ATM - Asynchronous Transfer Mode
Чтобы понять все преимущества и отличительные черты технологии ATM от других аналогичных протоколов необходимо сначала рассмотреть существующие варианты установления соединений. Для передачи информации любого вида может быть применен один из двух способов организации каналов через телекоммуникационную систему: коммутация пакетов и коммутация каналов. И тот, и другой варианты организации связи имеют как преимущества, так и недостатки.
Коммутация пакетов предусматривает, что передаваемая информация по мере поступления разбивается на пакеты. К каждому пакету добавляется заголовок с адресами отправителя и получателя, а также некоторой другой информацией. После этого пакет отправляется в сеть. На каждом из промежуточных маршрутизаторов, анализируется адрес получателя, после чего выбирается оптимальный исходящий канал для пакета. Решение принимается на основе анализа загрузки каналов данный момент времени, состояния каналов и расстояния до получателя. Так как эта информация не статична и может изменяться с течением времени, то и итоговый маршрут доставки между одной и той же парой устройств может меняться. Также может сложиться ситуация когда в необходимом направлении все каналы будут заняты, в результате чего пакет будет поставлен в очередь на отправку. Таким образом, данный вид коммутации предполагает возможность задержки и не подходит для передачи трафика реального времени, такого как голос. Однако коммутация пакетов позволяет по максимуму использовать пропускную способность каналов, поэтому этот вид коммутации обычно применяется при передаче пакетных данных.
В режиме коммутации каналов между источником и получателем устанавливается соединение на все время передачи. Для него заранее определена полоса пропускания, а также маршрут и они не изменяются до момента разъединения. Вся информация между участниками передачи передается по организованному каналу в пределах зарезервированной полосы. Источник информации заранее знает, что канал не будет изменяться с течением времени, и задержка для передаваемой информации будет неизменна. Коммутация каналов наиболее часто используется для передачи трафика реального времени: голосовые соединения, видеосоединения и т.п.
В существующих телекоммуникационных сетях около 20 лет назад наметились тенденции к передачи трафика различных сервисов в едином канале связи, т.е. сети связи становились мультисервисными. Однако используемые технологии не позволяли гарантировать качество обслуживания (постоянное время задержки и полосу пропускания, высокий процент использования канала связи и т.п.) для разнородного трафика. В это время специалистов в области телекоммуникаций привлек внимание протокол АТМ (Asynchronous Transfer Mode), который был разработан еще в начале 1970-х годов. Данная технология позволяла решить проблему передачи разнородного трафика в единой среде.
АТМ – это протокол соответствующий физическому, канальному и, частично, сетевому уровням модели OSI (Open Systems Interconnection). Хотя АТМ и обладает некоторыми признаками технологии с пакетной коммутацией, все же он является технологией с коммутацией каналов. При этом он сохраняет преимущества обеих технологий: низкие задержки как для коммутации каналов, и высокий процент утилизации ресурсов как для технологии с коммутацией пакетов.
Пример сети АТМ
Обычно АТМ работает в стеке протоколов, например, с Ethernet или IP. Принцип работы АТМ заключается в следующем: информация, поступающая от источника нарезается на кадры равной длины – 48 байт. После этого к пользовательской информации добавляется заголовок несущий служебную информацию: уровень приоритета, номер виртуального соединения, пути и т.п. Также заголовок содержит контрольную сумму заголовка, которая поможет детектировать ошибки в заголовке пакета на приемной стороне. Перед отправкой пакетов в сеть, предварительно устанавливается виртуальное соединение между отправителем и получателем. Для этого устройство инициирующее передачу отправляет специальный служебный пакет, несущий информацию о требуемых характеристиках соединения. Пройдя последовательно от источника до получателя, этот пакет оставляет за собой "след" в виде записей в таблице маршрутизации о характеристиках соединения и требуемом качестве обслуживания. Такая схема установления соединения характерна для временных соединений. Для постоянных соединений записи в таблицу маршрутизации вносятся, обычно, вручную обслуживающим персоналом. После установления соединения пакеты, будут проходить по уже установленному маршруту. Такая схема также полезна тем, что тратиться минимум времени на анализ заголовка пакета в промежуточных устройствах, что обеспечивает минимум загрузки вычислительных мощностей и низкие задержки при передаче. Когда пакет получен, анализируются ошибки в заголовке сообщения, и проводится попытка их восстановления. Полезная информация от ошибок не защищается. Эта функция реализуется протоколами верхних уровней.
К важным преимуществам АТМ относится возможность выбора характеристик качества обслуживания для различных типов трафика. Это позволяет обеспечивать минимальные задержки для трафика реального времени. В тоже время обеспечивается высокая степень использования ресурсов путем заполнения возникающих пауз низкоприоритетным трафиком. В итоге это позволяет по максимуму задействовать ресурсы сети. При всех преимуществах данной технологии АТМ не получила широкого применения. Изначально предполагалось строительство не только локальных, но и глобальных сетей АТМ. Однако из-за высокой стоимости оборудования и необходимости полной замены существующих каналообразующих устройств от строительства крупных сетей АТМ пришлось отказаться.
В сотовых системах связи АТМ получил применение преимущественно в системах сотовой связи 3G, таких как UMTS. Это обусловлено тем, что в сотовых системах связи передается разнородный трафик (голос, пакетные данные, сжатое и несжатое видео), для которых наиболее хорошо подходит АТМ. Большинство производителей позволяют реализовывать практически все интерфейсы на данной технологии: NodeB-RNC, RNC-MSC-S, RNC-SGSN и т.д. Однако многие операторы отдают предпочтение в пользу конкурирующего протокола IP, хотя существует множество реальных примеров где задействован АТМ.
Таким образом, не смотря на угасание интереса к АТМ в последние годы нельзя полностью списывать его со счетов. Предоставляемые преимущества не позволяют полностью отказаться от АТМ в пользу IP. Не исключено, что в ближайшем будущем интерес будет подстегнут вновь с введением новых услуг или изменением структуры трафика.
