ATM ( englanniksi A synchronous Transfer Mode - asynkroninen tiedonsiirtomenetelmä ) on korkean suorituskyvyn verkkotekniikka kytkentään ja pakettien multipleksointiin . Paketit ovat soluja ( eng. cell ), joiden kiinteä koko on 53 tavua [1] , joissa 5 ensimmäistä tavua käytetään otsikkona. Se on eräänlainen nopea pakettikytkentä ( eng. fast p acket s witching ) .
Toisin kuin synkroninen tiedonsiirtomenetelmä (STM - English s ynchronous t ransfer mode ), ATM soveltuu paremmin tarjoamaan datapalveluita hyvin erilaisilla tai muuttuvilla bittinopeuksilla .
ATM-tekniikan perusteet kehittivät itsenäisesti Ranskassa ja Yhdysvalloissa 1970-luvulla kaksi tiedemiestä: Jean-Pierre Coudreuse [2] , joka työskenteli France Telecomin tutkimuslaboratoriossa , ja Sandy Fraser , Bell Labsin [3] insinööri . . Molemmat halusivat luoda arkkitehtuurin, joka kuljettaisi sekä dataa että ääntä suurilla nopeuksilla ja käyttäisi verkkoresursseja tehokkaimmalla tavalla.
Tietotekniikka on luonut mahdollisuuden nopeampaan tiedonkäsittelyyn ja nopeampaan tiedonsiirtoon järjestelmien välillä. 1980-luvulla teleoperaattorit havaitsivat, että ei-puheliikenne oli tärkeämpää ja alkoivat hallita puheliikennettä. Ehdotettiin ISDN -projektia [4] , joka kuvasi puhelin- ja datapalveluita tarjoavaa pakettivälitteistä digitaalista verkkoa. Digitaaliset siirtojärjestelmät, ensin PCM:ään perustuvat plesiokroniset järjestelmät (PDH) ja sitten optiseen kuituun perustuvat hierarkioiden synkroniset lähetysjärjestelmät (SDH) , mahdollistivat tiedon siirron suurilla nopeuksilla pienillä binäärivirheiden todennäköisyyksillä. Mutta olemassa oleva pakettikytkentätekniikka (ensisijaisesti X.25 -protokolla ) ei pystynyt tarjoamaan reaaliaikaista liikenteen siirtoa (esimerkiksi puhetta), ja monet epäilivät, voisiko se koskaan tarjota [3] . Liikenteen välittämiseen reaaliajassa yleisissä puhelinverkoissa käytettiin piirikytkentätekniikkaa (CC). Tämä tekniikka on ihanteellinen puheen siirtoon, mutta se on tehoton tiedonsiirtoon. Tästä syystä televiestintäteollisuus kääntyi ITU :n puoleen kehittääkseen uuden standardin data- ja puheliikenteelle suuren kaistanleveyden verkoissa [3] . 80-luvun lopulla CCITT International Telephone and Telegraph Advisory Committee (joka myöhemmin nimettiin ITU-T :ksi ) kehitti joukon toisen sukupolven ISDN -suosituksia, niin sanotun B-ISDN :n (Broadband ISDN), ISDN:n laajennuksen. ATM [4] on valittu B-ISDN:n alemman kerroksen lähetysmoodiksi . Vuonna 1988 ITU :n kokouksessa Genevessä valittiin ATM-solun pituus - 53 tavua [5] . Tämä oli kompromissi yhdysvaltalaisten asiantuntijoiden välillä, jotka ehdottivat solun pituutta 64 tavua, ja eurooppalaisten asiantuntijoiden välillä, jotka ehdottivat solun pituutta 32 tavua. Kumpikaan osapuoli ei kyennyt vakuuttavasti todistamaan vaihtoehtonsa etua, joten lopulta "hyötykuorman" määräksi tuli 48 tavua ja otsikkokentän (palveludata) kooksi valittiin 5 tavua, minimikoko, jonka sovittiin. ITU. Vuonna 1990 hyväksyttiin ATM-suosituksia [6] . Ilmaliikenteen hallinnan perusperiaatteet vahvistetaan suosituksessa I.150 [6] . Tämä ratkaisu oli hyvin samanlainen kuin Coudreusen ja Fraserin kehittämät järjestelmät. Tästä alkaa ATM:n jatkokehitys.
1980- ja 1990-luvuilla useat organisaatiot osallistuivat nopean pakettivälityksen (FPS) tutkimukseen ja kehittämiseen yhteistä puhe- ja datasiirtoa varten.
LNPO Krasnaja ZarjaOsasto kehitti G.P. Zakharovin johdolla BKP:n teeman ja sen lajikkeena pankkiautomaatin osana AOOT NPP Raduga -yritystä . Aiemmin tämä yritys oli yksi LNPO Krasnaya Zaryan osastoista . Zaharovin laitos sai sekä teoreettisia tuloksia - matemaattisia malleja [7] [8] , raportteja laitoksen tekemästä tutkimuksesta , artikkeleita, kirjoja, opiskelijatodistuksia, kandidaatti- ja väitöskirjoja aiheesta - sekä käytännön tuloksia:
Tämä mahdollisti nopean pakettikytkimen tai ATM-solukytkimen kytkentäkentän rakentamisen yhdelle piirilevylle. Nämä työt eivät kuitenkaan menneet pidemmälle kuin 10 kappaleen kokeellisen VLSI -erän julkaiseminen ja Razzhivin I.A.:n väitöskirjatyön tulosten toteuttaminen NIR:ssä "NIIMA Progress" ja SE NII "Rubin" , nämä työt eivät menneet teknisistä asiantuntijoista riippumattomista syistä.
Tunnettu Ph.D.:n johtaman asiantuntijaryhmän työstä. Georgy Revmirovich Ovchinnikov, joka ehdotti omaa versiotaan nopean pakettikytkentäjärjestelmän laitteistototeutuksesta, joka perustuu itsereititysmatriiseihin [17] [18] ja niiden matemaattiseen malliin [19] [20] . Heidän ehdotustensa käytännön toteutuksesta ei kuitenkaan ole tietoa.
Moskovan elektroniikkainstituuttiRaportoitiin kuvaus galliumarsenidiin perustuvasta 16x16 digitaalisesta kytkimestä, jonka Moskovan elektroniikkainstituutti [21] on kehittänyt LNPO Krasnaya Zaryasta riippumatta .
1990-luvun alussa Pankkiautomaattiteknologiat ovat alkaneet kiinnittää yhä enemmän huomiota maailmassa. Sun Microsystems Corporation vuonna 1990, yksi ensimmäisistä, joka ilmoitti tuesta ATM:lle [3] . Vuonna 1991, koska CCITT :llä ei ole enää aikaa tarjota oikea-aikaisia suosituksia nopeasti kehittyvästä uudesta teknologiasta, perustettiin ATM Forum [22] , ATM-teknologian kehittäjien ja valmistajien yhteenliittymä koordinoimaan ja kehittämään uusia käytännön standardeja ja teknisiä eritelmiä. Pankkiautomaattitekniikka ja samanniminen sivusto, jossa kaikki tekniset tiedot asetettiin julkisesti. CCITT , joka on jo ITU-T , julkaisee uusia painotuksia suosituksistaan parantaen ATM:n teoreettista perustaa. IT - alan edustajat aikakaus- ja sanomalehdissä ennustavat pankkiautomaatille suuria näkymiä. IBM ilmoitti vuonna 1995 uudesta ATM-tekniikkaan perustuvasta yritysverkkostrategiastaan [23] . ATM:n uskottiin olevan merkittävä apu Internetiin poistamalla kaistanleveyden puutetta ja tuomalla verkkoon luotettavuutta [24] . Dan Minoli, useiden tietokoneverkkoa käsittelevien kirjojen kirjoittaja, on väittänyt, että ATM toteutetaan julkisissa verkoissa ja yritysten verkot yhdistetään niihin samalla tavalla kuin he käyttivät kehysvälitystä tai X.25 :tä tuolloin [25] . Mutta siihen mennessä IP -protokolla oli jo levinnyt laajalle ja oli vaikea tehdä terävä siirtyminen ATM: ään. Siksi olemassa olevissa IP - verkoissa ATM-tekniikka piti ottaa käyttöön taustaprotokollana, eli IP:n alla , ei IP : n sijasta . Perinteisten Ethernet- ja Token-Ring-verkkojen asteittaista siirtymistä ATM-laitteisiin kehitettiin LANE -protokolla , joka emuloi verkon datapaketteja.
Vuonna 1997 reititin- ja kytkinteollisuudessa suunnilleen sama määrä yrityksiä asettui ATM:n kannattajien ja vastustajien joukkoon, eli ne käyttivät tai eivät käyttäneet ATM-tekniikkaa laitteissaan [3] . Markkinoiden tulevaisuus oli vielä epävarma. Vuonna 1997 pankkiautomaattien laitteista ja palveluista saadut tulot olivat 2,4 miljardia dollaria, seuraavana vuonna 3,5 miljardia dollaria [ 26] , ja sen arvioitiin nousevan 9,5 miljardiin dollariin vuonna 2001 [27] . Monet yritykset (esimerkiksi Ipsilon Networks ) käyttivät pankkiautomaattia ei täysin, vaan kevennetyssä versiossa menestyäkseen. Monet monimutkaiset ATM-ylemmän tason spesifikaatiot ja protokollat, mukaan lukien erilaiset palvelun laatu , on heitetty pois. Jäljelle jäi vain perustoiminto tavujen vaihtamisesta riviltä toiselle.
Ensimmäinen osuma pankkiautomaattiinSilti monet IT -ammattilaiset suhtautuivat skeptisesti ATM-tekniikan elinkelpoisuuteen. Pankkiautomaatin puolustajat olivat pääsääntöisesti tele- ja puhelinyhtiöiden edustajia ja vastustajat tietokoneverkkoihin ja verkkolaitteisiin liittyvien yritysten edustajia. Steve Steinberg (Wired-lehdessä) omisti kokonaisen artikkelin heidän väliselle piilosodalle [24] . Ensimmäinen isku ATM:lle tuli Bellcoren vuonna 1994 tekemästä tutkimuksesta LAN -liikennekuvioista [28] . Tämä julkaisu osoitti, että liikenne paikallisverkoissa ei noudata mitään olemassa olevaa mallia. LAN - liikenne ajoituskaaviossa käyttäytyy kuin fraktaali . Millä tahansa aikavälillä useista millisekunneista useisiin tunteihin, sillä on itseään toistuva, räjähtävä luonne. Pankkiautomaatin on työssään tallennettava kaikki työajan ulkopuolella olevat paketit puskuriin. Jos liikenne lisääntyy jyrkästi, ATM-kytkin pakotetaan yksinkertaisesti pudottamaan ei-sisällyttäviä paketteja, mikä tarkoittaa palvelun laadun heikkenemistä . Tästä syystä PacBell epäonnistui ensimmäisessä yrityksessään käyttää ATM-laitteita [29] .
ATM:n pääkilpailijan Gigabit Ethernetin ilmestyminen90-luvun lopulla ilmestyy Gigabit Ethernet -tekniikka , joka alkaa kilpailla ATM:n kanssa. Ensimmäisen tärkeimmät edut ovat huomattavasti alhaisemmat kustannukset, yksinkertaisuus, asennuksen ja käytön helppous. Myös siirtyminen Ethernetistä tai Fast Ethernetistä Gigabit Ethernetiin voitaisiin tehdä paljon helpommaksi ja halvemmaksi. Palvelun laatuongelma Gigabit Ethernet voisi ratkaista ostamalla halvempaa kaistanleveyttä marginaalilla kuin älylaitteilla. 90-luvun lopulla. kävi selväksi, että ATM hallitsee edelleen vain suuralueverkkoja [30] [31] . WAN -verkkojen ATM-kytkimien myynti jatkoi kasvuaan, kun taas lähiverkkoon tarkoitettujen ATM-kytkimien myynti laski nopeasti [32] [33] .
2000-luvulla ATM-laitteiden markkinat olivat edelleen merkittävät [34] . ATM:ää käytettiin laajalti maailmanlaajuisissa tietokoneverkoissa , ääni-/videovirtojen siirtolaitteissa, välikerroksena fyysisen ja ylemmän kerroksen välillä ADSL-laitteissa kanavissa, joiden kaistanleveys on enintään 2 Mbps. Mutta vuosikymmenen lopussa ATM alkaa syrjäytyä uudella IP VPN -tekniikalla [35] . ATM-kytkimet on korvattu IP / MPLS -reitittimillä [36] . Vuonna 2006 Broadband Forum julkaisi TR-101-spesifikaation nimeltä "Migration to Ethernet-Based DSL Aggregation", joka täsmensi, kuinka ATM-pohjaiset yhdistämisverkot voisivat siirtyä Ethernet-pohjaisiin aggregointiverkkoihin (aikaisempien TR-25:n ja TR:n yhteydessä). -59 arkkitehtuurit) [37] . Perusteena tälle siirtymiselle spesifikaatiossa todetaan, että nykyiset DSL-arkkitehtuurit ovat siirtymässä "pienten nopeuksien, parhaan toiminnan" verkoista infrastruktuureihin, jotka pystyvät tukemaan korkeampia siirtonopeuksia ja palveluita, jotka vaativat QoS:n, monilähetyksen ja täyttävät myös vaatimukset, joita ei voida hyväksyä. pankkiautomaatille rakennetuissa järjestelmissä. Uvum ennusti vuonna 2009, että ATM ja Frame Relay katoavat lähes kokonaan vuoteen 2014 mennessä [38] , kun taas Ethernet- ja IP - VPN -markkinat jatkavat hyvää vauhtia. Lokakuun 2010 Broadband Forum -raportin [39] mukaan globaalien markkinoiden siirtyminen piirikytkentäisistä verkoista (TDM, ATM jne.) IP-verkkoihin on jo alkanut kiinteissä verkoissa ja vaikuttaa jo matkaviestinverkkoihin. Raportin mukaan Ethernetin avulla matkapuhelinoperaattorit voivat vastata kasvavaan mobiililiikenteen kysyntään kustannustehokkaammin kuin TDM- tai ATM-pohjaiset järjestelmät.
Huhtikuussa 2005 ATM-foorumi yhdistettiin Frame Relay Forumin ja MPLS Forumin kanssa yhteiseksi MFA-foorumiksi ( MPLS–Frame Relay–ATM Forum ). Vuonna 2007 jälkimmäinen nimettiin uudelleen IP/MPLS Forumiksi . IP/MPLS Forumista tuli huhtikuussa 2009 osa Broadband Forum ( BBF ) -konsortiota, joka on ollut olemassa vuodesta 1994 . Pankkiautomaattien tekniset tiedot ovat saatavilla alkuperäisessä muodossaan konsortion verkkosivuilla www.broadband-forum.org [40] , mutta niiden jatkokehitys on pysähtynyt kokonaan.
ATM-verkko on rakennettu toisiinsa kytkettyjen ATM-kytkimien pohjalta. Tekniikka on toteutettu sekä paikallisissa että globaaleissa verkoissa . Erilaisten tietojen, kuten videon, äänen, yhteinen siirto on sallittu.
ATM:ssä käytetyt tietosolut ovat pienempiä verrattuna muissa teknologioissa käytettyihin tietoelementteihin. ATM:ssä käytetty pieni, vakio solukoko mahdollistaa:
ATM-tekniikka sisältää yhteenliittämisen kolmella tasolla .
Tietojen siirtämiseksi lähettäjältä vastaanottajalle ATM-verkossa luodaan virtuaalisia kanavia , VC ( englanniksi Virtual Circuit ), joita on kolmenlaisia:
Reititykseen paketeissa käytetään ns. pakettitunnisteita. Niitä on kahta tyyppiä:
UNI-solumuoto
|
NNI-solumuoto
|
On määritelty viisi liikenneluokkaa, jotka eroavat seuraavien laadullisten ominaisuuksien osalta:
CBR ei tarjoa virheentarkistusta, liikenteenhallintaa tai muuta käsittelyä. CBR - luokka sopii työskentelyyn reaaliaikaisen median kanssa.
VBR - luokka sisältää kaksi alaluokkaa - tavallinen ja reaaliaikainen (katso taulukko alla). Pankkiautomaatti ei ota käyttöön soluaikahajautta toimitusprosessin aikana. Solujen katoamistapaukset jätetään huomioimatta.
ABR - luokka on suunniteltu toimimaan hetkellisten liikenteen vaihteluiden olosuhteissa. Järjestelmä takaa jonkin verran suorituskykyä, mutta kestää suuren kuormituksen lyhyen aikaa. Tämä luokka mahdollistaa palautteen olemassaolon vastaanottimen ja lähettäjän välillä, jonka avulla voit tarvittaessa vähentää kanavan kuormitusta.
UBR-luokka soveltuu hyvin IP - pakettien lähettämiseen (toimituksesta ei ole takuuta ja katoaminen on väistämätöntä ruuhkatilanteissa).
Pankkiautomaattien liikenneluokkien tärkeimmät ominaisuudetQoS- luokka | yksi | 2 | 3 | neljä | 5 |
---|---|---|---|---|---|
Palveluluokka | A | B | C | D | x |
Liikennetyyppi | CBR | VBR | VBR | ABR | UBR |
Tason tyyppi | AAL1 | AAL2 | AAL3/4 | AAL3/4 | |
Synkronointi | Vaaditaan | Ei vaadittu | |||
Lähetysnopeus | Jatkuva | Muuttuva | |||
Yhteystila | Perustamisen kanssa | Ei toimipaikkaa | |||
Käyttöesimerkki | (E1, T1) | Video | Audio | Tiedonsiirto |
TCP /IP-perusprotokollat OSI -mallin kerroksittain | |
---|---|
Fyysinen | |
kanavoitu | |
verkkoon | |
Kuljetus | |
istunto | |
Edustus | |
Sovellettu | |
Muuta sovellettu | |
Luettelo TCP- ja UDP-porteista |