АТМ - історія і базові принципи
Технологія АТМ спочатку розглядалася виключно як спосіб зниження телекомунікаційних витрат, можливість використання в ЛВС просто не бралася до уваги. Більшість широкосмугових застосувань відрізняються вибуховим характером трафіку. Високопродуктивні додатки типу ЛВС клієнт-сервер вимагають високій швидкості передачі в активному стані і практично не використовують мережу в решту часу. При цьому система знаходиться в активному стані (обмін даними) достатньо малий час. Навіть у тих випадках, коли користувачам реально не потрібна забезпечувана мережею смуга, традиційні технології ЛВС все одно її виділяють. Отже, користувачам доводиться платити за зайву смугу. Переклад розподілених мереж на технологію АТМ дозволяє позбавитися від таких непотрібних витрат. Комітети із стандартизації розглядали вирішення для забезпечення недорогих широкосмугових систем зв'язку на початку 80-х років. Важливе те, що метою цього розгляду було застосування принципів комутації пакетів або статистичного мультиплексування, які так ефективно забезпечують передачу даних, до систем передачі інших типів трафіку. Замість виділення спеціальних мережевих ресурсів для кожного з'єднання мережі з комутацією пакетів виділяють ресурси по запитах (сеансові з'єднання). Оскільки для кожного з'єднання ресурси виділяються тільки на час їх реального використання, не виникає великих проблем із-за спаду трафіку. Проблема, проте, полягає в тому, що статистичне мультиплексування не забезпечує гарантованого виділення смуги для додатків. Якщо безліч користувачів одночасно захочуть використовувати мережеві ресурси, комусь може просто не вистачити смуги. Таким чином, статистичне мультиплексування, вельми ефективне для передачі даних (де не потрібно забезпечувати гарантовану незначну затримку), виявляється малопридатним для систем реального часу (передача голосу або відео). Технологія АТМ дозволяє вирішити цю проблему. Проблема затримок при статистичному мультиплексуванні пов'язана зокрема з великим і непостійним розміром передаваних по мережі пакетів інформації. Можлива затримка невеликих пакетів важливої інформації із-за передачі великих пакетів малозначимих даних. Якщо невеликий затриманий пакет виявляється частиною слова з телефонної розмови або multimedia-презентации, ефект затримки може виявитися вельми істотним і помітним для користувача. З цієї причини багато фахівців вважають, що статистичне мультиплексування кадрів даних дає дуже сильне тремтіння із-за варіації затримки (delay jitter) і не дозволяє передбачити час доставки. З цієї точки зору технологія комутації пакетів є абсолютно неприйнятною для передачі трафіку типу голосу або відео. АТМ вирішує цю проблему за рахунок ділення інформації будь-якого типу на невеликі осередки фіксованої довжини. Осередок АТМ має розмір 53 байти, п'ять з яких складають заголовок, що залишилися 48 - власне інформацію. У мережах АТМ дані повинні вводитися у формі осередків або перетворюватися в осередки за допомогою функцій адаптації. Мережі АТМ складаються з комутаторів, сполучених транковыми каналами АТМ. Краєві комутатори, до яких підключаються призначені для користувача пристрої, забезпечують функції адаптації, якщо АТМ не використовується аж до призначених для користувача станцій. Інші комутатори, розташовані в центрі мережі, забезпечують перенесення осередків, розділення транков і розподіл потоків даних. У точці прийому функції адаптації відновлюють з осередків початковий потік даних і передають його пристрою-одержувачеві, як показано на малюнку 4.1.
Малюнок 4.1 Адаптація АТМ Передача даних в коротких осередках дозволяє АТМ ефективно управляти потоками різної інформації і забезпечує можливість приоритизации трафіку. Хай два пристрої передають в мережу АТМ дані, терміновість доставки яких розрізняється (наприклад, голос і трафік ЛВС). Спочатку кожен з відправників ділить передавані дані на осередки. Навіть після того, як дані від одного з відправників прийматимуться в мережу, вони можуть чергуватися з терміновішою інформацією. Чергування може здійснюватися на рівні цілих осередків і малі розміри останніх забезпечують у будь-якому випадку нетривалу затримку. таке рішення дозволяє передавати терміновий трафік практично без затримок, припиняючи на цей час передачу некритичній до затримок інформації. В результаті АТМ може забезпечувати ефективну передачу всіх типів трафіку. Навіть при чергуванні і приоритизации осередків в мережах АТМ можуть наступати ситуації насичення пропускної спроможності. Для збереження мінімальної затримки навіть в таких випадках АТМ може відкидати окремі осередки при насиченні. Реалізація стратегії відкидання осередків залежить від виробника устаткування АТМ, але в загальному випадку зазвичай відкидаються осередки з низьким пріоритетом (наприклад, дані) для яких досить просто повторити передачу без втрати інформації. Комутатори АТМ з розширеними функціями можуть при відкиданні осередків, що є частиною великого пакету, забезпечити відкидання і осередків, що залишилися, з цього пакету - такий підхід дозволяє додатково понизити рівень насичення і позбавитися від зайвого об'єму повторної передачі. Правила відкидання осередків, затримки даних і тому подібне визначаються набором параметрів, званою якістю обслуговування (Quality of Service) або QOS. Різним застосуванням потрібний різний рівень QOS і АТМ може забезпечити цей рівень. Оскільки осередки, що приходять з різних джерел, можуть містити голос, дані і відео, потрібно забезпечити незалежний контроль для передачі всіх типів трафіку. Для вирішення цього завдання використовується концепція віртуальних пристроїв. Віртуальним пристроєм називається зв'язаний набір мережевих ресурсів, який виглядає як реальне з'єднання між користувачами, але насправді є частиною устаткування, що розділяється безліччю користувачів. Для того, щоб зробити зв'язок користувачів з мережами АТМ якомога ефективнішою, віртуальні пристрої включають призначене для користувача устаткування, засоби доступу в мережу і власне мережу АТМ. У заголовку АТМ віртуальний канал позначається комбінацією два полів - VPI (ідентифікатор віртуального шляху) і VCI (ідентифікатор віртуального каналу. Віртуальний шлях застосовується в тих випадках, коли 2 користувачі АТМ мають свої власні комутатори на кожному кінці шляху і можуть, отже, організовувати і підтримувати свої віртуальні з'єднання. Віртуальний шлях нагадує канал, що містить безліч кабелів, по кожному з яких може бути організоване віртуальне з'єднання. Оскільки віртуальні пристрої подібні реальним, вони також можуть бути "виділеними" або "комутованими". У мережах АТМ "виділені" з'єднання називаються постійними віртуальними пристроями (PVC), що створюються за угодою між користувачем і оператором (подібно до виділеної телефонної лінії). Комутовані з'єднання АТМ використовують комутовані віртуальні пристрої (SVC), які встановлюються шляхом передачі спеціальних сигналів між користувачем і мережею. Протокол, використовуваний АТМ для управління віртуальними пристроями подібний до протоколу ISDN. Варіант для ISDN описаний в стандарті Q.931, АТМ - в Q.2931. Віртуальні пристрої АТМ підтримуються за рахунок мультиплексування трафіку, що істотно знижує витрати на організацію і підтримку магістральних мереж. якщо в одному з віртуальних пристроїв рівень трафіку невисокий, інший пристрій може використовувати частину вільних можливостей. За рахунок цього забезпечується високий рівень ефективності використання пропускної спроможності АТМ і знижуються ціни. Невеликі осередки фіксованої довжини дозволяють мережам АТМ забезпечити швидку передачу критичного до затримок трафіку (наприклад, голосового). Крім того, фіксований розмір осередків забезпечує практично постійну затримку, дозволяючи емулювати пристрою з фіксованою швидкістю передачі типу T1E1. Фактично, АТМ може емулювати всі типи сервісу, що існують сьогодні, і забезпечувати нові послуги. АТМ забезпечує декілька класів обслуговування, кожен з яких має свою специфікацію QOS. Клас QOS Клас обслуговування Опис 1 A продуктивність приватних цифрових ліній (емуляція пристроїв або CBR) 2 B пакетні аудио/видео-конференції і multimedia (rt-VBR) 3 C орієнтовані на з'єднання протоколи типу frame relay (nrt-VBR) 4 D протоколи без організації з'єднань типу IP, емуляція ЛВС (ABR) 5 Unspecified якнайкращі можливості відповідно до визначення оператора (UBR) Велика частина трафіку, передаваного через мережі АТМ використовує клас обслуговування C, X або Y. Клас C визначає параметри QOS (якість обслуговування) для затримки і вірогідності відкидання, але вимагає від користувача акуратного управління трафіком щоб уникнути перенасичення мережі. трафік класу X дає користувачеві велику свободу, але може не забезпечити стабільної продуктивності. Клас Y, званий також "Available Bit Rate" (ABR або доступна швидкість) дозволяє користувачеві і мережі встановити спільно швидкість на основі оцінки потреб користувача і можливостей мережі.
