La technologie ATM est un concept de télécommunications défini par les normes internationales pour transporter l'ensemble du trafic des utilisateurs, y compris les signaux vocaux, de données et vidéo. Il a été développé pour répondre aux besoins d'un réseau numérique de services haut débit et a été conçu à l'origine pour l'intégration des réseaux de télécommunication. L'abréviation ATM signifie Mode de transfert asynchrone et est traduite en russe par "transfert de données asynchrone".
La technologie a été créée pour les réseaux qui doivent gérer à la fois le trafic de données haute performance traditionnel (tel que le transfert de fichiers) et le contenu en temps réel à faible latence (tel que la voix et la vidéo). Le modèle de référence pour l'ATM correspond approximativement aux trois couches inférieures de l'ISO-OSI: réseau, liaison de données et physique. ATM est le principal protocole utilisé sur les circuits SONET/SDH (réseau téléphonique public commuté) et RNIS (Integrated Services Digital Network).
Qu'est-ce que c'est ?
Que signifie ATM pour une connexion réseau ? Elle fournitfonctionnalité similaire à la commutation de circuits et aux réseaux à commutation de paquets: la technologie utilise le multiplexage temporel asynchrone et code les données en petits paquets de taille fixe (trames ISO-OSI) appelées cellules. Ceci est différent des approches telles que le protocole Internet ou Ethernet, qui utilisent des paquets et des trames de taille variable.
Les principes de base de la technologie ATM sont les suivants. Il utilise un modèle orienté connexion dans lequel un circuit virtuel doit être établi entre deux points d'extrémité avant que la communication réelle puisse commencer. Ces circuits virtuels peuvent être « permanents », c'est-à-dire des connexions dédiées généralement préconfigurées par le fournisseur de services, ou « commutables », c'est-à-dire configurables pour chaque appel.
Le mode de transfert asynchrone (ATM signifie anglais) est connu comme la méthode de communication utilisée dans les distributeurs automatiques de billets et les terminaux de paiement. Cependant, cette utilisation diminue progressivement. L'utilisation de la technologie dans les guichets automatiques a été largement remplacée par le protocole Internet (IP). Dans la liaison de référence ISO-OSI (couche 2), les dispositifs de transmission sous-jacents sont communément appelés trames. En ATM, elles ont une longueur fixe (53 octets ou octets) et sont spécifiquement appelées "cellules".
Taille de cellule
Comme indiqué ci-dessus, le décryptage ATM est un transfert de données asynchrone effectué en les divisant en cellules d'une certaine taille.
Si le signal vocal est réduit à des paquets, et qu'ilsobligés d'être envoyés sur une liaison à fort trafic de données, quelle que soit leur taille, ils rencontreront de gros paquets à part entière. Dans des conditions d'inactivité normales, ils peuvent subir des retards maximaux. Pour éviter ce problème, tous les paquets ou cellules ATM ont la même petite taille. De plus, la structure cellulaire fixe signifie que les données peuvent être facilement transférées par le matériel sans les retards inhérents introduits par les trames commutées et routées par logiciel.
Ainsi, les concepteurs ATM ont utilisé de petites cellules de données pour réduire la gigue (dans ce cas, la dispersion des retards) dans le multiplexage des flux de données. Ceci est particulièrement important lors du transport de trafic vocal, car la conversion de la voix numérisée en audio analogique fait partie intégrante du processus en temps réel. Cela facilite le fonctionnement du décodeur (codec), qui nécessite un flux d'éléments de données uniformément distribué (dans le temps). Si le suivant n'est pas disponible en cas de besoin, le codec n'a d'autre choix que de faire une pause. Plus tard, l'information est perdue car la période de temps où elle aurait dû être convertie en un signal est déjà passée.
Comment l'ATM s'est-il développé ?
Au cours du développement de l'ATM, la hiérarchie numérique synchrone (SDH) à 155 Mbps avec une charge utile de 135 Mbps était considérée comme un réseau optique rapide, et de nombreuses liaisons de la hiérarchie numérique plésiochrone (PDH) du réseau étaient nettement plus lentes (pas plus de 45 Mbps /Avec). ÀÀ ce rythme, un paquet de données standard de 1 500 octets (12 000 bits) devrait être téléchargé en 77,42 microsecondes. Sur une liaison à faible vitesse telle qu'une ligne T1 à 1,544 Mbps, il fallait jusqu'à 7,8 millisecondes pour transmettre un tel paquet.
Le délai de téléchargement causé par plusieurs de ces paquets dans la file d'attente peut dépasser plusieurs fois le nombre de 7,8 ms. Ceci est inacceptable pour le trafic vocal, qui doit avoir une faible gigue dans le flux de données introduit dans le codec pour produire un son de bonne qualité.
Le système de voix par paquets peut le faire de plusieurs manières, par exemple en utilisant un tampon de lecture entre le réseau et le codec. Cela atténue la gigue, mais le retard qui se produit lors du passage dans la mémoire tampon nécessite un annuleur d'écho, même sur les réseaux locaux. À l'époque, c'était considéré comme trop cher. De plus, cela augmentait le délai sur le canal et rendait la communication difficile.
La technologie de réseau ATM fournit intrinsèquement une faible gigue (et une latence globale la plus faible) pour le trafic.
Comment cela aide-t-il avec la connexion réseau ?
La conception ATM est destinée à une interface réseau à faible gigue. Cependant, des "cellules" ont été introduites dans la conception pour permettre de courts délais de file d'attente tout en prenant en charge le trafic de datagrammes. La technologie ATM a divisé tous les paquets, données et flux vocaux en fragments de 48 octets, ajoutant un en-tête de routage de 5 octets à chacun afin qu'ils puissent être réassemblés plus tard.
Ce choix de tailleétait politique, pas technique. Lorsque le CCITT (actuellement ITU-T) a normalisé l'ATM, les représentants américains voulaient une charge utile de 64 octets car elle était considérée comme un bon compromis entre de grandes quantités d'informations optimisées pour la transmission de données et des charges utiles plus courtes conçues pour les applications en temps réel.. À leur tour, les développeurs européens voulaient des paquets de 32 octets car la petite taille (et donc le temps de transmission court) facilite la tâche des applications vocales en termes d'annulation d'écho.
La taille de 48 octets (plus la taille de l'en-tête=53) a été choisie comme compromis entre les deux parties. Des en-têtes de 5 octets ont été choisis car 10 % de la charge utile étaient considérés comme le prix maximum à payer pour les informations de routage. La technologie ATM a multiplexé des cellules de 53 octets, ce qui a réduit la corruption et la latence des données jusqu'à 30 fois, réduisant ainsi le besoin d'annuleurs d'écho.
Structure de cellule ATM
ATM définit deux formats de cellule différents: interface réseau utilisateur (UNI) et interface réseau (NNI). La plupart des liaisons de réseau ATM utilisent des UNI. La structure de chacun de ces packages se compose des éléments suivants:
- Le champ Generic Flow Control (GFC) est un champ de 4 bits qui a été initialement ajouté pour prendre en charge l'interconnexion ATM dans le réseau public. Topologiquement, il est représenté comme un anneau DQDB (Distributed Queue Dual Bus). Le champ GFC a été conçu pour quefournir 4 bits d'interface utilisateur-réseau (UNI) pour négocier le multiplexage et le contrôle de flux entre les cellules de différentes connexions ATM. Cependant, son utilisation et ses valeurs exactes n'ont pas été normalisées et le champ est toujours défini sur 0000.
- VPI - identifiant de chemin virtuel (UNI 8 bits ou NNI 12 bits).
- VCI - identifiant de canal virtuel (16 bits).
- PT - type de charge utile (3 bits).
- MSB - cellule de contrôle du réseau. Si sa valeur est 0, un paquet de données utilisateur est utilisé et, dans sa structure, 2 bits correspondent à l'indication explicite de congestion (EFCI) et 1 correspond à l'expérience de congestion du réseau. De plus, 1 bit supplémentaire est alloué à l'utilisateur (AAU). Il est utilisé par AAL5 pour indiquer les limites des paquets.
- CLP - priorité de perte de cellule (1 bit).
- HEC - contrôle d'erreur d'en-tête (CRC 8 bits).
Le réseau ATM utilise le champ PT pour désigner diverses cellules spéciales à des fins d'exploitation, d'administration et de gestion (OAM) et pour définir les limites des paquets dans certaines couches d'adaptation (AAL). Si la valeur MSB du champ PT est 0, il s'agit d'une cellule de données utilisateur et les deux bits restants sont utilisés pour indiquer l'encombrement du réseau et comme bit d'en-tête à usage général disponible pour les couches d'adaptation. Si le MSB est 1, il s'agit d'un paquet de contrôle et les deux bits restants indiquent son type.
Certains protocoles ATM (Asynchronous Data Transfer Method) utilisent le champ HEC pour contrôler un algorithme de cadrage basé sur CRC qui peut trouvercellules sans frais supplémentaires. Le CRC 8 bits est utilisé pour corriger les erreurs d'en-tête à un seul bit et détecter celles à plusieurs bits. Lorsque ces derniers sont trouvés, les cellules actuelles et suivantes sont ignorées jusqu'à ce qu'une cellule soit trouvée sans erreurs d'en-tête.
Le package UNI réserve le champ GFC pour le contrôle de flux local ou le sous-multiplexage entre les utilisateurs. Cela visait à permettre à plusieurs terminaux de partager une seule connexion réseau. Il a également été utilisé pour permettre à deux téléphones RNIS (réseau numérique à intégration de services) de partager la même connexion RNIS de base à une certaine vitesse. Les quatre bits GFC doivent être à zéro par défaut.
Le format de cellule NNI reproduit le format UNI de la même manière, sauf que le champ GFC 4 bits est réaffecté dans le champ VPI, l'étendant à 12 bits. Ainsi, une connexion NNI ATM peut gérer près de 216 VC à chaque fois.
Cellules et transmission en pratique
Que signifie ATM en pratique ? Il prend en charge divers types de services via AAL. Les AAL standardisés incluent AAL1, AAL2 et AAL5, ainsi que les AAC3 et AAL4 moins couramment utilisés. Le premier type est utilisé pour les services à débit binaire constant (CBR) et l'émulation de circuit. La synchronisation est également prise en charge dans AAL1.
Les deuxième et quatrième types sont utilisés pour les services à débit binaire variable (VBR), AAL5 pour les données. L'information sur quelle couche AAL est utilisée pour une cellule donnée n'y est pas codée. Au lieu de cela, il est coordonné ou ajusté pourpoints de terminaison pour chaque connexion virtuelle.
Après la conception initiale de cette technologie, les réseaux sont devenus beaucoup plus rapides. Une trame Ethernet pleine longueur de 1 500 octets (12 000 bits) ne prend que 1,2 µs pour transmettre sur un réseau de 10 Gbit/s, ce qui réduit le besoin de petites cellules pour réduire la latence.
Quelles sont les forces et les faiblesses d'une telle relation ?
Les avantages et les inconvénients de la technologie de réseau ATM sont les suivants. Certains pensent que l'augmentation de la vitesse de communication permettra de la remplacer par Ethernet dans le réseau fédérateur. Cependant, il convient de noter que l'augmentation de la vitesse en elle-même ne réduit pas la gigue due à la file d'attente. De plus, le matériel nécessaire pour mettre en œuvre l'adaptation de service pour les paquets IP est coûteux.
Dans le même temps, en raison de la charge utile fixe de 48 octets, ATM ne convient pas comme liaison de données directement sous IP, car la couche OSI sur laquelle IP fonctionne doit fournir une unité de transmission maximale (MTU) d'au moins 576 octets.
Sur les connexions plus lentes ou encombrées (622 Mbps et moins), l'ATM a du sens, et pour cette raison, la plupart des systèmes de ligne d'abonné numérique asymétrique (ADSL) utilisent cette technologie comme couche intermédiaire entre la couche de liaison physique et le protocole de couche 2 comme PPP ou Ethernet.
À ces vitesses inférieures, ATM offre la capacité utile de transporter plusieurs logiques sur un seul support physique ou virtuel, bien qu'il existe d'autres méthodes telles que le multicanalVLAN PPP et Ethernet, qui sont facultatifs dans les implémentations VDSL.
DSL peut être utilisé comme moyen d'accéder au réseau ATM, vous permettant de vous connecter à de nombreux FAI via un réseau ATM à large bande.
Ainsi, les inconvénients de la technologie sont qu'elle perd de son efficacité dans les connexions modernes à haut débit. L'avantage d'un tel réseau est qu'il augmente considérablement la bande passante, car il fournit une connexion directe entre différents périphériques.
De plus, avec une connexion physique utilisant ATM, plusieurs circuits virtuels différents avec des caractéristiques différentes peuvent fonctionner simultanément.
Cette technologie utilise des outils de gestion du trafic assez puissants qui continuent de se développer à l'heure actuelle. Cela permet de transmettre des données de différents types en même temps, même si elles ont des exigences complètement différentes pour les envoyer et les recevoir. Par exemple, vous pouvez créer du trafic en utilisant différents protocoles sur le même canal.
Principes de base des circuits virtuels
Le mode de transfert asynchrone (abréviation d'ATM) fonctionne comme une couche de transport basée sur des liaisons utilisant des circuits virtuels (VC). Ceci est lié au concept de chemins virtuels (VP) et de canaux. Chaque cellule ATM a un identificateur de chemin virtuel (VPI) de 8 ou 12 bits et un identificateur de circuit virtuel (VCI) de 16 bits,défini dans son en-tête.
VCI, avec VPI, est utilisé pour identifier la prochaine destination d'un paquet lorsqu'il passe par une série de commutateurs ATM sur son chemin vers sa destination. La longueur du VPI varie selon que la cellule est envoyée via l'interface utilisateur ou l'interface réseau.
Lorsque ces paquets traversent le réseau ATM, la commutation se produit en modifiant les valeurs VPI/VCI (en remplaçant les balises). Bien qu'ils ne correspondent pas nécessairement aux extrémités de la connexion, le concept du schéma est séquentiel (contrairement à IP, où tout paquet peut atteindre sa destination par une route différente). Les commutateurs ATM utilisent les champs VPI/VCI pour identifier le circuit virtuel (VCL) du prochain réseau qu'une cellule doit transiter sur son chemin vers sa destination finale. La fonction du VCI est similaire à celle de l'identifiant de connexion de liaison de données (DLCI) dans le relais de trame et le numéro de groupe de canaux logiques dans X.25.
Un autre avantage de l'utilisation de circuits virtuels est qu'ils peuvent être utilisés comme couche de multiplexage, permettant d'utiliser différents services (tels que la voix et le relais de trame). VPI est utile pour réduire la table de commutation de certains circuits virtuels qui partagent des chemins.
Utiliser des cellules et des circuits virtuels pour organiser le trafic
La technologie ATM inclut un mouvement de trafic supplémentaire. Lorsque le circuit est configuré, chaque interrupteur du circuit est informé de la classe de connexion.
Les contrats de trafic ATM font partie du mécanismeassurer la "qualité de service" (QoS). Il existe quatre types principaux (et plusieurs variantes), chacun ayant un ensemble de paramètres qui décrivent la connexion:
- CBR - débit de données constant. Débit de crête spécifié (PCR) qui est fixe.
- VBR - débit de données variable. Valeur moyenne ou d'état stable (SCR) spécifiée, qui peut culminer à un certain niveau, pour l'intervalle maximal avant que les problèmes ne surviennent.
- ABR - débit de données disponible. Valeur minimale garantie spécifiée.
- UBR - débit de données indéfini. Le trafic est réparti sur la bande passante restante.
VBR a des options en temps réel, et dans d'autres modes est utilisé pour le trafic "situationnel". Une heure incorrecte est parfois raccourcie en vbr-nrt.
La plupart des classes de trafic utilisent également le concept de Cell Tolerance Variation (CDVT), qui définit leur "agrégation" dans le temps.
Contrôle de transmission de données
Qu'est-ce que signifie ATM compte tenu de ce qui précède ? Pour maintenir les performances du réseau, des règles de trafic de réseau virtuel peuvent être appliquées pour limiter la quantité de données transférées aux points d'entrée de connexion.
Le modèle de référence validé pour UPC et NPC est le Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). En règle générale, le trafic VBR est généralement contrôlé à l'aide d'un contrôleur, contrairement aux autres types.
Si la quantité de données dépasse le trafic défini par GCRA, le réseau peut soit réinitialiserou marquer le bit Cell Loss Priority (CLP) (pour identifier le paquet comme potentiellement redondant). Le principal travail de sécurité est basé sur la surveillance séquentielle, mais ce n'est pas optimal pour le trafic de paquets encapsulés (car la suppression d'une unité invalidera le paquet entier). En conséquence, des schémas tels que Partial Packet Discard (PPD) et Early Packet Discard (EPD) ont été créés qui sont capables de rejeter toute une série de cellules jusqu'au début du paquet suivant. Cela réduit le nombre d'informations inutiles sur le réseau et économise de la bande passante pour des paquets complets.
EPD et PPD fonctionnent avec les connexions AAL5 car ils utilisent la fin du marqueur de paquet: le bit d'indication d'interface utilisateur ATM (AUU) dans le champ Type de charge utile de l'en-tête, qui est défini dans la dernière cellule du SAR -SDU.
Formation du trafic
Les bases de la technologie ATM dans cette partie peuvent être représentées comme suit. La mise en forme du trafic se produit généralement au niveau d'une carte d'interface réseau (NIC) dans l'équipement utilisateur. Cela tente de s'assurer que le flux de cellules sur le circuit virtuel correspondra à son contrat de trafic, c'est-à-dire que les unités ne seront pas supprimées ou réduites en priorité au niveau de l'UNI. Étant donné que le modèle de référence donné pour la gestion du trafic dans le réseau est GCRA, cet algorithme est également couramment utilisé pour la mise en forme et le routage des données.
Types de circuits et chemins virtuels
La technologie ATM peut créer des circuits et des chemins virtuels commestatiquement que dynamiquement. Les circuits statiques (STS) ou les chemins (PVP) exigent que le circuit se compose d'une série de segments, un pour chaque paire d'interfaces qu'il traverse.
PVP et PVC, bien que conceptuellement simples, nécessitent des efforts considérables dans les grands réseaux. Ils ne prennent pas non plus en charge le réacheminement du service en cas de panne. En revanche, les SPVP et SPVC construits dynamiquement sont construits en spécifiant les caractéristiques d'un schéma (un "contrat" de service) et de deux points de terminaison.
Enfin, les réseaux ATM créent et suppriment des circuits virtuels commutés (SVC) selon les besoins de l'équipement final. Une application pour les SVC est de transporter des appels téléphoniques individuels lorsqu'un réseau de commutateurs est interconnecté via ATM. Les SVC ont également été utilisés pour tenter de remplacer les LAN ATM.
Schéma de routage virtuel
La plupart des réseaux ATM prenant en charge SPVP, SPVC et SVC utilisent l'interface de nœud de réseau privé ou le protocole PNNI (Private Network-to-Network Interface). PNNI utilise le même algorithme de chemin le plus court utilisé par OSPF et IS-IS pour acheminer les paquets IP pour l'échange d'informations de topologie entre les commutateurs et la sélection d'itinéraire à travers le réseau. PNNI comprend également un puissant mécanisme de résumé qui permet la création de très grands réseaux, ainsi qu'un algorithme de contrôle d'accès aux appels (CAC) qui détermine la disponibilité d'une bande passante suffisante le long d'un itinéraire proposé à travers le réseau pour répondre aux exigences de service d'un VC. ou VP.
Recevoir et se connecter àappels
Le réseau doit établir une connexion avant que les deux côtés puissent s'envoyer des cellules. En ATM, cela s'appelle un circuit virtuel (VC). Il peut s'agir d'un circuit virtuel permanent (PVC) créé administrativement aux extrémités ou d'un circuit virtuel commuté (SVC) créé selon les besoins par les parties émettrices. La création d'un SVC est contrôlée par la signalisation, dans laquelle le demandeur spécifie l'adresse de la partie réceptrice, le type de service demandé et tous les paramètres de trafic qui peuvent être applicables au service sélectionné. Le réseau confirmera alors que les ressources demandées sont disponibles et qu'une route existe pour la connexion.
La technologie ATM définit les trois niveaux suivants:
- Adaptations ATM (AAL);
- 2 ATM, à peu près équivalent à la couche liaison de données OSI;
- équivalent physique à la même couche OSI.
Déploiement et distribution
La technologie ATM est devenue populaire auprès des compagnies de téléphone et de nombreux fabricants d'ordinateurs dans les années 1990. Cependant, même à la fin de cette décennie, le meilleur prix et les meilleures performances des produits de protocole Internet ont commencé à rivaliser avec l'ATM pour l'intégration en temps réel et le trafic réseau par paquets.
Certaines entreprises se concentrent encore sur les produits ATM aujourd'hui, tandis que d'autres les proposent en option.
Technologie mobile
La technologie sans fil consiste en un réseau central ATM avec un réseau d'accès sans fil. Ici, les cellules sont transmises des stations de base aux terminaux mobiles. Les fonctionsLes mobilités s'effectuent sur un commutateur ATM du coeur de réseau, dit « crossover », qui est analogue au MSC (Mobile Switching Center) des réseaux GSM. L'avantage de la communication sans fil ATM est son débit élevé et son taux de transfert élevé effectué au niveau de la couche 2.
Au début des années 1990, certains laboratoires de recherche étaient actifs dans ce domaine. Le forum ATM a été créé pour normaliser la technologie des réseaux sans fil. Il était soutenu par plusieurs sociétés de télécommunications, dont NEC, Fujitsu et AT&T. La technologie mobile ATM vise à fournir des technologies de communication multimédia à haut débit capables de fournir une large bande mobile au-delà des réseaux GSM et WLAN.
