ATM je spojově orientovaný protokol s rychlostmi 25Mb/s, 155Mb/s (patří do fast nets) a 622Mb/s (patří do gigabitových technologií). Spojení je jednosměrné, ale mohou se vytvořit současně 2 spojení, které pak vytvoří obousměrnou komunikaci. Pokud se naváže spojení jen s jedním adresátem, jedná se o spojení dvoubodové, pro více adresátů vícebodové (ale jednosměrné - jen jeden vysílač). Toto vícebodové spojení začíná dvoubodovým a postupně se přidávají další příjemci. Zpoždění na jednom přepínači je v jednotkách resp. v desítkách ms.
ATM se používá zejména pro
· sdílení dat a multimediálních informocí, kdy Ethernet (standard, fast i giga) nezaručují QoS PR "QoS" - Quality of Services, které jsou nezbytné pro přenos hlasu a multimediálních informací.
· realizaci páteřních sítí, zejména tehdy, když existuje požadavek na redundantní cesty (paralelní přenosové cesty).
· vytváření virtuálních sítí PR "virtuální sítě" PR "sítě:virtuální" .
ATM umožňuje řídit provoz na síti jako celek. Přechod na ATM je možný dvěmi způsoby
· Čisté ATM,které vznikne výměnou všech prvků sítě za prvky ATM, nebo
· Emulací LAN, která přizpůsobuje ATM požadavkům protokolů IPX a IP na existenci nespojovaných služeb.
· Pro nejnižší úroveň (počítač - switch ATM) platí UNI PR "UNI" 3.0 a UNI 3.1, (user network interface)které nejsou kompatibilní. UNI PR "UNI" - user to Network Interface.
· rozhraní PNNI PR "PNNI" (P network network interface) nebo také jen NNI PR "NNI" je plánovaný standard pro propojení přepínačů v rámci LAN PR "LAN" a WAN PR "WAN" , který zatím není dodržován.
ATM - Asynchronous Transfer Mode. Název asynchronní je odvozen od nepravidelného výskytu buňek s informacemi od jistého uživatele.
Technologie může přenášet všechny druhy informací (zvuk, data, obraz,...) po LAN i WAN. Umožňuje integrovat stávající komunikační prostředky.
Techologie ATM, neboli také Cell Relay je architektura navržená pro vysokorychlostní přepínací (switching) sítě . Filosofie vychází za svého předchůdce Frame Relay. PR "Frame Relay"
ATM je určeno pro přenos videa, zvuku, síťových multimediálních aplikací a videokonferencí.
ATM je založeno na hardware, zatímco Frame Relay je provozováno softwareově. Jsou proto velmi nákladné, ale za to s neomezenou propustností.
Významým rysem ATM jsou pevné pakety PR "paket" (buňky) délky 53 Bytů (hlavička 5Bytů, data 48 Bytů), což vede ke zjednodušení a urychlení zpracování.
Hlavička zaručující snadné přepínání obsahuje
· VPI PR "VPI" (Virtual Path Identifikátor) určuje virtuální cestu- 12b
· identifikační čislo VCI PR "VCI" - Virtual Channel Identificator, které je shodné pro celý přenos - 16b,
· CLP PR "CLP" (stejně jako u Frame Relay) který rozlišuje důležité informace od méně důležitých PTI PR "PTI" (Payload Type Identifier) délky 3 bitů a dále 1b CLP (Cell Loss Priority) určující, které pakety mohou být v případech zahlcení bez varování příjemce vypuštěny v první etapě (byty hudby a pod) a
· HEC PR "HEC" (Header Error Control), který tvoří kontrolní součet hlavičky (8bitů) s opravou na 1 bit. Pokud je v hlavičce objevena a neopravena chyba, data nejsou dál přenášena.
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
VPI VCI PT CLP HEC DATA
hlavička 5 bytů 48bytů informačního pole
![]()
![]()
Tato hlavička platí na rozhraní UNI PR "UNI" (User-to- Network Interface). Pro rozhraní NNI (Network-to-Network Interface) je VPI rozdělena 4bitový GFC PR "GFC" (General Flow Control - dnes bez významu) a vlastní VPI PR "VPI" .
Protokol je orientován spojově, to znamená, že se vytváří na začátku přenosu virtuální kanál VC PR "VC" /Virtual Channel) ať spojovou cestou nebo pomocí pevného spojení. Virtuální kanál je tvořen směrníky v každém ATM uzlu sítě. Hlavička ATM buňky obsahuje informaci, podle které je v příslušném ATM uzlu vybrán směrník, který určuje, kam bude buňka směrována. ATM buňky patřící jednomu kanálu procházejí vždy stejnou cestou. Z těchto kanálů se vytváří virtuální cesta. Po vytvoření virtuální cesty se buňky pohybují pouze podle identifikačních čísel (na fyzické vrstvě). V uzlech, kterými procházejí se čtou hardwarově pouze tyto identifikační čísla. Před začátkem přenosu si aplikace rezervuje potřebnou šířku pásma (šířku cesty), kterou během přenosu nemusí vždy využít. Na rozdíl od Ethernetu PR "Ethernetu" je tedy ATM spojově orientovaná a není omezena horní hranice rychlosti. V současné době je rychlost od 25 do 155 až 622 Mb/s. Využívá dynamické virtuální okruhy (cesty, kanály), které však existují jen po dobu přenosu a pak zanikají.
ATM pracuje podle 3 vrstvového modelu
1. Fyzická vrstva PR "Fyzická vrstva" - Physical Layer, Technologie ATM nezajišťuje sama konkrétní fyzický přenos, ale využívá fyzické vrstvy jiných technologií. Proto fyzická vrstva ATM nemá vlastní omezení rychlosti. Vrstva generuje a přijímá bity a zajišťuje taktovací frekvenci. Nad touto čistě fyzickou vrstvou je rámcové přizpůsobení přenosovým protokolům. V budoucnu se přenos bude uskutečňovat na SDH PR "SDH" techologii (Synchronous Digital Hieararchy) na rozdíl od dnešního ATM tj Asynchroního přenosu. Dělí se na
· TCS PR "TCS" Transmission Convergence Sublayer, kde se vkládají buňky do rámců (frames)
· PLMDS PR "PLMDS" - Physical Layer Medium Dependent Sublazer, kde jsou definované úrovně signálů na fyzickém mediu, konektory a kódování.
2. Vrstva ATM generuje a dekóduje hlavičku a provádí směrování paketů, vytváří a přiděluje virtuální cesty a virtuální kanály v přepínačích - odpovídá síťové vrstvě OSI PR "OSI" . Tzn, že zajišťuje transport z jednoho koncového uzlu přes meziuzly do druhého koncového uzlu. Dále zabezpečuje vlastní přenos
3. Přizpůsobovací vrstva AAL PR "AAL" -ATM Adaption Layer přizpůsobuje aplikace speciální technologii ATM. Tedy zajišťuje spojení s aplikacemi a řídí tok přenosu, a zodpovídá za příjem dat, hlasu a videa od aplikací a za jejich převod do buněk a naopak. Podle polohy odpovídá transportní vrstvě, ale i zajišťuje spolehlivost dat. Proto se dělí na dvě podvrstvy.
· CS PR "CS" - Convergence Sublayer - která se opět dělí
· na vrstvu závislou na aplikace (vyšší)
· vrstvu nezávislou na aplikaci
Tato podvrstva dělí zprávy na části podle buněk ATM, přidává režijní data (hlavičku a patičku) pro celou zprávu.
· SAR PR "SAR" - Segmenttation and Reassembly Tato podvrstva se zabývá otázkami přenosu dat, detekce chyb, multiplexing. Tato vrstva přidává režijní data (hlavičku a patičku pro každou ATM buňku zvlášť.
V AAL vrstvě je několik služeb - tříd
· Služba A (ALL1)- používá adaptační vrstvu AA1. Vyžaduje pevné časování mezi zdrojem a adresátem přenosu. Je vhodná pro přenos audio a video (s i bez komprimace), kdy je požadována stejná rychlost toku dat (zvuku) na vstupu i výstupu. Vrstva CS zůstává prázdná.
· Služba B (ALL2) - přes vrstvu AA2 Je velmi podobná třídě A, to je požaduje pevné časování, ale může se vysílat ve shlucích. Používá se pro kompresovaný videosignál a zvuk, kdy není zapotřebí dodržovat konstantní přenosovou rychlost. Vrstva CS zůstává prázdná.
· Služba (ALL3) C - přes vrstvu AA3 je určená pro přenos dat. Nevyžaduje pevné časování, ani konstantní rychlost přenosu. Umožňuje přenos více paketů jedním virtuálním spojením. Zahrnuje datové aplikace X.25, Frame Relay, TCP/IP.
· Služba D (ALL4) - přes vrstvu AA4 pro přenos dat. Liší se od D jenom typem spojení. Jako jediná služba nevyžaduje spojení předem (obdoba odeslání dopisu) a tedy simuluje nespojovaný přenos dat a tváří se jakoby přřenášela data bez vytvoření spojových cest. Jinak má parametry jako C. Služby C a D se nově spojují v jednu službu ALL3/4. Podvrstva CS přidává ke zprávě 4B, podvrstva SAR také 4B jako hlavičku každé buňky.
· Služba SEAL PR "SEAL" (Simple Efficient Adaptation Layer) neboli ALL5 využívá AA5 a slouží pro přenos pouze 48 Bytů - tj bez kontroly a je určen pro signalizační spojení, kterým se navazuje a ruší spojení ATM.
Malá (53B) a pevná délka buňky (paketu) je ideální pro pohyblivé obrazy videa a zvuk.
Podporuje přenos sítí Ethernetu PR "Ethernet" , TokenRing PR "TokenRing" nebo Frame Relay PR "Frame Relay" . Data může přenášet jak po měděných, tak i po optických cestách.
Služba A a B tj. VBR PR "VBR" zasílá zhluky buněk nejvyšší rychlostí. Aby síť nebyla přetížena, následuje za ními období nižší aktivity (např pro signalizaci).
Pro D je použita služba UBR PR "UBR" . Takto je posílán např e-mail. Při přetížení sítě jsou celé pakety zahazovány.
Pro třídu C je použito služeb ABR PR "ABR" , které zajišťují spravedlivé rozdělení prostoru pro zbylé aplikace.
Úkolem přepínačů je posílat buňky se vstupního portu na správný výstupní port. Používají se dva typy přepínačů:
· Time division PR "Time division" - časové přepínání PR "časové přepínání" ¨Tyto přepínače jsou poměrně pomalé vůči sběrnici. V buňce, která přijde na vstupní port, je přepínačem přečtena VPI PR "VPI" a VCI PR "VCI" a podle jejich hodnot označena tagem, který výstup ji má přijmout. Při příchodu časového multiplexu pro daný vstupní port je buňka zaslána na všechny výstupy současně, všechny výstupy ji přečtou, ale pouze zvolený výstup ji uloží a zpracuje. Tento způsob je výhodný pro přenos pro více uživatelů.
· Self Routing PR "Self Routing" - samosměrovací. Toto přepínání je založeno na tzv. Banyan PR "Banyan" přepínačích, kterých je mnoho a jsou navzájem propojeny. Každý Banyan má dva vstupy a dva výstupy. Příchozí informace je opět označena tagem, určujícím, který výstup má být použit a na který výstup následujícího prvku se má informace poslat. Problémem nastane pouze , při směrování dvou informací na stejný výstup dalšího přepínače.
|
0 0 0 0
1 1 1 1
2 0 0 2
3 1 1 3 |
![]()
![]()
![]()
![]()
Signalizační protokol Q2931 slouží k ustanovení a zrušení spojení ATM. Informace je přenášena virtuálním spojením rezervovaným speciálně pro tento účel přes vrstvu AAL5. PR "AAL5"
Buňka obsahuje postupně tato pole
· PD Protokol Discriminator, ukazující jaký protokol je použit,
· CR PR "CR" Call Reference, který pomáhá identifikovat signalizační zprávu,
· MP PR "MP" Message type - identifikuje typ signalizační zprávy obsažené v buňce
· ML PR "ML" Message Lenght ukazuje jak je zpráva dlouhá
· Information Element obsahující přenášené informace.
Po startu uzlu se zasílá tzv. Hello protokol PR "Hello protokol" , který nejdříve zjistí jednotlivé uzly ve skupině -horizontální linky. Pak se zjišťuje připojení dalších skupin na tuto skupinu. Toto zjišťování se periodicky opakuje a upravuje se vnitřní tabulka. Proto před navázáním spojení se z požadavku UNI zjistí celé propojení od zdrojového k cílovému uzlu zapsáním zjištěných potřebných uzlů do stacku DTL PR "DTL" . Stackové informace se skládají z vrstev:
· cesty uvnitř nejnižší skupiny k výstupu
· propojení výstupu se vstupem další skupiny, ze které se dostane ze ze segmentu ven
· propojení všech segmentů k cílovému segmentu
Každý vstupní bod podsítě si propočítává cestu svou podsítí.
Spojení je ustavováno mezi volajícím a volaným uživatelem. Prostředníkem (účastníkem ) spojení se jeví síť. Tedy volající komunikuje se sítí a pak síť s volaným, což znamená že existují dvě konverzace. Napřed ale musí žadatel poslat žádost o spojení - zřízení datového spojení. Součástí navázání spojení je zadání přesné identifikace (adresy) druhé strany. Tyto adresy jsou 20ti bitové ISO nebo 15ti místné ISDN. Vlastní navazování spojení probíhá pomocí 6ti druhů zpráv.
Postup: V - volající
P - příjemce
S - síť
1. V zašle Call Set-up obsahující číslo volaného i volajícího do s
2. S zašle Call Set Up k P a zároveň k V vrátí Call Proceeding - spojení probíhá
3. P zašle s Call Proceeding
4. P při akceptování volání zašle s Connect
5. S zašle v Connect a P ConnectACK
6. V zašle s Connect ACK, a tím je spojení ustanoveno.
1. V zašle s požadavek Relese
2. S zašle P požadavek Relese a současně V Relese Complete
3. P zašle V Relese Complete
mohou být např. o chybách, zjišťování stavu a pod.
Jsou to např.:
· UPC Usage parametr control pro řízení a monitorování toku dat na rozhraní s koncovým uživatelem,
· GCRA Generic cell Rate Algoritmus pro zjištění správnosti příchozích buněk,
· PC priority Control generuje bitem CLP v hlavičce prioritu paketu,
Připojení uzlů Lan sítí do ATM lze provést pomocí protokolů [7]
· LANE PR "LANE"
· IP over ATM PR "IP over ATM"
Oba standardy jsou úspěšně provozované, i když LANE je častější pro svou větší univerzálnost. Oba protokoly umožňují logickým sítím vzájemně komunikovat jen přes směrovače.
Aby současné síťové aplikace mohly při zachování své architektury komunikovat přes páteř ATM, byl vytvořen algoritmus pro zajištění transparentnosti prostředí ATM pomocí emulace rozhraní lokální sítě LAN. PR "LAN." Pro tento účel jsou rozšířeny ATM o techniku podpory skupinové komunikace a podporu adresace jednotlivých lokálních sítí (např. adresa ATM má 48bitů, Ethernet 160bitů).
Specifikace emulace LAN je umožněna prováděním konverze rámců na úrovni linkové vrstvy (MAC) v přístupových bodech do sítě ATM, tj v přepínačích s konverzí ATM. Členy tak mohou být jak uzly ATM tak uzly na segmentech Ethernet PR "Ethernet" nebo Token Ring PR "Token Ring" (ne současně). Tato konverze ukrývá přítomnost ATM před síťovou vrstvou sítě LAN.
· počet stanic 65279
· rychlost 622Mb/s
· mohou se propojovat mezi sebou Ethernet a Token Ring
· neposkytuje základní službu ATM nazvanou QoS.
· vhodné pro sítě, kde většina uzlů je standardních a uzly ATM jsou převážně sdílené zdroje a páteřní propojení.
· definuje MAC adresy pro ATM zařízení - lze použít IPX a IP protokoly,
· lze použít existující aplikace
· lze ji jednoduše implementovat,
· ATM přepínače vypadají jako síťové mosty.
Nevýhody emulace LAN
· je definovaná jejnom v jednom segmentu sítě,
· nemá zabudovanou kontrolu přístupu,
· na propojení segmentů je zapotřebí klasických směrovačů (jsou pomalé,..)
· emulovaná LAN neposkytuje všechny výhody ATM.
Jednotlivé sítě se připojují na ATM přes přepínače, které určují adresy pomocí tabulky členství,značení rámců a TDM. Při přímém připojení stanic a serverů na páteř ATM vzniká problém jak zpřístupnit tyto stanice pro ostatní uživatele. Proto se provádí emulace sítí LAN. Emulace Lan na úrovni síťové karty ATM vytváří klasické připojení včetně MAC adres.
Prostředí emulované Lan se skládá z klientů emulované LAN -LEC PR "LEC" a tří serverů LES PR "LES" . Základním úkolem serverů je autokonfigurace, převod ethernetové adresy na ATM adresu a emulace všesměrového vysílání.
1. Přepínač Ethernet/LAN obdrží paket od koncové stanice. Pokud klient LEC, který je v přepínači nezná cílovou ATM adresu požádá LES o převod ethernet adresy na adresu ATM.
2. Server předá požadavek buď klientu LEC, který zaregistroval tuto eth. Adresu u LES, nebo pokud tomu tak není tak všem klientům LEC. Pokud LES tuto adresu zná, přeskakuje tento krok.
3. Klient LEC, který zná požadovanou adresu odpoví serveru LES.
4. LES zašle tuto adresu původnímu LEC nebo všem klientům
5. Původní LEC si tuto adresu zapamatuje a vytvoří přepínaný virtuální okruh. K ethernetovskému rámci se přidá LECID a vyšle ve formě ATM rámců formátovaných podle AAL5 PR "AAL5" .
Specifikace IP and ARP over ATM PR "IP over ATM" neumožňuje přímé začlenění standardních uzlů do sítě ATM. Členy sítě mohou být jen uzly ATM s jediným přenosovým protokolem IP. Použití je vhodné tam, kde na ATM může být převedená celá síť.
Multiprotokol over ATM [9] je připravovaný standard. MPOA PR "MPOA" , využívající přepínání na 3. vrstvě, má sjednotit přepínání IP jako je Tag Switching PR "Tag Switching" , IP Switching PR "IP Switching" , Fast IP, IP Navigátor. Zavedení přepínač PR "přepínač" ů LAN zlepšuje průchodnost na sdíleném mediu a dedikkované spojení mezi jednotlivými stanicemi. V páteřních sítích se používají přepínače na technologii ATM. Architektura založená na směrovač PR "směrovač" ích se při velkých zátěžích stává nevýhodná, neboť neúměrně narůstá jejich správa a má nedeterministické zpoždění. Použitím pouze přepínačů by se ale ztratily všechny směrovací a filtrační funkce. Řešením je tedy integrace směrovacích funkcí s technologií ATM. Tato integrace musí zajistit funkčnost Ethernetu a Token Ring, musí spolupracovat s existujícími směrovacími protokoly a podporu IP a IPX. MPOA zavádí novou filosofii do standardních sítí.
Koncept standardu MPOA vychází z rozdělení funkcí tradičního multiprotokolového směrovače, to je oddělení výpočetního zpracování( provádí samostatný MPOA server MPS) od vlastního fyzického směrování paketů, které provádí MPOA client - MPC. MPC je zabudován do klientských stanic a do okrajových přepínačů. MPS pracuje s celým zásobníkem běžných směrovacích protokolů.
Činnost MPOA zabezpečují
· Standard LANE PR "LANE" , který umožňuje propojení LAN a ATM. Směrovač MPOA zabezpečuje komunikaci mezi podsítěmi.
· Protokol NHRP PR "NHRP" , což je zdokonalený protokol ARP PR "ARP" (adres Resolution Protokol), který umožňuje posílat požadavky na mapování i mimo hranice podsítí.
· Virtuální směrovač PR "směrovač" PR "směrovač:virtuální" , což je zařízení vytvářející funkci multiprotokolové sítě. Umožňuje různorodost a flexibilitu řešení sítí. Emuluje funkci tradiční sítě se směrovači, přičemž eliminuje výkonostní omezení této sítě. V klasických směrovačích je zpracováván každý paket,(hop-by-hop routing), kdežto MPOA je ustanoveno při prvním paketu přímé spojení přes ATM. MPOA identifikuje datové toky a mapuje je přímo do virtuálních spojení. (cut-through routing). Pakety pak již nejsou na své cestě zpracovávany směrovači, dochází ke zrychlení přenosu a zvýšení výkonnosti.
SDH PR "SDH" je přenosová technologie (hardware i protokol) pro přenos v širokém pásmu. Je to nástupce SONETu PR "SONET" (Synchronous Optical NETwork).
Rychlost je 2.4Gb/s.
Hardware se skládá z Cross Conect = přepínačů, optických rozhraní a multiplexerů.
Protokol jsou součástí nejnižších vrstev.
má kratší hlavičku, ale proměnnou délku paketů. Podporuje FDDI PR "FDDI" (Fiber Distributed Data Interface) a je kvůli protokolům omezena na 100Mb/s.
Základní kanálové protokoly a jejich nedostatky jsou
· SCSI PR "SCSI" - nastavení propagation delay pro nejpomalejší periferii
· IPI-3 PR "IPI-3"
· HIPPI PR "HIPPI"
Základní síťové protokoly a jejich hlavní nedostatky jsou
· Ethernet PR "Ethernet" - spotřebuje mnoho času pro obnovení činnosti po kolizi
· Token Ring PR "Token Ring" - spotřebuje mnoho času pro předávání token (peška) mezi stanicemi, které nepotřebují vysílat
· FDDI PR "FDDI"
Protokoly ATM a fiber PR "fiber" jsou
· protokoly nové generace
· otevřené pro nové technologie jako jsou optická vlákna, laserové budiče o malých vlnových délkách, velké vzdálenosti, současný přenos po rozdílných protokolech
· asynchronní
· velmi rychlé jmenovitá rychlost pro
· Fiber Channel je 1Gb/s
· ATM 155Mb/s nebo 622Mb/s
Rozdíly:
Fiber Channel PR "Fiber Channel" je určen zejména pro přenos dat (Classes 1,2 a 4) a to vyžaduje důraz na spolehlivost. Teprve druhořadě je přenos zvuku a videa (Class 3)
ATM je určen zejména pro multimediální přenos , tj. zvuk a video a proto je hlavní důraz kladen na včasné dodání informací a velké vzdálenosti.
První provozně využívaná síť ATM ve střední Evropě je PASNet PR "PASNet" jejíž provoz zajišťuje UK Praha od r. 1994 [ 3].
Podnikové sítě PR "Podnikové sítě" [5] se dnes vyvíjejí dvěma směry:
1. integrací s veřejnou sítí vytvářením virtuálních pobočkových ústředen, vycházející z úzkopásmových ISDN PR "ISDN" určených pro sítě s převládajícími telefonními hovory . Tyto sítě mohou se připojovat na ISDN přes terminálové adaptéry, které přizpůsobují provoz sítí LAN provozu sítí ATM, a
2. integrací na bázi širokopásmových ISDN-ATM, určených zejména pro přenos dat, kde rychlost první skupiny je nedostatečná. Jako vedení se púoužívají koaxiální nebo optické kabely. Rozhraní UNI (user network interface) je součástí síťového zakončení NT
Komunikace v dnešních podnikových sítích probíhá bez spojování. Servery obsahují i adaptery na komunikaci mimo tyto sítě (X.25, SO,, S2M). Sítě dnes používají společné přenosové medium, které není rozděleno do časových poloh, tedy je vždy plně k dispozici všem spojením.
ATM technologie umožňuje přenos aplikací v reálném čase, stejně jako rychlé paketové přenosy.
Od určité velikosti není dostatečné rozdělení sítě na segmenty a jejich propojení přes switche a směrovače, ale je pro rychlejší a efektivnější provoz propojovat jednotlivé sítě přes páteř PR "páteř" . Tato páteř může být pro dosažení vysoké rychlosti a spolehlivosti realizována
· na optických vláknech s dvojitou kruhovou topologií, ponechávající si základní znaky LAN PR "LAN" , nebo
· ATM s hvězdicovo basovou topologií PR "topologie" s technologií optických nebo kovových vláken. Výhodou této technologie je jednoduché připojení k ATM síti, neboť provoz na páteři využívá stejné technologie ATM.
ATM se provozuje jako páteřní síť na linkách
· OC PR "OC" 3 (ATM 155Mb/s,
· OC 12 (ATM 622Mb/s),
· OC 48 2,4Gb/s