3 Принципы технологии АТМ

АТМ (Asynchronous Transfer Mode) - это асинхронный метод транспортирования информации.

Технология АТМ дает возможность:

транспортировать все виды информации в виде пакетов фиксированной длины - ячеек;

выделять пользователю в каждый момент времени только того ресурса пропускной способности сети, который ему необходим;

поддерживать интерактивные (диалоговые) службы и службы распределения информации, а также службы с установлением и без установления соединения;

передавать как непрерывный, так и пачечный трафик, что за счет мультиплексирования позволяет эффективно использовать сетевые ресурсы.

Особенность технологии АТМ состоит в приспособленности к транспортировке по сети информации любой службы, независимо от скорости передачи, требований к семантической и временной прозрачности и пачечности трафика ячеек.

При осуществлении АТМ осуществляется последовательность действий:

информация в цифровом виде разделяется на блоки фиксированной длины;

формируется ячейка АТМ, состоящая из информации пользователя и заголовка;

ячейка имеет фиксированную длину - 53 байта, причем 48 байт - это информация пользователя, а 5 байт отводится под заголовок.

При выборе длины ячейки АТМ международные организации стандартизации учитывали следующие факторы [8]:

задержка при заполнении пакета информацией пользователя (задержка при пакетизации), задержка в очереди, задержка на депакетизацию и колебания этих задержек (джиттер) должны быть невелики;

эффективность использования пропускной способности цифровых трактов;

сложность реализации выбранной технологии.

От каждого пользователя формируется последовательность ячеек АТМ, причем ячейки, принадлежащие различным пользователям, могут следовать в произвольном порядке, в отличие от синхронного метода, где каждый из временных каналов должен располагаться на оси времени на определенном расстоянии от начала цикла дискретизации [6]. Сущность технологии АТМ изображена на рисунке 3.1.

На рисунке 3.1 обозначено: Яnm - n-ая ячейка m-го пользователя

Последовательность ячеек одного пользователя образует виртуальный канал (ВК), а все множество виртуальных каналов формирует виртуальный тракт (ВТ).

В АТМ можно отметить следующие особенности [8]:

отсутствие защиты от ошибок и управления потоком данных на уровне звена;

ориентация на соединение;

ограничение количества функций, которые несет заголовок пакета АТМ;

относительно небольшая длина информационной части ячейки.

Высокое качество систем передачи цифровых трактов связи и очень малые значения вероятности ошибки на бит позволяют отказаться от обнаружения и исправления ошибок в пакете на звеньевом уровне. Отсутствие на уровне звена и управление потоком данных с целью исключения перегрузок.

Но в сетях АТМ не всегда удается установить соединение. Фазе передачи информации предшествует фаза установления виртуального соединения, во время которой осуществляется проверка достаточности объема сетевых ресурсов, как для качественного обслуживания уже установленных виртуальных соединений, так и для создаваемого. Отказ в установлении соединения оконечному устройству выдается в случае недостатка сетевых ресурсов.

После завершения фазы передачи информации виртуальное соединение разрушается, а сетевые ресурсы могут использоваться для обеспечения другого виртуального соединения. Таким образом, за счет использования режима переноса информации, ориентированного на соединение, и определения размеров очередей, осуществляется контроль за величиной потерь пакетов вследствие переполнения буферных устройств коммутаторов. Вероятность потери пакета в коммутационном устройстве в сетях АТМ не превышает значений 10^-8-10^-12 [8].

Для уменьшения временной задержки пакета в узлах коммутации сети АТМ функции заголовка пакета значительно ограничены. Основной функцией заголовка является идентификация виртуального соединения с помощью идентификатора и обеспечение гарантии правильной маршрутизации. При помощи заголовка возможно мультиплексирование различных виртуальных соединений в одном цифровом тракте.

Существует явление эффекта размножения ошибок, когда один искаженный бит в заголовке может привести к утрате пакета или к его доставке не по адресу, то есть к неправильной маршрутизации. С целью уменьшения эффекта размножения ошибок из-за неправильной маршрутизации необходимо в заголовке пакета АТМ обеспечить обнаружение и исправление ошибок.

Обработка заголовка пакета АТМ - процедура достаточно простая, так как количество функций, выполняемое им, ограниченно. Поэтому процедура осуществляется на высоких скоростях, а это обеспечивает малую задержку пакетов АТМ в буферных устройствах коммутаторов АТМ. Длина информационного поля ячейки выбирается относительно небольшой для уменьшения размеров внутренних буферов в узлах коммутации и ограничения времени задержек. Малые размеры информационного поля позволяют получить небольшие значения времени задержки на пакетизацию, что по совокупности с относительно небольшими размерами буферных устройств узлов коммутации, обеспечивающих незначительные задержки и колебания задержки, характеризуют временную прозрачность сетей АТМ для служб, функционирующих в реальном времени.

Форматы ячеек определены в Рекомендации МСЭ-Т I.361 [6]. При этом в отличие от У-ЦСИО в Ш-ЦСИО кроме интерфейса “пользователь-сеть” определен также интерфейс “сеть-сеть”, который используется и между узлами коммутации одной и той же Ш-ЦСИО. Соответственно имеются два вида ячеек для этих двух интерфейсов, которые отличаются друг от друга структурой заголовка. Структура заголовков в интерфейсах “пользователь-сеть” и “сеть-сеть” приведены на рисунках 3.2 и 3.3 соответсвенно.

Заголовок ячейки в интерфейсе “пользователь-сеть” имеет следующие поля:

общего управления потоком (GFC - Generic Flow Control) - ОУП длинною 4 бита;

идентификатора виртуального пути (VPI -Virtual Path Identifier) - ИВП длинною 8 бит;

идентификатора виртуального канала (VCI - Virtual Channel Identifier) - ИВК длинною 16 бит;

типа полезной нагрузки (PT - Payload Type) - ТПН длинною 4 бита;

приоритета потери ячейки (CLP - Cell Lass Priority) - ППЯ длинною 1 бит;

контроля ошибок в заголовке (HEC - Header Error Control) - КОЗ длинною 8 бит.

Структура заголовка ячейки в сетевом интерфейсе отличается тем, что ОУП не используется, а биты ОУП отданы полю идентификатора виртуального пути, длина которого увеличена до 12 бит.

Поле общего управления потоком (ОУП) предназначено для управления нагрузкой в соединениях “пользователь-сеть” с целью защиты от перегрузок, как в двухточечных, так и в многоточечных конфигурациях доступа. Поле ОУП используется для контроля нагрузки, создаваемой оконечными устройствами пользователя, но не используется для управления потоком, порождаемого сетью.

Маршрутное поле ячейки состоит из полей идентификатора виртуального пути (ИВП) и идентификатора виртуального канала.

Поле типа полезной нагшрузки (ТПН) используется для идентификации пользовательских ячеек, ячеек эксплуатации и технического обслуживания, и управления ресурсами.

Поле приоритета потери ячейки (ППЯ) используется для указания явного приоритета потери ячейки. Если в поле приоритета потери ячейки записана 1, то данная ячейка может быть отброшена в случае возникновения перегрузок. Если в поле ППЯ записан 0, то ячейка имеет высокий приоритет и должна быть сохранена. Поле потери ячейки устанавливается пользователем или поставщиком услуг.

Поле контроля ошибок в заголовке (КОЗ) используется для обнаружения и исправления ошибок в заголовке.

В протокольной модели Ш-ЦСИО имеются два уровня, относящихся к АТМ [6]:

уровень АТМ, который является общим для всех видов сервиса и обеспечивает возможность передачи отдельных ячеек;

адаптационный уровень (AAL), зависящий от вида сервиса.

Потоки данных (в том числе и речевая информация, представленная в цифровом виде) различных классов поступают на уровень адаптации АТМ, где подвергаются обработке в соответствии с двумя функциями:

совмещения потоков данных (Convergence Subfunction - CS);

сегментации или сборки сегментов данных при поступлении их с уровня АТМ (Segmentation and Reassemble - SAR).

На уровне АТМ осуществляются генерация (изъятие) заголовка ячейки, модификация в заголовке ячейки ИВП и ИВК, мультиплексирование и демультиплексирование.

На физическом уровне реализуются следующие основные функции:

вставка и изъятие пустых ячеек для согласования скорости передачи;

проверка наличия ошибок в заголовке;

синхронизация битов при передаче по физической среде;

определяет протокол размещения ячеек для передачи через физическую среду в кадрах различных цифровых систем передачи.

Таким образом, благодаря технологии АТМ все коммутационное оборудование становится однородным, решающим для всех видов информации одну и ту же задачу быстрой коммутации фиксированных пакетов, получивших название ячеек, и асинхронного временного разделения ресурсов, при котором множество виртуальных соединений с различными скоростями асинхронно мультиплексируются в едином физическом канале связи - цифровом тракте.