Pokud je hovorový signál redukován na pakety a je nucen sdílet linku s burstovým datovým provozem (provoz s několika velkými datovými pakety), pak bez ohledu na to, jak malé by mohly být hovorové pakety, vždy by narazily na datové pakety plné velikosti. Za normálních podmínek řazení by buňky mohly zaznamenat maximální zpoždění ve frontě. Aby se tomuto problému předešlo, mají všechny pakety ATM neboli „buňky“ stejně malou velikost. Pevná struktura buněk navíc znamená, že ATM lze snadno přepínat hardwarově bez zpoždění, které je vlastní softwarově přepínaným a směrovaným rámcům.
Projektanti ATM proto využili malé datové buňky, aby snížili jitter (v tomto případě odchylku zpoždění) při multiplexování datových toků. Snížení jitteru (a také zpoždění mezi koncovými stanicemi) je zvláště důležité při přenosu hlasového provozu, protože převod digitalizovaného hlasu na analogový zvukový signál je ze své podstaty proces v reálném čase, a aby dekodér (kodek), který jej provádí, odvedl dobrou práci, potřebuje rovnoměrně (v čase) rozložený proud datových položek. Pokud další datová položka není k dispozici, když je potřeba, kodek nemá jinou možnost než vytvořit ticho nebo odhad – a pokud se data opozdí, jsou k ničemu, protože časový úsek, kdy měla být převedena na signál, již uplynul.
V době návrhu ATM byla 155 Mbit/s synchronní digitální hierarchie (SDH) s užitečným zatížením 135 Mbit/s považována za rychlý optický síťový spoj a mnoho plesiochronních digitálních hierarchických spojů (PDH) v digitální síti bylo podstatně pomalejších, v rozmezí 1.544 až 45 Mbit/s v USA a 2 až 34 Mbit/s v Evropě.
Při rychlosti 155 Mbit/s by přenos typického datového paketu o plné délce 1 500 bajtů (12 000 bitů), který by stačil na paket IP o maximální velikosti pro Ethernet, trval 77,42 µs. Na lince s nižší rychlostí, například na lince T1 s rychlostí 1,544 Mbit/s, by stejný paket trval až 7,8 milisekundy.
Zpoždění ve frontě vyvolané několika takovými datovými pakety by mohlo několikanásobně překročit hodnotu 7,8 ms, navíc k případnému zpoždění generování paketu v kratším hovorovém paketu. To bylo považováno za nepřijatelné pro řečový provoz, který potřebuje nízký jitter v datovém toku přiváděném do kodeku, pokud má produkovat kvalitní zvuk. Paketový hlasový systém může tohoto nízkého zpoždění dosáhnout několika způsoby:
- Pomocí vyrovnávací paměti pro přehrávání mezi sítí a kodekem, která je dostatečně velká, aby kodek překonal téměř veškeré zpoždění v datech. To umožňuje vyhlazení jitteru, ale zpoždění způsobené průchodem vyrovnávací pamětí vyžaduje potlačení ozvěny i v místních sítích; to bylo v té době považováno za příliš nákladné. Také to zvyšovalo zpoždění na celém kanálu a ztěžovalo konverzaci na kanálech s velkým zpožděním.
- Použití systému, který ze své podstaty poskytuje nízký jitter (a minimální celkové zpoždění) provozu, který to potřebuje.
- Provoz na bázi 1:1 uživatel (tj. vyhrazená trubka).
Návrh ATM směřoval k síťovému rozhraní s nízkým jitterem. Do návrhu však byly zavedeny „buňky“, které měly zajistit krátké zpoždění ve frontě a zároveň nadále podporovat datagramový provoz. ATM rozdělil všechny pakety, datové a hlasové toky na 48bajtové kousky a ke každému přidal 5bajtovou směrovací hlavičku, aby je bylo možné později znovu sestavit. Volba 48 bajtů byla spíše politická než technická. Když CCITT (nyní ITU-T) standardizoval ATM, strany ze Spojených států chtěly 64bajtové užitečné zatížení, protože to bylo považováno za dobrý kompromis mezi větším užitečným zatížením optimalizovaným pro přenos dat a kratším užitečným zatížením optimalizovaným pro aplikace v reálném čase, jako je hlas; strany z Evropy chtěly 32bajtové užitečné zatížení, protože malá velikost (a tedy krátká doba přenosu) zjednodušuje hlasové aplikace s ohledem na potlačení ozvěny. Většina evropských stran se nakonec přiklonila k argumentům Američanů, ale Francie a několik dalších stran trvalo na kratší délce buňky. S 32 bajty by Francie byla schopna zavést hlasovou síť založenou na ATM, přičemž hovory z jednoho konce Francie na druhý by nevyžadovaly potlačení ozvěny. Jako kompromis mezi oběma stranami bylo zvoleno 48 bajtů (plus 5 záhlaví = 53). Pětibajtové záhlaví bylo zvoleno proto, že se mělo za to, že 10 % užitečného zatížení je maximální cena, kterou lze zaplatit za směrovací informace. ATM multiplexoval tyto 53bajtové buňky namísto paketů, což snížilo nejhorší možný jitter sporu o buňku téměř 30krát, čímž se snížila potřeba rušičů ozvěny.
Struktura buňkyEdit
Buňka ATM se skládá z 5bajtové hlavičky a 48bajtového užitečného zatížení. Velikost užitečného zatížení 48 bajtů byla zvolena, jak je popsáno výše.
ATM definuje dva různé formáty buněk: Rozhraní uživatel-síť (UNI) a Rozhraní síť-síť (NNI). Většina spojů ATM používá formát buňky UNI.
|
Diagram buňky UNI ATM
|
Diagram buňky NNI ATM
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
GFC = pole pro generické řízení toku (GFC) je 4-násobné.bitové pole, které bylo původně přidáno pro podporu připojení sítí ATM ke sdíleným přístupovým sítím, jako je například kruhová sběrnice DQDB (distributed queue dual bus). Pole GFC bylo navrženo tak, aby poskytlo uživatelsko-síťovému rozhraní (UNI) 4 bity pro vyjednávání multiplexování a řízení toku mezi buňkami různých spojení ATM. Použití a přesné hodnoty pole GFC však nebyly standardizovány a pole je vždy nastaveno na 0000. VPI = identifikátor virtuální cesty (8 bitů UNI nebo 12 bitů NNI) VCI = identifikátor virtuálního kanálu (16 bitů) PT = typ užitečného zatížení (3 bity) PT bit 3 (msbit): Buňka správy sítě. Pokud je 0, jedná se o uživatelskou datovou buňku a platí následující: PT bit 2: Explicit forward congestion indication (EFCI); 1 = přetížení sítě PT bit 1 (lsbit): bit ATM user-to-user (AAU). Používá se v AAL5 k označení hranic paketu. CLP = priorita ztráty buňky (1 bit) HEC = kontrola chyb v záhlaví (8bitový CRC, polynom = X8 + X2 + X + 1)
ATM používá pole PT k označení různých zvláštních druhů buněk pro účely provozu, správy a řízení (OAM) a k vymezení hranic paketů v některých adaptačních vrstvách ATM (AAL). Pokud je nejvýznamnější bit (MSB) pole PT roven 0, jedná se o uživatelskou datovou buňku a zbývající dva bity se používají k označení přetížení sítě a jako univerzální bit záhlaví dostupný pro adaptační vrstvy ATM. Pokud je MSB 1, jedná se o buňku správy a zbývající dva bity označují typ. (Segment řízení sítě, řízení sítě od konce ke konci, řízení zdrojů a vyhrazeno pro budoucí použití.)
Některé linkové protokoly ATM používají pole HEC k řízení algoritmu rámování založeného na CRC, který umožňuje lokalizovat buňky ATM bez režie nad rámec toho, co je jinak nutné pro ochranu záhlaví. Osmibitový CRC se používá k opravě jednobitových chyb záhlaví a k detekci vícebitových chyb záhlaví. Při zjištění vícebitových chyb v záhlaví se aktuální a následující buňky zahazují, dokud se nenajde buňka bez chyb v záhlaví.
Buňka UNI vyhrazuje pole GFC pro místní systém řízení toku/submultiplexování mezi uživateli. To bylo zamýšleno tak, aby několik koncových zařízení mohlo sdílet jedno síťové připojení, stejně jako mohou dva telefony ISDN (Integrated Services Digital Network) sdílet jedno připojení ISDN se základní rychlostí. Všechny čtyři bity GFC musí být standardně nulové.
Formát buňky NNI téměř přesně kopíruje formát UNI s tím rozdílem, že čtyřbitové pole GFC je přerozděleno do pole VPI, čímž se VPI rozšíří na 12 bitů. Jedno propojení NNI ATM je tedy schopno adresovat téměř 212 VP až téměř 216 VC každé (v praxi jsou některá čísla VP a VC rezervována).
Typy služebUpravit
ATM podporuje různé typy služeb prostřednictvím AAL. Mezi standardizované AAL patří AAL1, AAL2 a AAL5 a zřídka používané AAL3 a AAL4. AAL1 se používá pro služby s konstantní přenosovou rychlostí (CBR) a emulaci okruhů. Synchronizace je rovněž udržována v AAL1. AAL2 až AAL4 se používají pro služby s proměnným datovým tokem (VBR) a AAL5 pro data. Který AAL se pro danou buňku používá, není v buňce zakódováno. Místo toho se vyjednává nebo konfiguruje na koncových bodech pro jednotlivá virtuální spojení.
Po původním návrhu ATM se sítě výrazně zrychlily. Přenos 1500bajtového (12000bitového) rámce plné velikosti Ethernetu trvá v síti o rychlosti 10 Gbit/s pouze 1,2 µs, což snižuje potřebu malých buněk, aby se snížil jitter způsobený soupeřením. Někteří se domnívají, že to je důvodem pro nahrazení ATM Ethernetem v páteřní síti. Zvýšená rychlost spojení sama o sobě nezmírňuje jitter způsobený frontami. Kromě toho je hardware pro implementaci přizpůsobení služby pro pakety IP při velmi vysokých rychlostech drahý. Konkrétně při rychlostech OC-3 a vyšších činí náklady na hardware pro segmentaci a opětovné sestavení (SAR) ATM méně konkurenceschopným pro IP než paket přes SONET (POS); kvůli pevnému 48bajtovému užitečnému zatížení buňky není ATM vhodný jako vrstva datového spoje přímo pod IP (bez nutnosti SAR na úrovni datového spoje), protože vrstva OSI, na které pracuje IP, musí poskytovat maximální přenosovou jednotku (MTU) alespoň 576 bajtů. Výkonnostní limity SAR znamenají, že nejrychlejší rozhraní ATM směrovače IP jsou STM16 – STM64, což se skutečně srovnává, zatímco od roku 2004 může POS pracovat s rychlostí OC-192 (STM64), přičemž v budoucnu se očekávají vyšší rychlosti, limity založené na segmentaci a opětovném sestavení (SAR).
Na pomalejších nebo přetížených linkách (622 Mbit/s a méně) má ATM smysl, a proto většina systémů asymetrických digitálních účastnických linek (ADSL) používá ATM jako mezivrstvu mezi fyzickou linkovou vrstvou a protokolem 2. vrstvy, jako je PPP nebo Ethernet.
Při těchto nižších rychlostech poskytuje ATM užitečnou možnost přenášet více logických okruhů na jediném fyzickém nebo virtuálním médiu, ačkoli existují i jiné techniky, například Multi-link PPP a Ethernet VLAN, které jsou v implementacích VDSL volitelné. DSL lze použít jako přístupovou metodu pro síť ATM, což umožňuje koncovému bodu DSL v telefonní ústředně připojit se k mnoha poskytovatelům internetových služeb prostřednictvím rozsáhlé sítě ATM. Přinejmenším ve Spojených státech to umožnilo poskytovatelům DSL poskytovat přístup DSL zákazníkům mnoha poskytovatelů internetových služeb. Vzhledem k tomu, že jeden koncový bod DSL může podporovat více poskytovatelů internetových služeb, podstatně se zlepšila ekonomická proveditelnost DSL.
.