Tekninen Funet-p{iv{ VTKK, Otaniemi 21.10. 1992 ATM - FASTER Mika Uusitalo TTKK/Laskentakeskus Mika.Uusitalo@cc.tut.fi ATM - FASTER Tietoverkkoon hajautetut atk-voimavarat kuluttavat nopeasti k{ytett{viss{ olevan tiedonsiirtokapasiteetin. T{m{ on seurausta verkkoon liittyvien ty|asemien lukum{{r{n lis{{ntymisest{ sek{ tietokoneiden tehokkuuden jatkuvasta kasvusta. Toisaalta suurta kaistanleveytt{ vaativien ty|asema-palvelin toteutusten kuten graafisten ikkunointi- ja verkkotiedostoj{rjestelmien k{ytt| on my|s yleistynyt. L{hiverkoissa perinteisi{ Ethernet- ja Token ring ratkaisuja onkin ryhdytty korvaamaan 10 kertaa tehokkaammalla FDDI-teknologialla. Taival on kuitenkin vasta alussa. Datansiirron ohella lis{{ntynyt tarve aikakriittisten tietoliikennepalveluiden kuten puheen- ja videokuvansiirtoon vaatii tietoverkolta yh{ laajempaa kaistaa. Nopean tietoverkon todellinen l{p{isykyky on monen tekij{n summa. Siihen vaikuttavat mm. tietoliikennesovelluksen toteutus, valittu kuljetusprotokolla sek{ tietokoneen I/O-j{rjestelm{n ja verkkosovittimen tehokkuus. Jotta yh{ nopeampi liikenn|inti olisi mahdollista, se k{yt{nn|ss{ edellytt{{ kaikkien siirtoprosessiin osallistuvien komponenttien teknist{ kehittymist{. Datansiirtoprosessin nopeuttamiseksi FDDI-verkossa k{ytet{{n kooltaan suuria tietopaketteja. N{in erilaisten ohjauskenttien ja tarkistussummien osuus koko paketista pienenee. Mik{li verkossa kuitenkin halutaan siirt{{ my|s esim. audio- ja videosovelluksia, tulee pakettien olla pieni{ ja kiinte{n mittaisia. Esimerkiksi puhe vaatii digitoidun n{ytteen l{hett{mist{ tasaisin v{liajoin ja riitt{v{n usein. FDDI ei siis kykene tehokkaasti kuljettamaan laajakaistasovelluksia Seuraavan sukupolven laajakaistaiset tietoverkot ovat kuitenkin pian syntym{ss{. Uusista tekniikoista yksi n{ytt{{ nousevan ylitse muiden -ATM, Asynchronous Transfer Mode. Mik{ on ATM? ATM on CCITT:n standardoima nopea soluv{litystekniikka. ATM-verkossa erityyppiset palvelut kuljetetaan perustuen v{litett{v{n tiedon multipleksointiin lyhyisiin kiinte{nmittaisiin paketteihin ns. soluihin (cell). Soluja v{litet{{n eritt{in nopeasti ja l{hes viiveett{. Soluvirtaa ohjataan ATM-solmuissa (switch) tehokkaalla kytkent{tekniikalla suoraan laitteiston avulla. T{m{ mahdollistaa eritt{in nopean liikenn|innin sek{ tekee mahdolliseksi aikakriittiset sovellukset kuten kuvan ja {{nen siirron. ATM-solu on kooltaan 53 tavua pitk{ ja se jakautuu 5 tavun otsikkoon sek{ 48 tavun hy|tykuormaan. Otsikko sis{lt{{ solujen reititykseen tarvittavan informaation. Reititys ja yhteyksien identifiointi tapahtuu otsikossa olevien virtuaaliv{yl{- sek{ virtuaalikanavakenttien (VPI/VCI) avulla.Virtuaalikanava allokoidaan yhteyden muodostusvaiheessa ja vapautetaan yhteyden p{{tytty{. Pienen ja kiinte{n pakettikoon etuja ovat mm. ATM-laitteiden yksinkertainen toteutustapa, tehokas laitteiston kytkent{tekniikka, l{hes viiveet|n liikenn|inti sek{ soveltuvuus erityyppisten palveluiden kuljettamiseen. ATM::n pyrkimys onkin huolehtia tehokkaasti ja mahdollisimman yksinkertaisella toteutuksella erilaisista liikennekombinaatioista. Palveluja voidaan kuljettaa perustuen verkkok{ytt{j{n dynaamisiin vaatimuksiin. Esimerkiksi purskeisen datan kuljetuksen aikana ATM kykenee dynaamisesti allokoimaan palvelulle lis{kaistaa. Kun purske p{{ttyy kaista on muiden k{ytett{viss{. Menettely tarjoaa mahdollisuuden allokoida verkosta kapasiteettia sen mukaan, mit{ kukin palvelu edellytt{{, jolloin resurssit ovat tehokkaassa k{yt|ss{. Ylikuormitustilanteissa ATM tukee ruuhkautumisenhallintaa Pelkki{ ATM-soluja ja ATM-verkkopalvelua voidaan suhteellisen harvoin sin{ll{{n hy|dynt{{. P{{telaitteiden onkin t{ydennett{v{ ATM-verkkopalvelua sovitustoiminteilla. N{m{ toiminteet suorittavat mm. informaation paloittelun, palveluiden ajastus-, siirtonopeus- sek{ yhteystyyppivaatimuksista riippuvia teht{vi{. P{{telaitteissa palvelut sovitetaan ATM:{{n erilaisten AAL (ATM Adaptation Layer) sovituskerrosten avulla. CCITT ei ole viel{ m{{ritellyt ATM:n suhdetta OSI-malliin. Periaatteessa ATM kuitenkin sijoittuu hierarkiassa kerroksen kaksi alikerrokseksi, jonka p{{ll{ ovat AAL-kerrokset. ATM l{hiverkossa ATM-teknologia tulee vaikuttamaan laajalla alueella. Se soveltuu mm. televerkkoihin, LAN- sek{ WAN-ymp{rist|ihin. L{hiverkkoratkaisuna ATM on siis vain osa suurempaa kokonaisuutta. Tosin se tullaan ottamaan ensin k{ytt||n nimenomaan LAN:eissa. ATM-l{hiverkossa voi esiinty{ erilaisia komponentteja kuten asemia, solmuja sek{ liitynt|j{ ulkopuolisiin ja julkisiin verkkoihin esim. WAN, puhelinvaihde tai videoj{rjestelm{. Asemat ovat tavallisia tietokoneita. Solmut ovat tietoliikennelaitteita kuten keskittimi{ tai hubeja. Ulkoiset ja julkiset verkkoliitynn{t toteutetaan esim. reitittimill{ tai erillisill{ sovitinlaitteilla. ATM-verkko ei ole topologialtaan v{yl{, t{hti tai rengas, vaan periaatteessa mik{ tahansa kykent{tapa on mahdollinen. Yleens{ ATM-l{hiverkko koostuu yhdest{ tai useammasta ATM-solmusta, joihin asemat liittyv{t t{htim{isesti. Koska yksitt{inen tietokone liittyy solmuun suoraan, on v{yl{n koko siirtokapasiteetti aseman k{ytett{viss{. Uuden kytkenn{n liitt{minen ATM-solmuun ei heikenn{ olemassa olevien yhteyksien suorituskyky{. Toisin on esim. fddiss{, jossa renkaan kapasiteetti jaetaan siin{ kiinni olevien laitteiden kesken. Siirtyminen olemassa olevasta LAN infrastruktuurista ATM:{{n tapahtuu l{hinn{ reitittimien avulla. Reitittimet sijaitsevat ns. UNI-rajapinnassa (User Network Interface) ja ne mahdollistavat liikenn|innin erilaisten verkkojen kuten puhtaan ATM-ymp{rist|n ja perinteisten tietokoneverkkojen v{lill{. ATM mahdollistaa my|s, ett{ fyysisesti erill{{n olevat organisaation yksik|t voidaan m{{ritell{ yhdeksi loogiseksi verkoksi ilman verkko-osoitteiden uudelleenm{{rittelyj{. T{ll|in esimerkiksi TCP/IP-ymp{rist|ss{ eri puolille hajautettua organisaatiota voidaan pit{{ yhten{ loogisena verkkona tai aliverkkona. Lis{{ nopeutta ja palveluita ATM on pohjimmiltaan yhteydellinen siirtotekniikka, joka mahdollistaa suuren joukon erilaisia palveluita kuten piiri- ja pakettikytkent{{, valinnaisia ja kiinteit{ yhteyksi{, yhteydellist{ ja yhteydet|nt{ kommunikointia, vuorovaikutteista ja jakelupalvelua (broadcast/multicast). ATM:n avulla pystyt{{n siirt{m{{n erityyppisi{ liikenn|intimuotoja kuten dataa sek{ reaaliaikaisia audio ja videosignaaleja esim. HDTV-kuvaa. ATM-sovellukset rakentuvatkin pitk{lti multimedian ymp{rille. N{it{ ovat esimerkiksi puheensiirto, videoneuvottelu, monimedia posti, hajautettu suunnittelu (CAD/CAM), et{opetus sek{ l{{ketieteellinen kuvansiirto. ATM on tulevaisuuden BISDN-ymp{rist|n (Broadband Integrated Services Digital Network) peruspilari. BISDN:ss{ kunnianhimoinen tavoite on yhdist{{ tele- ja tietokoneverkkopalvelut yhdeksi yleisverkoksi. T{ll|in k{ytt{j{n ty|asema voi toimia samanaikaisesti graafisena tietokoneena, puhelimena sek{ TV-vastaanottimena ja -l{hettimen{. Vaikka BISDN:n tavoitteen toteutumismahdollisuksista ollaan montaa mielt{, n{ytt{{ varmalta, ett{ teleteollisuudesta l{ht|isin oleva ATM-teknologia on tulossa ainakin LAN- ja WAN-ymp{rist|ihin. Tietokoneteollisuuden asiakkailla on voimakas kysynt{ multimedia-pohjaiseen liikenn|intiin. Toisaalta kaikki keskeiset tietokonevalmistajat ovat julkistaneet suunnitelmansa kehitt{{ ATM-tuotteita. Lis{ksi j{rjestelmien yhteensopivuutta varmistamaan ja standardointity|t{ tehostamaan tietokoneteollisuus on perustanut yhteisen kattoj{rjest|n, ATM Forumin. CCITT on toistaiseksi standardoinut julkisen verkon ATM-liittymiksi SDH (Synchronous Digital Hierarcy) nopeudet 155 Mbps ja 622 Mbps. SDH on BISDN:n sis{ss{ joustavasti siirtokapasiteettia jakava siirtoj{rjestelm{. Mit{{n esteit{ suuremmille nopeuksille ei periaatteessa ole. ATM Forum on puolestaan standardoimassa muita liitynt{tapoja UNI-rajapinnalle l{hinn{ puhtaalle kuidulle ja parikaapelille. Kuidun osalta ty| on jo pitk{ll{. K{ytt{j{liittym{n nopeudeksi on ATM Forum m{{ritellyt 100 Mbps. ATM-parikaapeliratkaisu seurannee fddist{ saatuja kokemuksia. Alueverkoissa ATM:n potentiaali on keskeisesti nopeudessa ja palveluiden monipuolisuudessa. Esimerkiksi nykyisin melko runsaasti k{ytetty kehysv{litystekniikka (Frame Relay) soveltuu hyvin pelk{st{{n datan kuljetukseen ja toisaalta se ei ole kovin tehokas suurilla nopeuksilla. Parhaillaan ollaan sopimassa sovitusmenettelyst{ kehysv{lityksen ja ATM:n v{lill{. N{m{ yhteistoimintam{{rittelyt mahdollistavat ATM:n k{ytt||noton siell{ miss{ se on palveluiden ja suorituskyvyn kannalta edullista tarvitsematta kuitenkaan korvata olemassa olevia kehysv{litteisi{ asiakaslaitteita uusilla ATM-laitteilla. Miss{ menn{{n? ATM:n perusosat on standardoitu. M{{rittelem{tt{ on edelleen joukko yksityiskohtia kuten signalointi- sek{ vuonhallinta- menetelmi{. Valmistajakohtaisia ATM-tuotteita on saatavilla jonkin verran esim. Fore Systems, Adaptive ja MPR. Optimistisesti arvioiden ensimm{isi{ monitoimittajaymp{rist|ss{ toimivia ATM-l{hiverkkotuotteita voitaneen odottaa markkinoille vuoden 1993 lopulla. Alkuun niiden hinnat tulevat todenn{k|isesti olemaan suhteellisen kalliita. Multimedia-liikenn|intiin soveltuvaa ohjelmistotarjontaa joudutaan kuitenkin odottamaan viel{ pidemp{{n. Kristallipallon kanssa on aina syyt{ olla varovainen. Yhteenvetona voidaan kuitenkin todeta, ett{ 2-3 vuoden aikaj{nteell{ ATM tulee v{hitellen n{ytt{m{{n merkitt{v{{ roolia l{hi- ja kampusverkoissa. Ensin runkoverkkoratkaisuna ja hintojen, parikaapelitoteutuksen sek{ multimediasovellusten kehittyess{ my|s ty|asemaliitynt{n{. Alueverkoissa ATM tarjoaa mahdollisuuden integroida kaikki palvelut yhteen verkkoon. T{m{ alentaa verkon kokonaiskustannuksia, koska usean erillisen palveluverkon kehitt{minen rinnakkain on selv{sti kalliimpaa. WAN-verkoihin ATM vakiintuu LANeja my|hemmin, sill{ esim. WAN-infrastruktuurin muuttaminen vaatii suurempia investointeja. Toisaalta sovitusmenettelyt kehysv{litystekniikan ja ATM:n v{lill{ tulevat tarjoamaan suhteellisen edullisen siirtym{polun alueellisiin laajakaistapalveluihin. FASTER ATM-teknologian tutkimiseen panostetaan t{ll{ hetkell{ voimakkaasti. My|s TTKK:lla on k{ynnistynyt suhteellisen laajamittainen ATM-projekti -FASTER, Finnish Asynchronous Transfer Mode Reasearch and Education Network. FASTER on avoin tavoitetutkimuspainotteinen projekti, jonka rinnalle ollaan k{ynnist{m{ss{ tuotekehitykseen t{ht{{vi{ yritysprojekteja. Yhdess{ n{m{ muodostavat alueellisen teknologiahankkeen, LAVEAn. FASTER-projektin ytimen muodostavat TTKK:n laitoksista tietoliikennetekniikka, ohjelmistotekniikka, matematiikka, elektroniikka, signaalink{sittely, tietotekniikan tutkimuslaitos, tietotekniikka Pori ja laskentakeskus sek{ VTT:n teletekniikan ja sairaalatekniikan laboratoriot. Useat teollisuusyritykset, teleoperaattorit sek{ muut organisaatiot liittyv{t LAVEA-hankkeeseen erillisin{ yritysprojekteina. FASTER-projektin p{{m{{r{n{ on edist{{ laajakaistateknologian tutkimusta, koulutusta ja soveltavaa k{ytt|{ Suomessa. Projektin tavoitteena on hankkia syv{llist{ tiet{myst{ ja k{yt{nn|n kokemusta erityisesti ATM-teknologian alueelta. Erityisen{ tavoitteena on luoda edellytykset alan tuotekehityksen tekemiselle LAVEA-hankkeen puitteissa sek{ ATM-tuotteiden ett{ ATM-sovellusten ja -palveluiden alueilla. Toimintamuotoina ovat mm. ATM-koeverkon pystytt{minen, siihen perustuva ATM-tekniikan soveltavan k{yt|n eksperimentointi, verkon soveltamista helpottavien ty|kalujen ja ty|menetelmien kehitt{minen sek{ muutamalla painopistealueella suoritettava ATM-tekniikan tutkimustoiminta.