ATM ( engelska A synchronous Transfer Mode - en asynkron metod för dataöverföring ) är en högpresterande nätverksteknik för växling och paketmultiplexering . Paket är celler ( eng. cell ) med en fast storlek på 53 byte [1] , där de första 5 byten används för rubriken. Det är en typ av snabb paketväxling ( eng . fast packet switching ) .
Till skillnad från metoden för synkron dataöverföring (STM - engelskt synkront överföringsläge ) är ATM bättre lämpad för att tillhandahålla datatjänster med mycket olika eller föränderliga bithastigheter .
Grunderna för ATM-teknik utvecklades oberoende i Frankrike och USA på 1970-talet av två forskare: Jean-Pierre Coudreuse [2] som arbetade vid France Telecoms forskningslabb och Sandy Fraser , ingenjör vid Bell Labs [3] . De ville båda skapa en arkitektur som skulle transportera både data och röst i höga hastigheter och använda nätverksresurser på det mest effektiva sättet.
Datorteknik har skapat möjlighet till snabbare informationsbehandling och snabbare dataöverföring mellan system. På 1980-talet upptäckte teleoperatörerna att icke-rösttrafik var viktigare och började dominera rösttrafiken. ISDN -projektet [4] föreslogs , som beskrev ett paketkopplat digitalt nätverk som tillhandahåller telefon- och datatjänster. Digitala överföringssystem, först plesiokrona system (PDH) baserade på PCM, och sedan synkrona överföringssystem (SDH) av hierarkier baserade på optisk fiber , gjorde det möjligt att överföra data med höga hastigheter med låga sannolikheter för binära fel. Men den befintliga paketväxlingstekniken (främst X.25 -protokollet ) kunde inte tillhandahålla trafiköverföring i realtid (till exempel röst), och många tvivlade på att den någonsin skulle ge [3] . För att överföra trafik i realtid i offentliga telefonnät användes kretskopplingsteknik (CC). Denna teknik är idealisk för röstöverföring, men den är ineffektiv för dataöverföring. Därför vände sig telekommunikationsindustrin till ITU för att utveckla en ny standard för data- och rösttrafik över nätverk med hög bandbredd [3] . I slutet av 80-talet utvecklade CCITT International Telephone and Telegraph Advisory Committee (som senare döptes om till ITU-T ) en uppsättning andra generationens ISDN -rekommendationer, den så kallade B-ISDN (Bredband ISDN), en förlängning av ISDN. ATM [4] har valts som överföringsläge för lägre lager för B-ISDN . 1988, vid ITU- mötet i Genève , valdes längden på ATM-cellen - 53 byte [5] . Detta var en kompromiss mellan de amerikanska experterna, som föreslog en celllängd på 64 byte, och europeiska experter, som föreslog en celllängd på 32 byte. Ingendera parten kunde på ett övertygande sätt bevisa fördelen med sitt alternativ, så till slut var mängden "nyttolast" 48 byte, och storleken på rubrikfältet (tjänstdata) valdes till 5 byte, den minsta storleken som överenskoms av ITU. 1990 godkändes en kärnuppsättning ATM-rekommendationer [6] . De grundläggande principerna för ATM fastställs i rekommendation I.150 [6] . Denna lösning var mycket lik de system som utvecklats av Coudreuse och Fraser. Härifrån börjar vidareutvecklingen av ATM.
Under 1980- och 1990-talen var flera organisationer involverade i forskning och utveckling av snabb paketväxling (FPS) för gemensam röst- och dataöverföring.
LNPO Krasnaya ZaryaTemat för BKP och, som dess sort, ATM, utvecklades av avdelningen under ledning av G.P. Zakharov som en del av företaget AOOT NPP Raduga . Tidigare var detta företag en av divisionerna i LNPO Krasnaya Zarya . Zakharovs avdelning fick både teoretiska resultat - matematiska modeller [7] [8] , rapporter om forskning utförd av avdelningen , artiklar, böcker, studentdiplom, kandidat- och doktorsavhandlingar om ämnet - och praktiska resultat:
Detta gjorde att kopplingsfältet för en snabb paketväxel, eller ATM-cellväxel, kunde byggas på ett enda tryckt kretskort. Dessa arbeten gick dock inte längre än att släppa en experimentell sats av VLSI i mängden 10 stycken, och implementeringen av resultaten av avhandlingsarbetet av Razzhivin I.A. i NIR "NIIMA Progress" och SE NII "Rubin" , dessa arbeten gick inte av skäl utanför tekniska specialisters kontroll.
Känd för arbetet av en grupp specialister under ledning av Ph.D. Georgy Revmirovich Ovchinnikov, som föreslog sin egen version av hårdvaruimplementeringen av ett snabbt paketväxlingssystem baserat på självdirigeringsmatriser [17] [18] och deras matematiska modell [19] [20] . Det finns dock ingen information om det praktiska genomförandet av deras förslag.
Moscow Institute of Electronic TechnologyEn beskrivning av en 16x16 digital switch baserad på galliumarsenid, utvecklad oberoende av LNPO Krasnaya Zarya av Moscow Institute of Electronic Technology [21] rapporterades .
I början av 1990-talet ATM-tekniker i världen börjar ge ökad uppmärksamhet. Sun Microsystems Corporation redan 1990, en av de första som tillkännagav stöd för ATM [3] . 1991, med tanke på att CCITT inte längre har tid att ge rekommendationer i rätt tid om att snabbt utveckla ny teknik, skapades ATM Forum [22] , ett konsortium av ATM-teknikutvecklare och tillverkare, för att samordna och utveckla nya praktiska standarder och tekniska specifikationer för ATM-teknik, och en sida med samma namn, där alla specifikationer var offentliga. CCITT , som redan är ITU-T , ger ut nya upplagor av sina rekommendationer, vilket förbättrar den teoretiska grunden för ATM. Representanter för IT -sektorn i tidskrifter och tidningar förutspår stora möjligheter för ATM. 1995 tillkännagav IBM sin nya företagsnätverksstrategi baserad på ATM-teknologi [23] . Man trodde att ATM skulle vara en betydande hjälp för Internet , eliminera bristen på bandbredd och ge tillförlitlighet till nätverket [24] . Dan Minoli, författare till många böcker om datornätverk, har hävdat att ATM kommer att implementeras på offentliga nätverk och företagsnätverk kommer att anslutas till dem på samma sätt som de använde frame relay eller X.25 vid den tiden [25] . Men vid det laget hade IP- protokollet redan blivit utbrett och det var svårt att göra en skarp övergång till ATM. I befintliga IP -nätverk var det därför meningen att ATM-tekniken skulle implementeras som ett underliggande protokoll, det vill säga under IP , och inte istället för IP . För den gradvisa övergången av traditionella Ethernet- och Token-Ring-nätverk till ATM-utrustning utvecklades LANE- protokollet , som emulerar nätverksdatapaket.
1997, inom router- och switchbranschen, ställde sig ungefär lika många företag i raden av anhängare och motståndare till ATM, det vill säga de använde eller använde inte ATM-teknik i sina enheter [3] . Framtiden för denna marknad var fortfarande osäker. 1997 var intäkterna från bankomatutrustning och tjänster 2,4 miljarder dollar, 3,5 miljarder dollar året därpå [ 26] och förväntades nå 9,5 miljarder dollar 2001 [27] . Många företag (till exempel Ipsilon Networks ) använde ATM inte fullt ut, utan i en avskalad version för att nå framgång. Många komplexa ATM-specifikationer och protokoll på det övre skiktet, inklusive olika typer av tjänstekvalitet , har förkastats. Endast den grundläggande funktionen för att byta byte från en rad till en annan återstod.
Första träffen på ATMOch ändå fanns det också många IT- proffs som var skeptiska till lönsamheten hos ATM-teknik. Som regel var ATMs försvarare representanter för telekommunikationer, telefonbolag , och motståndarna var representanter för företag som var involverade i datornätverk och nätverksutrustning. Steve Steinberg (i Wired magazine) ägnade en hel artikel åt det dolda kriget mellan dem [24] . Det första slaget mot ATM kom från Bellcores 1994 studie av LAN -trafikmönster [28] . Denna publikation visade att trafik i lokala nätverk inte följer någon befintlig modell. LAN - trafik på timingdiagrammet beter sig som en fraktal . På alla tidsintervall från flera millisekunder till flera timmar har den en självupprepande, explosiv karaktär. ATM måste i sitt arbete lagra alla paket utanför arbetstid i en buffert. I händelse av en kraftig ökning av trafiken tvingas ATM-växeln helt enkelt att släppa icke-innehållna paket, vilket innebär en försämring av kvaliteten på tjänsten . Av denna anledning misslyckades PacBell i sitt första försök att använda ATM-utrustning [29] .
Framväxten av ATM:s huvudkonkurrent, Gigabit EthernetI slutet av 90-talet dyker Gigabit Ethernet -teknik upp , som börjar konkurrera med ATM. De främsta fördelarna med den första är betydligt lägre kostnad, enkelhet, enkel installation och drift. Dessutom kan byte från Ethernet eller Fast Ethernet till Gigabit Ethernet göras mycket enklare och billigare. Problemet med tjänstens kvalitet Gigabit Ethernet skulle kunna lösa genom att köpa billigare bandbredd med en marginal än med smart utrustning. I slutet av 90-talet. det blev tydligt att ATM skulle fortsätta att dominera endast wide area networks [30] [31] . Försäljningen av ATM-växlar för WAN fortsatte att växa, medan försäljningen av ATM-växlar för LAN sjönk snabbt [32] [33] .
På 2000-talet Marknaden för ATM-utrustning var fortfarande betydande [34] . ATM användes i stor utsträckning i globala datornätverk , i utrustning för att överföra ljud-/videoströmmar, som ett mellanskikt mellan de fysiska och övre skikten i ADSL-enheter för kanaler med en bandbredd på högst 2 Mbps. Men i slutet av decenniet börjar ATM att ersättas av den nya IP VPN -tekniken [35] . ATM-switchar har ersatts av IP / MPLS -routrar [36] . 2006 släppte Broadband Forum en TR-101-specifikation kallad "Migration to Ethernet-Based DSL Aggregation", som specificerade hur ATM-baserade aggregeringsnätverk kunde migrera till Ethernet-baserade aggregeringsnätverk (i samband med tidigare TR-25 och TR -59 arkitekturer) [37] . Som motivering för denna övergång anger specifikationen att befintliga DSL-arkitekturer går från "låghastighet, bästa ansträngning"-nätverk till infrastrukturer som kan stödja högre överföringshastigheter och tjänster som kräver QoS, multicast och även uppfyller krav som är oacceptabla att uppfylla i system byggda på ATM. Uvum förutspådde 2009 att ATM och Frame Relay nästan helt skulle försvinna till 2014 [38] , medan Ethernet- och IP- VPN - marknaderna kommer att fortsätta växa i god takt. Enligt en rapport från Broadband Forum från oktober 2010 [39] har den globala marknadsövergången från kretskopplade nät (TDM, ATM, etc.) till IP-nätverk redan börjat i fasta nät och påverkar redan mobilnäten. Rapporten säger att Ethernet tillåter mobiloperatörer att möta den växande efterfrågan på mobiltrafik mer kostnadseffektivt än system baserade på TDM eller ATM.
Tillbaka i april 2005 slogs ATM Forum samman med Frame Relay Forum och MPLS Forum till ett gemensamt MFA Forum ( MPLS–Frame Relay–ATM Forum ). 2007 döptes det senare om till IP/MPLS Forum . I april 2009 blev IP/MPLS Forum en del av konsortiet Broadband Forum ( BBF ) som har funnits sedan 1994 . ATM-specifikationerna finns i sin ursprungliga form på konsortiets webbplats www.broadband-forum.org [40] , men deras vidareutveckling har stoppats helt.
Ett ATM-nätverk är byggt på basen av ATM-växlar kopplade till varandra. Tekniken implementeras både i lokala och globala nätverk . Gemensam överföring av olika typer av information är tillåten, inklusive video, röst.
Dataceller som används i ATM är mindre jämfört med dataelement som används i andra tekniker. Den lilla, konstanta cellstorleken som används i ATM tillåter:
ATM - teknik innebär sammankoppling på tre nivåer .
För att överföra data från avsändaren till mottagaren i ATM-nätverket skapas virtuella kanaler , VC ( Engelska Virtual Circuit ), som är av tre typer:
För routing i paket används så kallade paketidentifierare. De är av två typer:
|
UNI-cellformat
|
NNI-cellformat
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fem trafikklasser definieras, som skiljer sig åt i följande kvalitativa egenskaper:
CBR tillhandahåller inte felkontroll, trafikhantering eller annan bearbetning. CBR - klassen är lämplig för att arbeta med media i realtid.
VBR - klassen innehåller två underklasser - vanlig och realtid (se tabell nedan). ATM introducerar ingen celltidsspridning under leveransprocessen. Fall av cellförlust ignoreras.
ABR - klassen är designad för att fungera under förhållanden med momentana trafikvariationer. Systemet garanterar viss genomströmning, men klarar en stor belastning under kort tid. Denna klass tillhandahåller närvaron av återkoppling mellan mottagaren och sändaren, vilket gör att du kan minska kanalbelastningen vid behov.
UBR-klassen är väl lämpad för att skicka IP- paket (det finns ingen garanti för leverans och förlust är oundviklig i händelse av överbelastning).
| QoS klass | ett | 2 | 3 | fyra | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Serviceklass | A | B | C | D | x |
| Typ av trafik | CBR | VBR | VBR | ABR | UBR |
| Nivåtyp | AAL1 | AAL2 | AAL3/4 | AAL3/4 | |
| Synkronisering | Nödvändig | Krävs inte | |||
| Överföringshastighet | Konstant | Variabel | |||
| Anslutningsläge | Med etableringen | Ingen etablering | |||
| Användningsexempel | (E1, T1) | Video | Audio | Dataöverföring | |
| Grundläggande TCP / IP-protokoll efter lager av OSI-modellen | |
|---|---|
| Fysisk | |
| kanaliserad | |
| nätverk | |
| Transport | |
| session | |
| Representation | |
| Applicerad | |
| Annat ansökt | |
| Lista över TCP- och UDP-portar | |