Evolución de ATM

ATM, en su forma original, fue diseñada para trabajar con SONET (Synchronous Optical Network) ó con SDH (Synchronous Digital Hierarchy) para ofrecer transporte y conmutación a alta velocidad en redes WAN, MAN, Campus y LAN, Sin embargo, debido a QoS en IP, Fast Ethernet y Gigabit Ethernet, no tiene sentido utilizar ATM cerca de la estación de trabajo: sólo en el backbone o en la red WAN.

La convergencia de servicios está haciendo que la “inteligencia” de la red y el ancho de banda se desplacen hacia el usuario.

En un sistema telefónico normal, los conmutadores tiene toda la “inteligencia” y la terminal de red (es decir, el teléfono) es “poco inteligente”. En una red de datos la terminal de red (por ejemplo, un PC) tiene más “inteligencia” y los switches y routers hacen tareas que requieren menos capacidad.

En un sistema telefónico normal, el gran ancho de banda está entre los conmutadores y al usuario le llega un ancho de banda muy pequeño. En las redes de datos existía la regla de diseño que la distribución del tráfico era 80/20: 80% en la LAN, 20% en la WAN... Eso ya no es cierto.

Algunos esperan que la convergencia de servicios sobre IP reemplace ATM, pero aún no ha sucedido.

Historia de ATM

1980: Inicia las investigaciones en empresas y universidades

1986: la ITU adopta el enfoque para B-ISDN

1989: La ITU adopta la celda de 53 bytes

1991: se crea el ATM forum (www.atmforum.org)

1992: ATM forum emite la primera especificación

1996: ATM forum establece el  Anchorage Accord

Descripción del proceso ATM

Con esta tecnología, a fin de aprovechar al máximo la capacidad de los sistemas de transmisión, sean estos de cable o radioeléctricos, la información no es transmitida y conmutada a través de canales asignados en permanencia, sino en forma de cortos paquetes (celdas ATM) de longitud constante y que pueden ser enrutadas individualmente mediante el uso de los denominados canales virtuales y trayectos virtuales.

En la Figura se ilustra la forma en que diferentes flujos de información, de características distintas en cuanto a velocidad y formato, son agrupados en el denominado Módulo ATM para ser transportados mediante grandes enlaces de transmisión a velocidades (bit rate) de 155 o 622 Mbit/s facilitados generalmente por sistemas SDH.

En el terminal transmisor, la información es escrita byte a byte en el campo de información de usuario de la celda y a continuación se le añade la cabecera.

En el extremo distante, el receptor extrae la información, también byte a byte, de las celdas entrantes y de acuerdo con la información de cabecera, la envía donde ésta le indique, pudiendo ser un equipo terminal u otro módulo ATM para ser encaminada a otro destino. En caso de haber más de un camino entre los puntos de origen y destino, no todas las celdas enviadas durante el tiempo de conexión de un usuario serán necesariamente encaminadas por la misma ruta, ya que en ATM todas las conexiones funcionan sobre una base virtual.

Fundamentos redes ATM

El Modo de Transferencia Asíncrona o Asynchronous Transfer Mode (ATM) es una tecnología de telecomunicación desarrollada para hacer frente a la gran demanda de capacidad de transmisión para servicios y aplicaciones.El Modo deTransferencia Asíncrono usa pequeñas celdas de tamaño fijo.

En una red ATM las comunicaciones se establecen a través de un conjunto de dispositivos intermedios llamados switches.

La tecnología ATM permite la integración de los servicios orientados y no orientados a conexión. La integración de estos servicios en una única red, reduce enormemente los costes en infraestructura y en personal de operación y mantenimiento en las operadoras de telecomunicaciones.

La tecnología ATM se basa en la multiplexación y conmutación de celdas o pequeños paquetes de longitud fija, combinando los beneficios de la conmutación de circuitos (capacidad garantizada y retardo de transmisión constante), con los de la conmutación de paquetes (flexibilidad y eficiencia para tráfico intermitente). Proporciona ancho de banda escalable, que va desde los 2 Mbps a los 10 Gbps; velocidades muy superiores a los 64 Kbps como máximo que ofrece X.25 o a los 2 Mbps de Frame Relay.

Además, ATM es más eficiente que las tecnologías síncronas, tales como la multiplexación por división en el tiempo o TDM (Time Division Multiplexing) en la que se basan PDH y SDH. Puesto que ATM es asíncrono, las ranuras temporales están disponibles bajo demanda con información identificando la fuente de la transmisión contenida en la cabecera de cada celda ATM.

Las principales características de ATM son: no hay control de flujo ni recuperación de errores extremo, opera en modo orientado a conexión, tiene una baja sobrecarga de información en la cabecera -que permite altas velocidades de conmutación-, tiene un campo de información relativamente pequeño –que reduce el tamaño de las colas y el retardo en las mismas- y utiliza paquetes de longitud fija –que simplifica la conmutación de datos a alta velocidad-.

Modelo Arquitectónico ATM

La conmutación de células está intercalada entre las funciones de transmisión y las que adaptan los diferentes tipos de tráfico a los flujos conmutados, lo que plantea un modelo arquitectónico de tres capas:

CAPA FÍSICA :

- Define las interfases físicas con los medios de transmisión y el protocolo de trama para la red ATM.

- Es responsable de la correcta transmisión y recepción de los bits en el medio físico apropiado.

- ATM es independiente del transporte físico.

- Define las interfases físicas con los medios de transmisión y el protocolo de trama para la red ATM.

- Es responsable de la correcta transmisión y recepción de los bits en el medio físico apropiado.

- ATM es independiente del transporte físico.

- Las celdas ATM pueden ser transportadas en redes

SONET, SDH, T3/E3, T1/E1 o aún en módems de 9600 bps.

- Hay dos subcapas en la capa física que separan el medio físico de transmisión y la extracción de los datos.

CAPA ATM:

- Realiza la multiplexación y conmutación de células.

- Define la estructura de la celda y cómo las celdas fluyen sobre las conexiones lógicas en una red ATM.

- Esta capa es independiente del servicio.

- El formato de una celda ATM es muy simple, consiste de 5 bytes de cabecera y 48 bytes para información.


CAPA ADAPTACIÓN:

- Relacionada con los flujos de información, facilita la gestión de caudales, modos de conexión y en caso necesario, referencia de sincronismo.

- La única forma para que un protocolo de nivel superior se comunique sobre una red ATM es por medio de la capa ATM AAL (“ATM Adaptation Layer”).

- La función de esta capa es realizar el mapeado entre las Us y las celdas. PDUs y las celdas.

- Hay cuatro tipos diferentes de AAL: AAL1, AAL2, AAL3/4 Y AAL5.

- Estos AALs ofrecen distintos servicios a los protocolos de nivel superior.

Capas AAL ATM

• AAL1:

- Orientado a conexión (Clase A).

- Para tráfico constante.

- Administra protocolo de subcapa: Número de Secuencia, Protección, Bit de Paridad.



• AAL2:

- Diseñado para voz ó video comprimido (Clase B).

- Administra protocolo de subcapa: Número de Secuencia, Protección, Bit de Paridad.

- Están previstos la compresión y supresión de silencios.



• AAL3/4:

- Para Datos (Clase C y Clase D).

- 2 Protocolos de Subcapa: Número de Secuencia, Protección, Bit de Paridad: Permite la multiplexación de un mismo vp/vc.



• AAL5:

- Optimizado para tráfico de datos (TCP-IP).

- Utiliza menos bits de sobrecarga que en AAL3/4.

- Sin campos longitud ni CRC por celda.

Dispositivos ATM

Una red ATM está formada por conmutadores ATM y puntos finales ATM. El conmutador ATM es responsable del tránsito de celdas a través de la red ATM: acepta las celdas que le llegan de un punto final ATM o un conmutador ATM, lee y actualiza la información en la cabecera de la celda, y rápidamente conmuta la celda a una interfaz de salida hacia su destino. Un punto final ATM o sistema final, contiene un adaptador de interfaz a la red ATM, el cual sí lee los bytes de datos de la celda. Ejemplos de puntos finales son: las estaciones de trabajo, routers, unidades de servicio digitales, conmutadores LAN, y codificadores y decodificadores de vídeo.

Los conmutadores ATM soportan dos tipos primarios de interfaces:

UNI (User to Network Interface). La interfaz UNI conecta sistemas finales ATM (tales como servidores y routers) a un conmutador ATM.

NNI (Network to Network Interface). Conecta dos conmutadores ATM.

En la Figura se ilustran las especificaciones de interfaz para las redes públicas y privadas.

Los dispositivos ATM utilizan un formato de direcciones NSAP (Network Service Access Point) del modelo OSI de 20 bytes, en el caso de redes ATM privadas; y un formato de direcciones E.164 del ITU-T, semejante a números telefónicos, para las redes públicas B-ISDN. Cada sistema ATM necesita de una dirección ATM, independiente de los protocolos de nivel superior como IP o IPX.

Formato de las celdas ATM

Son estructuras de datos de 53 bytes compuestas por dos campos principales:

Header, sus 5 bytes tienen tres funciones principales: identificación del canal, información para la detección de errores y si la célula es o no utilizada. Eventualmente puede contener también corrección de errores y un número de secuencia.

Payload, tiene 48 bytes fundamentalmente con datos del usuario y protocolos AAL que también son considerados como datos del usuario.

Dos de los conceptos más significativos del ATM, Canales Virtuales y Rutas Virtuales, están materializados en dos identificadores en el header de cada célula (VCI y VPI) ambos determinan el enrutamiento entre nodos. El estándar define el protocolo orientado a conexión que las transmite y dos tipos de formato de celda:

NNI (Network to Network Interface o interfaz red a red) El cual se refiere a la conexión de Switches ATM en redes privadas

UNI (User to Network Interface o interfaz usuario a red) este se refiere a la conexión de un Switch ATM de una empresa pública o privada con un terminal ATM de un usuario normal, siendo este último el más utilizado.

Función del conmutador ATM

Equipo ATM

The switch is packaged in a 1U high 19" rack box, powered either via IEC mains inlet or at 24v from an extension box.

A switch has up to three network interface "modules", each module carrying:

8 ports 155 Mbit/s ATM over category 5 UTP, or

2 ports 622 Mbit/s ATM over fibre, or

16 ports Brunhilde ATM service over 100 Mbit/s Ethernet physical layer


Typical configurations:

16 ports 155 Mbit/s UTP + 2 uplink ports at 622 Mbit/s

32 ports 100 Mbit/s Brunhilde + 2 uplink ports at 622 Mbit/s

24 ports 155 Mbit/s UTP

48 ports 100 Mbit/s Brunhilde

On the 155 Mbit/s ATM module, the "spare" pairs in the cat5 cable are used for: passive fixed links which do not depend on the power to the box being switched on, and distribution of a "house sync" signal