Akademia Górniczo – Hutnicza
Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej
Autor:
Zakład Informatyki Przemysłowej Zakład Informatyki Przemysłowej
ATM ATM
(Asynchronous Transfer Mode) (Asynchronous Transfer Mode)
Jarosław Durak
– ATM – Tryb transferu asynchronicznego
•
Opracowany na przełomie 80/90tych ubw.
•
Na potrzeby telekomunikacji
– Szerokopasmowej sieci cyfrowej usług zintegrowanych B―ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network)
•
Przez międzynarodowy komitet CCITT
•
Początkowo transmisja między centralami
•
Początek lat 90tych – sieci LAN nowej generacji:
– Wysoka przepustowość – Małe opóźnienia
– Obsługa zarówno telekonferencji jak i aplikacji sieciowych – Integracja LAN i WAN
ATM ATM
– ATM – Tryb transferu asynchronicznego
• Nad rozwojem czuwa ATM-Forum zrzeszające firmy:
– ADTRAN, Inc.; Advanced Fibre Communications; AdvanceNet,
Alcatel; AT&T Labs; BT Exact Technologies; CIENA; Cisco Systems;
Covad Communications; Deutsche Telekom AG; DNE Technologies, Inc.; ECI Telecom Ltd; Ericsson Telecom; France Telecom; Harris Corporation; Lucent Technologies; Marconi Communications;
Mindspeed Technologies; MITRE Corporation; mmO2 plc; Network Equipment Technologies, Inc.; Nokia Corporation; Nortel Networks;
PMC Sierra; Qwest Communications; RAD Data Communications;
SBC Laboratories, Inc.; Siemens; Sprint Corporation; Sun
Microsystems; Telcordia Technologies; U.S. Army; Verilink; Verizon Communications, Inc; VTT Information Technology
ATM ATM
– Komutacja pakietów i komunikacja kanałów
•
W sieciach komputerowych (szczególnie LAN)powszechna jest komutacja pakietów (przełączanie)
– Wymaga adresu nadawcy i odbiorcy
– Dobrze sprawdza się przy zróżnicowanych połączeniach
– Za drogę pakietu odpowiada sieć
ATM ATM
– Komutacja pakietów i komunikacja kanałów
•
W sieciach telefonicznych komutuje się kanały
– Wybierając numer telefonu zestawiamy kanał łączności między dwoma punktami
– Wymaga adresu odbiorcy i nadawcy tylko na etapie zestawiania połączenia – połączenie wirtualne
– Za zestawienie połączenia odpowiadają stacje – Dobrze sprawdza się przy stałych połączeniach
» Wirtualny kanał między dwiema końcówkami
» Możliwa jest transmisja jeden do wielu (multicast)
ATM ATM
– Połączenie wirtualne
•
Obwód wirtualny
– VC (Virtual Cirquit)
– Połączenie logiczne dwóch urządzeń końcowych poprzez sieć przełączaną
– Stały (PVC) lub przełączany (SVC) zestawiany tymczasowo na żądanie
•
Ścieżka wirtualna
– VP (Virtual Path)
– Zgrupowanie logiczne obwodów
– Operacje przeprowadzane są na całej grupie
ATM ATM
– Typy połączeń
•
Połączenie punkt-punkt
– Połączenie jedno lub dwukierunkowe
ATM ATM
– Typy połączeń
•
Połączenie jeden do wielu
– Połączenie tylko jednokierunkowe
ATM ATM
– Typy interfejsów
•
UNI (User to Network Interface) – Interfejsy użytkownik - sieć
ATM ATM
UNI
– Typy interfejsów
•
NNI (Network to Network Interface) – Interfejsy sieć - sieć
ATM ATM
NNI
– Szybkości przesyłania
•
Pierwotnie zdefiniowane dla nośnika optycznego
– Dla B-ISDN
– Podstawowa 155,52 Mb/s (OC-3)
– 51,84 Mbps (OC-1) do 2,488 Gbps (OC-48)
•
Dla sieci lokalnych nośniki optyczne i kabel miedziany
– Kabel miedziany – skrętka UTP kat 3 i 5
– Nowe szybkości 25,6 (zgodność z TokenRing) i 25,9
– Modulacja amplitudowo-fazowa bez fali nośnej (CAP,CAP-M) w praktyce nie do wykorzystania
ATM ATM
– Topologie
•
Tylko połączenie punkt-punkt
– Stacja – przełącznik
– Przełącznik – przełącznik
– Przełącznik ze stacjami i innym przełącznikiem = gwiazda – Nie ma wzmacniaczy czy koncentratorów
ATM ATM
ATM ATM
OSI OSI
W. aplikacji W. prezentacji
W. sesji
W. transportowa W. sieci
W. łącza danych
W. fizyczna
ATM ATM
AAL
TC PM CS
SAR
Warstwa ATM
Zarzą-dzanie
– Warstwa fizyczna
•
Odpowiada za wysyłanie i odbieranie danych
– Przyjmuje komórki z warstwy ATM – Generuje sumę kontrolną
– Przełącznik – przełącznik
– Bit po bicie wysyła nagłówek i dane poprzez medium transmisyjne
– Przy odbiorze sprawdza sumę kontrolną przekazuje bity do warstwy ATM
ATM ATM
– Warstwa fizyczna
•
Podwarstwa zbieżności transmisji TC (Transmission Convergence)
– Określanie komórki (wyodrębnianie komórki ze strumienia bitów)
– Kontrola błędów sprzętowych HEC (Hardware Errors Control)
» Suma kontrolna generowana jest na podstawie nagłówka komórki !
– Rozdzielenie szybkości transmisji
– Funkcje dostosowywania, generowania i odzyskiwanie ramki transmisyjnej
ATM ATM
– Warstwa fizyczna
•
Nośnik fizyczny PM (Physical Medium)
– Funkcje związane z nośnikiem
– Synchronizacja transmisji w obwodzie wirtualnym – Zależna od medium transmisyjnego
– Istnieją różne specyfikacje
Dostosowywanie do np. SONET (Synchronous Optical Network)/SDH
ATM ATM
– Warstwa adaptacji ATM
•
ATM AAL (ATM Adaptation Layer)
•
Obejmuje trzy mechanizmy (podwarstwy)
– AAL
– CS (Convergence Sublayer) podwarstwa zbieżności – SAR (Segmentation And Reassembly) podwarstwa
segmentacji i składania
•
Dokonuje konwersji danych z protokołów w. 3 np.
IPX/SPX, TCP/IP oraz niektórych w. 2 np.
FrameRelay
•
Warstwy AAL są zróżnicowane i obejmują 5 typów 1- 5 obsługują klasy usług od A do D
ATM ATM
– Warstwa adaptacji ATM
•
SAR
– Zmienia struktury danych otrzymanych wyższych warstw – Tworzy jednostki danych protokołu segmentacji i złożenia
» SAO-PDU
» 48-oktetowe struktury – część użyteczna komórki ATM
– Przekazuje je do warstwy ATM
ATM ATM
– Klasy usług
ATM ATM
Klasa A Klasa B Klasa C Klasa D
Wymagane mechanizmy czasowe Brak mechanizmów czasowych
Stała prędkość
transmisji Zmienna prędkość transmisji
Połączeniowe Bezpołączeniowe
Typ 1 Typ 2 Typ 3/4 Typ 3/4
Typ 5
– Warstwa adaptacji ATM
•
Typy warstw AAL
– Zaplanowano 5 ale opracowane są 3 typy – Typ 1
» Usługi izochroniczne o stałej chwilowej prędkości transmisji
» Zastosowania multimedialne w czasie rzeczywistym (dźwięk, obrazy nieskompresowane, wideokonferencje) – Typ 2
» Izochroniczna transmisja o zmiennej chwilowej szybkości (skompresowane sekwencje AV)
» Do tej pory nie zrealizowana
ATM ATM
– Warstwa adaptacji ATM
•
Typy warstw AAL
– Typ 3/4
» Zmienna chwilowa szybkość transmisji, natężenie ruchu nierównomierne
» Sieci LAN – Typ 5
» Podzbiór funkcji typu 3/4 – tryb wymiany komunikatów, operacje bez potwierdzeń
ATM ATM
– Warstwa adaptacji ATM
– Klasy usług
• Klasa A
– Wykorzystuje typ 1 AAL – CBR (Constant Bit Rate)
– Nad stałą szybkością transmisji musi czuwać aplikacja – Mechanizmy AAL mogą korygować szybkość transmisji w
niewielkim stopniu
– Jednostka SAO-PDU zawiera:
» SN numer sekwencji – 4bity
» SNP ochronę numeru sekwencji - 4 bity
ATM ATM
SN SNP dane
– Warstwa adaptacji ATM
– Klasy usług
• Klasa B
– Wykorzystuje typ 2 AAL – VBR (Variable Bit Rate)
– Aplikacja ma dużą tolerancję czasową
ATM ATM
– Warstwa adaptacji ATM
– Klasy usług
• Klasa C
– Pierwotnie typ 3 -wykorzystuje typ 3/4 lub 5 AAL
– Obsługuje bezpołączeniowe protokoły warstw wyższych OSI – Jednostka podw. zbieżności CS-PDU typ 3/4 zawiera:
» CPI wskaźnik części wspólnej – 1o
» BTag – Etykieta początku – 1o
» BASize – rozmiar alokacji bufora – 2o
» Ładunek użyteczny - zmienna długość
» PAD – wypełnienie - zmienna długość
» AL – Wyrównanie - 1o
» Etag - 1o
» Długość - 2o
ATM ATM
CPI BTag BASize DANE PAD AL ETag LEN
– Warstwa adaptacji ATM
– Klasy usług
• Klasa C
– Jednostka podw. zbieżności CS-PDU typ 5 zawiera:
» DANE wskaźnik części wspólnej - zmienna długość (65536)
» PAD – Etykieta początku – zmienna długość
» CRL – kontrola – 1o
» LI – wskaźnik długości - 2o
» CRC – wskaźnik redundancji cyklicznej - 4o – Jednostka SAO-PDU typ 5 zawiera:
» 48 oktetów bez dodatkowych informacji
ATM ATM
DANE PAD CRL LI CRC
– Warstwa adaptacji ATM
– Klasy usług
• Klasa D
– Podobna do klasy C – Bezpołączeniowa
ATM ATM
– Warstwa ATM
•
Ustanawianie połączeń wirtualnych
•
Tworzenie komórek ATM
•
Jest zależna od interfejsu
•
Tworzy 53 oktetowe komórki ATM
– Opatruje ładunek użyteczny nagłówkiem
ATM ATM
– Komórka ATM
•
Podstawowa struktura transportu w ATM
•
Stała 53 oktetowa długość
– 5 oktetów nagłówka
– 48 oktetów ładunek użyteczny
•
Dwa typy komórek zależnych od interfejsu (rożne nagłówki)
– Komórka UNI – Komórka NNI
ATM ATM
– Komórka ATM
•
UNI
– GFC sterowanie przepływem 4b
» Wartość lokalna nie przenoszona przez obwód wirtualny
– VPI – identyfikator ścieżki wirtualnej 1o – VCI – identyfikator kanału wirtualnego 2o – PTI – wskaźnik typu części użytecznej 3b
» 1b dane użytkownika czy sterowanie
» 1b wskaźnik zatoru
» 1b wskaźnik końca serii AAL 5 SAO-PDU
– CLP – priorytet straty komórki 1b – HEC – kontrola błędów nagłówka 8b
ATM ATM
GFC VPI VCI PTI CLP HEC DANE
– Komórka ATM
•
NNI
– VPI – identyfikator ścieżki wirtualnej 12b – VCI – identyfikator kanału wirtualnego 2o – PTI – wskaźnik typu części użytecznej 3b
» 1b dane użytkownika czy sterowanie
» 1b wskaźnik zatoru
» 1b wskaźnik końca serii AAL 5 SAO-PDU
– CLP – priorytet straty komórki 1b – HEC – kontrola błędów nagłówka 8b
– Ładunek użyteczny 48o
ATM ATM
GFC VPI VCI PTI CLP HEC DANE
– Emulacja sieci LAN
•
Sieci LAN ATM są połączeniowe
•
Sieci Ethernet, TokenRing są bezpołączeniowe
– Rozgłoszenia i połączenia grupowe (braodcast i multicast)
– Istnieje duża liczba aplikacji wykorzystujące ten schemat działania
•
Adresy w sieciach lokalnych opierają się na numerach MAC IEEE wytwórców
•
Konieczne jest emulowanie działania sieci
bezpołączeniowej opartej o adresy MAC w sieci ATM
– LANE (Local Area Network Emulation) – Emulacja IEEE 802.3 lub 802.5
– W danej chwili można emulować tylko jeden typ sieci
ATM ATM
ATM LANE ATM LANE
OSI OSI
W. aplikacji W. prezentacji
W. sesji
W. transportowa W. sieci
W. łącza danych
W. fizyczna
ATM ATM
AAL
TC PM CS
SAR
Warstwa ATM
Zarzą-dzanie
Warstwa ATM
– Emulacja sieci LAN
•
Emulowana sieć nazywana jest ELAN
•
Klient emulacji – LEC
•
Każdy klient emulacji musi mieć usługę emulacji LES
– Serwer konfiguracji emulacji LECS – Usługa nieznany serwer BUS
– Wirtualny kanał połączenia VCC (między LEC i LES)
ATM ATM
– Podsumowanie
• Niespełniona nadzieja telekomunikacji
• Zbyt kosztowna dla sieci lokalnych
– Duże koszty stacji końcowych i przełączników
• Skomplikowana realizacja programowa
• Nietypowe dla sieci LAN szybkości pracy
• Dobra obsługa priorytetów
• Zapewnia możliwość łatwego wprowadzenia i zarządzania usług QoS (Quality of Service)
• Łatwość zarządzania dużymi sieciami
• Integracja ze standardami telekomunikacyjnymi SONET/SDH, liniami dzierżawionymi np. T3
• W dalszym ciągu dobre rozwiązanie dla sieci średnich (np.
MANy), dużych (WAN) oraz operatorów telekomunikacyjnych
