ATM ( în engleză A synchronous Transfer Mode - o metodă asincronă de transmisie a datelor ) este o tehnologie de rețea de înaltă performanță pentru comutare și multiplexare de pachete . Pachetele sunt celule ( eng. cell ) cu o dimensiune fixă de 53 de octeți [1] , unde primii 5 octeți sunt utilizați pentru antet. Este un tip de comutare rapidă de pachete ( eng . fast packet witching ) .
Spre deosebire de metoda de transmisie sincronă a datelor (STM - modul de transfer sincron în engleză ) , ATM este mai potrivit pentru a furniza servicii de date cu rate de biți foarte diferite sau în schimbare .
Bazele tehnologiei ATM au fost dezvoltate independent în Franța și Statele Unite în anii 1970 de doi oameni de știință: Jean-Pierre Coudreuse [2] care a lucrat la laboratorul de cercetare France Telecom și Sandy Fraser , inginer la Bell Labs [3] . Amândoi doreau să creeze o arhitectură care să transporte atât datele, cât și vocea la viteze mari și să folosească resursele de rețea în cel mai eficient mod.
Tehnologia informatică a creat posibilitatea unei procesări mai rapide a informațiilor și a unui transfer mai rapid de date între sisteme. În anii 1980, operatorii de telecomunicații au descoperit că traficul non-vocal era mai important și au început să domine traficul de voce. A fost propus proiectul ISDN [4] , care descria o rețea digitală cu comutare de pachete care furnizează servicii de telefonie și date. Sistemele de transmisie digitală, mai întâi sistemele plesiocrone (PDH) bazate pe PCM, și apoi sistemele de transmisie sincronă (SDH) ale ierarhiilor bazate pe fibră optică , au permis transmiterea datelor la viteze mari cu probabilități scăzute de erori binare. Dar tehnologia existentă de comutare de pachete (în primul rând protocolul X.25 ) nu a putut oferi transmisie de trafic în timp real (de exemplu, voce) și mulți se îndoiau că va oferi vreodată [3] . Pentru a transmite traficul în timp real în rețelele publice de telefonie , a fost utilizată tehnologia de comutare de circuite (CC). Această tehnologie este ideală pentru transmiterea vocii, dar este ineficientă pentru transmisia de date. Prin urmare, industria telecomunicațiilor a apelat la ITU pentru a dezvolta un nou standard pentru traficul de date și voce prin rețele cu lățime de bandă mare [3] . La sfârșitul anilor 80, CCITT International Telephone and Telegraph Advisory Committee (care a fost redenumit ulterior ITU-T ) a dezvoltat un set de recomandări ISDN de a doua generație , așa-numita B-ISDN (Broadband ISDN), o extensie a ISDN. ATM [4] a fost ales ca mod de transmisie de nivel inferior pentru B-ISDN . În 1988, la reuniunea ITU de la Geneva , a fost aleasă lungimea celulei ATM - 53 de octeți [5] . Acesta a fost un compromis între experții americani, care au propus o lungime a celulei de 64 de octeți, și experții europeni, care au propus o lungime a celulei de 32 de octeți. Niciuna dintre părți nu a reușit să demonstreze în mod convingător avantajul opțiunii lor, astfel încât, în final, cantitatea de „sarcină utilă” a fost de 48 de octeți, iar dimensiunea câmpului antet (date de serviciu) a fost aleasă să fie de 5 octeți, dimensiunea minimă convenită de către ITU. În 1990, a fost aprobat un set de bază de recomandări ATM [6] . Principiile de bază ale ATM sunt stabilite de Recomandarea I.150 [6] . Această soluție era foarte asemănătoare cu sistemele dezvoltate de Coudreuse și Fraser. De aici începe dezvoltarea în continuare a ATM.
În anii 1980 și 1990, mai multe organizații au fost implicate în cercetarea și dezvoltarea comutației rapide de pachete (FPS) pentru transmisia comună de voce și date.
LNPO Krasnaya ZaryaTema BKP și, ca varietate, ATM, a fost dezvoltată de departamentul sub conducerea lui G.P. Zakharov , ca parte a întreprinderii AOOT NPP Raduga . Anterior, această întreprindere a fost una dintre diviziile LNPO Krasnaya Zarya . Departamentul lui Zaharov a primit atât rezultate teoretice - modele matematice [7] [8] , rapoarte despre cercetările efectuate de departament , articole, cărți, diplome de studenți, disertații de candidați și de doctorat pe această temă, cât și rezultate practice:
Acest lucru a permis ca câmpul de comutare al unui comutator rapid de pachete, sau comutator al celulei ATM, să fie construit pe o singură placă de circuit imprimat. Cu toate acestea, aceste lucrări nu au mers mai departe decât lansarea unui lot experimental de VLSI în valoare de 10 bucăți și implementarea rezultatelor lucrării de disertație a lui Razzhivin I.A. în NIR „NIIMA Progress” și SE NII „Rubin” , aceste lucrări nu au mers din motive independente de voința specialiștilor tehnici.
Cunoscut pentru munca unui grup de specialiști condus de dr. dr. Georgy Revmirovich Ovchinnikov, care au propus propria versiune a implementării hardware a unui sistem rapid de comutare de pachete bazat pe matrice de auto-rutare [17] [18] și modelul lor matematic [19] [20] . Cu toate acestea, nu există informații despre implementarea practică a propunerilor lor.
Institutul de Tehnologie Electronică din MoscovaA fost raportată o descriere a unui comutator digital 16x16 bazat pe arseniură de galiu, dezvoltat independent de LNPO Krasnaya Zarya de către Institutul de Tehnologie Electronică din Moscova [21] .
La începutul anilor 1990 Tehnologiile ATM din lume încep să acorde o atenție sporită. Sun Microsystems Corporation încă din 1990, unul dintre primii care a anunțat suport pentru ATM [3] . În 1991, având în vedere că CCITT nu mai are timp să ofere recomandări în timp util cu privire la dezvoltarea rapidă a noilor tehnologii, este creat ATM Forum [22] , un consorțiu de dezvoltatori și producători de tehnologie ATM, pentru a coordona și dezvolta noi standarde practice și specificații tehnice pentru Tehnologia ATM și un site cu același nume, unde toate specificațiile au fost expuse în domeniul public. CCITT , fiind deja ITU-T , emite noi ediții ale recomandărilor sale, îmbunătățind baza teoretică a ATM. Reprezentanții sectorului IT în reviste și ziare prevăd perspective mari pentru ATM. În 1995, IBM și-a anunțat noua strategie de rețea corporativă bazată pe tehnologia ATM [23] . Se credea că ATM-ul ar fi un ajutor semnificativ pentru Internet , eliminând lipsa lățimii de bandă și aducând fiabilitate rețelei [24] . Dan Minoli, autorul multor cărți despre rețelele de calculatoare, a susținut că ATM-ul va fi implementat în rețelele publice, iar rețelele corporative vor fi conectate la acestea în același mod în care foloseau frame relay sau X.25 la acea vreme [25] . Dar până atunci, protocolul IP a devenit deja larg răspândit și era dificil să se facă o tranziție bruscă la ATM. Prin urmare, în rețelele IP existente , tehnologia ATM trebuia implementată ca protocol de bază, adică sub IP , și nu în loc de IP . Pentru tranziția treptată a rețelelor tradiționale Ethernet și Token-Ring la echipamentele ATM, a fost dezvoltat protocolul LANE , care emulează pachetele de date din rețea.
În 1997, în industria routerelor și switch-urilor, aproximativ același număr de companii s-au aliniat în rândurile susținătorilor și oponenților ATM-ului, adică au folosit sau nu tehnologia ATM în dispozitivele lor [3] . Viitorul acestei piețe era încă incert. În 1997, veniturile din echipamentele și serviciile ATM au fost de 2,4 miliarde de dolari, 3,5 miliarde de dolari în anul următor [ 26] , și se aștepta să ajungă la 9,5 miliarde de dolari în 2001 [27] . Multe companii (de exemplu, Ipsilon Networks ) au folosit ATM-ul nu în totalitate, ci într-o versiune redusă pentru a obține succes. Multe specificații și protocoale complexe de nivel superior ATM, inclusiv diferite tipuri de calitate a serviciilor , au fost eliminate. A rămas doar funcționalitatea de bază de comutare a octeților de la o linie la alta.
Prima lovitură pe ATMȘi totuși, au existat și mulți profesioniști IT care au fost sceptici cu privire la viabilitatea tehnologiei ATM. De regulă, apărătorii ATM au fost reprezentanți ai companiilor de telecomunicații, de telefonie , iar adversarii reprezentanți ai companiilor implicate în rețele de calculatoare și echipamente de rețea. Steve Steinberg (în revista Wired) a dedicat un articol întreg războiului ascuns dintre ei [24] . Prima lovitură adusă ATM-ului a venit din studiul Bellcore din 1994 privind modelele de trafic LAN [28] . Această publicație a arătat că traficul în rețelele locale nu respectă niciun model existent. Traficul LAN din diagrama de timp se comportă ca un fractal . În orice interval de timp de la câteva milisecunde la câteva ore, are un caracter exploziv, care se repetă singur. ATM în activitatea sa trebuie să stocheze toate pachetele în afara orelor de program într-un buffer. În cazul unei creșteri brusce a traficului, comutatorul ATM este pur și simplu forțat să renunțe la pachetele neconținute, ceea ce înseamnă o deteriorare a calității serviciului . Din acest motiv, PacBell a eșuat la prima încercare de a utiliza echipamente ATM [29] .
Apariția principalului concurent al ATM, Gigabit EthernetLa sfârșitul anilor 90, apare tehnologia Gigabit Ethernet , care începe să concureze cu ATM. Principalele avantaje ale primului sunt costul semnificativ mai mic, simplitatea, ușurința de configurare și operare. De asemenea, trecerea de la Ethernet sau Fast Ethernet la Gigabit Ethernet ar putea fi mult mai ușoară și mai ieftină. Problema calității serviciului Gigabit Ethernet s-ar putea rezolva prin cumpărarea de lățime de bandă mai ieftină cu o marjă decât cu echipamente inteligente. Până la sfârșitul anilor 90. a devenit clar că ATM-ul va continua să domine doar rețelele de zonă largă [30] [31] . Vânzările de comutatoare ATM pentru WAN au continuat să crească, în timp ce vânzările de comutatoare ATM pentru LAN au scăzut rapid [32] [33] .
În anii 2000 piaţa echipamentelor ATM era încă semnificativă [34] . ATM a fost utilizat pe scară largă în rețelele globale de calculatoare , în echipamentele de transmitere a fluxurilor audio/video, ca strat intermediar între straturile fizice și superioare în dispozitivele ADSL pentru canale cu o lățime de bandă de cel mult 2 Mbps. Dar la sfârșitul deceniului, ATM-ul începe să fie înlocuit de noua tehnologie IP VPN [35] . Comutatoarele ATM au fost înlocuite de routere IP / MPLS [36] . În 2006, Broadband Forum a lansat o specificație TR-101 numită „Migration to Ethernet-Based DSL Aggregation”, care specifica modul în care rețelele de agregare bazate pe ATM-uri ar putea migra către rețelele de agregare bazate pe Ethernet (în contextul TR-25 și TR anterioare). -59 arhitecturi) [37] . Ca o justificare pentru această tranziție, specificația afirmă că arhitecturile DSL existente trec de la rețelele „de viteză redusă, cel mai bun efort” la infrastructuri capabile să suporte rate de transmisie mai mari și servicii care necesită QoS, multicast și, de asemenea, îndeplinesc cerințele care sunt inacceptabile de îndeplinit. în sistemele construite pe ATM. Uvum a prezis în 2009 că ATM-ul și Frame Relay ar trebui să dispară aproape complet până în 2014 [38] , în timp ce piețele Ethernet și IP - VPN vor continua să crească într-un ritm bun. Conform unui raport din octombrie 2010 al Forumului de bandă largă [39] , tranziția pieței globale de la rețelele cu comutare de circuite (TDM, ATM etc.) la rețelele IP a început deja în rețelele fixe și afectează deja rețelele mobile. Raportul spune că Ethernet permite operatorilor de telefonie mobilă să răspundă cererii tot mai mari de trafic mobil mai rentabil decât sistemele bazate pe TDM sau ATM.
În aprilie 2005, Forumul ATM a fuzionat cu Forumul Frame Relay și Forumul MPLS într-un forum comun MFA ( MPLS–Frame Relay–ATM Forum ). În 2007, acesta din urmă a fost redenumit în IP/MPLS Forum . În aprilie 2009, Forumul IP/MPLS a devenit parte a consorțiului Broadband Forum ( BBF ) , care există din 1994 . Specificațiile ATM sunt disponibile în forma lor originală pe site-ul web al consorțiului www.broadband-forum.org [40] , dar dezvoltarea lor ulterioară a fost complet oprită.
O rețea ATM este construită pe baza comutatoarelor ATM conectate între ele. Tehnologia este implementată atât în rețelele locale , cât și în cele globale . Este permisă transmiterea în comun a diferitelor tipuri de informații, inclusiv video, voce.
Celulele de date utilizate în ATM sunt mai mici în comparație cu elementele de date utilizate în alte tehnologii. Dimensiunea mică și constantă a celulei utilizate în ATM permite:
Tehnologia ATM implică interconectarea la trei niveluri .
Pentru a transfera date de la expeditor la destinatar în rețeaua ATM, sunt create canale virtuale , VC ( English Virtual Circuit ), care sunt de trei tipuri:
Pentru rutarea în pachete se folosesc așa-numiții identificatori de pachete. Sunt de două feluri:
Format de celule UNI
|
Format de celule NNI
|
Sunt definite cinci clase de trafic, care diferă prin următoarele caracteristici calitative:
CBR nu asigură verificarea erorilor, gestionarea traficului sau orice altă prelucrare. Clasa CBR este potrivită pentru lucrul cu media în timp real.
Clasa VBR conține două subclase - regulată și în timp real (vezi tabelul de mai jos). ATM nu introduce niciun interval de timp celular în timpul procesului de livrare. Cazurile de pierdere a celulelor sunt ignorate.
Clasa ABR este concepută pentru a funcționa în condiții de variații instantanee ale traficului. Sistemul garantează un anumit debit, dar poate rezista la o sarcină mare pentru o perioadă scurtă de timp. Această clasă prevede prezența feedback-ului între receptor și emițător, ceea ce vă permite să reduceți încărcarea canalului, dacă este necesar.
Clasa UBR este potrivită pentru trimiterea de pachete IP (nu există nicio garanție de livrare, iar pierderea este inevitabilă în caz de aglomerație).
Clasa QoS | unu | 2 | 3 | patru | 5 |
---|---|---|---|---|---|
Clasa de serviciu | A | B | C | D | X |
Tipul de trafic | CBR | VBR | VBR | ABR | UBR |
Tip de nivel | AAL1 | AAL2 | AAL3/4 | AAL3/4 | |
Sincronizare | Necesar | Nu este necesar | |||
Viteza de transmisie | Constant | Variabil | |||
Modul de conectare | Odată cu înființarea | Nici o unitate | |||
Exemplu de utilizare | (E1, T1) | Video | Audio | Transfer de date |
TCP /IP pe straturi ale modelului OSI | Protocoale de bază|
---|---|
Fizic | |
canalizat | |
reţea | |
Transport | |
sesiune | |
Reprezentare | |
Aplicat | |
Altele aplicate | |
Lista de porturi TCP și UDP |