REDES CON MODO DE TRANSFERENCIA
ASÍNCRONA
Transmisión Asíncrona
Cada carácter se trata de manera
independiente para fines de sincronización de reloj y de carácter y el receptor
se resincroniza al principio de cada carácter recibido. Cuando los datos que se
van a transmitir se generan a intervalos aleatorios, cuando el usuario se
comunica con una computadora, la tasa de transmisión al teclear es
indeterminada, con intervalos de tiempo aleatorio y posiblemente largos entre
cada digitación sucesiva. Esto significa que la señal de la línea de
transmisión estará en el estado inactivo durante largos intervalos de tiempo
entre caracteres.
Cada carácter o byte transmitido debe
encapsularse entre un bit de inicio y uno o más bits de paro adicionales. Como
se puede apreciar en la siguiente figura el bit de inicio y el bit de paro tiene
diferente polaridad para que el receptor sepa en donde inicia y donde termina
cada carácter.
ATM
Tres letras - ATM - se repiten cada vez más en estos días en los ambientes Informáticos y de Telecomunicaciones. La tecnología llamada Asynchronous Transfer Mode (ATM) Modo de Transferencia Asíncrona es el corazón de los servicios digitales integrados que ofrecerán las nuevas redes digitales de servicios integrados de Banda Ancha (B-ISDN), para muchos ya no hay cuestionamientos; el llamado tráfico del "Cyber espacio", con su voluminoso y tumultuoso crecimiento, impone a los operadores de redes públicas y privadas una voraz demanda de anchos de banda mayores y flexibles con soluciones robustas.
El
modo de transmisión asíncrona o ATM proporciona un rápido modo de transmisión.
Las altas velocidades se alcanzan prescindiendo de la información de control de
flujo y de control de errores en los nodos intermedios de la transmisión. ATM
usa el modo orientado a conexión, y permite la transmisión de diferentes tipos
de información, como voz, vídeo, datos, etc.
Los conmutadores ATM aseguran que el tráfico de grandes volúmenes es flexiblemente conmutado al destino correcto. Los usuarios aprecian ambas cosas, ya que se cansan de esperar los datos y las pantallas de llegada a sus terminales. Estas necesidades cuadran de maravilla para los proveedores de servicios públicos de salud, con requerimientos de videoconferencias médicas, redes financieras interconectadas con los entes de intermediación y validación, o con las exigencias que pronto serán familiares como vídeo en demanda para nuestros hogares con alta definición de imágenes y calidad de sonido de un CD, etc.
Para el operador, con la flexibilidad del ATM, una llamada telefónica con tráfico de voz será tarifado a una tasa diferente a la que estaría dispuesto a pagar un cirujano asistiendo en tiempo real a una operación al otro lado del mundo. Ese es una de las fortalezas de ATM usted paga solamente por la carga de celdas que es efectivamente transportada y conmutada para usted. Además la demanda por acceso a Internet ha tomado a la industria de telecomunicaciones como una tormenta.
MULTIPLEXACION EN ATM
Un examen más cercano del protocolo ATM y cómo opera ayudará a explicar
cómo los circuitos virtuales, las rutas virtuales, los conmutadores y los
servicios que ellos acarrean se afectan entre sí.
La figura de abajo muestra un formato básico y la jerarquía de ATM. Una
conexión ATM, consiste de "celdas" de información contenidos en un
circuito virtual (VC). Estas celdas provienen de diferentes fuentes
representadas como generadores de bits a tasas de transferencia constantes como
la voz y a tasas variables tipo ráfagas (bursty traffic) como los datos. Cada
celda compuesta por 53 bytes, de los cuales 48 (opcionalmente 44) son para
trasiego de información y los restantes para uso de campos de control
(cabecera) con información de "quién soy" y "donde voy"; es
identificada por un "virtual circuit identifier" VCI y un
"virtual path identifier" VPI dentro de esos campos de control, que
incluyen tanto el enrutamiento de celdas como el tipo de conexión. La
organización de la cabecera (header) variará levemente dependiendo de sí la
información relacionada es para interfaces de red a red o de usuario a red. Las
celdas son enrutadas individualmente a través de los conmutadores basados en
estos identificadores, los cuales tienen significado local - ya que pueden ser
cambiados de interface a interface.
La técnica ATM multiplexa muchas celdas de circuitos virtuales en una ruta (path) virtual colocándolas en particiones (slots). Sin embargo, ATM llena cada slot con celdas de un circuito virtual a la primera oportunidad, similar a la operación de una red conmutada de paquetes.
PROTOCOLO ATM
El protocolo ATM consiste de
tres niveles o capas básicas (Ver figura siguiente).
La primera capa llamada capa física (Physical Layer)
Define los interfases físicos 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. A diferencia de muchas
tecnologías LAN como Ethernet, que especifica ciertos medios de transmisión,
(10 base T, 10 base 5, etc.) ATM es independiente del transporte físico. Las
celdas ATM pueden ser transportadas en redes SONET (Synchronous Optical
Network), SDH (Synchronous Digital Hierarchy), T3/E3, TI/EI o aún en modems de
9600 bps. Hay dos subcapas en la capa física que separan el medio físico de
transmisión y la extracción de los datos:
§
La subcapa
PMD (Physical Medium Depedent)
tiene que ver con los detalles que se especifican para velocidades de
transmisión, tipos de conectores físicos, extracción de reloj, etc., Por
ejemplo, la tasa de datos SONET que se usa, es parte del PMD.
§
§
La subcapa
TC (Transmission Convergence)
tiene que ver con la extracción de información contenida desde la misma capa
física. Esto incluye la generación y el chequeo del Header Error Corrección
(HEC), extrayendo celdas desde el flujo de bits de entrada y el procesamiento
de celdas "idles" y el reconocimiento del límite de la celda. Otra
función importante es intercambiar información de operación y mantenimiento
(OAM) con el plano de administración.
La segunda capa es la capa ATM
Ello 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.
Las celdas son transmitidas serialmente y se propagan en estricta
secuencia numérica a través de la red. El tamaño de la celda ha sido escogido
como un compromiso entre una larga celda, que es muy eficiente para transmitir
largas tramas de datos y longitudes de celdas cortas que minimizan el retardo
de procesamiento de extremo a extremo, que son buenas para voz, vídeo y
protocolos sensibles al retardo.
La capa de adaptación de ATM
La tercer capa es la ATM Adaptation Layer (AAL). La AAL juega un rol
clave en el manejo de múltiples tipos de tráfico para usar la red ATM, y es
dependiente del servicio. Especificamente, su trabajo es adaptar los servicios
dados por la capa ATM a aquellos servicios que son requeridos por las capas más
altas, tales como emulación de circuitos, (circuit emulation), vídeo, audio,
frame relay, etc. La AAL recibe los datos de varias fuentes o aplicaciones y
las convierte en los segmentos de 48 bytes.
La capa de Adaptación de ATM
yace entre el ATM layer y las capas más altas que usan el servicio ATM. Su
propósito principal es resolver cualquier disparidad entre un servicio
requerido por el usuario y atender los servicios disponibles del ATM layer. La
capa de adaptación introduce la información en paquetes ATM y controla los
errores de la transmisión.
La capa de adaptación se divide en dos subcapas:
1)Capa
de convergencia (convergence sublayer (CS)) : En esta capa se calculan los
valores que debe llevar la cabecera y los payloads del mensaje. La información
en la cabecera y en el payload depende de la clase de información que va a ser
transportada.
2)Capa
de Segmentación y reensamblaje (segmentation and reassembly (SAR)). Esta capa
recibe los datos de la capa de convergencia y los divide en trozos formando los
paquetes de ATM. Agrega la cabecera que llevara la información necesaria para
el reensamblaje en el destino.
La figura siguiente aporta una mejor comprensión de ellas. La subcapa
CS es dependiente del servicio y se encarga de recibir y paquetizar los datos
provenientes de varias aplicaciones en tramas o paquete de datos longitud
variable.
Estos paquetes son conocidos como (CS - PDU) CONVERGENCE SUBLAYER PROTOCOL DATA UNITS. Luego, la sub capa recibe los SAR CS - PDU, los reparte en porciones del tamaño de la celda ATM para su transmisión. También realiza la función inversa (reemsamblado) para las unidades de información de orden superior. Cada porción es ubicada en su propia unidad de protocolo de segmentación y reemsable conocida como (SAR - PDU) SEGMENTATION AND REASSEMBLER PROTOCOL DATA UNIT, de 48 bytes. Finalmente cada SAR - PDU se ubica en el caudal de celdas ATM con su header y trailer respectivos.
La información transportada por la capa de adaptación se divide en
cuatro clases según las propiedades siguientes:
1.
Que la información que esta siendo transportada
dependa o no del tiempo.
2. Tasa de bit constante/variable.
3. Modo de conexión.
La capa de adaptación de ATM define 4 servicios:
§
AAL-1. AAL-1 se usa para transferir tasas de bits constantes que dependen del
tiempo. Debe enviar por lo tanto información que regule el tiempo con los
datos. AAL-1 provee recuperación de errores e indica la información con errores
que no podrá ser recuperada. El trabajo de las subcapas:
-
Capa de convergencia: Las funciones provistas a esta capa difieren dependiendo
del servicio que se proveyó. Provee la corrección de errores.
-
Capa de segmentación y reensamblaje: En esta capa los datos son segmentados y
se les añade una cabecera. La cabecera contiene 3 campos que son:
·
Número
de secuencia usado para detectar una inserción o perdida de un paquete.
·
Número
de secuencia para la protección usado para corregir errores que ocurren en el
numero de secuencia.
·
Indicador
de capa de convergencia usado para indicar la presencia de la función de la
capa de convergencia.
§
AAL-2. AAL-2 se usa para transferir datos con tasa de bits variable que
dependen del tiempo. Envía la información del tiempo conjuntamente con los
datos para que esta puede recuperarse en el destino. AAL-2 provee recuperación
de errores e indica la información que no puede recuperarse. El trabajo de las
subcapas:
-
Capa de convergencia: Esta capa provee para la corrección de errores y
transporta la información del tiempo desde el origen al destino.
-
Capa de segmentación y recuperación. El mensaje es segmentado y se le añade una
cabecera a cada paquete. La cabecera contiene dos campos.
·
Numero de secuencia que se usa para detectar paquetes introducidas
o perdidas.
·
El tipo de información es:
*BOM, comenzando de mensaje
*COM, continuación de mensaje
*EOM, fin de mensaje o indica que el paquete contiene
información de tiempo u otra.
El payload también contiene dos de campos :
-
Indicador
de longitud que indica el numero de bytes validos en un paquete parcialmente
lleno.
-
CRC
que es para hacer el control de errores.
§
§
AAL-3. AAL-3 se diseña para transferir los datos con tasa de bits variable que
son independientes del tiempo. AAL-3 puede ser dividido en dos modos de
operación:
1).
Fiable:
En caso de perdida o mala recepción de datos estos vuelven a ser enviados. El
control de flujo es soportado.
2). No fiable: La recuperación
del error es dejado para capas mas altas y el control de flujo es opcional.
El trabajo de las subcapas:
- Capa de convergencia. La capa de convergencia en AAL 3 es
parecida al ALL 2. Esta subdividida en dos secciones:
§
1.
Parte común de la capa de convergencia. Esto es provisto también por el AAL-2
CS. Añade una cabecera y un payload a la parte común. La cabecera contiene 3
campos:
o
Indicador
de la parte común que dice que el payload forma parte de la parte común.
o
Etiqueta
de comienzo que indica el comienzo de la parte común de la capa de
convergencia.
o
Tamaño
del buffer que dice al receptor el espacio necesario para acomodar el mensaje.
El payload
también contiene 3 campos:
o
Alineación
es un byte de relleno usado para hacer que la cabecera y el payload tengan la
misma longitud.
o
Fin
de etiqueta que indica el fin de la parte común de la CS(capa de convergencia).
o
El
campo de longitud tiene la longitud de la parte común de la CS.
§
2.
Parte especifica del servicio. Las funciones proveídas en esta que capa
dependen de los servicios pedidos. Generalmente se incluyen funciones para la
recuperación y detección de errores y puede incluir también funciones
especiales.
- Capa de segmentación y reensamblaje. En esta capa los datos
son partidos en paquetes de ATM. Una cabecera y el payload que contiene la
información necesaria para la recuperación de errores y reensamblaje se añaden
al paquete. La cabecera contiene 3 campos:
1)
Tipo
de segmento que indica que parte de un mensaje contiene en payload. Tiene uno de los siguientes valores:
o
BOM:
Comenzando de mensaje
o
COM:
Continuación de mensaje
o
EOM:
Fin de mensaje
o SSM: Mensaje único en el segmento
2)
Numero
de secuencia usado para detectar una inserción o una perdida de un paquete.
3)
3)
Identificador de multiplexación. Este campo se usa para distinguir datos de
diferentes comunicaciones que ha sido multiplexadas en una única conexión de
ATM.
El payload contiene dos de
campos:
1)
Indicado
de longitud que indica el número de bytes útiles en un paquete parcialmente
lleno.
2)
CRC
es para el control de errores.
§
AAL-4. AAL-4 se diseña para transportar datos con tasa de bits variable
independientes del tiempo. Es similar al AAL3 y también puede operar en
transmisión fiable y o fiable. AAL-4 provee la capacidad de transferir datos
fuera de una conexión explícita.
AAL 2, AAL 3/4 y AAL 5 manejan
varios tipos de servicios de datos sobre la base de tasas de bits variables
tales como Switched Multimegabit Data Service (SMDS), Frame Relay o tráfico de
redes de área local (LAN). AAL 2 y AAL 3 soportan paquetes orientados a
conexión (el término orientado a
conexión describe la transferencia de datos después del establecimiento de un
circuito virtual).
APORTACIÓN
El hecho de que la tecnología ATM utilice conmutación de celdas pequeñas de una longitud fija, trae consigo ventajas importantes. Primero la conmutación de celdas es altamente flexible y por lo mismo puede manejar con facilidad tanto tráfico de velocidad constante (como audio y video) , así como los datos. Segundo, a las velocidades tan altas que se requieren hoy en día, la conmutación de celdas puede proporcionarlas de manera más fácil que el empleo de otras técnicas de multiplexación tradicionales. A mi parecer una de las características más importantes de ATM, es su capacidad de poder transportar información de diferente tipo (audio, video, datos) al mismo tiempo, por un mismo lugar y a una velocidad constante independientemente del tipo de información que transporte en un momento dado.
CONCLUSIONES
ATM está diseñado fundamentalmente para aplicaciones de entorno de Red de Área Local, es decir, transporte transparente de datos a alta velocidad, bajo retardo y alto caudal, transporte conjunto de diferentes tipos de tráfico y múltiples protocolos; En los sistemas distribuidos de área amplia las redes ATM podrían tener un efectos no tan favorables, tales como retardos, desaprovechamiento del ancho de banda entre otros efectos, como conclusión podemos decir que para los sistemas distribuidos de área amplia y alta velocidad, se necesitarán nuevos protocolos y arquitecturas de sistema que enfrenten la latencia en muchas aplicaciones, en particular en las interactivas.