Definition

Was ist ATM (Asynchronous Transfer Mode)?

| Autor / Redakteur: tutanch / Andreas Donner

(© aga7ta - Fotolia)

Asynchronous Transfer Mode ist eine zellbasierte Netzwerk- und Übertragungstechnik, die hohe Datenraten ermöglicht. Mit ATM lassen sich Daten, Sprache und Multimediainformationen übertragen. Die Technik verwendet 53 Byte großen Zellen und arbeitet auf dem Layer 2 des ISO/OSI-Schichtenmodells.

Der Asynchronous Transfer Mode, abgekürzt ATM, wurde ursprünglich als Switching-Technologie für Weitverkehrsnetze und B-ISDN (Breitband-ISDN) entwickelt. Die Übertragungstechnik basiert auf immer gleich großen, 53 Byte langen Zellen und bietet Eigenschaften wie gute Skalierbarkeit, geringe Verzögerung und Zeittransparenz.

Der Datenaustausch zwischen Ziel und Quelle findet auf virtuellen Verbindungen statt. Erste Spezifikationen der ITU (International Telecommunication Union) entstanden bereits im Jahr 1980. Das ATM-Forum, ein Verbund zahlreicher ATM-Hersteller, treibt die Aktivitäten seit 1991 voran. Es entwickelt Spezifikationen und reicht sie bei der ITU-T (ITU Telecommunication Standardization Sector) zur Standardisierung ein.

Der Asynchronous Transfer Mode kommt in lokalen Netzen, in Weitverkehrsnetzen und in öffentlichen oder privaten Netzen als Transporttechnik zum Einsatz. Die Anwendungen reichen von globalen Internet- und Telefon-Backbones über DSL-Netze bis zur Standortvernetzung lokaler, privater LANs. Aufgrund der zunehmenden Verbreitung des Ethernet-Standards in den Hochgeschwindigkeitsnetzen verliert ATM zunehmend an Bedeutung.

Die Übertragung der Zellen erfolgt mittels asynchronem Zeitmultiplexing und nutzt synchrone Transporttechniken wie SDH (Synchrone Digitale Hierarchie ) und PDH (Plesiochrone Digitale Hierarchie). ATM unterstützt sowohl die leitungsvermittelte Datenübertragung als auch die paketbasierte Übertragungstechnik. ATM-Netze bieten Quality of Service (QoS) und können Garantien hinsichtlich Jitter, Verzögerung und Bitrate einhalten.

Die wesentlichen Merkmale der ATM-Technik sind:

  • Datenpakete (Zellen) fester Größe
  • integrierte Verkehrssteuerung
  • Garantien für Quality of Service
  • Unabhängigkeit der Nutzdaten vom Übertragungstakt
  • transparente Übertragung von Protokollen höherer Ebenen
  • hohe Übertragungsraten
  • Unterstützung der synchronen Transporttechniken SDH und PDH

Die ATM-Zelle und ihr Aufbau

Der Asynchronous Transfer Mode löst das Problem der gleichzeitigen Übertragung unterschiedlicher Datenströme durch die Aufteilung der Daten in immer gleich große Zellen. Im Gegensatz zu frame- oder paketorientiert arbeitenden Protokollen wie X.25 oder Frame Relay ist die Länge der Datenpakete nicht variabel. Mit einer Länge von 53 Byte (48 Byte Nutzdaten und fünf Byte Header) sind die Zellen zudem wesentlich kleiner. Dies reduziert den auftretenden Jitter und das Delay beim Multiplexen der Daten.

Während große Datenpakete bei der Übertragung den Datenkanal relativ lange blockieren, geben die kleinen ATM-Zellen den Datenkanal für andere Datenströme schnell wieder frei. Die Warteschlange für zeitkritische Daten reduziert sich erheblich. Das Aufteilen und Zusammensetzen der Datenpakete und Datenstreams in Zellen regelt der ATM Adaption Layer.

Die Größe von 48 Byte Nutzdaten und fünf Byte Header wurde als Kompromiss zwischen den Bedürfnissen der Übertragung von Sprachdaten und Daten paketbasierter Netze festgelegt. Im fünf Byte großen Header sind Felder für VPI- und VCI-Zielinformationen (Virtual Path Identifier und Virtual Channel Identifier), Payload Type Identifier (PTI), Cell Loss Priority (CLP) und Header Error Control (HEC) vorhanden.

VPI und VCI ermöglichen den ATM-Komponenten die Zuordnung der Daten zu einer bestimmten virtuellen Verbindung. Der Payload Type Identifier informiert über den Inhalt der Zellen. Die Zelle kann Nutzdaten oder Informationen zur Verwaltung enthalten. Zellen mit gesetztem CLP-Bit dürfen bei auftretenden Stausituationen verworfen werden. Das HEC-Feld dient zur Erkennung von Bitfehlern im Header. Einzelne Bitfehler lassen sich durch die Netzknoten korrigieren, mehrere Fehler führen zum Verwerfen der Zellen. ATM selbst sieht keinen Mechanismus zur Anforderung und erneuten Übertragung verworfener Zellen vor. Diese Aufgabe müssen Protokolle höherer Ebenen übernehmen.

Virtuelle Verbindungen und die Bedeutung von VPI und VCI

Der Asynchronous Transfer Mode verwendet virtuelle Verbindungen, die permanent geschaltet oder temporär aufgebaut werden können. Die Verbindungen sind durch virtuelle Pfade (VPI) und virtuelle Kanäle (VCI) gekennzeichnet. Der Header jeder Zelle enthält einen Virtual Channel und einen Virtual Path Identifier. Auf dem Weg durch das Netzwerk switchen die Netzknoten die Zellen anhand der VPI- und VCI-Werte.

Alle Zellen, die am Netzeingang mit denselben VPI-/VCI-Werten empfangen werden, nehmen den gleichen Weg durch das Netz. Auf den einzelnen Teilabschnitten können sich die Kanal- und Pfad-Werte verändern und müssen zwischen Quelle und Ziel nicht gleichbleiben. Mit Hilfe der virtuellen Verbindungen lässt sich die Übertragungskapazität des Netzwerks und einzelner Verbindungen zwischen unterschiedlichen Diensten wie Sprache oder Daten aufteilen, ohne dass diese sich gegenseitig beeinflussen.

Der Asynchronous Transfer Mode und das Traffic Management

Wesentlicher Bestandteil von ATM sind Mechanismen für das Traffic Management und die Einhaltung der Quality of Service. Für jede Verbindung existiert ein Verkehrsvertrag, durch den jeder Switch im Netzwerk über die benötigten QoS-Parameter informiert wird. Um die Verkehrsverträge einzuhalten, kommen Mechanismen wie Warteschlangen, Traffic Shaping, Klassifizierung und Policing zum Einsatz. Insgesamt kennt der Asynchronous Transfer Mode folgende vier Verkehrskategorien:

  • Unspecified Bit Rate (UBR) – Datenverkehr, der nach Best-Effort-Prinzip übertragen wird
  • Available Bit Rate (ABR) – die für den Datenverkehr verfügbare Bandbreite wird der aktuellen Netzauslastung angepasst
  • Variable Bit Rate (VBR) – Datenverkehr mit einer garantierten durchschnittlichen Zellrate, die in einem gewissen Rahmen durch Lastspitzen überschritten werden darf
  • Constant Bit Rate (CBR) – Datenverkehr mit einer konstanten Bitrate, die vom Netzwerk exklusiv bereitgehalten wird

Die Einhaltung der Verkehrsverträge überwacht das Netzwerk in der Regel an den Eingangspunkten. Die Eingangsknoten versuchen den Zellfluss so zu steuern, dass die tatsächliche Zellrate den angeforderten und bereitgestellten Zellraten entsprechen.

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