצה מחדש לשדה VPI, ומרחיב אותו ל-12 סיביות. אז חיבור NNI כספומט אחד יכול להתמודד עם כמעט 216 VCs בכל פעם.
תאים ושידור בפועל
מה המשמעות של כספומט בפועל? הוא תומך בסוגים שונים של שירותים באמצעות AAL. AALs סטנדרטיים כוללים AAL1, AAL2 ו-AAL5, כמו גם את הפחות נפוצים AAC3 ו-AAL4. הסוג הראשון משמש לשירותי קצב סיביות קבוע (CBR) והדמיית מעגלים. סנכרון נתמך גם ב-AAL1.
הסוג השני והרביעי משמשים עבור שירותי קצב סיביות משתנה (VBR), AAL5 עבור נתונים. המידע לגביו נעשה שימוש ב-AAL עבור תא נתון אינו מקודד בו. במקום זאת, זה מתואם או מותאםנקודות קצה לכל חיבור וירטואלי.
לאחר העיצוב הראשוני של הטכנולוגיה הזו, הרשתות הפכו למהירות הרבה יותר. מסגרת Ethernet באורך מלא של 1500 בייט (12,000 סיביות) לוקחת רק 1.2 מיקרון לשדר ברשת של 10 Gbps, מה שמפחית את הצורך בתאים קטנים כדי להפחית את זמן האחזור.
מהן החוזקות והחולשות של מערכת יחסים כזו?
היתרונות והחסרונות של טכנולוגיית רשת ATM הם כדלקמן. יש הסבורים שהגברת מהירות התקשורת תאפשר את החלפתה ב-Ethernet ברשת השדרה. עם זאת, יש לציין כי הגדלת המהירות כשלעצמה אינה מפחיתה ריצוד עקב עמידה בתור. בנוסף, החומרה ליישום התאמת שירות עבור מנות IP היא יקרה.
במקביל, בשל המטען הקבוע של 48 בתים, ATM אינו מתאים כקישור נתונים ישירות מתחת ל-IP, מכיוון ששכבת ה-OSI עליה פועלת ה-IP חייבת לספק יחידת שידור מקסימלית (MTU) של ב- לפחות 576 בתים.
בחיבורים איטיים יותר או צפופים יותר (622 Mbps ומטה), ATM הגיוני, ומסיבה זו רוב מערכות קו המנוי הדיגיטלי האסימטרי (ADSL) משתמשות בטכנולוגיה זו כשכבת ביניים בין שכבת הקישור הפיזית לפרוטוקול Layer 2 כגון PPP או Ethernet.
במהירויות נמוכות יותר אלו, ATM מספק את היכולת השימושית לשאת מספר לוגיקה במדיה פיזית או וירטואלית אחת, אם כי ישנן שיטות אחרות כגון רב-ערוציPPP ו-Ethernet VLANs, שהם אופציונליים ביישומי VDSL.
DSL יכול לשמש כדרך לגישה לרשת הכספומטים, מה שמאפשר לך להתחבר לספקי אינטרנט רבים דרך רשת כספומטים בפס רחב.
לכן, החסרונות של הטכנולוגיה הם שהיא מאבדת את האפקטיביות שלה בחיבורים מודרניים במהירות גבוהה. היתרון של רשת כזו הוא בכך שהיא מגדילה משמעותית את רוחב הפס, שכן היא מספקת חיבור ישיר בין התקנים היקפיים שונים.
בנוסף, עם חיבור פיזי אחד באמצעות כספומט, מספר מעגלים וירטואליים שונים עם מאפיינים שונים יכולים לפעול בו-זמנית.
טכנולוגיה זו משתמשת בכלי ניהול תעבורה חזקים למדי שממשיכים להתפתח בזמן הנוכחי. זה מאפשר להעביר נתונים מסוגים שונים בו-זמנית, גם אם יש להם דרישות שונות לחלוטין לשליחתם וקבלהם. לדוגמה, אתה יכול ליצור תנועה באמצעות פרוטוקולים שונים באותו ערוץ.
יסודות של מעגלים וירטואליים
Asynchonous Transfer Mode (ראשי תיבות של ATM) פועל כשכבת תחבורה מבוססת קישור באמצעות מעגלים וירטואליים (VCs). זה קשור לתפיסה של נתיבים וירטואליים (VP) וערוצים. לכל תא ATM יש 8-bit או 12-bit Virtual Path Identifier (VPI) ומזהה 16-bit Virtual Circuit Identifier (VCI),מוגדר בכותרת שלו.
VCI, יחד עם VPI, משמשים לזיהוי היעד הבא של חבילה כשהיא עוברת דרך סדרה של מתגי כספומט בדרכה ליעדה. אורך ה-VPI משתנה בהתאם אם התא נשלח דרך ממשק המשתמש או ממשק הרשת.
כאשר מנות אלו עוברות דרך רשת הכספומט, המעבר מתרחש על ידי שינוי ערכי VPI/VCI (החלפת תגים). למרות שהם לא בהכרח תואמים את קצוות החיבור, הרעיון של הסכמה הוא רציף (בניגוד ל-IP, שבו כל חבילה יכולה להגיע ליעדה במסלול אחר). מתגי ATM משתמשים בשדות VPI/VCI כדי לזהות את המעגל הווירטואלי (VCL) של הרשת הבאה שתא חייב לעבור בדרכו ליעד הסופי שלו. הפונקציה של ה-VCI דומה לזו של מזהה קישור חיבור נתונים (DLCI) בממסר המסגרת ומספר קבוצת הערוצים הלוגי ב-X.25.
יתרון נוסף בשימוש במעגלים וירטואליים הוא שניתן להשתמש בהם כשכבת ריבוי, המאפשרת שימוש בשירותים שונים (כגון ממסר קול ומסגרות). VPI שימושי להפחתת טבלת המיתוג של כמה מעגלים וירטואליים שחולקים נתיבים.
שימוש בתאים ומעגלים וירטואליים לארגון תנועה
טכנולוגיית ATM כוללת תנועת תנועה נוספת. כאשר המעגל מוגדר, כל מתג במעגל מקבל מידע על מחלקת החיבור.
חוזי תעבורה של כספומט הם חלק מהמנגנוןמתן "איכות שירות" (QoS). ישנם ארבעה סוגים עיקריים (ומספר גרסאות), שלכל אחד מהם יש סט פרמטרים המתארים את החיבור:
- CBR - קצב נתונים קבוע. קצב שיא שצוין (PCR) קבוע.
- VBR - קצב נתונים משתנה. ערך ממוצע או מצב יציב (SCR) שצוין, שיכול להגיע לשיא ברמה מסוימת, עבור המרווח המרבי לפני שהבעיות מתרחשות.
- ABR - קצב נתונים זמין. צוין ערך מינימלי מובטח.
- UBR - קצב נתונים לא מוגדר. התנועה מפוזרת על פני רוחב הפס הנותר.
VBR יש אפשרויות בזמן אמת, ובמצבים אחרים משמש לתעבורה "מצבית". זמן שגוי מתקצר לפעמים ל-vbr-nrt.
רוב מחלקות התנועה משתמשות גם במושג של Variation Cell Tolerance (CDVT), המגדיר את ה"צבירה" שלהם לאורך זמן.
בקרת שידור נתונים
מה המשמעות של כספומט בהתחשב באמור לעיל? כדי לשמור על ביצועי הרשת, ניתן להחיל כללי תעבורה ברשת וירטואלית כדי להגביל את כמות הנתונים המועברים בנקודות הכניסה לחיבור.
מודל הייחוס שאושר עבור UPC ו-NPC הוא אלגוריתם קצב התא הגנרי (GCRA). ככלל, תעבורת VBR נשלטת בדרך כלל באמצעות בקר, בניגוד לסוגים אחרים.
אם כמות הנתונים עולה על התעבורה שהוגדרה על ידי GCRA, הרשת יכולה לאפסתאים, או סמן את סיביות אובדן תאים (CLP) (כדי לזהות את החבילה כפוטנציאלית מיותרת). עבודת האבטחה העיקרית מבוססת על ניטור רציף, אבל זה לא אופטימלי עבור תעבורת מנות מובלעת (מכיוון שהורדת יחידה אחת תבטל את כל החבילה). כתוצאה מכך, נוצרו סכימות כגון Partial Packet Discard (PPD) ו-Early Packet Discard (EPD) שמסוגלות להשליך סדרה שלמה של תאים עד לתחילת החבילה הבאה. זה מפחית את מספר פיסות המידע חסרות התועלת ברשת וחוסך רוחב פס עבור מנות שלמות.
EPD ו-PPD עובדים עם חיבורי AAL5 מכיוון שהם משתמשים בסוף סמן החבילות: ביט ATM User Interface Indication (AUU) בשדה Payload Type של הכותרת, המוגדר בתא האחרון של ה-SAR -SDU.
Traffic Shaping
את היסודות של טכנולוגיית הכספומט בחלק זה ניתן לייצג באופן הבא. עיצוב תנועה מתרחש בדרך כלל בכרטיס ממשק רשת (NIC) בציוד המשתמש. זה מנסה להבטיח שזרימת התא ב-VC תתאים לחוזה התעבורה שלו, כלומר היחידות לא יופלו או יופחתו בעדיפות ב-UNI. מכיוון שמודל הייחוס שניתן לניהול תעבורה ברשת הוא GCRA, אלגוריתם זה משמש בדרך כלל גם לעיצוב וניתוב נתונים.
סוגי מעגלים ומסלולים וירטואליים
טכנולוגיית ATM יכולה ליצור מעגלים ומסלולים וירטואליים כמוסטטית וגם דינמית. מעגלים סטטיים (STS) או נתיבים (PVP) דורשים שהמעגל מורכב מסדרה של מקטעים, אחד עבור כל זוג ממשקים שהוא עובר דרכם.
PVP ו-PVC, למרות שהם פשוטים מבחינה רעיונית, דורשים מאמץ ניכר ברשתות גדולות. הם גם לא תומכים בניתוב מחדש של שירות במקרה של כשל. לעומת זאת, SPVPs ו-SPVCs הבנויים באופן דינמי נבנים על ידי ציון המאפיינים של סכימה ("חוזה שירות") ושתי נקודות קצה.
לבסוף, רשתות כספומט יוצרות ומוחקות מעגלים וירטואליים ממוגנים (SVCs) כנדרש על ידי הציוד הסופי. יישום אחד עבור SVCs הוא לבצע שיחות טלפון בודדות כאשר רשת של מתגים מחוברת באמצעות כספומט. נעשה שימוש גם במכשירי SVC בניסיון להחליף רשתות LAN בכספומט.
תכנית ניתוב וירטואלית
רוב רשתות הכספומטים התומכות ב-SPVP, SPVC ו-SVC משתמשות בממשק Private Network Node או בפרוטוקול Private Network-to-Network Interface (PNNI). PNNI משתמש באותו אלגוריתם הנתיב הקצר ביותר המשמש את OSPF ו-IS-IS כדי לנתב מנות IP להחלפת מידע טופולוגיה בין מתגים ובחירת מסלול דרך הרשת. PNNI כולל גם מנגנון סיכום רב עוצמה המאפשר יצירת רשתות גדולות מאוד, וכן אלגוריתם בקרת גישה לשיחות (CAC) הקובע את הזמינות של רוחב פס מספיק לאורך המסלול המוצע דרך הרשת כדי לעמוד בדרישות השירות של VC. או סמנכ ל
מקבל ומתחבר לשיחות
הרשת חייבת ליצור חיבור לפני ששני הצדדים יוכלו לשלוח תאים זה לזה. ב-ATM, זה נקרא מעגל וירטואלי (VC). זה יכול להיות מעגל וירטואלי קבוע (PVC) שנוצר באופן אדמיניסטרטיבי בנקודות הקצה, או מעגל וירטואלי מיתוג (SVC) שנוצר לפי הצורך על ידי הצדדים המשדרים. היצירה של SVC נשלטת על ידי איתות, שבו המבקש מציין את הכתובת של הצד המקבל, את סוג השירות המבוקש וכל פרמטרי תעבורה שעשויים להתאים לשירות הנבחר. לאחר מכן, הרשת תאשר שהמשאבים המבוקשים זמינים ושקיים מסלול לחיבור.
טכנולוגיית ATM מגדירה את שלוש הרמות הבאות:
- התאמות לכספומט (AAL);
- 2 כספומט, שווה בערך לשכבת קישור הנתונים של OSI;
- מקבילה פיזית לאותה שכבת OSI.
פריסה והפצה
טכנולוגיית ATM הפכה פופולרית בקרב חברות טלפון ויצרניות מחשבים רבות בשנות ה-90. עם זאת, אפילו עד סוף העשור הזה, המחיר והביצועים הטובים ביותר של מוצרי פרוטוקול האינטרנט החלו להתחרות ב-ATM על אינטגרציה בזמן אמת ותעבורת רשת מנות.
חברות מסוימות עדיין מתמקדות במוצרי כספומטים כיום, בעוד שאחרות מספקות אותם כאופציה.
טכנולוגיה ניידת
טכנולוגיה אלחוטית מורכבת מרשת ליבה של כספומט עם רשת גישה אלחוטית. תאים כאן מועברים מתחנות בסיס למסופים ניידים. פונקציותהניידות מתבצעות על מתג ATM ברשת הליבה, המכונה "מוצלב", המקביל ל-MSC (Mobile Switching Center) של רשתות GSM. היתרון של תקשורת אלחוטית כספומט הוא התפוקה הגבוהה וקצב המסירה הגבוה המבוצע בשכבה 2.
בתחילת שנות ה-90, כמה מעבדות מחקר היו פעילות באזור זה. פורום ATM נוצר כדי לתקן את טכנולוגיית הרשת האלחוטית. הוא נתמך על ידי מספר חברות תקשורת, כולל NEC, Fujitsu ו-AT&T. טכנולוגיית ATM לנייד שואפת לספק טכנולוגיות תקשורת מולטימדיה במהירות גבוהה המסוגלות לספק פס רחב נייד מעבר לרשתות GSM ו-WLAN.
