Asynchroniczny tryb transferu (ATM)
Asynchroniczny tryb transferu (ATM) to technologia komutacji komórek i multipleksacji przeznaczona do wspólnego przenoszenia głosu, danych i wideo. Warstwa ATM używa krótkich jednostek o stałej długości, zwanych komórkami. Pakiety IP mogą mieć zmienną długość, więc dane wyższych warstw są dzielone na fragmenty i składane ponownie po stronie odbiorczej przez odpowiednią warstwę adaptacyjną AAL. Różne strumienie mogą więc współdzielić jeden interfejs komórkowy mimo odmiennych profili ruchu.
Określenie asynchroniczny opisuje przydzielanie komórek do wspólnego łącza w miarę napływu ruchu. Aktywne połączenia przeplatają swoje komórki w jednym strumieniu, a źródło wysyła komórkę, gdy ma dane, bez stałej szczeliny przypisanej z góry, jak w systemach synchronicznych, na przykład ). Przydział na żądanie pozwala efektywnie obsługiwać zmienny, impulsowy ruch komputerowy.
Znaczenie stałej długości komórki
Stała długość komórki upraszcza sprzętowe przetwarzanie w przełączniku. Element komutacyjny zna czas zajęcia toru dla każdej jednostki, może więc planować obsługę kolejnych komórek i multipleksować wiele połączeń bez analizowania długości każdego pakietu. Stały format pozwala także przewidywać położenie następnej komórki w strumieniu.
ATM i koncepcja B-ISDN
W latach 80. i 90. XX wieku rozwijano koncepcję B-ISDN (Szerokopasmowa Sieć Cyfrowa z Integracją Usług), czyli sieci zapewniającej wspólny transport dla różnych usług. ATM wybrano jako technologię warstwy transferowej tej koncepcji, z komutacją komórek i obsługą parametrów jakości usług. Model odniesienia ITU-T I.321 rozdzielał płaszczyznę użytkownika, sterowania i zarządzania oraz warstwę fizyczną, warstwę ATM i warstwy adaptacyjne AAL. Warstwa ATM pozostawała niezależna od użytego medium, a AAL realizowała funkcje zależne od usługi.
- Standaryzacja: Pierwsze specyfikacje opracowały CCITT (obecnie ) oraz ANSI.
- ATM Forum: W 1991 roku producenci sprzętu i dostawcy usług utworzyli ATM Forum, aby przyspieszyć rozwój specyfikacji oraz przygotować profile interoperacyjności.
- Zakres: Specyfikacje ATM przewidywały pracę w sieciach lokalnych (LAN), metropolitalnych (MAN) i rozległych (WAN).
B-ISDN nie wdrożono w zakładanej skali. ATM było jednak używane przez wiele lat w rdzeniach sieci telefonicznych i u operatorów internetowych, a także w niektórych sieciach dosyłowych dla sieci komórkowych. Sam model B-ISDN pozostał opisem funkcji i punktów styku, dlatego nie narzucał jednej fizycznej realizacji urządzenia.
Komórka ATM o długości 53 bajtów
Podstawową jednostką transferu ATM jest komórka o stałej długości 53 bajtów. Dane wyższych warstw są dzielone na fragmenty przenoszone w polach danych kolejnych komórek. Nagłówek jest wysyłany przed 48-bajtowym polem informacyjnym, a warstwa fizyczna może wstawiać komórki bez przydziału do dopasowania strumienia do pojemności medium.
Budowa komórki i wybór pola danych
Komórka ATM składa się z:
- 5-bajtowego nagłówka: Zawiera informacje adresowe i sterujące.
- 48-bajtowego pola danych (payload): Przenosi właściwe dane użytkownika.
Format nagłówka zależy od interfejsu. Na UNI część pola przeznaczona na GFC zajmuje cztery bity i ma znaczenie lokalne, a pole routingu ma 8 bitów VPI i 16 bitów VCI. Na NNI pole GFC nie występuje, a odpowiadające mu cztery bity rozszerzają identyfikator VPI do 12 bitów. VCI nadal ma 16 bitów. Pole PTI ma 3 bity, CLP 1 bit, a HEC 8 bitów.
Dlaczego 48+5?
Wybór 48-bajtowego pola danych wynikał z kompromisu przyjętego podczas normalizacji ATM. Przedstawiciele Ameryki Północnej wskazywali 64 bajty, które zmniejszały narzut nagłówka przy transmisji danych, a europejscy operatorzy proponowali 32 bajty, ograniczające czas oczekiwania na próbki mowy. Przyjęto 48 bajtów. Pięciobajtowy nagłówek mieści identyfikatory oraz pola sterujące.
Kluczowe Pola Nagłówka
- VPI/VCI (Identyfikator Ścieżki/Kanału Wirtualnego): Te pola identyfikują lokalnie wirtualną ścieżkę i kanał, do których należy komórka. VPI grupuje kanały w jedną ścieżkę, a VCI rozróżnia kanały w tej ścieżce. ATM jest technologią połączeniową, a przełącznik wykorzystuje wartości VPI/VCI do wyboru kolejnego portu i nowych wartości identyfikatorów .
- PT (Typ pola, PTI): Trzy bity wskazują typ zawartości komórki. Dla danych użytkownika sygnalizują także przeciążenie oraz koniec ramki AAL5, a inne wartości oznaczają komórki zarządzania.
- CLP (Priorytet Utraty Komórki):Pojedynczy bit, który wskazuje, czy komórka może zostać odrzucona w przypadku wystąpienia przeciążenia w sieci. Wartość '1' oznacza niższy priorytet i możliwość odrzucenia komórki w pierwszej kolejności.
- HEC (Kontrola Błędów w Nagłówku): Ostatni bajt nagłówka, obliczany na podstawie czterech poprzednich bajtów. Kod HEC umożliwia korekcję pojedynczego błędu bitowego nagłówka oraz wykrywanie błędów wielobitowych. Komórka z niekorygowalnym błędem może zostać odrzucona.