Концептот на мрежите АТМ произлезе од активностите за стандардизација насочени кон развојот на Интегралните мрежи за дигиталните услуги (Integrated Services Digital Networks / ISDN). Во седумдесеттите години на минатиот век беше јасно воспоставена тенденцијата кон целосна дигитализација на телефонските мрежи (со префрлање на кола) и беше препознаена потребата од (на крај) проширување на дигиталнито поврзување на крајните корисници. Стандардните ISDN беа прв напор кон решавањето на овие потреби. Препораките усвоени од страна на CCITT (сега телекомуникациски огранок на Меѓународната унија за телекомуникации) во 1984 година го дефинираа ISDN како мрежа што обезбедува дигитална поврзаност од крај до крај за да поддржи широк асортиман на услуги за корисниците преку ограничена група на стандардни интерфејси корисник-мрежа. ISDN обезбедија воспоставување гласовни и податочни врски и се фокусираа исклучително на интерфејсот меѓу корисникот и мрежата и не се занимава со внатрешната организација на мрежата. Всушност, штом ќе влезеа во мрежата, гласовниот и податочниот собраќај, обично, се насочуваа кон различни мрежи со префрлање на линии и префрлање на пакети. Така, мрежниот оператор сè уште беше оптоварен со сложена задача да управува со повеќе различни мрежи. Наскоро стана јасно дека за управување со апликации, како што се меѓусебните поврзувања на локалните мрежи (LAN), како и за трансфер на висококвалитетна дигитална телевизија, ќе бидат потребни интерфејси со повисоки брзини. Почетните дискусии за широкопојасни ISDN (B ISDN) се фокусираа на дефинирањето на дополнителните интерфејси по должината на линиите на воспоставените брзини во телефонската дигитална хиерархија на мултиплексирање. Меѓутоа, на крај дискусиите доведоа до радикално различен пристап, познат како ATM; кој се обидува да управува со стабилен проток на сообраќај (steady stream traffic), податочен сообраќај во налети (bursty traffic) и сè што се наоѓа меѓу. ATM вклучува претворање на целиот собраќај што се одвива низ мрежата во 53-бајтни блокови наречени ќелии. Како што е прикажано на слика 1, секоја ќелија има 48 бајтни корисничка информација и петбајтно заглавие, кое и овозможува на мрежата секоја ќелија да ја препрати до нејзиното одредиште.
Предности на мрежите АТМ Мрежната инфраструктура и нејзиното управување се поедноставени со користење на единствен режим за трансфер во мрежата; всушност, во архитектурата АТМ се вградени широки способности за управување со широчината на појасот. За разликата од мрежите со заеднички медиум, АТМ не е ограничена со брзина или со растојание; нејзината природа, која е заснована на префрлање и овозможува на АТМ да работи преку мрежите LAN, како и преку глобалните скелетни мрежи со брзини што се движат од неколку Mbps до неколку Gbps.
Асинхронен начин на пренос и размена на рамки Ансинхронен начин на пренос и размена на рамки е техника на приклучоци кај телекомуникациската мрежа. Овој начин на пренос користи временско-делбено мултиплексирање и врши декодирање на податоци во мали ќелии со фиксна големина. Оваа техника се разликува од Етернет LAN мрежите кои користат ограничени пакети или рамки. АТМ овозможува ниво на податочни врски коишто се извршуваат преку OSI ниво 1 на физички врски. АТМ функциски е сличен на кружното мрежно поврзување и поврзувањето со мали пакети. Според оваа функционалност АТМ влегува во добрите мрежи кои мораат да го поддржуваат традиционалниот пренос на податоци со определена брзина, реално време, ниска латентност, содржина како пренос на податок во облик на глас или видео. АТМ користи конекциски ориентиран модел во кој виртуелното коло треба да биде поставено помеѓу две крајни точки пред да започне вистинската размена на податоци. АТМ е важен протокол кој се користи кај SONET/SDH кај ISDN.
АТМ концепти Зошто ќелии? Да разгледаме сигнал распределен на повеќе пакети, којшто дели врска со густ податочен сообраќај(сообраќај со голем број на пакети). Без разлика на тоа колку мали ќе бидат направени пакетите, тие секогаш ќе се бројат како пакети со таа големина што претходно ја имале, и под нормални услови можа да имаат максимален број на чекања. Ова е причината зошто пакетите или “ќелиите” треба да имаат мала големина. Под фиксирана структура на ќелија се подразбира дека АТМ може да биде вклучен од хардверот без никакви задоцнувања поради прекин предизвикан од софтверски приклучоци и насочувачски рамки.
Дизајнерот на АТМ користеле мали ќелии да ги редуцираат jitter (варијанта на задоцнување) при мултиплексирање на податочен стринг. Намалувањето на jitter (исто така патот од еден крај до друг и задоцнувањето) е мошне важно кога станува збор за гласовен сообраќај, бидејќи претворбата на дигитални сигнали во аналогни сигнали е наследен во релано време процес, и да се изврши добра работа, и кодекот којшто го овозможува ова во мошне тесен простор од податоци. Доколку следниот податок не е достапен тогаш кодекот нема избор но да предизвика молк – и ако податокот доцни , тој е бескорисен, бидејќи времето потребно истиот да биде претворен е изминато. За време на дизајнот на АТМ, 155 Mbit/s SDH е брз оптички линк, и повеќето PDH врски во дигиталната мрежа се најслаби, рангирајќи од 1.544 до 45 Мbit/s во Европа. Во оваа брзина, типчната голема од 1500 бајти, податочниот пакет ќе биде преземен за 7,8 милисекунди. Чекањето во редици кои се состојат од повеќе податочни пакети коишто ќе бидат преземани за 7,8 милисекунди, во однос на времето на доцнење на даден друг пакет. Ова беше неприфатливо кај податочниот сообраќај, којшто треба да има низок jitter во податочниот опсег и во согласност со кодекот ако се цели за добар звучен сигнал. Звучниот систем од пакети може да го овозможи ова на неколку можни начини: •Има плејбек бафер помеѓу мрежата и кодекот, еден голем кој ќе го протне кодекот низ сите jitter-и во податоците. Задоцнувањето предизвикано од страна на баферот ќе бара echo cancellers дури и во локалната мрежа, што е многу скапо во реално време. Исто така, задоцнувањето во каналот ќе биде зголемено,и разговорот е тежок низ каналите со високо доцнење. •Изградба на систем кој наследно ќе овозможи низок jitter за сообраќајот на кого му е потребен. •Оперира на 1:1 корисничка база Целта на дизајнот на АТМ за низок jitter мрежен интерфејс. Како и да е, за да можеме да обезбедиме низок интервал на доцнење, но исто така и можност за справување со големи датаграми, мора да постојат ќелии. АТМ ги разделува сите пакети,податоци, и гласовни сигнали во 48 битни делови, со додавање на 5 битно насочувачко заглавје на секој од нив т.ш тие можат да биде преработени подоцна. Изборот на 48 битна архитектура е повеќе од политички аспект одошто од технички. Кога CCIT вршеше стандардизација на АТМ, делот од САД сакал 64 бита payload кое што било добро за оптимизација на пренос на повеќе податоци. Делот од Европа пак ја претпочитал 32-битната архитектура поради полесниот и поефикасен пренос на звучен сигнал,поради малата големина и едноставни апликации кои користат echo cancellation. Подоцна, некако сите делови од Европа ќе се согласат на концептот на САД, освен Франција. Со 32 бита Франција си овозможи имплементирање на АТМ-заснован звучна мрежа од еден крај на Франција до друг крај. 48 битната архитектура бил конечниот одговор од двете страни. Ќелиите во практиката
АТМ поддржува различни типови на сервиси како АТМ Адаптивно Ниво(ААL). Стандардизираното ААL содржи AAL1, AAL2 и AAL5, и ретко користените AAL3 и AAL4. AAL се користи за контсантна битова брзина(CBR) и кружна емулација. Синхронизацијата исто така се врши на AAL1. AAL2 и AAL4 се користат кај сервиси со варијабилна битова брзина(VBR), и AAL5 за податоци. Која AAL се користи не е содржано во ќелијата. Ова е усогласено или конфигурирано на крајните точки на основите за виртуелна врска. Првичниот дизајн на АТМ се забрза. Од вкупната големина од 1500 бита, вкупната големина на етернет пакетот е 1,2 µс за да се пренесе на 10 битна оптичка мрежа, намалувајчи ја потребата од мали ќелии за да се редуцира jitter за време на врската. Ова е случај на промена на АТМ со Етернет во мрежата. Хардверот за имплементација на адаптација на сервиси е многу скап за многу големи брзини. Специјално за брзини на OC-3, цената на сегментација и реасемблирање на хардвер го прави АТМ помалку конкурентен за IP одошто Пакет низ SONET (POS) поради неговата фиксната payload од 48 бита, АТМ не е како податочното ниво за да може директно да пристапува кон IP, за таа цел OSI нивото мора да овозможи MTU од 576 бита. SAR перформансите го побиваат фактот дека најбрзиот насочувач ги има интерфејсите STM16 - STM64. Најголемиот број на АDSL уреди го користат АТМ како меѓу ниво помеѓу физичкото ниво и ниво2 протоколот како PPP или Етрент. Кај овие ниски брзини, АТМ обезбедува можност за сместување на повеќе логички кола на единечем физички или виртуелен медиум, иако постојат и нови техники, како Multi-link PPP и Етернет VLANs кои се опционални кај VDSL имплементацијата. DSL се користи како пристапувачка метода кај АТМ мрежа, овозможувајќи DSL терминирачката точка во телефонските централи да се поврзе на повеќе интрнет сервис услужници кај АТМ мрежата. Во САД, ова овозможува кај повеќето DSL услужници DSL пристап на корисници на широка АТМ мрежа.
Зошто виртуелни кола?
АТМ функционира како транспортно ниво засновано на канали, користејќи виртуелни кола. Ова е случај кај Виртуелни патеки и Виртуелни канали. Секоја АТМ ќелија има 8 или 12 битови Идентификатор на Виртуелни Патеки и 16 битен Идентификатор на Виртуелен Канал, ваквите парови се во заглавјето.Должината на VPI варира кога ќелијата е испратена на интерфејсот на корисничката мрежа или пак е испратено на интерфејсот мрежа-мрежа. Како овие ќелии ја изминуваат АТМ мрежата, поврзувањето се одржува со промена на вредноста на VPI/VCI. И покрај тоа што VPI/VCI вредностите не се доследни од еден до друг крај на мрежата. Друга предност на виртуелни кола доаѓа од можноста да се користат мултиплексирачко ниво, овозможувајќи ралични сервиси.
Користење на ќелии и виртуелни кола за сообраќајно инжинерство
Кај АТМ е застапен и сообраќаен договор. Кога е поставено АТМ колото секој приклучок на колото е информиран од сообраќајната класа на врската. АТМ договорите се дел од механизмот за Квалитет на испорака. Постојат четири основни типови каде што секој тип има множество од параметри опишувајќи ја врската. 1.CBR – Константна брзина на бит: Врвна брзина на ќелија е карактеристична, која што е константна. 2.VBR – Променлива брзина на бит: средна брзина на ќелија е специфицирана. 3.ABR – Достапна брзина на бит: минимална брзина е специфицирана. 4.UBR – Неспецифицирана брзина на бит. VBR има две варијанти и тоа: варијанта на реално време и варијанта на нереално време, и опслужувач за густ сообраќај. Повеќето варијанти на сообраќајни класи се толкувани во концептот на Толеранција на Задоцнување на Ќелии(CDVT), којшто всушност го дефинира прекокнувањето на ќелиите во даден временски интервал. Како комбинација од policing и queuing e shaping.
Транспортен shaping Траспортниот shaping најчесто зазема место кај влезната точка кај АТМ мрежата и цели да докаже дека податочниот поток ќе го задоволи сообраќајниот договор. Транспортен policing За да се одржуваат перформансите на мрежата, мреежата може да искористи виртуелно коло во спротивно со транспортниот договор. Основниот polising работи на ќелии, но ова е полупотимално решение за енкапсулиран сообраќаен пакет.На сметка на тоа, шемите како PPP(Разделување на Пакети во Делови) и EPD(Рано разделување на пакети) се создадени да ги разделат сите серии од ќелии сè до пристигањето на следната рамка. Ова го намалува бројот на неискористени ќелии, ја зачувува горната граница на мрежата. EPD и PPD работат со AAL5 врски и тие користат рамки и битови за да го определат крајот на пакетот. Типови на виртуелни кола