Sieć ATM (Asynchronous Transfer Mode) umożliwia przesyłanie danych tekstowych, graficznych oraz multimedialnych. Różnorodność charakterystyk przepływu danych ma swoje odbicie w definicji klas usług ATM.

ATM Traffic Management 4.0

Nawiązanie połączenia

W sieci dynamicznej ATM (opartej o protokół PNNI i połączenia SVC) przed zainicjowaniem transferu danych musi zostać zestawione połączenie pomiędzy stacją nadawczą a odbiorczą. W tym celu stacja końcowa wysyła wiadomość setup, zawierającą adres ATM stacji odbiorczej. Definiuje też pożądaną przez stację (aplikację) przepustowość oraz parametry określające jakość transmisji QoS. Wiadomość ta jest przesyłana do najbliższego przełącznika ATM, który transmituje ją do kolejnego przełącznika ATM lub do stacji odbiorczej, jeżeli jest z nią bezpośrednio połączony. Ostatni przełącznik, znajdujący się na trasie połączenia, przesyła wiadomość do stacji odbiorczej. Jeżeli stacja odbiorcza wyraża zgodę na realizacje połączenia, wówczas tą samą ścieżką transmisyjną, którą przybyło zapytanie o połączenie, wysyła wiadomość connect.

Po odebraniu potwierdzenia i uzgodnieniu warunków połączenia stacja nadawcza może zacząć wysyłanie danych. Jeżeli stacja odbiorcza nie zgadza się na zestawienie połączenia wysyła wiadomość release, która jest również używana do rozłączenia połączenia po zakończeniu transmisji danych. Za wyznaczenie trasy od stacji nadawczej do stacji odbiorczej, zgodnie z adresem podanym w nagłówku komórki, odpowiedzialny jest protokół PNNI. Połączenia pomiędzy nadawcą i odbiorcą rozpoznawane są przez wartości identyfikatorów ścieżek/kanałów logicznych.

Po nawiązaniu połączenia ATM, tj. po ustaleniu wartości parametrów połączenia wirtualnego (VCC), klasy usług oraz wymaganej jakości usług QoS, może rozpocząć się transmisja danych. Dane są przesyłane poprzez kanały (VC) i ścieżki wirtualne (VP).

Zarządzanie ruchem

Główną rolą zarządzania ruchem w sieciach ATM jest protekcja sieci i systemu końcowego (ES) przed natłokiem w celu osiągnięcia najwyższej wydajności sieci. Dodatkową rolą jest promocja efektywnego użycia zasobów sieciowych.

W tym celu został określony zbiór pięciu kategorii usług w TM 4.0. Dla każdej z nich jest podany zestaw parametrów dla opisania ruchu przesyłanego w sieci oraz wymagany QoS (Quality of Service) od sieci. W tym celu też zdefiniowana została pewna liczba mechanizmów sterowania ruchem, które sieć może wykorzystać w celu osiągnięcia zadań QoS.

Aby osiągnąć zadania QoS, następujące mechanizmy mogą być użyte w celu zarządzania i kontrolowania ruchem i natłokiem w sieci ATM, przy czym odpowiednie ich kombinacje zależą od kategorii usługi:

Connection Admission Control (CAC) - jest zdefiniowany jako zbiór akcji wykonywanych przez sieć w fazie zestawiania połączenia, w celu określenia czy żądane połączenie może być zaakceptowane lub czy powinno zostać odrzucone.

Sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym (feedback control) - jest zdefiniowany jako zbiór akcji wykonywanych przez sieć i system końcowy (ES) w celu regulacji ruchu dostarczanego w połączeniu ATM, w zależności od stanu elementów w sieci.

Usage Parameter Control (UPC) - jest zdefiniowany jako zbiór akcji wykonywanych przez sieć dla monitorowania i sterowania ruchem w miejscu dostępu sytemu końcowego do sieci. Głównym jego celem jest ochrona zasobów sieci przed złośliwym jak i nieumyślnym złym zachowaniem, które może wpłynąć na QoS innych już zestawionych połaczeń, poprzez wykrywanie złamania wynegocjowanych parametrów i wzięcie stosownych akcji. Akcje takie mogą zawierać odrzucznie i tagowanie komórek.

Kontrola Cell Loss Priority (CLP) - dla niektórych kategorii usług system końcowy może generować przepływ ruchu komórek z oznaczaniem CLP. Sieć może takie oznaczenie obsłużyć przezroczyście (tzn. nie brak pod uwagę) lub traktować jako znaczące (ważne), czyli selektywnie odrzucać komórki z niższym priorytetem w celu ochrony, tak szybko jak to możliwe, parametrów QoS komórek z wyższym priorytetem.

Traffic Shaping - (kształtowanie ruchu) - mechanizm ten może być zastosowany do osiągnięcia wymaganych modyfikacji charakterystyk ruchu.

Network Resource Management (NRM) - architektura usług umożliwia logiczną separację połączeń zgodnie z charakterystykami usług. Chociaż szeregowanie komórek i rezerwacja zasobów są implementacją i właściwością sieci, to mogą być wykorzystane dla zabezpieczenia odpowiedniej izolacji i dostępu do zasobów. ¦cieżki wirtualne (Virtual Paths) są użytecznym narzędziem do zarządzania zasobami.

Odrzucanie ramek (Frame Discard) - Zatłoczona sieć, która musi odrzucić komórki, może odrzucić na poziomie ramki a nie na poziomie komórki.

Kontrola ruchu ABR (ABR Flow Control) - może być użyta do adaptacyjnego współdzielenia dostępnych zasobów między uczestniczących w ruchu użytkowników.

Inne funkcje, które mogą być w przyszłości zastosowane.

Typy usług ATM

W sieciach ATM (Asynchronous Transfer Mode) zdefiniowano następujące typy usług:

- CBR (ang. Constant Bit Rate) usługa ATM o stałej szybkości bitowej - opracowana dla źródeł ruchu wymagającego stałej szybkości transmisji w czasie trwania połączenia, np. przesyłanie cyfrowych sygnałów mowy;

- VBR (ang. Variable Bit Rate) usługa ATM o zmiennej szybkości bitowej - przewidziana dla źródeł ruchu generujących komórki ATM ze zmienną, ale ograniczoną maksymalną intensywnością transmisji i wymagających gwarantowanego poziomu jakości usługi. Usługa ta jest podzielona na dwa typy:

- rt-VBR (ang. Real-Time Variable Bit Rate) - usługa ATM przewidziana dla źródeł wymagających obsługi w czasie rzeczywistym, np. przesyłanie skompresowanego video;

- nrt-VBR (ang. Non-Real-Time Variable Bit Rate) - usługa ATM przewidziana dla źródeł nie wymagających synchronizmu czasowego w przekazie informacji miedzy źródłem, a odbiornikiem, np. transmisja danych komputerowych;

- ABR (ang. Available Bit Rate) usługa ATM o dostępnej szybkości bitowej - przewidziana dla źródeł o niezdefiniowanej szybkości transmisji, umożliwiająca użytkownikowi wykorzystanie, w danym momencie, całej dostępnej przepustowości kanału do realizacji, np. transferu plików. Zastosowano tutaj mechanizm kontroli przeciążeń sieci (realizowany przez bit EFCI w nagłówku komórki lub komórkę RM - Resource Management), który zapobiega utracie danych w momentach wzmożonego ruchu. Mechanizm kontroli przeciążeń po stwierdzeniu, że w sieci jest przeciążenie, zmusza systemy końcowe do zmniejszenia ilości lub wręcz wstrzymania transferu danych. Usługę ABR określa się jako typ połączenia o negocjowanej przepustowości.

- UBR (ang. Unspecified Bit Rate) usługa ATM o niezdefiniowanej szybkości bitowej - przewidziana dla źródeł o niezdefiniowanej szybkości transmisji realizujących nieregularny transfer dużych porcji informacji, w miarę dostępności łącza. Aplikacja będąca źródłem nie interesuje się, czy i kiedy dane dotrą do celu.

- GFR (ang. Generic Frame Rate) - usługa podobna do VBR, ale główną miarą nie są komórki a przesyłane ramki, wymaga zastosowania mechanizmów odrzucania ramek. 

Biorąc pod uwagę typ połączenia, potrzebę lub nie synchronizacji, a także szybkość transmisji można wyróżnia kilka klas usług, które są przedstawione na rys.1.

Rys. 1 Typy klas ruchu.

Każda klasa związana jest z jedną z warstw adaptacji ATM (Asynchronous Transfer Mode). Wyróżniamy następujące klasy usług w standardzie ATM :

- klasa A, obejmuje usługi połączeniowe realizowane ze stałą szybkością transmisji - CBR; jest ona stosowana przy przesyłaniu obrazów video i głosu.

- klasa B, dotyczy usług połączeniowych, umożliwiających przesyłanie głosu i obrazów video ze zmienną chwilową prędkością transmisji - VBR.

- klasa C, obejmuje usługi połączeniowe, oferowane ze zmienną chwilową prędkością transmisji i bez synchronizacji czasowej. Klasa ta jest odpowiednia dla usług świadczonych przez X.25, Frame Relay i TCP/IP.

- klasa D, dotyczy usług bezpołączeniowych, gdy przepływ danych odbywa się ze zmienną prędkością i nie jest wymagana synchronizacja czasowa, jak np. podczas przesyłania pakietów w sieciach LAN.

W tabeli przedstawiono klasy usług w prostszej postaci: 

Deskryptory ruchu i jakość usług QoS w ATM

W fazie zestawiania połączenia ATM (Asynchronous Transfer Mode) użytkownik podaje wartość żądanego pasma oraz deklaruje wartości wybranych parametrów ruchowych. Do parametrów tych, określanych mianem deskryptorów ruchu (traffic descriptors), zalicza się:

- PCR (ang. Peak Cell Rate) - wartość szczytową szybkości generowania komórek ATM definiowaną jako maksymalną intensywność generowania komórek przez źródło;

- SCR (ang. Sustainable Cell Rate) - wartość graniczna średniej szybkości generowania komórek ATM określającą górną granice wartości średniej intensywności generowania komórek liczonej w odpowiednio długim czasie;

- CDV (ang. Cell Delay Variation Tolerance) - tolerancje zmienności opóźnienia komórki ATM określającą dopuszczalną różnice czasu przyjścia komórki od jej teoretycznego czasu przyjścia do systemu;

- MBS (ang. Maximum Burst Size) - maksymalną liczbę komórek ATM w paczce określaną, gdy źródło transmituje komórki z szybkością równą PCR;

- MCR (ang. Minimum Cell Rate) - minimalną szybkość transmisji komórki ATM określającą minimalną szybkość transmisji komórek ze źródła.

W oparciu o powyższe deskryptory ruchu sieć ATM (Asynchronous Transfer Mode) uruchamia dla każdego połączenia GCRA (ang. Generic Cell Rate Algorithm) - algorytm określający poprawność dotrzymania kontraktu opiera się przeważnie na pomiarach przepustowości oraz jej przyrostu w jednostce czasu.

Podczas nawiązywania połączenia ATM ustalane są również wartości parametrów jakości usługi QoS (ang. Quality of Service):

- Max CTD (ang. Maximum Cell Transfer Delay) - maksymalne opóźnienie przesyłania komórki ATM przez sieć ATM (Asynchronous Transfer Mode) , które mierzone jest od chwili rozpoczęcia transmisji pierwszego bitu komórki na wejściu sieci do chwili odebrania ostatniego bitu komórki na wyjściu sieci dla danego połączenia;

- CDV (ang. Cell Delay Variation) - zmienność opóźnienia transmisji komórki ATM określająca różnice pomiędzy największą i najmniejszą wartością CTD;

- CLR (ang. Cell Loss Ratio) - prawdopodobieństwo straty komórki ATM, które określa się jako stosunek liczby zagubionych komórek do liczby komórek wysłanych;

- CER (ang. Cell Error Ratio) - prawdopodobieństwo przekłamania komórki ATM wyrażone jako stosunek liczby przekłamanych komórek do sumy komórek dobrze przesłanych i przekłamanych;

- CMR (ang. Cell Misinsertion Rate) - współczynnik błędnie przesłanych komórek ATM określony jako stosunek liczby błędnie przesłanych komórek do przedziału czasu;

- SECBR (ang. Severely Errored Cell Block Ratio) - prawdopodobieństwo przekłamanych bloków komórek ATM określone przez stosunek liczby bloków przekłamanych do liczby bloków wysłanych, gdzie blok komórek jest sekwencją N komórek wysłanych w danym połączeniu. Blok przekłamany to blok, gdy więcej niż M komórek zostało przekłamanych lub straconych spośród N komórek w danym bloku (M<N).

W sieci statycznej ATM (opartej na połączeniach PVC), za wyznaczenie ścieżki pomiędzy dwoma użytkownikami odpowiedzialny jest administrator sieci, który zestawia na całej ścieżce, krok po kroku, połączenia PVC (nadając im odpowiednie wartości ścieżek i kanałów logicznych), weryfikując zasoby poszczególnych przełączników.