ATM
es una tecnología de transmisión orientada a la conexión
que trabaja con unidades de datos de longitud fija, celdas
de 53 bytes. Se caracteriza por proporcionar al usuario
conexiones virtuales con un ancho de banda arbitrario y
con muy baja latencia de celda en los conmutadores: en una
conexión a través de un enlace fijo, por ejemplo una línea
alquilada, la latencia viene fijada por el ancho de banda,
mientras que en ATM depende de la velocidad real del enlace
(generalmente mucho más alta que el ancho de banda de la
conexión virtual).
Otra
ventaja importante de la tecnología ATM es el aprovechamiento
que hace de los recursos disponibles gracias a la utilización
de multiplexación estadística. Las técnicas de multiplexación
por asignación fija, como TDM, asignan un canal a cada una
de las conexiones (desde el comienzo hasta la finalización
de la conexión). En este sentido, TDM es ineficiente con
respecto a ATM debido a que si un usuario no tiene nada
que transmitir en un instante determinado su canal queda
desaprovechado, mientras que otro usuario que tiene que
transmitir mucha información debe conformarse con el ancho
de banda de su canal, aunque haya otros libres en ese momento.
La siguiente figura muestra un ejemplo en el que cuatro
aplicaciones de usuario transmiten la misma información
a través de un multiplexor TDM de cuatro canales y a través
de un multiplexor ATM. Las flechas indican la generación
de nuevos datos por parte de cada fuente.
La
multiplexación estadística del sistema ATM, también conocida
como asignación por demanda, permite aprovechar todas las
ranuras disponibles, mientras que en TDM aparecen canales
desaprovechados, lo que se traduce en una mayor latencia
por celda y un menor aprovechamiento de los recursos.
Red
Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha
El modelo de referencia de protocolo de la RDSI-BA está
formado por tres planos: el plano de gestión, el plano de
control y el plano de usuario. El plano de control se encarga
de la señalización y del tratamiento de la información de
control de la conexión. El plano de usuario es responsable
de la transferencia de la información útil. Finalmente,
el plano de gestión se divide en dos bloques: el plano de
gestión propiamente dicho, que controla el funcionamiento
global del sistema; y las funciones de gestión de capa,
encargadas del manejo de recursos, parámetros de usuario
y de la información de Operación y Mantenimiento de la red.
El
plano de usuario proporciona funciones para la transferencia
de información de usuario: voz, vídeo, datos, etc… Las conexiones
conmutadas son gestionadas a través de las funciones del
plano de control, que se encarga del establecimiento, monitorización
y terminación de las conexiones.
Capa
ATM La capa ATM genera celdas de 53 bytes, constituidas
por una cabecera de 5 bytes que transporta la información
de control y un cuerpo de 48 bytes con la información 'útil'
(de usuario, de gestión, etc…), procedente de las capas
superiores.
Responsabilidad de la capa ATM:
La
capa ATM proporciona conexiones transparentes, extremo a
extremo, a las capas superiores. Un Canal Virtual (VC) se
define como una conexión lógica unidireccional entre dos
puntos finales para la transferencia de celdas ATM. Cada
canal virtual es caracterizado por un identificador (VCI).
Las especificaciones de ATM permiten hasta 16.7 millones
de conexiones virtuales (24 bits) sobre un interfaz de usuario.
Sin embargo, los conmutadores no pueden gestionar un número
tan grande de conexiones. Por este motivo se define el Trayecto
Virtual (VP), identificado por el VPI, como la agrupación
lógica de varios canales virtuales. Así, el manejo de las
conexiones es jerárquico: por encima queda el nivel de trayecto
virtual y por debajo el de canal virtual:
En
una red ATM típica, la conexión lógica extremo a extremo
recibe el nombre de conexión de canal virtual (VCC) y está
soportada por conexiones físicas entre los nodos (conmutadores)
de la red.
Capa
AAL
La
capa de adaptación a ATM transforma los servicios de las
capas superiores: voz, vídeo, datos, etc… para permitir
su correcta transmisión a través de una red ATM. Constituye
un protocolo diseñado para cubrir las necesidades de cualquier
clase de servicio.
En
este sentido, el Forum ATM en el ATM Forum Traffic Management
Specification (1996) define las siguientes categorías de
servicio:
CBR
- Constant Bit Rate. Servicios con ancho de banda fijo y
predeterminado. Calidad equivalente a la de líneas alquiladas
rt-VBR
- real time Variable Bit Rate. Para aplicaciones en tiempo
real que generan una tasa variable y pueden obtener ventaja
de la multiplexación estadística. Calidad comparable a CBR
con mejor aprovechamiento de la conexión.
Nrt-VBR
- non-real-time Variable Bit Rate. Servicios que no necesiten
unos requerimientos tan estrictos en cuanto a retardos,
pero sí garantías de entrega de las celdas enviadas
UBR
- Unespecified Bit Rate. La red ATM transporta este tipo
de tráfico siguiendo la filosofía de 'el mejor rendimiento
posible', es decir, ajustando el ancho de banda destinado
a estos servicios según las condiciones de carga de la red.
No se garantiza la entrega de celdas
Available
Bit Rate. Para aplicaciones que pueden variar su velocidad
de transmisión (como UBR) pero que necesitan garantizar
la entrega de celdas (minimizar la pérdida de celdas). En
este caso es la fuente la que ajusta su tasa de generación
de celdas dependiendo de las condiciones de la red ATM,
por lo que es necesario implementar mecanismos de realimentación
red-fuente.
Las
diferentes AAL's han sido diseñadas para tratar con una
o varias de estas categorías, según las necesidades del
servicio concreto:
AAL1: Utilizada básicamente para implementar Emulación de
Circuito. Soporta conexiones CBR a través de la red ATM.
La secuencia síncrona de entrada (por ejemplo voz o vídeo)
es segmentada y colocada en celdas ATM junto con un número
de secuencia (SN) de 3 bits para detectar pérdida de celdas
y conseguir una entrega ordenada. Para la recuperación del
sincronismo de la secuencia original utiliza el bit CSI.
AAL2: Fue diseñada para optimizar el transporte de tráfico
rt-VBR pero la primera versión no llegó a concretarse*.
AAL3/4: Utilizada para el transporte de servicios que no
necesitan requerimientos especiales en lo que respecta al
retardo de celda. Además permite tanto servicios orientados
a la conexión como no orientados a la conexión (en este
caso haciendo uso de las funciones
CLSF -ConnectionLess Server Function- proporcionadas por
la red ATM).
AAL3/4
proporciona información adicional que permite gestionar
la multiplexación de mensajes de muchos usuarios sobre el
mismo circuito virtual entre el terminal de usuario y el
dispositivo que implementa la función CLSF. De esta forma
es posible la interconexión de sistemas LAN a través de
una red ATM. La desventaja fundamental es la sobrecarga
que introduce sobre las unidades de datos de las capas superiores.
Además, debido a su complejidad, algunas funciones de la
AAL3/4 no son implementadas, dejando a la red ATM (a través
de la CLSF) esta responsabilidad.
AAL5:
A diferencia de las otras AAL's, que surgieron como especificaciones
de la UIT, la AAL5 es un desarrollo de la industria de las
telecomunicaciones y ha sido optimizada para el transporte
de datos. Se diseñó para permitir conexiones punto-a-punto
y punto-multipunto, con la ventaja de que elimina la sobrecarga
que introduce AAL3/4. Aunque la eliminación del campo SN
(Sequence Number) introduce algunas limitaciones, es la
opción universamente aceptada para entornos LAN ATM y WAN
ATM .
Gestión
de la red
Como
vimos en la introducción, la tecnología ATM se ha desarrollado
para reunir las ventajas de la conmutación de circuitos
con las de la conmutación de paquetes. Una de las premisas
fundamentales es mantener una calidad de servicio equivalente
a las de las líneas alquiladas, labor muy complicada si
se tiene en cuenta que para asegurar una calidad de servicio
extremo a extremo deben entrar en juego todos los nodos
intermedios de la ruta, participando en un proceso de negociación,
realimentación y asignación de recursos.
Se puede dividir la gestión de red en dos dominios básicos:
Control
de Admisión
Supongamos
que una aplicación del usuario A necesita establecer una
conexión de canal virtual entre su terminal y el terminal
del usuario B:
La
aplicación necesitará unos requisitos mínimos de calidad
de servicio (generalmente en forma de ancho de banda y parámetros
de retardo) y hace la petición de conexión a través de la
interfaz de usuario (UNI) de la red ATM.
El equipo de acceso a la red (concentrador o conmutador)
se basa en los parámetros de la conexión para determinar
si puede asignarle los recursos necesarios, teniendo en
cuenta que debe asegurar la calidad de servicio de la conexión
entrante y de todas las que se estén cursando en ese momento.
En caso afirmativo, el equipo de acceso debe realizar la
petición al siguiente conmutador de la ruta, que llevará
a cabo las mismas comprobaciones y determinará si puede
asignar los recursos solicitados. El proceso se repite hasta
alcanzar el equipo de acceso del usuario B. Si todos los
nodos están de acuerdo, el terminal del usuario A recibe
la confirmación del establecimiento de la conexión de canal
virtual y puede comenzar la transmisión de información
Control de Parámetros de Usuario
El control de admisión por sí solo no puede garantizar el
control del tráfico real que entra en la red. Esto es así
porque cada usuario tiene a su disposición todo el ancho
de banda que proporciona el equipo de acceso a la red. Sin
otro mecanismo de control, nada impediría que una vez establecida
la conexión el usuario inyectara celdas a la máxima velocidad
que le permita el acceso.
De
hecho, el control de admisión opera con los parámetros de
tráfico proporcionados por el usuario (a partir de los cuales
se realiza la tarificación en el caso de redes públicas),
no con los parámetros reales. El mecanismo adicional de
control lo proporcionan las funciones de control de parámetros
de utilización (UPC):
La red lleva a cabo el control de parámetros sobre cada
conexión de usuario (de canal virtual, de trayecto virtual
o de ambas) para evitar que dicha conexión utilice más recursos
de los negociados en la etapa de establecimiento de la conexión
Los
parámetros descriptores del tráfico de usuario (o simplemente
descriptores de tráfico) definen el comportamiento de la
secuencia de celdas que será transmitida a través del canal
o el trayecto virtual. El conjunto mínimo de descriptores
incluye la velocidad de pico (PCR) y una tolerancia a la
variación del retardo de celdas (CDVT) asociada. Otros parámetros
son: SCR - Sustainable Cell Rate. Velocidad 'media' permitida.
Proporciona un límite superior a la velocidad media de la
secuencia de celdas transmitida a través de la conexión.
MBS - Maximum Burst Size. Tamaño máximo de la ráfaga, es
decir, número máximo de celdas que pueden formar parte de
una misma ráfaga BT - Burst Tolerance. Tolerancia a la ráfaga.
Se define como BT=(MBS-1)(1/SCR-1/PCR) y da idea del tamaño
de las ráfagas permitidas para el tráfico de usuario MCR
- Minimum Cell Rate. Reserva mínima de ancho de banda. La
red asigna un ancho de banda dinámico (en función de las
condiciones de congestión) a las conexiones asociadas con
servicios ABR. El MCR supone un límite inferior a los recursos
proporcionados por la red. Por su parte, la red se compromete
a ofrecer una calidad de servicio (QoS) que incluye ppCDV
(peak-to-peak Cell Delay Variation), MaxCTD (Maximum Cell
Transfer Delay), MeanCTD y CLR (Cell Loss Ratio). El Forum
ATM ha propuesto un algoritmo genérico de monitorización
de la velocidad de una secuencia de celdas, el GCRA (Generic
Cell Rate Algorithm). Hay varias versiones de este algoritmo,
por ejemplo el Virtual Scheduling Algorithm o el más conocido
Leaky Bucket Algorithm, pero todas ellas tienen una funcionalidad
equivalente.
Leaky
Bucket
El Leaky Bucket es uno de los algoritmos utilizados para
implementar el mecanismo de control de parámetros de tráfico
de usuario.
El
funcionamiento del algoritmo es sencillo: Un recipiente
de una determinada capacidad es vaciado periódicamente a
la velocidad que se pretende controlar. Cada vez que llega
una celda de la secuencia se incrementa el contenido del
recipiente. Si este incremento supone un desbordamiento,
la celda es declarada no conforme con el contrato.
Los parámetros de este algoritmo son la velocidad declarada
por el usuario (que se corresponde con la velocidad de vaciado
del recipiente) y la tolerancia a la variación del retardo
de celda (capacidad del recipiente) que tiene en cuenta
los retardos sufridos por las celdas en el proceso de inserción
en la capa física y en el trayecto hacia el UPC :
Cuando
una celda es declarada no conforme con las especificaciones
es marcada como descargable (bit CLP=1) o eliminada directamente.
La decisión depende de varios factores: las especificaciones
del contrato, la prioridad de la celda (bit CLP) y el grado
de utilización del conmutador y de la red en ese momento.
Mientras
que los servicios de tasa de bits constante (CBR) son monitorizados
mediante un único GCRA que controla la velocidad declarada,
los servicios de tasa variable (VBR) son controlados por
dos GCRA, uno para medir la velocidad de pico PCR y otro
para monitorizar la velocidad media SCR.
PREGUNTAS
DE ATM
1.
¿Cuál es la idea básica de ATM?
La idea
básica de ATM es que, mediante multiplexación estadística,
el canal de transmisión nunca se desaproveche por no haber
nada que enviar en un instante. Esto ocurre en la transmisión
síncrona actual, pues se establece el enlace y se reserva
durante el tiempo que dura la conexión, aunque no haya
tráfico en todo momento.
2.
¿Dónde se encuentra el Modelo OSI?
En cuanto
a su relación con otras tecnologías de transmisión y protocolos
decir que ATM puede considerarse Nivel 2 en el modelo
de capas OSI; por tanto, se puede enviar tráfico IP a
través de ATM. El estándar IEEE 802.6 para redes metropolitanas
DQDB (Distributed Queue Dual Bus) es también una forma
de cell-relay o envío de paquetes de tamaño fijo y ambos
son orientados a conexión. El SMDS (Switched Multi-megabit
Digital Services) de Bellcore no es orientado a conexión
y no funciona con células, sino con datagramas de longitud
variable.
3. ¿Como funciona?
Todos
los paquetes, que son de la misma longitud, se juntan
en un multiplexor y se envían por la red. El canal siempre
estará ocupado, unas veces con la voz (las menos), otras
con datos y otras con video. Para el receptor, todas las
señales llegan a su estación de trabajo en un tiempo suficiente
como para ser usadas a la vez.
4.
¿De que depende el rendimiento de una conexión ATM?
Es una
tecnología orientada a conexión: cada estación tiene un
circuito dedicada con cada una de las otras estaciones
con las que se comunica. Cada estación dispone del ancho
de banda que necesita, independientemente del tráfico
que generen las otras. Por lo tanto, el rendimiento de
una conexión ATM depende de los parámetros que se especifiquen
en el momento de la conexión. Esto permite la aplicación
de un concepto que se ha dado en llamar "Ancho de Banda
a la carta". Esto aporta una enorme flexibilidad y eficiencia.
5. ¿Como se envía la información?
El ATM
es una tecnología de conmutación rápida de paquetes basada
en células o tramas de longitud fija (53 Bytes). La información
producida por cualquier servicio se adaptara en células
(si es muy grande, la información, se segmenta en varias
células y si es muy pequeña , Ej. la voz, se completa
una célula) las cuales serán enviadas a través de la red
ATM hasta el otro extremo. Cuando las células llegan al
destino, la información es reorganizada se dice que son
re-ensamblas, para atender dicho servicio extremo a extremo;
previamente solicitado ya sea para voz, datos, imagen
o vídeo.
6. Explica
brevemente la trama.
Las células
constan de un campo de información de 48 octetos y una
cabecera de 5 octetos, la cual contiene un conjunto de
informaciones de control, como identificadores, que se
utilizan para identificación de las conexiones y encaminamiento.
El tamaño de la célula de 48 octetos se deriva de un compromiso
entre una serie de características deseables para cada
tipo de tráfico.
La célula
ATM tiene una longitud fija de 53 bytes : Una cabecera
de 5 bytes que identifica la célula, su destino dentro
de la red con el número de trayecto virtual y canal virtual
, una protección adicional para saber si tiene errores
y poder auto-corregir la presencia de uno, tipo de carga
transportado y su nivel de prioridad para ser eliminada
en caso de congestión y una zona de carga de 48 bytes
que lleva la información del servicio prestado, sin ninguna
protección ante la presencia de errores.
7. ¿Cuáles
son las cabeceras que utiliza ATM?
En ATM
se tienen dos tipos diferentes para la cabecera de las
celdas: La UNI (User-to-Network Interface) proporciona
la conexión a la red ATM desde un equipo terminal ATM
o bien desde un sistema intermedio, IS, tal como hub,
puente o encaminador, que a su vez controla equipos de
usuario final. La NNI (Network-to-Network Interface) define
la interfaz entre dos nodos ATM; cuando la NNI conecta
nodos pertenecientes a distintas redes se denomina NNI-ICI,
es decir, NNI-Inter Carrier Interface.
8. Funcionamiento
del algoritmo HEC en el receptor.
Inicialmente,
el algoritmo de corrección de errores del receptor corrige
implícitamente errores simples, calculándose y comprobándose
el HEC para cada celda recibida. Cuando se detecta un
error, el receptor corrige el error si se trata de uno
simple o, en caso contrario, detectará la ocurrencia de
un error múltiple. En cualquier caso, el receptor pasa
a modo de detección, ya que no trata de corregir errores.
La razón de este cambio es que un ruido en ráfaga u otro
suceso podría causar una secuencia de errores, situación
para la que el HEC resulta insuficiente para su corrección.
Cuando se examina una cabecera y no se encuentra un error,
el receptor pasa al modo de corrección. El diagrama de
flujo muestra los errores resultantes en la cabecera de
la celda. La función de protección de errores en la cabecera,
recupera todos los errores aislados de un bit y la mayoría
de los errores en ráfagas. Las características de error
en sistemas de transmisión en fibra óptica parece ser
una mezcla de errores simples y errores a ráfagas relativamente
largas. En algunos sistemas de transmisión no se utiliza
la capacidad de corrección de errores, por consumir mucho
tiempo.
9. Diferencias
entre Canal Virtual y Trayecto Virtual.
El Canal
Virtual, CV, se define en ATM como un término genérico
para describir la capacidad de comunicación unidireccional
para transportar células ATM. El Trayecto Virtual, TV,
es un término genérico para designar un agrupamiento de
Canales Virtuales. Todos los CV de un TV tienen los mismos
puntos de terminación. Hay que recordar que los ICV tienen
un significado local; en definitiva, un ICV identifica
un ECV determinado dentro de un Enlace de Trayecto Virtual.
10. Porque
existe una c}variación del retardo de celda Para una red
ATM, las señales de voz y vídeo puede ser digitalizadas
y transmitidas como una secuencia de celdas, lo que requiere,
especialmente para voz, que los retardos en la red sean
pequeños.
Este
es en general el caso de redes ATM, que, como ya hemos
discutido, están diseñadas para minimizar el costo de
transmisión y el procedimiento interno a la red, de manera
que sea posible una conmutación de celdas y un encaminamiento
rápido. Existe otro importante requisito que entra a veces
en conflicto con el anterior: la velocidad de envío de
celda al usuario destino debe ser constante. Ahora bien,
es inevitable que exista alguna variabilidad en la velocidad
de transmisión de celdas debido a efectos internos a la
red y en el UNI origen. Primero consideremos cómo podría
el usuario destino hacer frente a las variaciones del
retardo de celdas en tránsito desde el usuario frente
al destino.
