Ha egy beszédjelet csomagokra redukálnak, és kénytelen megosztani egy kapcsolatot a bursty adatforgalommal (néhány nagy adatcsomagot tartalmazó forgalom), akkor akármilyen kicsire is lehetne kicsinyíteni a beszédcsomagokat, azok mindig teljes méretű adatcsomagokkal találkoznának. Normál sorbanállási körülmények között a cellák maximális sorbanállási késedelmet tapasztalhatnak. Ennek a problémának az elkerülése érdekében minden ATM csomag vagy “cella” ugyanolyan kis méretű. Ráadásul a rögzített cellaszerkezet azt jelenti, hogy az ATM könnyen kapcsolható hardveresen, a szoftveresen kapcsolt és átirányított keretek által bevezetett késleltetések nélkül.
Az ATM tervezői tehát kis adatcellákat használtak az adatfolyamok multiplexelése során a jitter (ebben az esetben a késleltetési eltérés) csökkentése érdekében. A jitter (és a végponttól-végpontig tartó átviteli késleltetés) csökkentése különösen fontos a hangforgalom továbbításakor, mivel a digitalizált hang analóg hangjellé történő átalakítása eredendően valós idejű folyamat, és ahhoz, hogy jó munkát végezzen, az ezt végző dekódernek (codec-nek) egyenletes (időben) elosztott adatfolyamra van szüksége. Ha a következő adatelem nem áll rendelkezésre, amikor szükség van rá, a kodek nem tehet mást, mint hogy csendet vagy találgatást produkál – ha pedig az adat késik, akkor használhatatlan, mert már eltelt az az időtartam, amikor jelzé kellett volna alakítani.
Az ATM tervezésének idején a 155 Mbit/s szinkron digitális hierarchia (SDH) 135 Mbit/s hasznos terheléssel gyors optikai hálózati kapcsolatnak számított, és a digitális hálózatban számos plesiocron digitális hierarchia (PDH) kapcsolat lényegesen lassabbnak számított, 1 között.544 és 45 Mbit/s között az Egyesült Államokban, és 2 és 34 Mbit/s között Európában.
155 Mbit/s sebességnél egy tipikus, teljes hosszúságú 1500 bájtos (12 000 bites) adatcsomag, amely elegendő az Ethernet maximális méretű IP-csomagjához, 77,42 µs alatt továbbítható. Egy alacsonyabb sebességű kapcsolaton, például egy 1,544 Mbit/s-os T1 vonalon ugyanez a csomag akár 7,8 milliszekundumot is igénybe venne.
A több ilyen adatcsomag által kiváltott sorbanállási késedelem többszörösen is meghaladhatja a 7,8 ms-os értéket, a rövidebb beszédcsomag esetleges csomaggenerálási késedelmén felül. Ezt elfogadhatatlannak tartották a beszédforgalom számára, amelynek a kodekbe táplált adatfolyamban alacsony jitterre van szüksége, ha jó minőségű hangot akar előállítani. Egy csomagolt hangrendszer többféleképpen is előállíthatja ezt az alacsony jittert:
- A hálózat és a kodek közötti lejátszási puffer használatával, amely elég nagy ahhoz, hogy a kodek szinte az összes adatban lévő jittert átvészelje. Ez lehetővé teszi a jitter kiegyenlítését, de a pufferen való áthaladás által bevezetett késleltetés még a helyi hálózatokban is visszhangszűrőket igényel; ezt akkoriban túl drágának tartották. Emellett növelte a késleltetést a csatornán, és megnehezítette a beszélgetést a nagy késleltetésű csatornákon.
- Olyan rendszer használata, amely eleve alacsony jittert (és minimális teljes késleltetést) biztosít az arra igényt tartó forgalom számára.
- 1:1 felhasználói alapon (azaz dedikált cső).
Az ATM tervezése alacsony jitterű hálózati interfészt célzott meg. A “cellákat” azonban bevezették a tervezésbe, hogy rövid várakozási késleltetést biztosítsanak, miközben továbbra is támogatják a datagramforgalmat. Az ATM minden csomagot, adat- és hangfolyamot 48 bájtos darabokra bontott, és mindegyikhez 5 bájtos útválasztási fejlécet adott, hogy később újra össze lehessen rakni őket. A 48 bájt választása inkább politikai, mint technikai okokból történt. Amikor a CCITT (ma ITU-T) az ATM szabványosítását végezte, az Egyesült Államokból érkező felek 64 bájtos hasznos terhelést akartak, mert ezt tartották jó kompromisszumnak az adatátvitelre optimalizált nagyobb hasznos terhelések és az olyan valós idejű alkalmazásokhoz, mint a hang, optimalizált rövidebb hasznos terhelések között; az európai felek 32 bájtos hasznos terhelést akartak, mert a kis méret (és ezért rövid átviteli idő) egyszerűsíti a hangalkalmazásokat a visszhangszűrés tekintetében. A legtöbb európai fél végül elfogadta az amerikaiak érveit, de Franciaország és még néhányan kitartottak a rövidebb cellahossz mellett. A 32 bájtos cellahosszal Franciaország képes lett volna egy ATM-alapú hanghálózatot megvalósítani, ahol a Franciaország egyik végéből a másikba irányuló hívások nem igényelnek visszhangszűrést. A 48 bájtot (plusz 5 fejlécbájt = 53) választották kompromisszumként a két fél között. Azért választották az 5 bájtos fejlécet, mert úgy gondolták, hogy a hasznos teher 10%-a a maximális ár, amit az útválasztási információért fizetni kell. Az ATM csomagok helyett ezeket az 53 bájtos cellákat multiplexelte, ami a legrosszabb esetben közel 30-szorosára csökkentette a cellavita jittert, csökkentve ezzel a visszhangtörlők szükségességét.
CellaszerkezetSzerkesztés
Egy ATM-cella egy 5 bájtos fejlécből és egy 48 bájtos hasznos teherből áll. A 48 bájtos hasznos teher méretét a fent leírtak szerint választottuk.
Az ATM két különböző cellaformátumot definiál: (UNI) és a hálózati-hálózati interfészt (NNI). A legtöbb ATM-kapcsolat UNI-cellaformátumot használ.
|
Az UNI ATM-cella ábrája
|
Egy NNI ATM-cella ábrája
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
GFC = A generic flow control (GFC) mező egy 4 bájtos, 4 bájtos mező.bites mező, amelyet eredetileg az ATM-hálózatoknak a megosztott hozzáférési hálózatokhoz, például a DQDB-gyűrűhöz (distributed queue dual bus) való csatlakoztatásának támogatására adtak hozzá. A GFC-mezőt úgy tervezték, hogy a felhasználó-hálózati interfész (UNI) számára 4 bitet biztosítson a multiplexelés és az áramlásvezérlés megtárgyalására a különböző ATM-kapcsolatok cellái között. A GFC-mező használatát és pontos értékeit azonban nem szabványosították, és a mező mindig 0000-ra van állítva. VPI = Virtuális útvonal-azonosító (8 bit UNI, vagy 12 bit NNI) VCI = Virtuális csatorna-azonosító (16 bit) PT = Hasznos teher típusa (3 bit) PT 3. bit (msbit): Hálózatkezelési cella. Ha 0, akkor felhasználói adatcella és a következők érvényesek: PT 2. bit: Explicit forward congestion indication (EFCI); 1 = tapasztalt hálózati torlódás PT 1. bit (lsbit): ATM felhasználó-felhasználó (AAU) bit. Az AAL5 a csomaghatárok jelzésére használja. CLP = Cellavesztési prioritás (1 bit) HEC = Fejléc hibaellenőrzés (8 bites CRC, polinom = X8 + X2 + X + X + 1)
Az ATM a PT mezőt különböző speciális típusú cellák kijelölésére használja műveleti, adminisztrációs és kezelési (OAM) célokra, valamint csomaghatárok kijelölésére néhány ATM adaptációs rétegben (AAL). Ha a PT-mező legjelentősebb bitje (MSB) 0, akkor ez egy felhasználói adatcella, a másik két bitet pedig a hálózati torlódás jelzésére és az ATM adaptációs rétegek számára rendelkezésre álló általános célú fejlécbitként használják. Ha az MSB 1, ez egy menedzsmentcella, és a másik két bit jelzi a típust. (Hálózatmenedzsment szegmens, hálózatmenedzsment végponttól végpontig, erőforrásmenedzsment, és jövőbeli használatra fenntartva.)
Egy sor ATM-kapcsolati protokoll használja a HEC-mezőt egy CRC-alapú keretezési algoritmus meghajtására, amely lehetővé teszi az ATM-cellák lokalizálását az egyébként a fejlécvédelemhez szükséges többletköltségen felül. A 8 bites CRC az egybites fejléc hibák javítására és a többbites fejléc hibák felderítésére szolgál. Többbites fejléchibák észlelésekor az aktuális és az azt követő cellákat addig dobja el, amíg nem talál egy fejléchibát nem tartalmazó cellát.
A UNI-cella a GFC-mezőt a felhasználók közötti helyi áramlásvezérlő/szubmultiplexáló rendszer számára tartja fenn. Ennek célja az volt, hogy több végberendezés megoszthasson egyetlen hálózati kapcsolatot, ugyanúgy, ahogyan két ISDN (Integrated Services Digital Network) telefon megoszthat egyetlen alapsebességű ISDN-kapcsolatot. Alapértelmezés szerint mind a négy GFC bitnek nullának kell lennie.
Az NNI-cellaformátum szinte pontosan megismétli az UNI formátumot, azzal a különbséggel, hogy a 4 bites GFC mezőt a VPI mezőhöz rendelik át, így a VPI 12 bitre bővül. Így egyetlen NNI ATM-összeköttetés csaknem 212, egyenként legfeljebb 216 VC közel 212 VP címzésére képes (a gyakorlatban a VP- és VC-számok egy része foglalt).
SzolgáltatástípusokSzerkesztés
Az ATM különböző típusú szolgáltatásokat támogat az AAL-okon keresztül. A szabványosított AAL-ok közé tartozik az AAL1, az AAL2 és az AAL5, valamint a ritkán használt AAL3 és AAL4. Az AAL1 az állandó bitsebességű (CBR) szolgáltatásokhoz és az áramkör-emulációhoz használatos. A szinkronizálás is az AAL1-en történik. Az AAL2-től az AAL4-ig a változó bitsebességű (VBR) szolgáltatásokhoz, az AAL5 pedig az adatokhoz használatos. Az, hogy egy adott cellában melyik AAL van használatban, nincs kódolva a cellában. Ehelyett azt a végpontok tárgyalják vagy konfigurálják virtuális kapcsolatonként.
Az ATM kezdeti tervezése után a hálózatok sokkal gyorsabbá váltak. Egy 1500 bájtos (12000 bites) teljes méretű Ethernet-keret továbbítása 10 Gbit/s-os hálózaton csak 1,2 µs-t vesz igénybe, ami csökkenti a kis cellák szükségességét a versengés miatti jitter csökkentése érdekében. Egyesek szerint ez indokolja, hogy az ATM-et Ethernetre cseréljük a hálózati gerinchálózatban. A megnövekedett kapcsolati sebesség önmagában nem enyhíti a sorban állás miatti jittert. Ráadásul az IP-csomagok szolgáltatási adaptációjának megvalósításához szükséges hardver nagyon nagy sebességnél drága. Konkrétan, az OC-3 és a feletti sebességeknél a szegmentáló és újraszervező (SAR) hardver költségei miatt az ATM kevésbé versenyképes az IP-hez képest, mint a Packet Over SONET (POS); a rögzített 48 bájtos cellanyereg miatt az ATM nem alkalmas az IP közvetlen alapjául szolgáló adatkapcsolati rétegként (anélkül, hogy az adatkapcsolati szinten SAR-ra lenne szükség), mivel az OSI rétegnek, amelyen az IP működik, legalább 576 bájtos maximális átviteli egységet (MTU) kell biztosítania. A SAR teljesítménykorlátok azt jelentik, hogy a leggyorsabb IP-útválasztó ATM-interfészek az STM16 – STM64, amelyek valójában összehasonlíthatók, míg 2004-től a POS OC-192 (STM64) sebességgel működhet, a jövőben várhatóan nagyobb sebességgel, a szegmentáláson és újraszerelésen (SAR) alapuló korlátok.
A lassabb vagy zsúfolt kapcsolatokon (622 Mbit/s és az alatti) az ATM-nek van értelme, és ezért a legtöbb aszimmetrikus digitális előfizetői vonal (ADSL) rendszer az ATM-et a fizikai kapcsolati réteg és egy 2. rétegű protokoll, például a PPP vagy az Ethernet közötti köztes rétegként használja.
Ezeken az alacsonyabb sebességeken az ATM hasznos képességet biztosít több logikai áramkör egyetlen fizikai vagy virtuális közegen történő továbbítására, bár léteznek más technikák is, mint például a Multi-link PPP és az Ethernet VLAN, amelyek a VDSL implementációkban opcionálisak. A DSL az ATM-hálózat hozzáférési módjaként használható, lehetővé téve, hogy egy telefonközpontban lévő DSL-végpont egy nagy kiterjedésű ATM-hálózaton keresztül számos internetszolgáltatóhoz csatlakozzon. Legalábbis az Egyesült Államokban ez lehetővé tette a DSL-szolgáltatók számára, hogy DSL-hozzáférést biztosítsanak számos internetszolgáltató ügyfelei számára. Mivel egy DSL-végpont több internetszolgáltatót is támogathat, a DSL gazdasági megvalósíthatósága jelentősen javult.