Режим асинхронной передачи (ATM)

ATM (Asynchronous Transfer Mode) расшифровывается как режим асинхронной передачи, ATM – это технология коммутации, которая использует мультиплексирование с временным разделением для передачи данных. И это технология, ориентированная на подключение. Данные преобразуются в фиксированные и малогабаритные ячейки в ATM.

 

Режим асинхронной передачи (ATM) в компьютерной сети

Режим асинхронной передачи (ATM), разработанный Секцией стандартов электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-T), является высокоэффективным для ретрансляции вызовов и облегчает передачу различных услуг, таких как голос, данные и видео. Эти услуги передаются с использованием пакетов фиксированного размера, называемых ячейками, которые связаны между собой в сети, работающей асинхронно.

ATM, представленный между 1970 и 1980 годами, произвел революцию в технологии коммутации пакетов и стал важной вехой в ее развитии. Каждая ячейка состоит из 53 байт, разделенных на 5-байтовый заголовок и 48-байтовую полезную нагрузку. Перед установлением вызова ATM требуется сообщение о настройке соединения.

Все ячейки проходят единый путь, ведущий к месту назначения. Кроме того, технология cell поддерживает трафик как с переменной, так и с постоянной скоростью, позволяя использовать несколько типов трафика с сквозным шифрованием. Функциональность ATM не зависит от среды передачи, используя сотовую или пакетную коммутацию и виртуальные каналы для управления средой передачи. Основная цель разработки ATM – способствовать внедрению высокопроизводительных мультимедийных сетей.

 

Как работает режим асинхронной передачи?

Режим асинхронной передачи (ATM) работает с использованием технологии коммутации ячеек фиксированного размера для передачи данных по сети. Вот общий обзор работы ATM.:

• Структура ячеек: ATM разбивает данные на небольшие ячейки фиксированного размера, каждая из которых состоит из 53-байтовой полезной нагрузки. Полезная нагрузка может передавать различные типы информации, такие как голос, видео или пакеты данных.
• Виртуальные каналы: ATM устанавливает виртуальные каналы между конечными точками для облегчения связи. Виртуальный канал – это логическое соединение между двумя точками в сети. Он обеспечивает выделенный путь для передачи данных, обеспечивая надежную и упорядоченную доставку.
• Переключение ячеек: ATM переключает ячейки в сети на основе идентификаторов виртуальных каналов, содержащихся в заголовках ячеек. Переключение может происходить на нескольких уровнях, включая физический, уровень канала передачи данных и сетевой уровни.
• Обработка заголовка: Каждая ячейка ATM содержит 5-байтовый заголовок, содержащий управляющую информацию. Этот заголовок помогает направлять ячейки к их предполагаемым местам назначения. Он включает такие поля, как идентификатор виртуального пути (VPI) и идентификатор виртуального канала (VCI), которые идентифицируют виртуальный канал.
• Асинхронная передача: В отличие от синхронной передачи, при которой данные передаются непрерывным потоком, ATM работает асинхронно. Ячейки из разных источников могут чередоваться и передаваться независимо в сети. Это позволяет эффективно использовать сетевые ресурсы и обеспечивает мультиплексирование различных типов трафика.
• Качество обслуживания (QoS): ATM поддерживает различные параметры QoS для определения приоритетов и управления различными типами трафика. Это гарантирует, что критически важные данные, такие как голос или видео в реальном времени, получают более высокий приоритет и передаются с низкой задержкой.
• Сетевое управление: Сети ATM включают протоколы сетевого управления для мониторинга и контроля производительности сети. Эти протоколы помогают управлять виртуальными каналами, справляться с перегрузками и оптимизировать использование сети.

 

Беспроводной ATM

Режим беспроводной асинхронной передачи (ATM) – это вариант технологии ATM, который обеспечивает передачу ячеек ATM по беспроводным сетям. Он сочетает в себе преимущества ATM, такие как эффективное переключение ячеек и поддержка различных услуг, с гибкостью и мобильностью беспроводной связи. Вот некоторые ключевые аспекты беспроводного ATM:

• Радиоинтерфейс: Беспроводной ATM использует радиоинтерфейс для беспроводной передачи ячеек ATM. Этот интерфейс обеспечивает связь между беспроводными устройствами и инфраструктурой сети ATM.
• Управление доступом к беспроводной среде (MAC): Беспроводной ATM использует специальные протоколы MAC для управления доступом к беспроводной среде и регулирования передачи ячеек ATM. Эти протоколы решают такие проблемы, как распределение каналов, предотвращение коллизий и справедливость при совместном использовании беспроводных ресурсов.
• Интеграция с сетью ATM: Беспроводные сети ATM обычно интегрируются с существующими проводными сетями ATM. Точки беспроводного доступа или базовые станции подключают беспроводные устройства к проводной магистрали ATM, обеспечивая бесперебойную связь между проводными и беспроводными устройствами ATM.
• Поддержка мобильности: Беспроводной банкомат обеспечивает поддержку мобильности, позволяя пользователям свободно перемещаться в пределах зоны покрытия, не прерывая подключения к банкоматам. Механизмы хэндовера обеспечивают плавный переход текущих подключений по мере перемещения пользователей между различными точками беспроводного доступа.
• Качество обслуживания (QoS): механизмы QoS в беспроводном ATM гарантируют, что различные типы трафика получают требуемые гарантии производительности. Это включает в себя приоритизацию услуг реального времени, таких как передача голоса и видео, для поддержания низкой задержки и высокого качества даже в беспроводной среде.
• Безопасность: Беспроводной ATM включает меры безопасности для защиты конфиденциальных данных, передаваемых по беспроводной сети. Механизмы шифрования, аутентификации и контроля доступа используются для обеспечения конфиденциальности и целостности передачи данных сотовой связи ATM.
• Приложения беспроводных банкоматов: Беспроводной банкомат может применяться в различных сценариях, таких как беспроводной широкополосный доступ, мобильная связь и потоковая передача мультимедиа по беспроводным сетям. Он позволяет расширять услуги ATM на мобильные и беспроводные устройства, поддерживая бесшовную интеграцию с проводными сетями ATM.

 

ATM против сетей передачи данных (Интернет)

ATM (режим асинхронной передачи) и сети передачи данных (такие как Интернет) – это два разных типа сетевых технологий с разными характеристиками. Вот некоторые ключевые различия между ATM и сетями передачи данных:

• Структура сети: ATM – это сетевая технология, ориентированная на подключение, которая устанавливает виртуальные каналы между конечными точками. Она использует ячейки фиксированного размера для передачи данных и обеспечивает детерминированные гарантии производительности. В отличие от этого, сети передачи данных, такие как Интернет, не имеют соединения и коммутации пакетов. Они разбивают данные на пакеты и маршрутизируют их независимо на основе адресов назначения.
• Ячейка против Пакета: ATM использует ячейки фиксированного размера по 53 байта для передачи данных. Каждая ячейка имеет заголовок и полезную нагрузку. С другой стороны, сети передачи данных разделяют данные на пакеты переменного размера, которые могут составлять от нескольких байт до тысяч байт, в зависимости от конкретного используемого протокола.
• QoS и управление трафиком: ATM разработан для поддержки нескольких классов обслуживания с определенными параметрами качества обслуживания (QoS). Он обеспечивает строгие гарантии пропускной способности, задержки и потерь, что делает его подходящим для приложений реального времени, таких как передача голоса и видео. Сети передачи данных, особенно Интернет, обычно предоставляют услуги с максимальным качеством обслуживания без строгих гарантий QoS. Механизмы QoS в сетях передачи данных обычно реализуются с использованием таких протоколов, как дифференцированные сервисы (DiffServ) и протокол резервирования ресурсов (RSVP).
• Масштабируемость и функциональная совместимость: Сети передачи данных, особенно Интернет, обладают высокой масштабируемостью и глобально взаимосвязаны. Они могут обслуживать огромное количество устройств и пользователей по всему миру. Сети ATM, с другой стороны, были в первую очередь разработаны для высокопроизводительных приложений, чувствительных ко времени. Хотя сети ATM могут быть соединены с сетями передачи данных, для обеспечения взаимодействия им требуются дополнительные протоколы и шлюзы.
• Область применения: ATM изначально разрабатывался для обработки голосового, видео- и информационного трафика в высокопроизводительных сетях. Он обычно используется в приложениях, требующих гарантированного качества обслуживания, таких как передача мультимедийных данных в режиме реального времени и критически важные коммуникации. Сети передачи данных, включая Интернет, используются для широкого спектра приложений, включая просмотр веб-страниц, электронную почту, передачу файлов, облачные сервисы и различные другие действия, ориентированные на данные.
• Эффективность передачи: ATM известен эффективным использованием полосы пропускания и низкими накладными расходами благодаря ячейкам фиксированного размера. Он может эффективно обрабатывать трафик как с постоянной скоростью передачи данных (CBR), так и с переменной скоростью передачи данных (VBR). В сетях передачи данных используется коммутация пакетов, которая может иметь более высокие накладные расходы из-за пакетов переменного размера. Однако сети передачи данных эволюционировали с использованием более эффективных протоколов, таких как Ethernet и IP, для повышения эффективности передачи.

 

Уровни ATM

ATM (режим асинхронной передачи) использует многоуровневую архитектуру для облегчения передачи данных по сетям. Уровни ATM организованы иерархически и обеспечивают определенные функции на каждом уровне. Вот общепризнанные уровни ATM:

 

• Физический уровень: Физический уровень отвечает за передачу необработанных битовых потоков по физическому носителю. Он определяет физические характеристики среды передачи, такие как электрические, оптические или беспроводные свойства, а также схемы кодирования и декодирования, используемые для передачи данных.
• Уровень ATM: Уровень ATM, также известный как уровень адаптации, обеспечивает интерфейс между протоколами более высокого уровня и сетью ATM. Он обрабатывает сегментацию и повторную сборку пакетов данных в ячейки ATM, а также адаптацию протоколов более высокого уровня (таких как IP или Ethernet) к формату ATM.
• Управление уровнем ATM: Этот уровень отвечает за управление конфигурацией, мониторинг и контроль уровня ATM. Он выполняет такие задачи, как настройка и отключение виртуальной сети, контроль перегрузки и управление трафиком. Он взаимодействует с системами сетевого управления более высокого уровня для обеспечения эффективной работы сети ATM.
• Уровень управления ATM: Уровень управления ATM управляет созданием, обслуживанием и завершением виртуальных каналов в сети ATM. Он обрабатывает такие функции, как управление вызовами, сигнализация и маршрутизация. Уровень управления ATM использует протоколы, такие как протокол сигнализации ITU-T Q.2931 для настройки вызова и протокол интерфейса “Частная сеть-сеть” (PNNI) ATM Forum для сетевой маршрутизации.
• AAL (уровень адаптации ATM): AAL отвечает за адаптацию протоколов и служб более высокого уровня к формату ячейки ATM. Он обеспечивает сегментацию и повторную сборку пакетов данных, управляет контролем ошибок и обеспечивает надлежащее отображение различных типов данных (например, голоса, видео или данных) в ячейки ATM. Существует несколько типов AAL, таких как AAL1 для служб с постоянной скоростью передачи данных, AAL2 для служб с переменной скоростью передачи данных и AAL5 для передачи данных без установления соединения.

 

Преимущества ATM

ATM (режим асинхронной передачи) обладает рядом преимуществ, которые сделали его популярным в период его расцвета. Вот некоторые ключевые преимущества ATM:

• Высокая пропускная способность и масштабируемость: сети ATM обеспечивают высокую пропускную способность, что делает их подходящими для обработки больших объемов трафика данных. Благодаря структуре ячеек фиксированного размера ATM эффективно использует сетевые ресурсы и поддерживает масштабируемые скорости передачи данных. Он может обрабатывать различные типы трафика, включая голос, видео и данные, без ущерба для производительности.
• Качество обслуживания (QoS): ATM обеспечивает строгие гарантии качества обслуживания, что делает его хорошо подходящим для приложений реального времени и критически важных приложений. Он обеспечивает предсказуемые характеристики производительности, включая низкую задержку, низкий уровень джиттера и минимальную потерю пакетов. Параметры QoS могут быть назначены различным классам трафика, обеспечивая приоритизацию и эффективное распределение ресурсов для критически важных приложений.
• Эффективное использование ресурсов: Структура ячеек ATM фиксированного размера обеспечивает эффективное использование сетевых ресурсов. Это устраняет необходимость в интервалах времени простоя, которые существуют в сетях с пакетами переменной длины, снижая накладные расходы и повышая общую эффективность. Подход ATM к мультиплексированию с временным разделением обеспечивает стабильные скорости передачи для различных типов трафика.
• Поддержка нескольких сервисов: ATM – это универсальная технология, которая может обрабатывать различные типы сервисов, включая передачу голоса, видео, данных и мультимедийные приложения. Он поддерживает трафик как с постоянной скоростью передачи данных (CBR), так и с переменной скоростью передачи данных (VBR), что делает его подходящим для широкого спектра приложений с различными требованиями к пропускной способности.
• Низкая задержка передачи: Ячейки ATM фиксированного размера и эффективные механизмы переключения способствуют низкой задержке передачи. Структура на основе ячеек обеспечивает более быструю коммутацию и сокращенную задержку в очереди по сравнению с сетями на основе пакетов переменной длины. Это делает ATM идеальным решением для приложений, требующих передачи данных с низкой задержкой, таких как голосовая и видеосвязь в режиме реального времени.
• Управление трафиком и контроль: ATM включает в себя передовые механизмы управления трафиком и контроля для регулирования потока данных внутри сети. Он позволяет контролировать перегрузку, формировать трафик и определять приоритеты трафика, обеспечивая эффективное использование сетевых ресурсов и предотвращая перегрузку сети.
• Широкая совместимость с сетью: ATM может быть легко интегрирован в существующие сетевые инфраструктуры, включая Ethernet, IP и другие протоколы. Он обеспечивает гибкое и совместимое решение для подключения различных сетей, облегчая бесперебойную связь и обмен данными в разнородных системах.

 

Недостатки ATM

Хотя режим асинхронной передачи (ATM) имел различные преимущества, у него также были некоторые недостатки, которые способствовали снижению его популярности. Вот некоторые недостатки ATM:

• Сложность и стоимость: Сети ATM были сложными и дорогостоящими в реализации по сравнению с альтернативными сетевыми технологиями. Специализированное оборудование и протоколы, необходимые для инфраструктуры ATM, привели к увеличению затрат на оборудование и обслуживание. Сложность также усложнила настройку сетей ATM и управление ими.
• Ограниченная адаптивность: ATM в первую очередь был разработан для интеграции голоса, видео и данных, что было его сильной стороной. Однако его пригодность для новых технологий и меняющихся требований к сети была ограниченной. По мере роста спроса на более гибкие и масштабируемые сетевые решения фиксированный размер ячейки и жесткая архитектура ATM стали менее выгодными.
• Неэффективность для пакетного трафика: Структура ячеек ATM фиксированного размера, хотя и эффективна для постоянной скорости передачи данных (CBR) и предсказуемого трафика, оказалась менее подходящей для пакетного трафика с переменной скоростью передачи данных (VBR). В сетях с преимущественно пакетным трафиком, таким как интернет-трафик, фиксированный размер ячейки приводил к неэффективному использованию пропускной способности сети, что приводило к потере полосы пропускания.
• Отсутствие встроенной поддержки IP: ATM не имел встроенной поддержки IP (интернет-протокола), что ограничивало его совместимость с сетями на основе IP и растущим доминированием Интернета. Это потребовало использования дополнительных протоколов и механизмов для объединения сетей ATM и IP, что усложнило работу и привело к потенциальным потерям производительности.
• Ограниченная совместимость: ATM столкнулся с проблемами в плане взаимодействия с другими сетевыми технологиями. Несмотря на усилия по созданию стандартов, разные поставщики часто внедряли проприетарные функции и протоколы, препятствующие бесшовной интеграции оборудования ATM разных производителей.
• Отсутствие широкой поддержки отрасли: По мере того, как Интернет набирал обороты и фактически становился сетевой технологией, поддержка отрасли и инвестиции смещались в сторону решений на основе IP. Это привело к снижению темпов разработки и внедрения технологий ATM, ограничивая их экосистему и инновации по сравнению с IP-сетями.
• Более низкая экономическая эффективность: По мере развития альтернатив, таких как Ethernet и IP-технологии, они предлагали более экономичные решения с сопоставимой или лучшей производительностью для многих приложений. Экономическая эффективность сетей ATM стала менее выгодной, что привело к сокращению их использования в пользу более доступных вариантов.

 

Заключение

В заключение, режим асинхронной передачи (ATM) был сетевой технологией, которая предлагала такие преимущества, как высокая пропускная способность, гарантии качества обслуживания, эффективное использование ресурсов и поддержка различных служб. Однако у него также были недостатки, включая сложность, стоимость, ограниченную адаптивность и снижение поддержки отрасли. Со временем появление сетей на основе IP и Интернета привело к снижению популярности ATM. Тем не менее, ATM внесла значительный вклад в развитие сетевых концепций и технологий.

 

Часто задаваемые вопросы, касающиеся ATM

Вопрос 1. Используется ли ATM до сих пор?

В последние годы использование и развертывание ATM сократилось. Хотя он все еще может присутствовать в некоторых устаревших системах или специализированных приложениях, его значимость значительно уменьшилась с широким распространением сетей на основе IP и Интернета.

Вопрос 2. Каковы альтернативы ATM?

Альтернативы ATM включают технологии на основе IP, такие как Ethernet, MPLS (многопротоколная коммутация меток) и различные сети с коммутацией пакетов. Эти технологии обеспечивают гибкость, масштабируемость и экономическую эффективность, которые отвечают требованиям современных сетевых приложений.

Вопрос 3. В чем разница между ATM и Интернетом?

ATM – это сетевая технология, ориентированная на подключение, которая обеспечивает детерминированные гарантии производительности и поддерживает несколько типов трафика. Интернет, с другой стороны, представляет собой сеть без установления соединения и коммутации пакетов, которая обеспечивает наилучшее обслуживание без строгих гарантий качества обслуживания.

Вопрос 4. В чем заключалось основное преимущество ATM перед традиционными сетями?

Одним из основных преимуществ ATM перед традиционными сетями была его способность поддерживать множество типов трафика, включая голосовую связь, видео и данные, с предсказуемыми характеристиками производительности и гарантиями качества обслуживания.

Вопрос 5. Могут ли сети ATM взаимодействовать с сетями на основе IP?

Да, сети ATM могут быть соединены с сетями на основе IP с использованием протоколов и шлюзов, специально разработанных для этой цели. Однако требуются дополнительные механизмы для устранения различий в сетевых архитектурах и протоколах между ATM и IP.

Вопрос 6. По-прежнему ли банкомат актуален для конкретных приложений?

Хотя ATM утратил свое значение в основных сетях, он все еще может быть актуален для конкретных приложений, требующих гарантированного качества обслуживания и производительности в режиме реального времени, таких как определенные телекоммуникационные и мультимедийные приложения. Однако альтернативные технологии, такие как MPLS, также стали жизнеспособными вариантами для удовлетворения этих требований.