ATM

El Modo de Transferencia Asíncrono (ATM - Asynchronous Transfer Mode) proporciona un método de transporte flexible que puede adaptarse a la voz, al vídeo y a los datos. Al igual que X.25 y frame relay, ATM dispone de un mecanismo para conmutar unidades de datos a través de las redes. A diferencia de estos protocolos de conmutación de paquetes, que transmiten unidades de datos de tamaño variable, ATM opera con una unidad de datos de tamaño fijo denominada celda. Al estandarizar el tamaño de la unidad de datos, la eficiencia de los conmutadores aumenta significativamente. ATM es el protocolo de transmisión de la RDSI-B (Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha) o B-ISDN. Es capaz de alcanzar velocidades de 155 Mbps, e incluso de 600 Mbps.

ATM fue propuesto por el CCITT en 1988 como base junto con la Red Óptica Síncrona SONET (Synchronous Optical Network) de la red B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network). La tecnología ATM fue propuesta debido a la flexibilidad que aporta para la transmisión de información multimedia.

Las redes de tecnología ATM proporcionan tanto un transporte con Tasa de Bit Constante (p.ej. para voz), como un transporte con Tasa de Bit Variable (p.ej. para datos), utilizando de una forma eficiente el Ancho de Banda de la red.

ATM se basa en la Conmutación Rápida de Paquetes o Fast Packed Switching (FPS).

1  Fundamentos de ATM

ATM proporciona una serie de ventajas con respecto a otros métodos de transmisión:

Las principales características de ATM son las siguientes:

2  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.

3  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.

3.1  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:

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.

3.2  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.

3.2.1  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.

3.2.2  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.

3.3  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:

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:

Clase A Clase B Clase C Clase D
Relación de tiempo No No
Tasa de bit Constante Variable Variable Variable
Orientado a conexión No
Tabla 1: Clases de servicios ATM

El servicio de clase A se utiliza para la transmisión de voz, el de clase B se utiliza para transmitir audio o vídeo comprimido, y los de clase C y D se utilizan para transmitir datos.

Para implementar los servicios definidos anteriormente se han especificado cinco capas AAL que adaptan el flujo de celdas ATM a un flujo con las características requeridas por cada uno de ellos:

4  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.

Figura 1: Red ATM

4.1  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:


Bibliografía

Para la elaboración de este tutorial he utilizado la siguiente bibliografía:

Nota Importante. Este tutorial parte de unos apuntes personales donde he ido recabando información que he encontrado en diversos libros, revistas, etc., así como de mi propia experiencia. En ningún momento pretende ser un texto original, es por esto que todo el mérito de lo aquí escrito se debe exclusivamente a los autores que cito en la bibliografía.
R. Hernando, 3 de Julio de 2002.