ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ   Η

 

 

ATM

 

Γενικά

 

Αυτό το έγγραφο είναι μια απόπειρα να παρουσιαστεί με σαφήνεια και με συντομία το τηλεπικοινωνιακό πρότυπο ΑΤΜ στον απλό αναγνώστη καθώς και να σκιαγραφηθούν οι πιθανές του εφαρμογές στην λεγόμενη «επερχόμενη κοινωνία της πληροφορίας». Σ’ αυτό το κείμενο δεν θα βρείτε τεχνικές λεπτομέρειες, παρά μόνο τα ουσιώδη εκείνα πράγματα που κάθε μηχανικός οφείλει και πρέπει να γνωρίζει. Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τα τεχνικά χαρακτηριστικά του ΑΤΜ, καθώς και για περισσότερους δείκτες σε σελίδες σχετικές με ΑΤΜ, μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες στο URL: http://www.atmforum.com

 

 

Τι Σημαίνει ΑΤΜ?

 

Ο όρος «ΑΤΜ» είναι εδώ και πολλά χρόνια ένα από τα πιο «καυτά» τηλεπικοινωνιακά θέματα εδώ και πολύ καιρό. Αν και υπάρχουν προϊόντα και συσκευές ΑΤΜ στην αγορά, δεν παύει να παραμένει ακόμα ένα πρότυπο σε ανάπτυξη, με πολλές προοπτικές μπροστά του. Ήδη πολλοί ευρωπαϊκοί τηλεπικοινωνιακοί οργανισμοί έχουν επιλέξει το ΑΤΜ σαν πλατφόρμα για την παροχή φτηνού ISDN ευρείας ζώνης (B-ISDN : BroadBand ISDN), ανάμεσά τους και ο ΟΤΕ.

Το ακρωνύμιο ΑΤΜ σημαίνει «Asynchronous Transfer Mode» δηλαδή «ασύγχρονος τρόπος μεταφοράς». Πρόκειται για ένα αναπτυσσόμενο τηλεπικοινωνιακό πρότυπο για το ISDN ευρείας ζώνης (broadband) που προωθείται από πολλές μεγάλες τηλεπικοινωνιακές εταιρείες όπως οι: AT&T, 3Com, BT Labs, Bell Atlantic, Bellcore, Bell South, Cabletron, Cisco, Deutsche Telekom, DEC, Ericsson, General Instrument, HP, IBM, Nokia, SGS-Thomson, Siemens κ.α. Το ΑΤΜ είναι ένα από την οικογένεια των τηλεπικοινωνιακών προτύπων που εισήγαγαν την έννοια της αναπήδησης πακέτου, της αναμετάδοσης πλαισίου (frame relay) και τελευταία της υπηρεσίας δεδομένων υψηλών ταχυτήτων με μεταγωγή (Switched Multimegabit Data Service - SMDS). Η τεχνολογία πίσω από το ATM δεν αποτελεί κάτι καινούργιο - είναι στην ουσία παρεμφερής του STM το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως στα τηλεφωνικά δίκτυα. Ξεκίνησε δε από την ανάγκη να καλυφθούν οι τηλεπικοινωνιακές ανάγκες της ολοένα και αυξανόμενης κοινωνίας της πληροφορίας, και των ανθρώπινων αναγκών για ανεπτυγμένα τηλεπικοινωνιακά μέσα.

 

 

 

 

Ιστορία

 

Για να κατανοήσουμε τις ανάγκες που οδήγησαν στη γέννηση του ΑΤΜ, πρέπει να κάνουμε μια σύντομη αναφορά στο πρόγονό του STM (Synchronous Transfer Mode). Το STM χρησιμοποιείται στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα υποδομής (backbone) για τη μεταφορά πακέτων δεδομένων και φωνής σε μακρινές αποστάσεις. Είναι ένας μηχανισμός μεταγωγής κυκλώματος στον οποίο μια σύνδεση αρχίζει μεταξύ δύο τελικών σημείων, ακολουθεί η μεταφορά δεδομένων και στο τέλος η σύνδεση μεταξύ των δύο αυτών σημείων κλείνει. Κατά τη διάρκεια της επικοινωνίας, το εύρος ζώνης έχει προκαθοριστεί και παραμένει κατειλημμένο καθ’ όλη τη διάρκεια της σύνδεσης, ανεξάρτητα με το αν διακινείται ή όχι πληροφορία. Το συνολικό εύρος ζώνης διαιρείται σε στοιχειώδη κομμάτια χρόνου (time-slots ή buckets) και τα πακέτα των δεδομένων οργανώνονται σε μια ουρά που περιέχει ένα σταθερό αριθμό πακέτων. Ένα bucket περιέχει Ν πακέτα, ένα για κάθε σύνδεση, και υπάρχουν Μ διαφορετικά buckets που επαναλαμβάνονται κάθε T δευτερόλεπτα. Έτσι, ο ολικός αριθμός συνδέσεων που μπορεί να εξυπηρετήσει ικανοποιητικά ένα STM τηλεπικοινωνιακό σύστημα είναι N*M, και βέβαια στην ιδανικότερη περίπτωση, αφού το γεγονός ότι κάθε σύνδεση καταλαμβάνει “a priori” ένα πακέτο σε κάθε bucket δεν σημαίνει αναγκαστικά ότι θα χρησιμοποιηθεί για μεταφορά χρήσιμων δεδομένων. Αυτό σημαίνει ότι μια σύνδεση που δεν χρησιμοποιεί όλο το εύρος που της προσφέρεται δεν μπορεί να «δανείσει» το περισσευούμενο εύρος σε μια άλλη σύνδεση που παρουσιάζει συμφόρηση και έχει άμεση ανάγκη από εύρος.

Σε ένα σύνδεσμο STM, μία σύνδεση έχει μια καθορισμένη θέση πακέτου, 1 έως Ν, σε ένα καθορισμένο bucket, 1 έως Μ. Εάν ανάμεσα στα δύο άκρα της σύνδεσης μεσολαβούν δύο ή περισσότεροι σύνδεσμοι STM, οι αριθμοί αυτοί αλλάζουν από κόμβο σε κόμβο, αλλά δεν παύουν να δεσμεύουν ένα στοιχειώδες κομμάτι χρόνου (timeslot) σε κάθε M buckets για κάθε σύνδεση. Όπως γίνεται φανερό, η συμπεριφορά ενός συστήματος STM είναι γενικά προβλέψιμη, εφ’όσον κάθε σύνδεση έχει καταλάβει ένα μέρος του διαθέσιμου εύρους, και δεν την απελευθερώνει για όλη τη διάρκεια της σύνδεσης.

Οι αριθμοί Ν και Μ γενικά διαφέρουν από υλοποίηση σε υλοποίηση, αλλά η χρονική περίοδος Τ είναι ίδια, μιας και προέρχεται από το θεώρημα του Nyquist για τη μη απώλεια πληροφορίας για δειγματοληπτημένο σήμα φωνής συχνότητας μέχρι και 4 kHz: 1/(2*4000) = 125μsec. (Αυτή η περίοδος είναι μία από τις πιο ουσιώδεις στη θεωρία τηλεπικοινωνιών και δεν αναμένεται να αλλάξει για πολλά χρόνια ακόμα.)

Το γεγονός από τη μια ότι μία σύνδεση STM δεν κατανέμει δίκαια το διαθέσιμο εύρος στις επιμέρους συνδέσεις και δεν επιδέχεται παραπάνω από Ν*Μ ταυτόχρονες συνδέσεις, και από την άλλη ότι η μορφή των δεδομένων που διακινούνται στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα αλλάζει σταδιακά από φωνή και μονόδρομα κινούμενη εικόνα (τηλεόραση) σε ένα μίγμα από φωνή, δεδομένα υπολογιστών, video και audio-on-demand, web σελίδες πλούσιες σε γραφικά κ.λ.π., ωθούν στην ανάγκη εύρεσης ενός νέου προτύπου.

 

  

 

Η Ανάγκη για ΑΤΜ

 

Κοινή αίσθηση στις τηλεπικοινωνιακές εταιρείες είναι ότι η ενοποίηση των δικτύων δεδομένων και φωνής θα είναι η πιο βιώσιμη και οικονομική λύση για τα ερχόμενα χρόνια, τόσο από πλευράς κόστους απόσβεσης όσο και από πλευράς κόστους συντήρησης. Hδη, έννοιες όπως CTI (Computer & Telephony Integration) έχουν αρχίσει να αποκτούν όλο και μεγαλύτερη σημασία για την τηλεπικοινωνιακή υποδομή επιχειρήσεων και οργανισμών. Αναμενόμενη είναι επίσης η αύξηση των αναγκών της ανθρωπότητας σε διαθέσιμο εύρος ζώνης, καθώς έχουμε αρχίσει και μιλάμε για συνδέσμους της τάξης των Gigabit / sec.

Φυσικό λοιπόν είναι τα ερευνητικά τους τμήματα να ρίχνουν βάρος προς τη προσπάθεια εύρεσης του βέλτιστου τρόπου συγχώνευσης δύο φαινομενικά διαφορετικών «κόσμων» : φωνής και δεδομένων.

Ενας σημαντικός αρωγός στην  έρευνα για το ΑΤΜ είναι και η ανάδραση από την αγορά (market feedback). Αξίζουν να σημειωθούν εδώ κάποια στοιχεία από το κόσμο του marketing : η ετήσια αύξηση σε ζήτηση υπηρεσιών φωνής είναι κατά μέσο όρο περίπου 2% - 5%. Η αντίστοιχη αύξηση ζήτησης σε υπηρεσίες δεδομένων είναι αυτή τη στιγμή περίπου 20% - 33% (!).

Μέσα στην προσπάθεια αυτή ολοκλήρωσης των υπηρεσιών, πρέπει να αναφερθούμε στις διαφορές των δύο κόσμων και στη λύση την οποία προσπαθεί να επιβάλλει το ΑΤΜ. Έτσι λοιπόν, συνδέσεις φωνής ή και κινούμενης εικόνας (απλή τηλεόραση) έχουν μικρή ανοχή σε χρονικές καθυστερήσεις (προβλήματα συγχρονισμού), ενώ έχουν σχετικά μεγάλη ανοχή σε αλλοιώσεις του σήματος και χαμένα πακέτα. Αντίθετα, οι συνδέσεις δεδομένων υπολογιστών (ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, μεταφορά αρχείων) έχουν μεγάλη ανοχή σε χρονικές καθυστερήσεις, αλλά όχι και στα χαμένα πακέτα.

Το προφίλ των συνδέσεων φωνής και δεδομένων διαφέρει επίσης ως προς το ρυθμό ροής των δεδομένων. Τα σήματα φωνής περιέχουν εν γένει μικρές χρονικές στιγμές έντονης ροής πληροφορίας (bursts) και μεγάλα χρονικά διαστήματα κενά πληροφορίας. Ο χρόνος ανάμεσα στις στιγμές έντονης ροής (bursts) μπορεί να είναι αρκετά μεγάλος και τυχαία κατανεμημένος. Έτσι, θα ήταν σημαντική σπατάλη εύρους ζώνης να παρακρατείται μία στοιχειώδης μονάδα χρόνου (μέσα σε ένα bucket) ακόμα και αν μόνο 1 στις 10 θα μετέφερε πραγματικά δεδομένα, ενώ οι άλλες 9 θα έμεναν κενές. Θα ήταν επίσης επιθυμητό να μπορεί ένα αχρησιμοποίητο πακέτο να χρησιμοποιηθεί για μεταφορά δεδομένων κάποιας άλλης σύνδεσης που αναμένει.

Έτσι το πρότυπο STM για μεταφορά δεδομένων (γενικά πάντα) αποδεικνύεται αντιαποδοτικό όταν αυξάνονται :

1)      ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς (peak transfer rate),

2)      το μέγιστο εύρος ζώνης του φυσικού μέσου μεταφοράς και

3)      το «καταρρακτώδες» (burstiness) του ρυθμού ροής δεδομένων. Σύμφωνα με όλες τις ενδείξεις από τον κόσμο των υπολογιστών και ειδικότερα των πολυμέσων (multimedia), έτσι θα διαμορφωθούν τα προφίλ των συνδέσεων δεδομένων για τα επερχόμενα χρόνια.

 

 

Γεννηθήτω ΑΤΜ

 

Η κεντρική ιδέα πίσω από το ΑΤΜ είναι αντί να αναγνωρίζει το σύστημα τον αριθμό της σύνδεσης από τη θέση του πακέτου σε ένα bucket, απλά να φέρει το πακέτο τον αριθμό της σύνδεσης μαζί με τα δεδομένα, και ταυτόχρονα να κρατά τον συνολικό αριθμό των bytes σε ένα πακέτο μικρό, έτσι ώστε αν χαθεί κάποιο πακέτο λόγω συμφόρησης, να έχει ελάχιστη επιρροή στην ροή των δεδομένων και ίσως να μπορεί να ανακτηθεί με ειδικούς αλγορίθμους επαναληπτικότητας (redundancy).

Το όλο σχήμα φέρει από μεταγωγή πακέτου, οπότε και ονομάστηκε «Γρήγορη μεταγωγή πακέτου με μικρά σταθερού μεγέθους πακέτα». Το δε μέγεθος αυτό (53 bytes όπως θα δούμε στη συνέχεια) προήλθε από την επιθυμία των εταιρειών να κρατήσουν σταθερή τη ποιότητα των φωνητικών επικοινωνιών όπως στα δίκτυα STM, γιατί σε συνδέσεις που ο χρόνος μεταφοράς πακέτου πρέπει να είναι μικρός (όπως στη κλασική τηλεφωνία), η πιθανότητα να χαθούν πακέτα αυξάνεται, αλλά αφού το μέγεθος του πακέτου είναι πολύ μικρό, αυτό δεν συνεπάγεται αισθητή απώλεια στη φυσική ροή της ομιλίας.

Έτσι στο ΑΤΜ σε κάθε σύνδεση ανατίθεται ένα «εικονικό αναγνωριστικό κυκλώματος» (VCI - Virtual Circuit Identifier), το οποίο περιέχεται σε κάθε πακέτο και αναγνωρίζει με μοναδικό τρόπο τα δύο άκρα της σύνδεσης.

Υπάρχουν πολλές εφαρμογές στις οποίες η τεχνολογία ΑΤΜ μπορεί να χρησιμοποιηθεί.

Οι κυριότερες από αυτές είναι:

·        Τηλεσυνδιάσκεψη (Video Conferencing)

·        Συνδιάσκεψη από γραφείο σε γραφείο (Desktop Conferencing)

·        Εικονοτηλέφωνο (Videophone)

·        Εικόνα / Ηχος κατά παραγγελία (Audio/Video On Demand)

·        Εικονικά τοπικά δίκτυα (VLAN: Virtual LANs)

·        Επικοινωνίες ΑΤΜ μεγάλης χωρητικότητας με κινητούς κόμβους (συνήθως με δορυφορικές ζεύξεις)

 

Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα του ΑΤΜ είναι ότι είναι μια εύκολα αναβαθμιζόμενη τεχνολογία. Είναι χαρακτηριστικό ότι οι αρχικές προδιαγραφές του μιλούν για βασική χαμηλή ταχύτητα 1,544 Mbps που μπορεί να φτάσει τα 10 Gbps και πάνω (σχεδόν 4 τάξεις μεγέθους!).

Παράλληλα με αυτό, το ΑΤΜ έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί με την ίδια ευκολία τόσο σε κοντινές αποστάσεις (π.χ. ένα γραφείο ή ένα κτίριο) όσο και σε μακρινές (διεθνείς και υπερηπειρωτικές συνδέσεις). Αυτό υπονοεί ότι μεγάλο μέρος της δουλειάς υποδομής που απαιτείται σήμερα για να συνεργάζονται αρμονικά τα τοπικά δίκτυα (LAN) με τα δίκτυα μεγάλων αποστάσεων (WAN) ή και τα μητροπολιτικά δίκτυα (MAN), μπορεί να εξαλειφθεί.

Ένα τελευταίο και πολύ σημαντικό επακόλουθο της ενοποίησης των δικτύων φωνής και δεδομένων είναι η λεγόμενη ενοποίηση τηλεφωνικών και δικτύων δεδομένων σε μεγάλες και μικρές επιχειρήσεις (CTI : Computer and Telephony Integration). Με τη δυνατότητα του ΑΤΜ να χειρίζεται με την ίδια ευκολία το φορτίο που του αναθέτουν, είναι δυνατό να ενοποιηθούν τα συνήθως ανεξάρτητα δύο εσωτερικά δίκτυα των οργανισμών αυτών σε ένα, μειώνοντας το κόστος συντήρησης και επένδυσης. Η αναβαθμησιμότητα του ΑΤΜ, όπως διαφάνηκε παραπάνω, αφήνει δε πολλά περιθώρια για επέκταση  του ενιαίου δικτύου, τόσο σε χωρητικότητα, όσο και σε απόσταση. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει όλα αυτά σε συντομία :

 

 

Στατιστική Πολυπλεξία

 

Στα δίκτυα STM, εμφανίζεται ένα πρόβλημα απόδοσης που εντονοποιείται από το προφίλ των σύγχρονων συνδέσεων δεδομένων, το πρόβλημα του αχρησιμοποίητου πακέτου. Όταν εγκαθίσταται μια σύνδεση STM, το ποσό των πόρων του δικτύου που αφιερώνεται στην σύνδεση αυτή παραμένει σταθερό και αναλλοίωτο ανεξάρτητα του βαθμού χρησιμοποίησης της. Έτσι ένα μεγάλο ποσοστό του διαθέσιμου εύρους ζώνης παραμένει αδιάθετο.

Στο σχήμα της γρήγορης μεταγωγής πακέτου γίνεται μια προσπάθεια να λυθεί το πρόβλημα αυτό βάσει μιας τεχνικής που ονομάζεται «στατιστική πολυπλεξία». Σύμφωνα με αυτήν, πολλές συνδέσεις μπορούν να μοιράζονται το ίδιο μέσο μετάδοσης, σύμφωνα πάντα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά καθεμιάς σύνδεσης. Με άλλα λόγια, εάν πολλές συνδέσεις δεδομένων έχουν χαρακτηριστικά «καταρράκτη» (bursty) δηλ. ο λόγος του μέγιστου ρυθμού μεταγωγής προς τον μέσο ρυθμό είναι αρκετά μεγάλος (π.χ. 10:1), τότε είναι αρκετά πιθανό αυτές να μπορούν να μοιράζονται το ίδιο διαθέσιμο εύρος με την (σχεδόν βέβαιη) ελπίδα ότι στατιστικά δεν θα συμβεί ταυτόχρονη εκπομπή πακέτου από όλες τις συνδέσεις. Ακόμα και να συμβεί τέτοιο γεγονός, θα πρέπει να υπάρχει η πρόβλεψη κάποιου χώρου προσωρινής αποθήκευσης των πακέτων (buffer) έτσι ώστε να μην έχουμε απώλειες.

Το παραπάνω σχήμα λέγεται στατιστική πολυπλεξία και επιτυγχάνει το άθροισμα των απαιτήσεων των επιμέρους συνδέσεων σε εύρος ζώνης σε ορισμένες περιπτώσεις, και κάτω από αυστηρές προϋποθέσεις να υπερβαίνει το προκαθορισμένο εύρος ζώνης του φυσικού μέσου μετάδοσης. Αυτό ήταν μέχρι πρότινος αδύνατο με τα δίκτυα STM, και αποτελεί το κύριο σημείο διαφοροποίησης με το ΑΤΜ.

 

 

 

 

Προϋποθέσεις για την Αποδοτική Λειτουργία της Στατιστικής Πολυπλεξίας

 

Οι προϋποθέσεις που αναφέρθηκαν για τη βέλτιστη απόδοση ενός συστήματος που κάνει χρήση στατιστικής πολυπλεξίας είναι ένα ενεργό πεδίο έρευνας και πειραματισμού τόσο στα πανεπιστήμια, όσο και στη τηλεπικοινωνιακή βιομηχανία. Μεγάλες τηλεπικοινωνιακές εταιρείες στις Η.Π.Α., Ευρώπη και Ιαπωνία καθώς και πολλοί ερευνητικοί οργανισμοί και επιτροπές προτύπων ερευνούν πως θα εφαρμόσουν την στατιστική πολυπλεξία με το βέλτιστο τρόπο έτσι ώστε να χρησιμοποιείται κατά τον πιο αποδοτικό τρόπο, η ποιότητα των υπηρεσιών να παραμένει υψηλή, και το όλο σύστημα θα συμπεριφέρεται ομαλά σε περιόδους συμφόρησης (congestion), τόσο για φορτία με ομαλό ρυθμό μεταφοράς, όσο και με ανώμαλο. Ο λόγος που το πρόβλημα είναι τόσο σύνθετο είναι γιατί αν ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς κάθε σύνδεσης προκαθορίζεται και ανατίθεται το ανάλογο εύρος ζώνης σε κάθε σύνδεση, τότε το ΑΤΜ γίνεται STM και δεν αποκομίζονται τα οφέλη από την στατιστικά ιδιαίτερη φύση των μελλοντικών τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών δεδομένων. Ευτυχώς όμως τέτοια προβλήματα απασχολούν μόνο τις τηλεπικοινωνιακές εταιρείες, και ο τελικός χρήστης ποτέ δεν θα βρεθεί αντιμέτωπος με πολύπλοκα προβλήματα. Οι χρήστες έχουν πρόσβαση στο ΑΤΜ διαμέσου καλά ορισμένων και καλά ελεγχόμενων διασυνδέσεων (interfaces) που καλούνται UNI (User Network Interfaces) και που βασικά διαβεβαιώνουν ότι αυτοί θα στέλνουν και θα αντλούν δεδομένα από το δίκτυο με ομοιόμορφο τρόπο, και ότι το δίκτυο θα αναλαμβάνει από μόνο του να διατηρεί την οποιαδήποτε σύνδεση σε σταθερό επίπεδο ποιότητας, καθ’όλη τη διάρκεια της σύνδεσης.

Πρότυπα Διασυνδέσεων με το Χρήστη

 

Οι προδιαγραφές του ΑΤΜ εστιάζονται σε τρεις διασυνδέσεις (interfaces) :

1. Η διασύνδεση Χρήστη - Δικτύου (UNI : User-Network Interface) καθορίζει ένα σύνολο από υπηρεσίες που θα παρέχονται από το δίκτυο ΑΤΜ στο πελάτη - χρήστη, καθώς και τους κανόνες που διέπουν τη μορφοποίηση των δεδομένων προς αποστολή από τους χρήστες και τη διαπραγμάτευση του δικτύου με το χρήστη για τα χαρακτηριστικά των υπηρεσιών που απαιτεί.

2. Η διασύνδεση κόμβου δικτύου (NNI : Network Node Interface) ορίζει πως θα επικοινωνούν οι διάφοροι κόμβοι μέσα στο τοπικό (LEC : Local Exchange Carrier) δίκτυο ενός τηλεπικοινωνιακού φορέα. Ο σκοπός της προτυποποίησης στο επίπεδο αυτό είναι η αποφυγή του περιορισμού χρήσης μεταγωγών από ένα μόνο κατασκευαστή.

3. Η διασύνδεση μεγάλου εύρους μεταξύ πολλών φορέων (B-ICI : Broadband InterCarrier Interface) ορίζει τις παραμέτρους διασύνδεσης ανάμεσα σε ένα τοπικό (LEC) κέντρο και ένα κομβικό (IEC : Interexchange Carrier’s Network) κέντρο.

 

 

 

Κύριοι Οργανισμοί που Ωθούν Την Έρευνα στο ΑΤΜ

 

Έτσι γεννήθηκε το ΑΤΜ. Αρχικά προτάθηκε σαν πρότυπο από την Bellcore, τη ερευνητικό τμήμα της AT&T, αλλά και από άλλες μεγάλες Ευρωπαϊκές τηλεπικοινωνιακές εταιρείες, και γι’αυτό μπορεί να μιλάμε για δύο πιθανές προτυποποιήσεις στο μέλλον. Στην Ευρώπη, το ΑΤΜ υποστηρίζεται και εξελίσσεται από το ETSI (European Telecommunications Standard Institute), η οποία είναι υποεπιτροπή της ITU-T (πρώην CCITT - ευρωπαϊκή επιτροπή τηλεπικοινωνιακών προτύπων). Η ITU-T αρχικά όρισε το ΑΤΜ σαν μέρος του φακέλου συστάσεων για το B-ISDN (Broadband ISDN).

Στις Ην. Πολιτείες ο υπεύθυνος οργανισμός για την προτυποποίηση του ATM είναι μια υποεπιτροπή του γνωστού ANSI (American National Standards Institute), την T1S1, που είναι υπεύθυνη για νέα πρότυπα τηλεπικοινωνιών. Ίσως όμως το πιο σημαντικό γκρουπ στο ΑΤΜ αυτή τη στιγμή να είναι το ATM Forum που συνίσταται από πολλές εταιρείες κατασκευής υλικού (hardware) και παροχής υπηρεσιών (service providers) , το οποίο αν και δεν είναι επίσημος οργανισμός προτυποποίησης καθοδηγεί τις εξελίξεις στο νέο και ταχύτατα αναπτυσσόμενο τομέα του ΑΤΜ.

Όπως προαναφέρθηκε, υπάρχουν μικρές διαφορές ανάμεσα στις προτυποποιήσεις που προτείνουν αυτές οι δύο επιτροπές, αλλά οι διαφορές είναι μικρές και το πιθανότερο είναι κάποια συγχώνευση των σε ένα ενιαίο standard.

 

 

 

Γενική Μορφή Πακέτου ΑΤΜ

 

Το ΑΤΜ είναι η τεχνολογία εκείνη που προσπαθεί να αφαιρέσει από το επίπεδο δικτύου τις ιδιοτροπίες εκείνες που χαρακτηρίζουν κάποιες τεχνολογίες δικτύων καλύτερες σε ορισμένες εφαρμογές και άλλες όχι. Έτσι, κεντρικός στόχος του ΑΤΜ είναι η ενοποίηση όλων των τηλεπικοινωνιακών δικτύων σε μια κοινή τηλεπικοινωνιακή υποδομή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια μεγάλη ποικιλία υπηρεσιών. Συν όλα αυτά, η φωνή, η εικόνα, το video και τα δεδομένα μεταφέρονται ψηφιακά, και άρα δεν εμφανίζουν ιδιοτροπίες κατά μετάδοση και κατά τη μεταγωγή από κόμβο σε κόμβο. Από νωρίς φάνηκε ότι μια διαφανής συμπεριφορά του δικτύου ως προς τα δεδομένα που διακινούσε θα επιτυγχανόταν κάνοντας χρήση μικρού και περιεκτικού πακέτου.

Ένα στοιχειώδες πακέτο ΑΤΜ σύμφωνα με την άποψη της αμερικάνικης επιτροπής αποτελείται από 53 bytes εκ των οποίων τα 5 πρώτα αποτελούν την επικεφαλίδα (header) που περιέχει σε 3 bytes το μοναδικό αναγνωριστικό σύνδεσης VCI, 1 byte ελέγχου και άλλο 1 byte με κώδικα ανίχνευσης λάθους για την επικεφαλίδα. Τα υπόλοιπα 48 bytes είναι δεδομένα, με προαιρετικά 4 από αυτά να χρησιμοποιούνται σαν αναγνωριστικά για την ανασυγκρότηση μεγαλυτέρων πακέτων για ανώτερα στάδια από το ΑΤΜ (σύμφωνα με το μοντέλο OSI - Open Systems Interconnection) π.χ. IP πακέτα. Σχηματικά :

 

 

 

 

 

Συνδέσεις σε Ένα Δίκτυο ΑΤΜ

 

Ο ευρωπαϊκός οργανισμός ITU-T (πρώην CCITT) έχει χωρίσει σε τέσσερις μεγάλες κλάσεις (ανάλογα με τα χαρακτηριστικά τους) τις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες που μπορεί να παρέχει το ΑΤΜ. Συγκεκριμένα:

·                       Κλάση Α’ : Υπηρεσίες με σύνδεση, ευαίσθητες σε χρονικές καθυστερήσεις με σταθερό ρυθμό ροής δεδομένων, όπως φωνή, εξομοίωση κλειστού κυκλώματος γενικά και video σταθερού ρυθμού ροής.

·                       Κλάση Β’ : Υπηρεσίες με σύνδεση, ευαίσθητες σε χρονικές καθυστερήσεις με μεταβλητό ρυθμό ροής δεδομένων, όπως video μεταβαλλόμενου ρυθμού ροής (λόγω συμπίεσης).

·                       Κλάση Γ’ : Υπηρεσίες με σύνδεση, αναίσθητες σε χρονικές καθυστερήσεις με μεταβλητό ρυθμό ροής δεδομένων, όπως συνδέσεις Χ.25 ή αναμετάδοση πλαισίου (frame relay)

·                       Κλάση Δ’ : Υπηρεσίες χωρίς σύνδεση, αναίσθητες σε χρονικές καθυστερήσεις με μεταβλητό ρυθμό ροής δεδομένων, όπως συνδέσεις SMDS ή εξομοίωση πρωτοκόλλων ανωτέρου επιπέδου (TCP/IP).

 

Στα δίκτυα STM, η θέση των πακέτων σε ένα bucket μπορεί να αλλάζει καθώς το πακέτο μεταπηδάει από κάποιο ενδιάμεσο σύνδεσμο (link) σε ένα άλλο. Κατ’ αντιστοιχία, σε ένα δίκτυο ΑΤΜ, το περιεχόμενο της επικεφαλίδας αναγνωριστικού εικονικής σύνδεσης (VCI) αλλάζει καθώς ένα πακέτο ΑΤΜ μεταπηδά από τη μία πλευρά ενός κόμβου ΑΤΜ σε μία άλλη. Για την ομαλή διεξαγωγή της δρομολόγησης, σε κάθε κόμβο υπάρχουν πίνακες αντιστοίχησης, που κάνουν ότι ακριβώς υπονοεί το όνομά τους, δηλ. αντιστοιχίζουν τα VCI των εισερχομένων πακέτων με τα VCI των εξερχόμενων.

Ένα παράδειγμα : Ας υποθέσουμε ένα δίκτυο ΑΤΜ με κόμβους στην Αθήνα, την Κόρινθο, τη Τρίπολη, τη Καλαμάτα και τη Πάτρα. Έστω τώρα ότι ο Γιάννης και το τερματικό του βρίσκονται στην Πάτρα (Π) και θέλει να επικοινωνήσει με τον κεντρικό υπολογιστή της εταιρείας του που βρίσκεται στην Αθήνα (Αθ). Η αίτηση από τον υπολογιστή του πηγαίνει στο αντίστοιχο κομβικό κέντρο και γίνεται μια ανταλλαγή παραμέτρων σύνδεσης (όπως η διεύθυνση προορισμού, το είδος των πακέτων, μέγιστο εύρος ζώνης, μέσο αναμενόμενο εύρος ζώνης, ελάχιστη ποιότητα υπηρεσιών όπως ανοχή σε καθυστερήσεις και σε απώλειες πακέτων κ.λ.π.). Στο κομβικό κέντρο αντίστοιχα, αντίστοιχο λογισμικό αποφασίζει τη βέλτιστη διαδρομή (η τουλάχιστον ποια θα έπρεπε να είναι αυτή), και στέλνει σε όλα τα κομβικά κέντρα πάνω στο επιλεγμένο μονοπάτι, αίτηση εγκατάστασης επικοινωνίας.

Ας υποθέσουμε ότι π.χ. λόγω ταχύτητας απόκρισης επελέγη η διαδρομή Πάτρα-Καλαμάτα-Κόρινθος-Αθήνα (γιατί η γραμμή με τη Τρίπολη έχει μεγάλη καθυστέρηση ή γιατί έχει συμφόρηση). Ο καθένας από τους τέσσερις κόμβους αναθέτει κάποιο από το αχρησιμοποίητο αναγνωριστικό εικονικής σύνδεσης και το διαθέτει για τη σύνδεση με τον επόμενο κόμβο και ταυτόχρονα αντιστοιχεί αυτό το αναγνωριστικό με αυτό από το προηγούμενο κόμβο, αν υπάρχει. Για παράδειγμα, ο κόμβος της Πάτρας αναθέτει το αναγνωριστικό εικονικής σύνδεσης VC1, ο κόμβος της Καλαμάτας αναθέτει το αναγνωριστικό εικονικής σύνδεσης VC2 και ο κόμβος της Κορίνθου αναθέτει το αναγνωριστικό εικονικής σύνδεσης VC3. Όταν ένα πακέτο με αναγνωριστικό VC2 φτάσει στην Κόρινθο από τη Καλαμάτα, αυτό αλλάζει αναγνωριστικό (σε VC3) και μεταπηδάει στην Αθήνα. Μόλις εξασφαλιστεί το μονοπάτι από όλους του κόμβους και φτιαχτούν τα (προσωρινά) routing tables, τότε επιβεβαιώνεται το τερματικό του Γιάννη ότι όλα είναι καλά και ότι μπορεί να αρχίσει η μεταφορά των δεδομένων. Μόλις ο Γιάννης τερματίσει τη σύνδεση, τότε τα αναγνωριστικά VCI σε κάθε κόμβο γίνονται διαθέσιμα για άλλες συνδέσεις και οι σχετικές εγγραφές στο πίνακα δρομολόγησης (routing table) σβήνονται.

Είναι δυνατό ορισμένα VCI να είναι δεσμευμένα για κοινές υπηρεσίες, κατ’αντιστοιχία με τους τριψήφιους αριθμούς του ΟΤΕ (π.χ. 141 για την ώρα) ή με τα δεσμευμένα κατά IETF (Internet Engineering Task Force) port numbers στα πρωτόκολλα TCP/UDP (π.χ. TCP port 80 για WWW servers). Εδώ όμως πρέπει να αναφερθεί ότι δεν υπάρχει κάτι το αντίστοιχο με τη δυναμική ανάθεση ports στο TCP/IP (όπως π.χ. στις συνδέσεις client/server) για τις επικεφαλίδες VCI, και αυτό γιατί σε κάθε σύνδεση ΑΤΜ πρέπει να υπάρχει κάποια ισότητα ανάμεσα σε όσους τη μοιράζονται για το διαθέσιμο εύρος ζώνης, και γιατί αλλιώς θα γινόταν πραγματικός πόλεμος για τη διεκδίκηση κάποιων επικεφαλίδων VCI που γρήγορα θα προκαλούσε την εξάντληση των διαθέσιμων επικεφαλίδων VCI. Εξαίρεση μπορεί να γίνει ειδικά στη περίπτωση του ίδιου του τηλεπικοινωνιακού οργανισμού που κάνει αίτηση για επικεφαλίδες VCI έτσι ώστε να τις χρησιμοποιήσει για κρίσιμες συνδέσεις (π.χ. έλεγχος απομακρυσμένων κόμβων από κεντρικό σημείο).

 

 

Τι Επίπεδο Πρωτοκόλλου Είναι το ΑΤΜ;

 

Όπως έχει γίνει φανερό μέχρι τώρα, το ΑΤΜ είναι σχεδιασμένο για μεταγωγή πακέτων μικρού και σταθερού μήκους στο επίπεδο του υλικού (hardware) με μεγάλες ταχύτητες (gigabit/sec) σε μεγάλες αποστάσεις. Έτσι η θέση του στο μοντέλο ανοιχτής αρχιτεκτονικής δικτύων (OSI) θα έπρεπε μάλλον να βρίσκεται στο επίπεδο σύνδεσης δεδομένων (data link layer). Παρ’όλα αυτά δεν μπορεί με βεβαιότητα να τοποθετηθεί σε κάποιο από τα επίπεδα της ανοιχτής αρχιτεκτονικής δικτύων και αυτό γιατί σε αυτό εμφανίζονται πολλές έννοιες από ανώτερα σε ιεραρχία επίπεδα της OSI αρχιτεκτονικής, όπως π.χ. η σύνδεση από άκρο σε άκρο, ο έλεγχος ροής και η δρομολόγηση. Όλα αυτά δε τα χαρακτηριστικά υλοποιούνται μέσα σ’ένα πακέτο ΑΤΜ, οπότε και καθίσταται δύσκολη έως αδύνατη η ένταξη του σε κάποιο επίπεδο του OSI. Αντίθετα θα μπορούσε κανείς να πει ότι το ΑΤΜ δανείζεται στοιχεία από τρία διαδοχικά επίπεδα στην ιεραρχία OSI, το δεύτερο (επίπεδο σύνδεσης δεδομένων) γιατί βρίσκεται ακριβώς πάνω από το υλικό και μιλάει κατ’ευθείαν με αυτό, το τρίτο (επίπεδο δικτύου) γιατί τροποποιεί τη συμπεριφορά του με τον έλεγχο ροής και τη δυναμική δρομολόγηση, και το τέταρτο (επίπεδο μεταφοράς) γιατί οι συνδέσεις είναι καθορισμένες από σημείο σε σημείο και έχουν αρχή και τέλος.

Το πιο σημαντικό ερώτημα που δημιουργείται σ’αυτό το σημείο είναι πως το ΑΤΜ θα συνυπάρξει και θα συλλειτουργήσει με τα υπάρχοντα IP δίκτυα γενικά, και με ποιες εφαρμογές ειδικότερα. Ένα βολικό μοντέλο για μια διασύνδεση (interface) ΑΤΜ είναι να τη θεωρήσουμε σαν άλλη μια (σειραϊκή) θύρα επικοινωνιών του συστήματος. Έτσι από τη πλευρά του λογισμικού μπορεί να θεωρηθεί σαν μια κοινή θύρα σύνδεσης δεδομένων (π.χ. /dev/eth* στο Unix). Η μόνη διαφοροποίηση τότε που θα προέκυπτε τότε θα ήταν η κατάτμηση των πακέτων IP σε πολύ μικρότερα πακέτα ATM και η επανασύνδεση τους αμέσως πριν τη παράδοσή τους στο επίπεδο μεταφοράς του συνομιλητή.

Έτσι μια απλή αναπαράσταση μίας σύνδεσης διαμέσου ενός δικτύου ΑΤΜ θα μπορούσε να είναι μια συνεχής ροή πληροφορίας και κατά τις δύο κατευθύνσεις (πάνω-κάτω) στο παρακάτω διάγραμμα:

Όλα αυτά βέβαια σε έναν ιδανικό κόσμο, γιατί στον πραγματικό τίποτα δεν δουλεύει όπως οι μοντελοποιήσεις των μηχανικών και είναι απαραίτητη μια προσαρμογή ή εξειδίκευση. Για την σύνδεση μίας εφαρμογής με το επίπεδο του ΑΤΜ, νέες διασυνδέσεις πρέπει να σχεδιαστούν για τα σημερινά λειτουργικά συστήματα που να παρέχουν γρήγορους και ευφυείς μηχανισμούς για την εγκαθίδρυση συνδέσεων, τη μεταφορά δεδομένων, την διασφάλιση ανοιχτής σύνδεσης («keepalive»), την διακοπή σύνδεσης, ακόμα και τον έλεγχο ροής των δεδομένων από το λογισμικό. Σ’αυτή τη περίπτωση, μπορεί να φανταστεί κανείς την παρακάτω διαστρωμάτωση :

Το Φυσικό Επίπεδο

 

Το μέρος των προδιαγραφών που περιγράφουν το τι γίνεται στο φυσικό επίπεδο σε μία σύνδεση ΑΤΜ δεν αποτελούν κομμάτι του, αλλά μάλλον συμπλήρωμά του, και αποτελεί τμήμα έρευνας των επιτροπών που ερευνούν αυτή τη στιγμή το θέμα. Η υποεπιτροπή T1S1 έχει αποφανθεί σαν προτιμώμενο φυσικό επίπεδο για το ΑΤΜ, το SONET (Synchronous Optical Network) το οποίο υποστηρίζει εύρος ζώνης 155.5 Mbit/sec (προδιαγραφή STS-3c), 622 Mbit/sec (προδιαγραφή STS-12) και 2.4 Gbit/sec (προδιαγραφή STS-48). Βασικά το SONET προβλέπει ένα βασικό εύρος ζώνης για όλες τις συνδέσεις στα 51.84 Mbit/sec, από τα πολλαπλάσια του οποίου προκύπτουν όλες οι προδιαγραφόμενες ταχύτητες (155.5=3*51.84, 622=12*51.84 κ.λ.π.). Το SONET  προτυποποιεί το τρόπο που θα μεταφέρονται δεδομένα με σύγχρονο τρόπο διαμέσου οπτικών καναλιών, χωρίς όμως να υπάρχει η ανάγκη για συγχρονισμό μεταξύ των κόμβων του δικτύου (δηλ. πρόκειται για ένα πλησιόχρονο μέσο μετάδοσης).Το ακρωνύμιο SONET μπορεί να αναφέρεται στην Ευρώπη και σαν SDH (Synchronous Digital Hierarchy), και ένας από τους λόγους της προτυποποίησης του αυτής είναι η εγγύηση της ομαλής συλλειτουργίας μεταξύ διαφορετικών εταιριών από διάφορα εθνικά ή αστικά δίκτυα. Η θεμελιώδης συχνότητα ρολογιού γύρω από την οποία γίνεται ο συγχρονισμός είναι (κατά σύμπτωση;) 8 kHz ή 125 μsec.

 

 

Έλεγχος Ροής στο ΑΤΜ

 

Αντίθετα με το TCP, όπου ο έλεγχος ροής γίνεται από τα δύο άκρα, οι μεγάλες χωρητικότητες του ΑΤΜ (της τάξης των Gbit/sec) γεννούν ένα διαφορετικό σύνολο απαιτήσεων για τον έλεγχο ροής δεδομένων. Εάν ο έλεγχος ροής γινόταν στα δύο άκρα, τότε μέχρι το κάποιο μήνυμα ελέγχου ροής να φτάσει στον προορισμό του, πολλά Mbyte δεδομένων θα είχαν φύγει από την αντίθετη κατεύθυνση, χειροτερεύοντας σε έσχατο σημείο ίσως μια πιθανή κατάσταση συμφόρησης. Αντίστροφα, μέχρι ο παραλήπτης του μηνύματος ελέγχου ροής να αντιδράσει, θα μπορούσε η συμφόρηση να είχε ελαχιστοποιηθεί, οπότε και θα είχαμε φαινόμενα άσκοπης καθυστέρησης στον παραλήπτη, καθώς στέλνει πίσω στον αποστολέα την απάντηση στο μήνυμα ελέγχου ροής.

Ο χρόνος απόκρισης σε μηνύματα ελέγχου από άκρη σε άκρη είναι τόσο μεγάλος σε σχέση με το εύρος ζώνης, που μια τέτοια αντιμετώπιση είναι εντελώς μη πρακτική. Οι καταστάσεις συμφόρησης στα δίκτυα ΑΤΜ αναμένεται να είναι εξαιρετικά δυναμικές και ταχέως μεταβαλλόμενες, οπότε και προκύπτει η ανάγκη για γρήγορους μηχανισμούς στο υλικό για να απορροφούν τις απότομες διακυμάνσεις στο φορτίου του δικτύου και να το κρατούν σε σταθερή κατάσταση. Παράλληλα, γίνεται έτσι αναγκαίο να αναμιγνύεται το ίδιο το δίκτυο στην κατάστασή του, συμβάλλοντας ενεργά στη σταθεροποίησή του. Ξεφεύγει δηλαδή ο έλεγχος ροής από τα ανώτερα επίπεδα (κατά OSI) και κατεβαίνει στο επίπεδο υλικού.

Για το σκοπό αυτό έχουν οριστεί τα εξής πρωτόκολλα στο ΑΤΜ:

 

·        CAC (Connection Admission Control) : Ορίζει ένα σύνολο από πράξεις του δικτύου για να ελέγξει την τρέχουσα κατάσταση του δικτύου και να επιτρέψει ή όχι τη σύνδεση για τις παραμέτρους της σύνδεσης που δίνονται από τη χρήστη (π.χ. μέγιστος ρυθμός ροής πακέτων, μέσος ρυθμός ροής πακέτων, μέγιστη επιτρεπτή καθυστέρηση μεταφοράς πακέτων, ανοχή σε απώλεια πακέτων κ.λ.π.)

·        UPC/NPC (Usage/Network Parameter Control) : Ορίζει ένα σύνολο από πράξεις του δικτύου για να παρακολουθεί την τρέχουσα κατάσταση και την κυκλοφορία σε μία σύνδεση ΑΤΜ, καθώς και την ορθή δρομολόγηση των πακέτων. Χρησιμοποιείται επίσης ο όρος «συνάρτηση επιτήρησης» (Police Function) καθώς είναι υπεύθυνο για παρατυπίες στις συνδέσεις (σε σχέση με τις αρχικά συμφωνημένες παραμέτρους σύνδεσης).

·        CLP (Cell Loss Priority) : Ορίζει (με ένα bit στην επικεφαλίδα κάθε πακέτου) την προτεραιότητα ενός πακέτου - χαμηλή ή υψηλή. Αυτό επιτρέπει την απόρριψη των χαμηλής προτεραιότητας πακέτων όταν ένας κόμβος έχει φτάσει σε κατάσταση υπερχείλισης.

·        NRM (Network Resource Management) :  Ορίζει την διαχείριση των διαθέσιμων πόρων του δικτύου και φροντίζει για την ορθή ανάθεση (allocation) των πόρων του δικτύου όταν ζητείται μία νέα σύνδεση από ένα δίκτυο ΑΤΜ.

·        Traffic Shaping : Δίνει τη δυνατότητα να «μορφοποιηθεί» η ροή μίας πηγής πακέτων με καταρρακτώδη ροή, δηλ. να ομαλοποιηθεί  ο ρυθμός ροής πακέτων μέσω απομονωτών (buffers). Αυτό επιτυγχάνει πιο αποδοτική χρήση της υφιστάμενης σύνδεσης, αλλά εισάγει μια ανεπιθύμητη καθυστέρηση στο χρόνο μετάδοσης (λόγω του απομονωτή)

 

 

Παράδοση Πακέτων στο ΑΤΜ

 

Το ΑΤΜ εγγυάται ότι τα πακέτα θα ληφθούν από το παραλήπτη με την ίδια σειρά με την οποία στάλθηκαν από τον αποστολέα. Αυτό σημαίνει ότι ο παραλήπτης δεν θα έχει προβλήματα συγχρονισμού των εισερχόμενων δεδομένων που θα χρησιμοποιούνται π.χ. σε αναπαραγωγή πολυμεσικών εφαρμογών όπως φωνή, κινούμενη εικόνα και Video on Demand.

Από την άλλη όμως, δεν εγγυάται την ασφαλή παράδοση των πακέτων (όπως κατ’ αντιστοιχία το πρωτόκολλο δικτύου TCP) γιατί όπως αναφέρθηκε πιο πριν, οι κόμβοι έχουν την δυνατότητα να απορρίψουν πακέτα όταν ήδη υπάρχει συμφόρηση ή υπάρχουν ενδείξεις ότι μπορούν να προκαλέσουν συμφόρηση στους ίδιους ή στους διαδοχικούς αυτών κόμβους. Αυτό όμως δεν είναι σοβαρό πρόβλημα για τους σχεδιαστές πολυμεσικών εφαρμογών, αφού υπάρχουν ήδη κώδικες επαναληπτικότητας για ανάνηψη δεδομένων από πακέτα που χάθηκαν. Κλασσικό παράδειγμα το CD player στο οποίο για να εξασφαλιστεί η σταθερή ροή της μουσικής, τα «πακέτα» των δειγμάτων συνοδεύονται από ειδικά πακέτα ελέγχου (68 bits για κάθε 204 bits ηχητικής πληροφορίας), που μπορούν να ανακατασκευάσουν μέρος ή όλο από μέρη της ηχητικής πληροφορίας που δεν μπορεί να διαβαστεί από τη δέσμη laser.

Όλα αυτά βέβαια στο επίπεδο του ΑΤΜ, μιας και αν χρησιμοποιηθεί μια υπηρεσία ανωτέρου επιπέδου που χρησιμοποιεί το ΑΤΜ σαν μέσο μεταφοράς, τότε είναι πιθανή η παράδοση εκτός σειράς, μιας και η υπηρεσία μπορεί να διαλέξει να χρησιμοποιεί παραπάνω από μία συνδέσεις ΑΤΜ (πιθανώς με διαφορετικά μονοπάτια, και άρα με διαφορετικό χρόνο μεταφοράς από άκρο-σε-άκρο). Όταν είναι απαραίτητη η ασφαλής μεταφορά δεδομένων από άκρο σε άκρο, τότε είναι απαραίτητη η χρησιμοποίηση κάποιου πρωτοκόλλου ανωτέρου επιπέδου όπως το TCP.

 

Επιδόσεις Ενός Δικτύου ΑΤΜ

 

Υπάρχουν 5 παράμετροι που χαρακτηρίζουν την απόδοση ενός τηλεπικοινωνιακού δικτύου ΑΤΜ. Αυτές είναι :

1. Διαμεταγωγή (throughput).

2. Πιθανότητα άρνησης σύνδεσης (connection blocking probability), δηλ. η πιθανότητα να αρνηθεί το δίκτυο την εγκαθίδρυση σύνδεσης ανάμεσα σε δύο άκρα επειδή δεν υπάρχουν αρκετοί διαθέσιμοι πόροι τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή.

3. Πιθανότητα απώλειας πακέτων (cell loss probability), δηλ. η πιθανότητα να χαθούν ορισμένα πακέτα κατά μήκος της διαδρομής.

4. Καθυστέρησης μεταγωγής (switching delay), δηλ. η χρονική καθυστέρηση ανάμεσα στην εισαγωγή ενός πακέτου σ’έναν ενδιάμεσο κόμβο και στην εξαγωγή του, και Χρονική παραμόρφωση (delay jitter) δηλ. η διακύμανση της τιμής της χρονικής καθυστέρησης μεταγωγής

Σε αντίθεση με τα δίκτυα STM όπου η ποιότητα των τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών είναι δεδομένη και σε γενικές γραμμές σταθερή, στα δίκτυα ΑΤΜ, ο χρήστης πρέπει να παρέχει στον τηλεπικοινωνιακό οργανισμό τις απαραίτητες πληροφορίες για την απαιτούμενη από αυτόν ποιότητα, το εύρος ζώνης και το ρυθμό ροής. Αυτό σημαίνει ότι οι επιδόσεις ενός δικτύου ΑΤΜ μεταβάλλονται ανάλογα με τις απαιτήσεις του πελάτη και βεβαίως αναλόγως του ποσού που μπορεί να διαθέσει.

Βασικό μοτίβο του ΑΤΜ στην ποιότητα υπηρεσιών είναι το QoS (“Quality of Service”), το οποίο εξασφαλίζει ότι μια εφαρμογή που ζητά κάποιο εύρος ζώνης για κάποιο χρονικό διάστημα και επιτυχώς το λάβει, δεν πρόκειται να στερηθεί για τον ένα ή τον άλλο λόγο αυτό το εύρος. Με απλά λόγια, το ΑΤΜ εγγυάται ότι η μεταβολή στο συνολικό φορτίο του δικτύου δεν θα επηρεάζει (ή τουλάχιστον σε όποιο βαθμό αυτό είναι δυνατό) το ρυθμό ροής των δεδομένων σε μια χρονικά κρίσιμη μεταφορά (π.χ. Video conferencing).

 

Συμβατότητα του ΑΤΜ με τα Τωρινά Δίκτυα

 

Με την κατανόηση του στόχου για τον οποίο η τεχνολογία του ΑΤΜ έχει αναπτυχθεί, και λαμβάνοντας υπ’όψη την μεγάλη αύξηση των τηλεπικοινωνιακών δυνατοτήτων που το ΑΤΜ προσφέρει, είναι απαραίτητο να σημειωθεί ότι οι σημερινές εφαρμογές δεν θα «τρέξουν» ομαλά πάνω σε δίκτυα ΑΤΜ χωρίς κάποια στάδια εφαρμογής. Αυτό φαίνεται καθαρά στο παρακάτω σχέδιο :

Ταυτόχρονα, δεν είναι δυνατό να τροποποιήσουμε ριζικά την υπάρχουσα δομή των σημερινών εφαρμογών γιατί ακριβώς έχουν επενδυθεί πολλές ανθρωποώρες σε μελέτη και υλοποίηση αυτών. Διαφαίνεται έτσι μια ανάγκη «εξομοίωσης».  Πρωτόκολλα εγκατεστημένα σε τόσο ευρεία βάση όσο το TCP/IP και το IPX/SPX δεν είναι δυνατό να αντικατασταθούν εν μια νυκτία για να είναι συμβατά με τις νέες δικτυακές τεχνολογίες. Το παρακάτω σχεδιάγραμμα παραστατικά δείχνει τη χρησιμοποίηση κάποιων από τα πιο δημοφιλή πρωτόκολλα στα δίκτυα των εταιρειών ανά τον κόσμο σήμερα :

 

Για το λόγο αυτό έχουν ήδη εμφανιστεί δύο προτάσεις για εξομοίωση τωρινών δικτυακών «πλατφόρμων» που, αν και βρίσκονται σε διαφορετικό στρώμα στην μοντελοποίηση OSI, έχουν μεγάλη εμπορική βάση : του Ethernet / Token Ring και των δικτύων IP.  Οι δύο αυτές προτάσεις είναι :

 

·        Εξομοίωση LAN (LANE: LAN Emulation), ανεπτυγμένη από το ΑΤΜ Forum, που επιτρέπει την διαφανή επικοινωνία μεταξύ Ethernet και token-ring δικτύων ΑΤΜ.

Αυτή η εξομοίωση επιτρέπει τη μετάδοση των περισσοτέρων σημερινών πρωτοκόλλων (TCP/IP, IPX, NetBIOS κ.λ.π.) από ένα δίκτυο ΑΤΜ

 

·        Κλασικό IP (CIP: Classic IP), RFC-1577, ανεπτυγμένο από το IETF (Internet Engineering Task Force) που επιτρέπει  διαφανή λειτουργία συνδέσεων IP (αποκλειστικά) πάνω από δίκτυα ΑΤΜ.

 

Οι παραπάνω δύο προτάσεις έχουν διαφορετική εφαρμογή, ανάλογα με την ανάγκη που έρχονται να ικανοποιήσουν: αν πρόκειται για ένα LAN στο οποίο «ομιλούνται» πολλά πρωτόκολλα τότε χρησιμοποιούμε την εξομοίωση LAN, αν όμως έχουμε αποκλειστικά το IP σαν πρωτόκολλο επικοινωνίας, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το CIP σαν μέθοδο για υλοποίηση ταχύτατων δικτύων IP.

 

 

 

Ασφάλεια στο ΑΤΜ

 

Ένα στοιχείο που δεν αναφέρθηκε ως τώρα και αποτελεί σημαντικό παράγοντα αξιοπιστίας ενός δικτύου είναι η ασφάλεια. Στα σημερινά δημόσια δίκτυα τηλεφωνίας η παρακολούθηση μιας σύνδεσης είναι σχετικά απλή υπόθεση, μιας και η διαδρομή ενός κυκλώματος είναι σε γενικές γραμμές προβλέψιμη και παραμένει σταθερή καθ’ όλη τη διάρκεια της συνομιλίας. Κατ’ αντιστοιχία, στα περισσότερα δίκτυα υπολογιστών μικρής και μεσαίας απόστασης (π.χ. Ethernet και FDDI) τα δεδομένα ταξιδεύουν πάνω στο κοινό μέσο (καλώδιο ή οπτική ίνα) και είναι απροστάτευτα από εκείνους που θέλουν να υποκλέψουν τα δεδομένα. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις, ο μόνος αναγκαίος εξοπλισμός είναι ένας προσαρμογέας δικτύου σε «αδιάκριτη» κατάσταση (promiscuous mode) και κάποιο εργαλείο ανάλυσης δικτύου που μπορεί και περνάει από φίλτρο όλα τα πακέτα που περνάνε από το μέσο για να κρατήσει αυτά που έχουν «ενδιαφέρον»: κωδικοί εισόδου (passwords), αριθμοί πιστωτικών καρτών κ.ο.κ. Όλα αυτά μπορεί να απασχολήσουν πολύ σοβαρά κάποιον οργανισμό που στοχεύει να στηρίξει την οργανωτική του υποδομή πάνω σε ένα δίκτυο δεδομένων και να διακινεί σημαντικά και απόρρητα δεδομένα πάνω σ’αυτό.

Το ΑΤΜ μπορεί και παρέχει ασφάλεια στις συνδέσεις ακριβώς επειδή το «κύκλωμα» που εγκαθίσταται με μία σύνδεση είναι εικονικό (virtual circuit) και αποσυντίθεται αμέσως μετά το τέλος της σύνδεσης. Αυτό συνδυαζόμενο με το γεγονός της μη προκαθορισμένης διαδρομής των πακέτων καθιστά σχεδόν αδύνατη την πλήρη παρακολούθηση μίας σύνδεσης ΑΤΜ.

 

Παράλληλα, η σύγχρονη έρευνα πάνω στο θέμα της κρυπτογράφησης και της ασφάλειας των τηλεπικοινωνιακών δικτύων από ανεπιθύμητους ωτακουστές έχει εφεύρει ήδη κάποιους αλγόριθμους κρυπτογράφησης ικανούς να αποθαρρύνουν τους επίδοξους υποκλοπείς που είναι εύκολα υλοποιήσιμοι σε υλικό (firmware). Η έρευνα πάνω στο τομέα αυτό πρέπει να λάβει υπ’ όψη τις ταχύτητες μεταφοράς του ΑΤΜ και άρα να προσανατολιστεί προς αλγόριθμους με ικανοποιητικά αποτελέσματα αλλά και μικρό βαθμό πολυπλοκότητας, έτσι ώστε να μην υπάρχει μεγάλη επιβάρυνση (overhead) στα τελικά σημεία της σύνδεσης.