Asynchronous Transfer Mode (ATM)

Modus transfer asinkron (ATM) adalah elektronik teknologi transmisi data digital. ATM diimplementasikan sebagai protokol jaringan dan pertama kali dikembangkan pada pertengahan 1980-an. Tujuannya adalah untuk merancang jaringan satu strategi yang bisa mengangkut real-time video conference dan audio, serta file gambar, teks dan email. Dua kelompok, International Telecommunication Union dan ATM Forum yang terlibat dalam penciptaan standar.



ATM adalah berorientasi paket yang menggunakan metode transfer asinkron waktu division multiplexing (TDM) teknik. [1] It encode data ke dalam kecil sel-sel berukuran tetap (sel relay) dan data link layer menyediakan layanan yang berjalan diatas layer 1 OSI link fisik. Ini berbeda dari teknologi lain berdasarkan paket-switched network (seperti Internet Protocol atau Ethernet), di mana paket-paket berukuran variabel (dikenal sebagai bingkai ketika referensi Layer 2) digunakan. ATM mengekspos sifat dari kedua circuit switched dan packet switched jaringan kecil, sehingga cocok untuk jaringan data yang luas serta real-time media transportasi. ATM menggunakan model berorientasi sambungan dan membentuk sirkuit virtual antara dua endpoint sebelum pertukaran data yang sebenarnya dimulai.
Keberhasilan dan tantangan teknologi ATM

ATM telah terbukti sangat sukses dalam skenario WAN dan banyak penyedia telekomunikasi telah menerapkan ATM di wide-area network core. Banyak implementasi ADSL juga menggunakan ATM. Namun, ATM telah gagal untuk mendapatkan luas digunakan sebagai teknologi LAN, dan kurangnya pembangunan telah menahan pengerahan penuh sebagai satu-satunya mengintegrasikan teknologi jaringan dalam cara bahwa penemu awalnya ditujukan. Karena akan selalu ada baik merek-baru dan link-lapisan lapuk teknologi, khususnya di daerah LAN, tidak semuanya akan cocok dengan jaringan optik yang sinkron model yang dirancang ATM. Oleh karena itu, sebuah protokol yang diperlukan untuk memberikan pemersatu lapisan atas kedua ATM dan non-ATM link lapisan, seperti ATM itu sendiri tidak bisa mengisi peran itu. IP sudah melakukan itu, karena itu, sering kali ada gunanya dalam menerapkan ATM pada lapisan jaringan.

Di samping itu, kebutuhan sel-sel untuk mengurangi jitter telah menurun sebagai kecepatan transportasi meningkat (lihat di bawah), dan perbaikan dalam Voice over IP (VoIP) telah membuat pidato dan integrasi data yang mungkin pada lapisan IP, sekali lagi menghilangkan insentif untuk mana-mana penyebaran ATM. Kebanyakan Telcos sekarang berencana untuk mengintegrasikan kegiatan jaringan suara mereka ke jaringan IP mereka, daripada mereka ke dalam jaringan IP suara infrastruktur.

MPLS, umum Layer 2 protokol packet switching, mengadopsi banyak ide suara teknis dari ATM. ATM tetap disebarkan secara luas, dan digunakan sebagai layanan multiplexing dalam jaringan DSL, dimana DSL cocok kompromi rendah-data-kebutuhan tingkat baik. Pada gilirannya, dukungan jaringan DSL IP (dan layanan IP seperti VoIP) melalui ATM dan PPP over Ethernet over ATM (RFC 2684).

ATM akan tetap digunakan untuk beberapa waktu pada interkoneksi berkecepatan tinggi di mana operator telah berkomitmen untuk penyebaran ATM yang ada; ATM digunakan di sini sebagai cara untuk menyatukan PDH / SDH lalu lintas dan packet-switched lalu lintas di bawah satu infrastruktur.
Hal ini sering mengklaim bahwa "ATM semakin ditantang oleh kecepatan dan persyaratan lalu lintas berkumpul membentuk jaringan. Secara khusus, kompleksitas Segmentasi dan reassembly (SAR) membebankan bottleneck performa, seperti SARS tercepat dikenal dijalankan pada 10 Gbit / s" Namun dengan ATM interface yang tersedia sampai dengan STM-16 (2.5Gbps - seperti Cisco SPA-1XOC48-ATM untuk router seri 7.600) dan bahkan STM-64 (misalnya 10Gbps Cisco MGX 8.950 OC-192c/STM-64) ATM masih dapat dengan mudah bahkan menantang 10GE antarmuka untuk kecepatan dan biasanya melebihi kemampuan protokol lain dalam hal Quality of Service - terutama pada sibuk link.
Sejauh masalah SAR SAR prihatin karena dilakukan di tepi jaringan ATM ini bukan inti masalah switching melainkan tugas ke tepi kiri perangkat (atau aplikasi itu sendiri) dan saat ini (seperti pada 2009) itu akan benar mengatakan bahwa setiap satu antarmuka pada router berjuang melebihi throughput 10Gbps dan keterbatasan 10Gbps ini tidak terbatas hanya ATM SAR tetapi juga kemampuan switching dan routing dari interface Router pada umumnya.

Saat ini ada kemungkinan bahwa implementasi gigabit Ethernet (10Gbit-Ethernet, Metro Ethernet) akan menggantikan teknologi ATM sebagai pilihan dalam implementasi WAN baru.

Minat dalam menggunakan ATM asli untuk membawa video dan audio telah meningkat baru-baru ini [update]. Dalam lingkungan ini, latency rendah dan sangat tinggi kualitas layanan yang diperlukan untuk menangani linier stream audio dan video. Menuju tujuan ini sedang dikembangkan standar seperti AES47 (IEC 62365), yang menyediakan standar profesional audio terkompresi transportasi atas ATM. Ini bisa membandingkan dengan video profesional over IP.
ATM konsep


Mengapa sel?

Mempertimbangkan ujaran dikurangi untuk paket-paket, dan dipaksa untuk berbagi link dengan lalu lintas data bursty (lalu lintas dengan beberapa paket data yang besar). Tidak peduli betapa kecilnya paket pidato bisa dibuat, mereka akan selalu menjumpai ukuran penuh paket data, dan di bawah kondisi antrian normal, mungkin mengalami penundaan antrian maksimum. Itu sebabnya semua paket harus memiliki ukuran kecil yang sama, sel-sel tepat. Selain struktur sel tetap berarti bahwa ATM dengan mudah dapat diaktifkan oleh hardware tanpa penundaan yang melekat diperkenalkan oleh perangkat lunak diaktifkan dan routed frame.

Dengan demikian, para perancang ATM dimanfaatkan sel data yang kecil untuk mengurangi jitter (penundaan varians, dalam kasus ini) di stream data multiplexing. Pengurangan jitter (dan juga end-to-end round-trip penundaan) adalah terutama penting saat membawa lalu lintas suara, karena suara digitized konversi ke sinyal audio analog adalah real-time inheren proses, dan untuk melakukan pekerjaan yang baik, codec yang tidak merata ini membutuhkan jarak (di waktu) aliran data item. Jika item data berikutnya tidak tersedia saat dibutuhkan, codec yang diperlukan tidak memiliki pilihan lain kecuali untuk menghasilkan keheningan atau menebak - dan jika data terlambat, tidak ada gunanya, karena periode waktu ketika seharusnya telah dikonversi ke sinyal telah sudah berlalu.

Pada saat desain ATM, 155 Mbit / s SDH (135 Mbit / s payload) dianggap sebuah link jaringan optik cepat, dan banyak PDH link dalam jaringan digital yang jauh lebih lambat, mulai 1,544-45 Mbit / s dalam Amerika Serikat, dan 2-34 Mbit / s di Eropa.

Pada tingkat ini, khas penuh panjang 1500 byte (12.000-bit) paket data akan membawa 77,42 μs untuk mengirimkan. Dalam kecepatan yang lebih rendah-link, seperti 1.544 Mbit / s T1 link, sebuah paket 1500 byte akan memakan waktu hingga 7,8 milidetik.

Sebuah penundaan antrian yang disebabkan oleh beberapa paket data tersebut mungkin akan melebihi angka 7,8 ms beberapa kali, di samping semua paket generasi keterlambatan dalam pidato paket yang lebih pendek. Ini jelas tidak dapat diterima untuk pidato lalu lintas, yang perlu memiliki jitter rendah dalam aliran data yang dimasukkan ke codec yang diperlukan jika ingin menghasilkan suara berkualitas baik. Sebuah sistem suara paket ini dapat menghasilkan dalam beberapa cara:

* Apakah pemutaran penyangga antara jaringan dan codec yang diperlukan, satu cukup besar untuk pasang codec di atas hampir semua jitter dalam data. Hal ini memungkinkan merapikan luar jitter, tapi penundaan diperkenalkan oleh perjalanan melalui buffer akan memerlukan echo cancellers bahkan di jaringan lokal, ini dianggap terlalu mahal pada saat itu. Juga, itu akan meningkatkan keterlambatan di saluran, dan percakapan ini sulit di-delay tinggi saluran.

* Membangun sistem yang inheren dapat memberikan jitter rendah (dan keseluruhan minimal delay) untuk lalu lintas yang memerlukannya.

* Operasi pada dasar pengguna 1:1 (yaitu, pipa yang berdedikasi).

Desain ATM ditujukan untuk jitter rendah antarmuka jaringan. Namun, untuk dapat memberikan penundaan queueing pendek, tetapi juga dapat membawa datagrams besar, ia harus memiliki sel. ATM bubar semua paket, data, dan suara aliran menjadi 48-byte potongan, menambahkan routing 5-byte header untuk masing-masing sehingga mereka bisa berkumpul kembali nanti. Pilihan 48 byte adalah politik ketimbang teknis. [2] Ketika itu standarisasi CCITT ATM, pihak dari Amerika Serikat menginginkan 64-byte payload karena ini dirasakan menjadi kompromi yang baik antara muatan yang lebih besar dioptimalkan untuk transmisi data dan lebih pendek payloads dioptimalkan untuk aplikasi real-time seperti suara; pihak dari Eropa ingin 32-byte payloads karena ukuran kecil (dan karena itu transmisi pendek kali) menyederhanakan aplikasi suara sehubungan dengan gema. Sebagian besar dari pihak Eropa akhirnya datang ke argumen yang dibuat oleh Amerika, tetapi Perancis dan beberapa orang lainnya bertahan selama sel panjang yang lebih pendek. With 32 bytes, Perancis akan mampu menerapkan ATM suara berbasis jaringan dengan panggilan dari satu ujung ke ujung lain perancis tidak memerlukan gema. 48 byte (ditambah header 5 byte = 53) dipilih sebagai kompromi antara kedua belah pihak. 5-byte header itu dipilih karena ada anggapan bahwa 10% dari maksimum payload adalah harga yang harus dibayar untuk routing informasi. ATM multiplexing 53-byte ini sel bukan paket. Melakukan hal mengurangi kasus terburuk jitter karena sel contention dengan faktor hampir 30, meminimalkan perlunya echo cancellers.
[sunting] Sel dalam praktek

ATM mendukung berbagai jenis layanan melalui ATM Adaptation Layer (AAL). Standar AALs termasuk AAL1, AAL2, dan AAL5, dan jarang digunakan AAL3 dan AAL4. AAL1 digunakan untuk kecepatan bit konstan (CBR) layanan dan emulasi sirkuit. AAL2 melalui AAL4 digunakan untuk kecepatan bit variabel (VBR) jasa, dan AAL5 untuk data. AAL yang digunakan untuk sel tertentu tidak dikodekan dalam sel. Sebaliknya, ini dinegosiasikan oleh atau dikonfigurasi di titik-titik ujung pada per-virtual-dasar sambungan.

Setelah desain awal ATM, jaringan telah menjadi jauh lebih cepat. A 1500 byte (12.000-bit) ukuran penuh Ethernet mengambil paket hanya 1,2 μs untuk mengirimkan pada 10 Gbit / s jaringan optik, mengurangi kebutuhan sel-sel kecil untuk mengurangi jitter karena pertengkaran. Beberapa orang menganggap bahwa hal ini membuat kasus untuk menggantikan ATM dengan Ethernet di jaringan tulang punggung. Namun, perlu dicatat bahwa peningkatan kecepatan link sendiri tidak mengurangi jitter karena antrian. Sebagai tambahan, perangkat keras untuk melaksanakan layanan adaptasi untuk IP paket adalah sangat mahal pada kecepatan tinggi. Khusus, dengan kecepatan OC-3 dan di atas, biaya segmentasi dan reassembly (SAR) hardware membuat ATM kurang kompetitif untuk IP dari paket Over SONET (POS). SAR berarti bahwa batas-batas kinerja tercepat IP interface router ATM STM16 - STM64 yang sebenarnya membandingkan, sementara pada 2004 [update] POS dapat beroperasi pada OC-192 (STM64) dengan kecepatan yang lebih tinggi diharapkan di masa depan.

Pada link lambat atau penumpukan (622Mbit / s dan di bawah), ATM masih masuk akal, dan karena alasan inilah kebanyakan sistem ADSL menggunakan ATM sebagai lapisan perantara antara fisik dan link layer Layer 2 protokol seperti PPP atau Ethernet.

Pada kecepatan rendah ini, ATM menyediakan kemampuan yang berguna untuk menjalankan beberapa logical sirkuit pada satu medium fisik atau virtual, walaupun ada teknik lain, seperti Multi-link PPP dan Ethernet VLAN, yang adalah opsional dalam implementasi VDSL. DSL dapat digunakan sebagai metode akses jaringan ATM, memungkinkan terminasi DSL titik dalam kantor sentral telepon untuk menghubungkan ke banyak penyedia layanan Internet di wide-area jaringan ATM. Di Amerika Serikat, setidaknya, ini telah memungkinkan penyedia DSL DSL untuk menyediakan akses ke pelanggan dari banyak penyedia layanan internet. Karena salah satu titik terminasi DSL dapat mendukung multi ISP, kelayakan ekonomi DSL secara substansial meningkat.
[sunting] Mengapa virtual circuit?

ATM beroperasi sebagai saluran transportasi berbasis lapisan, menggunakan sirkuit Virtual (VCs). Ini mencakup dalam konsep Virtual Paths (VP) dan Virtual Saluran. Setiap sel ATM memiliki 8 - atau 12-bit Virtual Path Identifier (VPI) dan 16-bit Virtual Channel Identifier (VCI) pasangan didefinisikan dalam header. Bersama-sama, ini mengidentifikasi rangkaian virtual yang digunakan oleh koneksi. Panjang VPI bervariasi tergantung pada apakah sel dikirim pada antarmuka pengguna-jaringan (di tepi jaringan), atau jika dikirimkan pada jaringan-jaringan (dalam jaringan).

Seperti sel-sel ini melintasi jaringan ATM, beralih terjadi dengan mengubah VPI / VCI nilai (label swapping). Meskipun VPI / VCI nilai-nilai yang tidak selalu konsisten dari satu ujung sambungan ke yang lain, konsep suatu rangkaian konsisten (tidak seperti IP, di mana setiap paket bisa sampai ke tempat tujuan dengan rute yang berbeda dari yang lain).

Keuntungan lain dari penggunaan virtual circuit dilengkapi dengan kemampuan untuk menggunakannya sebagai multiplexing lapisan, sehingga memungkinkan berbagai layanan (seperti suara, Frame Relay, n * 64 channels, IP).
[sunting] Menggunakan virtual circuit sel dan rekayasa lalu lintas

Konsep ATM kunci lain lalu lintas melibatkan kontrak. Ketika sirkuit ATM tetapkan setiap mengaktifkan rangkaian informasi dari kelas lalu lintas sambungan.

ATM kontrak lalu lintas merupakan bagian dari mekanisme yang "Quality of Service" (QoS) yang terjamin. Ada empat tipe dasar (dan beberapa varian) yang masing-masing memiliki satu set parameter menggambarkan sambungan.

1. CBR - Constant bit rate: sebuah Peak Cell Rate (PCR) yang ditentukan, yang konstan.
2. VBR - Variable bit rate: tingkat sel rata-rata yang ditentukan, yang dapat puncak pada tingkat tertentu untuk interval maksimum sebelum bermasalah.
3. ABR - Tersedia bit rate: laju dijamin minimum ditetapkan.
4. UBR - Unspecified bit rate: lalu lintas dialokasikan untuk semua sisa kapasitas transmisi.

VBR memiliki real-time dan non-real-time varian, dan berfungsi untuk "bursty" lalu lintas. Non-real-time biasanya disingkat vbr-nrt.

Sebagian besar kelas lalu lintas juga memperkenalkan konsep Variasi Cell Delay Toleransi (CDVT), yang mendefinisikan "gumpalan" sel pada waktunya.

Untuk mempertahankan kontrak lalu lintas, jaringan biasanya menggunakan "membentuk", sebuah kombinasi dari antrian dan menandai sel. "Policing" umumnya lalu lintas memberlakukan kontrak.
Lalu Lintas membentuk

Traffic shaping biasanya terjadi pada titik masuk ke jaringan ATM dan upaya untuk memastikan bahwa aliran sel akan memenuhi kontrak lalu lintas.
Lalu Lintas kepolisian

Untuk mempertahankan performa jaringan, jaringan mungkin polisi virtual circuit terhadap lalu lintas mereka kontrak. Jika suatu rangkaian lalu lintas melebihi kontrak, jaringan dapat menjatuhkan sel atau tandai Rugi Cell Prioritas (CLP) bit (untuk mengidentifikasi sel sebagai discardable jauh di bawah garis). Dasar kepolisian bekerja pada sebuah sel oleh sel dasar, tapi ini adalah sub-optimal untuk paket dikemas lalu lintas (seperti membuang sel tunggal akan membatalkan seluruh paket). Akibatnya, skema seperti Partial Packet Discard (PPD) dan Early Packet Discard (EPD) telah dibuat yang akan membuang seluruh rangkaian sel sampai frame berikutnya dimulai. Hal ini akan mengurangi jumlah sel-sel tidak berguna dalam jaringan, menghemat bandwidth untuk frame penuh. PPD EPD dan bekerja dengan koneksi AAL5 ketika mereka menggunakan akhir frame sedikit untuk mendeteksi akhir paket.
Jenis-jenis virtual circuit dan jalan

ATM dapat membangun virtual circuit dan virtual jalan baik statis atau dinamis. Sirkuit statis (tetap virtual circuit atau PVC) atau path (jalur virtual tetap atau PVPs) mengharuskan provisioner harus membangun rangkaian sebagai rangkaian segmen, satu untuk masing-masing sepasang melalui antarmuka yang dilaluinya.

PVPs dan PVC, meskipun secara konseptual sederhana, memerlukan upaya yang signifikan dalam jaringan besar. Mereka juga tidak mendukung re-routing pelayanan dalam hal terjadi kegagalan. PVPs dibangun secara dinamis (soft PVPs atau SPVPs) dan PVC (soft PVC atau SPVCs), sebaliknya, yang dibangun dengan menentukan karakteristik rangkaian (layanan "kontrak") dan dua endpoint.

Akhirnya, membangun jaringan ATM dan meruntuhkan virtual circuit switched (SVCs) pada permintaan ketika diminta oleh berakhirnya peralatan. Satu aplikasi untuk SVCs adalah untuk membawa panggilan telepon individu ketika jaringan switch telepon ini saling dihubungkan oleh ATM. SVCs juga digunakan dalam upaya untuk mengganti area lokal jaringan dengan ATM.
Virtual sirkuit routing

Sebagian besar jaringan ATM mendukung SPVPs, SPVCs, dan menggunakan SVCs Private Network Node Interface atau Private Network-to-Network Interface (PNNI) protokol. PNNI menggunakan terpendek yang sama-path-algoritma pertama yang digunakan oleh OSPF dan IS-IS untuk rute paket IP untuk berbagi informasi antara switch topologi dan memilih rute melalui jaringan. PNNI juga mencakup mekanisme summarization sangat kuat untuk memungkinkan pembangunan jaringan yang sangat besar, serta panggilan masuk control (CAC) algoritma yang menentukan apakah cukup bandwidth yang tersedia pada rute yang diusulkan melalui jaringan untuk memenuhi persyaratan layanan VC atau VP.
Hubungi koneksi masuk dan pembentukan

Sebuah jaringan harus membuat sambungan sebelum kedua pihak dapat mengirim sel satu sama lain. Di ATM ini disebut virtual circuit (VC). Dapat menjadi permanen Virtual circuit (PVC), yang diciptakan administratif di endpoint, atau beralih Virtual circuit (SVC), yang diciptakan sebagai diperlukan oleh pihak berkomunikasi. SVC penciptaan dikelola oleh sinyal, di mana pihak meminta menunjukkan alamat pihak penerima, jenis layanan yang diminta, dan apa saja parameter lalu lintas mungkin berlaku untuk layanan yang dipilih. "Panggilan masuk" ini kemudian dilakukan oleh jaringan untuk memastikan bahwa sumber daya yang diminta tersedia dan bahwa ada rute untuk sambungan.
Struktur sel ATM

Sel ATM terdiri dari sebuah 5-byte header dan 48 byte payload. Payload size of 48 byte terpilih sebagai dijelaskan di atas ( "Mengapa sel?").

ATM mendefinisikan dua sel yang berbeda format: NNI (Network-Network Interface) dan UNI (User-Network Interface). Sebagian besar ATM link menggunakan format sel UNI.
ATM menggunakan PT lapangan untuk menunjuk berbagai jenis sel khusus untuk operasi, administrasi, dan pemeliharaan (OAM) tujuan, dan untuk menggambarkan batas-batas paket dalam beberapa AALs.

Beberapa link ATM HEC protokol menggunakan lapangan untuk mengemudikan CRC Framing Berbasis algoritma, yang memungkinkan menemukan sel-sel ATM tanpa overhead diperlukan melampaui apa yang biasa diperlukan untuk perlindungan header. 8-bit CRC digunakan untuk mengoreksi single-bit header kesalahan dan mendeteksi header multi-bit error. Ketika header multi-bit kesalahan yang terdeteksi, arus dan sel-sel berikutnya menjatuhkan sampai sel tanpa header kesalahan yang ditemukan.

Sebuah sel UNI cadangan dalam bidang GFC untuk mengontrol aliran lokal / sistem submultiplexing antara pengguna. Hal ini dimaksudkan untuk memungkinkan beberapa terminal berbagi satu koneksi jaringan, dengan cara yang sama bahwa dua telepon ISDN bisa berbagi satu koneksi ISDN tingkat dasar. Semua empat bit GFC harus nol secara default.

Format sel yang bereplikasi NNI UNI format yang hampir sama persis, kecuali bahwa 4-bit bidang GFC dialokasikan kembali ke lapangan VPI, memperluas VPI sampai 12 bit. Dengan demikian, NNI satu interkoneksi ATM mampu menangani hampir 212 wakil presiden hingga hampir 216 VCs masing-masing (dalam praktiknya beberapa nomor VP dan VC are reserved).