Úvod

V našem seriálu o principech počítačových sítí dnes načneme novou kapitolu - začneme se zabývat přenosovou technologií, která je stále středem pozornosti, která neustále přichází, ale stále ještě nedorazila v takovém měřítku a takovým způsobem, jaký je dlouho dopředu avizován. Řeč bude o technologii ATM, neboli Asynchronous Transfer Mode.

Technologii ATM jsme věnovali již jeden celý díl tohoto seriálu, a to osmý (závěrečný) díl druhého modulu, který se zabýval taxonomii počítačových sítí a snažil se poskytnout základní přehled o tom, jaké druhy sítí a přenosových technologií vůbec existují (viz CHIPweek č. 21/96). Zmíněný článek však skýtal jen velmi omezený prostor, ve kterém nebylo možné se podrobněji věnovat tématu tak zajímavému a důležitému, jakým ATM bezesporu je. Mnohé ze základních myšlenek kolem ATM zde sice aspoň v náznaku zazněly, ale teprve nyní, v samostatném modulu věnovaném ATM, budeme mít dostatek prostoru pro jejich potřebné rozvedení a zasazení do širšího kontextu. Dnes se proto soustředíme na celkovou filosofii ATM a historické kořeny této technologie. Příště se již začneme zabývat konkrétními technickými aspekty jejího fungování.

ATM jako kompromis mezi přepojováním okruhů a přepojováním paketů

ATM je přenosovou technologií, která navazuje na dva základní "světové názory" v oblasti komunikací a počítačových sítí, a snaží se vzít si ponaučení z chyb obou dvou. Zmíněnými "světovými názory" přitom jsou celkové přístupy k budování přenosových sítí "ve světě spojů" a ve "světě počítačů". Snad nejmarkantnějším rozdílem mezi nimi je preference mechanismu přepojování okruhů (ve světě spojů) a naopak preference mechanismu přepojování paketů (ve světě počítačů). Vše ale vychází z poněkud hlubších filosofických rozdílů mezi oběma světy: ve světě spojů převládala představa, že přenosy mají víceméně rovnoměrný charakter, a je tudíž rozumné každému vyhradit určitou přenosovou kapacitu, dimenzovanou podle maxima očekávaných nároků. V jistém smyslu to tedy byla sázka na nejhorší možný případ: komunikující dvojice dostala k dispozici určitý příděl přenosové kapacity, takový aby se do něj "vždy vešla" (ale pokud tento příděl nevyužila celý, zůstal nevyužitý). Naproti tomu ve světě počítačů se počítalo spíše s nerovnoměrných charakterem přenosů, neboli s tím že jednotlivé komunikující dvojice budou chvíli potřebovat hodně přenosové kapacity, a pak třeba delší dobu zase méně. Při dostatečně rovnoměrném rozložení přenosových "špiček" pak bylo možné očekávat, že průběžný součet všech okamžitých nároků bude výrazně nižší než prostý součet maxim ("špiček"). Právě na takovémto "statisticky dobrém chování" komunikujících subjektů pak byl založen mechanismus přepojování paketů, dominující ve světě počítačů (a schopný efektivněji hospodařit s tou přenosovou kapacitou , která je k dispozici).

Technologie ATM je z tohoto pohledu kompromisem mezi oběma právě popsanými přístupy: je v zásadě "sázkou na statistické chování", ale na druhé straně takovou, která příliš neriskuje a dokáže navodit stav velmi blízký skutečnému garantování určité přenosové kapacity. Je to možné díky tomu, že pracuje s datovými pakety (označovanými jako buňky), které mají extrémně malou velikost. Zato jich ale je velmi velké množství, takže když je třeba odněkud někam přenést nějaká data, je vysoká pravděpodobnost že se najde volná buňka, do které bude možní data vložit a nechat přenést.

ATM jako jednotná přenosová síť

Technologie ATM, stojící někde na pomezí mezi přepojováním paketů a přepojováním okruhů, je v jistém smyslu i přiznáním skutečnosti, že ani jeden z obou původních přístupů není univerzálně nejvýhodnější. Do budoucna, i v souvislosti s nástupem nejrůznějších multimediálních aplikací, lze spíše očekávat celé široké spektrum aplikací s nejrůznějšími potřebami, a je pravděpodobné, že nejlépe jim vyhoví "kompromisní" a jednodušeji koncipované přenosové mechanismy, mající stejně blízko jak k původnímu přepojování okruhů, tak i k přepojování paketů.

Myšlenka jedné univerzální přenosové technologie, schopné vyhovět různým požadavkům, pak souvisí i s dalším důležitým trendem, kterým je snaha o sjednocení přenosových sítí. Až doposud si totiž oba světy budovaly vlastní a relativně specializované přenosové sítě: ve světě spojů to byly sítě na přepojování okruhů, ve světě počítačů sítě na principu přepojování paketů, a mnohdy to byly i v rámci těchto světů zcela samostatné sítě, ještě více specializované na určitý konkrétní účel. Výsledkem byla značná roztroušenost úzce specializovaných sítí, zatímco elementární ekonomické poučky říkají, že z pohledu celkových nákladů je výhodnější jedna velká, univerzální síť. Technologie ATM byla vyvinuta právě s představou, že se stane základním stavebním kamenem takovéto univerzální přenosové sítě.

ATM jako poučení

Dalším významným rozdílem mezi "světem spojů" a "světem počítačů" byl odlišný pohled na to, co všechno by měla zajišťovat přenosová část sítě - ve světě spojů panoval názor, že přenosová část sítě má zajišťovat různé další funkce související s přenosem (zejména nápravu chyb, ke kterým při přenosu došlo). Naproti tomu ve světě počítačů panoval spíše ten názor, že přenosová část sítě by se měla plně soustředit na přenos, a ostatní funkce (včetně nápravy chyb) by měla přenechat až koncovým uzlům. Své slovo do tohoto zásadního sporu vnesl i technologický vývoj: přenosové cesty se staly mnohem spolehlivějšími, resp. jejich průměrná chybovost se výrazně snížila. To dalo za pravdu tvrzení o tom, že je výhodnější nechat přenosovou část sítě, aby se plně soustředila na samotný přenos - ATM tedy pouze přenáší data, ale samo se nestará o nápravu případných chyb (tj. poskytuje pouze tzv. nespolehlivý přenos). Zde tedy v jistém smyslu "svět spojů" ustoupil "světu počítačů".

Současně s tím ale existuje i jeden důležitý aspekt, ve kterém to dopadlo přesně opačně. Dalším z principiálních rozdílů mezi světem spojů a světem počítačů je jejich názor na spojovaný či nespojovaný charakter přenosu - ve světě spojů je jednoznačně preferován spojovaný přenos, který počítá s apriorním navazováním spojení mezi komunikujícími subjekty (na toto principu funguje například telefon). Naproti tomu ve světě počítačů nepanuje tak vyhraněný názor - zde se připouští jak spojovaný, tak i nespojovaný charakter komunikace (který je obdobný způsobu fungování běžné listovní pošty, a nepočítá s navazováním spojení mezi komunikujícími stranami). V rámci technologie ATM pak jednoznačně zvítězil spojovaný přístup, a ATM je tedy vysloveně spojovanou technologií - což má ale kromě koncepčních i velmi významné technické důvody: vzhledem k extrémně malé velikosti ATM buňky není možné vměstnat do její hlavičky plnou adresu jejího příjemce (což je nutná podmínka pro nespojované fungování).

ATM jako řešení pro LAN i WAN

S myšlenkou jediné univerzální sítě, popsané výše, úzce souvisí i další důležitý záměr autorů ATM: vyjít vstříc jak potřebám charakteristickým pro prostředí lokálních sítí (sítí LAN), tak i pro potřeby sítí rozlehlých (sítí WAN). To bylo skutečné novum, protože až do příchodu technologie ATM žádná jiná přenosová technologie takovéto ambice neměla.

Faktem ale je, že právě zde technologie ATM snad nejvíce "narazila" - její koncepce se sice příliš neodlišuje od toho, co je obvyklé v prostředí WAN, ale zato v prostředí LAN je fungování ATM hodně odlišné od toho, co "je zde zvykem", a s čím počítá drtivá většina aplikací i protokolů vyšších vrstev. Jde zejména o neexistenci všesměrového vysílání (tzv. broadcasting), který je v prostředí lokálních sítí hojně využíván - například k tomu, aby se klient pomocí dotazu "na všechny strany" doptal na server, schopný poskytnout mu požadovanou službu. Ve světě ATM se něco takového buď úplně zakáže (což není moc rozumné dělat), nebo se chybějící vlastnosti a funkce vhodným způsobem předstírají (emulují) - to je ale drahé a hodně složité. Obecně pak platí, že faktické "navázání" již existujících aplikací na ATM jako přenosovou technologii je zdrojem velkých problémů, které nejsou ještě zdaleka dořešeny. Na tento fakt narazíme v okamžiku, kdy si začneme povídat o tzv. adaptačních vrstvách ATM, které mají právě naznačené "navázání" na starosti.