ATM-tegnologie is 'n telekommunikasie-konsep wat deur internasionale standaarde gedefinieer word om die volle reeks gebruikersverkeer te dra, insluitend stem-, data- en videoseine. Dit is ontwikkel om aan die behoeftes van 'n digitale netwerk van breëbanddienste te voldoen en is oorspronklik ontwerp vir die integrasie van telekommunikasienetwerke. Die ATM-afkorting staan vir Asynchonous Transfer Mode en word in Russies vertaal as "asynchronous data transfer".
Die tegnologie is geskep vir netwerke wat beide tradisionele hoëprestasie-dataverkeer (soos lêeroordrag) en lae-latency intydse inhoud (soos stem en video) moet hanteer. Die verwysingsmodel vir OTM kaarte rofweg na die drie onderste lae van ISO-OSI: netwerk, dataskakel en fisies. OTM is die primêre protokol wat oor die SONET/SDH- (publieke geskakelde telefoonnetwerk) en Integrated Services Digital Network (ISDN) stroombane gebruik word.
Wat is dit?
Wat beteken OTM vir 'n netwerkverbinding? Sy voorsienfunksionaliteit soortgelyk aan kringskakeling en pakkie-geskakelde netwerke: die tegnologie gebruik asynchrone tydverdelingsmultipleksing en kodeer data in klein vaste grootte pakkies (ISO-OSI rame) genoem selle. Dit verskil van benaderings soos die internetprotokol of Ethernet, wat pakkies en rame van veranderlike grootte gebruik.
Die basiese beginsels van OTM-tegnologie is soos volg. Dit gebruik 'n verbinding-georiënteerde model waarin 'n virtuele stroombaan tussen twee eindpunte gevestig moet word voordat die werklike kommunikasie kan begin. Hierdie virtuele stroombane kan "permanent" wees, dit wil sê, toegewyde verbindings wat gewoonlik vooraf deur die diensverskaffer gekonfigureer is, of "skakelbaar", dit wil sê, konfigureerbaar vir elke oproep.
Asynchonous Transfer Mode (ATM staan vir Engels) staan bekend as die kommunikasiemetode wat in OTM'e en beta alterminale gebruik word. Hierdie gebruik neem egter geleidelik af. Die gebruik van tegnologie in OTM'e is grootliks vervang deur die Internet Protocol (IP). In die ISO-OSI verwysingsskakel (Laag 2) word die onderliggende transmissietoestelle algemeen na verwys as rame. In OTM het hulle 'n vaste lengte (53 oktette of grepe) en word spesifiek "selle" genoem.
Selgrootte
Soos hierbo genoem, is OTM-dekripsie 'n asynchrone data-oordrag wat uitgevoer word deur hulle in selle van 'n sekere grootte te verdeel.
As die spraaksein tot pakkies verminder word, en hullegedwing om gestuur te word op 'n skakel met swaar dataverkeer, maak nie saak wat hul grootte is nie, hulle sal groot volskaalse pakkies teëkom. Onder normale ledige toestande kan hulle maksimum vertragings ervaar. Om hierdie probleem te vermy, het alle OTM-pakkies of selle dieselfde klein grootte. Daarbenewens beteken die vaste selstruktuur dat data maklik deur hardeware oorgedra kan word sonder die inherente vertragings wat deur sagteware-geskakelde en gerouteerde rame ingestel word.
OTM-ontwerpers het dus klein dataselle gebruik om jitter (in hierdie geval, vertraag verspreiding) in die multipleksing van datastrome te verminder. Dit is veral belangrik wanneer stemverkeer gedra word, aangesien die omskakeling van gedigitaliseerde stem na analoog oudio 'n integrale deel van die intydse proses is. Dit help die werking van die dekodeerder (kodek), wat 'n eenvormig verspreide (in tyd) stroom data-elemente vereis. As die volgende in lyn nie beskikbaar is wanneer dit nodig is nie, het die kodek geen ander keuse as om te breek nie. Later gaan die inligting verlore omdat die tydperk wanneer dit in 'n sein omgeskakel moes gewees het, reeds verby is.
Hoe het OTM ontwikkel?
Tydens die ontwikkeling van OTM is die 155 Mbps Sinchronous Digital Hiërargie (SDH) met 135 Mbps loonvrag as 'n vinnige optiese netwerk beskou, en baie van die Plesiochronous Digital Hiërargie (PDH) skakels in die netwerk was aansienlik stadiger (nee meer as 45 Mbps / Met). ByTeen hierdie tempo behoort 'n tipiese volgrootte 1500-grepe (12 000-bis) datapakkie teen 77,42 mikrosekondes afgelaai te word. Op 'n laespoedskakel soos 'n T1 1,544 Mbps-lyn het dit tot 7,8 millisekondes geneem om so 'n pakkie te versend.
Die aflaaivertraging wat veroorsaak word deur verskeie sulke pakkies in die tou kan die getal van 7.8 ms met 'n paar keer oorskry. Dit is onaanvaarbaar vir stemverkeer, wat lae jitter moet hê in die datastroom wat in die kodek gevoer word om goeie kwaliteit oudio te produseer.
Die pakkiestemstelsel kan dit op verskeie maniere doen, soos om 'n terugspeelbuffer tussen die netwerk en die kodek te gebruik. Dit maak jitter glad, maar die vertraging wat plaasvind wanneer dit deur die buffer gaan, vereis 'n eggo-kanselleerder, selfs op plaaslike netwerke. Dit is destyds as te duur beskou. Boonop het dit die vertraging op die kanaal vergroot en kommunikasie bemoeilik.
ATM-netwerktegnologie verskaf inherent lae jitter (en die laagste algehele vertraging) vir verkeer.
Hoe help dit met netwerkverbinding?
ATM-ontwerp is vir lae jitter-netwerkkoppelvlak. "Selle" is egter in die ontwerp ingebring om kort touvertragings toe te laat terwyl dit steeds datagramverkeer ondersteun. OTM-tegnologie het alle pakkies, data en stemstrome in 48-grepe-fragmente opgebreek en 'n 5-grepe-roetekopskrif by elkeen gevoeg sodat hulle later weer saamgestel kon word.
Hierdie keuse van groottewas polities, nie tegnies nie. Toe CCITT (tans ITU-T) OTM gestandaardiseer het, wou die Amerikaanse verteenwoordigers 'n 64-grepe loonvrag hê, aangesien dit beskou is as 'n goeie kompromie tussen groot hoeveelhede inligting wat geoptimaliseer is vir data-oordrag en korter loonvragte wat ontwerp is vir intydse toepassings.. Op hul beurt wou ontwikkelaars in Europa 32-grepe pakkies hê omdat die klein grootte (en dus kort transmissietyd) dit makliker maak vir stemtoepassings in terme van eggo-kansellasie.
Die grootte van 48 grepe (plus kopgrootte=53) is gekies as 'n kompromie tussen die twee partye. 5-grepe-opskrifte is gekies omdat 10% van die loonvrag beskou is as die maksimum prys om vir roete-inligting te betaal. OTM-tegnologie het 53-grepe-selle vermenigvuldig, wat datakorrupsie en latensie met tot 30 keer verminder het, wat die behoefte aan eggo-kanselleerders verminder het.
ATM-selstruktuur
ATM definieer twee verskillende selformate: gebruikersnetwerkkoppelvlak (UNI) en netwerkkoppelvlak (NNI). Die meeste OTM-netwerkskakels gebruik UNI's. Die struktuur van elke so 'n pakket bestaan uit die volgende elemente:
- Die Generic Flow Control (GFC)-veld is 'n 4-bis-veld wat oorspronklik bygevoeg is om OTM-interkonneksie in die publieke netwerk te ondersteun. Topologies word dit voorgestel as 'n DQDB-ring (Distributed Queue Dual Bus). Die GFC-veld is so ontwerp datom 4 bisse gebruikersnetwerkkoppelvlak (UNI) te verskaf om multipleksing en vloeibeheer tussen selle van verskillende OTM-verbindings te onderhandel. Die gebruik en presiese waardes daarvan is egter nie gestandaardiseer nie en die veld is altyd op 0000 gestel.
- VPI - virtuele pad-identifiseerder (8-bis UNI of 12-bis NNI).
- VCI - virtuele kanaal identifiseerder (16 bisse).
- PT - loonvragtipe (3 bisse).
- MSB - netwerkbeheersel. As sy waarde 0 is, word 'n gebruikersdatapakket gebruik, en in sy struktuur is 2 bisse eksplisiete opeenhopingsaanwysing (EFCI) en 1 is netwerkopeenhopingservaring. Daarbenewens word nog 1 bietjie vir die gebruiker (AAU) toegeken. Dit word deur AAL5 gebruik om pakketgrense aan te dui.
- CLP - selverliesprioriteit (1 bis).
- HEC - kopfoutbeheer (8-bis CRC).
Die OTM-netwerk gebruik die PT-veld om verskeie spesiale selle vir bedrywighede, administrasie en bestuur (OAM) doeleindes aan te wys, en om pakketgrense in sommige aanpassingslae (AAL'e) te definieer. As die MSB-waarde van die PT-veld 0 is, is dit 'n gebruikerdatasel en die oorblywende twee bisse word gebruik om netwerkopeenhoping aan te dui en as 'n algemene doelkopbis beskikbaar vir aanpassingslae. As die MSB 1 is, is dit 'n beheerpakkie en die oorblywende twee bisse dui die tipe aan.
Sommige OTM (Asynchronous Data Transfer Method)-protokolle gebruik die HEC-veld om 'n CRC-gebaseerde raamalgoritme te beheer wat kan vindselle teen geen bykomende koste nie. Die 8-bis CRC word gebruik om enkel-bis kop foute reg te stel en multi-bis op te spoor. Wanneer laasgenoemde gevind word, word die huidige en daaropvolgende selle weggegooi totdat 'n sel gevind word sonder kopfoute.
Die UNI-pakket behou die GFC-veld vir plaaslike vloeibeheer of sub-multipleksing tussen gebruikers. Dit was bedoel om verskeie terminale toe te laat om 'n enkele netwerkverbinding te deel. Dit is ook gebruik om twee geïntegreerde diens digitale netwerk (ISDN) fone in staat te stel om dieselfde basiese ISDN verbinding teen 'n sekere spoed te deel. Al vier GFC-bisse moet by verstek nul wees.
Die NNI-selformaat repliseer die UNI-formaat op baie dieselfde manier, behalwe dat die 4-bis GFC-veld hertoegewys word na die VPI-veld, wat dit na 12 bisse uitbrei. Dus kan een NNI OTM-verbinding byna 216 VC'e elke keer hanteer.
Selle en transmissie in praktyk
Wat beteken OTM in die praktyk? Dit ondersteun verskeie soorte dienste deur AAL. Gestandaardiseerde AAL'e sluit in AAL1, AAL2 en AAL5, sowel as die minder algemeen gebruikte AAC3 en AAL4. Die eerste tipe word gebruik vir konstante bitsnelheid (CBR) dienste en kringemulasie. Sinchronisasie word ook in AAL1 ondersteun.
Die tweede en vierde tipes word gebruik vir veranderlike bistempo (VBR) dienste, AAL5 vir data. Die inligting waaroor AAL vir 'n gegewe sel gebruik word, word nie daarin geënkodeer nie. In plaas daarvan word dit gekoördineer of aangepaseindpunte vir elke virtuele verbinding.
Ná die aanvanklike ontwerp van hierdie tegnologie het netwerke baie vinniger geword. 'n 1500-grepe (12000 bis) vollengte Ethernet-raam neem slegs 1,2 µs om op 'n 10 Gbps-netwerk te versend, wat die behoefte aan klein selle verminder om latensie te verminder.
Wat is die sterk- en swakpunte van so 'n verhouding?
Die voordele en nadele van OTM-netwerktegnologie is soos volg. Sommige glo dat die verhoging van die spoed van kommunikasie dit sal toelaat om vervang te word deur Ethernet in die ruggraatnetwerk. Daar moet egter op gelet word dat die verhoging van die spoed op sigself nie jitter as gevolg van toue verminder nie. Daarbenewens is die hardeware om diensaanpassing vir IP-pakkies te implementeer duur.
Terselfdertyd, as gevolg van die vaste loonvrag van 48 grepe, is OTM nie geskik as 'n dataskakel direk onder IP nie, aangesien die OSI-laag waarop IP werk, 'n maksimum transmissie-eenheid (MTU) van by moet verskaf ten minste 576 grepe.
Op stadiger of oorbelaste verbindings (622 Mbps en minder), maak OTM sin, en om hierdie rede gebruik die meeste asimmetriese digitale intekenaarlyn (ADSL)-stelsels hierdie tegnologie as 'n tussenlaag tussen die fisiese skakellaag en Laag 2-protokol soos PPP of Ethernet.
Teen hierdie laer snelhede bied OTM die nuttige vermoë om veelvuldige logika op 'n enkele fisiese of virtuele media te dra, alhoewel daar ander metodes soos multi-kanaal isPPP- en Ethernet-VLAN's, wat opsioneel is in VDSL-implementerings.
DSL kan gebruik word as 'n manier om toegang tot die OTM-netwerk te verkry, wat jou in staat stel om aan baie ISP's te koppel deur 'n breëband OTM-netwerk.
Die nadele van die tegnologie is dus dat dit sy doeltreffendheid in moderne hoëspoedverbindings verloor. Die voordeel van so 'n netwerk is dat dit die bandwydte aansienlik verhoog, aangesien dit 'n direkte verbinding tussen verskeie randtoestelle verskaf.
Daarbenewens, met een fisiese verbinding wat OTM gebruik, kan verskeie verskillende virtuele stroombane met verskillende kenmerke gelyktydig werk.
Hierdie tegnologie gebruik nogal kragtige verkeersbestuurnutsmiddels wat tans aanhou ontwikkel. Dit maak dit moontlik om data van verskillende tipes op dieselfde tyd te versend, selfs al het hulle heeltemal verskillende vereistes vir die stuur en ontvang daarvan. Jy kan byvoorbeeld verkeer skep deur verskillende protokolle op dieselfde kanaal te gebruik.
Grondbeginsels van virtuele stroombane
Asynchonous Transfer Mode (afkorting vir OTM) werk as 'n skakelgebaseerde vervoerlaag deur virtuele stroombane (VC's) te gebruik. Dit hou verband met die konsep van virtuele paaie (VP) en kanale. Elke OTM-sel het 'n 8-bis of 12-bis Virtual Path Identifier (VPI) en 'n 16-bis Virtual Circuit Identifier (VCI),gedefinieer in sy kopskrif.
VCI, saam met VPI, word gebruik om die volgende bestemming van 'n pakkie te identifiseer terwyl dit deur 'n reeks OTM-skakelaars beweeg op pad na sy bestemming. Die lengte van die VPI wissel na gelang van of die sel oor die gebruikerskoppelvlak of die netwerkkoppelvlak gestuur word.
Namate hierdie pakkies deur die OTM-netwerk beweeg, vind oorskakeling plaas deur die VPI/VCI-waardes te verander (vervang etikette). Alhoewel dit nie noodwendig ooreenstem met die punte van die verbinding nie, is die konsep van die skema opeenvolgend (anders as IP, waar enige pakkie sy bestemming met 'n ander roete kan bereik). OTM-skakelaars gebruik die VPI/VCI-velde om die virtuele stroombaan (VCL) van die volgende netwerk te identifiseer wat 'n sel moet vervoer op pad na sy eindbestemming. Die funksie van die VCI is soortgelyk aan dié van die Data Link Connection Identifier (DLCI) in die raamaflos en die logiese kanaalgroepnommer in X.25.
Nog 'n voordeel van die gebruik van virtuele stroombane is dat hulle as 'n multipleksinglaag gebruik kan word, sodat verskillende dienste (soos stem- en raamaflos) gebruik kan word. VPI is nuttig vir die vermindering van die skakeltabel van sommige virtuele stroombane wat paaie deel.
Gebruik selle en virtuele stroombane om verkeer te organiseer
ATM-tegnologie sluit bykomende verkeersbeweging in. Wanneer die stroombaan gekonfigureer is, word elke skakelaar in die stroombaan ingelig oor die verbindingklas.
OTM-verkeerkontrakte is deel van die meganismedie verskaffing van "kwaliteit van diens" (QoS). Daar is vier hooftipes (en verskeie variante), wat elk 'n stel parameters het wat die verbinding beskryf:
- CBR - konstante datatempo. Gespesifiseerde piekkoers (PCR) wat vas is.
- VBR - veranderlike datatempo. Gespesifiseerde gemiddelde of bestendige toestandwaarde (SCR), wat op 'n sekere vlak 'n hoogtepunt kan bereik, vir die maksimum interval voordat probleme voorkom.
- ABR – beskikbare datakoers. Minimum gewaarborgde waarde gespesifiseer.
- UBR - ongedefinieerde datatempo. Verkeer word oor die oorblywende bandwydte versprei.
VBR het intydse opsies, en word in ander modusse gebruik vir "situasionele" verkeer. Verkeerde tyd word soms verkort na vbr-nrt.
Die meeste verkeersklasse gebruik ook die konsep van Cell Tolerance Variation (CDVT), wat hul "aggregasie" oor tyd definieer.
Data-oordragbeheer
Wat beteken OTM gegewe bogenoemde? Om netwerkwerkverrigting te handhaaf, kan virtuele netwerkverkeerreëls toegepas word om die hoeveelheid data wat by verbindingingangspunte oorgedra word, te beperk.
Die verwysingsmodel wat vir UPC en NPC bekragtig is, is die Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). As 'n reël word VBR-verkeer gewoonlik met 'n beheerder beheer, anders as ander tipes.
As die hoeveelheid data die verkeer oorskry wat deur GCRA gedefinieer is, kan die netwerk óf terugstelselle, of vlag die Cell Loss Priority (CLP)-bis (om die pakkie as potensieel oortollig te identifiseer). Die hoofsekuriteitswerk is gebaseer op opeenvolgende monitering, maar dit is nie optimaal vir ingekapselde pakkieverkeer nie (omdat die weglating van een eenheid die hele pakkie ongeldig sal maak). Gevolglik is skemas soos Gedeeltelike Pakketweggooi (PPD) en Early Packet Discard (EPD) geskep wat in staat is om 'n hele reeks selle weg te gooi totdat die volgende pakkie begin. Dit verminder die aantal nuttelose stukke inligting op die netwerk en spaar bandwydte vir volledige pakkies.
EPD en PPD werk met AAL5-verbindings omdat hulle die einde van die pakkiemerker gebruik: die ATM User Interface Indication (AUU)-bis in die Payload Type-veld van die kopskrif, wat in die laaste sel van die SAR gestel is -SDU.
Traffic Shaping
Die basiese beginsels van OTM-tegnologie in hierdie deel kan soos volg voorgestel word. Verkeersvorming vind tipies plaas by 'n netwerkkoppelvlakkaart (NIC) in die gebruikertoerusting. Hiermee word gepoog om te verseker dat die selvloei op die VC sal ooreenstem met sy verkeerskontrak, d.w.s. die eenhede sal nie gedaal of verminder word in prioriteit by die UNI nie. Aangesien die verwysingsmodel wat vir verkeersbestuur in die netwerk gegee word GCRA is, word hierdie algoritme ook algemeen gebruik vir die vorming en roetering van data.
Tipes virtuele stroombane en paaie
ATM-tegnologie kan virtuele stroombane en paaie skep asstaties sowel as dinamies. Statiese stroombane (STS) of paaie (PVP) vereis dat die stroombaan uit 'n reeks segmente bestaan, een vir elke paar koppelvlakke waardeur dit gaan.
PVP en PVC, hoewel konseptueel eenvoudig, verg aansienlike inspanning in groot netwerke. Hulle ondersteun ook nie diensherleiding in geval van mislukking nie. Daarteenoor word dinamies geboude SPVP's en SPVC's gebou deur die kenmerke van 'n skema ('n diens-"kontrak") en twee eindpunte te spesifiseer.
Uiteindelik skep en vee OTM-netwerke geskakelde virtuele stroombane (SVC's) uit soos vereis deur die eindstuk toerusting. Een toepassing vir SVC's is om individuele telefoonoproepe te voer wanneer 'n netwerk van skakelaars met mekaar verbind is via OTM. SVC's is ook gebruik in 'n poging om OTM-LAN's te vervang.
Virtuele roeteringskema
Die meeste OTM-netwerke wat SPVP, SPVC en SVC ondersteun, gebruik die Private Network Node-koppelvlak of die Private Network-to-Network Interface (PNNI) protokol. PNNI gebruik dieselfde kortste pad-algoritme wat deur OSPF en IS-IS gebruik word om IP-pakkies te stuur vir die uitruil van topologie-inligting tussen skakelaars en roetekeuse deur die netwerk. PNNI sluit ook 'n kragtige opsommingsmeganisme in wat die skepping van baie groot netwerke moontlik maak, sowel as 'n oproeptoegangsbeheer (CAC) algoritme wat die beskikbaarheid van voldoende bandwydte langs 'n voorgestelde roete deur die netwerk bepaal om aan die diensvereistes van 'n VC te voldoen of VP.
Ontvang en koppel aanoproepe
Die netwerk moet 'n verbinding vestig voordat beide kante selle na mekaar kan stuur. In OTM word dit 'n virtuele stroombaan (VC) genoem. Dit kan 'n permanente virtuele stroombaan (PVC) wees wat administratief by die eindpunte geskep word, of 'n omgeskakelde virtuele stroombaan (SVC) wat geskep word soos benodig deur die oordraende partye. Die skepping van 'n SVC word beheer deur sein, waarin die versoeker die adres van die ontvangende party spesifiseer, die tipe diens wat versoek word, en enige verkeersparameters wat van toepassing kan wees op die geselekteerde diens. Die netwerk sal dan bevestig dat die gevraagde hulpbronne beskikbaar is en dat 'n roete vir die verbinding bestaan.
ATM-tegnologie definieer die volgende drie vlakke:
- ATM-aanpassings (AAL);
- 2 OTM, ongeveer gelykstaande aan OSI-dataskakellaag;
- fisiese ekwivalent aan dieselfde OSI-laag.
Ontplooiing en verspreiding
ATM-tegnologie het in die 1990's gewild geword onder telefoonmaatskappye en baie rekenaarvervaardigers. Selfs teen die einde van hierdie dekade het die beste prys en werkverrigting van internetprotokolprodukte egter begin meeding met OTM vir intydse integrasie en pakketnetwerkverkeer.
Sommige maatskappye fokus vandag steeds op OTM-produkte, terwyl ander dit as 'n opsie verskaf.
Mobiele Tegnologie
Draadlose tegnologie bestaan uit 'n OTM-kernnetwerk met 'n draadlose toegangsnetwerk. Selle hier word van basisstasies na mobiele terminale oorgedra. FunksiesMobiliteite word uitgevoer op 'n OTM-skakelaar in die kernnetwerk, bekend as "crossover", wat analoog is aan die MSC (Mobile Switching Centre) van GSM-netwerke. Die voordeel van draadlose OTM-kommunikasie is die hoë deurset en hoë oorhandigingstempo wat by laag 2 uitgevoer word.
In die vroeë 1990's was sommige navorsingslaboratoriums aktief in hierdie gebied. Die OTM-forum is geskep om draadlose netwerktegnologie te standaardiseer. Dit is gerugsteun deur verskeie telekommunikasiemaatskappye, insluitend NEC, Fujitsu en AT&T. OTM-mobiele tegnologie het ten doel om hoëspoed-multimediakommunikasietegnologieë te verskaf wat in staat is om mobiele breëband buite GSM- en WLAN-netwerke te verskaf.
