Kvalita služeb v ATM
Výraznou charakteristickou vlastností technologie ATM je její schopnost vycházet vstříc různým potřebám aplikací, které budou tuto přenosovou technologii využívat - například odlišným požadavkům na dostupnou přenosovou kapacitu (resp. přenosovou rychlost), na přenosové zpoždění, pravidelnost v doručování jednotlivých částí dat apod. Konkrétním projevem této schopnosti je existence různých kategorií přenosových služeb přímo na úrovni ATM vrstvy, a existence řady parametrů určujících kvalitu služeb.
Pravdou je, že různé druhy aplikací se v požadavcích na přenosové služby ATM vrstvy mohou i diametrálně lišit, a technologie ATM přímo vznikala se záměrem vyhovět co možná největší škále možných kombinací. Aby ale něco takového bylo vůbec možné, a mohlo také být dostatečně efektivně implementováno, musí ATM znát požadavky jednotlivých aplikací dopředu - tedy již v okamžiku navazování spojení (virtuálního kanálu a cesty). Ten, kdo chce mít spojení určitých konkrétních vlastností, proto musí vyslovit své požadavky předem, a ATM síť by je buď měla přijmout a dodržovat po celou dobu existence spojení, nebo by je měla ihned odmítnout (například proto, že pro jejich splnění nemá dostatek zdrojů).
Parametry spojení
Při navazování spojení v ATM proto dochází nejprve k určité formě licitace mezi žadatelem o zřízení spojení (uživatelem) a ATM sítí (resp. jejím provozovatelem) - žadatel o zřízení spojení vysloví své požadavky, a pokud na ně druhá strana (ATM síť) přistoupí, vzniká mezi oběma stranami forma dvoustranného kontraktu. Jedna část tohoto kontraktu, tzv. deskriptor provozu, popisuje zátěž, kterou uživatel hodlá zatížit ATM síť (neboli druh provozu, který bude "pouštět" do ATM sítě). Druhá část kontraktu pak specifikuje kvalitu služeb ATM sítě, kterou uživatel požaduje, a provozovatel (síť) akceptuje a následně garantuje.
Obě části kontraktu samozřejmě musí být exaktně formulovány, subjektivní požadavky typu "mírná zátěž" či "rozumné chování" nejsou přijatelné. Proto je v rámci ATM definována celá řada parametrů, které umožňují vyjádřit jednotlivé požadavky exaktním a také vhodně měřitelným způsobem. Příkladem parametru, který umožňuje popsat očekávanou zátěž sítě, je parametr PCR (Peak Cell Rate, doslova: maximální četnost buněk, udává maximální rychlost, s jakou odesilatel bude zadávat jednotlivé buňky do ATM sítě k odeslání). Souvisejícím parametrem je parametr MCR (Minimum Cell Rate), který vyjadřuje minimální četnost, a dále parametr SCR (Sustained Cell Rate), který vyjadřuje průměrnou rychlost přes určité delší časové období. Příkladem parametru popisujícího kvalitu ATM služby může být parametr CLR (Cell Loss Ratio), vyjadřující relativní četnost ztracených či pozdě (pomalu) doručených buněk.
Kategorie služeb
Pomocí výše naznačených parametrů by v zásadě bylo možné vyspecifikovat téměř libovolné požadavky na kvalitu a chování přenosových služeb ATM. Ve skutečnosti se ale v ATM počítá spíše s existencí několika předdefinovaných kategorií, resp. tříd (s předurčenými vlastnostmi), s tím že uvedené parametry slouží spíše k doladění konkrétních potřeb v rámci uvedených kategorií - proto také samotné označení "kategorie" (category), naznačující existenci více konkrétních variant, které ale mají společné základní vlastnosti.
CBR (Constant Bit Rate)
První z pěti kategorií je kategorie označovaná jako CBR (od: Constant Bit Rate). Je koncipována jako logická náhrada "fyzického kusu drátu" (neboli k emulování měděného drátu, optického vlákna apod.). Z pohledu výše uvedených parametrů ji lze charakterizovat jako službu, při které je požadováno (a garantováno) PCR=SCR=MCR, což znamená trvalé vyhrazení určité konkrétní přenosové kapacity. Služby z této kategorie tedy nabízí přesně to, co nabízí "dedikované přenosové cesty", a jsou typicky využívány na principu přepojování okruhů. Z tohoto důvodu jsou také služby kategorie CBR určeny pro takové aplikace, které vyžadují a na druhé straně dokáží rovnoměrně využít konstantní přenosovou kapacitu (konstantní přenosovou rychlost, konstantní přenosové zpoždění, rozptyl zpoždění atd.). Příkladem může být přenos nekomprimovaného zvuku či obrazu v reálném čase.
VBR (Variable Bit Rate)
Kategorie CBR není vhodná pro takové druhy přenosů, které sice jsou citlivé na čas, ale neprodukují pravidelně stejné objemy dat (a tudíž by nedokázaly rovnoměrně využít trvale přidělenou přenosovou kapacitu). Příkladem může být komprimovaný přenos zvuku a obrazu - například při využití komprimace typu MPEG je nejprve přenesen celý jeden obrazový snímek, a pak jsou pravidelně přenášeny aktuální změny oproti tomuto výchozímu snímku. Četnost (frekvence) těchto aktualizací sice může být konstantní, ale nikoli už objem dat, který je potřeba přenést v rámci každé jednotlivé aktualizace (ten závisí zejména na množství změn na scéně).
Pro právě popsané nároky je určena kategorie VBR (Variable Bit Rate) - jak už její název naznačuje, pracuje s proměnnou rychlostí přenosu, resp. s měnící se četností požadavků na odesílání jednotlivých buněk. Důležité (a odlišující od jiných kategorií) je také to, že proměnlivost je zde zcela v rukou a plně v kompetenci aplikací, které ATM síť využívají - přenosové mechanismy dopředu nevědí, jaké budou momentální nároky v určitém okamžiku, ale mají za povinnost splnit je (v takovém konkrétním rozsahu, jaký specifikuje kontrakt uzavřený při navazování spojení). Dále se zde nepočítá s tím, že by aplikace nějak měnila své chování v závislosti na stavu ATM sítě - ta se proto ani nesnaží jakkoli zpětně působit na aplikaci (například informovat ji o případném přetížení a žádat o "zpomalení").
Kategorie VBR (Variable Bit Rate) má dvě varianty, označované jako TR-VBR (Real Time VBR) a NRT-VBR (Non-Real Time VBR). Jak již jejich název napovídá, liší se v tom, zda vychází vstříc potřebám aplikací fungujících v reálném čase či nikoli. Varianta RT-VBR např. garantuje, že jednotlivé části přenášených dat budou docházet s rovnoměrným a malým časovým zpožděním, a proto je vhodná například pro výše popisovaný přenos komprimovaného obrazu. Naproti tomu varianta NRT-VBR takovouto časovou rovnoměrnost nezaručuje (a je vhodná například pro multimediální poštu).
ABR (Available Bit Rate)
Kategorie ABR je určena pro takový provoz, který má spíše nárazovitý (dávkový) charakter. Umožňuje vyžádat si, aby určité konkrétní spojení mělo zaručenou minimální propustnost (např. 5 Mbps), a dále požádat i o zvládnutí přenosových špiček konkrétní maximální výše (např. 10 Mbps). ATM síť pak bude garantovat požadované minimum (v daném případě 5 Mbps), a v případě potřeby se bude snažit vyhovět i předem oznámeným zvýšeným nárokům (špičkám do 10 Mbps) - ovšem bez záruky, že se jí to podaří (to bude záviset na momentální dostupnosti přenosové kapacity celé sítě). Kategorie ABR je také jedinou kategorií, která počítá se zpětnou vazbou a interakcí mezi přenosovou sítí a aplikací, která ji využívá - v případě hrozícího zahlcení ATM síť žádá aplikaci o zpomalení, a dává jí tak možnost vlastní regulace toho, kolik buněk bude muset být zahozeno v důsledku zahlcení.UBR (Unspecified Bit Rate)
Přenosové služby kategorie UBR se podle momentálních možností snaží přenést co možná nejvíce dat (podobně jako ABR), ale neposkytují žádné garance (tedy ani záruku určité minimální propustnosti), ani nepočítají s žádnou interakcí a zpětnou vazbou mezi sítí a aplikací (ta se na rozdíl od kategorie ABR nedozví o případném zahlcení a zahazování buněk).| CBR | RT-VBR | NRT-VBR | ABR | UBR | |
| Zaručená přenosová kapacita | Ano | Ano | Ano | Zaručené minimum | Ne |
| Vhodné pro přenosy v reálném čase | Ano | Ano | Ne | Ne | Ne |
| Vhodné pro dávkové (nárazové) přenosy | Ne | Ne | Ano | Ano | Ano |
| Zpětná vazba (interakce) | Ne | Ne | Ne | Ano | Ne |