Asynchronous Transfer Mode
Z Wikipedii
Technika asynchronicznego przekazu danych ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode) została zaakceptowana w 1988 roku przez ITU-T jako docelowa i standardowa technika komutacyjna dla sieci szerokopasmowej B-ISDN (ang. Broadband-Integrated Services Digital Network). Prace nad standardem ATM prowadzi również organizacja ATM Forum. Prace ATM Forum obejmują definiowanie zunifikowanych interfejsów sieciowych, opracowanie zasad zarządzania i sterowania ruchem, a także szeroko pojętą promocję technologii ATM.
[edytuj] Architektura B-ISDN ATM
Warstwa fizyczna (ang. Physical Layer) definiuje funkcje związane z dostępem do medium transmisyjnego. Warstwa ATM (ang. ATM Layer) obejmuje funkcje zapewniające niezawodny przekaz komórek. Warstwa adaptacyjna (ang. ATM Adaptation Layer) realizuje typowe funkcje segmentacji, wykrywanie błędów, klasyfikację ruchu.
[edytuj] Płaszczyzny modelu ATM
- płaszczyzna użytkownika (ang. User Plane) jest odpowiedzialna za przekaz informacji użytkownika poprzez sieć ATM i sterowanie przepływem informacji.
- płaszczyzna adaptacyjna (ang. Control Plane) jest odpowiedzialna za realizację oraz nadzór nad jakością połączeń, zawiera funkcje sygnalizacyjne związane z zestawianiem, nadzorem oraz rozłączaniem połączeń.
- płaszczyzna zarządzania (ang. Management Plane) jest odpowiedzialna za realizację funkcji nadzoru nad siecią ATM.
[edytuj] Funkcje warstw ATM
| Warstwa | Funkcje warstwy |
|---|---|
| Podwarstwa medium fizycznego PM | Odtwarzanie podstawy czasu. Transmisja bitów. Fizyczny dostęp do medium. |
| Podwarstwa zbieżności transmisji TC | Dopasowanie szybkości transmisji komórek. Weryfikacja nagłówków w komórkach. Wydzielanie komórek ze strumienia bitów. Adaptacja strumienia komórek do struktury ramki. Generowanie i odtwarzanie ramek systemu transmisyjnego. |
| Warstwa ATM | Tworzenie komórek. Generowanie i wydzielanie nagłówków. Nawiązywanie i kasowanie połączeń. Translacja pól VPI/VCI. Multipleksowanie i demultipleksowanie komórek. Sterowanie ruchem – kontrola przepływu komórek. Obsługa wielu klas QoS. |
| Podwarstwa segmentacji i składania SAR | Podział bloków na segmenty. Tworzenie nagłówków segmentów. Generowanie zabezpieczeń CRC. Ewentualne multipleksowanie połączeń. |
| Podwarstwa zbieżności CS | Tworzenie bloków danych o odpowiedniej długości. |
[edytuj] Warstwa fizyczna ATM
Zaletą ATM jest fakt, że ta technika nie definiuje konkretnego medium transmisyjnego wykorzystywanego do realizacji połączeń, dopuszczając użycie światłowodów, skrętek, kabli koncentrycznych, a także kanałów bezprzewodowych. Oferowane interfejsy oferują prędkości 155 Mb/s; 622 Mb/s; 2,5 Gb/s.
[edytuj] Rodzaje interfejsów
- Styk użytkownik-sieć UNI (ang. User-Network Interface) określający zasady połączenia stacji komputerowej użytkownika z siecią ATM. Istnieją dwa rodzaje UNI. Prywatny UNI odnosi się do styku między użytkownikiem a systemem komutacyjnym (przełącznikiem ATM) należącym do tej samej korporacji, co użytkownik. Publiczny UNI używany jest, gdy użytkownik łączy się z publiczną siecią ATM.
- Styk sieć-sieć NNI (ang. Network-Node Interface) opisuje zasady łączenia komutatorów ATM i odpowiada głównie za zarządzanie ich współdziałaniem. Rozróżniamy styki: NNI prywatny (dotyczy urządzeń wewnątrz sieci prywatnej) oraz NNI publiczny. Z interfejsem NNI związany jest protokół P-NNI.
[edytuj] Typy połączeń ATM
Rozróżniamy dwa typy połączeń w ATM:
- kanał wirtualny VCC (ang. Virtual Channel Connection)
- ścieżka wirtualna VPC (ang. Virtual Path Connection).
Połączenia typu VCC i VPC są jednokierunkowe i są zestawiane między dwoma użytkownikami końcowymi (VCC) lub komutatorami ATM (VPC). Połączenia typu VPC definiuje się jako grupa połączeń typu VPC. Ścieżki i kanały wirtualne są rozróżniane za pomocą identyfikatorów: ścieżki wirtualnej VPI (ang. VP Identifier) i kanału wirtualnego VCI (ang. VC Identifier) umieszczonych w nagłówku komórki. Konkretne połączenie logiczne jest identyfikowane przez parę numerów VPI i VCI.
W fizycznym łączu sieci ATM kanały i ścieżki wirtualne przechodzące przez łącze są multipleksowane statystycznie (multipleksacja etykietowana).
[edytuj] Komutacja połączeń w sieci ATM
W komutatorach ATM następuje translacja identyfikatorów VPI i VCI przychodzącej komórki na nowe wartości identyfikatorów VPI i VCI danego połączenia wirtualnego dla łącza wychodzącego z komutatora. Identyfikatory VPI i VCI mają znaczenie lokalne wewnątrz danego łącza fizycznego. Na poziomie kanału wirtualnego (VC) połączenie logiczne VCC składa się z segmentów nazywanych łączami typu kanał wirtualny VCL (ang. Virtual Channel Link). Segmenty te rozciągają się między węzłami (komutatorami) sieci, w których następuje zmiana wartości identyfikatora VCI. Na poziomie ścieżek wirtualnych łącza typu VPL są realizowane poprzez połączenia VPC składające się z łączy VPL (ang. Virtual Path Link). Analogicznie do VCL, łącza te rozciągają się pomiędzy tymi węzłami sieci gdzie następuje zmiana wartości VPI.
Koncepcja ścieżek wirtualnych ma szereg zalet:
- większa efektywność i szybkość komutacji,
- grupowanie połączeń VCI i redukcja wielkości tablic translacji,
- zwiększona możliwość kontroli i sterowania w sieci,
- koncentracja dostępu do sieci.
[edytuj] Komutatory ścieżek i kanałów wirtualnych
[edytuj] Komórka ATM
W sieci ATM dane są przesyłane podzielone na małe porcje o stałej i niezbyt dużej długości zwane komórkami. Komórka składa się z 53 bajtów, 5 bajtów zajmuje nagłówek komórki a 48 bajtów jest przeznaczone na przesyłane dane.
Stała długość komórek ma szereg zalet:
- opóźnienia wynikające z pracy sieci, w tym procesów przełączania połączeń w przełącznikach ATM, dają się lepiej przewidzieć dla komórek o stałej długości.
- przetwarzanie komórek o stałej długości jest łatwiejsze oraz bardziej niezawodne i efektywne niż przetwarzanie pakietów o zmiennej długości (np. z powodu stałych rozmiarów buforów).
- stała długość komórek umożliwia przetwarzanie równoległe, co zwiększa prędkość przetwarzania.
Do wad komórek ATM można zaliczyć:
- długość komórki oraz pola danych nie jest potęgą dwójki
[edytuj] Struktura komórki ATM
Pole kontroli dostępu GFC (ang. Generic Flow Control) występuje tylko dla interfejsu UNI. Umożliwia wielu stacjom korzystanie z tego samego UNI w obrębie sieci prywatnej. Poza tym to pole może służyć do określania klasy usług QoS.
Identyfikator ścieżki logicznej VPI identyfikuje grupę kanałów wirtualnych. Dla styku UNI możliwa jest obsługa 256 ścieżek, dla NNI 4096 ścieżek.
Identyfikator kanału logicznego VCI identyfikuje kanał wirtualny pomiędzy dwoma urządzeniami ATM. Możliwe jest stworzenie 65536 kanałów wirtualnych w obrębie jednej ścieżki.
Typ danych PT' (ang. Payload Type) określa, czy przesłane są dane użytkownika (pierwszy bit 0) czy dane kontrolne ATM (pierwszy bit 1). Drugi bit ustawiony na 1 wskazuje na przeciążenie sieci.
Res pełni funkcję sygnału sterującego i może być wykorzystywany np. do poinformowania o zakończeniu transmisji serii komórek.
Bit priorytetu CLP (ang. Cell Loss Prioryty) umożliwia wskazanie komórek z bitem o wartości 1 jako pierwszych w kolejności do usunięcia w czasie przeciążenia sieci.
Pole kontrolne HEC (ang. Header Terror Control) to suma kontrolna pierwszych czterech oktetów nagłówka. Używany jest wielomian generujący o postaci x8+x2+x+1.
[edytuj] Sterowanie dostępem w sieci ATM
W sieci ATM stosowana jest multipleksacja statystyczna (połączenia wirtualne wpływają na parametry QoS innych połączeń). Aby zapewnić gwarancję parametrów QoS dla ruchu o różnych wymaganiach niezbędne są efektywne metody sterowania dostępem i ruchem w sieci ATM. Definiując mechanizmy sterowania ruchem w ATM musimy uwzględnić:
- dużą szybkość transmisji,
- duże zróżnicowanie profili ruchu,
- zróżnicowanie wymagań jakościowych,
- odmienność własności źródeł.
[edytuj] Rodzaje metod sterowania ruchem w sieci ATM
- sterowanie prewencyjne ma na celu zabezpieczenie sieci przed jej wejściem w stan przeciążenia, który może doprowadzić do degradacji jakości obsługi aplikacji. Ten mechanizm jest realizowany poprzez kontrolę ruchu na styku użytkownik-sieć.
- sterowanie reakcyjne ma doprowadzić do szybkiego rozładowania stanu przeciążenia sieci, rozumianego jako przekroczenie dostępnej przepustowości sieci. Ten mechanizm wykorzystuje informacje zwrotne o stanie sieci wybranych parametrów ruchowych.
Technologia ATM może obsługiwać dane o bardzo różnych profilach ruchowych, od ruchu FTP do głosu, multimedia, video.
[edytuj] Funkcje i mechanizmy sterowania ruchem w ATM
- funkcja sterowania przyjmowaniem zgłoszeń CAC (ang. Call/Connection Admission Control) jest definiowana jako zespół działań mających na celu podjęcie decyzji o przyjęciu/odrzuceniu nowego zgłoszenia oraz ewentualnym przydziale odpowiednich zasobów sieciowych dla realizacji połączenia.
- funkcja monitorowania połączeń UPC (ang. Usage Parametr Control) to procedura sprawdzania zgodności deklaracji użytkownika z rzeczywistym generowanym przez niego ruchem. UPC może używać algorytmu GCRA (ang. Generic Cell Rate Algorithm), który pozwala na odrzucenie ruchu nadmiarowego.
- funkcja kontroli priorytetu PC (ang. Priority Control) dla przeciążeń decyduje o usunięciu z sieci komórek z CLP=1.
- funkcja zarządzania zasobami sieci NRM (ang. Network Resorce Management) odpowiada za podział zasobów sieci.
- funkcja kontroli parametrów sieci NPC (ang. Network Parametr Control) kontroluje intensywność ruchu na styku NNI.
- funkcja kształtowania ruchu TS (ang. Traffic Shapping) pozwala kształtować charakterystykę ruchu generowanego przez użytkownika.
- mechanizm sterowania przepływem ze sprężeniem zwrotnym FC (ang. Feedback Control) zezwala na wpłynięcie na szybkość generowania komórek przez źródło. Wykorzystuje powiadomienie w przód EFCI (ang. Explicite Forward Congestion Control).
[edytuj] Porównanie metod sterowania ruchem w sieci ATM
[edytuj] Kontrakt ruchowy
Metoda prewencyjna sterowania ruchem związana jest z zawarciem przez użytkownika i sieć ATM kontraktu ruchowego (ang. traffic contract). Użytkownik określa w nim parametry ruchowe źródła oraz pożądane parametry jakościowe połączenia. Na ich podstawie funkcja CAC podejmuje decyzję o akceptacji lub odrzuceniu zgłoszenia. Przyjęcie zgłoszenia narzuca na obie strony konieczność przestrzegania poprawności jego realizacji za pomocą funkcji UPC.
[edytuj] Parametry kontraktu ruchowego
Deskryptor połączenia:
- wartość maksymalna szybkości generowania komórek PCR (ang. Peak Cell Rate) to odwrotność minimalnego odstępu czasu między kolejnymi generowanymi komórkami.
- graniczna wartość szybkości transmisji komórek SCR (ang. Sustainable Cell Rate).
- maksymalny rozmiar paczki komórek MBS (ang. Maximum Burst Size) określany gdy źródło transmituje z szybkością SCR.
Deskryptor źródła:
- maksymalne opóźnienie przesyłania komórki przez sieć MaxCTD (ang. Maximum Cell Transfer Delay) mierzone od chwili rozpoczęcia transmisji pierwszego bitu komórki na wejściu do sieci do chwili odbioru ostatniego bitu na wyjściu z sieci, dla danego połączenia.
- zmienność opóźnienia w przekazie komórek CDV (ang. PeaktoPeak Cell Delay Variation) odnosi się do różnicy pomiędzy największa i najmniejszą wartością CTD opóźnienia. Najmniejsza wartość jest równa stałemu opóźnieniu.
- prawdopodobieństwo straty komórki CLR (ang. Cell Loss Rate) liczone jako stosunek straconych komórek do liczby wysłanych komórek.
[edytuj] Kategorie i klasy usług warstwy ATM:
- Usługa o stałej prędkości bitowej CBR (ang. Constant Bit Rate) opracowana dla źródeł ruchu wymagających stałej szybkości transmisji. Określa się parametr PCR.
- Usługa o zmiennej prędkości bitowej VBR (ang. Variable Bit Rate) dla źródeł ruchu generujących komórki ze zmienną, ale ograniczoną maksymalną intensywnością transmisji i wymagających gwarantowanego poziomu jakości usług. Usługa ma dwa typy:
- rt-VBR (ang. Real-Time VBR) przewidziana dla źródeł wymagających obsługi w czasie rzeczywistym, dla których gwarantowane parametry CDV, CTD, CLR.
- nrt-VBR (ang. Non Real-Time VBR) przewidziana dla źródeł nie wymagających obsługi synchronizmu czasowego. Sieć gwarantuje jedynie parametr CLR.
- Usługa o niezdefiniowanej prędkości bitowej UBR (ang. Unspecified Bit Rate) przewidziana dla źródeł o niezdefiniowanej szybkości transmisji. Sieć działa na zasadzie „best effort”.
- Usługa o niezdefiniowanej prędkości bitowej UBR+ przewidziana dla aplikacji dopuszczających przekaz zgodnie z zasadą „best effort” oraz funkcję odrzucania komórek.
- Usługa o dostępnej prędkości bitowej ABR (ang. Availlable Bit Rate) przewidziana dla źródeł źródeł niezdefiniowanej szybkości transmisji, umożliwiająca użytkownikowi wykorzystanie całej dostępnej w danym momencie przepustowości.
[edytuj] Kategorie usług warstwy ATM
[[Grafika:ATM8.jpg]|center|700 px]]
[edytuj] Klasy usług ATM
Klasa A obejmuje usługi połączeniowe realizowane ze stałą prędkością transmisji CBR przeznaczona dla aplikacji czasu rzeczywistego. Klasa B obejmuje usługi połączeniowe związane z przesyłaniem głosu i obrazów wideo z usługą VBR. Klasa C obejmuje usługi połączeniowe oferowane ze zmienną chwilową prędkością i bez synchronizacji czasowej (X.25, Frame Relay, TCP/IP). Klasa D obejmuje usługi bezpołączeniowe, ze zmienną prędkością, bez synchronizacji czasowej (LAN, MAN).
[edytuj] Warstwa adaptacyjna AAL
Warstwa adaptacyjna AA (ang. ATM Adaptation Layer) przekształca pakiety napływające z wyższych warstw do postaci komórek ATM.
Warstwa AAL składa się z dwóch podwarstw:
- podwarstwa zbieżności CS odbiera dane z wyższych warstw i po ich ewentualnym uzupełnieniu o nagłówki i zakończenia przekazuje do podwarstwy SAR.
- podwarstwa segmentacji i odtwarzania SAR odpowiada za fragmentację danych na bloki 48 bajtowe.
Zdefiniowano 5 różnych protokołów warstwy AAL w celu zapewnienia właściwej obsługi różnych rodzajów źródeł.
[edytuj] Protokół AAL1
Protokół AAL1 wspomaga klasę A i jest wykorzystywany np. do realizacji połączeń telefonicznych.
SN (ang. Sequence Number) kolejny numer (4 bity). SNP (ang. Sequence Number Protection) ochrona SNP (4 bity).
[edytuj] Segmentacja i scalanie pakietu AAL1
[edytuj] Protokół AAL2
Protokół AAL2 podtrzymuje klasę B i jest wykorzystywany do przesyłania informacji o zmiennej szybkości transmisji, lecz o bardzo wysokim rygorze czasowym.
ST (ang. Segement Type) typ segmentu (2 bity). IT (ang. Information Type) typ informacji (4 bity). LI (ang. Length Indicator) wskaźnik długości (6 bitów). CRC (ang. Cyclic-Redundancy Check) ciąg kontrolny kodu cyklicznego (10 bitów).
[edytuj] Protokół AAL3/4
Protokoły AAL3/4 podtrzymują klasę D i są wykorzystywane do przesyłania informacji o zmiennej szybkości transmisji i bez specjalnych wymagań czasowych.
Res (ang. Reserved) rezerwa (10 bitów). MID (ang. Multiplexing IDentification) identyfikator multipleksowania.
[edytuj] Segmentacja i scalanie pakietu AAL3/4
H. (ang. Header) nagłówek. T. (ang. Trailer) zakończenie. BOM (ang. Regin Of Message) początek wiadomości. COM (ang. Continuation Of Message) kontynuacja wiadomości. EOM (ang. End Of Message) koniec wiadomości.
[edytuj] Protokół AAL5
Protokół AAL5 jest wykorzystywany do przesyłania ruchu o dużej szybkości transmisji i bez specjalnych wymagań czasowych (np. TCP/IP, Frame Realy, UBR).
[edytuj] Połączenia w sieci ATM
- PVC (ang. Permanent Virtual Connection) stałe połączenia wirtualne. Te połączenia mają przydzielone stałe wartości identyfikatorów VPI/VCI w zbiorze komutatorów na drodze między wybranymi komutatorami ATM. Połączenia PVC są zestawiane przez pewien mechanizm zewnętrzny w stosunku do sieci ATM, często te połączenia są zestawiane w sposób manualny przez administratora sieci.
- SVC (ang. Switched Virtual Connection) przełączane połączenie wirtualne. Te połączenia są zestawiane przez protokół sygnalizacyjny ATM i nie wymagają interwencji z zewnątrz.
Podstawowe operacje wykonywane przez przełącznik ATM:
- odbiór komórki przez jeden z portów wejściowych przełącznika.
- odszukanie identyfikatora VPI/VCI odebranej komórki w lokalnej tabeli translacji w celu określenia portu wyjściowego oraz nowej wartości VPI/VCI dla danego połączenia.
- retransmisja odebranej komórki przez odpowiedni port z nowymi wartościami VPI/VCI.
[edytuj] Adresacja w sieciach ATM
ATM Forum w dokumencie UNI 3.1 definiuje trzy formaty adresów różniące się znaczeniem pól AFI (ang. Authority Format Identifier) oraz IDI (ang. Initial Domain Identifier):
- E.164 ATM Format. Pole IDI jest definiowane przez ITU-T. Ten format ma być używany przez sieci publiczne ATM.
- DCC ATM Format. Pole IDI określa parametr DCC (ang. Data Country Code) identyfikujący poszczególne kraje (ISO 3166).
- ICD ATM Format. Pole IDI to parametr ICD (ang. International Code Designator), który identyfikuje poszczególne organizacje.
IDP (ang. Initial Domain Part) określa organizację odpowiedzialną za przydzielanie wartości DSP (ang. Domain Specific Part). Składa się z AFI oraz IDI. AFI (ang. Authority Format Identifier) określa jeden z 3 formatów adresu. DCC (ang. Data Country Code) określa kraj, w którym zarejestrowano adres. ICD (ang. International Code Designator) określa organizację. E.164 określa numery ISDN. HO-DSP (ang. High Order – Domain Specific Part) jest używana dla hierarchicznej, wielopoziomowej struktury adresów. ESI (ang. End System Identifier) identyfikuje system końcowy (np. MAC). SEL (ang. Selector) używany przez system końcowy dla zwielokrotnienia.
[edytuj] Routing w sieciach ATM
Routing w prywatnych sieciach ATM jest realizowany przez protokół P-NNI (ang. Private NNI) składający się z dwóch komponentów:
- protokół sygnalizacji P-NNI zapewnia wymianę informacji przez NNO pomiędzy komutatorami ATM, dokonuje odwzorowania sygnałów UNI na NNI w komutatorze źródłowym (ang. ingress switch) i sygnału NNI na UNI w komutatorze docelowym (ang. egress switch). Protokół używa elementów informacyjnych IE w komórkach ATM o VCI=5.
- protokół routingu połączeń wirtualnych dysponując informacjami o stanie sieci ma za zadanie znalezienie drogi do adresata spełniającej wymagania jakości obsługi QoS oraz dla której prawdopodobieństwo akceptacji przez wszystkie funkcje CAC w komutatorach pośrednich jest największe.
[edytuj] Szczegóły protokołu P-NNI
Protokół P-NNI stosuje routing źródłowy, który w porównaniu z klasycznym routingiem hop-by-hop ma szereg zalet:
- łatwiejsza realizacja rzeczywistej jakości usług QoS.
- brak potrzeby definiowania protokołu unikania zapętleń.
- algorytm znajdowania ścieżki jest wykonywany jednokrotnie, pozostałe komutatory wykonują jedynie własną funkcję CAC o nazwie GCAC (ang. Generic CAC).
- łatwość realizacji mechanizmu Crankback.
- brak potrzeby standaryzacji algorytmu doboru ścieżki.
[edytuj] Operacja crankback dla routingu sieci ATM
Przechodzące przez kolejne komutatory żądanie połączenia musi zostać zaakceptowane przez ich lokalne funkcje CAC. W przypadku odrzucenia uruchamiany jest mechanizm Crankback. Polega on na cofnięciu żądania wzdłuż ustalonej ścieżki, do najbliższego komutatora realizującego funkcję DTL.
[edytuj] Współpraca pakietowych sieci komputerowych z ATM
Metoda naturalna (ang. native mode). W tej metodzie używane są mechanizmy bezpośredniego odwzorowania adresów warstwy sieciowej na adresy ATM oraz przekształcenie pakietów w komórki ATM. Przykładem jest metoda „IP oper ATM” (IPoATM) zdefiniowana w dokumencie RFC 1577.
Metoda emulacji sieci LAN. Metoda ta jest bardziej elastyczna niż metoda naturalna, gdyż dopuszcza stosowanie w sieciach LAN wykorzystujących ATM, różnych protokołów sieciowych. Przykładem jest metoda LANE (ang. LAN Emulation) zaproponowana przez ATM Forum w 1995 roku.
