Технология Асинхронного режима доставки(АРД, ATM, Asynchronous Transfer Mode) разрабатывалась как единый универсальный транспорт для передачи разнородного трафика по одним и тем же линиям связи. Основная идея ATM заключена в преодолении главного недостатка мультиплексирования с разделением времени (TDM) – невозможности перераспределения пропускной способности объединенного канала между активными подканалами во время простоя остальных подканалов. ATM совмещает подходы коммутации пакетов (передача данных в виде индивидуально адресуемых пакетов) и коммутации каналов (использование пакетов небольшого фиксированного размера, уменьшающих задержки в сети). Информация передается в ячейках (cell) фиксированного размера в 53 байта, из которых 5 байт отведено под заголовок, а 48 байт – под пользовательские данные. Основное оборудование в сетях ATM – коммутаторы, соединенные цифровыми линиями связи. Малый размер ячеек позволяет передавать чувствительный к задержкам трафик (например, голос), а фиксированный формат ячеек позволяет обрабатывать их аппаратно с высокой скоростью.
В сети ATM все физические соединения выполняются по принципу “точка-точка”. Определено два основных интерфейса, которые должны поддерживать коммутаторы ATM: интерфейс пользователь-сеть (UNI, User-to-Network Interface), используемый для соединения абонентов с коммутаторами, и интерфейс сеть-сеть(NNI, Network-to-Network Interface), предназначенный для соединения коммутаторов. Ячейки, передаваемые через UNI и NNI имеют практически одинаковый (отличающийся в одном поле) заголовок.
Заголовок ячейки ATM состоит из пяти байт, его формат приведен на рис.
| GFC/VPI | VPI | ||||||
| VPI | VCI | ||||||
| VCI | |||||||
| VCI | PT | CLP | |||||
| HEC | |||||||
| User Data (48 байт) |
Поле CFG (Generic Flow Control) – общее управление потоком, существует только в UNI и, как правило, не используется. В NNI биты, занимаемые этим полем, передаются полю VPI.
Поле VPI (Virtual Path Identifier), идентификатор виртуального пути. Виртуальный путь может объединять виртуальные каналы, проложенные по одному маршруту через сеть, или каналы, имеющие общую часть маршрута.
Поле VCI (Virtual Channel Identifier), идентификатор виртуального канала, назначаемый соединению при его установлении. Все ячейки, передаваемые через это соединение, имеют одинаковый VCI. Поля VCI и VPI позволяют определить следующую точку назначения ячейки – следующий коммутатор на маршруте ее передачи. Каждый коммутатор назначает этим полям новые значения, так что содержимое полей VPI и VCI имеют смысл только для одной конкретной линии связи, а не для всей сети.
Поле PT (Payload Type), тип информации, позволяет различать пользовательские и служебные ячейки. Первый бит этого поля в пользовательских ячейках равен 0, а в служебных – 1. В пользовательских ячейках может быть выставлен в 1 второй бит поля PT, что сигнализирует о перегрузке сети (этот бит называется явным указателем перегрузки в прямом направлении(EFCI, Explicit Congestion Forward Identifier)). Третий бит этого поля может использоваться в кадрах более высокого уровня.
Поле CLP (Congestion Loss Priority), приоритет потерь при перегрузках, выставляется в 1 для указания низкоприоритетных ячеек, которые можно аннулировать при перегрузке сети.
Поле HEC (Header Error Control), контрольная последовательность для заголовка, содержит контрольную сумму, вычисленную с помощью корректирующих кодов Хемминга. Помимо выявления многократных ошибок, позволяет исправлять все однократные и некоторые двойные ошибки. Это поле играет важную роль при передаче ячеек по сетям SONET/SDH. Поле данных кадра STS-n (STM-n) не содержит указаний на границы ячеек ATM. Поэтому коммутатор ATM вычисляет контрольную сумму для предполагаемых заголовков ячеек, пока она не совпадет со значение поля HEC.
Коммутаторы ATM могут работать в двух режимах, различающихся использованием значений полей VCI и VPI: режиме коммутации виртуального пути и режиме коммутации виртуального канала. Первый режим игнорирует поле VCI и выполняет передачу ячеек только на основе поля VPI. Так работают магистральные коммутаторы, коммутирующие группы виртуальных каналов как единое целое – виртуальный путь. Коммутаторы локальных сетей обычно работают во втором режиме – режиме коммутации виртуальных каналов, игнорируя поле VPI и анализируя только поле VCI.
ATM предоставляет три типа сервиса:
- Постоянные виртуальные цепи(PVC, Permanent Virtual Circuits) функционируют аналогично выделенным линиям, обеспечивая прямую связь между узлами. В этом случае соединение устанавливается вручную (при создании цепи) и не требует выполнения дополнительных процедур перед передачей данных.
- Коммутируемые виртуальные цепи (SVC, Switched Virtual Circuits) функционируют аналогично коммутируемым телефонным линиям – соединение устанавливается только на время передачи данных, для чего необходимо затратить время и трафик на выполнение специальных процедур установления соединения.
- Сервис без установления соединения (connectionless service) представляет собой традиционный для сетей с коммутацией пакетов дейтаграммный сервис.
Для различных видов информации, передаваемой через сети ATM, определены пять классов сервиса (или классов трафика):
- Класс А используется для передачи данных с постоянной битовой скоростью (CBR, Constant Bit Rate) и изохронностью, позволяет передавать голос, видеоизображение (в том числе телевизионное).
- Класс B используется для передачи данных с переменной битовой скоростью (VBR, Variable Bit Rate) и изохронностью, позволяет передавать компрессированный голос и видеоизображение, например, для видеоконференций.
- Класс C используется для передачи данных с переменной битовой скоростью без требования изохронности с установлением соединения, позволяет передавать трафик компьютерных сетей, работающих по протоколам с установлением соединения – TCP, X.25 и т.п.
- Класс D используется для передачи данных с переменной битовой скоростью без требования изохронности, без установления соединения, позволяет передавать трафик компьютерных сетей, работающих по протоколам без установления соединения – IP (UDP), Ethernet и т.п.
- Класс X не имеет стандартного описания и определяется параметрами трафика и качества обслуживания, оговоренными в контракте на предоставление услуг передачи данных.