Asynchronous Transfer Mode (ATM) ist eine umschaltende Standardtechnik, entworfen, um Fernmeldewesen und Computernetze zu vereinigen. Es verwendet asynchrone Zeitabteilung gleichzeitig sendend, und es verschlüsselt Daten in kleine, fest-große Zellen. Das unterscheidet sich von Annäherungen wie das Internet Protocol oder Ethernet, die nach Größen geordnete Pakete oder Rahmen der Variable verwenden. ATM stellt Datenverbindungsschicht-Dienstleistungen zur Verfügung, die eine breite Reihe von OSI physischen Schicht-Verbindungen durchgehen. ATM hat funktionelle Ähnlichkeit sowohl mit dem geschalteten Stromkreis vernetzend als auch mit geschalteten Netzwerkanschluss des kleinen Pakets. Es wurde für ein Netz entworfen, das beiden traditionellen Datenverkehr des hohen Durchflusses (z.B, Dateiübertragungen), und schritthaltend, Inhalt der niedrigen Latenz wie Stimme und Video behandeln muss. ATM verwendet ein Verbindungsorientiertes Modell, in dem ein virtueller Stromkreis zwischen zwei Endpunkten gegründet werden muss, bevor der wirkliche Datenaustausch beginnt. ATM ist ein Kernprotokoll, das über das SONET/SDH Rückgrat des Publikums hat Telefonnetz geschaltet (PSTN) und Integrated Services Digital Network (ISDN) verwendet ist, aber sein Gebrauch neigt sich zu Gunsten vom Ganzen IP.

ATM Konzepte

ATM wurde entwickelt, um den Bedarf von Broadband Integrated Services Digitalnetz, wie definiert, gegen Ende der 1980er Jahre zu decken.

Warum Zellen?

Betrachten Sie ein Rede-Signal als reduziert auf Pakete und gezwungen, eine Verbindung mit dem bursty Datenverkehr (Verkehr mit einigen großen Datenpaketen) zu teilen. Egal wie klein die Rede-Pakete gemacht werden konnten, würden sie immer auf lebensgroße Datenpakete, und unter normalen Schlange stehenden Bedingungen stoßen, könnten maximale Schlange stehende Verzögerungen erfahren. Deshalb sollten alle Pakete oder "Zellen", dieselbe kleine Größe haben. Außerdem bedeutet die feste Zellstruktur, dass ATM durch die Hardware ohne die innewohnenden Verzögerungen sogleich geschaltet werden kann, die durch die Software geschaltete und aufgewühlte Rahmen eingeführt sind.

So haben die Entwerfer von ATM kleine Datenzellen verwertet, um Bammel (Verzögerungsabweichung, in diesem Fall) zu reduzieren, indem sie von Datenströmen gleichzeitig senden. Die Verminderung des Bammels (und auch der Länge nach Rückfahrverzögerungen) ist besonders wichtig, wenn sie Stimmenverkehr trägt, weil die Konvertierung der digitalisierten Stimme in eine Entsprechung Audiosignal ist ein von Natur aus schritthaltender Prozess, und einen guten Job zu tun, der Decoder (codec), der das tut, gleichmäßig unter Drogeneinfluss (rechtzeitig) Strom von Datensachen braucht. Wenn der folgende Datenartikel nicht verfügbar ist, wenn er erforderlich ist, hat der codec keine Wahl als Schweigen oder Annahme zu erzeugen —, und wenn die Daten spät sind, ist es nutzlos, weil der Zeitabschnitt, als er zu einem Signal umgewandelt worden sein sollte, bereits gegangen ist.

Zur Zeit des Designs von ATM wurde 155 Mbit/s Synchronous Digital Hierarchy (SDH) mit 135 Mbit/s Nutzlast als eine schnelle optische Netzverbindung betrachtet, und viele Verbindungen von Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) zum Digitalnetz, waren im Intervall von 1.544 zu 45 Mbit/s in den USA und 2 bis 34 Mbit/s in Europa beträchtlich langsamer.

An dieser Rate typische lebensgroße 1500 Bytes (12000 Bit) würde Datenpaket 77.42 µs nehmen, um zu übersenden. In einer Niedrig-Gangverbindung, wie eine 1.544 Mbit/s T1 Linie, würde ein 1500-Byte-Paket bis zu 7.8 Millisekunden nehmen.

Eine Schlange stehende durch solche mehreren Datenpakete veranlasste Verzögerung könnte die Zahl von 7.8 Millisekunden mehrere Male zusätzlich zu jeder Paket-Generationsverzögerung im kürzeren Rede-Paket übertreffen. Das war für den Rede-Verkehr klar unannehmbar, der niedrigen Bammel im Datenstrom haben muss, der in den codec wird füttert, wenn es Ton der guten Qualität erzeugen soll. Ein Paket-Stimmensystem kann diesen niedrigen Bammel auf mehrere Weisen erzeugen:

• Haben Sie einen Play-Back-Puffer zwischen dem Netz und dem codec, ein groß genug, um über den codec fast der ganze Bammel in den Daten hinwegzukommen. Das erlaubt, den Bammel wegzuräumen, aber die Verzögerung, die durch den Durchgang durch den Puffer eingeführt ist, würde Echo cancellers sogar in lokalen Netzen verlangen; das wurde zu teuer zurzeit betrachtet. Außerdem hätte es die Verzögerung über den Kanal vergrößert, und Gespräch ist über Kanäle der hohen Verzögerung schwierig.
• Bauen Sie ein System, das niedrigen Bammel (und minimale gesamte Verzögerung) zum Verkehr von Natur aus zur Verfügung stellen kann, der es braucht.
• Funktionieren Sie auf 1:1 Benutzerbasis (d. h., eine hingebungsvolle Pfeife).

Das Design von ATM hat auf eine Netzschnittstelle des niedrigen Bammels gezielt. Jedoch wurden "Zellen" ins Design eingeführt, um kurze Schlange stehende Verzögerungen zur Verfügung zu stellen, während man fortgesetzt hat, Datenpaket-Verkehr zu unterstützen. ATM hat alle Pakete, Daten und Stimmenströme in 48-Byte-Klötze zerbrochen, einen 5-Byte-Routenplanungskopfball zu jedem hinzufügend, so dass sie später wieder versammelt werden konnten. Die Wahl von 48 Bytes war politisch aber nicht technisch. Als der CCITT (jetzt ITU-T) ATM standardisierte, haben Parteien von den Vereinigten Staaten eine 64-Byte-Nutzlast gewollt, weil, wie man fühlte, das ein guter Kompromiss in größeren Nutzlasten war, die für die Datenübertragung und kürzeren Nutzlasten optimiert sind, die für Echtzeitanwendungen wie Stimme optimiert sind; Parteien von Europa haben 32-Byte-Nutzlasten gewollt, weil die kleine Größe (und deshalb kurzen Übertragungszeiten) Stimmenanwendungen in Bezug auf die Echo-Annullierung vereinfachen. Die meisten europäischen Parteien sind schließlich zu den von den Amerikanern gemachten Argumenten vorbeigekommen, aber Frankreich und viele andere haben für eine kürzere Zelllänge ausgehalten. Mit 32 Bytes wäre Frankreich im Stande gewesen, ein ATM-basiertes Stimmennetz mit Anrufen von einem Ende Frankreichs zum anderen Verlangen keiner Echo-Annullierung durchzuführen. 48 Bytes (plus 5 Kopfball-Bytes = 53) wurden als ein Kompromiss zwischen den zwei Seiten gewählt. 5-Byte-Kopfbälle wurden gewählt, weil es gedacht wurde, dass 10 % der Nutzlast der maximale Preis waren, um für die Routenplanungsinformation zu zahlen. ATM hat diese 53-Byte-Zellen statt Pakete gleichzeitig gesandt, die Grenzfall-Zellstreit-Bammel durch einen Faktor von fast 30 reduziert haben, das Bedürfnis nach dem Echo cancellers reduzierend.

Zellen in der Praxis

ATM unterstützt verschiedene Typen von Dienstleistungen über ATM Anpassungsschichten (AAL). Standardisierte AALs schließen AAL1, AAL2, und AAL5, und den selten verwendeten AAL3 und AAL4 ein. AAL1 wird für Dienstleistungen der unveränderlichen Bit-Rate (CBR) und Stromkreis-Wetteifer verwendet. Synchronisation wird auch an AAL1 aufrechterhalten. AAL2 durch AAL4 werden für Dienstleistungen der Variable hat Rate gebissen (VBR) und AAL5 für Daten verwendet. Welcher AAL im Gebrauch für eine gegebene Zelle ist, wird in der Zelle nicht verschlüsselt. Statt dessen wird es dadurch verhandelt oder an den Endpunkten auf einer Basis "pro virtuelle Verbindung" konfiguriert.

Im Anschluss an das anfängliche Design von ATM sind Netze viel schneller geworden. 1500 Bytes lebensgroßer (12000-Bit-)-Rahmen von Ethernet nehmen nur 1.2 µs, um in einem 10 Gbit/s Netz zu übersenden, das Bedürfnis nach kleinen Zellen reduzierend, um Bammel wegen des Streits zu reduzieren. Einige denken, dass das Argumente dafür vorbringt, ATM durch Ethernet im Netzrückgrat zu ersetzen. Jedoch sollte es bemerkt werden, dass die vergrößerten Verbindungsgeschwindigkeiten durch sich Bammel wegen des Schlangestehens nicht erleichtern. Zusätzlich ist die Hardware, für die Dienstanpassung für IP Pakete durchzuführen, mit sehr hohen Geschwindigkeiten teuer. Spezifisch, mit Geschwindigkeiten von OC-3 und oben, machen die Kosten der Hardware der Segmentation und Wiederzusammenbaues (SAR) ATM weniger konkurrenzfähig für IP als Packet Over SONET (POS); wegen seiner festen 48-Byte-Zellnutzlast ist ATM als nicht passend Daten verbinden sich Schicht direkt zu Grunde liegender IP (ohne das Bedürfnis nach SAR an den Daten verbinden Niveau) seit der OSI Schicht, auf der IP funktioniert, muss eine maximale Übertragungseinheit (MTU) von mindestens 576 Bytes zur Verfügung stellen. SAR Leistungsgrenzen bedeuten, dass der schnellste IP Router ATM Schnittstellen sind STM16 - STM64, der sich wirklich vergleicht, während POS an OC-192 (STM64) mit höheren in der Zukunft erwarteten Geschwindigkeiten funktionieren kann.

Auf langsamer oder zusammengedrängte Verbindungen (622 Mbit/s und unten) hat ATM wirklich Sinn, und aus diesem Grund verwenden die meisten Systeme der asymmetrischen Digitalunterzeichneter-Linie (ADSL) ATM als eine Zwischenschicht zwischen der physischen Verbindungsschicht und einer Schicht 2 Protokoll wie PPP oder Ethernet.

Mit diesen niedrigeren Geschwindigkeiten stellt ATM eine nützliche Fähigkeit zur Verfügung, vielfache logische Stromkreise auf einem einzelnen physischen oder virtuellen Medium zu tragen, obwohl andere Techniken, wie Mehrverbindung PPP und Ethernet VLANs bestehen, die in VDSL Durchführungen fakultativ sind. DSL kann als eine Zugriffsmöglichkeit für ein ATM Netz verwendet werden, einen DSL Beendigungspunkt in einer Telefonzentralverwaltung erlaubend, vielen Internetdienstleistern über ein weit reichendes ATM Netz in Verbindung zu stehen. In den Vereinigten Staaten, mindestens, hat das DSL Versorgern erlaubt, DSL Zugang den Kunden von vielen Internetdienstleistern zur Verfügung zu stellen. Da ein DSL Beendigungspunkt vielfachen ISPs unterstützen kann, wird die Wirtschaftsdurchführbarkeit von DSL wesentlich verbessert.

Warum virtuelle Stromkreise?

ATM funktioniert als eine kanalbasierte Transportschicht, mit virtuellen Stromkreisen (VCs). Das wird im Konzept von Virtual Paths (VP) und Virtuellen Kanälen umfasst. Jede ATM Zelle hat einen 8- oder 12-Bit-Virtual Path Identifier (VPI) und in seinem Kopfball definiertes 16-Bit-Paar von Virtual Channel Identifier (VCI). Zusammen identifizieren diese den virtuellen durch die Verbindung verwendeten Stromkreis. Die Länge des VPI ändert sich gemäß, ob die Zelle auf der Benutzernetz-Schnittstelle (am Rand des Netzes) gesandt wird, oder wenn es auf der Netznetz-Schnittstelle (innerhalb des Netzes) gesandt wird.

Da diese Zellen ein ATM Netz überqueren, findet Schaltung durch das Ändern der VPI/VCI-Werte (Etikett tauschend) statt. Obwohl die VPI/VCI-Werte nicht notwendigerweise von einem Ende der Verbindung zum anderen entsprechen, entspricht das Konzept eines Stromkreises (verschieden von IP, wo jedes gegebene Paket zu seinem Bestimmungsort durch einen verschiedenen Weg kommen konnte als andere).

Ein anderer Vorteil des Gebrauches von virtuellen Stromkreisen kommt mit der Fähigkeit, sie als eine gleichzeitig sendende Schicht zu verwenden, verschiedene Dienstleistungen (wie Stimme, Rahmenrelais, n* 64 Kanäle, IP) erlaubend. Der VPI ist nützlich, für den umschaltenden Tisch von einigen virtuellen Stromkreisen zu reduzieren, die allgemeine Pfade haben.

Das Verwenden von Zellen und virtuellen Stromkreisen für die Verkehrstechnik

Ein anderer Schlüssel ATM Konzept schließt den Verkehrsvertrag ein. Wenn ein ATM Stromkreis aufgestellt wird, schaltet jeder den Stromkreis ein, wird über die Verkehrsklasse der Verbindung informiert.

ATM Verkehrsverträge bilden einen Teil des Mechanismus, durch den "die Qualität des Dienstes" (QoS) gesichert wird. Es gibt vier grundlegende Typen (und mehrere Varianten), der jeder eine Reihe von Rahmen hat, die die Verbindung beschreibt.

1. CBR - Unveränderliche Bit-Rate: Peak Cell Rate (PCR) wird angegeben, der unveränderlich ist.
2. VBR - Variable hat Rate gebissen: Eine durchschnittliche Zellrate wird angegeben, der an einem bestimmten Niveau für einen maximalen Zwischenraum davor kulminieren kann, problematisch sein.
3. ABR - Verfügbare Bit-Rate: Eine minimale versicherte Rate wird angegeben.
4. UBR - Unangegebene Bit-Rate: Verkehr wird der ganzen restlichen Übertragungskapazität zugeteilt.

VBR hat Echtzeit- und Nichtechtzeitvarianten, und dient für "den bursty" Verkehr. Nichtschritthaltend wird manchmal zu vbr-nrt abgekürzt.

Die meisten Verkehrsklassen führen auch das Konzept von Cell Delay Variation Tolerance (CDVT) ein, die das "Trampeln" von Zellen rechtzeitig definiert.

Um Verkehrsverträge aufrechtzuerhalten, verwenden Netze gewöhnlich "das Formen", eine Kombination des Schlangestehens und der Markierung von Zellen. "Verkehr, der" allgemein überwacht, macht Verkehrsverträge geltend.

Das Verkehrsformen

Verkehr, der sich gewöhnlich formt, findet am Zugang-Punkt zu einem ATM Netz statt und versucht sicherzustellen, dass der Zellfluss seinen Verkehrsvertrag entsprechen wird.

Das Verkehrsüberwachen

Um Netzleistung aufrechtzuerhalten, können Netze virtuelle Polizeistromkreise gegen ihre Verkehrsverträge. Wenn ein Stromkreis seinen Verkehrsvertrag überschreitet, kann das Netz entweder die Zellen fallen lassen oder das Bit von Cell Loss Priority (CLP) kennzeichnen (um eine Zelle als potenziell überflüssig zu identifizieren). Grundlegende Überwachen-Arbeiten an einer Zelle durch die Zellbasis, aber ist das für den zusammengefassten Paket-Verkehr suboptimal (weil Verschrottung einer einzelnen Zelle das ganze Paket ungültig machen wird). Infolgedessen sind Schemas wie Partial Packet Discard (PPD) und Early Packet Discard (EPD) geschaffen worden, der eine ganze Reihe von Zellen verwerfen wird, bis der folgende Rahmen anfängt. Das vermindert die Anzahl von nutzlosen Zellen im Netz, Bandbreite für volle Rahmen sparend. EPD und PPD arbeiten mit AAL5 Verbindungen, weil sie das Rahmenendbit verwenden, um das Ende von Paketen zu entdecken.

Typen von virtuellen Stromkreisen und Pfaden

ATM kann virtuelle Stromkreise und virtuelle Pfade entweder statisch oder dynamisch bauen. Statische Stromkreise (dauerhafte virtuelle Stromkreise oder PVCs) oder Pfade (dauerhafte virtuelle Pfade oder PVPs) verlangen, dass der Stromkreis aus einer Reihe von Segmenten, ein für jedes Paar von Schnittstellen zusammengesetzt wird, durch die es geht.

PVPs und PVCs, obwohl begrifflich einfach, verlangen bedeutende Anstrengung in großen Netzen. Sie unterstützen auch die Umleitung des Dienstes im Falle eines Misserfolgs nicht. Dynamisch gebaute PVPs (weicher PVPs oder SPVPs) und PVCs (weicher PVCs oder SPVCs) werden im Gegensatz durch das Spezifizieren der Eigenschaften des Stromkreises (der Dienst "Vertrag") und die zwei Endpunkte gebaut.

Schließlich schaffen ATM Netze und entfernen geschaltete virtuelle Stromkreise (SVCs), auf Verlangen wenn gebeten, durch ein Endstück der Ausrüstung. Eine Anwendung für SVCs soll individuelle Anrufe tragen, wenn ein Netz von Telefonschaltern mit ATM miteinander verbunden wird. SVCs wurden auch in Versuchen verwendet, lokale Bereichsnetze durch ATM zu ersetzen.

Virtuelle Stromkreis-Routenplanung

Die meisten ATM Netze, die SPVPs, SPVCs und SVCs unterstützen, verwenden die Private Netzknotenschnittstelle oder das Protokoll von Private Network-to-Network Interface (PNNI).

PNNI verwendet denselben kürzesten Pfad der erste Algorithmus, der durch OSPF verwendet ist, und IST - IST zum Weg IP Pakete, um Topologie-Information zwischen Schaltern zu teilen und einen Weg durch ein Netz auszuwählen. PNNI schließt auch einen sehr starken Zusammenfassungsmechanismus ein, Aufbau von sehr großen Netzen, sowie einen Algorithmus der Anruf-Aufnahme-Kontrolle (CAC) zu erlauben, der die Verfügbarkeit der genügend Bandbreite auf einem vorgeschlagenen Weg durch ein Netz bestimmt, um die Dienstvoraussetzungen eines VC oder VP zu befriedigen.

Nennen Sie Aufnahme und Verbindungserrichtung

Ein Netz muss eine Verbindung herstellen, bevor zwei Parteien Zellen einander senden können. In ATM wird das einen virtuellen Stromkreis (VC) genannt. Es kann ein dauerhafter virtueller Stromkreis (PVC) sein, der administrativ auf den Endpunkten oder einem geschalteten virtuellen Stromkreis (SVC) geschaffen wird, der, wie erforderlich, von den kommunizierenden Parteien geschaffen wird. SVC Entwicklung wird durch die Nachrichtenübermittlung geführt, in dem die Anforderungspartei die Adresse der Empfang-Partei, den Typ des Dienstes gebeten anzeigt, und was auch immer Verkehrsrahmen auf den ausgewählten Dienst anwendbar sein können. "Rufen Sie Aufnahme" wird dann durch das Netz durchgeführt, um zu bestätigen, dass die gebetenen Mittel verfügbar sind, und dass ein Weg für die Verbindung besteht.

Bezugsmodell

ATM definiert drei Schichten:

1. ATM Adaptation Layer (AAL) und
2. ATM Schicht entspricht grob zur OSI Datenverbindungsschicht
3. Physische Schicht, die zur OSI Physischen Schicht gleichwertig

Struktur einer ATM Zelle

Eine ATM Zelle besteht aus einem 5-Byte-Kopfball und einer 48-Byte-Nutzlast. Die Nutzlast-Größe von 48 Bytes, wurde wie beschrieben, oben gewählt ("Warum Zellen?").

ATM definiert zwei verschiedene Zellformate: UNI (Benutzernetz-Schnittstelle) und NNI (Netznetz-Schnittstelle). Die meisten ATM-Verbindungen verwenden UNI Zellformat.

Diagramm des NNI ATM Zelle

: GFC = Allgemeine Fluss-Kontrolle (4 Bit) (Verzug: 4-Nullen-Bit)

: VPI = Virtueller Pfad-Bezeichner (8-Bit-UNI) oder (12-Bit-NNI)

: VCI = Virtueller Kanalbezeichner (16 Bit)

: PT = Nutzlast-Typ (3 Bit)

: CLP = Zellverlust-Vorrang (1 Bit)

: HEC = Kopfball-Fehlerkontrolle (8-Bit-CRC, Polynom = X + X + X + 1)

ATM verwendet das PT Feld, um verschiedene spezielle Arten von Zellen für Operationen, Verwaltung und Management (OAM) Zwecke zu benennen, und Paket-Grenzen in einem AALs zu skizzieren.

Mehrere ATM-Verbindungsprotokolle verwenden das HEC Feld, um einen CRC-basierten sich entwickelnden Algorithmus zu steuern, der erlaubt, die ATM Zellen ohne oben außer ausfindig zu machen, was für den Kopfball-Schutz sonst erforderlich ist. Der 8-Bit-CRC wird verwendet, um Kopfball-Fehler des einzelnen Bit zu korrigieren und Mehrbit-Kopfball-Fehler zu entdecken. Wenn Mehrbit-Kopfball-Fehler entdeckt werden, sind die aktuellen und nachfolgenden Zellen fallen gelassen, bis eine Zelle ohne Kopfball-Fehler gefunden wird.

UNI Zellreserven das GFC Feld für einen lokalen Fluss kontrollieren System zwischen Benutzern/gleichzeitig subsenden. Das war beabsichtigt, um mehreren Terminals zu erlauben, eine einzelne Netzverbindung, ebenso dieses zwei Integrated Services Digital Network (ISDN) zu teilen, Kopfhörer können eine einzelne grundlegende Rate ISDN Verbindung teilen. Alle vier GFC Bit müssen Null standardmäßig sein.

Das NNI Zellformat wiederholt das UNI-Format fast genau, außer dass das GFC 4-Bit-Feld zum VPI Feld neu zugeteilt wird, den VPI zu 12 Bit erweiternd. So ist ein einzelner NNI ATM Verbindung dazu fähig, fast 2 VPs bis zu fast 2 VCs jeder zu richten

(in der Praxis werden einige der VP und VC Zahlen vorbestellt).

Aufstellung

ATM ist populär bei Telefongesellschaften und vielen Computerschöpfern in den 1990er Jahren geworden. Jedoch, sogar am Ende des Jahrzehnts, bewarb sich der bessere Preis/Leistung des Internets Protokoll-basierte Produkte mit der ATM Technologie darum, schritthaltenden und bursty Netzverkehr zu integrieren.

Gesellschaften wie VORDERE Systeme haben sich auf ATM Produkte konzentriert, während andere große Verkäufer wie Cisco-Systeme ATM als eine Auswahl zur Verfügung gestellt haben.

Nach dem Ausbruch von der Punkt-Com-Luftblase haben einige noch vorausgesagt, dass "ATM dabei ist vorzuherrschen".

Jedoch 2005 hat sich das ATM Forum, das die Handelsorganisation gewesen war, die die Technologie fördert, mit Gruppen verschmolzen, die andere Technologien fördern, und ist schließlich das Breitbandforum geworden.

Referenzen

Siehe auch

• VoATM
• ATM Zellformate - Cisco Systeme
• Asynchronous Transfer Mode (ATM) - Cisco Systeme

Links

• ATM Info und Mittel
• ATM ChipWeb - Span und Netzinformationszentrum-Datenbank
• Ein Tutorenkurs von der Wacholder-Website]
• ATM Tutorenkurs