เครือข่าย ATM จะใช้โปรโตคอล ATM (Asynchronous Transfer Mode) เป็นมาตรฐานการส่งข้อมูลความเร็วสูง โดย ATM ถูกพัฒนามาเพื่อให้ใช้กับงานที่มีลักษณะ ข้อมูลหลายรูปแบบและต้องการความเร็วในการส่งข้อมูลสูงมากๆ สื่อที่ใช้ ในเครือข่ายมีได้ตั้งแต่สายไฟเบอร์ออปติค สายโ

ATM

(Asynchronous Transfer Mode)

1. General about ATM

เครือข่าย ATM จะใช้โปรโตคอล ATM (Asynchronous Transfer Mode) เป็นมาตรฐานการส่งข้อมูลความเร็วสูง โดย ATM ถูกพัฒนามาเพื่อให้ใช้กับงานที่มีลักษณะ ข้อมูลหลายรูปแบบและต้องการความเร็วในการส่งข้อมูลสูงมากๆ สื่อที่ใช้ ในเครือข่ายมีได้ตั้งแต่สายไฟเบอร์ออปติค สายโคแอกเชียล หรือสายไขว้คู่ (Twisted pair) มีความเร็วในการส่งข้อมูลได้ตั้งแต่ 2 Mbps ไปจนถึง 622 Mbps ATM ถูกพัฒนามาจากเครือ ข่าย Packet-switching ซึ่งจะแบ่งข้อมูลที่จะส่งออกเป็นหน่วยย่อยๆ เรียกว่า packet ที่มีขนาด เล็กและคงที่แล้วจึงส่งแต่ละ packet ออกไป แล้วนำมาประกอบรวมกันเป็นข้อมูลเดิมอีก ครั้งที่ปลายทาง ข้อดีของ ATM คือสามารถใช้กับข้อมูลได้หลายรูปแบบ เช่น เสียง, ภาพเคลื่อนไหว หรือข้อมูลคอมพิวเตอร์ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ, มีความเร็วของข้อมูลสูง และสามารถรับประกันคุณภาพของการส่งได้ (มี Quality of Service)

ATM CONCEPT

เครือข่ายสื่อสารในปัจจุบันมีความแตกต่างกันของโพรโตคอล และโทโพโลยีที่ใช้ ในบริษัททั่วไปมักจะมีการสร้างเครือข่ายหลายๆ เครือข่ายเพื่อรองรับข้อมูลแต่ละชนิดเช่น ข้อมูลภาพ, เสียง หรือข้อมูลคอมพิวเตอร์ จากการที่เครื่องคอมพิวเตอร์มีความสามารถของ CPU มากขึ้น และ User มีความต้องการbandwidth ที่สูงของเครือข่ายภายใน LAN / WAN ประกอบกับการพัฒนาของเครื่องคอมพิวเตอร์, Multimedia Application, ข้อมูลเสียง, ข้อมูลปกติ, ข้อมูลภาพ และวิดีโอ มีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว ความต้องการ bandwidth ของการสื่อสารมีลักษณะดังที่แสดงในรูป

รูปที่ 1-1 Multimedia Applications increase bandwidth

การเปลี่ยนแปลงนี้ก่อให้เกิดความคิดที่จะทำการออกแบบเครือข่ายที่มีอยู่ใหม่ ซึ่งหนึ่งในเทคโนโลยีที่ถูกเสนอก็คือ ATM (Asynchronous Transfer Mode) และ ATM ยังเป็นคำตอบที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกับอุตสาหกรรมการสื่อสารขนานใหญ่ ATM ได้ถูกออกแบบไว้ตั้งแต่แรกให้เป็นโพรโตคอล เดียวที่ครอบคลุมรูปแบบการสื่อสารทั้งหมด เช่น เสียง,วีดีโอ และข้อมูล ดังนั้น ATM จึงได้เตรียมทางออกสำหรับแอปพลิเคชั่นที่ต้องการ bandwidth ความเร็วของการขนส่งข้อมูลที่มากขึ้น สำหรับ แอปพลิเคชั่นที่กำลังจะออกมา และแอปพลิเคชั่นสำหรับวันพรุ่งนี้ เช่น การประชุมทางไกล (Teleconferencing), การรักษาโรคทางไกล (Telemedicine), การตกลงขององค์กรแบบ real-time, โทรทัศน์ความละเอียดสูง, video-on-demand, การศึกษาทางไกล (distance learning) และการขนส่งข้อมูลที่มีความเร็วสูง (high-speed data transfer)

เครือข่าย ATM มีความเหมาะสมกับแอปพลิเคชั่นต่างๆ ดังกล่าวด้วยจุดเด่น 2 ประการคือ ความเร็วที่สูงมาก และการรองรับการส่งข้อมูลทุกชนิด

ลักษณะทั่วไปของ ATM มีดังนี้

ATM จะสร้างมาตรฐานของการรวมเอาข้อมูลเสียง, วิดีโอ และข้อมูลคอมพิวเตอร์ ส่งผ่านไปในลักษณะที่มองดูภายนอกแล้วไม่แตกต่างกัน

ATM เป็นเครือข่ายแบบ Packet Switching ที่ใช้ขนาด packet ขนาดคงที่เรียกว่า cell

มาตรฐานของ ATM ไม่จำกัดที่ความเร็วเฉพาะค่าใดค่าหนึ่งของเครือข่าย ATM สามารถใช้งานความเร็วของการสื่อสารได้ตามต้องการ ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และสายสัญญาณที่ใช้

ATM เป็นเทคโนโลยีแบบ Connection-Oriented - ทุกๆ cell จะวิ่งผ่านในเส้นทางเดียวกันจากจุดเริ่มต้นไปถึงปลายทาง

ATM ทำงานในโพรโตคอลระดับล่าง จึงสามารถเชื่อมต่อกับเครือข่าย LAN และ WAN ได้โดยตรงโดยไม่ต้องมีการดัดแปลงซอฟแวร์ หรือ ฮาร์ดแวร์ระบบ

Error & flow control จะไม่ได้อยู่ภายใน data field และ link ภาย network แต่จะทำงานที่ชั้น network

2. Cell Header Format

ATM เป็นมาตรฐานรูปแบบการส่งข้อมูลความเร็วสูงที่ถูกพัฒนามาสำหรับงานที่ต้องการความเร็วในการส่งข้อมูลสูงมาก ๆ ข้อมูลที่ส่งในเครือข่าย ATM จะถูกแบ่งเป็นกลุ่มย่อยเล็ก ๆ เรียกว่า เซลล์ (Cell) ซึ่งมีขนาด 53 byte ประกอบด้วยส่วนข้อมูล (payload) ขนาด 48 byte และส่วนหัว (header) ขนาด 5 byte ดังแสดงในรูปที่ 1 ส่วนหัวจะเก็บข้อมูลที่จำเป็น ต่าง ๆ ที่ใช้ในการควบคุมการส่ง เช่น จุดหมายปลายทาง ระดับความสำคัญของ cell นั้น โดยจะ ประกอบด้วย VPI (Virtual Path Identifier) และ VCI (Virtual Circuit Identifier) ทำหน้าที่กำหนดวงจรเสมือน (virtual circuit) ในการเดินทางให้กับเซลล์นั้น และ HEC (Header Error Check) ทำหน้าที่ตรวจสอบ cell ที่ไม่สอดคล้องตามที่ระบุในส่วนหัว สวิตซ์ ATM จะทำหน้าที่ในการมัลติเพลกซ์และจัดการส่งข้อมูลนั้นตามที่กำหนดไว้ในส่วนหัวไปสู่ปลายทาง

รูปที่ 2-1 แสดง ATM Cell

Cell header ประกอบด้วย 5 ไบต์ ซึ่งมีอยู่สองชนิดมีความแตกต่างกันอยู่ เซลล์เหล่านี้ใช้ในการจัดการควบคุมการจัดส่งข้อมูล

รูปmuj 2-2 User-Network Interface (UNI)

รูป 2-3 Network-Node Interface (NNI)

GFC (generic flow control)จะถูกใช้เฉพาะในเซลล์ที่ถูกส่งระหว่างhost และเครือข่าย ATM เท่านั้น ฟิลด์นี้ถูกออกแบบเพื่อใช้ควบคุมการไหลของข้อมูลระหว่าง host กับเครือข่าย แต่อย่างไรก็ตามไม่ได้มีการกำหนดค่าที่ใช้ในฟิลด์นี้ และเครือข่ายATM จะไม่สนใจฟิลด์นี้เลยจะถือว่าเป็นข้อบกพร่อง(bug) ในระบบATM มีขนาด 4 บิต
VPI (virtual path identifier) ใช้เพื่อติดต่อกับ VCI เพื่อที่จะระบุปลายทางของเซลล์หลังจากที่ผ่าน ATM switches เพื่อใช้เป็นเส้นทางในการเดินทางมีขนาด 8 บิต
VCI (virtual channel identifier) ใช้เพื่อติดต่อกับ VPI เพื่อที่จะใช้ระบุปลายทางของเซลล์หลังจากที่ผ่านATM switches เพื่อสร้างเส้นทางในการติดต่อมีขนาด 16 บิต
PT (payload type)มีขนาด 3 บิต จะกำหนดชนิดข้อมูลภายในเซลล์ โดยถูกกำหนดจากผู้ใช้ ว่าเป็นข้อมูลเป็นuser control หรือ data controlในบิตแรกส่วนในบิตที่ 2จะบอกถึงการ congestion ของข้อมูลถ้าเป็นหนึ่งแสดงว่ามีการแน่นขนัดหรือcongestionขึ้น ส่วนบิตที่ 3 จะบอกว่าเป็นเซลล์สุดท้ายของการส่งเช่น 100 แสดงว่าข้อมูลดูแลรักษาระบบระหว่างสวิตซ์ที่อยู่ติดกัน
CLP (congestion loss priority)ในกรณีที่เกิด การ congestion ข้อมูลจะมีการตัดทิ้งข้อมูล(discarded) สวิตซ์ATM จะตัดทิ้งเซลล์ที่มีค่าCLP เป็น1ก่อน เซลล์ที่มีค่าเป็น 0มีขนาด 1 บิต

HEC (header error control) เป็นค่าผลรวมตรวจสอบของheader ซึ่งจะมีสูตรคำนวณถ้าผิดแค่บิตเดียว จะพยายามทำการส่งต่อแต่ถ้าผิดหลายบิต เซลล์จะถูกตัดทิ้งไปมีขนาด 8 บิต

รูปที่ 2-4 The UNI and NNI of ATM networks

UNI คือ interface ที่เกิดขึ้นระหว่าง ATM endpoint (ผู้ใช้ในเครือข่าย ATM) และ ATM switch ส่วน NNI คือ interface ระหว่างเครือข่าย ATM สองเครือข่ายรวมถึงระหว่าง ATM switch ใดๆ 2 ตัว (node ในเครือข่าย ATM) จึงใช้คำว่า Network-Node Interface (แทนที่จะใช้ Network-Network Interface)

UNI และ NNI มีการใช้งานต่างกันตามฟังก์ชันการทำงานของเครือข่าย UNI ถูกใช้มาก ณ จุดของ ATM endpoint เพื่อสื่อสารสร้างการเชื่อมต่อ (call setup) และส่งข้อมูลที่เกี่ยวข้องให้แก่เครือข่าย ATM และเพื่อให้เครือข่ายตอบกลับว่าจะ ยอมรับ, ยกเลิก, หรือตกลงการเชื่อมต่อตามที่ถูกร้องขอมา เราจำเป็นจะต้องทำความเข้าใจว่าโพรโตคอล UNI นั้นใช้แลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่าง ATM endpoint กับ ATM switch ที่มันเชื่อมต่ออยู่ด้วยเท่านั้น จะไม่มีการสื่อสารโดยตรงโดยโพรโตคอล UNI ระหว่าง ATM endpoint กับ ATM switch อื่นๆ ในเครือข่าย หรือระหว่าง 2 ATM endpoint ข้ามเครือข่าย ATM

NNI ถูกใช้ระหว่าง switch ที่ต่อถึงกันโดยตรง (หรือ เครือข่าย ATM) สำหรับการสื่อสารข้อมูลเกี่ยวกับเส้นทาง และข้อมูลการควบคุมการขอเชื่อมต่อ

หลักการของvirtual circuit คือเมื่อสร้างการติดต่อได้แล้วจะมี virtual circuit ใช้ในการส่งข้อมูลระหว่างปลายทางทั้งสอง นอกจากvirtual circuit แล้วผู้ใฃ้สามารถสร้างการติดต่อในระดับ virtual path ได้ กล่าวคือผู้ใช้สามารถรวบรวมกลุ่มของVC เพื่อใช้เป็นสายทางส่งข้อมูลระหว่างผู้รับกับผู้ส่งได้ ดังรูป หลักการนี้เหมือนกับการรวมเอาเส้นทองแดงไว้ในสายเคเบิลเพื่อใช้ในการส่งข้อมูล

รูป 2-5 virtual path and virtual circuit of ATM

3. ATM Model

รูปที่ 3-1 ATM Model

รายละเอียดของโครงสร้างของ ATM Model มีดังนี้

Physical Layer : เป็นข้อกำหนดทางกายภาพเกี่ยวกับตัวนำสัญญาณที่ใช้ในการส่งสัญญาณดิจิตอล และโพรโตคอลของ frame การสื่อสารสำหรับเครือข่าย ATM รวมถึงคำจำกัดความคุณสมบัติทางไฟฟ้าของการเชื่อมต่อเครือข่ายด้วย แม้ว่า ATM จะไม่ยึดติดกับสื่อเฉพาะชนิดใดๆ สำหรับการการส่งทางกายภาพ ATM Forum ก็ได้กำหนดมาตรฐานตัวอย่างสำหรับการใช้งานทั้งเครือข่ายสาธารณะ และส่วนองค์กรไว้ และมาตรฐานที่สำคัญอย่างหนึ่งก็คือ SONET (Synchronous Optical Network) / SDH (Synchronous Digital Hierarchy) โดยมีเส้นใยแก้วนำแสงเป็นตัวนำสัญญาณ
Asynchronous Transfer Mode Layer (ATM) : ทำหน้าที่สร้างส่วน header ของเซลล์ และประมวลผลส่วน header ของเซลล์ที่รับเข้ามา โดยอ่านค่า VCI/VPI ของเซลล์ และหาเส้นทางที่จะส่งเซลล์ออกไป แล้วจึงกำหนด VCI/VPI ใหม่ให้กับส่วน header ของเซลล์นั้น
ATM Adaptation Layer (AAL) : ทำหน้าที่ปรับบริการที่ได้รับจากชั้น ATM ให้สอดคล้องกับความต้องการของโพรโตคอลและแอปพลิเคชั่น ในชั้น higher layer โดยแบ่งเป็น 5 ชนิดด้วยกันเพื่อใช้กับแอปพลิเคชั่นที่ต่างกัน ดังจะกล่าวถึงในหัวข้อ 2.6 ต่อไป
User Layer : เป็นชั้นของแอปพลิเคชั่นจากผู้ใช้ซึ่งจะวิ่งไปบนโครงสร้างของ ATM Model ด้านล่างอีกทีหนึ่ง รายละเอียดของชั้นนี้จะแตกต่างกันไปตามการใช้งานของ AAL