Opis technologii ATM.doc

Opis technologii ATM

 ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode) jest szerokopasmową technologią komunikacyjną, która wykorzystywana jest do przesyłania danych interakcyjnych, różnej wielkości plików, transmisji głosu, a także sygnału wizyjnego. Standard ATM może być stosowany zarówno w sieciach lokalnych LAN, miejskich MAN jak i rozległych WAN. Połączenie pomiędzy odbiorcą a nadawcą, tworzone jest na podstawie informacji zawartej w przesyłanych komórkach informacyjnych (ang. cell) o jednakowych rozmiarach.

Standard ATM nie definiuje medium transmisyjnego, wykorzystywanego do realizacji połączeń miedzy węzłami, lecz zasady komunikacji w sieci, dopuszczając zastosowanie technologii ATM w różnorodnych środowiskach transmisyjnych, takich jak kable koncentryczne (sieci lokalne), światłowody (sieci LAN, WAN), bądź kanały bezprzewodowe (sieci globalne). ATM nie jest też związany z określoną szybkością przesyłania danych. Początkowo zdefiniowano szybkości transmisji od 1.5 Mb/s do 622 Mb/s, ale sieci ATM mogą swobodnie osiągać coraz wyższe prędkości przesyłania danych, w miarę rozwoju sprzętu i technologii transmisyjnych. Określone w standardach mechanizmy synchronizacji i sygnalizacji zajmują około 1 Mb/s każdego łącza fizycznego, stąd nie jest korzystne używanie wolniejszych łączy niż T1/E1.

Termin "asynchroniczny" w nazwie technologii ATM, odnosi się do trybu transmisji danych. W metodzie ATM przesyłane strumienie bitów dzielone są na grupy po 53 bajty, zwane “komórkami". Komórki z różnych połączeń są ze sobą wymieszane i przesyłane bez żadnego ustalonego porządku.

Architektura ATM

Architektura ATM została zdefiniowana jako element specyfikacji B-ISDN (ang. Broadband - Integrated Services Digital Network). Skrót B-ISDN oznacza szerokopasmową sieć cyfrową z integracją usług, w której informacje są przesyłane z dużą szybkością w postaci komutowanych pakietów danych, mowy i obrazów ruchomych i nieruchomych (wideo).

Podobnie jak i w innych typach sieci telekomunikacyjnych, również i w systemie B-ISDN ATM, funkcje sterowania, zarządzania, obsługi procesów użytkowych oraz związane z nimi protokoły mają strukturę warstwową.

Model architektury ATM składa się z trzech warstw:

· fizycznej - definiującej funkcje związane z dostępem do medium transmisyjnego;

· ATM - określającej format komórki oraz funkcje zapewniające niezawodny transfer komórek, bez względu na typ usługi;

· AAL (ang. ATM Adaptation Layer - AAL) - adaptacyjnej, obejmującej funkcje zależne od typu realizowanej usługi, które określają sposób konwersji informacji z warstw wyższych do postaci komórek ATM,

oraz płaszczyzn:

· użytkownika - pełniącej funkcje transferu informacji użytkownika oraz sterowania przepływem strumieni tych informacji, itp.;

· sterowania - odpowiedzialnej za realizacje zgłoszeń; w płaszczyźnie tej zawarte są funkcje sygnalizacyjne odpowiedzialne za ustanawianie, zarządzanie i rozłączanie połączeń;

· zarządzania - realizującej funkcje nadzoru warstwą (zarządzanie zasobami oraz parametrami obiektów istniejących w protokole) i nadzoru płaszczyzną (koordynacja miedzy płaszczyznowa).

Podobnie jak w wielu innych architekturach sieciowych, tak i w ATM, poszczególne warstwy dzielą się na podwarstwy, pełniące różne zdefiniowane funkcje. 

Zestawienie funkcji realizowanych w poszczególnych warstwach przedstawione jest w tabeli:

CS - (ang. Convergence Sublayer) - podwarstwa zbieżności

SAR - (ang. Segmentation and Reassembly) - podwarstwa segmentacji i scalania

AAL - (ang. ATM Adaptation Layer) - warstwa adaptacyjna

TC - (ang. Transmission Convergence Sublayer) - podwarstwa zbieżności transmisji

PM - (ang. Physical Medium Sublayer) - podwarstwa medium fizycznego

Rodzaje interfejsów fizycznych

Standard ATM definiuje dwa podstawowe rodzaje styków (interfejsów) fizycznych:

· UNI (ang. User-to-Network Interface) - styk użytkownik-sieć - określający zasady połączenia użytkownika z siecią ATM.

Istnieją przy tym dwa rodzaje interfejsów UNI:

o                     prywatny UNI (ang. private UNI)- odnosi się do styku pomiędzy użytkownikiem, a przełącznikiem ATM, należącym do tej samej korporacji co użytkownik

o                     publiczny UNI (ang. public UNI)- wykorzystywany jest, gdy użytkownik lub sieć prywatna łączy się z publiczną siecią ATM.

Z interfejsem tym związany jest protokół ILMI.

· NNI (ang. Network-to-Network Interface lub Node-to-Node Interface) - styk międzywęzłowy opisujący zasady łączenia przełączników ATM i odpowiadający głównie za zarządzanie ich współdziałaniem.

W przypadku NNI możemy także wyróżnia dwa rodzaje styków:

o                     prywatny NNI (ang. private NNI) - dotyczący przełączników w prywatnych sieciach

o                     publiczny NNI (ang. public NNI) - stosowany w sieciach publicznych.

Z interfejsem tym związany jest protokół PNNI.

 Protokoły związane ze stykami

·                     ILMI (ang. Integrated Local Management Interface) protokół odpowiedzialny jest za autokonfigurację wielu parametrów protokołu ATM, np. wyznaczanie adresów serwerów inicjalizujących różne protokoły sieciowe ATM czy też określanie adresów ATM stacji końcowych. Mechanizm rejestracji adresów ATM w standardzie ILMI pozwala przełącznikom ATM rezerwować początkową cześć adresu stacji końcowych, podczas gdy pozostała cześć stanowi unikatowy 48-mio bajtowy adres MAC stacji. Protokół ten umożliwia administratorowi sieci kontrole rezerwowanych adresów.

·                     PNNI (ang. Private Network-to-Network Interface) protokół definiuje zbiór reguł dynamicznego routingu oraz sterowania, obejmujących zasady ustalania połączenia z gwarancją jakości usług QoS, z uwzględnieniem dostępnej w danej chwili przepustowości, obciążenia sieci i średniego opóźnienia transmisji. Protokół PNNI umożliwia przełącznikom ATM wymianę informacji o dostępnych adresach w sąsiednich przełącznikach oraz metryk QoS, wykorzystywanych przy określaniu parametrów kontraktu nowego połączenia. Wymiana informacji pomiędzy przełącznikami ATM z wykorzystaniem protokołu PNNI umożliwia zestawienie połączenia tak, by został osiągnięty pożądany poziom QoS oraz by uniknąć przeciążeń w sieci. Protokół PNNI jest stosowany zarówno w małych, lokalnych sieciach ATM, jak i w sieciach o zasięgu globalnym. Jest to możliwe dzięki hierarchicznemu podziałowi urządzeń w sieci na poziomy i grupy (ang. Peer Groups). W jednej grupie znajduje się liczba przełączników, dobrana tak, by zapewnić zarówno wysokie wykorzystanie przepustowości łączy, jak i właściwe metryki QoS połączeń. Każda grupa posiada “lidera" (ang. Peer Group Leader). “Liderzy" wchodzą w skład grup wyższego poziomu, które też mają swoich liderów. Każdy poziom hierarchii jest identyfikowany przez określoną część 20 bajtowego adresu ATM, który złożony jest z 13 bajtów prefiksu sieciowego (Network Prefix), 6 bajtów ESI (End System Identifier) i 1 bajtu SEL (Selector). W ten sposób hierarchia przełączników może nawet obejmować do 104 poziomów (Network Prefix ma 13 bajtów = 104 bity. Po ustaleniu klasy usług, jakości QoS oraz zestawieniu połączenia wirtualnego następuje transmisja danych.

Rodzajów połączeń w sieci ATM

·                     PVC (ang. Permanent Virtual Connection) - połączenie zestawiane jest na stałe, niezależnie od tego czy jest wykorzystywane do transmisji. Wartości identyfikatorów połączenia ustala administrator sieci, który też ustanawia i zamyka połączenie;

·                     SPVC (ang. Soft-Permanent Virtual Connection) - różni się od stałego tym, że połączenie jest ustalane tylko na czas przesyłania danych, ale wartości identyfikatorów połączenia są z góry nadane przez administratora sieci;

·                     SVC (ang. Switched Virtual Connection) - połączenie zestawiane jest tylko na czas przesyłania danych. Wartości identyfikatorów połączenia ustalane są podczas ustanawiania połączenia.

Kanały i ścieżki wirtualne

Sieć ATM składa się na ogół z wielu połączonych ze sobą przełączników ATM (komutatorów). Gdy komórka informacyjna przybywa do komutatora, jest ona kierowana, na podstawie informacji adresowej zawartej w nagłówku, właściwą drogą do kolejnego węzła. Przełączanie komórek następuje sprzętowo. Z uwagi na to przesyłanie danych w standardzie ATM jest bardzo szybkie. W komutatorach ATM nie jest dokonywana weryfikacja poprawności przesyłanych komórek - odpowiadają za nią wyższe warstwy zaimplementowane w stacjach nadawcy i odbiorcy.

Zgodnie z koncepcją ATM pomiędzy stacjami źródłową a docelową zestawiane jest logiczne połączenie zwane kanałem wirtualnym VCC (ang. Virtual Channel Connection). Zestaw kanałów o wspólnym węźle docelowym tworzy tzw. wirtualną ścieżkę VPC (ang. Virtual Path Connection). W komutatorze ATM ma więc miejsce multipleksacja statystyczna poszczególnych kanałów. Kanały i ścieżki wirtualne są rozróżniane przez części adresowe VPI (ang. Virtual Path Identifier - 12-to (w NNI) lub 8-mio (w UNI) bitowe identyfikatory w zależności od wersji styku ATM) i VCI (ang. Virtual Channel Identifier - 16-to bitowy identyfikator) umieszczone w nagłówku komórki.

Użycie ścieżek wirtualnych upraszcza zarządzanie siecią, ponieważ liczba ścieżek wirtualnych jest znacznie mniejsza od liczby kanałów wirtualnych. Brak konieczności zestawiania połączeń w węzłach pośrednich, przez które przebiega dana ścieżka, wpływa na przyspieszenie procedury ustanawiania nowego połączenia, wykorzystującego ścieżki wirtualne.

Kanały wirtualne należące do jednej ścieżki wirtualnej muszą charakteryzować się jednakowym poziomem wymaganej jakości usługi QoS.

Transmisja danych odbywa się z udziałem węzłów-komutatorów ATM. Rozróżniamy przy tym dwa rodzaje komutatorów (przełączników). Są to komutatory ścieżek VP i kanałów VC. W komutatorze VP znajdują się zakończenia ścieżek VPx. W związku z tym dokonywane są zamiany wartości VPI ścieżki wchodzącej na VPI ścieżki wychodzącej, według adresu docelowego danego połączenia. W komutatorze kanałów VC translacji ulegają zarówno wartości wskaźników VCI jak i VPI.

ATM dysponuje dobrymi mechanizmami obronnymi przed powstaniem przeciążeń. W razie awarii przełącznika w sieci lub dużego zagęszczenia ruchu następuje przełączenie całej wirtualnej ścieżki na inną drogę w sieci. Ułatwia to zarządzanie siecią ATM, gdyż wymagane jest tylko określenie przebiegu wirtualnych ścieżek, nie zaś indywidualnych kanałów. Określenie ścieżki i kanału w sieci, rodzaj przesyłanej informacji (użytkowa, zarządzania siecią) oraz priorytet komórki są umieszczone w nagłówku komórki.

Warstwa fizyczna

Warstwa fizyczna ATM została podzielona na dwie podwarstwy:

·                     podwarstwę PM (ang. Physical Medium Sublayer) określającą charakterystyki medium transmisyjnego, parametry nadajnika, odbiornika itp.,

·                     podwarstwę TC (ang. Transmision Convergence) służącą dopasowaniu otrzymanego ciągu bitów do struktury komórek ATM, określaniu granicy poszczególnych komórek, sprawdzaniu poprawności transmisji (pole HEC), oraz generowaniu i usuwaniu komórek warstwy fizycznej.

Do transmisji danych mogą być wykorzystywane interfejsy takie jak SDH, PDH i inne. Tabela przedstawia hierarchie prędkości transmisji. Wymieniono w niej prędkości interfejsu SONET, który jest kompatybilny z SDH.