Tekninen Funet-p{iv{
VTKK, Otaniemi
21.10. 1992
ATM - FASTER
Mika Uusitalo
TTKK/Laskentakeskus
Mika.Uusitalo@cc.tut.fi
ATM - FASTER
Tietoverkkoon hajautetut atk-voimavarat kuluttavat nopeasti
k{ytett{viss{ olevan tiedonsiirtokapasiteetin. T{m{ on seurausta
verkkoon liittyvien ty|asemien lukum{{r{n lis{{ntymisest{ sek{
tietokoneiden tehokkuuden jatkuvasta kasvusta. Toisaalta suurta
kaistanleveytt{ vaativien ty|asema-palvelin toteutusten kuten
graafisten ikkunointi- ja verkkotiedostoj{rjestelmien k{ytt| on my|s
yleistynyt.
L{hiverkoissa perinteisi{ Ethernet- ja Token ring ratkaisuja onkin
ryhdytty korvaamaan 10 kertaa tehokkaammalla FDDI-teknologialla.
Taival on kuitenkin vasta alussa. Datansiirron ohella lis{{ntynyt
tarve aikakriittisten tietoliikennepalveluiden kuten puheen- ja
videokuvansiirtoon vaatii tietoverkolta yh{ laajempaa kaistaa.
Nopean tietoverkon todellinen l{p{isykyky on monen tekij{n summa.
Siihen vaikuttavat mm. tietoliikennesovelluksen toteutus, valittu
kuljetusprotokolla sek{ tietokoneen I/O-j{rjestelm{n ja
verkkosovittimen tehokkuus. Jotta yh{ nopeampi liikenn|inti olisi
mahdollista, se k{yt{nn|ss{ edellytt{{ kaikkien siirtoprosessiin
osallistuvien komponenttien teknist{ kehittymist{.
Datansiirtoprosessin nopeuttamiseksi FDDI-verkossa k{ytet{{n kooltaan
suuria tietopaketteja. N{in erilaisten ohjauskenttien ja
tarkistussummien osuus koko paketista pienenee. Mik{li verkossa
kuitenkin halutaan siirt{{ my|s esim. audio- ja videosovelluksia,
tulee pakettien olla pieni{ ja kiinte{n mittaisia. Esimerkiksi puhe
vaatii digitoidun n{ytteen l{hett{mist{ tasaisin v{liajoin ja
riitt{v{n usein. FDDI ei siis kykene tehokkaasti kuljettamaan
laajakaistasovelluksia
Seuraavan sukupolven laajakaistaiset tietoverkot ovat kuitenkin pian
syntym{ss{. Uusista tekniikoista yksi n{ytt{{ nousevan ylitse muiden
-ATM, Asynchronous Transfer Mode.
Mik{ on ATM?
ATM on CCITT:n standardoima nopea soluv{litystekniikka. ATM-verkossa
erityyppiset palvelut kuljetetaan perustuen v{litett{v{n tiedon
multipleksointiin lyhyisiin kiinte{nmittaisiin paketteihin ns.
soluihin (cell). Soluja v{litet{{n eritt{in nopeasti ja l{hes
viiveett{.
Soluvirtaa ohjataan ATM-solmuissa (switch) tehokkaalla
kytkent{tekniikalla suoraan laitteiston avulla. T{m{ mahdollistaa
eritt{in nopean liikenn|innin sek{ tekee mahdolliseksi aikakriittiset
sovellukset kuten kuvan ja {{nen siirron.
ATM-solu on kooltaan 53 tavua pitk{ ja se jakautuu 5 tavun otsikkoon
sek{ 48 tavun hy|tykuormaan. Otsikko sis{lt{{ solujen reititykseen
tarvittavan informaation. Reititys ja yhteyksien identifiointi
tapahtuu otsikossa olevien virtuaaliv{yl{- sek{
virtuaalikanavakenttien (VPI/VCI) avulla.Virtuaalikanava allokoidaan
yhteyden muodostusvaiheessa ja vapautetaan yhteyden p{{tytty{.
Pienen ja kiinte{n pakettikoon etuja ovat mm. ATM-laitteiden
yksinkertainen toteutustapa, tehokas laitteiston kytkent{tekniikka,
l{hes viiveet|n liikenn|inti sek{ soveltuvuus erityyppisten
palveluiden kuljettamiseen. ATM::n pyrkimys onkin huolehtia
tehokkaasti ja mahdollisimman yksinkertaisella toteutuksella
erilaisista liikennekombinaatioista.
Palveluja voidaan kuljettaa perustuen verkkok{ytt{j{n dynaamisiin
vaatimuksiin. Esimerkiksi purskeisen datan kuljetuksen aikana ATM
kykenee dynaamisesti allokoimaan palvelulle lis{kaistaa. Kun purske
p{{ttyy kaista on muiden k{ytett{viss{. Menettely tarjoaa
mahdollisuuden allokoida verkosta kapasiteettia sen mukaan, mit{ kukin
palvelu edellytt{{, jolloin resurssit ovat tehokkaassa k{yt|ss{.
Ylikuormitustilanteissa ATM tukee ruuhkautumisenhallintaa
Pelkki{ ATM-soluja ja ATM-verkkopalvelua voidaan suhteellisen harvoin
sin{ll{{n hy|dynt{{. P{{telaitteiden onkin t{ydennett{v{
ATM-verkkopalvelua sovitustoiminteilla. N{m{ toiminteet suorittavat
mm. informaation paloittelun, palveluiden ajastus-, siirtonopeus- sek{
yhteystyyppivaatimuksista riippuvia teht{vi{. P{{telaitteissa palvelut
sovitetaan ATM:{{n erilaisten AAL (ATM Adaptation Layer)
sovituskerrosten avulla.
CCITT ei ole viel{ m{{ritellyt ATM:n suhdetta OSI-malliin.
Periaatteessa ATM kuitenkin sijoittuu hierarkiassa kerroksen kaksi
alikerrokseksi, jonka p{{ll{ ovat AAL-kerrokset.
ATM l{hiverkossa
ATM-teknologia tulee vaikuttamaan laajalla alueella. Se soveltuu mm.
televerkkoihin, LAN- sek{ WAN-ymp{rist|ihin. L{hiverkkoratkaisuna ATM
on siis vain osa suurempaa kokonaisuutta. Tosin se tullaan ottamaan
ensin k{ytt||n nimenomaan LAN:eissa.
ATM-l{hiverkossa voi esiinty{ erilaisia komponentteja kuten asemia,
solmuja sek{ liitynt|j{ ulkopuolisiin ja julkisiin verkkoihin esim.
WAN, puhelinvaihde tai videoj{rjestelm{. Asemat ovat tavallisia
tietokoneita. Solmut ovat tietoliikennelaitteita kuten keskittimi{ tai
hubeja. Ulkoiset ja julkiset verkkoliitynn{t toteutetaan esim.
reitittimill{ tai erillisill{ sovitinlaitteilla.
ATM-verkko ei ole topologialtaan v{yl{, t{hti tai rengas, vaan
periaatteessa mik{ tahansa kykent{tapa on mahdollinen. Yleens{
ATM-l{hiverkko koostuu yhdest{ tai useammasta ATM-solmusta, joihin
asemat liittyv{t t{htim{isesti. Koska yksitt{inen tietokone liittyy
solmuun suoraan, on v{yl{n koko siirtokapasiteetti aseman
k{ytett{viss{. Uuden kytkenn{n liitt{minen ATM-solmuun ei heikenn{
olemassa olevien yhteyksien suorituskyky{. Toisin on esim. fddiss{,
jossa renkaan kapasiteetti jaetaan siin{ kiinni olevien laitteiden
kesken.
Siirtyminen olemassa olevasta LAN infrastruktuurista ATM:{{n tapahtuu
l{hinn{ reitittimien avulla. Reitittimet sijaitsevat ns.
UNI-rajapinnassa (User Network Interface) ja ne mahdollistavat
liikenn|innin erilaisten verkkojen kuten puhtaan ATM-ymp{rist|n ja
perinteisten tietokoneverkkojen v{lill{.
ATM mahdollistaa my|s, ett{ fyysisesti erill{{n olevat organisaation
yksik|t voidaan m{{ritell{ yhdeksi loogiseksi verkoksi ilman
verkko-osoitteiden uudelleenm{{rittelyj{. T{ll|in esimerkiksi
TCP/IP-ymp{rist|ss{ eri puolille hajautettua organisaatiota voidaan
pit{{ yhten{ loogisena verkkona tai aliverkkona.
Lis{{ nopeutta ja palveluita
ATM on pohjimmiltaan yhteydellinen siirtotekniikka, joka mahdollistaa
suuren joukon erilaisia palveluita kuten piiri- ja pakettikytkent{{,
valinnaisia ja kiinteit{ yhteyksi{, yhteydellist{ ja yhteydet|nt{
kommunikointia, vuorovaikutteista ja jakelupalvelua
(broadcast/multicast).
ATM:n avulla pystyt{{n siirt{m{{n erityyppisi{ liikenn|intimuotoja
kuten dataa sek{ reaaliaikaisia audio ja videosignaaleja esim.
HDTV-kuvaa. ATM-sovellukset rakentuvatkin pitk{lti multimedian
ymp{rille. N{it{ ovat esimerkiksi puheensiirto, videoneuvottelu,
monimedia posti, hajautettu suunnittelu (CAD/CAM), et{opetus sek{
l{{ketieteellinen kuvansiirto.
ATM on tulevaisuuden BISDN-ymp{rist|n (Broadband Integrated Services
Digital Network) peruspilari. BISDN:ss{ kunnianhimoinen tavoite on
yhdist{{ tele- ja tietokoneverkkopalvelut yhdeksi yleisverkoksi.
T{ll|in k{ytt{j{n ty|asema voi toimia samanaikaisesti graafisena
tietokoneena, puhelimena sek{ TV-vastaanottimena ja -l{hettimen{.
Vaikka BISDN:n tavoitteen toteutumismahdollisuksista ollaan montaa
mielt{, n{ytt{{ varmalta, ett{ teleteollisuudesta l{ht|isin oleva
ATM-teknologia on tulossa ainakin LAN- ja WAN-ymp{rist|ihin.
Tietokoneteollisuuden asiakkailla on voimakas kysynt{
multimedia-pohjaiseen liikenn|intiin. Toisaalta kaikki keskeiset
tietokonevalmistajat ovat julkistaneet suunnitelmansa kehitt{{
ATM-tuotteita. Lis{ksi j{rjestelmien yhteensopivuutta varmistamaan ja
standardointity|t{ tehostamaan tietokoneteollisuus on perustanut
yhteisen kattoj{rjest|n, ATM Forumin.
CCITT on toistaiseksi standardoinut julkisen verkon ATM-liittymiksi
SDH (Synchronous Digital Hierarcy) nopeudet 155 Mbps ja 622 Mbps. SDH
on BISDN:n sis{ss{ joustavasti siirtokapasiteettia jakava
siirtoj{rjestelm{. Mit{{n esteit{ suuremmille nopeuksille ei
periaatteessa ole.
ATM Forum on puolestaan standardoimassa muita liitynt{tapoja
UNI-rajapinnalle l{hinn{ puhtaalle kuidulle ja parikaapelille. Kuidun
osalta ty| on jo pitk{ll{. K{ytt{j{liittym{n nopeudeksi on ATM Forum
m{{ritellyt 100 Mbps. ATM-parikaapeliratkaisu seurannee fddist{
saatuja kokemuksia.
Alueverkoissa ATM:n potentiaali on keskeisesti nopeudessa ja
palveluiden monipuolisuudessa. Esimerkiksi nykyisin melko runsaasti
k{ytetty kehysv{litystekniikka (Frame Relay) soveltuu hyvin pelk{st{{n
datan kuljetukseen ja toisaalta se ei ole kovin tehokas suurilla
nopeuksilla.
Parhaillaan ollaan sopimassa sovitusmenettelyst{ kehysv{lityksen ja
ATM:n v{lill{. N{m{ yhteistoimintam{{rittelyt mahdollistavat ATM:n
k{ytt||noton siell{ miss{ se on palveluiden ja suorituskyvyn kannalta
edullista tarvitsematta kuitenkaan korvata olemassa olevia
kehysv{litteisi{ asiakaslaitteita uusilla ATM-laitteilla.
Miss{ menn{{n?
ATM:n perusosat on standardoitu. M{{rittelem{tt{ on edelleen joukko
yksityiskohtia kuten signalointi- sek{ vuonhallinta- menetelmi{.
Valmistajakohtaisia ATM-tuotteita on saatavilla jonkin verran esim.
Fore Systems, Adaptive ja MPR. Optimistisesti arvioiden ensimm{isi{
monitoimittajaymp{rist|ss{ toimivia ATM-l{hiverkkotuotteita voitaneen
odottaa markkinoille vuoden 1993 lopulla. Alkuun niiden hinnat tulevat
todenn{k|isesti olemaan suhteellisen kalliita.
Multimedia-liikenn|intiin soveltuvaa ohjelmistotarjontaa joudutaan
kuitenkin odottamaan viel{ pidemp{{n.
Kristallipallon kanssa on aina syyt{ olla varovainen. Yhteenvetona
voidaan kuitenkin todeta, ett{ 2-3 vuoden aikaj{nteell{ ATM tulee
v{hitellen n{ytt{m{{n merkitt{v{{ roolia l{hi- ja kampusverkoissa.
Ensin runkoverkkoratkaisuna ja hintojen, parikaapelitoteutuksen sek{
multimediasovellusten kehittyess{ my|s ty|asemaliitynt{n{.
Alueverkoissa ATM tarjoaa mahdollisuuden integroida kaikki palvelut
yhteen verkkoon. T{m{ alentaa verkon kokonaiskustannuksia, koska usean
erillisen palveluverkon kehitt{minen rinnakkain on selv{sti
kalliimpaa. WAN-verkoihin ATM vakiintuu LANeja my|hemmin, sill{ esim.
WAN-infrastruktuurin muuttaminen vaatii suurempia investointeja.
Toisaalta sovitusmenettelyt kehysv{litystekniikan ja ATM:n v{lill{
tulevat tarjoamaan suhteellisen edullisen siirtym{polun alueellisiin
laajakaistapalveluihin.
FASTER
ATM-teknologian tutkimiseen panostetaan t{ll{ hetkell{ voimakkaasti.
My|s TTKK:lla on k{ynnistynyt suhteellisen laajamittainen ATM-projekti
-FASTER, Finnish Asynchronous Transfer Mode Reasearch and Education
Network. FASTER on avoin tavoitetutkimuspainotteinen projekti, jonka
rinnalle ollaan k{ynnist{m{ss{ tuotekehitykseen t{ht{{vi{
yritysprojekteja. Yhdess{ n{m{ muodostavat alueellisen
teknologiahankkeen, LAVEAn.
FASTER-projektin ytimen muodostavat TTKK:n laitoksista
tietoliikennetekniikka, ohjelmistotekniikka, matematiikka,
elektroniikka, signaalink{sittely, tietotekniikan tutkimuslaitos,
tietotekniikka Pori ja laskentakeskus sek{ VTT:n teletekniikan ja
sairaalatekniikan laboratoriot. Useat teollisuusyritykset,
teleoperaattorit sek{ muut organisaatiot liittyv{t LAVEA-hankkeeseen
erillisin{ yritysprojekteina.
FASTER-projektin p{{m{{r{n{ on edist{{ laajakaistateknologian
tutkimusta, koulutusta ja soveltavaa k{ytt|{ Suomessa. Projektin
tavoitteena on hankkia syv{llist{ tiet{myst{ ja k{yt{nn|n kokemusta
erityisesti ATM-teknologian alueelta. Erityisen{ tavoitteena on luoda
edellytykset alan tuotekehityksen tekemiselle LAVEA-hankkeen
puitteissa sek{ ATM-tuotteiden ett{ ATM-sovellusten ja -palveluiden
alueilla.
Toimintamuotoina ovat mm. ATM-koeverkon pystytt{minen, siihen
perustuva ATM-tekniikan soveltavan k{yt|n eksperimentointi, verkon
soveltamista helpottavien ty|kalujen ja ty|menetelmien kehitt{minen
sek{ muutamalla painopistealueella suoritettava ATM-tekniikan
tutkimustoiminta.