ATM: Modo de Transferencia para B-ISDN

Introducción

ATM (Modo de Transferencia Asíncrono) es la tecnología elegida por B-ISDN (Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha). Sus normas son desarrolladas por la ITU-T y el Foro ATM. ATM está diseñada para implementar subredes de comunicación tanto WAN como LAN.

Características de ATM

• Segmenta el ancho de banda en paquetes de tamaño fijo llamados celdas.
• Transporta todo tipo de información: datos, voz y video.

Interfaces ATM

• ATM User-Network Interface (UNI): Interfaz entre el usuario ATM y la red ATM.
• ATM Network-Node Interface (NNI): Interfaz entre dos switches ATM.
• ATM Broadband Inter-Carrier Interface (BICI): Interfaz entre redes ATM públicas.

Tamaño de las Celdas

El tamaño de las celdas se fijó en 53 bytes considerando:

• Celdas muy pequeñas: baja eficiencia de la red.
• Celdas muy grandes: mayor retardo de propagación.

Arquitectura en Capas

La versatilidad de ATM se logra mediante una arquitectura en capas. La señalización para circuitos virtuales conmutados usa el protocolo Q.2931, mientras que los datos pueden provenir de IP, Frame Relay o Ethernet.

Direcciones

• Redes públicas: direcciones E.164.
• Redes privadas: el Foro ATM define 3 formatos NSAP de 20 bytes.

Capa de Adaptación ATM (AAL)

La AAL permite que diferentes aplicaciones usen la red ATM, colocando cualquier tipo de información en las celdas. Se divide en subcapas:

• Subcapa de Convergencia (CS): Parte específica del servicio (SSCS) y Parte común (CPCS).
• Subcapa de Segmentación y Reensamblado (SAR).

Clases de Servicio

El ITU-T agrupó la información en 4 clases de servicio (A, B, C y D) según tres criterios principales.

Protocolos AAL

• Clase A: protocolo AAL1
• Clase B: protocolo AAL2
• Clase C: protocolo AAL3
• Clase D: protocolo AAL4

AAL3 y 4 se combinaron en AAL3/4. AAL5 se creó para comunicación entre computadoras.

AAL3/4

• Soporta velocidades de transmisión variables (orientado a conexión y sin conexión).
• Fuerte verificación de errores y ayuda al reensamblado.
• Mensajes de hasta 65535 bytes.
• Multiplexación de varias sesiones sobre un circuito virtual.
• CPI: Indicador de la Parte Común (unidades de BA y Longitud).
• Btag/Etag: Tags de inicio y fin (delimitan mensajes, incrementan con cada mensaje).
• BA: Buffer allocation size.
• Longitud: Tamaño de la carga útil.
• ST: Tipo de Segmento (único, inicial, intermedio, final).
• SN: Número de Secuencia.
• MID: IDentificador de Multiplexaje.
• LI: Indicador de longitud de la carga útil.
• CRC: Detección de errores en la celda.

AAL5 (SEAL)

• Soporta velocidades de transmisión variables.
• Más ligero que AAL3/4, sin overhead en cada celda (AL Simple y Eficiente).
• Usado por Frame Relay, IP y LANE.
• Mensajes de hasta 65535 bytes.
• Relleno para que los mensajes ocupen un número entero de celdas (48 bytes).
• UU: Usuario a Usuario CPCS.
• Longitud: Bytes de la carga útil (sin relleno).
• CRC: Detección de errores en el mensaje.
• Un bit del campo PTI delimita los mensajes.

Capa ATM

Funciones:

• Transmitir celdas en orden.
• Insertar/remover encabezado de celda.
• Multiplexar celdas.
• Manejar identificadores de circuito virtual.
• Controlar el flujo.

El campo GFC controla el flujo en la UNI. En la NNI, el campo VPI ocupa estos bits.

Trayectoria y Canal Virtual

Una Trayectoria Virtual (VP) agrupa Canales Virtuales (VC) con los mismos puntos iniciales y finales. El identificador de conexión consta de VPI y VCI. El VPI facilita el enrutamiento:

• Conmutación basada en VPI.
• VCI no se modifican en los switches.

Campo PTI

El campo PTI (3 bits) distingue entre celdas de usuario o de operación y mantenimiento. En celdas de usuario:

• El segundo bit (EFCI) notifica congestión en la red.
• El tercero indica la última celda de un mensaje AAL5.

Campo CLP

El campo CLP (1 bit) diferencia tráfico de alta prioridad (CLP=0) y baja prioridad (CLP=1). El nodo de acceso puede marcar una celda (CLP=1) si se excede la velocidad negociada. Las celdas de baja prioridad se descartan primero en congestión.

Campo HEC

El campo HEC (8 bits) corrige errores de 1 bit y detecta errores múltiples en el encabezado. El 99% de los errores en fibra óptica son de 1 bit.

Categorías de Servicio

Cinco categorías de servicio distinguen las aplicaciones. Los switches conmutan según la QoS de cada categoría:

• Constant Bit Rate (CBR)
• Real Time- Variable Bit Rate (RTVBR)
• Non Real Time- Variable Bit Rate (NRT-VBR)
• Unspecified Bit Rate (UBR)
• Available Bit Rate (ABR)

Negociación de QoS

Al establecer un circuito virtual, el usuario negocia con la red la trayectoria y la QoS, incluyendo velocidad de transferencia (pico, sostenida, mínima), tiempo de propagación (promedio y variabilidad) y porcentaje de pérdida de celdas.

Control de Tráfico

La red verifica el cumplimiento de los parámetros negociados (traffic policing) mediante el Generic Cell Rate Algorithm (GCRA), equivalente al algoritmo de la cubeta con fuga.

Capa Física

Transporta las celdas ATM como un flujo de bits, directamente o empaquetadas en PDH o SDH.

Subcapa TC

La subcapa de Convergencia de Transmisión (TC) delimita celdas, genera/verifica el HEC, inserta/suprime celdas vacías, y empaqueta/desempaqueta celdas según el servicio de transporte.

Subcapa PMD

La subcapa Dependiente del Medio Físico (PMD) se encarga de la transmisión síncrona de bits y especifica el medio, la interfaz, el cable, la velocidad y la codificación.

Velocidades de Transmisión

Velocidades normalizadas:

• 1.5, 2, 34, 45, 155 Mbps
• 25.6, 100 Mbps
• 622 Mbps, 2.4 Gbps