4.4 Celdas: 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.

El Modo de Transferencia Asíncrona (Asynchronous Transfer Mode), es una tecnología utilizada en telecomunicaciones desarrollada para hacer frente a la gran demanda de capacidad de transmisión para servicios y aplicaciones.

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). 

Historia del ATM.

TM 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.
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 aquellas históricas 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 cancelada res 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.

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 en rutadas individualmente mediante el uso de los denominados canales virtuales y trayectos virtuales.

Modelo de  referencia B-ISDN del CCITTEl 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.
Capa ATM: La capa ATM es la que realiza la conmutación y encaminamiento de las celdas a través de los nodos de la red.
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.
Formato de las celdas ATM.
1. 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.
2. Payload, tiene 48 bytes fundamentalmente con datos del usuario y protocolos AAL que también son considerados como datos del usuario.
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.

                   


Campos de celdas ATM.
El VPI (Virtual Path Identifier) etiqueta segmentos de Trayectos Virtuales (VP).
Fundamentos de ATM

• flexibilidad a cambios futuros,

• uso eficiente de los recursos disponibles (ancho de banda),

• red universal.

• No hay control de flujo ni recuperación de errores. Aunque se exige a la red una probabilidad de pérdida de paquetes inferior a 10-12.

• ATM opera en modo conexión.

• La sobrecarga de información de la cabecera es baja, con lo que se consiguen velocidades de conmutación muy altas.

• El campo de información (payload) es pequeño para poder reducir el tamaño de las colas en el conmutador, disminuyendo el retardo de los paquetes.

• Paquetes de longitud fija, llamados celdas, lo que simplifica la conmutación de datos.

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 enrutadores 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 encaminado, éste le cambia el encabezado según la tabla que posee y lo envía al siguiente con un VPI y/o un VCI nuevo.
Perspectiva de la tecnología ATM
Capa física: La capa física de ATM cubre en términos generales las capas física y de enlace de datos del modelo OSI.

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.

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.

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

Las principales características de ATM son las siguientes:

Encaminamiento

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-ISDN) basadas en conmutación de paquetes en vez de la tradicional conmutación de circuitos.

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.