ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΤΜ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αυτό το κεφάλαιο παρέχει μια συνοπτική επισκόπηση της τεχνολογίας ATM. Καλύπτει τις βασικές αρχές για το ATM, μαζί με την απαραίτητη ορολογία, και Εισάγει τις βασικές έννοιες με τις οποίες πρέπει να εξοικειωθείτε έτσι ώστε να έχετε την δυνατότητα να διαμορφώνετε το hardware ενός ATM δικτύου.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ATM; Ο τρόπος ασύγχρονης μεταφοράς (Asynchronous Transfer Mode, ATM) είναι μια τεχνολογία που σχεδιάζεται για μετάδοση φωνής, βίντεο, και δεδομένων υψηλές ταχύτητες μέσω των δημόσιων και ιδιωτικών δικτύων που χρησιμοποιούν την τεχνολογία cell relay. Το ATM είναι απόλυτα συμβατό με τα standards της επιτροπής International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T).

ΓΙΑ ΠΟΙΟΝ ΣΚΟΠΟ ΚΑΝΟΥΜΕ ΜΙΑ ΚΑΙΝΟΥΡΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ? Ως τεχνολογία του cell switching και της πολυπλεξίας (multiplexing) η ΑΤΜ Συνδυάζει τα οφέλη της μεταγωγής κυκλωμάτων (circuit switching) δηλαδή τη σταθερή καθυστέρηση μετάδοσης, Εγγυάται την σταθερή χωρητικότητα με τα οφέλη του packet switching, Εγγυάται την ευελιξία και την αποδοτικότητα για τη διαλείπουσα κυκλοφορία.

ΠΩΣ ΚΑΤΑΦΕΡΝΟΥΜΕ ΤΑ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ? Για να επιτύχει αυτά τα οφέλη, το ATM χρησιμοποιεί τα ακόλουθα χαρακτηριστικά γνωρίσματα : Cells Προκαθορισμένου Μεγέθους, που επιτρέπουν το αποδοτικότερο switching σε σχέση με την μετάδοση με την χρήση πακέτων μεταβαλλόμενου μεγέθους Προσανατολισμένη Υπηρεσία ως προς την Σύνδεση, που επιτρέπει τη δρομολόγηση των cells μέσω του δικτύου του ATM χρησιμοποιώντας εικονικές συνδέσεις (virtual connections) που επίσης ονομάζονται και εικονικά κυκλώματα (virtual circuits) και που οι οποίες χρησιμοποιούν απλά προσδιοριστικά σύνδεσης (connection identifiers). Ασύγχρονη Πολυπλεξία (Asynchronous Multiplexing) η οποία επιτρέπει την αποδοτική χρήση του εύρους ζώνης (bandwidth) με παρεμβολή δεδομένων τα οποία μπορεί να ποικίλουν σε προτεραιότητα και μέγεθος

Βασική μορφοποίηση των κυττάρων (cells)του ATM Η βασική μονάδα των πληροφοριών που χρησιμοποιείται από το ATM είναι ένα κύτταρο (cell) το οποίο είναι προκαθορισμένου μεγέθους και αποτελείται από 53 octets Τα πρώτα 5 bytes περιέχουν τις πληροφορίες για τα headers, όπως π.χ. το προσδιοριστικό σύνδεσης (connection identifier). Τα υπόλοιπα 48 bytes περιέχουν τα δεδομένα, ή αλλιώς το ωφέλιμο φορτίο (payload)

Mορφοποίηση των κυττάρων (cells)του ATM

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Επειδή το switch του ATM δεν είναι απαραίτητο να ανιχνεύσει το μέγεθος μιας μονάδας δεδομένων, αυτό το switching μπορεί να εκτελεσθεί ταχύτατα και πολύ αποτελεσματικά. Το μικρό μέγεθος του κυττάρου επίσης ταιριάζει απόλυτα στη μεταφορά των δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, (real-time-data) όπως είναι η φωνή και το βίντεο. Τέτοιου είδους πληροφορίες πρέπει να είναι αδιάλλακτες σε καθυστερήσεις που δημιουργούνται λόγω του ότι πρέπει να περιμένουμε διάφορα μεγάλα πακέτα δεδομένων για φόρτωση και διαβίβαση.

Τύποι Συσκευών ATM Ένα δίκτυο ATM αποτελείται από ένα ή περισσότερα switches καθώς και από τα τερματικά σημεία του δικτύου Ένα τερματικό σημείο του ATM (ή τερματικό σύστημα όπως λέγεται εναλλακτικά) περιέχει έναν προσαρμοστή (adapter) για την διεπαφή του ΑΤΜ δικτύου. Παραδείγματα Τερματικών Συστημάτων Οι τερματικοί σταθμοί, οι δρομολογητές (routers), οι μονάδες υπηρεσιών δεδομένων (data service units, DSUs), τα switches του τοπικού LAN, και οι τηλεοπτικοί κωδικοποιητές-αποκωδικοποιητές (coders-decoders, CODECs)

Διάφοροι τύποι συσκευών ενός ΑΤΜ δικτύου

Τύποι διεπαφών δικτύων ATM Υπάρχουν δύο τύποι διεπαφών που συνδέουν τις συσκευές ATM με point-to-point συνδέσεις: Οι Διεπαφές Χρήστη-Δικτύου (User Network Interface, UNI) και Οι Διεπαφές Δικτύων-Δικτύων (Network Node Interface, NNI), που επίσης αποκαλούνται μερικές φορές Διεπαφές Δικτύου-Κόμβου

UNI’s και NNI’s Μια σύνδεση UNI συνδέει τα τερματικά συστήματα ATM (δηλαδή πλευρά των χρηστών) με ένα switch ATM (δηλαδή την πλευρά του δικτύου) Μια σύνδεση NNI από την άλλη πλευρά, συνδέει δύο switches ATM αλλά σε αυτήν την περίπτωση, και οι δύο πλευρές είναι πλευρές δικτύου. Τα UNI και NNI υποδιαιρούνται περαιτέρω σε δημόσια και ιδιωτικά UNIs και NNIs, ανάλογα με την θέση και την ιδιοκτησία του ATM switch

Ιδιωτικά και Δημόσια UNI’s και ΝΝΙ’s Ένα ιδιωτικό UNI συνδέει ένα τερματικό σύστημα με ένα ιδιωτικό ATM switch Ένα δημόσιο UNI συνδέει ένα τερματικό σύστημα ATM ή ένα ιδιωτικό switch με ένα δημόσιο switch Ένα ιδιωτικό NNI συνδέει δύο ATM switches μέσα στο ίδιο ιδιωτικό δίκτυο ενώ ένα δημόσιο ΝΝΙ συνδέει δύο ATM switches μέσα στο ίδιο δημόσιο δίκτυο Υπάρχει και ένας τρίτος τύπος διεπαφής, που ονομάζεται Broadband Inter-Carrier Interface (BICI) η οποία συνδέει δύο δημόσια switches δύο διαφορετικών δημόσιων δικτύων. Ένας δρομολογητής-switch ATM υποστηρίζει τους τύπους των διεπαφών UNI και NNI διεπαφών, συμπεριλαμβανομένης της δρομολόγησης με βάση το πρωτόκολλο PNNI (Private NNI)

Δικτυακές διεπαφές ΑΤΜ

Μορφοποίηση των Header στα ATM cells Το cell του ATM περιλαμβάνει ένα header μεγέθους 5 bytes Ανάλογα με τη διεπαφή, αυτό το header μπορεί να είναι είτε σε μορφή UNI είτε σε μορφή NNI Επομένως θα πρέπει να μελετήσουμε και τις δύο διαφορετικές περιπτώσεις

Το header των UNI cells Γενικός Έλεγχος Ροής (Generic flow control, CFG) το οποίο παρέχει τις τοπικές λειτουργίες, όπως είναι ο έλεγχος ροής από το τερματικό σημείο στο ΑΤΜ switch. Αυτό το πεδίο προς το παρόν δεν χρησιμοποιείται. Φαινομενικό Προσδιοριστικό Μονοπατιού (Virtual Path Identifier, VPI) και το Φαινομενικό Προσδιοριστικό Καναλιών (Virtual Channel Identifier, VCI). Το Φαινομενικό Προσδιοριστικό Μονοπατιού VPI προσδιορίζει ένα εικονικό μονοπάτι της πορείας της πληροφορίας σε μια διεπαφή ATM. Το VPI και το VCI μαζί προσδιορίζουν ένα εικονικό μονοπάτι καναλιών σε μια διεπαφή ATM. Η σύνδεση τέτοιων μονοπατιών μέσω των switches διαμορφώνει μια εικονική σύνδεση σε ένα δίκτυο. Ο Τύπος Ωφέλιμων Φορτίων (Payload Type, PT) το οποίο δείχνει στο πρώτο bit εάν το cell περιέχει δεδομένα χρηστών ή δεδομένα ελέγχου. Εάν το cell περιέχει δεδομένα χρηστών, τότε το δεύτερο bit δείχνει εάν υπάρχει συμφόρηση στο δίκτυο ή όχι, και το τρίτο bit δείχνει εάν το cell είναι το τελευταίο σε μία σειρά cells που αντιπροσωπεύουν ένα AAL5 frame. (δηλαδή ΑΤΜ Adaptation Layer ). Εάν το cell περιέχει δεδομένα ελέγχου, το δεύτερο και το τρίτο bit δείχνουν τη συντήρηση ή πληροφορίες για flow management. Προτεραιότητα Απώλειας Cell (Cell Loss Priority, CLP) το οποίο δείχνει εάν το cell πρέπει να απορριφθεί εάν αντιμετωπίζουμε ακραία συμφόρηση δικτύου. Έλεγχος Λάθους του Header (Header Error Control, HEC) το περιέχει έναν κυκλικό έλεγχο πλεονασμού (Cyclic Redundancy Check, CRC) στο header του cell.

Μορφοποίηση UNI σε ένα ATM Cell Header

Η μορφοποίηση του NNI cell header Περιλαμβάνει τα ίδια πεδία όπως το UNI Το διαφορετικό είναι ότι το πεδίο GFC αντικαθίσταται από ένα μεγαλύτερο διάστημα VPI, που καταλαμβάνει 12 bit και που καθιστά περισσότερα VPIs διαθέσιμα για NNIs.

ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΤΟΥ ΑΤΜ Η Μόνιμη Φαινομενική Σύνδεση (Permanent Virtual Connection, PVC) η οποία είναι υπηρεσία σύνδεσης μεταξύ των ΑΤΜ σημείων που είναι άμεση και μόνιμη. Κατ' αυτό τον τρόπο, ένα PVC είναι παρόμοιο με μια μισθωμένη γραμμή. Η Φαινομενική Σύνδεση Μεταγωγής (Switched Virtual Connection , SVC) η οποία είναι υπηρεσία σύνδεσης που δημιουργείται και απελευθερώνεται δυναμικά. Επειδή η σύνδεση παραμένει μόνο εφ' όσον είναι σε χρήση (δηλαδή μόνο όταν έχουμε μετάδοση δεδομένων), η σύνδεση SVC είναι παρόμοια με σύνδεση τηλεφώνου. Η Υπηρεσία Χωρίς Σύνδεση (Connectionless Service, CS) η οποία είναι παρόμοια με τη υπηρεσία δεδομένων Μεταγωγής (Switched Multimegabit Data Service SMDS).

ΠΛΕΟΝΕKΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ PVC ΚΑΙ ΤΩΝ SVC η εγγυημένη διαθεσιμότητα μιας σύνδεσης και ότι δεν χρειάζεται καμία διαδικασία κλήσης μεταξύ των switches. Τα μειονεκτήματα του PVC περιλαμβάνουν τη στατική συνδετικότητα και ότι απαιτούν manual administration και management. Τα πλεονεκτήματα του SVC περιλαμβάνουν την ευελιξία σύνδεσης και την οργάνωση κλήσης που μπορούν να αντιμετωπιστούν αυτόματα με μια συσκευή δικτύωσης. Τα μειονεκτήματα του SVC περιλαμβάνουν τον πρόσθετο χρόνο και overhead που απαιτούνται για την οργάνωση της σύνδεσης.

Φαινομενικά Μονοπάτια και Φαινομενικά Κανάλια [Virtual Paths-Virtual Channels] Τα δίκτυα του ATM είναι κατά κύριο λόγο συνδετικά προσανατολισμένα (Connection Oriented). Αυτό σημαίνει ότι μια φαινομενική σύνδεση πρέπει να είναι ορισμένη πρώτα μέσα στο δίκτυο του ATM πριν να γίνει οποιαδήποτε μετάδοση δεδομένων. Οι φαινομενικές συνδέσεις του ATM ανήκουν γενικά σε δύο γενικούς τύπους: Οι Φαινομενικές Συνδέσεις Μονοπατιών (Virtual Path Connections, VPCs), οι οποίες προσδιορίζονται από ένα VPI και Οι Φαινομενικές Συνδέσεις Καναλιών (Virtual Channel Connections, VCCs), οι οποίες προσδιορίζονται από το συνδυασμό ενός VPI και ενός VCI.

ΦΑΙΝΟΜΕΝΙΚΑ ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΑ Ένα φαινομενικό μονοπάτι είναι μια δέσμη αποτελούμενη από φαινομενικά κανάλια, στα οποία γίνεται switching με ένα διαφανή τρόπο εντός του δικτύου ATM με σημείο αναφοράς το κοινό VPI Ένα VPC μπορεί να θεωρηθεί ως δέσμη από VCCs με την ίδια τιμή VPI

Ιδιότητες των VPIs και των VCIs Κάθε cell header περιέχει ένα πεδίο VPI και ένα πεδίο VCI, τα οποία συσχετίζουν ρητά ένα cell με ένα φαινομενικό κανάλι σε μια φυσική σύνδεση Τα VPIs και τα VCIs δεν είναι διευθύνσεις, όπως είναι οι διευθύνσεις της MAC που χρησιμοποιούνται στο switching ενός τοπικού LAN Τα VPIs και τα VCIs αναθέτονται ρητά σε κάθε τμήμα μιας σύνδεσης και, υπό αυτήν τη έννοια, έχουν μόνο τοπική σημασία σε μια συγκεκριμένη σύνδεση. Επομένως αλλάζουν μορφή ανάλογα με την περίπτωση, σε κάθε σημείο switching Χρησιμοποιώντας το προσδιοριστικό VCI/VPI, το στρώμα του ATM μπορεί να κάνει πολυπλεξία (multiplexing) ή από-πολυπλεξία (de-multiplexing), και switching σε cells από πολλαπλές συνδέσεις

Συνδέσεις Point-to-Point και συνδέσεις Point-to-Multipoint Οι συνδέσεις point-to-point συνδέουν δύο συστήματα ATM και μπορούν να είναι μονά-κατευθυνόμενες ή αμφίδρομες Αντιθέτως, οι συνδέσεις Point-to-Multipoint ενώνουν ένα πηγαίο ενιαίο τερματικό σύστημα (γνωστό και ως root-κόμβος) με πολλαπλούς προορισμούς (δηλαδή άλλα πολλαπλά τερματικά συστήματα). Τέτοιες συνδέσεις μπορούν να είναι μονά-κατευθυνόμενες, όπου μόνο το root διαβιβάζει στα φύλλα, ή αμφίδρομες, στις οποίες και το root αλλά και τα φύλλα μπορούν να διαβιβάσουν.

Προβλήματα με τις Συνδέσεις point-to-multipoint Δεν υπάρχει κανένας μηχανισμός ανάλογος με την υπηρεσία multicasting ή broadcasting όπως γίνεται στις διάφορες γνωστές τεχνολογίες όπως το Ethernet ή Token Ring. Το προφανές ανάλογο στο ATM σε ένα multicast LAN group θα ήταν μια αμφίδρομη multipoint-to-multipoint σύνδεση Δυστυχώς όμως, αυτή η προφανής λύση δεν μπορεί να εφαρμοστεί όταν χρησιμοποιείται το στρώμα AAL5, το πιό κοινό στρώμα προσαρμογής του ATM (AAL) που χρησιμοποιείται ευρέως για να διαβιβάσει δεδομένα στα δίκτυα ATM

Οι Συνδέσεις AAL5 point-to-multipoint είναι ΜΟΝΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΕΣ Το στρώμα AAL5 δεν έχει καμία παροχή στην μορφοποίηση του cell όσον αφορά την παρεμβολή άλλων cells από διαφορετικά AAL5 πακέτα σε μια συγκεκριμένη σύνδεση. Όλα τα AAL5 πακέτα που στέλνονται σε έναν συγκεκριμένο προορισμό κατά την διάρκεια μιας σύνδεσης πρέπει να παραληφθούν σε μια ακολουθία (δηλαδή με μια συγκεκριμένη σειρά), χωρίς την παρεμβολή από άλλα cells τα οποία προέρχονται από διαφορετικά πακέτα στην ίδια σύνδεση Η διαδικασία επανασυναρμολόγησης προορισμού δεν θα ήταν σε θέση να ανασυναρμολογήσει τα πακέτα.

Οι Συνδέσεις AAL5 point-to-multipoint είναι ΜΟΝΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΕΣ 2 Εάν ένας κόμβος-φύλλο διαβίβαζε ένα πακέτο AAL5 στη σύνδεση, θα παραλαμβανόταν και από τον κόμβο root και από όλους τους άλλους τους κόμβους- φύλλα. Σε αυτούς τους κόμβους, το πακέτο που εστάλη από ένα φύλλο θα μπορούσε να παρεμβληθεί με πακέτα που στέλνονται από τη root, και ενδεχομένως και άλλους κόμβους-φύλλα. Αυτό όμως θα απέκλειε την επανασυναρμολόγηση οποιοιδήποτε από τα πακέτα.

ΛΥΣΕΙΣ ΣΤΟ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΠΡΟΒΛΗΜΑ Για να επικοινωνήσει το ΑΤΜ με την τεχνολογία του τοπικού LAN, χρειάζεται κάποια μορφή ικανότητας να κάνει multicasting. Μεταξύ των μεθόδων που έχουν προταθεί ή έχουν δοκιμαστεί, δύο προσεγγίσεις θεωρούνται εφικτές: Ένας κεντρικός υπολογιστής για multicasting (Multicasting Server) Overlaid point-to-multipoint συνδέσεις

Multicasting Server Όλοι οι κόμβοι που επιθυμούν να διαβιβάσουν σε ένα multicast-group δημιουργούν μια σύνδεση point-to-point με μια εξωτερική συσκευή που είναι ο Multicast Server Ο Multicast Server χρησιμοποιείται στην προκειμένη περίπτωση ως κεντρικός υπολογιστής πολλαπλής διανομής Ο Server στη συνέχεια, συνδέεται με όλους τους κόμβους που επιθυμούν να λάβουν πακέτα multicast μέσω αυτής της point-to-multipoint σύνδεσης Ο Server λαμβάνει τα πακέτα από τις point-to-point συνδέσεις, τα βάζει σε κάποια ακολουθία (δηλαδή εξασφαλίζει ότι ένα πακέτο διαβιβάζεται πλήρως πριν από το επόμενο), και τα αναμεταδίδει με τη point-to-multipoint σύνδεση Κατ' αυτό τον τρόπο, αποκλείεται οποιαδήποτε παρεμβολή των cells

Διάγραμμα ενός Multicasting Server

Overlaid point-to-multipoint συνδέσεις Όλοι οι κόμβοι στην ομάδα multicast δημιουργούν μια point-to-multipoint σύνδεση ο καθένας με όλους τους άλλους κόμβους στην ομάδα και επομένως γίνονται φύλλα στις ισοδύναμες συνδέσεις όλων των άλλων κόμβων. Όλοι οι κόμβοι μπορούν και να μεταδώσουν αλλά και να λάβουν δεδομένα από όλους τους άλλους κόμβους

Διάγραμμα των Overlaid point-to-multipoint συνδέσεων

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΔΥΟ ΛΥΣΕΩΝ Η λύση Overlaid point-to-multipoint απαιτεί κάθε κόμβος να διατηρεί μια σύνδεση για κάθε μέλος της ομάδας που διαβιβάζει δεδομένα ενώ ο Multicast Server απαιτεί μόνο δύο συνδέσεις. Το Overlaid μοντέλο σύνδεσης απαιτεί επίσης μια διαδικασία registration για να πεί στους κόμβους που προσχωρούν στην ομάδα ποιοι είναι οι άλλοι κόμβοι στην ομάδα, έτσι ώστε ο καινούργιος κόμβος να μπορεί να διαμορφώσει την δική του point-to-multipoint σύνδεση. Οι άλλοι κόμβοι πρέπει επίσης να ξέρουν την εισαγωγή ενός νέου κόμβου για να προσθέσουν αυτό τον κόμβο στις point-to-multipoint συνδέσεις τους Από αυτές τις δύο λύσεις, η λύση του Multicast Server είναι πιό εξελικτική και ελκυστική από την άποψη των πόρων σύνδεσης, αλλά έχει το πρόβλημα ότι απαιτεί ένα resequencer, το οποίο δημιουργεί σημεία συμφόρησης (hot spots).

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΕΝΟΣ ΑΤΜ-SWITCH Ένα switch της τεχνολογίας ATM κάνει την εξής απλή εργασία: Kαθορίζει εάν το εισερχόμενο cell είναι επιλέξιμο για αναγνώριση στο switch. Αυτό είναι μια λειτουργία του Ελέγχου Παραμέτρων Χρήσης (Usage Parameter Control, UPC), και εάν μπορεί αυτό το cell να εισέλθει στο queue του switch. Ενδεχομένως δημιουργεί μια κόπια του cell για τις point-to-multipoint συνδέσεις. Προγραμματίζει το cell για τη μετάδοσή του σε μια διεπαφή προορισμού. Κατά την διάρκεια που το cell διαβιβάζεται, μπορεί να συμβαίνουν αρκετές τροποποιήσεις στο cell, συμπεριλαμβανομένων των εξής: Μετάφραση VPI/VCI Ρύθμιση του bit του προσδιοριστικού Πρόωρης Μελλοντικής Συμφόρησης (Early Forward Congestion Indicator, EFCI) Ρύθμιση του CLP bit.

ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΤΜ-Switches Τα switches του ATM περιέρχονται σε δύο κατηγορίες : Εκείνα που κάνουν μόνο το virtual path switching και Εκείνα που κάνουν switching το οποίο είναι βασισμένο στις τιμές και του virtual path αλλά και του virtual channel.

Η βασική λειτουργία ενός ATM switch Είναι η ίδια και για τους δύο τύπους switches: Με βάση τον εισερχόμενο VPI του cell ή το ζευγάρι VPI/VCI, το switch πρέπει να προσδιορίσει σε ποιά output-port να διαβιβάσει ένα cell που έλαβε λαμβάνοντας υπόψη το input-port. Πρέπει επίσης να καθορίσει τις νέες τιμές VPI/VCI στην εξερχόμενη σύνδεση, αντικαθιστώντας αυτές τις νέες τιμές στο cell πρίν αυτό διαβιβαστεί. Το ATM switch προσδιορίζει αυτές τις τιμές των πινάκων τους οποίους διατηρεί και οι οποίοι καθορίζονται είτε με το χέρι για τα PVCs, είτε μέσω σηματοδότησης για τα SVCs.

Παράδειγμα switching του VPI αλλά όχι του VCI

Virtual Path / Virtual Channel Switching

ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΟΥ ATM Η αρχιτεκτονική ATM είναι βασισμένη σε ένα λογικό πρότυπο, που καλείται μοντέλο αναφοράς του ATM, το οποίο περιγράφει τις λειτουργίες τις οποίες υποστηρίζει Στο μοντέλο αναφοράς του ATM, το φυσικό στρώμα του ATM αντιστοιχεί προσεγγιστικά στο φυσικό στρώμα του προτύπου αναφοράς OSI, και το στρώμα προσαρμογής του ATM (ATM Adaptation Layer, AAL) είναι επίσης σε προσέγγιση με το στρώμα συνδέσεων δεδομένων (Data Link Layer) του OSI

Τα στρώματα του μοντέλου αναφοράς ATM Το Φυσικό Στρώμα (Physical Layer) Το στρώμα ΑΤΜ To Στρώμα προσαρμογής του ATM (ATM-Adaptation Layer, AAL) Υψηλότερα Στρώματα

Διάγραμμα του Μοντέλου Αναφοράς του ΑΤΜ

Το Φυσικό Στρώμα του ΑΤΜ Το Φυσικό Στρώμα (Physical Layer) διαχειρίζεται τη μετάδοση του σήματος η οποία εξαρτάται από το μέσο μέσα στο οποίο μεταδίδεται. Το φυσικό στρώμα διαιρείται σε δύο υποστρώματα: Το Φυσικό Υπόστρωμα που εξαρτάται από το μέσο και το οποίο συγχρονίζει τη μετάδοση και την υποδοχή με την αποστολή μιας συνεχούς ροής των bits με τις σχετικές πληροφορίες συγχρονισμού, και επίσης τις πληροφορίες για την μορφοποίηση των δεδομένων που χρησιμοποιούνται σε αυτό το φυσικό μέσο Το Υπόστρωμα της Σύγκλισης της Μετάδοσης (Transmission Convergence Sub-Layer, TC) το οποίο διατηρεί τα όρια των cells του ATM (δηλαδή κάνει μια σκιαγράφηση των cells), παράγει και ελέγχει τον κώδικα ελέγχου λαθών των headers (Header Error Control Check, HEC), διατηρεί την συνεχόμενη ροή των cells παρεμβάλλοντας ή καταστέλλοντας τα cells τα οποία είναι idle (cell-rate decoupling) και πακετάρει τα cells σε frames για να γίνουν αποδεκτά από το συγκεκριμένο φυσικό στρώμα εφαρμογής (δηλαδή από το στρώμα που προσαρμόζει την μετάδοση των frames)

Το στρώμα ΑΤΜ Καθιερώνει τις συνδέσεις και μετακινεί cells δια μέσου του ΑΤΜ δικτύου. Οι υπομέρους υπευθυνότητες του στρώματος ATM περιλαμβάνουν τα εξής: Multiplexes και de-multiplexes για τα cells των διαφορετικών συνδέσεων Mεταφράζει τις τιμές VPI/VCI στα switches και διασταυρώνει τις συνδέσεις. Εξάγει και προσθέτει το header πριν ή μετά την παράδοση του cell στο AAL Διατηρεί τον έλεγχο ροής χρησιμοποιώντας τα GFC-bits του header

Στρώμα προσαρμογής του ATM-AAL Στο υπόστρωμα σύγκλισης (Convergence sub-layer, CS) το οποίο παίρνει το frame και το χωρίζει σε cells των 53-byte και στέλνει αυτά τα cells στον προορισμό τους για επανασυναρμολόγηση. Στο υπόστρωμα της διαίρεσης και επανασυναρμολόγησης των frames το οποίο διαμελίζει τα frames δεδομένων σε ΑΤΜ cells στον αποστολέα (transmitter) και τα επανασυναρμολογεί στην αρχική τους μορφοποίηση στον δέκτη (receiver).

Υψηλότερα Στρώματα από το ΑΤΜ Αυτά δέχονται τα δεδομένα των χρηστών του δικτύου τα τακτοποιούν σε πακέτα για την αποδοχή τους από υψηλότερα στρώματα και τα παραδίδουν στο στρώμα AAL.

ΣΥΜΒΑΣΕΙΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ Οι συνδέσεις του ATM χαρακτηρίζονται από μια σύμβαση κυκλοφορίας, η οποία διευκρινίζει μια κατηγορία υπηρεσιών μαζί με την κυκλοφορία και την ποιότητα των παραμέτρων υπηρεσιών (Quality of Service, QoS). Πέντε είναι οι κατηγορίες υπηρεσιών οι οποίες καθορίζονται κάθε μία με έναν συγκεκριμένο σκοπό και οι οποίες έχουν την δικιά τους ερμηνεία ως αφορά τους εφαρμόσιμους παραμέτρους που χρησιμοποιούνται για την ποιότητα των υπηρεσιών Οι επόμενες διαφάνιες περιγράφουν τα συστατικά της σύμβασης κυκλοφορίας και τα χαρακτηριστικά των κατηγοριών ποιότητας υπηρεσιών

Η σύμβαση κυκλοφορίας Κατά την διάρκεια που καθορίζεται μία σύνδεση, εισάγεται μια σύμβαση κυκλοφορίας, η οποία εγγυάται ότι θα καλυφθούν οι απαιτήσεις μιας συγκεκριμένης υπηρεσίας Αυτές οι παράμετροι είναι παράμετροι κυκλοφορίας και παράμετροι ποιότητας υπηρεσιών (QoS) και είναι οι εξής

Παράμετροι Κυκλοφορίας- Παράμετροι QoS Παράμετροι Κυκλοφορίας οι οποίοι αναφέρονται γενικά στις απαιτήσεις του bandwidth και είναι οι εξής; Το Μέγιστο ποσοστό των cells (Peak cell rate, PCR) Το Βιώσιμο ποσοστό των cells ( Sustainable cell rate, SCR) Η Ανοχή στα bursts, η οποία μεταβιβάζεται μέσω του μέγιστου μεγέθους των bursts (Maximum Burst Size, MBS) Η Ανοχή στην διασπορά καθυστέρησης των cells (Cell delay variation tolerance, CDVT) Το Ελάχιστο ποσοστό των cells (Minimum cell rate, MCR) Παράμετροι QoS οι οποίοι αναφέρονται γενικά στις απαιτήσεις καθυστέρησης και απώλειας των cells και περιλαμβάνουν τα εξής: Την Μέγιστη καθυστέρηση μεταφοράς κυττάρων (Maximum Cell Transfer Delay, MCTD) Την Αναλογία απώλειας των cells (Cell Loss Ratio, CLR) Την διασπορά μεταξύ Peak-to-Peak της καθυστέρησης των cells (Peak-to-peak cell delay variation, ppCDV)

Οι κατηγορίες υπηρεσιών

Η υπηρεσία CBR Παρέχει σταθερό εύρος ζώνης με μια σταθερή σχέση συγχρονισμού Αυτό απαιτεί το συγχρονισμό των clocks των nodes Επειδή η κυκλοφορία CBR διατηρεί ένα σταθερό ποσό εύρους ζώνης, κάποιο κομμάτι του εύρους ζώνης μπορεί να μείνει αχρησιμοποίητο Η κατηγορία CBR χρησιμοποιείται κυρίως για τις υπηρεσίες simulation των κυκλωμάτων και για να φέρει σε πραγματικό χρόνο φωνή και βίντεο

Η υπηρεσία VBR-RT Παρέχει μόνο μερική εγγύηση όσον αφορά το εύρος ζώνης Κάποιο εύρος ζώνης μπορεί να είναι αχρησιμοποίητο Χαρακτηριστικές εφαρμογές αυτής της κατηγορίας συμπεριλαμβάνουν το packetization της φωνής και του βίντεο, και τις εφαρμογές για interactive multimedia.

Η υπηρεσία VBR-NRT Παρέχει επίσης μόνο μερική εγγύηση του εύρους ζώνης. Εντούτοις, παρέχει μια υψηλότερη καθυστέρηση των cells από ότι συμβαίνει με την υπηρεσία VBR-RT. Αυτή η κατηγορία υπηρεσιών είναι κατάλληλη για τις bursty εφαρμογές, όπως είναι οι μεταφορές αρχείων

Η κατηγορία ΑBR Παρέχει μια υπηρεσία (best effort) με βάση την οποία χρησιμοποιείται feedback στον έλεγχο της ροής μέσα στο δίκτυο με σκοπό να αυξήσει το bandwidth όταν δεν συμβαίνει συμφόρηση (congestion) μεγιστοποιώντας τη χρήση του δικτύου.

Η υπηρεσία UBR Δεν παρέχει καμία εγγύηση εύρους ζώνης, αλλά προσπαθεί να καλύψει τα κενά εύρους ζώνης με bursty δεδομένα. Η UBR ταιριάζει απόλυτα με τα πρωτόκολλα ενός τοπικού LAN, όπως είναι το LAN emulation. Μια πρόσθετη κατηγορία, η UBR +, είναι μια επέκταση της εταιρίας Cisco στην κατηγορία UBR η οποία επιτρέπει ένα διαφορετικό από το μηδέν Minimum Constant Rate (MCR) ως αφορά την σύμβαση κυκλοφορίας

Πίνακας των διαφόρων στρωμάτων AAL Υπηρεσίες και Χαρακτηριστικά Κατηγορία Υπηρεσίας Είδος Σύνδεσης και Χαρακτηριστικά AAL1 CBR Connection Oriented. Υποστηρίζει CBR υπηρεσίες που έχουν συγκεκριμένες delay απαιτήσεις (μη-συμπιεσμένο βίντεο) AAL2 VBR Connection Oriented. Υποστηρίζει VBR (εφαρμογές βίντεο που χρησιμοποιούν VBR) Tο ALL2 δεν έχει ολοκληρωθεί ακόμη σαν στάνταρντ. AAL3/4 UBR Connectionless σύνδεση. Χρησιμοποιείται συνήθως για SMDS εφαρμογές AAL5 ABR,UBR,VBR Eίτε Connection Oriented είτε Connectionless. Υποστηρίζει υπηρεσίες VBR.Προσφέρει χαμηλό overhead και έχει μικρές απαιτήσεις ως αφορά την επεξεργασία δεδομένων γιατί οι υπηρεσίες αυτές έχουν μειωμένη χωρητικότητα σε εύρος ζώνης και επίσης μειωμένη δυνατότητα για αποκατάσταση από καταστάσεις-λάθους.

ΚΟΙΝΟΙ ΦΥΣΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΔΙΕΠΑΦΩΝ Τα δίκτυα του ATM μπορούν να χρησιμοποιήσουν πολλά διαφορετικά είδη φυσικών διεπαφών Το φόρουμ του ATM έχει καθορίσει ένα συγκεκριμένο αριθμό αυτών των τύπων διεπαφών και αυτή την εποχή εργάζεται ώστε να δημιουργήσει και να καθορίσει και άλλους τύπους.

Χαρακτηριστικά που καθορίζουν ένα τύπο διεπαφής Το Data-Rate δηλαδή το γενικό εύρος ζώνης, σε Mbps, για μια φυσική διεπαφή. Τα Data Rates για μία τυποποιημένη διεπαφή ATM συνήθως κυμαίνεται από 1.544 έως 2488.32 Mbps. Το φυσικό μέσο, δηλαδή, το φυσικό χαρακτηριστικό της σύνδεσης, η οποία καθορίζει τον τύπο σήματος που μπορεί να φέρει. Τα φυσικά μέσα εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: Τις οπτικές ίνες, συμπεριλαμβανομένης της πολλαπλού τρόπου ίνας και της single-mode ίνας. Τα ηλεκτρικά καλώδια, συμπεριλαμβανομένου του ομοαξονικού καλωδίου, του μη-θωρακισμένου καλωδίου UTP και του θωρακισμένου καλωδίου STP Τον τύπο της διαμόρφωσης, δηλαδή, πώς τα κύτταρα του ATM είναι τακτοποιημένα σε πλαίσια για να μεταφερθούν στο φυσικό μέσο. Οι τύποι διαμόρφωσης περιλαμβάνουν τους εξής: Το ATM25, που επίσης αποκαλείται Desktop25 και το οποίο χρησιμοποιείται για συνδέσεις 25,6 mbps διαμέσω του UTP-3 και κυρίως για συνδέσεις Desktop. Την διαφανή ασύγχρονη διεπαφή σήματος/δέκτη 4B/5B (ΤΑΧΙ) που χρησιμοποιείται για ταχύτητες έως 100 Mbps διαμέσω ινών πολλαπλού τρόπου. Τα ψηφιακά σήματα (DS-1) που χρησιμοποιούνται για συνδέσεις T1 των 1,544- Μbps και συνδέσεις E1 των 2,108 Μbps. Τα ψηφιακά σήματα (DS-3) που χρησιμοποιείται για Τ3 συνδέσεις των 44,736- Μbps και συνδέσεις Ε3 των 34,368- Μbps. Το συγχρονισμένο οπτικό δίκτυο (SONET) που χρησιμοποιείται για μεταδόσεις μεγάλων ταχυτήτων σε οπτικό και ηλεκτρικό φυσικό μέσο.