Capasde acceso de red: ATM

Modo de Transferencia Asíncrona

Tarjeta de red ATM de 25 Mbps con interfaz PCI y conexión de par trenzado.

El Modo de Transferencia Asíncrona (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.

Reseña histórica de ATM

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 redes ISDN en banda ancha (rec I.121).

Para ello, el equipo detrás del ATM tuvo 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 celdas. Por un lado los representantes de EEUU y otros países proponían un tamaño de celdas grande de unos 64 bytes. Sin embargo para los representantes de los países europeos el tamaño ideal de las celdas era de 32 bytes (según Tanenbaum), y señalaban que un tamaño de celda de 64 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 y 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 celda”. Para la cabecera se tomó un tamaño de 5 bytes. 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 una conciliación de todos los grupos de interés y evitaba una ruptura de consecuencias imprevisibles.

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.

Figura 1: Diagrama simplificado del proceso ATM.

En la ‘figura 1’ 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.

Formato de las celdas ATM

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

1. Header o Cabecera, sus 5 bytes tienen tres funciones principales:
   1. identificación del canal,
   2. información para la detección de errores
   3. y si la célula es o no utilizada.
   4. Eventualmente puede contener también corrección de errores y un número de secuencia.
2. 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 encaminamiento 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, Interfaz Red a Red): el cual se refiere a la conexión de switches ATM en redes privadas.
• UNI (User to Network Interface, Interfaz Usuario a Red): 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.

Diagrama de una celda UNI 7 4 3 0 GFC VPI VPI VCI PT CLP HEC Payload (48 bytes)

Diagrama de una celda NNI 7 4 3 0 VPI VPI VCI PT CLP HEC Payload (48 bytes)

Campos

• GFC (Generic Flow Control, Control de Flujo Genérico, 4 bits): el estándar originariamente reservó el campo GFC para labores de gestión de tráfico, pero en la práctica no es utilizado. Las celdas NNI lo emplean para extender el campo VPI a 12 bits.
• VPI (Virtual Path Identifier, Identificador de Ruta Virtual, 8 bits) y VCI (Virtual Channel Identifier, Identificador de Circuito Virtual, 16 bits): se utilizan para indicar la ruta de destino o final de la célula.
• PT (Payload Type, Tipo de Información de Usuario, 3 bits): identifica el tipo de datos de la celda (de datos del usuario o de control). Uno identifica el tipo de carga en el campo de usuario, otro indica si hay congestión en la red y el último es el SDU.
• CLP (Cell Loss Priority, Prioridad, 1 bit): indica el nivel de prioridad de la celda, si este bit está activo cuando la red ATM está congestionada la celda puede ser descartada.
• HEC (Header Error Correction, Corrección de Error de Cabecera, 8 bits): contiene un código de detección de error que sólo cubre la cabecera (no la información de usuario), y que permite detectar un buen número de errores múltiples y corregir errores simples.

Encaminamiento

ATM ofrece un servicio orientado a conexión, en el cual no hay un desorden en la llegada de las celdas al destino. Esto lo hace gracias a los caminos o rutas virtuales (VP, Virtual Path) y los canales o circuitos virtuales (VC, Virtual Channel). Los caminos y canales virtuales tienen el mismo significado que las conexiones de canales virtuales (VCC, Virtual Channel Connection) en X.25, que indica el camino fijo que debe seguir la celda. En el caso de ATM, los caminos virtuales (VP), son los caminos que siguen las celdas entre dos router ATM pero este camino puede tener varios circuitos virtuales (VC).

En el momento de establecer la comunicación con una calidad de servicio deseada y un destino, se busca el camino virtual que van a seguir todas las celdas. Este camino no cambia durante toda la comunicación, así que si se cae un nodo la comunicación se pierde. Durante la conexión se reservan los recursos necesarios para garantizarle durante toda la sesión la calidad del servicio al usuario.

Cuando una celda llega a un encaminador, este le cambia el encabezado según la tabla que posee y lo envía al siguiente con un VPI y/o un VCI nuevo.

La ruta inicial de encaminamiento se obtiene, en la mayoría de los casos, a partir de tablas estáticas que residen en los conmutadores. También podemos encontrar tablas dinámicas que se configuran dependiendo del estado de la red al comienzo de la conexión; este es uno de los puntos donde se ha dejado libertad para los fabricantes. Gran parte del esfuerzo que están haciendo las compañías está dedicado a esta área, puesto que puede ser el punto fundamental que les permita permanecer en el mercado en un futuro.

Modelo arquitectónico

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:

1. Capa física: relacionada con el medio físico de transmisión, adapta flujos, protege cabeceras, delimita células y adapta al medio.
2. Capa ATM: realiza la multiplexación y conmutación de células.
3. Capa AAL (ATM Adaptation Layer): relacionada con los flujos de información, facilita la gestión de caudales, modos de conexión y en caso necesario, referencia de sincronismo.

Perspectiva de la tecnología ATM

El Modo de Transferencia Asíncrona fue la apuesta de la industria tradicional de las telecomunicaciones por las comunicaciones de banda ancha. Se planteó como herramienta para la construcción de redes de banda ancha (B-RDSI o B-ISDN) basadas enconmutación de paquetes en vez de la tradicional conmutación de circuitos. El despliegue de la tecnología ATM no ha sido el esperado por sus promotores. Las velocidades para las que estaba pensada (hasta 622 Mbps) han sido rápidamente superadas; no está claro que ATM sea la opción más adecuada para las redes actuales y futuras, de velocidades del orden del gigabit. ATM se ha encontrado con la competencia de las tecnologías provenientes de la industria de la Informática, que con proyectos tales como la VoIPparece que ofrecen las mejores perspectivas de futuro.

En la actualidad, ATM es ampliamente utilizado allá donde se necesita dar soporte a velocidades moderadas, como es el caso de la ADSL, aunque la tendencia es sustituir esta tecnología por otras como Ethernet que está basada en tramas de datos.