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 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.



GFC




VPI






VPI




VCI






VCI






VCI




PTI




CLP






HEC





 
 
 
 


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


Klasa B


Klasa C


Klasa D




Wymagane mechanizmy czasowe


Brak mechanizmów czasowych




Stała prędkość transmisji


Zmienna prędkość transmisji




Połączeniowe


Bezpołączeniowe




Typ 1


Typ
2




Typ
3/4 Typ 5




Typ 3/4



 


-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).