ATM (ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE)

1.   GİRİŞ :

 

       ATM teknolojisi, ITU-T nin (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) un,   Genişband Tümleşik Hizmetler Sayısal Şebekesi'ni (B-ISDN) oluşturma çalışmaları kapsamında ortaya çıkmıştır.  ATM özel (private network) veya kamuya ait haberleşme şebekeleri (public network)  üzerinden ses, görüntü ve data aktarma kapasitesine sahiptir.  

 

2. TEMEL PRENSİPLER:

 

            ATM paket anahtarlama esasına göre çalışan bir gönderme modudur.  Burada paketler hücrelerdir.  Her hücre sabit uzunluktadır.  Bu hücreler ATM şebekesi üzerinden hücre başlığında bulunan bilgilerin analiz edilmesi ile hedeflerine ulaşırlar. 

 

            ATM hücresel anahtarlama (cell-switching) ve çoklama (multiplexing) teknolojilerini kullanarak, devre anahtarlamanın sabit gönderme gecikmesi ve kapasite avantajından, paket anahtarlamanın elastikiyet ve verimli trafik akışına olanak sağlayan imkanlarından yararlanan bir sistemdir.

 

            ATM X.25 veya Frame Relay gibi kullanıcının cihazları ile ( iş istasyonları, router ler) şebeke arasındaki arayüzleri (UNI) ve şebeke düğüm noktaları (ATM anahtarları ) arasındaki (NNI) arayüzleri tanımlar.

 

            ATM asenkron mekanizması ile zaman bölmeli çoklama (TDM) kullanan senkron transfer modundan (STM) ayrılır. STM de her kullanıcı için bir zaman dilimi ayrılmıştır. Bu zaman dilimi ister kullanılsın, ister kullanılmasın ayrılan peryod içerisinde (slot) belirli bir kullanıcıya tahsis edilmiştir.  ATM de ise kullanıcıdan gelen istek üzerine slot tahsis edilir.

 

Şekil 1 TDM ve ATM Çoklama Teknikleri

 

            ATM in diğer bir karakteristik özelliği star topolojisini kullanmasıdır.  ATM anahtarlama sistemi sistem içerisinde bir hub gibi davranarak birlikte çalıştığı   cihazlara direk olarak bağlantılar teşkil eder.  Bu yapı, star topolojisinin sağlamış olduğu kolay arıza takibi, şebeke yapısına kolay eklemeler çıkarmalar yapılmasını sağlar.

 

            ATM ilave bir bantgenişliğinin sağlanmasına olanak sağlar. ATM anahtarlama sistemi, toplam hücre transfer hızını (aggregate cell transfer rate)  desteklediği müddetçe ilave bağlantılar yapılabilir.  Sistemin toplam bantgenişliği de bu oranda artar.  Eğer ATM sistemi hücreleri arayüzleri arasında arayüzlerinin tam hızları ile iletebiliyorsa bu durum nonblocking olarak tanımlanır.  Örneğin 155Mbps lık 16 portu olan bir ATM switch in yaklaşık 2.5 Gbps lık bir toplam hücre transfer hızına ihtiyacı vardır.   

 

3.  HÜCRE  YAPISI :

 

ATM de bir hücre, 5 octet[1] lik başlık bilgisi ve 48 octet lik faydalı yük (aktarılması istenen bilgi) den oluşur ve toplam olarak 53 byte (octet) lık bir uzunluktadır.

 

 

Şekil 2 ATM Hücre Yapısı

               

Hücre başlığı ise UNI ve NNI olmak üzere iki çeşit olarak tanımlanmıştır. UNI hücre yapısında şu alanlar bulunur:

 

Şekil 3 UNI Hücre Başlığı

               

         GFC:          Generic flow control, tek bir ATM arayüzünü paylaşan çoklu istasyonlar için.

         VPI :          Virtual Path Identifier, hücrenin bir sonraki istikametini gösterir.

         VCI:           Virtual Channel Identifier, VPI ile birlikte hücrenin ATM switch lerden geçerken istikametinin tanımlanmasında kullanılır.

         PT:              Payload Type, aktarılan hücrenin kullanıcı bilgisi mi yoksa kontrol bilgisi mi taşıdığını gösterir.

         CLP:          Congession loss priority, hücre şebekede sıkışıklık ile karşılaşırsa  daha sonra yeniden gönderilmek üzere şebekeden atılmasına müsaade edilip edilmediğini gösterir.

         HEC:         Header Error Control, hücre başlığının checksum 'mıdır.

 

                NNI hücre yapısı şekil 4 de gösterilmiştir.  Burada GFC yoktur.  GFC ye tahsis edilen alanı da VPI almıştır.

Şekil 4 NNI Hücre Yapısı

 

4.       REFERANS MODELİ :

 

            ATM referans modeli şekil 5 de gösterilmiştir.  Burada ATM katmanı (layer) ve ATM adaptation katmanı , OSI (Open System Interconnection) referans modelindeki data link katmanına benzer.  Fiziksel katman ise OSI fiziksel katmanı ile eşdeğerdir.  Bitlerin fiziksel devre üzerinden alınıp verilmesi, ATM hücre sınırları ve fiziksel gönderme ortamı için paketlerin uygunluğunu takip eder.  Kullanılan bazı standart ortamlar şunlardır; SONET, SDH, DS-3/E3,100 Mbps FDDI ve 155 Mbps yerel fiber ortamı.  Kontrol yüzeyi (control plane) sinyal isteklerini üretme ve yönetmeden sorumludur.  Kullanıcı yüzeyi ise (user plane) verinin iletilmesinin yönetiminden sorumludur.  Higher Layer protokolları ise OSI modelindeki ulaştırma ve uygulama katmanlarının işlevlerini yerine getirirler.

Şekil 5 ATM Referans Modeli

 

     ATM katmanı, irtibatı tesis etmekten ve hücreleri şebeke üzerinden aktarmaktan sorumludur.  Bunun için başlık bilgisini kullanır.  ATM adaptation katmanı ise, paketleri daha yüksek seviyelerdeki protokollerden (Apple Talk, Internet Protocol [IP] gibi) alır ve bunları 48 octet lik ATM faydalı yüklerine dönüştürür.  Birçok ATM AAL tanımlanmış olup özet olarak aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

 

Tablo 1 ATM Adaptation Katmanları

 

Bu protokollerin tanımlamasında ele alınan üç temel parametre vardır.

 

a.         Kaynak ve en son vardığı nokta arasındaki zamanca ilişki;  telefon gibi haberleşmeler gerçek zamanda yapılmalıdır.  Bilgisayarlar arası veri transferinde ise böyle bir zorunluluk yoktur.

 

b.         Veri aktarma Hızı (bit rate); bazı servisler sabit veri aktarma hızına (constant bit rate) gerek duyarlar, bazıları ise değişken veri aktarma hızına (variable bit rate) gerek duyarlar.

 

 

c.         İrtibat Modu; irtibatsız (connectionless)  ve irtibatlı (connection-oriented) (sanal irtibatın tesisini müteakkip) modlar olmak üzere iki çeşittir. 

 

 

5.       ATM ANAHTARLAMA :

 

     ATM Anahtarlama, hücre başlığındaki VPI ve VCI alanlarını kullanarak hücrenin son durağına gidebilmesi için geçmesi gereken bir sonraki parçayı bulur.  Sanal Kanal (virtual channel) sanal devreye eşittir.  Yani her iki terim de haberleşme bağlantısının her iki ucundaki lojik bağlantıyı (fiziksel değil) anlatır.  Sanal yol (virtual path) ise sanal devrelerin ATM üzerine bir grup halinde işlem görebilmesi için lojik olarak

gruplanmasıdır.

 

ATM in temel işlevi, bir port dan aldığı hücreleri VPI ve VCI değerlerine bakarak uygun çıkış portuna yollamaktır.

 

 

 

 

 

Şekil 6 Sanal İrtibatın Sağlanması

 

     Bir örnek verecek olursak, şekil 6 da iki hücre (Cell 1 ve Cell 2) ATM e port 1 üzerinden giriş yapmaktadır.  İlk olarak birinci hücrenin VPI ve VCI değerleri incelenmekte, 6 ve 4 olduğu bulunmaktadır.  Daha sonra anahtarlama tablosuna bakarak 6 ve 4 değerlerine sahip port 1 den alınan hücrelerin, çıkışta üçüncü porta aktarılması gerektiği ortaya çıkmaktadır.  Üçüncü port a aktarılırken VPI ve VCI değerleri 2 ve 9 olacaktır.  ATM hücrenin VPI ve VCI değerlerini 2 ve 9 olarak değiştirerek üçüncü port a gönderecektir.  Benzer şekilde üçüncü port tan giriş yapan hücrelerin de VPI ve VCI değerleri değiştirilerek ikinci port a yollanacaktır.

 

6.       BAĞLANTI ŞEKİLLERİ:

 

ATM iki tip bağlantı tipini desteklemektedir.

 

Ø      Noktadan noktaya (Unicasting)

Ø      Noktadan birçok noktaya (Multicasting)

 

 

 

Bu bağlantı şekillerinin bir karışımı olan Multicast Hizmet birimi ATM şebekelerinde kullanılmaktadır.  Şekil 8 de görüldüğü gibi grup içerisindeki her istasyon hizmet birimi ile noktadan noktaya sanal irtibat kurabilir, hizmet birimi ise her istasyona sanal olarak bağlanabilir (bir noktadan çok noktaya).  Multicast hizmet birimine gönderilen her data seri halde grubun diğer üyelerine dallanarak yollanır.

 

 

 

7.       SİNYALİZASYON:

                Kullanıcı ile şebeke arasındaki kaynakların kullanımı ile ilgili sinyalizasyon ayrı bir sanal kanal üzerinden yapılır.Bu sinyalizasyon ISDN de kullanılan sinyalizasyonun daha gelişmişidir.

 

 

 

8.       SONUÇ:

 

ATM in sağladığı avantajları özetlemek gerekirse:

 

a.       Tek şebeke- ATM bütün haberleşme çeşitleri için (ses,data,video) tek bir şebeke yapısı kullanmaktadır.  Bu haberleşme çeşitleri entegre edilerek yönetim kolaylığı ve verimli şebeke yapısına olanak vermektedir.

b.      Yeni uygulamalara olanak tanıması-yüksek hızı ve entegrasyon özelliği ile multimedya desktop gibi yeni uygulamaların yaratılmasına uygun ortam hazırlamaktadır.

 

c.        Uyumluluk- ATM spesifik bir gönderme ortamı için tasarımlanmadığından, halen kullanılmakta olan bütün fiziksel katmanlar ile uyumludur. ATM, twisted pair,koaksiyel ve fiber kablo üzerinden bağlanabilir.

 

 

d.      Artan biçimde mevcut teknolojiler ile kaynaşma- ATM forumları ve ITU nun gayretleri ile her geçen gün mevcut teknolojilerin ATM in sunduğu avantajlardan yararlanabilmeleri için değişiklikler ve güncellemeler yapmaktadırlar.

 

e.       Kolay Şebeke İdaresi- ATM yerel alan şebekeleri, kampüs/backbone, özel ve kamu geniş alan şebekeleri için standart bir teknoloji geliştirmiştir.  Böylece her seviyedeki şebeke için aynı teknolojiyi kullanan bir şebeke idaresi kullanılmaktadır.

 

 

f.        Uzun ömürlü mimari yapı-  Muhabere ve bilgi sistemleri ATM standartlarına yoğunlaşmışlardır.  ATM, değişik uzaklıklar, kullanıcı sayısı,erişim ve trunk bantgenişliği için ölçülendirilebilir ve elastiki bir yapı sunmaktadır.  Bu nedenle uzun ömürlü olması beklenmektedir.