Asynkroninen siirtotila

Asynkroninen siirtotila ( ATM ) on tiedonsiirtoprotokolla, joka soveltuu tietojen , äänen ja videon siirtämiseen . Kerroksen 2 paketteja kutsutaan soluiksi tai aikaväleiksi , niillä on kiinteä pituus (53 tavua, joista 48 on dataa, 5 tavua soluotsikkoa) ja ne lähetetään käyttäen asynkronista aikajakoista multipleksointia .

Yleiskatsaus ja historia

ATM on kehitetty verkkostandardiksi, joka käyttää synkronisia ( Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH), Synchronous Digital Hierarchy (SDH)) kuljetustekniikoita ja lisää niihin muita hyödyllisiä ominaisuuksia. ATM ei tue pelkästään piirikytkentäistä tiedonsiirtoa, vaan myös pakettipohjaista dataa, kuten IP , kehysrele jne. Toisin kuin yksinkertainen ja vankka Ethernet-tekniikka, joka voi johtaa arvaamattomiin tuloksiin kuormitustilanteissa, ATM tarjoaa takuut tehokkaalle bittinopeudelle , viiveelle ja värinälle , mikä on yleisesti (muiden ominaisuuksien) kutsutaan Quality of Service (QoS).

Erilaisten erityyppisten tietovirtojen yhdistämisen ongelma, ts. Kyky työskennellä esimerkiksi sekä synkronisten että pakettipohjaisten verkkojen kanssa, ratkaistiin muuntamalla molemmat bittivirtatyypit (synkroniset tai pakettipohjaiset) uudeksi bittivirraksi ATM-solujen kanssa risteyksissä. Solut tyypillisesti lähetetään hyötykuorman ja PDH- tai SDH- -formatted datavirtojen. Asynkroninen ATM: ssä tarkoittaa, että lähettäjä ja vastaanotin voivat työskennellä kellotaajuuksien kanssa, jotka eroavat toisistaan ​​suurissa rajoissa : Vastaanotin tarkistaa Header Error Check (HEC) -tarkistuksen jokaiselle solulle, onko synkronointi riittävä, ja suorittaa tarvittaessa uuden synkronoinnin.

Alkuperäisessä konseptissa ATM oli avainteknologia laajakaistaisen integroidun palvelun digitaalisessa verkossa ( laajakaista ISDN ), jonka pitäisi muodostaa nykyisen analogisen puhelinverkon ( Plain Old Telephone System , POTS ) runkoverkko . Siksi koko ATM-standardi koostuu OSI-mallin kerrosten 1 - 3 (bittisiirtokerros, turvakerros ja verkkokerros) määritelmistä . Televiestintäyritykset, mutta myös Yhdysvaltain puolustusministeriö (DoD), olivat vastuussa ATM-standardien kehittämisestä . Tämän seurauksena monet nykyisistä tietoliikennemenetelmistä ja -käytännöistä on sisällytetty ATM: ään.

Nykyään ATM-tekniikkaa käytetään tukemaan sovelluksia maailmanlaajuiseen internetiin ja puhelinliikenteen runkoverkot ja DSL- tekniikka ja yksityiset lähiverkkoja . Eritelmät on kehittänyt ATM-foorumi . Tämän jälkeen eritelmät toimitetaan ITU-T: lle (aiemmin CCITT) standardointia varten.

ATM-standardit

ATM-tasomalli (tasot):

korkeammat kerrokset käyttäjätiedoille, ohjausbitit
ATM-sopeutumiskerros
ATM-kerros
Fyysinen kerros

Hallintatoiminnot ( OAM ) määritetään paljon enemmän ATM: lle kuin IP: lle . Ne sisältävät kokoonpanon hallinnan, vianhallinnan ja suorituskyvyn mittaamisen.

Vuorojen tehtävät:

Fyysinen kerros
Fyysinen yhteys muihin järjestelmiin, suositeltava väliaine SDH
ATM-kerros
ATM-solujen kuljetus ja vaihto
Adaptation Layer tai ATM Adaptation Layer (AAL)
AAL: n tehtävänä on mukauttaa ylemmistä kerroksista peräisin oleva data ATM-solun käyttäjädatakentän muotoon ja lähettää ohjaustieto toiseen päähän. Eristetään viisi palvelumuotoa, joista kuitenkin toistaiseksi vain yksinkertaisimmilla on suurempi merkitys. IP käyttää ATM-sovituskerrosta 5 ( AAL5 ). AAL5: n mukauttaminen edellyttää pääasiassa sellaisten IP-pakettien pirstoutumista ja kokoamista, jotka eivät sovi lyhyeen käyttäjädatakenttään.

ATM-käsitteet

Miksi solut?

Syy pienten datasolujen käyttämiseen oli vähentää värinää multipleksoimalla datavirtoja.

Kun ATM kehitettiin, STM-1-linjat, joiden hyötykuorma oli 155 Mbit / s (135 Mbit / s), olivat nopea optinen verkkoyhteys, jolloin monet sen ajan verkkojen PDH-linjat olivat huomattavasti hitaampia: 1,544 Mbit / s - 45 Mbit / s Yhdysvalloissa ja 2–34 Mbps Euroopassa.

Tavallinen IP-datapaketti, jonka enimmäispituus (1546 tavua / 12368 bittiä, vaikka IP-määrittely sallii 64 KiB) tarvitsee noin 90 µs (135 Mbit / s) - 8 ms (1,544 Mbit / s) lähetystä varten näiden tiedonsiirtonopeuksien avulla. ja estää datakanavan tänä aikana.

Jos paketeiksi jaetun äänisignaalin on jaettava linja (datakanava) suuren volyymin dataliikenteen kanssa, nämä puhepaketit - riippumatta siitä kuinka pieniä ne ovatkin - tapaavat aina täysikokoiset datapaketit ja joutuvat odottamaan vastaavasti kauan ennen kuin ne voidaan lähettää. Nämä viiveet ovat liian pitkiä puheliikenteen, niin että jopa suodattamisen jälkeen värinää, kaikua olisi vaadittu jopa paikallisissa verkoissa . Se oli yksinkertaisesti liian kallista tuolloin.

Ratkaisu tähän ongelmaan oli jakaa kaikki paketit 48 tavun alipaketteihin, lisätä 5 tavun reititysotsikko ja sitten multipleksoida nämä 53 tavun solut alkuperäisten pakettien sijaan. Alkuperäiset paketit voidaan myöhemmin tunnistaa ja koota uudelleen otsikon avulla. Tämä menettely lyhensi jonotusajan lähes kolmekymmenesosaan, mikä säästää kaiun peruutuksen tarvetta.

Säännöt pakettien ja virtojen jakamiseksi ja uudelleen kokoamiseksi soluihin tunnetaan nimellä ATM Adaptation Layers : Kaksi tärkeintä ovat AAL 1 virroille ( esim. Ääni) ja AAL 5 melkein kaikentyyppisille paketeille. Mitä AAL: ia käytetään, ei ole koodattu soluun. Sen sijaan se on määritetty kahden päätepisteen välillä tai sovittu virtuaalisen yhteyden perusteella.

Nykyään täyspitkä Ethernet-paketti tarvitsee vain 1,2 µs optisella yhteydellä, jonka tiedonsiirtonopeus on 10 Gbit / s, minkä vuoksi pienten pakettien käyttöä ei enää tarvitse viiveaikojen pitämiseksi lyhyinä. Jotkut päättelevät, että pankkiautomaatista on tullut tarpeeton runkoyhteyksissä.

Pankkiautomaatti on edelleen hyödyllinen hitaille yhteyksille (jopa 2 Mbit / s). Tästä syystä monet ADSL- järjestelmät käyttävät ATM: tä fyysisen kerroksen ja kerroksen 2 protokollan, kuten PPP tai Ethernet, välillä .

Miksi virtuaaliset yhteydet ?

ATM perustuu yhteyksiin, jotka voidaan muodostaa pysyvästi ja jotka voidaan vaihtaa vain tietyksi ajaksi käyttämällä ISDN- tyyppistä signalointia . Virtuaaliset polut (VP) ja virtuaaliset kanavat (VC) on määritelty tätä tarkoitusta varten . Jokainen ATM-solu sisältää virtuaalisen polun tunnisteen (VPI, 8 tai 12 bittiä) ja virtuaalisen kanavan tunnisteen (VCI, 16 bittiä) otsikossa . Kun nämä solut kulkevat ATM-verkon läpi, vaihto saavutetaan muuttamalla VPI / VCI-arvoja. Vaikka VPI / VCI-arvot eivät välttämättä pysy samoina yhteyden toisesta päästä toiseen, tämä vastaa yhteyden käsitettä, koska kaikki paketit, joilla on samat VPI / VCI-arvot, kulkevat samalla polulla, toisin kuin IP , jossa yksi paketti voisi saavuttaa määränpäänsä eri reittiä kuin edelliset ja seuraavat paketit.

Virtuaaliliitännöillä on myös se etu, että niitä voidaan käyttää multipleksointikerroksena eri palveluille (ääni, kehysrele , IP , SNA jne.), Jotka voivat sitten jakaa yhteisen ATM-yhteyden häiritsemättä toisiaan.

Liikenteen hallinta soluilla ja virtuaalisilla yhteyksillä

Toinen ATM: n keskeinen käsite on "liikennesopimus": Kun ATM-yhteys on muodostettu, jokaiselle matkalla olevalle kytkimelle ilmoitetaan yhteyden liikenneluokasta.

Liikennesopimukset ovat osa mekanismia, jolla palvelun laatu (QoS) toteutetaan. On neljä perustyyppiä (useita variantteja), joista kukin kuvaa joukko yhteysparametreja:

Määrittelemätön bittinopeus (UBR) (saksankielinen "määrittelemätön bittinopeus")
on "normaalin" liikenteen oletustyyppi. Täältä saat kaistanleveyden, joka jää QoS-liikenteen käsittelyn jälkeen. Joten tämä on paras vaivayhteys .
Käytettävissä oleva bittinopeus (ABR)
lähetysnopeutta säännellään tällä hetkellä vapaan kaistanleveyden perusteella. Säätö tapahtuu joko solun otsikossa olevan EFCI-lipun kautta tai erityisten resurssienhallintasolujen (RM) kautta.
Muuttuva bittinopeus (VBR) (saksankielinen "vaihteleva bittinopeus")
Täällä "tilaat" keskimääräisen solunopeuden, jonka voit ylittää tietyllä määrällä tietyn ajanjakson ajan (on reaaliaikaisia (RT-VBR) ja ei-reaaliaikaisia ​​muunnoksia (NRT-VBR)).
Vakio bittinopeus (CBR) (saksan vakiobittinopeus)
tässä vaaditaan datan huippunopeutta ( Peak Cell Rate , PCR ), joka sitten taataan. Toisaalta tämä tarkoittaa myös sitä, että u. U. kaistanleveyttä ei käytetä.

Liikennesopimusten noudattaminen varmistetaan yleensä "muokkaamalla", yhdistämällä jonot ja pakettien luokittelu sekä "poliisitoiminta" ("ohjeiden" soveltaminen).

Liikenteen muokkaus

Tavallisesti muotoilu tapahtuu ATM-verkon sisääntulopisteessä, ja siellä soluvirtaa yritetään hallita siten, että liikennesopimus voidaan noudattaa. Yksinkertaisin muoto on Peak Cell Rate ( PCR ) -muotoilu, joka rajoittaa enimmäissolunopeuden määritettyyn arvoon. Muotoilu ATM-verkossa vaatii puskurikapasiteetteja ( Buffer Manager ), koska solut välitetään toisinaan viiveellä ja siten solut kerääntyvät.

Liikennepoliisit

Tiedonsiirtonopeuden lisäämiseksi virtuaaliliitännöille on mahdollista määrittää sääntöjä, jotka ovat ristiriidassa liikennesopimusten kanssa . Jos yhteys ylittää liikennesopimuksensa , verkko voi joko hylätä solut itse tai asettaa Cell Loss Priority (CLP) -bitin merkitsemään paketit hylätyksi tuleville kytkimille matkalla. Siksi tämä poliisitoiminta toimii solukohtaisesti, mikä voi johtaa ongelmiin, jos ATM: ään toteutetaan pakettipohjainen viestintä ja paketit pakataan ATM-soluihin. Tietysti, jos jokin näistä ATM-soluista hylätään, koko aiemmin segmentoitu paketti mitätöityy. Tästä syystä keksittiin sellaiset järjestelmät kuin Partial Packet Discard (PPD) ja Early Packet Discard (EPD), jotka hylkivät kokonaisen sarjan soluja, kunnes seuraava datakehys alkaa (katso Hylkää protokolla ). Tämä vähentää redundanttien solujen määrää verkossa ja säästää kaistanleveyttä täydille datakehyksille. EPD ja PPD toimivat vain AAL 5: n kanssa, koska niiden on arvioitava kehyksen päätebitti paketin lopun määrittämiseksi.

ATM-kennon rakenne

ATM-solu koostuu 5 tavun otsikosta ja 48 tavun käyttäjätiedoista ("hyötykuorma"). Hyödyllinen 48 tavun datakoko johti kompromissiksi puhelintarpeen ja pakettipohjaisten verkkojen tarpeiden välillä. Yksinkertaisesti otettiin amerikkalaisen (64 tavua) ja eurooppalaisen ehdotuksen (32 tavua) pakettien keskiarvo.

ATM määrittelee kaksi erilaista solumuotoa: NNI (verkkoverkko) ja UNI (käyttäjän verkkoliitäntä). Yksityiset ATM-yhteydet käyttävät UNI-muotoa, julkiset ATM-verkot NNI-muotoa.

Kaavio UNI-ATM-solusta
Seitsemäs Neljäs 3 0
GFC CPI
CPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC




Hyötykuorma 48 tavua



 Kaavio NNI ATM -solusta
Seitsemäs Neljäs 3 0
CPI
CPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC




Hyötykuorma 48 tavua

( GFC : Generic Flow Control, VPI : Virtual Path Identifier, VCI : Virtual Channel Identifier, PT : Hyötykuorman tyyppi, CLP : Cell Loss Priority, HEC : Header Error Control)

Solussa, jolla on UNI-otsikkomuoto, GFC-kenttä on varattu paikalliselle vuonohjaukselle verkon ja käyttäjän välillä (mikä on vielä määrittelemätöntä tänään). Suunnitellun käytön vuoksi julkiset ATM-verkot eivät takaa GFC-bittien siirtämistä. Kunnes paikallinen vuonohjaus on standardoitu, kaikki neljä bittiä on asetettava nollaan oletuksena. Yksityisissä verkoissa niitä voidaan käyttää tarpeen mukaan, ellei valmistajakohtaiset rajoitukset sitä estä.

ATM-solun NNI-muoto on identtinen UNI-muodon paitsi puuttuvan GFC-kentän kanssa. Sen sijaan näitä bittejä käytetään VPI-kentän suurentamiseen 8: sta 12: een. Siksi 2 12 VP: tä, joissa kussakin on 2 16 VC, voidaan osoittaa tai vastaava määrä yhteyksiä voidaan vaihtaa yhden portin kautta . UNI-muodossa on vain 256 VP: tä, joissa kussakin 2 16 VC: tä. Käytännössä jotkut VP / VC-numerot on yleensä varattu erityistarkoituksiin, joten niitä ei voida käyttää hyödyllisiin yhteyksiin.

PT-kenttää käytetään erilaisten solutyyppien erottamiseen käyttäjätietoja tai ylläpitoa ja hallintaa varten . Joten z. Esimerkiksi solut signalointitietojen vaihtoon, ohjaustiedot verkkoelementtien seurantaan sekä solut resurssien hallintaan ja liikenteen hallintaan .

Cell Loss Priority Bit (CLP) osoittaa, onko solu on korkea (CLP = 0) tai matala prioriteetti (CLP = 1). Tämä on tärkeää vain, jos verkkosolmu on ylikuormitettu ja jotkut solut on hävitettävä. Solut, joilla on matala prioriteetti, heitetään ensin pois. CLP-bitti voidaan asettaa tai muuttaa päätelaitteilla tai verkkosolmuilla.

HEC-kenttä (Header Error Correction, header header) antaa mahdollisuuden tarkistaa, lähetettiinkö ATM-solun otsikko virheettömästi; käyttäjätietojen virhetarkistus on suoritettava ylemmissä kerroksissa. Sitä käytetään myös solujen synkronointiin: jos vastaanottava puoli ei ole tunnistanut solun alkua oikein, se ottaa myös väärät tavut HEC-kenttänä ja saa sitten negatiiviset testitulokset, kunnes se on synkronoinut itsensä uudelleen solun oikeaan alkuun.

Katso myös: DSS2 , DSL , IP , MPLS , DQDB

Numerointi ATM-verkoissa

Alun perin oli suunniteltu, että A- tekniikkaan perustuvalle B-ISDN: lle käytetään samaa numeroväliä kuin ISDN: lle , ts. Se, joka on standardoitu ITU-T: n suosituksen E.164 mukaisesti . Mutta kun IT-maailma oli tunnustanut ATM-tekniikan käyttökelpoiseksi, käytiin kiiva taistelu tätä numerointijärjestelmää vastaan. Se päättyi vaihtoehtoisen numerotilan luomiseen, joka nykyään tunnetaan nimellä "ATM End-System Address" (AESA). Tämä esti kansallisia teleyrityksiä, jotka olivat tuolloin vielä usein monopoleja, hallitsematta numeroiden jakamista. Nykyään molemmat osoitetyypit ovat yleisiä, mutta ne ovat pohjimmiltaan erilaisia:

  1. Osoitetyyppi A koostuu E.164 : n mukaisesta kansainvälisestä osoitteesta ja aliosoitteesta. Aliosoite sisältää tarvittavat tiedot, joiden avulla päätelaite tunnistetaan. Aliosoite voi tulla yksityiseltä nimitilalta ja perustua AESA: han.
  2. Osoitetyyppi B on AESA, joka perustuu OSI: n NSAP- osoitteen muotoon (mutta ei itse).

Entinen keskustelu ATM puuttumalla on samanlainen kuin nykypäivän keskustelussa puuttumalla VoIP , joka muun ratkaisuja, on johtanut mitä kutsutaan Puhelinnumero Mapping .

Sovellus ja käyttäjä

Lähes kaikki tietoliikenneverkkojen operaattorit ovat perustaneet ATM-verkot runkoalueelle, mutta eivät käytä ATM-merkinantoa, vaan kiinteitä yhteyksiä. Laajakaista liityntäverkon , ATM: ää käytetään lähes yksinomaan multiplex-kerros ( DSLAM , RAS ). ATM pystyi vakiinnuttamaan asemansa paikallisten verkkojen teknologiana vain korkean suorituskyvyn alueella. Sen monimutkaisuus ja siihen liittyvät kustannukset estivät sen laajamittaisen käytön integroiduna verkkoratkaisuna toimistoalueella. Jotkut ATM-standardien perusperiaatteet, kuten kyky priorisoida tietyntyyppisiä tietoliikennettä, hyväksyttiin myöhemmin MPLS: ssä , joka on yleinen protokolla tehokasta vaihtoa tason 3 alapuolelle.

Radio- ja lähetysasemien käyttö

Saksan lähetystoiminnan harjoittajat käyttävät ATM-tekniikkaa : Suuremmat tuotantoyritykset ja lähetystoiminnan harjoittajat käyttävät valokuituverkkoja lähettääkseen ääni- ja videomateriaalinsa eri lähetystoiminnan harjoittajille reaaliajassa - ARD: n sisäinen tuotantoverkko ( HYBNET ) perustuu ATM-tekniikkaan . Satelliittitekniikan ( nousevan siirtotien ) avulla ATM-verkon kautta voidaan yhdistää suurempia etäisyyksiä (mannertenvälinen). Siirtopisteet koostuvat kooderista ja dekooderista , ns. Muxerista ( multipleksimenetelmä ). Teknologia tarjoaa myös perustan liven vaihtamiselle studiosta studioon.

Nykyinen tilanne

Esimerkiksi, vaikka perinteiset tietoliikenneoperaattorit sijoittivat valtavia summia ATM-infrastruktuuriin, 1990-luvun lopusta lähtien on ollut yhä enemmän viitteitä siitä, että yhä useammat sovellukset käyttävät muuta, usein Ethernet- pohjaista tekniikkaa ATM: n sijaan. Syynä tähän voivat olla IEEE 802.3 -perheen laitteiden huomattavasti alhaisemmat hinnat ja helpommin saatavissa oleva taitotieto.

Deutsche Telekom AG aikoo lopettaa Internet-DSL-yhteyksien ja puhelinkeskusten päivityksen ATM-tekniikalla vuoteen 2012 mennessä, jotta ATM: llä ei enää olisi tulevaisuudessa suurta roolia selkärangan alueella. ATM-tekniikka on korvattu Ethernet- pohjaisella tekniikalla ja IP-pohjaisilla VPN: llä. Helmikuussa 2013 tuli tiedoksi, että Telekom aikoo sammuttaa asteittain "tavanomaisen verkkotekniikan vähän käytetyt osat" (eli ATM DSLAM -muodot ) testivaiheessa vuoteen 2016 saakka ja siirtää asiakkaat IP-ratkaisuihin ("All-IP"). Tämä koskee useita tuhansia asiakkaita, joille on jo kirjoitettu. Vaihtokeskukset on säilytettävä, mutta verkko-operaattori haluaa "hankkia tärkeitä kokemuksia IP-tekniikkaan siirtymisestä, joka tulisi sitten sisällyttää jatkosuunnitteluun".

Vaikka pankkiautomaatilla tekniikana ei todennäköisesti enää ole merkitystä, on myös mainittava, että joitain ilmaliikenteen hallinnan avulla saatuja tutkimustuloksia käytetään edelleen muissa verkkotekniikoissa, kuten MPLS: ssä. Mutta QoS Internetissä tai tulevissa verkoissa tai TCP-ruuhkien hallinta on hyötynyt myös ATM: stä - ainakin tutkimuksen alalla (ks. TCP / ruuhkien hallinta tutkimusalana ).

Katso myös

nettilinkit

Commons : Asynkroninen siirtotila  - kuvien, videoiden ja äänitiedostojen kokoelma

Yksittäiset todisteet

  1. ↑ Pankkiautomaatti vs. gigabitin Ethernet
  2. ↑ ATM vs. Ethernet ( Memento 24. elokuuta 2011 WebCite-sivustossa )
  3. ↑ Cisco suosittelee asiakkaiden siirtymistä pankkiautomaatista Ethernetiin ( Memento, 12. maaliskuuta 2007 Internet-arkistossa )
  4. ↑ Gigabitin Ethernet on kasvussa
  5. ↑ Lucentin ATM-siirto Ethernetiin ( Memento 4. maaliskuuta 2007 Internet-arkistossa )
  6. ↑ Telekom: Analogisen lankaverkkoyhteyden loppu tulee vuonna 2016. Telariff, 21. helmikuuta 2013
    ( Huomaa: Artikkelin otsikkoa ei pidä ymmärtää väärin siten, että analogisia lankaverkkoyhteyksiä ei enää ole saatavissa vuoden 2016 jälkeen; vain yli Vielä toiminnassa olevat ATM DSLAM -muodot on kytketty kiinteään verkkoon.)