Асинхронный режим передачи - Asynchronous Transfer Mode

Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста помоги Улучши это или обсудите эти вопросы на страница обсуждения. (Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны) Эта статья включает в себя список общих Рекомендации, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшать эта статья введение более точные цитаты. (Апрель 2009 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) Эта статья тон или стиль могут не отражать энциклопедический тон используется в Википедии. См. Википедию руководство по написанию лучших статей для предложений. (Октябрь 2012 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

асинхронный режим передачи (Банкомат) это телекоммуникации стандарт, определенный ANSI и ITU (ранее CCITT) для цифровой передачи нескольких типов трафика, включая телефония (голос), данные, и видео сигналы в одной сети без использования отдельных оверлейных сетей.^[1][2] Банкомат был разработан для удовлетворения потребностей Широкополосная цифровая сеть с интегрированными услугами в соответствии с определением конца 1980-х годов,^[3] и предназначен для интеграции телекоммуникационных сетей. Он может обрабатывать как традиционный высокопроизводительный трафик данных, так и в реальном времени, низкая задержка контент, такой как голос и видео. Банкомат предоставляет функциональность, использующую функции коммутация цепи и коммутация пакетов сети. Оно использует асинхронный мультиплексирование с временным разделением,^[4][5] и кодирует данные в небольшие файлы фиксированного размера сетевые пакеты.

в Эталонная модель ISO-OSI уровень канала передачи данных (уровень 2), основные единицы передачи обычно называются кадры. В банкоматах эти фреймы фиксированные (53 октеты или же байты ) длина и специально названный клетки. Это отличается от таких подходов, как IP или Ethernet которые используют пакеты или кадры переменного размера. Банкомат использует ориентированный на соединение модель, в которой виртуальный канал должен быть установлен между двумя конечными точками до начала обмена данными.^[5] Эти виртуальные каналы могут быть либо постоянными, то есть выделенными соединениями, которые обычно предварительно настраиваются поставщиком услуг, либо коммутируемыми, то есть настраиваемыми для каждого вызова с использованием сигнализация и отключается при завершении вызова.

Эталонная модель сети ATM приблизительно соответствует трем нижним уровням модели OSI: физический слой, уровень канала передачи данных, и сетевой уровень.^[6] ATM - это основной протокол, используемый в SONET / SDH костяк телефонная сеть общего пользования (PSTN) и в Цифровая сеть с интегрированными услугами (ISDN), но была заменена на сети нового поколения на основе протокол Интернета (IP), в то время как беспроводные и мобильные банкоматы так и не смогли занять прочную позицию.

IBM Банкомат Turboways 155 PCI сетевая карта

Маркони ForeRunnerLE 25 АТМ PCI сетевая карта

Архитектура протокола

Если речевой сигнал сокращается до пакетов, и он вынужден совместно использовать ссылку с прерывистым трафиком данных (трафик с некоторыми большими пакетами данных), то независимо от того, насколько маленькими могут быть речевые пакеты, они всегда будут сталкиваться с полноразмерными пакетами данных. . При нормальных условиях постановки в очередь ячейки могут испытывать максимальные задержки постановки в очередь. Чтобы избежать этой проблемы, все пакеты ATM или «ячейки» имеют одинаковый небольшой размер. Кроме того, фиксированная структура ячеек означает, что ATM можно легко переключать аппаратно без задержек, присущих программным коммутируемым и маршрутизируемым кадрам.

Таким образом, разработчики банкоматов использовали небольшие ячейки данных, чтобы уменьшить дрожь (в данном случае дисперсия задержки) при мультиплексировании потоков данных. Снижение джиттера (а также сквозных задержек приема-передачи) особенно важно при передаче голосового трафика, потому что преобразование оцифрованного голоса в аналоговый аудиосигнал является неотъемлемой частью в реальном времени процесс, и чтобы сделать хорошую работу, декодер (кодек), которому для этого нужен равномерно распределенный (во времени) поток элементов данных. Если следующий элемент данных недоступен, когда он необходим, у кодека нет другого выбора, кроме как произвести молчание или предположение - а если данные запаздывают, они бесполезны, потому что период времени, когда он должен был быть преобразован в сигнал, уже прошло.

На момент проектирования банкомата 155 Мбит / с синхронная цифровая иерархия (SDH) с полезной нагрузкой 135 Мбит / с считался быстрым оптическим сетевым каналом, и многие плезиохронная цифровая иерархия (PDH) каналы в цифровой сети были значительно медленнее: от 1,544 до 45 Мбит / с в США и от 2 до 34 Мбит / с в Европе.

На скорости 155 Мбит / с типичный полноразмерный пакет данных 1500 байтов (12000 бит), достаточный для содержания максимум размер IP-пакет за Ethernet, займет 77,42 мкс передавать. В более низкоскоростном канале, например 1,544 Мбит / с Линия T1, тот же пакет займет до 7,8 миллисекунд.

А задержка в очереди вызванные несколькими такими пакетами данных, могут в несколько раз превышать цифру в 7,8 мс, в дополнение к любой задержке генерации пакета в более коротком речевом пакете. Это считалось неприемлемым для речевого трафика, который должен иметь низкий уровень джиттера в потоке данных, подаваемом в кодек, если он должен обеспечивать звук хорошего качества. Пакетная голосовая система может создавать этот низкий джиттер несколькими способами:

• Использование буфера воспроизведения между сетью и кодеком, достаточно большого, чтобы обработать кодеком почти весь джиттер в данных. Это позволяет сгладить джиттер, но задержка, вносимая прохождением через буфер, требует эхоподавители даже в локальных сетях; в то время это считалось слишком дорогим. Кроме того, это увеличило задержку по каналу и затруднило разговор по каналам с высокой задержкой.
• Использование системы, которая по своей сути обеспечивает низкий уровень джиттера (и минимальную общую задержку) для трафика, который в нем нуждается.
• Работа с пользователем 1: 1 (т. Е. Выделенный канал).

Дизайн ATM был нацелен на сетевой интерфейс с низким уровнем джиттера. Однако в конструкцию были введены «ячейки», чтобы обеспечить короткие задержки в очереди, продолжая поддерживать дейтаграмма трафик. ATM разбил все пакеты, данные и голосовые потоки на 48-байтовые блоки, добавив к каждому 5-байтовый заголовок маршрутизации, чтобы их можно было собрать позже. Выбор 48 байт был политическим, а не техническим.^[7] Когда CCITT (теперь ITU-T) стандартизировал ATM, стороны из Соединенных Штатов хотели получить 64-байтовую полезную нагрузку, потому что это было сочтено хорошим компромиссом в отношении большей полезной нагрузки, оптимизированной для передачи данных, и меньшей полезной нагрузки, оптимизированной для приложений реального времени, таких как голос; стороны из Европы хотели 32-байтовые полезные данные, потому что небольшой размер (и, следовательно, короткое время передачи) упрощает голосовые приложения в отношении подавления эха. Большинство европейских партий в конце концов согласились с аргументами американцев, но Франция и некоторые другие страны выступили за сокращение длительности ячеек. Имея 32 байта, Франция смогла бы реализовать голосовую сеть на базе ATM с вызовами из одного конца Франции в другой, не требуя эхоподавления. 48 байтов (плюс 5 байтов заголовка = 53) было выбрано как компромисс между двумя сторонами. Были выбраны 5-байтовые заголовки, потому что считалось, что 10% полезной нагрузки - это максимальная цена, которую нужно платить за информацию о маршрутизации.^[3] ATM мультиплексировал эти 53-байтовые ячейки вместо пакетов, что уменьшало дрожание конкуренции ячеек в наихудшем случае почти в 30 раз, уменьшая потребность в компенсаторах эха.

Структура клетки

Ячейка ATM состоит из 5-байтового заголовка и 48-байтовой полезной нагрузки. Размер полезной нагрузки 48 байтов был выбран, как описано выше.

ATM определяет два разных формата ячеек: пользовательско-сетевой интерфейс (UNI) и сеть – сетевой интерфейс (NNI). Большинство каналов ATM используют формат ячеек UNI.

GFC = Общее поле управления потоком (GFC) - это 4-битное поле, которое изначально было добавлено для поддержки подключения сетей ATM к сетям с совместным доступом, таким как кольцо с двойной шиной распределенной очереди (DQDB). Поле GFC было разработано, чтобы дать интерфейсу пользователя и сети (UNI) 4 бита для согласования мультиплексирования и управления потоком между ячейками различных соединений ATM. Однако использование и точные значения поля GFC не стандартизированы, и для этого поля всегда установлено значение 0000.^[8]

VPI = Идентификатор виртуального пути (8 бит UNI или 12 бит NNI)

VCI = Идентификатор виртуального канала (16 бит)

PT = Тип полезной нагрузки (3 бита)

Бит 3 PT (мсбит): ячейка управления сетью. Если 0, применяется ячейка пользовательских данных и следующее:

Бит 2 PT: явная индикация перегрузки вперед (EFCI); 1 = перегрузка сети опытный

Бит 1 PT (lsbit): бит ATM user-to-user (AAU). Используется AAL5 для обозначения границ пакета.

CLP = приоритет потери ячеек (1 бит)

HEC = Контроль ошибок заголовка (8-битный CRC, многочлен = X⁸ + X² + X + 1)

ATM использует поле PT для обозначения различных специальных типов ячеек для операции, администрирование и управление (OAM), а также для определения границ пакетов в некоторых Уровни адаптации ATM (AAL). Если старший бит (MSB) поля PT равен 0, это ячейка данных пользователя, а два других бита используются для обозначения перегрузки сети и в качестве бита заголовка общего назначения, доступного для уровней адаптации ATM. Если MSB равен 1, это ячейка управления, а два других бита указывают тип. (Сегмент управления сетью, сквозное управление сетью, управление ресурсами и зарезервировано для будущего использования.)

Некоторые протоколы связи ATM используют поле HEC для управления Фрейминг на основе CRC алгоритм, который позволяет находить ячейки ATM без дополнительных затрат сверх того, что в противном случае необходимо для защиты заголовка. 8-битный CRC используется для исправления ошибок однобитового заголовка и обнаружения ошибок многобитового заголовка. При обнаружении многобитовых ошибок заголовка текущая и последующие ячейки отбрасываются до тех пор, пока не будет найдена ячейка без ошибок заголовка.

Ячейка UNI резервирует поле GFC для локального управление потоком / система субмультиплексирования между пользователями. Это было предназначено, чтобы позволить нескольким терминалам совместно использовать одно сетевое соединение, так же, как два Цифровая сеть с интегрированными услугами (ISDN) телефоны могут совместно использовать одно соединение ISDN с базовой скоростью. По умолчанию все четыре бита GFC должны быть равны нулю.

Формат ячейки NNI почти точно воспроизводит формат UNI, за исключением того, что 4-битное поле GFC перераспределяется в поле VPI, расширяя VPI до 12 бит. Таким образом, одно соединение NNI ATM способно адресовать почти 2¹² ПО до почти 2¹⁶ Каждый VC (на практике некоторые номера VP и VC зарезервированы).

Типы услуг

ATM поддерживает различные типы услуг через AAL. Стандартизированные AAL включают AAL1, AAL2 и AAL5, а также редко используемые^{[нужна цитата ]} AAL3 и AAL4. AAL1 используется для услуг с постоянной скоростью передачи данных (CBR) и эмуляции каналов. Синхронизация также поддерживается на AAL1. AAL2 - AAL4 используются для переменный битрейт (VBR) и AAL5 для данных. Какой AAL используется для данной ячейки, в ячейке не кодируется. Вместо этого он согласовывается или настраивается на конечных точках для каждого виртуального соединения.

После первоначального проектирования банкоматов сети стали намного быстрее. 1500 байт (12000 бит) полноразмерный Кадр Ethernet требуется всего 1,2 мкс для передачи в сети 10 Гбит / с, что снижает потребность в малых сотах для уменьшения джиттера из-за конкуренции. Некоторые считают, что это является основанием для замены ATM на Ethernet в магистрали сети. Повышенные скорости соединения сами по себе не уменьшают дрожание из-за постановки в очередь. Кроме того, оборудование для реализации адаптации службы для IP-пакетов стоит дорого при очень высоких скоростях. В частности, на скоростях OC-3 и выше, стоимость оборудования для сегментации и повторной сборки (SAR) делает ATM менее конкурентоспособным для IP, чем Пакет через SONET (POS);^[9] из-за фиксированной 48-байтовой полезной нагрузки ячейки ATM не подходит в качестве канального уровня напрямую базовый IP (без необходимости SAR на уровне канала передачи данных), поскольку уровень OSI, на котором работает IP, должен обеспечивать максимальная единица передачи (MTU) не менее 576 байт. Пределы производительности SAR означают, что самыми быстрыми интерфейсами ATM IP-маршрутизатора являются STM16 - STM64, которые фактически сравниваются, тогда как по состоянию на 2004 год^{[Обновить]} POS может работать на OC-192 (STM64) с более высокими скоростями, ожидаемыми в будущем, с ограничениями, основанными на сегментации и повторной сборке (SAR).

На более медленных или перегруженных каналах (622 Мбит / с и ниже) ATM имеет смысл, и по этой причине большинство Асимметричная цифровая абонентская линия (ADSL) системы используют ATM в качестве промежуточного уровня между физическим канальным уровнем и протоколом уровня 2, например PPP или Ethernet.^[10]

На этих более низких скоростях ATM предоставляет полезную возможность переносить несколько логических цепей на одном физическом или виртуальном носителе, хотя существуют и другие методы, такие как Многоканальный PPP и Ethernet VLAN, которые не являются обязательными в VDSL реализации. DSL может использоваться в качестве метода доступа к сети ATM, позволяя точке завершения DSL в телефонном центральном офисе подключаться ко многим поставщикам интернет-услуг через глобальную сеть ATM. По крайней мере, в Соединенных Штатах это позволило поставщикам DSL предоставлять доступ DSL клиентам многих поставщиков интернет-услуг. Поскольку одна точка завершения DSL может поддерживать несколько поставщиков услуг Интернета, экономическая целесообразность DSL существенно улучшается.

Виртуальные схемы

Сеть должна установить соединение, прежде чем две стороны смогут отправлять друг другу ячейки. В банкоматах это называется виртуальный канал (ВК). Это может быть постоянный виртуальный канал (PVC), который административно создается в конечных точках, или коммутируемый виртуальный канал (SVC), который создается по мере необходимости взаимодействующими сторонами. Создание SVC управляется сигнализация, в котором запрашивающая сторона указывает адрес принимающей стороны, тип запрашиваемой услуги и любые параметры трафика, которые могут быть применимы к выбранной услуге. Затем сеть выполняет «допуск вызова», чтобы подтвердить, что запрошенные ресурсы доступны и что существует маршрут для соединения.

Мотивация

ATM работает как транспортный уровень на основе каналов с использованием виртуальных каналов. Это охвачено концепцией виртуальных путей (VP) и виртуальных каналов. Каждая ячейка ATM имеет 8- или 12-битный идентификатор виртуального пути (VPI) и 16-битный идентификатор виртуального канала (VCI), определенные в ее заголовке.^[11] VCI вместе с VPI используется для идентификации следующего пункта назначения ячейки, когда она проходит через серию коммутаторов ATM на своем пути к месту назначения. Длина VPI зависит от того, отправляется ли ячейка через интерфейс пользователь-сеть (на границе сети) или через интерфейс сеть-сеть (внутри сети).

Поскольку эти ячейки пересекают сеть ATM, переключение происходит путем изменения значений VPI / VCI (замена меток). Хотя значения VPI / VCI не обязательно совпадают от одного конца соединения к другому, концепция цепи является согласованный (в отличие от IP, где любой данный пакет может добраться до пункта назначения по другому маршруту, чем другие).^[12] Коммутаторы ATM используют поля VPI / VCI для идентификации ссылка на виртуальный канал (VCL) следующей сети, которую ячейка должна пройти на пути к конечному пункту назначения. Функция VCI аналогична функции идентификатор соединения канала передачи данных (DLCI) в ретрансляция кадров и номер логического канала и номер группы логических каналов в X.25.

Еще одно преимущество использования виртуальных каналов заключается в возможности использовать их в качестве уровня мультиплексирования, позволяя использовать различные услуги (например, голос, ретрансляция кадров, n * 64 канала, IP). VPI полезен для сокращения таблицы коммутации некоторых виртуальных каналов, имеющих общие пути.^{[нужна цитата ]}

Типы

ATM может создавать виртуальные каналы и виртуальные пути статически или динамически. Статические каналы (постоянные виртуальные каналы или PVC) или пути (постоянные виртуальные пути или PVP) требуют, чтобы канал состоял из серии сегментов, по одному для каждой пары интерфейсов, через которые он проходит.

PVP и PVC, хотя концептуально просты, требуют значительных усилий в больших сетях. Они также не поддерживают изменение маршрута обслуживания в случае сбоя. Динамически создаваемые PVP (мягкие PVP или SPVP) и PVC (мягкие PVC или SPVC), напротив, строятся путем определения характеристик цепи («контракт» услуги) и двух конечных точек.

Сети ATM создают и удаляют коммутируемые виртуальные каналы (SVC) по запросу, когда это запрашивается оконечным оборудованием. Одно из применений SVC - это передача индивидуальных телефонных звонков, когда сеть телефонных коммутаторов соединена между собой с помощью банкоматов. SVC также использовались в попытках заменить локальные сети ATM.

Маршрутизация

Большинство сетей ATM, поддерживающих SPVP, SPVC и SVC, используют интерфейс узла частной сети или Частный сетевой интерфейс (PNNI) для обмена информацией о топологии между коммутаторами и выбора маршрута через сеть. PNNI - это протокол маршрутизации по состоянию канала подобно OSPF и IS-IS. PNNI также включает в себя очень мощный обобщение маршрута механизм, позволяющий строить очень большие сети, а также контроль допуска звонков (CAC) алгоритм, который определяет доступность достаточной полосы пропускания на предложенном маршруте через сеть, чтобы удовлетворить требования к обслуживанию VC или VP.

Транспортная инженерия

Еще одна ключевая концепция банкоматов включает договор перевозки. Когда канал ATM настроен, каждый коммутатор в цепи информируется о классе трафика соединения.

Контракты на трафик ATM являются частью механизма, с помощью которого "качество обслуживания "(QoS) обеспечивается. Существует четыре основных типа (и несколько вариантов), каждый из которых имеет набор параметров, описывающих соединение.

1. CBR - Постоянная скорость передачи данных: указывается пиковая скорость передачи ячеек (PCR), которая является постоянной.
2. VBR - переменная скорость передачи данных: указана средняя или устойчивая скорость передачи ячеек (SCR), которая может достигать пика на определенном уровне, PCR, в течение максимального интервала, прежде чем возникнет проблема.
3. ABR - Доступная скорость передачи данных: указана минимальная гарантированная скорость.
4. UBR - Неуказанная скорость передачи данных: трафик распределяется на всю оставшуюся пропускную способность.

VBR имеет варианты как в реальном времени, так и не в реальном времени и служит для «прерывистого» трафика. Не в реальном времени иногда сокращается до vbr-nrt.

Большинство классов трафика также вводят концепцию толерантности к вариациям задержки ячеек (CDVT), которая определяет "скопление" ячеек во времени.

Контроль трафика

Для поддержания производительности сети сети могут применяться контроль дорожного движения виртуальным каналам, чтобы ограничить их контрактами трафика в точках входа в сеть, т.е. пользовательско-сетевые интерфейсы (UNI) и межсетевые интерфейсы (NNI): использование / контроль параметров сети (UPC и NPC).^[13] Эталонная модель, представленная ITU-T и ATM Forum для UPC и NPC, является общий алгоритм скорости передачи ячеек (GCRA),^[14][15] который является версией дырявое ведро алгоритм. Трафик CBR обычно контролируется только для PCR и CDVt, тогда как трафик VBR обычно контролируется с помощью контроллера двойного дырявого ведра для PCR и CDVt, а также SCR и максимального размера пакета (MBS). MBS обычно будет пакет (SAR -SDU ) размер VBR VC в ячейках.

Если трафик в виртуальном канале превышает его контракт по трафику, как определено GCRA, сеть может либо отбросить ячейки, либо пометить Приоритет потери ячеек (CLP) бит (для идентификации ячейки как потенциально избыточной). Базовое применение политик работает от ячейки к ячейке, но это неоптимально для инкапсулированного пакетного трафика (поскольку отбрасывание одной ячейки сделает недействительным весь пакет). В результате были созданы такие схемы, как частичное отбрасывание пакета (PPD) и раннее отбрасывание пакета (EPD), которые отбрасывают целую серию ячеек до начала следующего пакета. Это уменьшает количество бесполезных ячеек в сети, экономя полосу пропускания для полных пакетов. EPD и PPD работают с соединениями AAL5, так как они используют маркер конца пакета: бит индикации пользователя ATM-ATM (AUU) в поле типа полезной нагрузки заголовка, который устанавливается в последней ячейке SAR- SDU.

Формирование трафика

Формирование трафика обычно происходит в сетевая карта (NIC) в пользовательском оборудовании и пытается гарантировать, что поток ячеек на VC будет соответствовать его контракту на трафик, то есть ячейки не будут отброшены или уменьшен приоритет в UNI. Поскольку эталонной моделью для контроля трафика в сети является GCRA, этот алгоритм обычно также используется для формирования, а также для одиночного и двойного дырявое ведро реализации могут использоваться по мере необходимости.

Эталонная модель

Эталонная модель сети банкоматов приблизительно соответствует трем нижним уровням сети. Эталонная модель OSI. Он определяет следующие уровни:^[16]

• На уровне физической сети ATM определяет уровень, эквивалентный OSI. физический слой.
• Уровень 2 ATM примерно соответствует OSI уровень канала передачи данных.
• Сетевой уровень OSI реализован как Уровень адаптации ATM (AAL).

Развертывание

Банкоматы стали популярными среди телефонных компаний и многих производителей компьютеров в 1990-х годах. Однако даже к концу десятилетия лучшее соотношение цены и качества протокол Интернета продукты на базе ATM конкурировали с технологией ATM за интеграцию скачкообразного сетевого трафика в реальном времени.^[17] Такие компании как FORE Systems сосредоточены на продуктах банкоматов, в то время как другие крупные поставщики, такие как Cisco Systems предоставлен банкомат в качестве опции.^[18] После взрыва пузырь доткомов, некоторые до сих пор предсказывают, что «банкоматы будут доминировать».^[19] Однако в 2005 г. Форум банкоматов, которая была торговой организацией, продвигающей технологию, слилась с группами, продвигающими другие технологии, и в конечном итоге стала Широкополосный форум.^[20]

Беспроводной или мобильный банкомат

Беспроводной банкомат,^[21] или мобильный ATM, состоит из базовой сети ATM с сетью беспроводного доступа. Ячейки ATM передаются от базовых станций к мобильным терминалам. Функции мобильности выполняются на коммутаторе ATM в базовой сети, известном как «перекрестный коммутатор»,^[22] который похож на MSC (центр коммутации мобильной связи) сетей GSM. Преимущество беспроводного ATM заключается в его высокой пропускной способности и высокой скорости передачи обслуживания, выполняемой на уровне 2. В начале 1990-х гг. Bell Labs и NEC^[23] в этой области активно работали исследовательские лаборатории. Энди Хоппер из Кембриджский университет Компьютерная лаборатория также работала в этом направлении.^[24] Был сформирован форум по беспроводным банкоматам, чтобы стандартизировать технологии, лежащие в основе беспроводных сетей банкоматов. Форум поддержали несколько телекоммуникационных компаний, в том числе NEC, Fujitsu и AT&T. Мобильный банкомат был нацелен на обеспечение высокоскоростной мультимедийной коммуникационной технологии, способной предоставлять широкополосную мобильную связь помимо GSM и WLAN.

Смотрите также

• VoATM

Рекомендации

внешняя ссылка

• «Форум банкоматов». Архивировано из оригинал 1 июля 2005 г.
• Информация об банкоматах и ​​ресурсы
• ATM ChipWeb - база данных чипов и сетевых карт
• Учебник с веб-сайта Juniper
• Учебник по банкомату
• «Асинхронное переключение режима передачи». DocuWiki. Cisco Systems. Архивировано из оригинал 31 января 2018 г.