ภาวะถ่ายโอนแบบไม่ประสานเวลา

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
(เปลี่ยนทางจาก Asynchronous Transfer Mode)
โมเดล ATM

ภาวะถ่ายโอนแบบไม่ประสานเวลา หรือ เอทีเอ็ม (อังกฤษ: Asynchronous Transfer Mode: ATM) เป็นเครือข่ายสื่อสาร ที่ใช้โพรโทคอลชื่อเดียวกันคือ ATM เป็นมาตรฐานการส่งข้อมูลความเร็วสูง โดย ATM ถูกพัฒนามาเพื่อให้ใช้กับงานที่มีลักษณะ ข้อมูลหลายรูปแบบและต้องการความเร็วในการส่งข้อมูลสูงมากๆ มีความเร็วในการส่งข้อมูลได้ตั้งแต่ 2 Mbps ไปจนถึงระดับ Gbps สื่อที่ใช้ในเครือข่ายมีได้ตั้งแต่สายโคแอกเชียล สายไฟเบอร์ออปติค หรือสายไขว้คู่ (Twisted pair) โดย ATM นั้นถูกพัฒนามาจากเครือข่ายแพ็กเก็ตสวิตซ์ (packet switched) ซึ่งจะแบ่งข้อมูลที่จะส่งออกเป็นหน่วยย่อยๆ เรียกว่าแพ็กเก็ต (packet) ที่มีขนาดเล็กและคงที่แล้วจึงส่งแต่ละแพ็กเก็ตออกไป แล้วนำมาประกอบรวมกันเป็นข้อมูลเดิมอีกครั้งที่ปลายทาง ข้อดีของ ATM คือสามารถใช้กับข้อมูลได้หลากหลายรูปแบบ เช่น ภาพเคลื่อนไหว, ข้อมูลคอมพิวเตอร์ หรือเสียง ได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีความเร็วของข้อมูลสูง และยังมีการรับประกันคุณภาพของการส่ง เนื่องจากมี Quality of Service (QoS)

จุดเด่นของเครือข่าย ATM ที่เหนือกว่าเครือข่ายประเภทอื่น คือ อัตราการส่งผ่านข้อมูลสูง และเวลาในการเดินทางของข้อมูลน้อย จึงทำให้มีบางกลุ่มเชื่อว่า ATM จะเป็นเทคโนโลยีหลักของเครือข่าย LAN ในอนาคต เนื่องจากสามารถรองรับ Application ที่ต้องการอัตราส่งผ่านข้อมูลสูง เช่น การประชุมทางไกล (Videoconferencing) หรือแม้กระทั่ง Application แบบตอบโต้กับระหว่าง Client กับ Sever

ATM เป็นระบบเครือข่ายแบบแพ็กเก็ตสวิตซ์ชนิดพิเศษ เนื่องด้วยกลุ่มข้อมูลที่ส่งแบบแพ็กเก็ตสวิตซ์โดยทั่วไปจะเรียกว่า "แพ็กเก็ต" แต่ ATM จะใช้ "เซลล์" แทน ที่ใช้คำว่าเซลล์เนื่องจาก เซลล์นั้นจะมีขนาดที่เล็กและคงที่ ในขณะที่แพ็กเก็ตมีขนาดไม่คงที่ และใหญ่กว่าเซลล์มาก โดยมาตรฐานแล้วเซลล์จะมีขนาด 53 ไบต์ โดยมีข้อมูล 48 ไบต์ และอีก 5 ไบต์ จะเป็นส่วนหัว (Header) ทำให้สวิตซ์ของ ATM ทำงานได้เร็วกว่าสวิตซ์ของเครือข่ายอื่น ๆ

เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียข้อมูล ATM สวิตซ์จะใช้เทคนิคการปรับจราจร (Traffic Shapping) เพื่อกำหนดให้แพ็กเก็ตข้อมูลเป็นไปตามข้อกำหนดที่วางไว้ เช่น ในกรณีที่สถานีส่งข้อมูลในอัตราที่สูงเกินกว่าลิงก์จะรองรับได้ ATM สวิตซ์ก็จะทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์แพ็กเก็ตมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ และส่งต่อในปริมาณที่ลิงก์จะรองรับได้ หรือที่กำหนดไว้เท่านั้น และอีกเทคนิคหนึ่งที่ใช้คือ การกำหนดนโยบายจราจร (Traffic Policing) คือ ถ้ามีเซลล์ข้อมูลที่ส่งเกินกว่าอัตราข้อมูลที่กำหนดไว้ก็จะถูกทำสัญลักษณ์ไว้เพื่อแสดงว่าเซลล์นี้มีลำดับความสำคัญต่ำ(Priority) เมื่อส่งผ่านเซลล์นี้ต่อไปก็อาจจะถูกละทิ้งหรือไม่ก็ได้นั้นขึ้นอยู่กับความคับคั่งของเครือข่าย

พื้นฐานของ ATM[แก้]

กลไกการส่งข้อมูลของ ATM มีรูปแบบในการรับส่ง คือ สถานีส่งและสถานีรับจะมีการสร้างเส้นทางเสมือน (Virtual Path) สำหรับข้อมูลก่อนที่จะทำการส่ง สวิตซ์ที่อยู่ในเส้นทางเสมือนจะมีหน้าที่ส่งแพ็ตเก็ตต่อกันเป็นทอดๆ โดยใช้ข้อมูลในส่วนหัว

การเชื่อมต่อเสมือน[แก้]

การเชื่อมต่อเสมือน(Virtual Connection)ที่สามารถสร้างในเครือข่าย ATM มี 2 ประเภท คือ

  • วงจรเสมือน (Virtual Circuit:VC)
  • เส้นทางเสมือน (Virtual Path:VP)

วงจรเสมือน(Virtual Circuit) คือ การเชื่อมต่อเสมือน (Logical Connection) ระหว่างสองสถานีใดๆ ในเครือข่ายสวิตซ์ สถานีจะสื่อสารกันโดยการส่งผ่านเซลลข้อมูล โดยผ่านวงจรเสมือนนี้ ส่วนเส้นทางเสมือน (Virtual Path) เป็นกลุ่มของวงจรเสมือน การจัดวงจรเสมือนให้เป็นกลุ่มนั้นจะมีผลดีต่อการจัดการวงจรเสมือนที่อาจมีหลายวงจรในเวลาเดียวกัน หรือจะเป็นการง่ายกว่าที่จัดการวงจรเสมือนเป็นกลุ่มแทนที่จะแยกกัน

ในแต่ละเซลล์ของATM จะมีข้อมูลเกี่ยวกับเส้นทางเสมือน หรือVPI(Virtual Path Information) และข้อมูลเกี่ยวกับวงจรเสมือน หรือVCI(Virtual Circuit Information) สวิตซ์จะใช้ข้อมูลนี้ในการส่งต่อเซลล์ไปยังอุปกรณ์ที่เหมาะสมต่อไป การที่สวิตซ์จะทำงานอย่างนี้ได้ในสวิตซ์จะต้องมีตารางการจัดเส้นทาง(Switch Table) ข้อมูลที่อยู่ในตารางจะเป็นการจับคู่กันระหว่าง VPI,VCI และอินเตอร์เฟสของสวิตซ์นั้นๆ

ประเภทของการเชื่อมต่อ[แก้]

  • การเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุด(Point-to-point Connection)
  • การเชื่อมต่อแบบจุดเดียวไปหลายจุด(Point-to-Multipoint Connection)

การรับส่งแบบpoint-to-point และแบบpoint-to-multipoint สามารถที่จะสร้างได้ 2 วิธิ คือ วงจรเสมือนแบบสวิตซ์ หรือ SVC(Switched Virtual Circuit) และแบบถาวร หรือ PVC(Permanent Virtual Circuit) ในเริ่มแรกนั้นจะใช้แบบ PVC ข้อดีก็คือเส้นทางข้อมูลจะถูกจองไว้สำหรับการส่งข้อมูลของการเชื่อมต่อเท่านั้น ส่วน SVC จะแตกต่างจาก PVC คือการสงวนbandwidthของเครือข่ายจะขึ้นอยู่กับอัตราข้อมูลที่ต้องการส่ง ถ้ามีการหยุดส่งข้อมูลระหว่างการเชื่อมต่อ bandwidthจะถูกปล่อยไปให้กับเครือข่าย ในขณะที่ PVC นั้นเมื่อส่งข้อมูลเสร็จbandwidth ยังคงถูกจองไว้สำหรับการเชื่อมต่อนี้อยู่

อุปกรณ์ในเครือข่ายATM[แก้]

อุปกรณ์ที่ใช้ในระบบเครือข่าย ATM นั้นมีเพียงสวิตซ์เท่านั้น ที่เรียกว่า ATM สวิตซ์นั่นเอง เครือข่าย ATM ใช้โทโปโลยีแบบ star โดยมี ATM สวิตซ์เป็นศูนย์กลาง สำหรับเครือข่ายATM เน็ตเวิร์คการ์ดจะเรียกว่า UNI(User-to-Network Interface) ส่วนอินเตอร์เฟสที่เชื่อมต่อระหว่างสวิตซ์จะเรียกว่า NNI(Network-to-Network Interface).

สถาปัตยกรรมของเครือข่ายแบบ ATM[แก้]

โครงสร้างโพรโทคอลของ ATM จะแตกต่างจากโครงสร้างโพรโทคอลประเภทอื่น คือ โดยทั่วไปโพรโทคอลจะแบ่งเป็นเลเยอร์ ซึ่งเป็นแบบ 2 มิติเท่านั้น แต่โพรโทคอลของ ATM จะเป็นแบบ 3 มิติ แต่ละมิติจะเรียกว่า "เพลน(Plane)" โดยแต่ละเพลนจะเป็นชุดโพรโทคอลที่แยกกัน ประกอบด้วย 3 เพลน ดังนี้

  • Control Plane
  • User Plane
  • Management Plane

ATM นั้นจะทำงานในเลเยอร์ที่ 1 และ 2 ของ OSI MODEL ส่วนโพรโทคอลที่อยู่เหนือขึ้นไปจะเป็นโพรโทคอลมาตรฐานทั่ว ๆ ไป สำหรับโพรโทคอล ATM จะแบ่งเป็นเลเยอร์บน และเลเยอร์ล่าง ซึ่งเลเยอร์บนจะมีในส่วนของ User Plane และ Control Plane , User Plane จะรับผิดชอบในการให้บริการเกี่ยวกับการรับส่งข้อมูลระหว่างสถานีส่งและสถานีรับ ส่วน Control Plane จะรับผิดชอบเกี่ยวกับสัญญาณ (Signal)


Physical Layer[แก้]

ATM NIC

ในชั้นฟิสิคอลของชุดโพรโทคอล ATM จะแบ่งย่อยออกเป็น 2 ชั้น ดังนี้

  • Transmission Convergence (TC)
  • Physical Medium (PMD)

ในชั้น TC จะรับผิดชอบเกี่ยวกับการรับส่งข้อมูล เช่น ถ้าเป็นการส่งข้อมูลชั้นนี้ก็จะรับเซลล์ข้อมูลจาก ATM เลเยอร์ แล้วคำนวณค่า Checksum เพื่อใช้ในการตรวจสอบข้อผิดพลาดแล้วส่งข้อมูลทีละบิตไปบนสื่อกลาง ถ้าเป็นการรับข้อมูลชั้นนี้ก็จะทำงานในทางตรงกันข้ามกับการส่งข้อมูล ส่วนในชั้น PM ก็จะรับผิดชอบเกี่ยวกับการควบคุมสัญญาณข้อมูล การซิงโครไนซ์ และไทม์มิ่ง ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของสายสัญญาณที่ใช้

ATM Adaptation Layer (AAL)[แก้]

ดังรูป ในชั้นData Link ของ ATM นั้นจะแบ่งออกเป็น 2 เพลน คือ User Plane และ Control Plane ทั้ง 2 เพลนจะอยู่บนชั้นย่อย ATM เลเยอร์ ในส่วน User Plane นั้นจะมีชั้นย่อยที่ชื่อ AAL(ATM Adaption Layer)ส่วนใน Control Plane จะมีสองชั้นย่อย คือ CS(Convergence Sublayer) และ SAR (Segmentation and Reassembly)

โพรโทคอลในชั้นย่อย CS จะรับผิดชอบเกี่ยวกับการควบคุมข้อมูลที่ส่งผ่านระหว่างโพรโทคอลที่สูงกว่า เช่น TCP/IP หรือ IPX/SPX กับโพรโทคอลในชั้นย่อย AAL ส่วนโพรโทคอลในชั้น SAR จะทำการจัดแบ่งข้อมูลให้มีขนาดที่สามารถใส่ในเซลล์หนึ่งได้ ซึ่งข้อมูลจะมีขนาดใหญ่สุดไม่เกิน 48 ไบต์ ในแต่ละเซลล์ข้อมูลแล้วส่งผ่านไปยังชั้น AAL เลเยอร์ต่อไป หน้าที่ของ AAL ก็คือจะนำข้อมูลจากชั้น SAR ที่มีขนาด 48 ไบต์ แล้วทำให้อยู่ในฟอร์แมตก่อนที่จะเป็นเซลล์ แล้วส่งต่อไปยังชั้น ATM เลเยอร์ ซึ่งในชั้นนี้ก็จะนำข้อมูลส่วนหัวที่มีขนาด 5 ไบต์ ทำให้ได้เซลล์ข้อมูลที่มีขนาด 53 ไบต์เมื่อรวมทั้งเฮดเดอร์ และเพโหลดเข้าด้วยกัน

ATM Layer[แก้]

โพรโทคอลในเลเยอร์นี้จะรับผิดชอบเกี่ยวกับการสร้างการเชื่อมต่อเสมือน หรือ VC(Virtual Connections) แล้วทำการส่งเซลล์ข้อมูลผ่านการเชื่อมต่อ ATM เลเยอร์จะเป็นหนึ่งในชั้นย่อยและทำงานเหมือนโพรโทคอลในชั้นดาต้าลิงก์ของแบบอ้างอิง OSI หน้าที่ของโพรโทคอลในชั้นนี้จะขึ้นอยู่กับประเภทของอุปกรณ์ ซึ่งจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ สถานีรับส่ง (End Station) และสวิตซ์ ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้

- End Station : การทำงานของ ATM เลเยอร์ในคอมพิวเตอร์ที่รับหรือส่งข้อมูลจะทำหน้าที่ คือ สถานีส่งจะต้องทำการส่งสัญญาณให้สถานีรับทราบว่ามีข้อมูลที่ต้องการส่ง และทำการเจรจาเพื่อสร้างวงจรเสมือน (Virtual Circuit) ระหว่างสองสถานี

- Switch : หน้าที่ของ ATM เลเยอร์ในสวิตซ์คือ เมื่อได้รับข้อมูลจากพอร์ตใดพอร์ตหนึ่งแล้วจะทำการอ่านข้อมูลส่วนหัวที่เป็น VPI/VCI (Virtual Path Identifier) แล้วทำการเปรียบเทียบกับตารางข้อมูล VPI/VCI ที่เก็บไว้ในตัวสวิตซ์เอง ซึ่งถ้ามีข้อมูลอยู่ในตารางก็สามารถส่งเซลล์ข้อมูลต่อไป แต่ถ้าไม่มีก็ต้องทำการค้นหาว่าสถานีปลายทางอยู่ที่พอร์ตใด แล้วทำการบันทึกข้อมูลใหม่ลงในตารางนี้ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่จัดการเกี่ยวกับลำดับการรับส่งเซลล์ถ้ามีการรับส่งในหลายพอร์ต


Local Area Network Emulation (LANE)[แก้]

เนื่องจากกลไกการรับส่งข้อมูลของ ATM แตกต่างจากเครือข่าย LAN ประเภทอื่น เช่น Ethernet และ Token Ring ซึ่งเป็นเครือข่ายประเภทหนึ่งที่นิยมมากในปัจจุบัน ดังนั้นแอปพลิเคชันประเภทนี้จะใช้กับเครือข่าย ATM ไม่ได้ ด้วยเหตุนี้จึงได้มีการพัฒนา ATM ให้สามารถรองรับแอปพลิเคชันประเภทนี้ได้ โดยการเพิ่มอีกเลเยอร์หนึ่งขึ้นมาเรียกว่า LANE (Local Area Network Emulation) นั่นเอง ข้อแตกต่างระหว่าง ATM และ Ethernet หรือ Token Ring คือ

- เครือข่าย ATM จะมีการเชื่อมต่อแบบคอนเน็กชันโอเรียนเต็ดในขณะที่อีเธอร์เน็ตจะมีการเชื่อมต่อแบบคอมเน็กชันเลสส์

- อีเธอร์เน็ตและโทเคนริงสามารถส่งข้อมูลแบบบรอดคาสต์ และแบบมัลติคาสท์ได้ เนื่องจากมีการแชร์สื่อกลาง

- หมายเลข MAC ตามมาตรฐาน IEEE จะกำหนดโดยผู้ผลิตเน็ตเวิร์คการ์ด ส่วนในเครือข่าย ATM หมายเลขนี้จะกำหนดให้โดยอัตโนมัติ

นี่เป็นปัญหาหลัก 3 ข้อที่ LANE ต้องทำหน้าที่เพื่อให้คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับเครือข่าย ATM เหมือนว่าเป็นเครือข่ายแบบอีเธอร์เน็ตหรือโทเคนริง

อินเตอร์เฟสที่มีฟังก์ชันของ LANE จะเรียกว่า "LUNI (LANE User-to-Network Interface)" ส่วนเครือข่ายที่ใช้ LANE จะเรียกว่า "ELAN (Emulated Local Area Network)" ส่วนไคลเอนท์ที่เชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายนี้จะเรียกว่า "LEC(LAN Emulation Client)" ที่อยู่ที่กำหนดให้แต่ละ LEC ก็จะเป็นหมายเลข MAC ที่กำหนดโดยผู้ผลิตเน็ตเวิร์คการ์ด

ในแต่ละ ELAN จะต้องมีการบริการที่เรียกว่า LES(LAN Emulation Service) ซึ่งจะอยู่ในตัวสวิตซ์เองหรือไคลเอนท์ก็ได้ และต้องมีเซิร์ฟเวอร์ LECS(LAN Emulation Configuration Server) ที่ทำหน้าที่กำหนดค่าต่าง ๆ และเซิร์ฟเวอร์ที่ทำหน้าที่บรอดคาสต์และจัดการเกี่ยวกับไคลเอนท์ที่ไม่ทราบ หรือ BUS(Broadcast and Unknown Server) นอกจากนี้ยังมีการเชื่อมต่อเสมือนระหว่างสถานีส่งและสถานีรับซึ่งจะเรียกว่า "VCC (Virtual Channel Connection)

จุดประสงค์ของการพัฒนาเครือข่าย ATM ในตอนแรกนั้นเพื่อให้เป็นทั้งเทคโนโลยี LAN และ WAN ที่สามารถถ่ายโอนข้อมูลด้วยแบนด์วิธสูง การเดินทางของข้อมูลผ่านเครือข่ายที่เร็ว (Low Latency) แต่การยอมรับในตลาดยังน้อยมากเมื่อเทียบกับเครือข่ายอีเธอร์เน็ต เหตุผลหนึ่งที่ผู้ใช้ไม่อยากเปลี่ยนมาใช้ ATM ก็เนื่องจากในช่วงนั้น ผู้ใช้ส่วนใหญ่มีเครือข่ายเก่าที่เป็นแบบอีเธอร์เน็ตอยู่แล้ว การที่จะเปลี่ยนเทคโนโลยีก็จะต้องมีค่าใช้จ่ายสูงพอสมควร ดังนั้นส่วนใหญ่จึงตัดสินใจใช้เทคโนโลยีที่ใช้อยู่แล้ว