Teknologi ATM adalah konsep telekomunikasi yang ditentukan oleh standar internasional untuk membawa berbagai lalu lintas pengguna, termasuk sinyal suara, data, dan video. Ini dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan jaringan digital layanan broadband dan pada awalnya dirancang untuk integrasi jaringan telekomunikasi. Singkatan ATM adalah singkatan dari Asynchonous Transfer Mode dan diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia sebagai "transfer data asinkron".
Teknologi ini dibuat untuk jaringan yang perlu menangani lalu lintas data tradisional berkinerja tinggi (seperti transfer file) dan konten waktu nyata berlatensi rendah (seperti suara dan video). Model referensi untuk ATM memetakan secara kasar ke tiga lapisan bawah ISO-OSI: jaringan, tautan data, dan fisik. ATM adalah protokol utama yang digunakan melalui sirkuit SONET/SDH (jaringan telepon yang dialihkan publik) dan Jaringan Digital Layanan Terpadu (ISDN).
Apa ini?
Apa artinya ATM untuk koneksi jaringan? Dia menyediakanfungsionalitas yang mirip dengan circuit switching dan jaringan packet-switched: teknologi ini menggunakan multiplexing pembagian waktu asinkron dan mengkodekan data ke dalam paket ukuran tetap kecil (frame ISO-OSI) yang disebut sel. Ini berbeda dengan pendekatan seperti Internet Protocol atau Ethernet, yang menggunakan paket dan frame berukuran variabel.
Prinsip dasar teknologi ATM adalah sebagai berikut. Ini menggunakan model berorientasi koneksi di mana sirkuit virtual harus dibuat antara dua titik akhir sebelum komunikasi yang sebenarnya dapat dimulai. Sirkuit virtual ini dapat bersifat "permanen", yaitu koneksi khusus yang biasanya telah dikonfigurasi sebelumnya oleh penyedia layanan, atau "switchable", yaitu dapat dikonfigurasi untuk setiap panggilan.
Asynchonous Transfer Mode (ATM singkatan dari English) dikenal sebagai metode komunikasi yang digunakan di ATM dan terminal pembayaran. Namun, penggunaan ini secara bertahap menurun. Penggunaan teknologi di ATM sebagian besar telah digantikan oleh Internet Protocol (IP). Dalam link referensi ISO-OSI (Layer 2), perangkat transmisi yang mendasari biasanya disebut sebagai frame. Di ATM, mereka memiliki panjang tetap (53 oktet atau byte) dan secara khusus disebut "sel".
Ukuran sel
Seperti disebutkan di atas, dekripsi ATM adalah transfer data asinkron yang dilakukan dengan membaginya menjadi sel-sel dengan ukuran tertentu.
Jika sinyal suara direduksi menjadi paket, dan merekadipaksa untuk dikirim pada tautan dengan lalu lintas data yang padat, tidak peduli berapa ukurannya, mereka akan menemukan paket besar yang besar. Dalam kondisi idle normal, mereka mungkin mengalami penundaan maksimum. Untuk menghindari masalah ini, semua paket atau sel ATM memiliki ukuran kecil yang sama. Selain itu, struktur sel tetap berarti bahwa data dapat dengan mudah ditransfer oleh perangkat keras tanpa penundaan bawaan yang disebabkan oleh perangkat lunak yang dialihkan dan dirutekan.
Dengan demikian, perancang ATM menggunakan sel data kecil untuk mengurangi jitter (dalam hal ini, menunda dispersi) dalam multiplexing aliran data. Ini sangat penting saat membawa lalu lintas suara, karena konversi suara digital ke audio analog merupakan bagian integral dari proses waktu nyata. Ini membantu pengoperasian decoder (codec), yang membutuhkan aliran elemen data yang terdistribusi secara merata (dalam waktu). Jika baris berikutnya tidak tersedia saat dibutuhkan, codec tidak punya pilihan selain berhenti. Nanti informasinya hilang karena periode waktu yang seharusnya diubah menjadi sinyal sudah lewat.
Bagaimana ATM berkembang?
Selama pengembangan ATM, 155 Mbps Synchronous Digital Hierarchy (SDH) dengan muatan 135 Mbps dianggap sebagai jaringan optik cepat, dan banyak tautan Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) dalam jaringan secara signifikan lebih lambat (tidak lebih dari 45 Mbps /Dengan). PadaPada kecepatan ini, paket data berukuran penuh 1500-byte (12.000-bit) biasanya harus diunduh pada 77,42 mikrodetik. Pada tautan berkecepatan rendah seperti saluran T1 1,544 Mbps, dibutuhkan waktu hingga 7,8 milidetik untuk mengirimkan paket seperti itu.
Penundaan pengunduhan yang disebabkan oleh beberapa paket seperti itu dalam antrian dapat melebihi jumlah 7,8 ms beberapa kali. Ini tidak dapat diterima untuk lalu lintas suara, yang harus memiliki jitter rendah dalam aliran data yang dimasukkan ke dalam codec untuk menghasilkan audio berkualitas baik.
Sistem suara paket dapat melakukan ini dalam beberapa cara, seperti menggunakan buffer pemutaran antara jaringan dan codec. Ini menghaluskan jitter, tetapi penundaan yang terjadi saat melewati buffer memerlukan pembatalan gema, bahkan di jaringan lokal. Pada saat itu dianggap terlalu mahal. Selain itu, meningkatkan penundaan saluran dan mempersulit komunikasi.
Teknologi jaringan ATM secara inheren menyediakan jitter rendah (dan latensi keseluruhan terendah) untuk lalu lintas.
Bagaimana ini membantu koneksi jaringan?
ATM desain untuk antarmuka jaringan jitter rendah. Namun, "sel" diperkenalkan ke dalam desain untuk memungkinkan penundaan antrian pendek sambil tetap mendukung lalu lintas datagram. Teknologi ATM memecah semua paket, data, dan aliran suara menjadi fragmen 48 byte, menambahkan header perutean 5 byte ke masing-masing sehingga dapat dipasang kembali nanti.
Pilihan ukuran inibersifat politis, bukan teknis. Ketika ATM standar CCITT (saat ini ITU-T), perwakilan AS menginginkan muatan 64-byte karena dianggap sebagai kompromi yang baik antara sejumlah besar informasi yang dioptimalkan untuk transmisi data dan muatan yang lebih pendek yang dirancang untuk aplikasi waktu nyata.. Pada gilirannya, pengembang di Eropa menginginkan paket 32-byte karena ukurannya yang kecil (dan oleh karena itu waktu transmisi yang singkat) memudahkan aplikasi suara dalam hal pembatalan gema.
Ukuran 48 byte (ditambah ukuran header=53) dipilih sebagai kompromi antara kedua pihak. Header 5 byte dipilih karena 10% dari muatan dianggap sebagai harga maksimum yang harus dibayar untuk informasi perutean. Teknologi ATM menggandakan sel 53-byte, yang mengurangi korupsi dan latensi data hingga 30 kali lipat, mengurangi kebutuhan akan peredam gema.
struktur sel ATM
ATM mendefinisikan dua format sel yang berbeda: antarmuka jaringan pengguna (UNI) dan antarmuka jaringan (NNI). Sebagian besar tautan jaringan ATM menggunakan UNI. Struktur setiap paket tersebut terdiri dari elemen-elemen berikut:
- Bidang Kontrol Aliran Generik (GFC) adalah bidang 4-bit yang awalnya ditambahkan untuk mendukung interkoneksi ATM di jaringan publik. Secara topologi, ini direpresentasikan sebagai cincin Distributed Queue Dual Bus (DQDB). Bidang GFC telah dirancang sedemikian rupa sehinggauntuk menyediakan 4 bit User-Network Interface (UNI) untuk menegosiasikan multiplexing dan kontrol aliran di antara sel-sel koneksi ATM yang berbeda. Namun, penggunaan dan nilai pastinya belum distandarisasi dan bidang selalu disetel ke 0000.
- VPI - pengenal jalur virtual (8 bit UNI atau 12 bit NNI).
- VCI - pengenal saluran virtual (16 bit).
- PT - jenis muatan (3 bit).
- MSB - sel kontrol jaringan. Jika nilainya 0, paket data pengguna digunakan, dan dalam strukturnya, 2 bit adalah Indikasi Kemacetan Eksplisit (EFCI) dan 1 adalah Pengalaman Kemacetan Jaringan. Selain itu, 1 bit lagi dialokasikan untuk pengguna (AAU). Ini digunakan oleh AAL5 untuk menunjukkan batas paket.
- CLP - prioritas kehilangan sel (1 bit).
- HEC - kontrol kesalahan header (8-bit CRC).
Jaringan ATM menggunakan bidang PT untuk menunjuk berbagai sel khusus untuk tujuan operasi, administrasi dan manajemen (OAM), dan untuk menentukan batas paket di beberapa lapisan adaptasi (AAL). Jika nilai MSB bidang PT adalah 0, ini adalah sel data pengguna dan dua bit sisanya digunakan untuk menunjukkan kemacetan jaringan dan sebagai bit header tujuan umum yang tersedia untuk lapisan adaptasi. Jika MSB adalah 1, itu adalah paket kontrol dan dua bit sisanya menunjukkan tipenya.
Beberapa protokol ATM (Asynchronous Data Transfer Method) menggunakan bidang HEC untuk mengontrol algoritme pembingkaian berbasis CRC yang dapat menemukansel tanpa biaya tambahan. CRC 8-bit digunakan untuk mengoreksi kesalahan header bit tunggal dan mendeteksi kesalahan multi-bit. Ketika yang terakhir ditemukan, sel saat ini dan sel berikutnya dibuang sampai sel ditemukan tanpa kesalahan header.
Paket UNI mencadangkan bidang GFC untuk kontrol aliran lokal atau sub-multipleks antar pengguna. Ini dimaksudkan untuk memungkinkan beberapa terminal berbagi koneksi jaringan tunggal. Itu juga digunakan untuk mengaktifkan dua telepon jaringan digital layanan terintegrasi (ISDN) untuk berbagi koneksi ISDN dasar yang sama pada kecepatan tertentu. Keempat bit GFC harus nol secara default.
Format sel NNI mereplikasi format UNI dengan cara yang hampir sama, kecuali bahwa bidang GFC 4-bit dialokasikan kembali ke bidang VPI, memperluasnya menjadi 12 bit. Jadi satu koneksi ATM NNI dapat menangani hampir 216 VC setiap kali.
Sel dan transmisi dalam praktik
Apa arti ATM dalam praktiknya? Ini mendukung berbagai jenis layanan melalui AAL. AAL standar termasuk AAL1, AAL2, dan AAL5, serta AAC3 dan AAL4 yang kurang umum digunakan. Jenis pertama digunakan untuk layanan bit rate konstan (CBR) dan emulasi sirkuit. Sinkronisasi juga didukung di AAL1.
Tipe kedua dan keempat digunakan untuk layanan kecepatan bit variabel (VBR), AAL5 untuk data. Informasi tentang AAL mana yang digunakan untuk sel tertentu tidak dikodekan di dalamnya. Sebaliknya, itu dikoordinasikan atau disesuaikan dengantitik akhir untuk setiap koneksi virtual.
Setelah desain awal teknologi ini, jaringan menjadi jauh lebih cepat. Frame Ethernet full-length 1500-byte (12000 bit) hanya membutuhkan 1,2 s untuk mengirim pada jaringan 10 Gbps, mengurangi kebutuhan sel kecil untuk mengurangi latensi.
Apa kekuatan dan kelemahan hubungan seperti itu?
Kelebihan dan kekurangan teknologi jaringan ATM adalah sebagai berikut. Beberapa percaya bahwa meningkatkan kecepatan komunikasi akan memungkinkannya digantikan oleh Ethernet di jaringan backbone. Namun, perlu dicatat bahwa meningkatkan kecepatan dengan sendirinya tidak mengurangi jitter karena antrian. Selain itu, perangkat keras untuk menerapkan adaptasi layanan untuk paket IP mahal.
Pada saat yang sama, karena muatan tetap 48 byte, ATM tidak cocok sebagai tautan data langsung di bawah IP, karena lapisan OSI tempat IP beroperasi harus menyediakan unit transmisi maksimum (MTU) sebesar minimal 576 byte.
Pada koneksi yang lebih lambat atau padat (622 Mbps ke bawah), ATM masuk akal, dan untuk alasan ini sebagian besar sistem saluran pelanggan digital asimetris (ADSL) menggunakan teknologi ini sebagai lapisan perantara antara lapisan tautan fisik dan protokol Lapisan 2 seperti PPP atau Ethernet.
Pada kecepatan yang lebih rendah ini, ATM menyediakan kemampuan yang berguna untuk membawa banyak logika pada satu media fisik atau virtual, meskipun ada metode lain seperti multi-channelPPP dan Ethernet VLAN, yang opsional dalam implementasi VDSL.
DSL dapat digunakan sebagai cara untuk mengakses jaringan ATM, memungkinkan Anda untuk terhubung ke banyak ISP melalui jaringan ATM broadband.
Jadi, kelemahan teknologi ini adalah kehilangan efektivitasnya dalam koneksi modern berkecepatan tinggi. Keuntungan dari jaringan seperti itu adalah meningkatkan bandwidth secara signifikan, karena menyediakan koneksi langsung antara berbagai perangkat periferal.
Selain itu, dengan satu koneksi fisik menggunakan ATM, beberapa sirkuit virtual yang berbeda dengan karakteristik yang berbeda dapat beroperasi secara bersamaan.
Teknologi ini menggunakan alat manajemen lalu lintas yang cukup kuat yang terus berkembang saat ini. Hal ini memungkinkan untuk mengirimkan data dari jenis yang berbeda pada saat yang sama, bahkan jika mereka memiliki persyaratan yang sama sekali berbeda untuk mengirim dan menerimanya. Misalnya, Anda dapat membuat lalu lintas menggunakan protokol yang berbeda pada saluran yang sama.
Dasar-dasar sirkuit virtual
Asynchonous Transfer Mode (singkatan untuk ATM) beroperasi sebagai lapisan transport berbasis tautan menggunakan sirkuit virtual (VC). Hal ini terkait dengan konsep virtual path (VP) dan channel. Setiap sel ATM memiliki 8-bit atau 12-bit Virtual Path Identifier (VPI) dan 16-bit Virtual Circuit Identifier (VCI),didefinisikan di header-nya.
VCI, bersama dengan VPI, digunakan untuk mengidentifikasi tujuan berikutnya dari sebuah paket saat melewati serangkaian sakelar ATM dalam perjalanannya ke tujuannya. Panjang VPI bervariasi tergantung pada apakah sel dikirim melalui antarmuka pengguna atau antarmuka jaringan.
Saat paket-paket ini melewati jaringan ATM, switching terjadi dengan mengubah nilai VPI/VCI (mengganti tag). Meskipun mereka tidak selalu cocok dengan ujung koneksi, konsep skemanya berurutan (tidak seperti IP, di mana paket apa pun dapat mencapai tujuannya dengan rute yang berbeda). Sakelar ATM menggunakan bidang VPI/VCI untuk mengidentifikasi sirkuit virtual (VCL) dari jaringan berikutnya yang harus dilalui sel dalam perjalanannya ke tujuan akhirnya. Fungsi VCI mirip dengan Data Link Connection Identifier (DLCI) di frame relay dan nomor grup saluran logis di X.25.
Keuntungan lain menggunakan sirkuit virtual adalah bahwa mereka dapat digunakan sebagai lapisan multiplexing, memungkinkan layanan yang berbeda (seperti suara dan frame relay) untuk digunakan. VPI berguna untuk mengurangi tabel switching dari beberapa sirkuit virtual yang berbagi jalur.
Menggunakan sel dan sirkuit virtual untuk mengatur lalu lintas
Teknologi ATM mencakup pergerakan lalu lintas tambahan. Saat sirkuit dikonfigurasi, setiap sakelar di sirkuit diinformasikan tentang kelas koneksi.
Kontrak lalu lintas ATM adalah bagian dari mekanismemenyediakan "kualitas layanan" (QoS). Ada empat tipe utama (dan beberapa varian), yang masing-masing memiliki serangkaian parameter yang menjelaskan koneksi:
- CBR - kecepatan data konstan. Specified Peak Rate (PCR) yang ditetapkan.
- VBR - kecepatan data variabel. Nilai rata-rata atau kondisi mapan yang ditentukan (SCR), yang dapat mencapai puncak pada tingkat tertentu, untuk interval maksimum sebelum masalah terjadi.
- ABR - kecepatan data yang tersedia. Nilai jaminan minimum yang ditentukan.
- UBR - kecepatan data tidak ditentukan. Lalu lintas didistribusikan di seluruh bandwidth yang tersisa.
VBR memiliki opsi waktu nyata, dan dalam mode lain digunakan untuk lalu lintas "situasi". Waktu yang salah terkadang disingkat menjadi vbr-nrt.
Kebanyakan kelas lalu lintas juga menggunakan konsep Variasi Toleransi Sel (CDVT), yang mendefinisikan "agregasi" mereka dari waktu ke waktu.
Kontrol transmisi data
Apa yang dimaksud dengan ATM berdasarkan hal di atas? Untuk menjaga kinerja jaringan, aturan lalu lintas jaringan virtual dapat diterapkan untuk membatasi jumlah data yang ditransfer di titik masuk koneksi.
Model referensi yang divalidasi untuk UPC dan NPC adalah Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). Sebagai aturan, lalu lintas VBR biasanya dikontrol menggunakan pengontrol, tidak seperti jenis lainnya.
Jika jumlah data melebihi lalu lintas yang ditentukan oleh GCRA, jaringan dapat mengatur ulangsel, atau tandai bit Cell Loss Priority (CLP) (untuk mengidentifikasi paket sebagai berpotensi berlebihan). Pekerjaan keamanan utama didasarkan pada pemantauan berurutan, tetapi ini tidak optimal untuk lalu lintas paket yang dienkapsulasi (karena menjatuhkan satu unit akan membatalkan seluruh paket). Akibatnya, skema seperti Partial Packet Discard (PPD) dan Early Packet Discard (EPD) telah dibuat yang mampu membuang seluruh rangkaian sel hingga paket berikutnya dimulai. Ini mengurangi jumlah informasi yang tidak berguna di jaringan dan menghemat bandwidth untuk paket lengkap.
EPD dan PPD bekerja dengan koneksi AAL5 karena mereka menggunakan penanda akhir paket: bit ATM User Interface Indication (AUU) di bidang Payload Type dari header, yang diatur di sel terakhir SAR -SDU.
Pembentukan Lalu Lintas
Dasar-dasar teknologi ATM pada bagian ini dapat direpresentasikan sebagai berikut. Pembentukan lalu lintas biasanya terjadi pada kartu antarmuka jaringan (NIC) di peralatan pengguna. Ini mencoba untuk memastikan bahwa aliran sel pada VC akan sesuai dengan kontrak lalu lintasnya, yaitu unit tidak akan dijatuhkan atau dikurangi prioritasnya di UNI. Karena model referensi yang diberikan untuk manajemen lalu lintas di jaringan adalah GCRA, algoritme ini juga biasa digunakan untuk membentuk dan merutekan data.
Jenis sirkuit dan jalur virtual
Teknologi ATM dapat membuat sirkuit dan jalur virtual sebagaistatis maupun dinamis. Sirkuit statis (STS) atau jalur (PVP) membutuhkan sirkuit yang terdiri dari serangkaian segmen, satu untuk setiap pasangan antarmuka yang dilaluinya.
PVP dan PVC, meskipun secara konseptual sederhana, membutuhkan banyak usaha dalam jaringan besar. Mereka juga tidak mendukung perutean ulang layanan jika terjadi kegagalan. Sebaliknya, SPVP dan SPVC yang dibangun secara dinamis dibangun dengan menentukan karakteristik skema ("kontrak" layanan) dan dua titik akhir.
Akhirnya, jaringan ATM membuat dan menghapus sirkuit virtual yang diaktifkan (SVC) seperti yang dipersyaratkan oleh peralatan akhir. Salah satu aplikasi untuk SVC adalah untuk melakukan panggilan telepon individu ketika jaringan switch saling berhubungan melalui ATM. SVC juga digunakan dalam upaya untuk menggantikan LAN ATM.
Skema perutean virtual
Sebagian besar jaringan ATM yang mendukung SPVP, SPVC, dan SVC menggunakan antarmuka Private Network Node atau protokol Private Network-to-Network Interface (PNNI). PNNI menggunakan algoritma jalur terpendek yang sama yang digunakan oleh OSPF dan IS-IS untuk merutekan paket IP untuk pertukaran informasi topologi antara sakelar dan pemilihan rute melalui jaringan. PNNI juga mencakup mekanisme peringkasan yang kuat yang memungkinkan pembuatan jaringan yang sangat besar, serta algoritma Kontrol Akses Panggilan (CAC) yang menentukan ketersediaan bandwidth yang cukup di sepanjang rute yang diusulkan melalui jaringan untuk memenuhi persyaratan layanan VC atau VP.
Menerima dan menghubungkan kepanggilan
Jaringan harus membuat koneksi sebelum kedua belah pihak dapat mengirim sel satu sama lain. Di ATM, ini disebut sirkuit virtual (VC). Ini dapat berupa sirkuit virtual permanen (PVC) yang secara administratif dibuat di titik akhir, atau sirkuit virtual yang diaktifkan (SVC) yang dibuat sesuai kebutuhan oleh pihak pengirim. Pembuatan SVC dikendalikan oleh pensinyalan, di mana pemohon menentukan alamat pihak penerima, jenis layanan yang diminta, dan parameter lalu lintas apa pun yang mungkin berlaku untuk layanan yang dipilih. Jaringan kemudian akan mengkonfirmasi bahwa sumber daya yang diminta tersedia dan ada rute untuk koneksi.
Teknologi ATM mendefinisikan tiga tingkatan berikut:
- ATM adaptasi (AAL);
- 2 ATM, kira-kira setara dengan lapisan data link OSI;
- fisik setara dengan lapisan OSI yang sama.
Penerapan dan distribusi
Teknologi ATM menjadi populer di kalangan perusahaan telepon dan banyak produsen komputer pada 1990-an. Namun, bahkan pada akhir dekade ini, harga dan kinerja terbaik produk Internet Protocol mulai bersaing dengan ATM untuk integrasi real-time dan lalu lintas jaringan paket.
Beberapa perusahaan masih fokus pada produk ATM saat ini, sementara yang lain menyediakannya sebagai opsi.
Teknologi Seluler
Teknologi nirkabel terdiri dari jaringan inti ATM dengan jaringan akses nirkabel. Sel di sini ditransmisikan dari stasiun pangkalan ke terminal seluler. fungsiMobilitas dilakukan pada switch ATM di jaringan inti, yang dikenal sebagai "crossover", yang analog dengan MSC (Mobile Switching Center) jaringan GSM. Keuntungan dari komunikasi nirkabel ATM adalah throughput yang tinggi dan tingkat handover yang tinggi dilakukan pada layer 2.
Pada awal 1990-an, beberapa laboratorium penelitian aktif di bidang ini. Forum ATM dibuat untuk standarisasi teknologi jaringan nirkabel. Itu didukung oleh beberapa perusahaan telekomunikasi, termasuk NEC, Fujitsu, dan AT&T. Teknologi mobile ATM bertujuan untuk menyediakan teknologi komunikasi multimedia berkecepatan tinggi yang mampu menyediakan mobile broadband di luar jaringan GSM dan WLAN.
