با توجه به پیشرفت های سریع دانش و فن آوری در عرصه های گوناگون و به ویژه علوم کامپیوتر، انفورماتیک و ارتباطات و از سوی دیگر افزایش فزاینده حجم مبادلات اطلاعاتی در سراسر جهان از طریق رسانه های متعدد، به ویژه شبکه جهانی اینترنت، نیاز به فراهم آوردن ابزارها و بسترهای فیزیکی مناسب جهت نیل به سرعتهای هر چه بیشتر در انتقال اطلاعات کاملاً ملموس می باشد.
در این راستا می توان به کابل تابیده ( Twisted Pair)، کابل کواکسیال با پهنای باند کم (Baseband Coaxial Cable)، کابل کواکسیال با پهنای باند وسیع( Broadband Coaxial Cable (، و فیبرنوری در عرصه انتقال غیر بی سیم و همچنین انتقال رادیویی ( Radio Transmission) ، مایکرو ویو (Microwave)، مادون قرمز (Infrared) ، و موج نوری (Lightwave Transmission) در عرصه انتقال بی سیم و امواج الکترو مغناطیسی نام برد که فن آوری های گوناگون و متعددی همچون سیستمهای مخابراتی و تلفن، I SDN کم پهنا ، ISDN با پهنای باند زیاد ، رادیوی سلولی (Cellular Radio)، و ماهواره های مخابراتی بر پایه آنها بنا شده اند.
پر واضح است که به لحاظ سرعت، سیستم هایی که بر اساس فن آوری های بی سیم و خصوصاً امواج الکترو مغناطیسی اطلاعات را منتقل می کنند، بسیار کاراتر می باشندولی هزینه بسیار بالا و تجهیزات مخابراتی ویژه ای که برای راه اندازی این سیستمها مورد نیاز است، موارد استفاده عملی آنها را محدود به شبکه های وسیع مانند WAN و ارتباطات راه دور می نماید.
بنابراین، نیاز به رسانه های انتقال (Transmission Media) غیر بی سیم، و بهینه سازی ابعاد کیفیتی گوناگون آنها از جمله سرعت انتقال داده ها، پهنای باند، و ضریب دقت جلب توجه می نماید.
در اینجا قصد داریم به بررسی کلی یکی از جدید ترین فن آوری ها در این زمینه بپردازیم.
این فن آوری نوین کهAsynchronous Transfer Mode) ATM ( نام دارد، اساس شبکه های N-ISDN و B-ISDN را تشکیل می دهند که امروزه جزو پر سرعت ترین فن آوری های موجود شبکه می باشند.
همچنین از نقطه نظر سخت افزاری و با دیدی عمیقتر به بررسی « سویچهای ATM » که وظیفه اصلی راه گزینی ( Switching or Routing) را در شبکه های ATM انجام می دهند، می پردازیم.
ویژگیهای ATM :
ATM سر نام عبارت حالت انتقال ناهمزمان ( Asynchronous Transfer Mode) می باشد .
علت این نامگذاری اینست که بر خلاف خطوط تلفن ، انتقال در ATM بصورت همزمان و وابسته به یک Clock واحد نیست.
ایده اساسی تشکیل دهنده ATM اینست که اطلاعات در قالبهای کوچک و با اندازه ثابت که سلول Cell) ) نامیده می شوند، منتقل گردند.
طول سلولها در ATM 53 بایت است.
پنج بایت اول به عنوان آغازین (Header) و 48 بایت بقیه اطلاعات را تشکیل می دهند.
ترکیب این 53 بایت در شکل 1 آمده است.
ایده اساسی تشکیل دهنده ATM اینست که اطلاعات در قالبهای کوچک و با اندازه ثابت که سلول Cell) ) نامیده می شوند، منتقل گردند.
ترکیب این 53 بایت در شکل 1 آمده است.
شکل شماره 1 – سلول ATM ساختار داخلی Header یک سلول ATM در شکل 2 آمده است.
ویژگی ATM نسبت به سیستمهای مخابراتی اینست که ATM از فن آوری Cell-Switching استفاده می نماید، در حالیکه سیستم تلفن فن آوری Circuit-Switching را به کار می گیرد.دلایل انتخاب فن آوری Cell-Switching برای ATM عبارتند از: Cell-Switching کاملاً انعطاف پذیر است و و می تواند به راحتی ترافیک با نرخ ثابت مانند صوت و تصویر، و ترافیک با نرخ متغیر مانند داده را کنترل کند.
در ATM می توان داده ها را با هر نرخ انتقالی، ارسال و دریافت نمود.
همچنین این امکان وجود دارد که دز طول زمان نرخ ترافیک تغییر کند.
در سیستم تلفن نرخ ترافیک، باید مضربی از 8 Kbps باشد.
با توجه به اینکه در حال حاضر دستیابی به سرعتهای بالا ( در حد گیگا بیت در ثانیه ) ممکن شده است، راه گزینی (Switching) سلولها (Cells) به ویژه در کاربردهای فیبر نوری، به صورت دیجیتالی بسیار آسانتر از روشهای رایج Multiplexing می باشد.
Cell-Switching می تواند امکان انتشار (Broadcasting) را که لازمه گسترش توزیعی(Distributed) سیستم تلویزیون می باشد، فراهم نماید، در حالیکه این امر در Circuit-Switching امکان پذیر نمی باشد.
شبکه های ATM اتصال گرا هستند، بنابر این بر قراری یگ ارتباط نیازمند اینست که ابتدا یک پیام فرستاده شود تا اتصال بر قرار گردد.
سپس سلولهای متوالی در مسیر تعیین شده به سمت مقصد جاری می گردند.
حفظ ترتیب توالی سلولها در ATM تضمین شده است.
سرعت های مورد نظر برای ATM در حال حاضر ، 155-Mbps و 622-Mbps می باشد.
البته امکان نیل به سرعتهای بالاتر نیز وجود دارد.
مدل مرجع ATM : ATM از مدل مرجعی خاص خود و متفاوت با مدل مرجع OSI و TCP/IP استفاده می کند.
این مدل که مدل مرجع ATM (ATM Reference Model) نام دارد از سه لایه تشکیل شده است.
ATM Adaptation Layer Canvergence Sublayer Segmentation and Reassembly Sublayer ATM Layer Physical Layer Transmission Convergence Sublayer Physical MediumDependent Sublayer لایه فیزیکی مربوط به رسانه فیزیکی ( Physical Medium) است: ولتاژها، زمان بندی بیتها (BitTiming)، و موارد دیگر است.
ATM قواعد خاصی را در این مورد وضع ننموده است، ولی تعیین نموده است که سلولها می توانند از طریق یک سیم یا فیبر منتقل گردند.
همچنین سلولها می توانند در داخل بخش اطلاعات (Payload) سیستمهای انتقال دیگر بسته بندی شوند.
بنابراین A TM طوری طراحی شده است که از رسانه انتقال مستقل باشد.
لایه ATM کنترل سلولها و انتقال آنها را انجام می دهد.
ترکیب سلول و ساختارهای موجود در Header آن را تعیین می نماید.
همچنین وظیفه برقراری و آزادسازی مدارات مجازی را انجام می دهد.
علاوه بر آن کنترل تراکم (Congestion Control) نیز در همین لایه انجام می شود.
از آنجایی که بسیاری از برنامه های کاربردی مستقیماً با سلولها کار نمی کنند، یک لایه در بالای لایه ATM وجود دارد که به کاربر اجازه می دهد تا بسته های بزرگتر از اندازه سلول را انتقال دهد.
رابط ATM بسته ها را به قطعات اندازه سلولها تقسیم می کند، سلولها را به صورت انفرادی ارسال می کند، و در سوی دیگر آنها را به هم می پیوندد.
این لایه، لایه مبدل A TM (ATM Adaptation Layar) یا AAL نام دارد.
AAL خود به دو زیر لایهSAR ، (Segmentation and Reassembly) و CS(Convergence Sublayer) تقسیم می شود.بر خلاف سایر مدلهای مرجع، مدل مرجع ATM بصورت سه بعدی تعریف شده است.
بخشهایی که در سطح لایه بالایی قرار گرقته اند، عبارتند از: Plane Management : کار کنترل منابع را انجام می دهد.
Layer Management : هماهنگی داخلی بین لایه ها را انجام می دهد.
Control Plane : مربوط به کنترل و مدیریت اتصال است.
User Plane : وظیفه انتقال داده ها، کنترل جریان، و تصحیح خطا را به عهده دارد.
زیرلایه PMD ارتباط مستقیم با رسانه انتقال دارد، بیتها را منتقل می نماید و زمانبندی آنها را تنظیم می کند.
زیر لایه دیگر لایه فیزیکی، (Transmission Convergence) در هنگام ارسال، سلولها را بصورت یک رشته از بیتها به لایه PMD تحویل می دهد.
بنابراین زمان دریافت ، تنها یک رشته از بیتها را دریافت می نماید.
در این حالت کار این لایه اینست که رشته بیتها را به سلولهای اولیه تبدیل نماید و به لایه ATM باز گرداند.
سویچهای ATM : با توجه به این امر که ATM یک سیستم Packet-Switching دیجیتال با سرعت بالا می باشد، سویچ (Switch) یا راه گزینی(Router) که در شبکه های ATM به کار می رود، در بهینه سازی سرعت انتقال اطلاعات در ATM نقش بسیار مؤثری دارد.
همانطور که ذکر شد، سرویس ATM اتصال گرا(Connection Oriented) است.
اما این سرویس عملاً به روش Packet-switching پیاده سازی می شود.
در این حالت دو نوع اتصال ارائه می شود.
مدارهای مجازی دائم (Permenant Virtual Circuits): به صورت دستی توسط کاربر تقاضا می شود( مانند امکان ارسال یک فکس) و نوعاً در مدتهای طولانی باقی می مانند.
مدارهای مجازی راه گزین شده ( Switched Virtual Circuits): مانند تماسهای تلفنی که در هنگام نیاز بصورت پویا برقرار شده و پس از آن قطع می گردند.
در سیستمهایی که از Circuit-Switching استفاده می نمایند، برقراری یک اتصال به این معنی است که یک مسیر فیزیکی بین منبع و مقصد برقرار گردیده است، در حالیکه در سیستمهای Packet-Switching آنچه واقعاً روی می دهد اینست که مسیر از منبع تا مقصد برگزیده می شود.
شکل شماره 3 این مطلب را نشان می دهد .
یک سویچ ATM بطور کلی دارای تعدادی خطوط ورودی و تعدادی خطوط خروجی می باشد که معمولاً ( به دلیل دوطرفه بودن خطوط و سویچها) تعداد آنها با هم برابر می باشد.
هر سلول از طریق یک خط ورودی وارد شده و به ساختارهای راه گزینی فرستاده می شود و سرانجام روی خط خروجی مربوطه قرار می گیرد.
هر سویچ دارای یک پالس ساعت اصلی مربوط به خود می باشد.
با توجه به اینکه سلولها بصورت ناهمزمان روی خطوط ورودی قرار می گیرند، وظیفه پالس ساعت اینست که ابتدای هر سیکل را مشخص می کند.
سلولهایی که به طور کامل روی خطوط ورودی قرار میگیرند، در ابتدای هر سیکل می توانند وارد بخش سویچینگ شوند.
سلولی که کاملاً روی خطوط ورودی قرار نگرفته است، باید تا ابتدای سیکل بعدی منتظر بماند.
با توجه به اینکه سلولها با سرعت رایج در A TM یعنی در حدود 150Mbps به سویچ وارد می شوند، می توان طول مدت زمان هر سیکل را محاسبه نمود: تعداد بیتها در ثانیه: 150 Mbps ( 150 * 106 ) / (52 * 8)=360,576 ≈ 360,000تعداد سیکلها در ثانیه: 1/ 360,000= 2.77 * 10 -6 ≈ 2.7 µSecطول مدت هر سیکل: یک سویچ معمولی می تواند بین 16 تا 1024 خط ورودی داشته باشد، بنابراین باید بتواند در هر µSec 2.7 یک دسته 16 تا 1024 تایی از سلولها را سو یچ کند.البته درMbps 622 این زمان به nSec 700 تقلیل می یابد.کوچک بودن اندازه سلولها و ثابت بودن طول آنها سویچینگ را به این طریق ممکن ساخته است.
مشکلی که در سویچ بوجود می آید اینست که در یک سیکل ممکن است دو یا چند سلول که در ورودی قرار دارند بخواهند به یک خط خروجی بروند.
یک راه حل برای مشکل فوق اینست که برای هر خط ورودی یک بافر در نظر بگیریم، یک سلول را به مدار سویچ وارد کنیم و بقیه سلولهایی را که به همان خط خروجی باید سویچ شوند، تا ابتدای سیکل بعدی در بافر ورودی ذخیره کنیم.
این روش Input Buffering نام دارد.
مشکلی که در Input Buffering وجود دارد اینستکه هنگامی که یک سلول در بافر نگهداشته می شود، مسیر عبور سلولهای بعد از خود را مسدود می سازد.
این پدیده Head-of-Line Blocking نام دارد.
راه دیگری که برای بافرینگ وجود دارد و منجر به Head-of-Line Blocking نمی شود، Output Buffering است.
در این روش هنگامی که دو سلول در یک سیکل واحد باید به یک خروجی فرستاده شوند، سلولها به ترتیب وارد مدارات سویچینگ شده، و به خط خروجی مربوطه سویچ می شوند، در آنجا سلول اول از مدار خارج شده و بقیه سلولها در بافر ذخیره می گردند.
بنابر این در این حالت خطوط ورودی در پایان هر سیکل آزاد هستند.
استفاده از Output Buffering باعث صرفه جویی در تعداد سیکلها می شود.
روشهای گوناگونی برای طراحی مدارات سویچینگ وجود دارند: Knockout Switch Batcher-Banyan Switch پیوست : PNNI Routing in ATM: مراجع: Books: Andrew S.
Tanenbaum, “Computer Networks”, Prentice Hall, 1996 Doglas E.
Comer, “ Computer Networks”, Pretice Hall, 1999 Web Sites: http://www.via-isdn.org http://cis.ohio-state.edu/~jain ftp://ftp.netlab.ohio-state.edu/pub/jain/papers/cnis/index.html