Asynchronous Transfer Mode (ATM)

A. Pengertian ATM

Asynchronous Transfer Mode (ATM) adalah teknologi switching dan multiplexing, dimaksudkan untuk memindahkan berbagai jenis trafik (data, suara, video, audio) dengan cepat dan efisien. Circuit switching umumnya mensyaratkan bahwa paket di set ke posisi dalam frame berulang, misalnya sinkron dalam waktu, langkah, sesuai dengan aplikasi dan / atau jam jaringan. Transmisi Asynchronous memungkinkan sel-sel yang akan diposisikan di mana saja dalam data stream. ATM saat ini memiliki kecepatan 155Mbps (OC-3port), 622Mbps (OC-12 port), 1,2 Gbps dan 2,5 Gbps. Asynchronous Transfer Mode (ATM) merupakan protokol jaringan yang berbasis sel, yaitu paket-paket kecil yang berukuran tetap (48 byte data + 5 byte header) pada sirkuit virtual. Protokol lain yang berbasis paket, seperti IP dan Ethernet, menggunakan satuan data paket yang berukuran tidak tetap.

Gambar 1. ATM Network

Kata asynchronous pada ATM berarti transfer data dilakukan secara asinkron, yaitu masing-masing pengirim dan penerima tidak harus memiliki pewaktu (clock) yang tersinkronisasi. Metode lainnya adalah transfer secara sinkron, yang disebut sebagai STM (Synchronous Transfer Mode). Dengan kata lain ATM merupakan sebuah teknologi lapisan 2, yang dapat digunakan oleh siapa saja, namun sekaligus merupakan sebuah jaringan publik sebagaimana halnya Internet, dengan sistem pengalamatan yang dikelola secara rapi, sehingga setiap perangkat di dalam jaringan dapat memiliki sebuah identitas yang unik. Secara teknis, ATM dapat dianggap suatu evolusi dari packet switching. Seperti transfer data pada packet switching ATM mengintegrasikan fungsi multiplexing dan switching. Dengan ukuran sel data yang tetap dan kecil, memungkinkan switching pada kecepatan dengan throughput tinggi. Dengan delay yang sangat kecil dan waktu interval yang tetap antar sel data, memungkinkan aplikasi suara dan video dikirim lewat LAN dan berbagai jenis tipe data yang berbeda digabungkan dalam network yang sama. Walaupun ATM tidak mencapai kecepatan Gigabit di atas network, feature delay dan waktu interval menjadikannya teknologi potensial untuk LAN kecepatan tinggi membawa aplikasi multimedia.

Gambar 2. ATM sebagai Jaringan Kinerja Tinggi

ATM memungkinkan sirkuit dengan bandwidth terjamin dan persyaratan yang berbeda yang akan dibentuk secara bersamaan Layanan. Kualitas (QoS) dapat diatur dan ditetapkan pada tahap koneksi menggunakan parameter seperti delay, jitter delay dan tingkat kesalahan berdasarkan aplikasi dan negara jaringan pada saat koneksi.Dua prioritas untuk lalu lintas didefinisikan; prioritas tinggi dan prioritas rendah. lalu lintas rendah akan diabaikan jika ada masalah kemacetan saklar. ATM Meskipun bukan jenis jaringan broadcast, multicast didukung untuk aplikasi seperti suara dan video conferencing. ATM bekerja pada model topologi Bintang, dengan menggunakan Kabel fiber optic ataupun kabel twisted pair. ATM pada umumnya digunakan untuk menghubungkan dua atau lebih LAN. dia juga banyak dipakai oleh Internet Service Providers (ISP) untuk meningkatkan kecepatan akses Internet untuk klien mereka.

B.  Konsep Dasar ATM

ATM adalah suatu mode transfer yang berorientasi pada bentuk paket yang spesifik, dengan panjang tetap, berdasarkan system Asynchronous Time Division Multiplexing (ATDM), menggunakan format dengan ukuran tertentu yang disebut sel. Informasi yang terdapat didalam sel ditransmisikan dalam jaringan setelah Sebelumnya ditambahkan header diawal sel yang berfungsi sebagai routing dan control sel.

ATM bersifat service independence semua service (suara, data serta gambar/citra) dapat ditransmisikan melalui ATM dengan cara penetapan beberapa tipe ATM Adaptation Layer (AAL). AAL berfungsi mengubah format informasi yang asli kedalam format ATM sehingga dapat ditransmisikan. ATM dapat diimplementasikan di jaringan yang ada sekarang dengan tiga cara, diurut dari yang paling mudah ke yang paling sukar adalah Native ATM APIs, Classical IP dan Address Resolution Protocol dan LANE Native ATM APIs.

Classical IP dibatasi untuk jaringan yang menggunakan protocol TCP/IP. Sedangkan LANE dapat menggunakan protokol apa saja. LANE beroperasi di lapisan kedua dari OSI, yaitu lapisan link data. LANE mengizinkan aplikasi dan protokol yang ada saat ini beroperasi tanpa perubahan saat diterapkan ATM. Ini berarti perusahaan tidak perlu membuang/mengganti aplikasi dan infrastruktur jaringan yang telah ada. Sedangkan kebanyakan jaringan memiliki beberapa protokol saat mengimplementasikan ATM. Akibatnya banyak perusahaan di Amerika Serikat yang menggunakan ATM. Pada ATM seluruh informasi yang akan ditransfer akan dibagi menjadi slot-slot dengan ukuran tetap yang disebut cell. Ukuran cell pada ATM adalah 53 octet (1 octet = 8 bits) yang terdiri dari :48 octet untuk filed informasi.5 octet untuk HEADER.

Sel-sel ATM terdiri dari: 5 byte HEADER dan 48 byte INFORMASI UNI cell ATM terdiri dari: GFC, VPI, VCI, PT, CLP, HEC dan informasi. NNI cell ATM terdiridari: VPI, VCI, PT, CLP, HEC dan informasi.

Gambar 3. Konsep dasar ATM Protocol.

C. Cara Kerja ATM

Cara kerja ATM adalah dengan memotong-motong dan menggabungkan kembali berbagai tipe trafik informasi tersebut (voice, video dan data) dalam format sel berukuran 53 byte melalui saluran fisik yang sama. Proses tersebut dinamakan statistical multiplexing. Masing sel terdiri dari 48 byte payload (berisi informasi) dan 5 byte header (berisi alamat dan routing).

D. Karakteristik ATM

1.    Pada basis link to link tidak menggunakan proteksi error dan flow control.

Pada ATM proteksi error dapat diabaikan karena didasarkan saat ini link-link dalam network memiliki kualitas yang sangat tinggi, sehingga error control cukup dilakukan end to end saja. Flow control juga tidak dilakukan dalam ATM network karena dengan pengaturan alokasi resource dan dimensioning queue yang tepat maka kejadian queue overflow yang menyebabkan hilangnya paket dapat ditekan. Sehingga probabilitas packet loss antara 10-8 sampai dengan 10-12 dapat dicapai.

2.    ATM beroperasi pada connection oriented mode

Sebelum informasi ditransfer dari terminal ke network, sebuah fase setup logical / virtual connection harus dilakukan untuk menyediakan resource diperlukan. Jika resource tersedia tidak mencukupi maka connection dari terminal akan dibatalkan. Jika fase transfer informasi telah selesai, maka resource yang telah digunakan akan dibebabskan kembali. Dengan menggunakan connection-oriented ini akan memungkinkan network untuk menjamin packet loss yang seminim mungkin.

3.    Pengurangan fungsi header

Untuk menjamin pemrosesan yang cepat dalam network, maka ATM header hanya memiliki fungsi yang sangat terbatas. Fungsi utama dari header adalah untuk identifikasi virtual connection (virtual connection identifier =VCI) yang dipilih pada saat dilakukan call setup dan menjamin routing yang tepat untuk setiap paket didalam network serta memungkinkan multiplexing dari virtual connection – virtual connection berbeda melalui satu link tunggal.

Selain fungsi VCI, sejumlah fungsi lain yang sangat terbatas juga dilakukan oleh header, terutama terkait dengan fungsi pemeliharaan. Karena fungsi header diabatasi, maka implementasi header processing dalam ATM node sangat mudah / sederhana dan dapat dilakukan pada kecepatan yang sangat tinggi (150 Mbps sampai 2.5 Gbps) dan hal ini akan menyebabkan processing delay dan queuing delay yang rendah.

4.    Lapisan Protokol ATM

Lapisan tertinggi terdapat aplikasi tertentu seperti TCP di lapisan penghantaran dan IP di lapisan rangkaian. Lapisan ATM Adaptation berfungsi sebagai penyesuai antara paket-paket data di lapisan tertinggi dengan (Higher-layer) dengan lapisan ATM (ATM Layer).  ATM Layer merupakan lapisan digunakan untuk menyambungkan protokol. Lapisan Fisik melibatkan spesifikasi media transmisi dan skema pengkodean sinyal. Rate data yang ditetapkan pada lapisan fisik berkisar mulai dari 25,6 Mbps sampai 622,08 Mbps.

5.    Panjang filed informasi dalam satu cell relatif kecil

Hal ini dilakukan untuk mengurangi ukuran buffer internal dalam switching node, dan untuk membatasi queuing delay yang terjadi pada buffer tersebut. Buffer yang kecil akan menjamin delay dan delay jitter rendah, hal ini diperlukan untuk keperluan service-service real time.

E. Proses Kerja ATM Protocol Layer

Blok-blok data dengan berbagai ukuran yang dihantarkan oleh pengguna dari lapisan tertinggi akan dihantar kembali ke ATM Adaptation Layer (AAL), dimana pada proses ini header, trailer, padding octets, dan Cyclic Redundancy Check(CRC) bit bergantung pada syarat-syarat tertentu pada tiap blok-blok data.

Setiap blok data akan dipecahkan ke dalam beberapa blok data yang lebih kecil yang kemudiannya akan dikapsulkan kepada 53 sel oktet di lapisan ATM.Data inilah yang nantinya akan dihantar ke  destinasi yang diinginkan.

Model referensi protokol melibatkan tiga taraf yang berbeda:

          1.      Taraf pemakai: tersedia untuk transfer informasi pemakai, bersama-sama dengan kontrol-                    kontrol yang terkait.

          2.      Taraf kontrol: menampilkan fungsi-fungsi kontrol panggilan dan kontrol koneksi

          3.      Taraf manajemen: menampilkan fungsi-fungsi manajemen yang berkaitan dengan sistem secara           keseluruhan

F. Keuntungan ATM

ATM mampu menangani semua jenis trafik komunikasi (voice, data, image, video, suara dengan kecepatan tinggi, multimedia dans ebagainya) dalam satu saluran dan dengan kecepatan tinggi). ATM dapat digunakan dalam Local Area Network dan Wide Area Network (WAN).  Dalam pembangunan LAN, penggunaan ATM dapat menghemat biaya karena Pemakai yang akan menghubungkan dirinya dengan system ATM LAN dapat menggunakan adapter untuk menyediakan kecepatan transmisi sesuai dengan bandwidth yang mereka butuhkan.

G. Teknologi ATM dan ATM Layer

Pada jaringan ATM, semua informasi diformat ke dalam sel berukuran tetap yang terdiri dari 48 byte (8 bits per byte) berupa muatan/payload dan 5 byte berupa header. Ukuran sel tetap menjamin bahwa kualitas data baik suara atau video tidak terpengaruh oleh data panjang frame atau paket. Header ini disusun untuk efisiensi switching dalam kecepatan tinggi.

ATM layer merupakan layer diatas physical layer yang memiliki karakteristik yang independent terhadap media fisik yang digunakan.

Gambar 4. Layer ATM

Lapisan protokol ATM terdiri dari 3 lapisan:

1.    Adaptasi layer (AAL)

Berinteraksi dengan lapisan yang lebih tinggi untukmendapatkan informasi pengguna yang dapat dimasukkan/diekstrak kedari byte payload 48.

2.    Lapisan ATM

Menambahkan/menghapus header 5 byte ke payload dan multiplexes semua sel dari berbagai koneksi ke sungai sel tunggal untuklapisan fisik. Ini juga menerjemahkan arah untuk sel untuk memungkinkan mereka beralih melalui hubungan virtual.

3.    Lapisan fisi

Mengubah sel ke format listrik atau optik yang sesuai,sambil mengontrol pengiriman dan penerimaan bit pada medium fisik.Hal ini juga melacak batas-batas sel ATM dan paket ke jenis frame yang sesuai dengan media fisik. Lapisan fisik lebih jauh dibagi lagi menjadi Transmisi Konvergensi dan Fisiksub-lapisan menengah

ATM layer melakukan fungsi-fungsi utama sebagai berikut:

1.    Cell multiplexing/demultiplexing, pada arah kirim cell-cell dari VP (Virtual Path) dan VC (Virtual Channel) individual akan dimultiplexing menghasilkan suatu cell stream. Pada sisi terima fungsi cell demultiplexing akan memisahkan cell stream yang diterima menjadi cell flow individual ke VP dan VC terkait.

2.    Translasi VPI dan VCI. Translasi VPI (VP Identifier) dan VCI dilakukan di ATM switching node. Didalam VP node nilai dari VPI field dari setiap incoming cell akan ditranslasikan ke nilai VPI yang baru untuk outgoing cell. Pada VC switch baik nilai VPI maupun VCI akan ditranslasikan ke nilai VPI dan VCI yang baru.

3.    Pembangkitan / pemisahan cell header, fungsi ini diterapkan pada titik-titik terminasi dari ATM layer. Pada arah kirim, pada field informasi yang telah diterima ditambahkan ATM cell header (kecuali field HEC) dan nilai VPI serta VCI dari cell header dapat diperoleh dengan melakukan translasi dari SAP (Service Access Point) identifier. Pada arah terima, fungsi pemisahan cell header akan memisahkan cell header, dan hanya filed informasi saja yang diteruskan.

4.    Generic Flow Control (GFC). Fungsi GFC hanya digunakan pada ATM UNI (User Network Interface) saja. GFC digunakan untuk mendukung kontrol dari ATM traffic flow dalam satu customer network dan dapat digunakan untuk mengurangi kondisi-kondisi overload pada UNI. Informasi GFC ditumpangkan dalam assigned cell dan unassigned cell.

 ATM Adaption Layer:

1.    AAL type 1:

Fungsi-fungsi yang dilakukan oleh AAL tipe 1 untuk AAL user adalah sebagai berikut:

·    Transfer service data unit (SDU) dengan bit rate konstan

·    Transfer service informasi timing antara sumber dan tujuan

·    Tranfer informasi struktur data

·     Indikasi informasi yang hilang atau mengalami error yang tidak dapat diperbaiki oleh AAL sendiri ke layer yang lebih tinggi.

2.    AAL type 2:

Pada tipe ini sumber membangkitkan suatu bit rate yang variabel akan memungkinkan cell-cell yang membawa informasi tersebut tidak terisi penuh dan tingkat pengisian field informasi cell berubah-ubah, untuk itu diperlukan fungsi yang lebih banyak dalam sub-layer SAR.

3.    AAL type 3/4:

Pada AAL3/4 didefenisikan dua mode service yaitu :

·    Message mode, dapat digunakan untuk aplikasi framed data transfer (misalnya frame HDLC). Pada message mode satu AAL-SDU dikirimkan dalam satu atau lebih CS-PDU, yang menyusun satu atau lebih SAR_PDU.

·    Streaming mode, disediakan untuk transfer data kecepatan rendah dengan persyaratan delay yang rendah.

4.    AAL type 5:

Tujuan dari AAL5 adalah untuk memberikan service dengan overhead yang lebih kecil dan deteksi error yang lebih baik dibawah CPCS layer.Pada layer CPCS, service yang diberikan AAL 5 harus identik dengan service yang disediakan AAL3/4 kecuali fungsi multiplexing tidak support sehingga pada AAL5 tidak ada field MID. AAL5 akan digunakan untuk aplikasi signalling dan frame relay melalui ATM.

ATM Signaling

·      Koneksi logik ATM disebut “Virtual Channel Connection” (VVC) atau koneksi melalui saluran maya.

·      Virtual Path Connection (VPC) adalah suatu logical group dari beberapa VCC yang memiliki tujuan sama.

IP over ATM

IP over ATM pendekatan menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan solusi Elan menarik. Keuntungan yang paling jelas adalah kemampuannya untuk mendukung interface QoS, overhead rendah (karena tidak memerlukan header MAC), dan kurangnya batas ukuran frame.

H. ATM Device and Network Environment

ATM adalah teknologi sel switching dan multiplexing yang menggabungkan kelebihan dari circuit switching yang memiliki kapasitas dan delay transmisi konstan dengan packet switching yang memiliki fleksibilitas dan efisiensi untuk lalu lintas yang berselang-seling.

a.       ATM Devices

Jaringan ATM terdiri dari ATM switch dan ATM endpoint. ATM Switch bertanggung jawab untuk transit sel melalui jaringan ATM, atau dapat didevinisikan bertugas menerima sel yang masuk dari ATM endpoint atau switch ATM lain, kemudian membaca dan memperbarui informasi di dalam header sel dan dengan cepat mengarahkan sel ke sebuah interface output ke arah tujuan. ATM endpoint berisi ATM network interface adapter. Contoh dari ATM endpoint adalah workstation, router, Digital Service Unit (DSU), LAN switch, dan Video CODEC.

Gambar berikut mengilustrasikan jaringan ATM yang terdiri dari ATM switch dan ATM endpoint.

Gambar 5. ATM Device dan ATM end paints

a.       ATM Network Interfaces

Jaringan ATM terdiri dari set ATM switch yang dihubungkan dengan interface Point-to-Point ATM link. ATM Switch mendukung dua jenis interface yakni UNI (User to Network Interface) dan NNI (Network to Network Interface). UNI menghubungkan end system (seperti host dan router) ke ATM switch sedangkan NNI menghubungkan dua ATM switch.

Tergantung pada apakah sebuah switch terletak di tempat pelanggan atau ditempat umum dan dioperasikan oleh perusahaan telepon, UNI dan NNI dapat dibagi lagi menjadi public dan private. UNI private menghubungkan ATM endpoint dan ATM switch private. NNI private menghubungkan dua switch ATM private di dalam organisasi yang sama sedangkan NNI public menghubungkan dua ATM switch dalam organisasi publik yang sama.

Disamping itu terdapat spesifikasi tambahan yakni Broadband Inter Carrier Interface (B-ICI), dimana B-ICI dapat menghubungkan dua switch public dari penyedia layanan yang berbeda. Gambar berikut mengilustrasikan spesifikasi inteface ATM untuk jaringan public dan private.

Gambar 6. Spesifikasi Inteface ATM

I. Format Header Sel ATM

Terdapat dua format header sel ATM yaitu UNI atau NNI. UNI header digunakan untuk komunikasi antara endpoint dengan ATM switch dalam jaringan Private ATM. NNI header yang digunakan untuk komunikasi antar ATM switch. Gambar berikut mengilustrasikan format dasar sel ATM, format header sel UNI, dan format header sel NNI.

Gambar 7. Format Dasar Sel ATM

ATM Cell Header Fields

Berikut adalah deskripsi dari beberapa field yang terdapat pada header sel ATM baik NNI maupun UNI:

1.    Generic Flow Control (GFC)

Menyediakan fungsi lokal, seperti mengidentifikasi multiple stations yang menggunakan satu interface ATM. Field ini biasanya tidak digunakan dan diatur ke nilai default-nya 0 (biner 0000).

2.    Virtual Path Identifier (VPI)

Berhubungan dengan VCI dan berfungsi mengidentifikasi path tujuan berikutnya dari sebuah sel saat melewati serangkaian switch ATM menuju host tujuan.

3.    Virtual Channel Identifier (VCI)

Berhubungan dengan VCI dan berfungsi mengidentifikasi path tujuan berikutnya dari sebuah sel saat melewati serangkaian switch ATM menuju host tujuan.

4.    Payload Type (PT)

Bit pertama menunjukkan apakah dalam sebuah sel berisi data pengguna atau kontrol data. Jika sel berisi data pengguna, bit diatur ke 0. Jika kontrol berisi data, di set ke 1. Bit kedua menunjukkan kongesti (0 = tidak ada kemacetan, 1 = kemacetan). Bit ketiga menunjukkan apakah sel tersebut merupakan sel terakhir pada sebuah rangkaian sel.

5.    Cell Loss Priority (CLP)

Menunjukkan apakah sel harus dibuang jika menemukan kemacetan yang ekstrem ketika bergerak melalui jaringan. Jika CLP bit sama dengan 1, sel harus dibuang dan sebaliknya

6.    Header Error Control (HEC)

Menghitung checksum pada 4 byte pertama dari header. HEC dapat mengoreksi kesalahan bit tunggal dalam byte, dengan demikian dapat mempertahankan sel daripada membuangnya.