Mod de transfer asincron
Această intrare sau secțiunea privind telecomunicațiile nu citează sursele necesare sau cele prezente sunt insuficiente. |
În telecomunicații, modul de transfer asincron sau ATM este un protocol de rețea de straturi de legătură de date al modelului ISO / OSI care implementează un mod de transfer virtual și transfer de celule cu circuit virtual , încapsulând datele în unități, numite celule , cu lungime fixă (53 octeți ) în loc de în lungime variabilă pachete așa cum este cazul în pachete comutate rețele (de exemplu cu IPv4 ). Rețelele de telecomunicații care implementează protocolul ATM se numesc rețele ATM.
Introducere
ATM a fost proiectat la începutul anilor nouăzeci și lansat cu un puternic impuls din partea marilor operatori de telecomunicații (centrele de cercetare în telecomunicații, totuși, studiau primele aplicații din anii șaptezeci: AT&T în SUA, CNET francez în Europa - în timp ce CSELT italian a început în 1983) deoarece trebuia să satisfacă nevoile de rețea prin unificarea diferitelor tipuri de trafic sau servicii (voce, date, TV prin cablu , telex etc.), într-un singur sistem integrat. În special, ATM-ul a fost conceput pentru a oferi un standard de rețea unificat pentru a suporta canale sincrone ( SDH ) și rețele bazate pe pachete ( IP , Frame Relay etc.) și capabil să garanteze și să gestioneze mai multe niveluri de calitate a serviciului în același timp. a diferitelor tipuri de trafic demonstrând astfel abilități excelente în ceea ce privește flexibilitatea și eficiența în utilizarea resurselor de transmisie și procesare.
Acest sistem ar fi trebuit să dea naștere așa - numitei rețele Broadband-ISDN ( B-ISDN ), o extensie sau dezvoltare a rețelei clasice de bandă îngustă N-ISDN ( Narrow ISDN ) care a susținut toată această serie de servicii oferite utilizatorului și cu o rată de transmisie a vitezei de 155 Mbit / s datorită utilizării fibrelor optice ca mediu de transmisie până la utilizatorul final, adică în rețeaua de acces . Aceste tehnologii din Italia au fost testate de centrul de cercetare Telecom Italia CSELT , din care a publicat și o serie de volume în limba italiană. Până în prezent, totuși, acest tip de rețea nu a fost niciodată implementat la un nivel de serviciu comercial, din cauza absenței fibrelor optice până la utilizatorul final.
Prin urmare, ATM-ul în întregime nu a obținut succesul sperat în ceea ce privește difuziunea, totuși a fost parțial adoptat în rețeaua telefonică unde utilizarea sa se extinde încă ca protocol de transport în rețeaua de acces ( ADSL , UMTS ) și mai ales în rețelele de transport . În timp ce bancomatul încetează în desuetudine în favoarea unor tehnologii de rețea mai eficiente, cum ar fi MPLS , a fost, fără îndoială, un pas intermediar sau o evoluție în dezvoltarea rețelelor de telecomunicații. În special, B-ISDN în scopurile sale finale este acum parțial implementat cu tehnologia de rețea de generație următoare .
Operațiune
Unitatea de transmitere a datelor ATM se numește celulă și are o dimensiune fixă de 53 de octeți , dintre care 48 sunt sarcini utile (corp de date utile) și 5 sunt anteturi . Lungimea fixă și mică a celulei favorizează întârzieri de procesare constante și limitate în timpul comutării în noduri, precum și viteze de transmisie mai mari, care sunt extrem de avantajoase pentru susținerea diferitelor tipuri de trafic.
ATM utilizează o tehnică de comutare a circuitului virtual care îl face atractiv pentru rețelele integrate în serviciile de transmisie de mare viteză : înainte de a trimite datele, este trimis un pachet de strângere de mână pentru a configura conexiunea . Pe măsură ce acest pachet trece prin comutatoarele ATM, acestea calculează rutare , etichetează pachetele de pe această conexiune și rezervă resurse pentru conexiunea însăși. În acest moment, toate pachetele ulterioare ale conexiunii vor urma aceeași cale pe care este tipică pentru comutarea circuitului . În rest, transmiterea datelor este segmentată în pachete de dimensiuni fixe numite celule multiplexate asincron pe diferite canale logice sau virtuale pentru fiecare conexiune.
Celulele ulterioare vor fi identificate pe baza unei etichete. Când o celulă ajunge la un comutator, trebuie să consulte un tabel indexat de portul de intrare și etichetă, obținând portul de ieșire și noua etichetă care trebuie atribuită celulei. Această arhitectură foarte simplă facilitează rutare în hardware permițând comutatoare de mare viteză (comutarea pe etichetă este mai rapidă decât comutarea IP bazată pe procesarea bazată pe tabele de rutare indexate de subrețele).
Eticheta este compusă din două valori prezente în antetul fiecărei celule, VPI și VCI:
- VPI ( Virtual Path Identifier ) identifică calea virtuală pe care a fost activat circuitul virtual.
- VCI ( Virtual Channel Identifier ) identifică canalul virtual pe care a fost activat circuitul virtual.
Ierarhic, un circuit virtual este stabilit prin conectarea mai multor conexiuni VC virtuale. VP este un canal virtual ierarhic superior VC și, de fapt, un VP poate conține până la 2 ^ 16 VC. Dispozitivele hardware adecvate, cum ar fi comutatoarele ATM, sunt capabile să gestioneze VP (cu toate VC-urile conținute în acestea) sau chiar VC-urile individuale direct.
Deoarece toate pachetele urmează același traseu, livrarea în ordine este garantată, dar integritatea informațiilor nu este garantată, adică toate pachetele sunt livrate, deoarece cozile la comutatoare și pierderile de pachete consecvente sunt întotdeauna posibile.
Viteza de transmisie posibilă variază de la 2 la 622 Mbps și chiar mai mult. Aceasta este viteza potrivită pentru televizoarele de înaltă definiție .
ATM vă permite, de asemenea, să segmentați banda pe diferite canale virtuale pentru a o împărți și a o oferi diferitelor tipuri de servicii de transmisie prin utilizarea VCC-urilor (VPI: VCI)
Pentru a susține diferite tipuri de trafic ATM și, prin urmare, diferite tipuri și niveluri de calitate a serviciilor, au fost definite o varietate de modele de servicii care se adaptează atât traficului telefonic (CBR: lățime de bandă constantă, lățime de bandă puternică și garanții de întârziere), cât și celui IP ( VBR: bandă variabilă, fără garanție). Spre deosebire de rețelele IP, ATM-ul trebuie, prin urmare, să ofere o garanție de transport sau o performanță prestabilită pentru serviciul de utilizator solicitat.
Arhitectura protocolului ATM
În ceea ce privește protocolul Frame Relay , ATM adoptă, în arhitectura sa de protocol, principiul Core & Edge, adică nodurile interne se ocupă doar de comutare și multiplexare, în timp ce toate celelalte funcții specifice pentru diferitele tipuri de servicii sunt implementate pe utilizator terminale. Acest lucru permite mutarea unei părți a complexității de calcul către marginile rețelei, făcând transportul intern mai rapid datorită, de asemenea, utilizării mediilor de transmisie cu raport de eroare de biți redus, cum ar fi fibra optică.
În timp ce stratul ATM pur tratează funcționalitatea relativă a antetului în cadrul rețelei de transport, adică în ceea ce privește comutarea etichetelor, sunt definite și utilizate mai multe straturi de adaptare la marginile rețelei („Adaptation Layer”) pentru interconectarea rețelelor ATM cu rețele non-ATM, în funcție de tipul particular de serviciu / trafic pe diferite tipuri de date care trebuie oferite utilizatorului și care acționează asupra sarcinii utile a celulei.
Strat de adaptare
AAL constă din două sub-niveluri:
- Convergenţă
- SAR (segmentare și reasamblare)
Există 5 AAL (de fapt, există 4 categorii) în funcție de aplicație sau de tipul de trafic care urmează să fie servit.
AAL 1
AAL 1 este utilizat pentru aplicații care utilizează emulare de circuite (canal punct-la-punct TDM) sau pentru aplicații care utilizează surse audio care au o rată constantă de biți constanți . Astfel se încadrează în clasa de servicii CBR .
Incapsularea SAR în AAL1 are loc prin rezervarea unui octet al sarcinii utile a celulei, unde sunt specificate următoarele câmpuri:
- CSI 1 bit
- Număr de secvențe 3 biți (indică numărul celulei, poate fi util să verificați pierderea celulelor sau inserarea incorectă)
- CRC 3 biți (verificare redundanță ciclică, este o verificare a numărului de secvențe)
- Paritate 1 bit
În plus, Sublayer-ul Convergence oferă un buffer pentru a elimina jitterul dintre celule.
AAL 2
AAL 2 este utilizat pentru acele aplicații care necesită o clasă de servicii VBR-rt (dimensiunea traficului variabil, în timp real) Ex: Video audio comprimat.
Mai multe fluxuri de date aparținând unor surse distincte pot călători pe o singură conexiune ATM. Este necesar un mecanism pentru a separa aceste fluxuri. Subnivelul Convergență are sarcina de a multiplexa aceste fluxuri în faza de trimitere a fluxurilor și de a demultiplexa aceste fluxuri în faza de recepție. La rândul său, substratul de convergență este împărțit în SSCS (substrat de convergență specific serviciului) și CPS (substrat de parte comună).
Celulele din AAL 2 au o formă ca aceasta:
Câmp de pornire:
- OSF 6 biți
- SN număr de secvență de 1 bit
- P 1 paritate de biți
Antetul pachetului:
- CID 8 biți
- LI lungime sarcină utilă de 6 biți
- UUI 5 biți
- HEC 5 biți ( Control erori antet : verifică eroarea din antetul celulei)
Variabil:
- PAYLOAD biți rămași
- Posibilă căptușeală
AAL 3/4
AAL 3/4 este destinat aplicațiilor care necesită o clasă de servicii VBR-nrt (dimensiune variabilă a traficului, nu în timp real). Pentru aplicații de acest tip este preferat să se asigure corectitudinea datelor, mai degrabă decât întârzierea (Întârziere). Verificările de corectitudine privind sarcina utilă și numărul de serie înlocuiesc, prin urmare, acele câmpuri care anterior erau dedicate verificărilor de sincronizare. Mesajele sunt încapsulate într-un antet și într-un trailer după care sunt segmentate în celulele ATM.
Celulele ALL 3/4 constau dintr-un antet care oferă informații despre segment, numărul secvenței, câmpul pentru multiplexare și o remorcă care conține un indicator de lungime și CRC.
AAL 5
AAL 5 nu face altceva decât să introducă o coadă de 8 octeți ( remorcă ) la fiecare pachet care conține un câmp rezervat, lungimea sarcinii utile, 32 de biți de CRC . Pachetul este încapsulat în celula ATM, doi biți ai câmpului PTI sunt utilizați pentru a defini ultima celulă aparținând unui agregat de celule corespunzător unui pachet.
AAL 5 este utilizat, de exemplu, pentru a folosi ATM în LAN. Ceea ce se întâmplă practic datorită AAL 5 este convertirea adreselor MAC a 48 de biți ai dispozitivelor în adrese locale pentru ATM 20 octeți.
Gestionarea traficului
După cum sa menționat, ATM-ul trebuie să accepte diferite tipuri de trafic, chiar foarte diferite unul de celălalt, și din acest motiv trebuie să fie capabil să le gestioneze cu îndemânare și flexibilitate. În acest scop, la începutul conexiunii, adică în faza de setare / construcție a acestuia, modul de transport exact pentru tipul particular de trafic solicitat de utilizator este negociat printr-un Contract de trafic care specifică parametrii de trafic ( trafic descriptor ) și cele ale calității serviciului solicitat și că rețeaua însăși, odată ce cererea de serviciu a fost acceptată, trebuie să garanteze. În special, parametrii de trafic includ banda de vârf, banda medie și banda minimă de comunicație care trebuie garantată, lungimea maximă a unei rafale de pachete și variația maximă de întârziere tolerată în timp ce parametrii QoS sunt întârzierea maximă a transferului, variația întârzierea la extreme, rata maximă de pierdere permisă.
În același timp, pentru a fi sigur că este capabil să susțină solicitările utilizatorilor cu privire la diferitele tipuri de trafic care urmează să fie deservite, rețeaua ATM implementează așa-numitul mecanism de control al admiterii apelurilor, adică după înregistrarea în momentul stabilirii conexiunii prin solicitările de parametri de trafic din Contractul de trafic, verifică ulterior disponibilitatea resurselor necesare în nodurile de tranzit interne pentru a satisface cererile de serviciu și apoi le atribuie definitiv, pe toată durata conexiunii, utilizatorului, satisfăcându-i cererile. Același mecanism de control al admiterii apelurilor limitează efectele de retransmisie pe care le-ar produce orice congestie a rețelei datorată pierderii pachetelor netransferabile.
La nivel hardware, pentru a gestiona diferite tipuri de trafic (de ex. CBR și VBR în timp real și nu) ATM utilizează o arhitectură de recepție cu mai multe buffere de recepție în nodurile interne: în cazul traficului din surse în timp real, bufferele sunt mai mici decât cele destinate celulelor non-timp real pentru a evita întârzierile excesive la coadă și cu un programator care decide prioritatea de transmisie a traficului de intrare oferit în favoarea traficului în timp real.
Tipuri de trafic
Tipurile de trafic acceptate sunt:
- CBR ( Constant Bit Rate ), sursele emit la o rată de biți constantă ca în cazul vorbirii ;
- VBR ( Variable Bit Rate ), sursele emit cu viteză variabilă în timp (de exemplu, date audio-video și trafic Internet)
Fiecare dintre tipurile de surse anterioare poate fi de tipul în timp real sau non-în timp real și fiecare prevede garantarea parametrilor diferiți ai calității serviciilor.
- UBR ( bit rate nespecificat ), sursele pot emite la viteză variabilă până la o valoare maximă permisă de rețea;
- ABR ( Avaliable Bit Rate ), sursele pot emite la o rată maximă de emisie disponibilă într-un anumit moment de timp al rețelei ( cel mai bun efort ) pe baza congestiei rețelei prin implementarea unui mecanism de control al transmisiei între nodurile interne bazat pe un feedback prin care comunică nodurile traficul maxim admis și, în consecință, traficul maxim pe care terminalele îl pot transmite. Prin urmare, este o funcționalitate similară cu cea oferită de TCP în controlul respectiv al congestiei , de fapt chiar mai bună, deoarece este implementată la nivelul rețelei în nodurile rețelei în sine ( hop cu hop ) și nu de la extrem la extrem ( cap la cap ) și de tip preventiv care este declanșat înainte de pierderea pachetului și nu după cum se întâmplă în TCP. Prin urmare, este un mecanism extrem de util pentru creșterea eficienței utilizării rețelei până la limita permisă, adică fără a suporta congestie.
Aplicații
Există două modalități posibile de implementare a bancomatului pe o rețea de telecomunicații:
- Emulare LAN (LANE): permite unui set de terminale care fac parte din aceeași subrețea să comunice între ele ca aparținând unei rețele locale ATM fără a utiliza protocolul Ethernet cu dezavantajul, totuși, de a fi nevoit să creeze conexiuni ATM (adică semi -VC permanente sau automate). De fapt, acest lucru nu a fost făcut în favoarea rețelelor Ethernet comune din motive de cost al dispozitivelor ATM (switch-uri ATM).
- IP clasic peste ATM (CLIP): reprezintă modelul care s-a stabilit în mod eficient și care constă dintr-o schemă de transport în care routerele de interfață comunică între ele printr-o rețea ATM, care acționează ca o rețea de transport , prin utilizarea circuite cu avantajul suplimentar de a garanta QoS utilizatorilor și posibilitatea VPN-ului la scară geografică ( rețele Ipsilon ).
IP prin bancomat
IP prin ATM a fost introdus la începutul anilor nouăzeci pentru a satisface nevoile de trafic în creștere pe care routerele vremii nu le-au putut satisface (comutatoarele ATM au oferit performanțe de până la 622 Mbit / s) și deoarece ATM a oferit posibilitatea operarea ingineriei traficului sau planificarea / deciderea modului de direcționare a traficului în rețeaua de transport grație mecanismului circuitelor virtuale permanente gestionate dinamic sau modificabile în funcție de nivelul de congestie internă a rețelei.
Pentru a transporta traficul IP dintr-o singură sursă, se folosește Adaptation Layer 5 (AAL5), care segmentează pachetul IP în celule. Prin urmare, AAL5 oferă posibilitatea segmentării pachetelor de dimensiuni variabile până la 2 ^ 16 octeți pe un număr suficient de celule ATM cu o cheltuieli generale minime. Fiecare pachet AAL5 ( CPCS-PDU ) este acoperit de un CRC pentru detectarea erorilor. Astfel, prin PDU ne referim la setul de celule ATM care transportă acest pachet. Pentru fiecare PDU, AAL5 are o cheltuială de 8 octeți care se potrivește ca o remorcă PDU. În timp ce un pachet AAL5 va fi transmis pe mai multe celule din AAL2, o celulă va putea transporta mai multe pachete AAL2. Cu toate acestea, această practică implică o sarcină aeriană mai mare în rețea, prin urmare o pierdere de eficiență ( Goodput ).
Această soluție și-a pierdut definitiv avantajele atunci când, odată cu creșterea performanței de procesare a routerelor IP până la depășirea capacității comutatoarelor ATM, ATM și-a arătat toate limitările în ceea ce privește gestionarea simultană a două tipuri diferite de rețea (IP de mai sus și ATM de mai jos), precum și problema cablării care a crescut odată cu pătratul terminalelor pentru topologiile full mesh adoptate de ATM și cea conectată intim în ceea ce privește procesarea, stocarea și eficiența informațiilor furnizate de protocoalele de rutare .
Noua tehnologie de rețea de transport care a devenit stabilită a fost, prin urmare, IP prin SDH / SONET și ulterior IP peste MPLS prin SDH / SONET.
Model de referinta
Folosind AAL5 pentru a transporta IP prin ATM, ATM își asumă funcția stratului de legătură din stiva TCP / IP, în ciuda faptului că are multe caracteristici ale unui strat de rețea și chiar unele care se găsesc în mod normal în stratul de transport (serviciu orientat spre conexiune, calitate de serviciu, controlul congestiei). Aceste oportunități nu sunt exploatate prin transportul de IP prin bancomat.
Din aceste motive, ATM-ul nu se potrivește bine nici în modelul OSI, nici în modelul TCP / IP , adică în întregime ar fi un model separat de arhitectură de rețea cel puțin pentru ceea ce privește straturile inferioare inferioare dedicate transportului .
Bibliografie
- Lambarelli, Livio. „Categorii de servicii ATM: avantajele pentru utilizator.” Forumul ATM: Cartea albă privind categoriile de servicii. 1996.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere în modul de transfer asincron
