Asinhronais pārraides režīms

ATM izveides vēsture

ATM tehnoloģijas pamati tika izstrādāti Francijā un ASV 1970. gados. Tos izstrādāja divi zinātnieki: Žans Pjērs Kudress (Jean-Pierre Coudreuse), kurš strādāja France Telecom pētnieciskajā laboratorijā, un Sendijs Freizers (Sandy Fraser), kurš bija Bell Labs inženieris. Viņi abi vēlējās radīt arhitektūru, kas spētu pārraidīt gan datus, gan arī balsi lielā ātrumā, un efektīvāk izmantotu tīkla resursus.
Datoru tehnoloģijas radīja iespējas ātrākai datu apstrādei un pārsūtīšanai starp sistēmām. 20. gadsimta 80. gados, telefonu centrāļu operatori konstatēja, ka balss datplūsma nav tik svarīga kā pārējā datu plūsma un tā sāk dominēt pār balss datplūsmu. Toreiz tika ierosināts izmantot ISDN, kas aprakstīja ciparu tīklu ar pakešu komutāciju, kas nodrošina telefona pakalpojumus un datu pārraidi. Optiskās šķiedras ļāva realizēt datu pārraidi lielā ātrumā ar zemiem zaudējumiem. Taču pakešu komutācijas tehnoloģija nenodrošināja drošu balss pārraidi, un daudzi šaubījās par to, vai kādreiz to spēs atbalstīt. Atšķirībā no pakešdatu tīkliem, publiskajos telefonu tīklos izmantoja ķēžu komutācijas tehnoloģiju, kura ir ideāla balss pārraidei, bet datu pārraidei neefektīva. Un tad telekomunikāciju industrija vērsās pie ITU, lai tiktu izstrādāts jauns standarts datu un balss datplūsmas pārsūtīšanai tīklos ar lielu joslas platumu. 80. gadu beigās, starptautiskā telefonu un telegrāfu konsultatīvā komiteja CCITT (kas vēlāk tika pārdēvēta par ITU-T) izstrādāja ieteikumu kopumu par otrās paaudzes ISDN, tā saukto B-ISDN (platjoslas ISDN). Kā pārraides režīms zemākajiem līmeņiem B-ISDN tika izvēlēts ATM. 1988.gadā, ITU sanāksmē Ženēvā tika izvēlēts ATM šūnas garums – 53 baiti. Tas bija kā kompromiss starp amerikāņiem, kuri vēlējās 64 baitu datu apjomu šūnās, un eiropiešiem, kuri tiecāsuz 32 baitu izmēru. Neviena no abām pusēm nespēja uzvarēt šajā strīdā un beigu beigās tika izlemts par kompromisu - 48 baiti. Galvenes laukam tika atvēlēti 5 baiti, kas bija minimālais izmērs, ar kuru samierinājās ITU. 1990.gadā tika apstiprināts ATM pamata ieteikumu kopums.

Tehnoloģijas pamati

ATM tehnoloģijas pamatā ir multipleksēšanas un šūnu komutācijas tehnoloģijas, un tā sevī apvieno pakešu komutācijas un ķēžu komutācijas priekšrocības. No ķēžu komutācijas, ko raksturo garantēta caurlaidība un ar pastāvīgu pārraides aizkavi, tika paņemts nelielais pakešu lielums, bet no pakešu komutācijas, kas īpaša ar elastību un efektivitāti brīžos, kad datplūsma ir nevienmērīga, tika paņemta datu pārraide adresējamu pakešu veidā. Šo īpašību apvienošana un integrēšana ļāva paplašināt joslas platumu no dažiem megabitiem sekundē (Mbps) līdz daudziem gigabitiem sekundē (Gbps).

ATM pakete (šūna)

ATM aparatūrā lieto ļoti lielo integrālo shēmu (very large-scale integration – VLSI) tehnoloģiju, lai varētu segmentēt datus fiksētā izmēra paketēs. ATM paketes tiek sauktas par šūnām (cell). Katras šūnas izmērs ir 53 baiti. No šiem 53 baitiem pirmie 5 baiti satur šūnas galvenes informāciju, pārējie 48 baiti - lietotāja informāciju (angļu: payload). Tā kā balss un video datplūsma ir kritiska pret aizkavēm, kas varētu rasties pārsūtot lielas paketes, tad ATM šūnas, kuras ir mazas un ar fiksētu izmēru, ir ļoti ērtas šīs datplūsmas pārsūtīšanai. Atšķirībā no ISDN, kas arī nodrošina integrētus pakalpojumus, taču balss pārraidei tam ir lielāka prioritāte, ATM tehnoloģijā visu veidu datplūsmām ir vienādas prioritātes, kas ir atbilstošas pakalpojumu kvalitātes prasībām.

Šūnu pārraidīšana

Jo mazāka ir pakete, jo vieglāk ir simulēt kanāla pakalpojumus ar fiksētu bitu pārraides ātrumu, kas ir tipiska telefonu tīkliem. Ir skaidrs, ka sinhronizētu laikspraugu pagaidu atteikuma gadījumā, katram kanālam ideālu sinhronitāti nav iespējams sasniegt, taču, jo mazāka ir pakete, jo vieglāk ir sasniegt šo mērķi. Paketei, kas sastāv no 53 baitiem (ar ātrumu 155 Mbit/s) pārraides laiks uz izejas portu ir mazāks par 3 mikrosekundēm. Tātad šī kavēšanās nav būtiska (aptuveni 2%) datplūsmai, kuras paketēm ir jābūt nosūtītām ik pēc 125 mikrosekundēm (64 kbit/s).

Pakešu izmēra izvēle

Paketizācijas kavēšanās - tas ir laiks, kurā pirmais balss mērījums gaida, kad pakete tiks izveidota un nosūtīta tīklā. Tā kā datu lauka izmērs ir 48 baitu, tad viena ATM šūna parasti transportē 48 balss mērījumus, kas veikti ik pēc 125 mikrosekundēm. Tāpēc, pirmajam mērījumam jānogaida apmēram 6 mikrosekundes - aizture, kas ir tuvu robežai, kuru pārsniedzot sākas balss datplūsmas kvalitātes traucējumi.

ATM tīkls

ATM tīkls sastāv no ATM komutatoriem un ATM gala sistēmām. ATM komutators atbild par šūnu pārvietošanu caur ATM tīklu. Tas pieņem šūnu no ATM gala sistēmas vai cita ATM komutatora, un pēc tam lasa un modificē šūnas galvenes informāciju un pārslēdz šūnu uz izejas saskarni saņēmēja virzienā. ATM gala sistēmas satur ATM tīkla saskarnes adapterus. Kā ATM gala sistēmu piemērus var minēt darbstacijas, maršrutētājus, ciparpakalpojumu blokus (digital service units - DSU), lokālo tīklu (LAN) komutatorus un video kodekus (CODEC). ATM uztur divus saskarņu pamattipus: UNI (User-to-Network Interface), kas savieno ATM gala sistēmas ar ATM komutatoriem, un NNI (Network-Node Interface), kas savieno divus ATM komutatorus. Šīs saskarnes parasti tiek dalītas publiskajās un privātajās UNI un NNI saskarnēs, atkarībā no tā, kam pieder komutatori.

Pastāvīgas virtuālās ķēdes (PVC)

PVC nodrošina tiešu savienojumu starp gala sistēmām. Tādējādi, PVC ir līdzīga nomātajai līnijai. Pie PVC priekšrocībām var minēt to, ka PVC garantē piekļuvi savienojumam, bet neprasa savienojuma nodibināšanas procedūru. Savukārt pie PVC trūkumiem jāmin tas, ka savienojums ir statisks.

Komutējamās virtuālās ķēdes (SVC)

SVC nodibina un pārtrauc dinamiski, to izmanto tikai kamēr datus pārraida (šajā ziņā tā ir līdzīga telefona izsaukumam). Dinamiskā izsaukumu vadība prasa signalizācijas protokolu starp ATM gala sistēmu un ATM komutatoru. Pie SVC priekšrocībām var minēt savienojuma elastību, bet pie trūkumiem jāmin papildlaiks, kas nepieciešams, lai izveidotu savienojumu.

ATM komutators

ATM komutatorā šūna tiek saņemta pa kanālu ar konkrēto VCI un VPI vērtību. Komutators meklē savienojuma vērtību savā lokālajā maršrutēšanas tabulā, lai noteiktu savienojuma izvadportu un jaunu savienojuma VPI/VCI vērtību nākamajā pārraides segmentā. Pēc tam komutators pārsūta šūnu tajā pārraides segmentā ar atbilstošo savienojuma identifikatoru.