ATM ( — асинхронный способ передачи данных) — сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования пакетов. Пакеты представляют собой ячейки () фиксированного размера в 53 байтаЗдесь и далее в статье размер байта считается равным 8 битам., где первые 5 байт используются под заголовок. Является разновидностью быстрой коммутации пакетов ().
В отличие от синхронного способа передачи данных (STM — ), ATM лучше приспособлен для предоставления услуг передачи данных с сильно различающимся или изменяющимся битрейтом.
История
Создание Основы технологии ATM были разработаны независимо во Франции и США в 1970-х двумя учёными: Jean-Pierre CoudreuseP. Gonet, P. Adam, and J. P. Coudreuse, «Asynchronous time-division switching: The way to flexible broadband communication networks», Int. Zurich Sem. 86;, который работал в исследовательской лаборатории France Telecom, и Sandy Fraser, инженером Bell Labs. Они оба хотели создать такую архитектуру, которая бы осуществляла транспортировку как данных, так и голоса на высоких скоростях, а также использовала бы сетевые ресурсы наиболее эффективно.
Компьютерные технологии создали возможность для более быстрой обработки информации и более скоростной передачи данных между системами. В 80-х годах XX века операторы телефонной связи обнаружили, что не голосовой трафик более важен и начинает доминировать над голосовым. Был предложен проект ISDN, который описывал цифровую сеть с коммутацией пакетов, предоставляющую услуги телефонной связи и передачи данных. Цифровые системы передачи, сначала плезиохронные системы (PDH) на основе ИКМ, а затем синхронные системы передачи (SDH) иерархии на основе оптоволокна, позволяли обеспечить передачу данных на высокой скорости с малыми вероятностями двоичных ошибок. Но существующая технология коммутации пакетов (прежде всего, по протоколу X.25) не могла обеспечить передачу трафика в реальном масштабе времени (например, голоса), и многие сомневались, что когда-либо обеспечит. Для передачи трафика в реальном масштабе времени в общественных телефонных сетях применяли технологию коммутации каналов (КК). Эта технология идеальна для передачи голоса, но для передачи данных она неэффективна. Поэтому телекоммуникационная индустрия обратилась к ITU для разработки нового стандарта для передачи данных и голосового трафика в сетях с широкой полосой пропускания. В конце 80-х Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии (CCITT), позже переименованным в ITU-T, был разработан набор рекомендаций по ISDN второго поколения, так называемого B-ISDN (широкополосный ISDN), расширения ISDN. В качестве режима передачи нижнего уровня для B-ISDN был выбран ATM. В 1988 г. на собрании ITU в Женеве была выбрана длина ячейки ATM — 53 байт. Это был компромисс между специалистами США, которые предлагали длину ячейки 64 байта и специалистами Европы, предлагавшими длину ячейки 32 байта. Ни одна сторона не смогла убедительно доказать преимущество своего варианта, поэтому в итоге объём «полезной» нагрузки составил 48 байт, а для поля заголовка (служебных данных) был выбран размер 5 байт, минимальный размер, на который согласилась ITU. В 1990 г. был одобрен базовый набор рекомендаций ATM. Базовые принципы ATM положены рекомендацией I.150. Это решение было очень похоже на системы, разработанные Coudreuse и Fraser. Отсюда начинается дальнейшее развитие ATM.
Советские и российские разработки В 1980-х — 1990-х годах исследованием и разработкой средств быстрой коммутации пакетов (БКП) для совместной передачи речи и данных занимались несколько организаций.
ЛНПО «Красная Заря» Тему БКП и, как её разновидность, АТМ, разрабатывал отдел под руководством Г. П. Захарова в составе предприятия АООТ НПП «Радуга». Ранее это предприятие было одним из подразделений ЛНПО «Красная Заря». Отдел Захарова получил как теоретические результаты: математические моделиМ. В. Симонов, «Математическое моделирование структуры междугородной ШЦСИО РФ», 2-я конференция «Информационные сети и системы (КИСС-93)» 18-20 ноября 1993 г., Тезисы докладов, Гос. ун-т телекоммуникаций (ГУТ) им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, СПб, 1993, сс.38-39;Г. П. Захаров, В. П. Ревельс, И. А. Разживин, «Математическая модель ЦБКП при многослойном КП типа баньян», 2-я конференция «Информационные сети и системы (КИСС-93)» 18-20 ноября 1993 г., Тезисы докладов, Гос. ун-т телекоммуникаций (ГУТ) им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, СПб, 1993, сс.65-66;, отчёты по проведённым отделом НИР, статьи, книги, студенческие дипломы, кандидатские и докторские диссертации по теме — так и практические результаты:
сначала совместными усилиями специалистов ЛНПО «Красная Заря» и предприятия «Дальняя связь» под техническим руководством специалиста ЛНПО «Красная Заря» (НИИЭТУ) Разживина Игоря Александровича в 1992 году был создан рабочий макет системы коммутации и приёма ячеек АТМИ. А. Разживин, «Выбор коммутационного элемента для ЦБКП», 2-я конференция «Информационные сети и системы (КИСС-93)» 18-20 ноября 1993 г., Тезисы докладов, Гос. ун-т телекоммуникаций (ГУТ) им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, СПб, 1993, сс.66-67;; совместно со специалистом организации «Вектор» Ю. А. Яцуновым в 1993 году разработана принципиальная схема коммутационного элемента (КЭ) для построения двоичного самомаршрутизирующего коммутационного поля (КП). В основу были положены некоторые идеи построения КЭ и КПP. Newman, «Self-routing switching element for an asynchronous time switch», Priority Pat. Appl. 8724208, Oct. 1987;P. Newman, «A Fast Packet Switch for the Integrated Services Backbone Network», IEEE JSAC, Vol.6, No 9, Dec. 1988, pp.1468-1479 ;, опубликованные специалистом из Великобритании Питером НьюмэномСайт Питера Ньюмэна ;. В самом общем плане такой КЭ описывается схемой «селектор-арбитр». Схема КЭ Яцунова-Разживина предназначалась для микросхем малой степени интеграции популярных и доступных серийРяд отечественных микросхем был доступен не для всех применений, это важно отметить;, выпускавшихся тогда российской промышленностьюЮ. А. Яцунов, И. А. Разживин, «Принципиальная схема коммутационного элемента ЦБКП», 2-я конференция «Информационные сети и системы (КИСС-93)» 18-20 ноября 1993 г., Тезисы докладов, Гос. ун-т телекоммуникаций (ГУТ) им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, СПб, 1993, сс.67-69, однако «в железе» воплощена не была сознательно, поскольку являлась только промежуточным этапом; затем на основе принципиальной схемы Яцунова-Разживина был успешно реализован, также под техническим руководством Разживина И. А., КЭ в виде одной специализированной СБИС, которая была разработана специалистом московского ФГУП «НИИМА Прогресс» В. И. ЛопашовымВ. И. Лопашов, «Исследование принципов распределённой параллельно-конвейерной побитовой обработки информации в сетях Бэтчера и баньяна», 2-я конференция «Информационные сети и системы (КИСС-93)» 18-20 ноября 1993 г., Тезисы докладов, Гос. ун-т телекоммуникаций (ГУТ) им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, СПб, 1993, сс.69-70;, при содействии его коллеги Халтурина В. А., и изготовлена в МосквеИзготовитель СБИС КЭ Яцунова-Разживина-Лопашова ; в январе 1994 года.
Это позволяло создать коммутационное поле быстрого коммутатора пакетов или коммутатора ячеек ATM, на одной печатной плате. Однако дальше выпуска опытной партии СБИС в количестве 10 штук и внедрения результатов диссертационной работы Разживина И. А. в НИР «НИИМА Прогресс» и ГП НИИ «Рубин» эти работы не пошли по независящим от технических специалистов причинам.
Известны работы группы специалистов под руководством к. т. н. Георгия Ревмировича Овчинникова, предложивших свой вариант реализации аппаратных средств системы быстрой коммутации пакетов на основе самомаршрутизирующих матрицОвчинников Г. Р., Еремеев В. А., Полякова Л. А. «Центр коммутации пакетов на основе самомаршрутизируемых матриц», Тезисы докладов отраслевой научно-технической конференции молодых учёных и специалистов «Цифровые сети с интеграцией служб (ЦСИС)», 23-25 апреля 1991 г., ЛНПО «Красная Заря», г. Ленинград, 1991 г., с.168;Еремеев В. А., Мигалин В. Н., Овчинников Г. Р., «Построение сети быстрой коммутации пакетов на основе самомаршрутизируемых матриц», научно-техн. сб. «Средства связи», М., НИИ «ЭКОС», 1991 г., сс.47-53; и свою математическую модельОвчинников Г. Р., Еремеев В. А., Полякова Л. А. «Вероятностно-временные характеристики в сети быстрой коммутации пакетов», Тезисы докладов отраслевой научно-технической конференции молодых учёных и специалистов «Цифровые сети с интеграцией служб (ЦСИС)», 23-25 апреля 1991 г., ЛНПО «Красная Заря», г. Ленинград, 1991 г., с.185;Еремеев В. А., Мигалин В. Н., Овчинников Г. Р., «Анализ характеристик качества обслуживания в сети быстрой коммутации пакетов», научно-техн. сб. «Средства связи», М., НИИ «ЭКОС», 1991 г., сс.54-56;. Однако о практической реализации их предложений сведений не имеется.
Московский институт электронной техники Было доложено описание цифрового коммутатора 16х16 на арсениде галлия, разработанного независимо от ЛНПО «Красная Заря» Московским институтом электронной техникиА. П. Голубев, В. Н. Крылов, П. С. Покровский, «Цифровой коммутатор 16х16 на арсениде галлия», 2-я конференция «Информационные сети и системы (КИСС-93)» 18-20 ноября 1993 г., Тезисы докладов, Гос. ун-т телекоммуникаций (ГУТ) им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, СПб, 1993, с.70;.
1990-е годы: приход ATM на рынок
В начале 1990-х гг. технологии ATM в мире начинают уделять повышенное внимание. Корпорация Sun Microsystems ещё в 1990 г., одна из первых, объявляет о поддержке ATM. В 1991 году с учётом, что CCITT уже не успевает своевременно предлагать рекомендации по быстроразвивающейся новой технике, создаётся ATM ForumНыне «Широкополосный форум» ;, консорциум фирм-разработчиков и производителей техники АТМ, для координации и разработки новых практических стандартов и технических спецификаций по технологии ATM и сайт с одноимённым названием, где все спецификации выкладывались в открытый доступ. CCITT, будучи уже ITU-T, выдаёт новые редакции своих рекомендаций, совершенствуя теоретическую базу ATM. Представители сферы IT в журналах и газетах пророчат ATM большие перспективы. В 1995 г. компания IBM объявила о своей новой стратегии в области корпоративных сетей, основанной на технологии ATM. Считалось, что ATM будет существенным подспорьем для Интернета, уничтожив нехватку ширины полосы пропускания и внеся в сети надежность. Dan Minoli, автор многих книг по компьютерным сетям, утверждал, что ATM будет внедрен в публичных сетях, и корпоративные сети будут соединены с ними таким же образом, каким в то время они использовали frame relay или X.25. Но к тому времени протокол IP уже получил широкое распространение и сложно было совершить резкий переход на ATM. Поэтому в существующих IP-сетях технологию ATM предполагалось внедрять как нижележащий протокол, то есть под IP, а не вместо IP. Для постепенного перехода традиционных сетей Ethernet и Token-Ring на оборудование ATM был разработан протокол LANE, эмулирующий пакеты данных сетей.
В 1997 г. в индустрии маршрутизаторов и коммутаторов примерно одинаковое количество компаний выстроились в ряды сторонников и противников использования технологии ATM в производимых устройствах. Будущее этого рынка было ещё неопределенно. В 1997 г. доход от продажи оборудования и услуг ATM составил 2,4 млрд долларов США, в следующем году — 3,5 млрд, и ожидалось, что он достигнет 9,5 млрд долларов в 2001 году. Многие компании (например Ipsilon Networks) для достижения успеха использовали ATM не полностью, а в урезанном варианте. Многие сложные спецификации и протоколы верхнего уровня ATM, включая разные типы качества обслуживания, выкидывались. Оставлялась только базовая функциональность по переключению байтов с одних линий на другие.
Первый удар по ATM