Asynchronous Transfer Mode
Asynchronous Transfer Mode - ATM ist eine Technik der Datenübertragung, bei der Datenverkehr in kleine Pakete (Zellen oder Slots genannt), mit einer fester Länge (53 Byte) codiert und über asynchrones Zeitmultiplexing übertragen wird. Die Zellen- Technik hat im Vergleich zu Übertragungstechniken mit variabler Paketgröße (z.B. Ethernet) den Vorteil, dass die Zellen durch so genanntes "Zell-Relay" effizienter weitergeleitet werden können. Im Gegensatz zur Ethernet – oder TCP/IP-Technik, die in Lastsituationen zu unberechenbaren Ergebnissen führen kann, bietet ATM Garantien hinsichtlich effektiver Bitrate, Delay (Verzögerung) und Jitter (Schwankungen), was gewöhnlich als QoS (Quality of Service) bezeichnet wird.
Inhaltsverzeichnis
Eigenschaften
ATM ist eine verbindungsorientierte Übertragunstechnik. In einem ATM-Netz werden die Nutzdaten in Zellen mit konstanter Größe verpackt und mit einem Header mit Steuerinformationen versehen. Der Versand der Daten erfolgt unabhängig vom Netztakt. ATM setzt in den meisten Fällen als Trägerprotokoll für die Übertragung auf Synchrone Digitale Hierarchie (SDH) und Synchronous Optical Network (SONET), jedoch auch FDDI, E1, UTP. Je nach Trägerprotokoll und Hardware lassen sich damit Übertragunsgeschwindigkeiten von 1,5 bis 622 MBit/s realisieren. Aus Sicht von ATM gibt es keine Geschwindigkeitsbeschränkung, solange die physikalische Schnittstelle dafür verfügbar ist. Nicht benötigte Kapazitäten werden bei ATM mit Leerzellen aufgefüllt, diese haben ein Flag im Header, der sie als solche markiert. Diese Pakete können von anderen Teilnehmern des Netzes auch "überschrieben" werden und so für die eigene Verbindung genommen werden. Durch diese Möglichkeit steigt der Durchsatz des anderen Teilnehmers.
Fehlerbehandlung
In ATM wurde keine der gängigen Fehlerbehandlungen eingeführt, da diese entweder für Hochgeschwindigkeitsprotokolle ungeeignet sind oder durch zuviele zusätzliche Daten ausgezeichnet haben. Daher wurde diese Tätigkeit den höheren Protokollebenen überlassen.
Adressierung
Die Adressierung bei ATM erfolgt über hierarchische Nummern, ähnlich einer Telefonnummer. Diese werden in dem Standard E.164 festgelegt und auch nach ihr benannt.
Header
Es gibt den User-Network-Interface (UNI) und Network-Network-Interface (NNI) Header. Die Verwendung der einzelnen Header hängt von den verwendeten Schnittstellen ab. UNI wird für die Kommunikation zwischen Endgerät (User) und Schnittstelle des Netzbetreibers (Network) verwendet, wogegen NNI nur für die Kommunikation der Netzgeräte verwendet wird (Cross Connect).
Diagramm einer UNI-Zelle
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| GFC | VPI | ||||||
| VPI | VCI | ||||||
| VCI | |||||||
| VCI | PT | CLP | |||||
| HEC | |||||||
| |||||||
Diagramm einer NNI-Zelle
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| VPI | |||||||
| VPI | VCI | ||||||
| VCI | |||||||
| VCI | PT | CLP | |||||
| HEC | |||||||
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Generic Flow Control (GFC)
Für den Fall, daß ATM-Zellen auf Shared-Media-LANs übertragen werden und eine LAN-typische Medien-Zugriffs-Kontrolle nötig ist, kann das GFC-Feld verwendet werden. Verkehrssteuerung zwischen Endgerät und Netzknoten. Unterscheidung von ungesteuerten, gesteuerten und steuernden Geräten. Bei Nichtverwendung werden die Bits auf 0 gesetzt.
Virtual Path Identifier (VPI)
Kennung für die Vermittlung (Cross-Connect) der Zelle.
Virtual Channel Identifier (VCI)
Kennung für die Zustellung der Zelle.
Payload Type (PT)/Payload Type Identifier (PTI)
Angabe über Inhalt der Zelle. Z.B. Nutzdaten oder Verwaltungsinformationen.
| ID | Payload Type |
| 000 | Benutzer-Zelle, keine Überlast festgestellt, SDU-Type = 0 |
| 001 | Benutzer-Zelle, keine Überlast festgestellt, SDU-Type = 1 |
| 010 | Benutzer-Zelle, Überlast festgestellt, SDU-Type = 0 |
| 011 | Benutzer-Zelle, Überlast festgestellt, SDU-Type = 1 |
| 100 | Segment OAM F5 Zelle |
| 101 | End-to-End OAM F5 Zellen |
| 110 | Lastmanagement |
| 111 | (reserved) |
Cell Loss Priority (CLP)
Bei CPL = 1 wird in Stausituationen die Zelle verworfen. Durch diesen Verlust muss die Zelle neu angefordert werden, was zu einem sinkenden Datandurchsatz führt. Innerhalb einer Sprachverbindung würde man ein Knacksen hören. Dies sind regelmäßig Zellen, die ein Endgerät über die zulässige Datenrate (CIR, committed information rate) hinaus sendet, und die dann vom ATM-Netz-Zugangs-Knoten an der UNI-Schnittstelle mit CLP=1 gekennzeichnet werden. Solange ein Endgerät innerhalb der CIR sendet, bleibt CLP=0 bestehen.
Header Error Control (HEC)
Dieses Feld dient der Fehlererkennung im Header. Ein einzelnes fehlerhaftes Bit kann in Knoten direkt korrigiert werden. Weitere Fehler führen zum Verwerfen der ganzen Zelle. Neue ATM-Knoten verwenden die HEC um sich auf die Zellgrenzen zu synchronisieren.
Payload
Daten der Zelle, dies können zusätzliche Steuerdaten (PCI) der ATM-Anpassungs-Schichten (AAL)
Layer
Physical Layer
Der Physical Layer ist für die Abgrenzung der Zellen zuständigm sowie die Generierung und Verifizierung der HEC. Desweiteren bindet er ATM an das Trägerprotokoll an
ATM Layer
Der ATM Layer ist für die Flusskontrolle und die Generierung bzw. Extraktion der Headerdaten verantwortlich. Desweiteren kontrolliert/übersetzt es die VPI und VCI Angaben und de-/multiplext die Zellen. Die Einstufung der Zellen (Payload) sowie Tarffic shaping und policing erfolt auch in dieser Schicht.
ATM Adaption Layer
Die AAL ist fr die Segmentierung und das Zusammenserzen der Daten zuständig sowie die Konvergenzfunktionen.
Verbindungsaufbau/-abbau
Beim Aufbau der ATM-Verbindung wird vom Sender eine Signalisierungszelle mit Zielinformationen und der gewünschten Netzkapazität an den Empfänger geschickt. Dabei wird die Route für die nachfolgenden Zellen festgelegt und zwischen dem Endsystem und dem Switch des Dienstanbieters ein Verkehrsvertrag vereinbart. Dort ist die Dienstklasse und die Bandbreite geregelt. Diesen Vorgang nett man auch Signalisierung. Anhand des Verkehrsvertrages überwacht das Endgerät und die Verkehrssteuerung des Dienstanbieters die Einhaltung der Übertragungsparameter aus dem Verkehrsvertrag. Die Informationen im Verkehrsvertrag werden in den Netzknoten gespeichert und nicht in den Headern der Zellen. So lassen sich viele beliebige und lange Routen definieren. Nach Abbau der Verbindung werden die Einträge aus den Switches gelöscht.
Netzaufbau
Das ATM-Netz besteht aus Netzknoten und den Verbindungen (NNI / P-NNI) zwischen diesen Netzknoten, sowie den Endgeräten. Innerhalb der Netzknoten sind viele Funktionen fest verdrahtet (hardwaremäßig). Damit vermeidet man Übertragungsverzögerungen. Das UNI (User Network Interface) ist die Schnittstelle vom Netzknoten zum Anwender. Das NNI (Network Node Interface) bildet die Schnittstelle zwischen den Netzknoten (Cross-Connect). Das B-ICI (Broadband Inter Carrier Interface) verbindet die öffentlichen Netze der Netzbetreiber miteinander. Das ATM-Netz lässt sich auf einer Vielzahl von Übertragungssystemen aufbauen z.B. E1, SHD oder SONET.
Anwendung
- Classical IP over ATM (CLIP)
- Multiprotocol Lable Switching (MPLS)
- Next Hop Resolution Server (NHRS)
- Multicast Adress Resolution Server (MARS)
- LAN Emulation (LAN-E)
- Multiprotocol over ATM (MPOA)
- Private Network to Network Interface (PNNI)
- Träger- und Providernetze (LAN/MAN/GAN)
- Breitband ISDN
Vorteile von ATM
Durch die Verwendung von Zellen hat ATM eine vorhersehbare Transportzeit und die Netzwerkkomponenten lassen sich so einfacher bauen, da die Speicher maximal 53 Byte aufnehmen müssen. Durch Multiplexing können die Netzwerk und Switchingressourcen sehr gut ausgenutzt werden. Außerdem eignet es sich durch die Qualty of Service Unterstützung auch sehr gut für Multimediadienste.
