4.2.5. Asynchronous Transfer Mode (ATM)

Az ATM a távközlés egyik legígéretesebb technológiája. Szabványosítását elsôsorban a telefontársaságok és a távolsági szolgáltatók kezdeményezték és a munkát az ITU-T kezdte el, csakúgy mint az ISDN esetén. Az ATM-et választották ugyanis a szélessávú integrált hálózat (Broadband ISDN, B-ISDN) technológiájául. 1991-ben megalakult az ATM Forum, amely mára már több mint 150 érdekelt gyártót tömörít. A Forum szintén szabványokat dolgoz ki, melyek egy része kompatibilis az ITU-T szabványokkal, másik része viszont nem.

Az ATM egy cellakapcsolt (cell relay) technológia. A cella fix és kis méretû csomagnak tekinthetô (53 byte hosszú), így az ATM rendelkezik a csomagkapcsolás minden elônyével. A kis méret miatt a cellák igen hatékonyan multiplexelhetôk, méghozzá statisztikusan, ami a sávszélesség jó hatásfokú kihasználását eredményezi. A fix méret miatt egyszerû berendezésorientált áramkörök készíthetôk, melyek sokkal gyorsabban végzik a cellák kapcsolását, mint az eddigi berendezések a csomagokét. Az ATM hálózat az elôfizetônek garanciákat kínál a kapcsolat minôségére (Quality Of Service, QOS) a késleltetést, sávszélességet, késleltetésingadozást, stb. illetôen, ami lehetôvé teszi, hogy idôzítésre érzékeny (audio, video) forgalmat is továbbítsunk ezen az alapvetôen aszinkron hálózaton át.

Az ATM roppant jól skálázható. Mind kis, mind nagyméretû hálózatok építésére alkalmas technológia. Számos sebességen mûködik 25 Mbit/s-tól a csillagos égig, a különbözô sebességû vonalak tetszôlegesen összekapcsolhatók az ATM kapcsolók segítségével, így minden végponthoz olyan sebességû szakasz húzható ki, amekkorát az igényel. Ezen felül egy magán ATM hálózat egyes részeit a többi megbolygatása nélkül cserélhetjük gyorsabbra, ami a jelenlegi technológiákkal csupán sokkal bonyolultabban képzelhetô el.

Az ATM egy-egy feladatra talán nem a legalkalmasabb eszköz, azonban a legáltalánosabb technológia, amely képes mind a szinkron beszéd és video vagy az aszinkron adatátvitel igényeit kielégíteni. Ez teszi a szélessávú integrált hálózat megvalósítására alkalmassá.

Mielôtt rátérnénk az ATM vizsgálatára, vessünk egy pillantást, annak talán egyik legfontosabb átviteli közegére, a szinkron SDH-ra.

4.2.5.1. Synchronous Digital Hierarchy

4.2.5.2. ATM alapok

Az SDH képes több, különbözô sebességû csatorna hatékony és rugalmas összefogására, azonban ezek a csatornák mind fix sebességûek és a multiplexálás statikus jellegû. Ez azt jelenti, hogy ha az egyik csatornán éppen nincs átvinni való adat, a neki fenntartott idôrések, vagy virtuális konténerek kihasználatlanul továbbítódnak az STM keretben. Telefonos hasonlattal élve, „a csöndet is továbbítjuk". Ez a fajta, állandó sebességen történô átviteli mód a telefóniában szokásos adatfolyamokhoz illeszkedik, szemben a számítógépes hálózatok löketekben (burst) jelentkezô forgalmával.

Az ATM az információkat 53 byte hosszúságú cellákra bontja, melyekbôl 48 byte szállít hasznos információt, ezen cellák folyamait multiplexeli egy közös vonalra. Egy cellafolyam teljességgel megfeleltethetô egy X.25 vagy Frame Relay VC-nek. Ha valamelyik VC-n egy ideig nincs átviendô cella, akkor az a VC, azon idô alatt nem foglal el sávszélességet, lehetôvé téve, hogy más VC-k viszont többet forgalmazzanak. Ezt statisztikus multiplexálásnak hívjuk, lévén a csatornák átlagos sebessége kiadja az átviteli vonal kapacitását, azonban idônként ennél nagyobb vagy kisebb sebesség is adódhat igény szerint. Ez az elv egy lépéssel közelebb helyezi az ATM-et a csomagkapcsolt paradigma felé. A fix cellaméret hatékony berendezésorientált áramkörök kifejlesztését teszi lehetôvé, így a router-eknél sokkal gyorsabb kapcsolóberendezések építhetôek.

Az ATM tehát kapcsolatorientált, a kapcsolatokat használat elôtt ki kell építeni. A cellák nem a célpont címét, csupán a kapcsolat azonosítóját hordozzák, amelynek itt is, mint az X.25-ben vagy a Frame Relay-ben lokális jelentôsége van, ezúttal azonban a Virtual Channel Identifier és a Virtual Path Identifier (VCI/VPI) néven hívjuk.

Egy kapcsolatot a VCI/VPI mezôk együttesen azonosítanak. Egy VP (Virtual Path) segítségével több, azonos irányba tartó VC-t foghatunk össze. Az ezekbe a VC-kbe tartozó cellákat azután pusztán a VPI alapján továbbíthatjuk, változatlan VCI-vel. A VP végén, ott, ahol esetleg az eddig egy irányba futó VC-k elágaznak, meg kell vizsgálni természetesen a VCI mezôt is. Az alábbi ábrán a 6 VC látható, melyeket bizonyos szakaszokra egy VP-be fogtak össze. Az ábrán a VC-k számozásában az elsô szám a VPI, a második a VCI; az egyszerûség kedvéért minden VC és VP minden kapcsolóban ugyanazt a számot kapta, de természetesen ezek az értékek az X.25-höz hasonlóan a kapcsolat mentén szakaszonként változhatnak. Egyetlen célszerû kivétel van: az egy VP-ben futó kapcsolatok VCI-je célszerûen azonos marad a VP mentén. A „VP-n kívüli" kapcsolatok az ábrán a 0 VPI számot kapták, de ez csupán a szemléletesség kedvéért van így.

19. ábra. ATM VC-k és VP-k

Az ATM cella szerkezete a következô ábrán látható. A mezôkhöz írt számok bitben mért hosszt jelentenek.

20. ábra. Az ATM cella
  1. Generic Flow Control (GFC): Eredetileg multiplexelés támogatását szolgálta, azonban valószínûtlen, hogy ilyen célú felhasználása szabványosításra kerülne. Jelenlegi funkciója nem tiszta. Ez a mezô csupán az elôfizetôi interface-en (UNI) áthaladó cellákban található, a hálózaton belül (NNI) nem használatos, ott ez a 4 bit is a VPI-hez tartozik, 4096 VP együttes használatát lehetôvé téve.
  2. VPI/VCI: A VC azonosítására szolgálnak.
  3. Packet Type (PT): A cella típusát határozza meg (felhasználói vagy management adat, van-e torlódás, stb.). Egy felhasználói adatot hordozó cella esetén 1 bitje az AAL részére van fenntartva (lásd késôbb).
  4. Cell Loss Priority (CLP): Hasonlít a Frame Relay DE (Discard Eligibility) bitjéhez. Beállított értéke jelzi a hálózatnak, hogy ez a cella inkább eldobandó, mint a nem megjelöltek.
  5. Header Error Control (HEC): A fejléc 5 byte-jára számolt ellenôrzô összeg. Képes bármely a fejlécében bekövetkezô, egybites hibát kijavítani és több bitnyi hibát észlelni. Minthogy a fejléc mondja meg az ATM kapcsolóknak, hogy mit kell a cellával tenni, nagyon fontos, hogy ilyen hatásos (20%-nyi) védelemben részesüljön. A hibás fejlécû kereteket el kell dobni.

Az ATM kapcsolatai vagy kétirányú pont-pont kapcsolatok (mint az X.25 esetén), vagy egyirányú pont-multipont kapcsolatok, amikor a küldô egy cella feladásával számos végponthoz juttatja el annak tartalmát. Ez takarékosabb, mintha minden célponthoz külön VC létesülne, nemcsak a kevesebb VC miatt, hanem azért is, mert a multipont VC-n a cella mindaddig csak egy példányban halad, amíg a célpontokhoz vezetô útvonal közös.

4.2.5.3. Az ATM referencia modell

Az ATM, mint a B-ISDN hálózat alapjául kiválasztott technológia, az OSI modelltôl eltérô, de réteges szerkezetû referencia modellt használ (I.321). Nem csupán egymás fölötti rétegek, hanem egymás melletti síkok alkotják a modellt. A síkok nevei a fedôlapon találhatók.

21. ábra. Az ATM referencia-modell
  1. A felhasználói sík (User Plane) rétegei végzik a felhasználók adatainak átvitelét.
  2. A kontroll sík (Control Plane) rétegei végzik elsôsorban a hívásfelépítést valamint a VC-kkel kapcsolatos üzemszerû adminisztrációt (jelzésrendszer).
  3. A management sík (Management Plane) végzi az egész rendszer felügyeletét. Két része van, az egyik a rétegek különbözô paramétereit állítja, méri és ellenôrzi (Réteg management), a másik egy egyenlôre még ködös feladattal bíró al-sík, amely azonban csak a réteg managementtel van kapcsolatban (Sík management). Az egész management sík specifikációja még kezdeti stádiumban van.

Az egyes rétegek feladatait a következôkben tekintjük át.

A fizikai réteg 2 alrétegbôl áll, az egyik a Physical Medium Dependent (PMD) alréteg, mely a tényleges átviteli közeg. Számos lehetôség van, a lényegesebbeket az alábbi táblázat mutatja.

STS-1
51.84 Mbit/s
FDDI
100 Mbit/s
STS-3c/STM-1
155.52 Mbit/s
Fiber Channel
155.52 Mbit/s
STS-12c/STM-4
622.08 Mbit/s
STP
155.52 Mbit/s
DS1-3
1.5-44 Mbit/s
UTP
25 Mbit/s
E1-4
2-140 Mbit/s
22. ábra. ATM PMD alrétegek

A másik réteg a Transmission Convergence (TC) alréteg, melynek feladata adáskor a celláknak PMD keretbe (például virtuális konténerbe) való leképezése, vételkor a cellahatárok megállapítása (cell delineation). Ez utóbbi igen gyakran a HEC alapján történik, azaz ott kezdôdik a cella, ahol 5 olyan byte következik, melynek utolsó 8 bitjén található összeg megegyezik az 5 byte-ra számolt HEC-cel. Ennek az alrétegnek a feladata (az ITU-T szerint) üres cellák beszúrása, ha éppen nincs továbbításra váró cella, valamint ezen cellák vételi oldalon való eldobása (cell decoupling). Ezt a funkciót az ATM Forum elképzelése szerint az inkább ATM réteg végezze.

Az ATM réteg a technológia lelke. Ez a réteg hozza létre a cellákat, azok fejlécét, kezeli az elôre definiált fejléc-értékeket, vételkor ellenôrzi a cella helyességét. Felelôs a fölötte elhelyezkedô több AAL által szolgáltatott cellafolyamok VCI/VPI alapján való multiplexálásáért és a vételi oldalon való demultiplexálásáért, valamint ezen a szinten történik a cellakapcsolás szintén a VCI/VPI alapján.

Az AAL réteg (ATM Adaptation Layer) nyújtja azokat a szolgáltatásokat, melyekre tulajdonképp a hálózat használóinak szüksége van. Kezdetben 4 szolgáltatást (Class A-B), kiszolgálásukra 4 AAL réteget (rendre AAL1-4) definiáltak.
Class A
Class B
Class C
Class D
Idôzítés
Idôzítésre érzékeny
Idôzítésre érzéketlen
Sebesség
Állandó (CBR)
Változó (VBR)
Kapcsolat
Kapcsolatorientált
Datagram
AAL
AAL1
AAL2
AAL3/4, 5
AAL3/4, 5

23. ábra. Kezdeti ATM szolgáltatási osztályok

Minthogy a C és D osztályok csak abban tértek el egymástól, hogy a C osztály kapcsolatorientált, a D pedig nem, az AAL3 és 4 nagyon hasonlóak. Éppen ezért funkcióikat egyetlen, AAL3/4 entitásban célszerû megvalósítani. Minthogy ebben a 2 osztályban idôzítésre nincs szükség, az AAL3/4 legfontosabb feladata a kapott csomagok cellákra tördelése és vételkor való újraösszeállítása (Segment Assembly & Reassembly, SAR). Az AAL3/4 azonban ezt meglehetôsen bonyolultan teszi, ezért definiálták az egyszerûbb AAL5-öt. Mára már 6 szolgáltatási osztály körvonalazódott, melyek laza kapcsolatban vannak az eredeti néggyel. Számos, a forgalomra és a QoS-re jellemzô attribútum is definiálásra került (sebesség, késleltetés, késleltetésingadozás, stb.), mely szoros kapcsolatban van a szolgáltatási osztályokkal. Mindezekrôl az ATM fejezetben még szó lesz.

4.2.5.4. Az ATM hálózat felépítése

Az ITU-T egy az ISDN-nel teljesen megegyezô referencia-konfigurációt definiált R, S, T és U interface-ekkel (lásd 13. ábra), amit azonban mára felváltott az ATM Forum javaslata, amely sokkal inkább a reális felépítést követi.

24. ábra. ATM interface-ek

Két alapvetô interface került definiálásra, az egyik a felhasználó és a hálózat (User-to-Network Interface, UNI), a másik a hálózat belsô elemei között helyezkedik el (Networ-to-Network Interface vagy Network-Node Interface, NNI). Mind az UNI, mind az NNI létezik magán és nyilvános változatban.