ATM networks and ATM switching architectures
ATM (Asenkron transfer modu) ağları ve ATM seçici mimarileri
- Tez No: 75544
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET BÜLENT ÖRENCİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1998
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 210
Özet
“ATM(Asenkron Transfer Modu) Ağları ve ATM Anahtarlama Mimarileri”isimli bu tez çalışmasında, özü aşağıda anlatılacak olan ATM ağları ve kavramlar üzerine genel bir bakıştan sonra, ATM ağlarının geleceğini tayin eden en önemli etkenlerden biri olacak olan ATM anahtarlama mimarileri üzerinde detaylı bir inceleme yapılmıştır. Tez yazılımında izlenen plan şöyledir : İlk bölümde konuya bir giriş yapılmış ve ATM'in ortaya çıkmasına kadar aşılan evrelerden bahsedilmiştir. İkinci bölümde ATM üzerine genel kavramlar ele alınmıştır. ATM ağlarının genel yapısı, mantığı ve kontrol mekanizmaları anlatılmıştır. Bu kavramlar dahilinde ATM'in genel özellikleri, ATM mimarisinin katman modeli, ATM ağlarda akış kontrolü ve bant genişliğinin kontrolü yer almaktadır. Üçüncü bölümde ATM anahtarlama yapıları incelenmiştir. ATM ağlarının önemli bir özelliği olan sanal kanal(virtual channel) ve sanal yolların(virtual path) anahtarlaması, anahtarlama elamanları, anahtarlama ağları, anahtarlama sistemlerinde yönetim ve kontrol mekanizmaları, anahtarlarda yapılan iş planlaması, optik ve elektronik anahtarlama şekillerinin karşılaştırılması bu bölümde ele alınmış konular arasındadır. Dördüncü bölümde örnek ATM anahtarlama mimarileri ele alınmıştır. Bunlar arasında, ATM anahtarlarına geçişte bir ara adım olan ATDM anahtar mimarisi, tek-aşamalı(single-stage) ortak-paylaşımlı-bellek tipi anahtar mimarisi, ortak-paylaşımlı-bellek tipi ATM anahtar mimarileri için çok alıcılı(multicast) desteği, ve ayrıca son dönemlerde geliştirilmiş çeşitli ATM anahtar mimarileri yer almaktadır. Son bölümde de bir ATM anahtarının performasını ortaya koymak amacıyla yapılan bir çalışma sergilenmiştir. Bu çalışma dahilinde, performansı ortaya koyucu bazı parametreler incelenmiş, bu parametreler yardımıyla bir formül oluşturulmuş ve bir PASCAL programı yazılarak, bu formülün görsel ortamda grafiğe dökülmesi sağlanmıştır. Bu formül yardımıyla, bir ATM anahtarının, belirli bazı parametrelerin ışığı altında, hızının nasıl değiştiği gözlenebilmektedir. Günümüzde telefon, herkes tarafından kullanılmaktadır. Global erişim imkanı, hızlı olması ve kullanım kolaylığı, telefonun etkili bir iletişim aracı olmasındaki en büyük etkenlerdir. Entegre geniş-bantlı ağ kavramı üzerinde çalışan mühendislerin en büyük hayalleri ise, telefonun ulaştığı bu başarıyı tekrarlayabilecek fikirler ortaya atabilmek olmuştur.Teknolojide meydana gelen hızlı gelişmeler, yeni iletişim servislerine olan ihtiyacı giderek arttırmıştır. Bu yeni fırsatlara uygun çözümlerle ulaşabilmek için, endüstride entegre bir ulaşım ağının geliştirilmesi şeklinde bir trend gözlenmektedir. Günümüzde ise tüm bunların aksine, sadece belirli bir servis için performans ve servis kontrol avantajı sağlayabilen birbirinden farklı ağlar mevcuttur, önceleri ayrı olan ses ve veri transferinin bir araya getirilmesi, tüm servisler için en iyi performansı sağlayabilecek bir ulaşım ağının gerekliliğini ortaya koymuştur. Yüksek hızlı paket çoklama (multiplexing) ve anahtarlama (switching) teknolojilerinin ortaya çıkması, çok düşük hata ihtimalli fiber iletişimle birleşince, beklenen düzeyde bir iletişim ağı için umut ışığı yanmış oldu. Entegre ganiş-bant ağları, dijital telefon ağlarını temel alan 64Kbit/s hzındaki Entegre Servis Digital Ağları (ISDN)nın bir uzantısı olarak görülmektedir. ISDN, tamamıyla dijital bir ağdır. Bütün bilgiler, göndericiden alıcıya dijital olarak anahtarlanır ve ulaştırılır. Bu sayede, ses ve veri transferi gibi birbirinden yapıca çok farklı uygulamalar için, ortak bir sinyal transfer mekanizması kullanmak mümkün olur. Geniş-bantlı Entegre Servisler Dijital Ağları (B-ISDN) ise, ISDN'lere yeni bir özellik daha ekleyecektir. Yüksek miktarda veri veya hareketli resim transferi için gerekli olan yüksek hızlar, B-ISDN'ler yardımıyla mümkün kılınabilecektir. Başta Mikroelektronik, fotonik, yüksek hızlı paket anahtarları ve yazılımlar gibi önemli teknolojileride meydana gelen çarpıcı gelişmeler, geniş-bantlı ağların gerçekleştirilmesine büyük katkıda bulunmaktadırlar. Bahsi geçen bu ağ platformu, herşeyden önce gelişmelere açık ve güvenli olmalıdır. Ortaya çıkan yeni servisler, kodlama algoritmalarının ve VLSI teknolojisinin gösterdiği gelişmelere rağmen, gittikçe artan bant genişliklerine ihtiyaç duymaktadır. Her çeşit servise hizmet verebilecek şekilde oluşturlan bir ağ, gelişmelere ve yeniliklere çok daha kolay şekilde adapte olabilecektir. Ayrıca, kullanılan her türlü kaynaklar, tüm servisler arasında paylaşılmalı, kaynak kullanımı bakımından etkin bir platform oluşturulmalıdır. Son olarak da, sadece tek bir ağ dizaynı, üretimi ve idamesi yapılacağından, bu platform diğerlerine göre daha ucuza mal olmalıdır. Günümüzde birçok ağ telefon, TV dağıtımı, devre-anahtarlaması(circuit- switched) veya paketlenmiş veri transferi gibi özel amaçlı adanmış ağlardır. Bu gibi ağları yeni uygulamalar için kullanmak, bu ağların kurulduğu dönemde yeni servislerin ihtiyaçları bilinmediğinden, bazı problemlere ve kısırlıklara yol açacaktır. Mesela, telefon ağı üzerinden veri transferinde, bant genişliğinin azlığı, analog ses transfer ekipmanının kalitesi gibi kısıtlarla karşılaşılacaktır. Telefon ağları sabit bant genişlikli servisler için dizayn edildiğinden, bunları değişken bit oranlı veri trafiği için kullanmak, oldukça maliyetli bir yük getirecektir.Genel itibariyle telefon ağı, müşterinin ses iletimi dışındaki servis tiplerine olan ihtiyacını etkili bir şekilde karşılayamadığı için, genel veya özel veri ağları gibi diğer bazı adanmış ağlar ortaya çıkmışlardır. Özel ağlar, genellikle dış kullanıcı ve ağların kendilerine erişimini zorlaştıran ekipmanlar, arayüzler ve protokoller kullanırlar. Bu gibi ortamlarda, dış dünya ile iletişimi sağlamak için, kapı(gateway) denilen, pahalı birimlere ihtiyaç duyulur. Birçok adanmış ağ ile karşılaştırma yapıldığında, servis ve ağ entegrasyonunun ekonomik planlama, geliştirme, implementasyon ve bakım gibi konular üzerinde büyük avantajlara sahip olduğu görülür. İşte böyle bir entegrasyona doğru yapılan ilk adım ses, veri ve düşük kaliteli video entegrasyonuna imkan veren ISDN ile gelmiştir. 64 Kbit/s tabanlı bir ISDN'in sağlayabileceği en yüksek hız, yaklaşık olarak 1.5-2 Mbit/s' dir. Bu entegrasyon bir gelişme sayılsa da, ciddi limitleri vardır. LAN'ların bağlantı kurmaları ya da yüksek çözünürlüklü hareketli görüntülerin transferi için, çok daha yüksek hızlara ihtiyaç vardır. Bunun bir sonucu olarak, B-ISDN'lerin gerçeklenmesine ihtiyaç duyulmuştur. B-ISDN, 64 Kbit/s'lik ISDN kapasitesini içinde bulundurmakla bereaber, buna ilave olarak, 1.5 - 2Mbit/s'nin üzerinde hızlara ihtiyaç duyan uygulamalara da yol vermiştir. Bir geniş-bant kullnacısına sunulan hız imkanı, genellikle 50 Mbit/s' den yüzlerce Mbit/s' ye kadar değişir. Adanmış ağlarda genellikle birbirinden ayrı ve pahalı birçok erişim hattına ihtiyaç duyulurken, B-ISDN erişimi, her müşteri için tek bir fiber kablo üzerinden sağlanabilir. B-ISDN'in ana maddelerini ATM(Asenkron Transfer Modu) ve optik iletişim oluşturur. B-ISDN' in üzerine kurulacağı taban, ATM olarak görülmektedir. ATM anlatması zor olan pek az konudan bir tanesidir. Bu zorluğun en büyük sebebi ise,“ hücre ”olalrak adlandırılan sabit boyutlu paketlerdir. Hücre boyu 53 byte olup, oldukça küçüktür. Bu da, bazı uzmanların bu hücreleri, büyük bitler olarak tanımlamalarına yol açmıştır. Fakat bu hücreler, kendilerinin küçük paketler olarak davranmalarını sağlayacak bir paket başlığına ve çeşitli transfer modlarına(bir göndericiden bir alıcıya, bir göndericiden bir çok alıcıya gibi) sahiptirler. Gerçek şudur ki, ATM hücreleri hem büyük boyutlu bitler, hem de küçük paketler olarak düşünülebilirler. Yüksek bant genişliklerinde (bir kaç 100 Mbit/s veya daha fazla), ATM hücreleri daha çok bitleri andırmaktadırlar. Her hücrenin gönderilmesi, göz ardı edilebilecek kadar kısa bir süre alır. Fakat düşük bant genişliklerinde ise (64 Kbit/s veya daha yavaş), hücreler gittikçe daha büyük gözükmeye başlarlar. Bir hücrenin transferi 6 ms sürebilir ki, bu birkaç nonasaniyede bir komut işleyebilen işlemcilerin olduğu bir dünyada oldukça uzun bir süredir. ATM, telefon ve veri ağlarının en iyi özelliklerini birleştirmeye yönelik bir girişimdir. ATM bu kadar heyecan verici kılan da, bu iki yaklaşımı kısmen de olsa birleştirmeyi başarmış olmasıdır. Dahası ATM teknolojisi, terminal piyasasında da kendini göstermeye başlamıştır. Sadece ATM arayüzleriyapılmakla kalınmayıp, terminallerin iç kontrollerinde de gittikçe ATM yapısı baz alınmaya başlamıştır. ATM, devre-anahtarlaması(circuit-switching) gibi sabit bant-genişlikli servislerle, paket anahtarlaması gibi oldukça değişken bant-genişlikli servisleri tek bir entegre ortamda destekleyebilen ilk anahtarlama teknolojisidir. ATM tabanlı ağlarda, hücrelerin çoklanması ve anahtarlanması uygulamanın tipinden bağımsız olarak yapılır. Böylece, aynı ekipman ile düşük hızlı ve yüksek hızlı bağlantıları kotarabilmek mümkündür. ATM' in diğer teknolojilere göre en önemli avantajı, önü açık bir gelişim çizgisine sahip olmasıdır. Bir LAN mimarisi olarak ele alındığında, ATM tek bir fiziksel kablo çeşidine veya hıza bağlı kalmamaktadır. DS3 45 Mbit/s' den SONET 2.5 Gb/s' ye kadar her türlü hız kombinasyonunu ve coax'tan fiber'e kadar bir çok kablo tipini destekleyebilir. Hücre transferi yaklaşımından dolayı esneklik kazanan ATM tabanlı B-ISDN ağ erişimi, birbirinden çok farklı servis ihtiyaçları duyan müşteriler tarafından bile kullanılabilecek tek bir arayüzün oluşması fikrini desteklemektedir. Ama, ATM'in de çözülmesi gereken sorunları elbette ki vardır. Mesela hücre kayıpları, hücre transfer gecikmeleri gibi olayların, servis kalitesi üzerindeki etkilerinin de belirlenmesi gerekmektedir. Geleneksel LAN yapılarında, yayın(broadcast) veya çoklu gönderme (multicast), ortak paylaşımlı bağlantı sayesinde kolayca gerçeklenir. Çok alıcılı olsun veya olmasın, her paket ortak hat üzerinde bağlı bulunan tüm terminallere gönderilir ve her terminal adres bilgisini kullanmak suretiyle, almak istediği paketi alır, diğerlerini ise filtreler. ATM'de ise, bu tarz bir yaklaşım, ağ kaynaklarının verimsiz kullanımı demektir. Mesela bir çoklu alıcılı gönderme işlemi, tüm terminallere gönderilip filtreleme işlemi yapılması yerine, sadece ilgili alıcılara birebir gönderim yapılarak sağlanır. Bu yöntem, klasik LAN'lara göre daha. zorlayıcıdır. Her ikisi de bağlantı kurma bazlı (connection-oriented) olan ATM ağları ile senkron dijital ağlar arasında önemli bir fark vardır. ATM ağlarında, tüm kullanılabilir bant genişliği, o an için gönderecek veriye sahip olan bağlantılarca paylaşılır. Aylak konumda bulunan bağlantılar, bant genişliğini boşa harcamazlar. Veri transferi sırasında, iki parametre üzerinde oynanabilir. Bu parametreler, paket boyu ve iki paket arasındaki zamandır. IP protokolü gibi geleneksel paket anahtarlama yöntemlerinde, her iki parametre ile de oynanabilir. ATM ise paket boyunu sabitler ve yalnızca iki paket arası zaman üzerinde değişime gider. Bu durum, ATM ağlarının paket anahtarlamalılara göre daha basit bir yapıya sahip olmasını sağlamıştır.ATM, devre ve paket oryantasyonlu tekniklerin avantajlarını birleştirmeye yönelik bir metottur. Bilindiği gibi devre oryantasyonlu şemalarda devre anahtarlamalı bağlantı kurulduktan sonra, taşınan bilginin iletim gecikmesi düşük ve sabittir. Diğer teknik ise, farklı bağlantılara ayrılan bit oranı açısından daha esnek olmaktadır. ATM'de, veri transferi yapılmadan önce bir kurulup safhası ve transfer sonrasında da bir serbset bırakma safhası yaşandığı için devre oryanyasyonlu bir özellik göze çarpar. Ama aynı zamanda, tıpkı paket oryantasyonlu şemelarda olduğu gibi, hücre bazında anahtarlama ve çoklama(multiplexing) yapar ve böylece değişken bit oran yapısını da içinde barındırır. Şüphesi ATM'in de karşılştığı en büyük sorun, kendisiyle tam olarak uyum sağlamayan, ama halihazırda yaygın bir biçimde kullanılmakta olan TCP/IP gibi bazı protokollere rakip olmasıdır. Bu durum, ATM'in yaygınlık kazanabilmesi için, en başta bu gibi protokollere destek verebilmesini gerektirmektedir ki, bu durum ATM'in performasını düşürücü bir etki yapmaktadır. Sonuç olarak, ATM ağlarının ileride tam olarak kabul görüp görmeyeceği, teknolojide ve ATM üzerinde yapılan çalışmalarda elde edilen gelişmelere, özellikle fiber gibi pahalı erişim ortamlarının ve ATM ekipmanlarının maliyetlerinin azaltılmasına ve son olarak da, her şeyde olduğu gibi yine zamana kalmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this M.S. thesis, titled as " ATM (Asynchronous Transfer Mode) Networks and ATM Switching Architectures \ ATM switch architectures which will be one of the most important factors in determining the future of ATM networks, are examined in detail after having given a general outlook on the ATM network concepts. The schedule of the thesis can be summarized as follows: In the first chapter, which is a brief introduction, the phases of improvement in network concepts till ATM networks are introduced. The second chapter deals with the general concepts on ATM. The general structure of an ATM network, the logic that lies behind and the control mechanisms are explained. Also included are the ATM layered model, flow and bandwidth control in ATM networks. In the third chapter, ATM switching architectures are taken into account. The switching of Virtual Channels(VC) and Virtual Paths(VP) which are concepts of great importance to ATM, switching elements, switching networks, management and control functions in ATM switching systems, scheduling in switches, comparison of optical and electronic switching are the subjects included in this chapter. Sample ATM switching architectures are examined in detail in the fourth chapter. Among these architectures are the ATDM switch architecture which is a step toward ATM switch, single-stage shared-memory ATM switch architecture (being the most promising one), multicast support for shared- memory ATM switch architecture and new ATM switches constructed and used for some experimental researches. In the last chapter, a study on plotting the performance of an ATM switch is exhibited. Some parameters which define the performance of an ATM switch, are taken into consideration and a formula using these parameters is created. A program is coded in PASCAL to plot the performance graph of an ATM switch with respect to the given parameters. With the help of this formula, it is possible to inspect the behavior of link speed for an ATM switch under changing parameters.
Benzer Tezler
- Firma şebekelerinde ATM
Başlık çevirisi yok
BEHÇET KURBAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. GÜNSEL DURUSOY
- MPLS VPN ağlarında servis kalitesi incelemesi
Quality of service analysis on MPLS VPN networks
ÖZGÜR SAVAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRE HARMANCI
- Asenkron transfer modu ve çerçeve aktarma
Asynchronous transfer mode and frame relay
HALİT DÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNSEL DURUSOY
- ADSL ve geniş bandlı şebekeler
ADSL and broadband networks
MEHMET DURMUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNSEL DURUSOY
- Design and VLSI implementation of an ATM switching element
ATM anahtarlama elemanı tasarımı ve VLSI olarak gerçeklenmesi
ALPER ALTINORDU
Yüksek Lisans
İngilizce
1996
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiDOÇ.DR. SİNA BALKIR