HISTORIA
La primera referencia del ATM (Asynchronous Transfer Mode) tiene lugar en los años 60 cuando un norteamericano de origen oriental perteneciente a los laboratorios Bell describió y patentó un modo de transferencia no síncrono. Sin embargo el ATM no se hizo popular hasta 1988 cuando el CCITT decidió que sería la tecnología de conmutación de las futuras red ISDN en banda ancha (rec I.121). En aquella histórica fechas los valedores del ATM tuvieron primero que persuadir a algunos representantes de las redes de comunicaciones que hubieran preferido una simple ampliación de las capacidades de la ISDN en banda estrecha. Conseguido este primer objetivo y desechando los esquemas de transmisión síncronos, se empezaron a discutir aspectos tales como el tamaño de las células. Por un lado los representantes de EEUU y algún otro país proponían un tamaño de células grande de unos 128 bytes: `cuanto mayor es el tamaño de las células menor es el overhead parámetro muy importante cuando se desean transmitir datos' era su argumento. Sin embargo los representantes de los países europeos el tamaño ideal de las células era de 16 bytes, y señalaron que un tamaño de célula de 128 bytes provocaría retardos inaceptables de hasta 85 ms. Este retardo no permitiría la transmisión de voz con cierto nivel de calidad a la vez que obligaba a instalar canceladores de eco.
Después de muchas discusiones ambas partes habían hecho una concesión: el lobby norteamericano proponían 64 bytes y el lobby europeo 32 bytes que básicamente coincidían con los representantes de las redes de datos y las redes de voz respectivamente. Ante la falta de acuerdo en la reunión del CCITT celebrada en Ginebra en Junio de 1989 se tomó una decisión salomónica: “Ni para unos ni para otros. 48 bytes será el tamaño de la célula”. Para la cabecera hubo posicionamientos similares, y el definitivo tamaño de 5 bytes también fue un compromiso.
Un extraño número primo 53 (48+5) sería el tamaño definitivo, en octetos, de las células ATM. Un número que tuvo la virtud de no satisfacer a nadie pero que suponía un compromiso de todos grupos de interés y evitaba una ruptura de consecuencias imprevisibles.
Medios ATM
ATM puede operar sobre una amplia variedad de medios cuyo único límite es el transporte físico. Un opción frecuente es la red óptica síncrona (SONET - Synchronous Optical Network) desarrollada por BellCore. Los niveles de transporte óptico (OC - Optical Carrier) especifican las velocidades de datos, que están comprendidas entre OC-1 (52 Mbps) y OC-48 (2,5 Gbps).
El foro ATM ha definido cuatro tipos de interfaces:
- Interfaz WAN DS3 de 45 Mbps.
- SONET OC-3 de 155 Mbps.
- Modo múltiple de fibra óptica de 155 Mbps basado en Fiber Channel.
- Modo múltiple de fibra óptica de 100 Mbps basado en FDDI.
ARQUITECTIRA ATM.
El ATM puede ser considerado como una tecnología de conmutación de paquetes en alta velocidad con unas características particulares:
Simplificando al máximo podemos ver que una red ATM está compuesta por nodos de conmutación, elementos de transmisión y equipos terminales de usuarios. Los nodos son capaces de encaminar la información empaquetada en células a través de unos caminos conocidos como Conexiones de Canal Virtual. El routing, en los nodos conmutadores de células, es un proceso hardware mientras que el establecimiento de conexiones y el empaquetamiento/ desempaquetamiento de las células son procesos software.
QUE ES ATM?
•Asynchronous Transfer Mode (Modo de Transferencia asincróno) es una tecnología de conmutación (switching) basada en unidades de datos de un tamaño fijo de 53 bytes llamadas celdas. En una red ATM las comunicaciones se establecen a través de un conjunto de dispositivos intermedios llamados switches.
LA LLEGADA DEL ATM.
•ATM comenzó como parte del ISDN-BA (Broadband Integrated Services Digital Network o Red digital de servicios integrados de banda ancha) desarrollado en 1988 por CCITT (Consultive Commitee for International Telegraph and Telephone, Comité Consultivo Internacional para la Telegrafía y Telefonía). Actualmente el CCITT es un comité de la ITU-T (Unión Internacional de las Telecomunicaciones)
•ISDN-BA es una extensión de la red digital de servicios integrados de banda estrecha (que definía redes de telecomunicaciones digitales públicas) que proporciona mayor ancho de banda y permite un caudal de datos superior a ISDN.
•ATM se sitúa sobre el nivel físico del modelo de referencia ISDN-BA, sin embargo, no requiere de ningún protocolo de nivel de red específico. Según esto el nivel físico podría ser FDDI, DS3, SONET o cualquier otro.
•A pesar de que ATM fue desarrollado como parte del trabajo en ISDN de banda ancha, inicialmente se destinó a entornos distintos de ISDN, donde eran necesarias elevadas velocidades de transmisión.
Fundamentos de ATM
ATM proporciona una serie de ventajas con respecto a otros métodos de transmisión:
- flexibilidad a cambios futuros,
- uso eficiente de los recursos disponibles (ancho de banda),
- red universal.
Las principales características de ATM son las siguientes:
Campos de una celda ATM
Una celda ATM está formada por 53 bytes: 5 bytes de cabecera y 48 bytes de datos. La cabecera de la celda ATM tiene los siguientes campos:
- CFG (4 bits)
- Control de flujo. Sólo tiene sentido en el enlace de acceso Usuario-Red. Se utiliza para asignar prioridades a las distintas celdas, según la información que transporten.
- VPI (8bits) / VCI (16 bits)
- Identificador de conexión virtual. Permite identificar los enlaces que debe atravesar una celda hasta llegar a su destino. Sólo tiene significado a nivel de enlace local, y cambia a cada paso por un nodo de la red.
Asociado a cada puerto entrante de un conmutador ATM hay una tabla de traducción o Header Translation Table (HTT) que relaciona un puerto de salida y una celda entrante mediante un nuevo identificador de conexión. Como resultado, las celdas de cada línea pueden ser conmutadas independientemente a gran velocidad.
El VPI (Virtual Path Identifier) etiqueta segmentos de Trayectos Virtuales (VP). Un trayecto virtual es un canal de comunicación entre un origen y un destino a través de una red ATM. Sobre un VP se pueden multiplexar los Canales Virtuales o Virtual Channels (VC), que vienen identificados por el Identificador de Canal Virtual o Virtual Channel Identifier (VCI). - PT (2 bits)
- Permite diferenciar entre la información de usuario, la de control y la de gestión.
- Res. (1 bit)
- Reservado para implementaciones futuras.
- CLP (1 bit)
- Es un campo de prioridad de pérdida. Si CLP=0 la prioridad es alta, y si CLP=1 es baja.
- HEC (8 bits)
- Control de error de la cabecera.
El modelo de referencia B-ISDN del CCITT
El modelo de referencia B-ISDN propuesto por el CCITT consta de tres capas: la capa física, la capa ATM y la capa de adaptación de ATM, AAL.
Además de en capas, el modelo ATM se divide en planos, siendo un modelo tridimensional. Estos planos son: el plano de control C, el plano de gestión M y el de usuario U.
El plano C se encarga del establecimiento, modificación y liberación de conexiones virtuales. El plano M se encarga del tratamiento de fallos, la contabilidad, la configuración remota, el control de la calidad del servicio y el mantenimiento de la seguridad. El plano U es el encargado de dar servicio al usuario, es el que se ocupa del transporte de los datos, el control de flujo y la corrección de errores.
Capa física
La capa física de ATM cubre en términos generales las capas física y de enlace de datos del modelo OSI.
La capa física se divide en dos subcapas:
- Subnivel Dependiente del Medio Físico (PMD - Physical Medium Dependent). Corresponde a la capa física del nivel OSI.
- Subnivel de Convergencia de Transmisión (TC - Transmission Convergence). Corresponde a la capa de enlace de datos del nivel OSI.
La subcapa PMD se encarga del acceso al medio físico (es decir, de transmitir bits de una forma correcta entre nodos de la red). Es dependiente del modo de transmisión que se emplee.
La subcapa TC da formato a los bits captados por la subcapa PM para adaptarlos al protocolo utilizado (normalmente SDH, Synchronous Digital Hierarchy). También se ocupa de generar el HEC y de la detección de los límites de las celdas por el método de alineación de celdas mediante el campo HEC.
Capa ATM
La capa ATM es la que realiza la conmutación y encaminamiento de las celdas a través de los nodos de la red.
La capa ATM se orienta a conexión, tanto en términos del servici que ofrece como de la manera que opera internamente. El elemento básico de la capa ATM es el circuito virtual, o canal virtual. Un circuito virtual normalmente es una conexión de un origen a un destino, aunque también se permiten conexiones multitransmisión.
La capa ATM es inusual para un protocolo orientado a conexiones, ya que no proporciona acuses de recibo; dejándose el control de errores a capas superiores. Esto es así porque las redes ATM se utilizan con frecuencia para tráfico en tiempo real, como audio o vídeo. Para este tipo de tráfico la retransmisión de una celda errónea es peor que simplemente ignorarla. A pesar de su falta de acuses de recibo, la capa ATM sí garantiza que las celdas llegarán en el mismo orden que fueron enviadas.
Formatos de celda .
En la capa ATM se distinguen dos interfaces: la Interfaz Usuario-Red (UNI - User Network Interface) y la Interfaz Red-Red (NNI - Network Node Interface). La UNI define el límite entre un host y una red ATM (en muchos casos, entre el cliente y la portadora). La NNI se aplica a la línea entre dos conmutadores ATM (véase la figura 1).
En ambos casos, las celdas consisten en una cabecera de 5 bytes seguida de una carga útil de 48 bytes, pero las dos cabeceras son ligeramente distintas. El campo CFG (Control General de Flujo) está presente sólo en las celdas entre un host y la red (UNI); es sobreescrito por el primer conmutador al que llega, por lo que no tiene un significado de terminal a terminal, y no se entrega al destino.
El campo principal para la conmutación de celdas es el Identificador de Conexión Virtual, formado por el VPI (Virtual Path Identifier) y el VCI (Virtual Channel Identifier). Para la conmutación entre nodos de la red sólo es significativo el VPI, mientras que para la conmutación del nodo terminal hacia el usuario es necesaria toda la información del Identificador de Conexión (VPI/VCI).
Un nodo de conmutación ATM procesa estos identificadores de la siguiente forma: al recibir una celda a través de un enlace con un VPI/VCI determinado, se realiza una búsqueda en una tabla de translación (local al enlace) para determinar la línea de salida, el nuevo identrificador de conexión VPI/VCI, y retransmitir la celda por el puerto indicado.
Establecimiento de la conexión
La capa ATM ofrece dos tipos de conexión a través de la red: una permanente, Permanent Virtual Circuit (PVC); y otra conmutada, Switched Virtual Circuit (SVC), que es establecida dinámicamente bajo demanda.
Capa de adaptación AAL
ATM se define para dar soporte flexible de comunicación y transporte de información multimedia. Por tanto, debe ofrecer varios tipos de servicios alternativos. La capa AAL (ATM Adptation Layer) es la encargada de enlazar el servicio ofrecido por la capa ATM a las necesidades específicas del servicio. El diálogo entre las entidades AAL se realiza extremo a extremo de la red.
La capa AAL se subdivide en dos:
- Subcapa de Segmentación y Reesamblado o Segmentation And Reassembly (SAR). Realiza principalmente tareas de segmentación de usuario en celdas ATM, así como su reensamblaje en destino.
- Subcapa de Convergencia o Convergence Sublayer (CS). Realiza la adaptación del flujo de celdas al tipo de servicio requerido.
Los servicios soportados por una red ATM se dividen en cuatro clases: A, B, C y D, como se ve en la tabla , de acuerdo con los siguientes criterios de clasificación:
- Existencia o no de una relación de tiempo entre origen y destino.
- Tasa de bit (Bit rate) constante o variable.
- Orientado o no a conexión.
LAN ATM
El foro ATM es un consorcio industrial creado para dar soluciones a la interacción de ATM y las LAN. Este grupo ha desarrollado la arquitectura básica ATM-LAN.
Las redes ATM (véase figura ) constan de dos tipos de dispositivos: estaciones terminales y conmutadores. El foro ATM ha establecido dos interfaces de red: la interfaz usuario-red (UNI - User-Network Interface) conecta una extación terminal a un conmutador. La interfaz red-red (NNI - Network-Network Interface) conecta un conmutador a otro.
Las LAN pueden comunicarse con una red ATM a través de un encaminador equipado con un interfaz ATM.
