تحقیق مقاله سویچ های ATM

مقدمه :

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  [AN1] SDN [1] کم پهنا [2] ، ISDN  با پهنای باند زیاد [3]، 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 [4]. 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.

(نمودار و جداول در فایل اصلی موجود است) 

ساختار داخلی Header یک سلول ATM در شکل 2 آمده است.

 (نمودار و جداول در فایل اصلی موجود 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 [5] مانند صوت و تصویر، و  ترافیک با نرخ  متغیر [6] 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 [7]  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 LayerCanvergence SublayerSegmentation and Reassembly SublayerATM Layer‍Physical Layer‏Transmission Convergence Sublayer Physical MediumDependent Sublayerلایه 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 لایه SAR ،     (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.