ATM: Modo de Transferencia Asíncrono
Definición
Es un protocolo de retransmisión de celdas adaptado por la ITU-T, el cual fue diseñado por el foro ATM. La combinación de ATM y RDSI-BA permite la interconexión de alta velocidad para todas las redes del mundo.
Objetivo
- Nace como necesidad de transmisión de datos a grandes velocidades utilizando medios de transmisión como la Fibra Óptica.
- Permite el incremento en las tasas de datos a transferir.
- Compatibilidad de operación con los actuales sistemas implementados (Ej. Redes de paquetes), interconectividad de área amplia sin que esto ocasione deterioros en su efectividad y reemplazo de estas.
- Diseño e implementación de bajo costo.
Redes de Paquete
Las comunicaciones de datos actualmente se basan en redes de paquetes y conmutación de paquetes. Recordemos que un paquete es una combinación de datos y bits de sobrecarga que pueden encaminarse por la red como una unidad autocontenida. Los bits de sobrecarga extra, en forma de cabecera y cola, actúan como un sobre que proporciona información de identificación y direccionamiento, así como los datos requeridos para el encaminamiento, control de flujo, control de errores, etc.
Los protocolos existentes utilizan paquetes que varían en tamaño y complejidad. A medida que las redes se tornan más complejas, la información que debe ser transportada en la cabecera se hace mayor en relación al tamaño de la unidad de datos.
Tráfico Mixto
La utilización de paquetes de tamaño variable provoca que el tráfico se torne impredecible. Los conmutadores, multiplexores y los dispositivos de encaminamiento (ej. *router*), deben incorporar sofisticados sistemas de *software* para manejar los diferentes tipos de paquetes.
Se debe leer gran cantidad de información de la cabecera y cada bit debe ser contabilizado y evaluado para asegurar la integridad de cada paquete.
La interconexión entre redes de paquetes diferentes es lenta y de un alto costo en el mejor de los casos.
Tráfico Mixto
Otro problema es la entrega de datos a velocidad constante cuando el tamaño de los paquetes es impredecible y puede variar considerablemente.
Para optimizar la tecnología de banda ancha, el tráfico debe multiplexarse por división en el tiempo en enlaces compartidos.
Veamos el resultado de la operación de multiplexación en el siguiente ejemplo (Ver figura 1)
Redes Basadas en Celdas
Los problemas asociados con la interconexión basada en paquetes se solucionan adoptando un concepto denominado red de celdas.
Una celda es una pequeña unidad de datos de tamaño fijo.
En una red de celdas, que utiliza las celdas como unidad básica de intercambio de datos, todos los datos se cargan en celdas idénticas, que pueden ser transmitidas de una forma uniforme y completamente predecible.
Cuando los paquetes de tamaños diferentes alcanzan una red de celdas, estas se dividen en unidades de datos de igual longitud y se cargan en celdas.
Las celdas serán multiplexadas con otras celdas y encaminadas a través de la red, ya que cada celda será del mismo tamaño, se eliminarán los problemas asociados con la multiplexación de paquetes de tamaños diferentes.
Ventajas de Celdas
En la figura 2 se puede observar que las celdas de las 2 líneas se multiplexan de forma tal que ninguna sufra un gran retardo.
La alta velocidad de los enlaces, junto con el pequeño tamaño de las celdas, significa que a pesar de la multiplexación, las celdas de cada línea llegan a sus respectivos destinos como un flujo continuo.
Una red de celdas puede gestionar transmisiones de tiempo real, como llamadas telefónicas, sin que los abonados detecten segmentación o multiplexación.
La predicción alcanzada por un tamaño de celda fija permite a los conmutadores y terminales tratar a cada celda como una unidad y no como un flujo de bits (una red de celdas la unidad más pequeña es la celda y no el bit)
Celdas ATM
El modelo ATM se basa en la idea de transmitir la información en pequeños paquetes de tamaño fijo llamados celdas. Estas celdas tienen un tamaño fijo de 53 bytes, de los cuales los 5 primeros están destinados al encabezado y los 48 siguientes a datos.
Encabezado de Celdas ATM
Los primeros cuatro bytes identifican la celda, y el quinto (HEC) es la suma de comprobación de un byte, sobre los 4 primeros bytes de la cabecera, no de la carga útil (datos). Debido a que el chequeo solo se produce sobre los bits de cabecera, a este chequeo se le llama HEC (*Header Error Control*).
Arquitectura de ATM
ATM es una red de conmutación de celdas. Los dispositivos de acceso a los usuarios, denominados sistemas finales, se conectan mediante una interfaz usuario-red (UNI) a los conmutadores de la red. Los conmutadores se conectan mediante interfaces red-red (NNI).
Conexión Virtual
La conexión entre dos sistemas finales se realiza por medio de:
- Rutas Virtuales de transmisión llamados TP (*Transmission Paths*)
- Rutas Virtuales VP (*Virtual Path*)
- Circuitos Virtuales VC (*Virtual Circuits*)
Una Ruta de transmisión (TP) es la conexión física (F.O, Satelital, Cable, Etc.) entre los sistemas finales y un conmutador o entre dos conmutadores.
Una Ruta de transmisión se divide en varias Rutas Virtuales
Una Ruta Virtual VP ofrece conexión o un conjunto de conexiones entre 2 conmutadores.
Las redes de celdas están basadas en circuitos virtuales (VC). Todas las celdas que pertenecen a un mismo mensaje siguen el mismo circuito virtual y mantienen su orden original hasta alcanzar su destino.
Identificadores
En una red de circuitos virtuales, las conexiones virtuales necesitan identificarse para poder encaminar los datos de un sistema a otro. Para este propósito los diseñadores de ATM crearon un identificador jerárquico con dos niveles:
- **Identificador de camino virtual (VPI)**: Define la ruta virtual concreta.
- **Identificador de circuito virtual (VCI)**: define un circuito virtual concreto dentro de la ruta virtual.
Nota: El VPI es el mismo para todas las conexiones virtuales que se enlazan lógicamente en un VP.
Celdas
Como ya hemos indicado, la unidad de datos básica en una red ATM se denomina Celda. Y esta tiene 53 bytes, con 5 bytes asignados a la cabecera y 48 para la carga, siendo la mayor parte de la cabecera utilizada por el VPI y el VCI que definen la conexión virtual a través de la cual debe viajar una celda desde el sistema final a un conmutador o desde un conmutador a otro conmutador.
Conmutación
ATM utiliza conmutadores para encaminar las celdas de un sistema origen a sistema destino y para que la comunicación sea más eficiente, utiliza normalmente dos tipos de conmutadores:
- **Conmutador VP**: encamina las celdas utilizando solo el VPI, esto quiere decir, una celda VPI llega a la interfaz de entrada del conmutador y el conmutador comprueba su tabla de conmutación, almacena 4 elementos de información por fila:
- Número de la Interfaz de llegada
- VPI Entrante.
- Número de Interfaz de salida correspondiente
- VPI de Salida
- **Conmutador VPC**: Encaminada la celda utilizando el VPI y el VCI. El encaminamiento requiere el identificador completo.
En la figura se muestra cómo se encamina la celda de un conmutador VPC.
Aplicación
LAN con ATM: como fue diseñada como una tecnología WAN y su alta velocidad de datos alcanzada, ha provocado la atención de diseñadores que buscan mayores velocidades en las LAN