Tecnología ATM-Introducción

ATM significa modo de transferencia asíncrona y es una tecnología de telecomunicación desarrollada para hacer frente a la gran demanda de capacidad de transmisión para servicios y aplicaciones.

ATM es una tecnología de red reciente que, a diferencia de Ethernet, red en anillo y FDDI, permite la transferencia simultánea de datos y voz a través de la misma línea.

El ATM fue desarrollado con CNET. Al contrario de las redes sincrónicas (como las redes telefónicas, por ejemplo), en donde los datos se transmiten de manera sincrónica, es decir, el ancho de banda se comparte (multiplexado) entre los usuarios según una desagregación temporaria, una red ATM transfiere datos de manera asíncrona, lo que significa que transmitirá los datos cuando pueda. Mientras que las redes sincrónicas no transmiten nada si el usuario no tiene nada para transmitir, la red ATM usará estos vacíos para transmitir otros datos, lo que garantiza un ancho de banda óptimo.

Además, las redes ATM sólo transmiten paquetes en forma de celdas con una longitud de 53 bytes (5 bytes de encabezado y 48 bytes de datos) e incluyen identificadores que permiten dar a conocer la calidad del servicio (QoS), entre otras cosas. La calidad de servicio representa un indicador de prioridad para paquetes que dependen de la velocidad de red actual.

Por lo tanto, ATM posibilita la transferencia de datos a velocidades que van desde 25 Mbps a más de 622 Mbps (incluso se espera que las velocidades alcancen más de 2 Gbps a través de la fibra óptica). Debido a que el hardware necesario para redes ATM es costoso, los operadores de telecomunicaciones las utilizan básicamente para líneas de larga distancia.

Características principales ATM

Existen muchas arquitecturas de implementación posibles para la estructura interna de un nodo de conmutación ATM. Su elección depende de varios factores como son la capacidad máxima, los requerimientos de modularidad y crecimiento, los tipos de conexión para ser manipuladas (las conexiones punto a multipunto presentan problemas específicos) y la distribución general de funciones.

La arquitectura específica de distribución de los conmutadores incluye:

1. La topología de la estructura general : Bus, Anillo, Matrices Simples o Multietapas, etc.
2. El método de enrutamiento utilizado en la matriz de conmutación: Autoenrutamiento o enrutamiento controlado mediante tablas de traducciones.
3. La localización de las memorias o buffers dentro de los elementos de conmutación: buffereado de entrada, buffereado de salida y buffereado central.

Niveles del modelo ATM

Se definen tres niveles, los cuales se encuentran especificados desde 1988 por el CCITT, actual UIT-T. Estos niveles vienen representados de la siguiente forma:

• Nivel físico: Está compuesto por dos subniveles :
  • Dependiente del medio físico: Se encarga de adaptar las celdas ATM al medio físico que se utilizará para su transporte.
  • Convergencia de la transmisión: Organiza el mapeo de las celdas ATM sobre el medio físico y proporciona el mecanismo para delinear las celdas en el lado receptor.
• Nivel ATM: Es el nivel empleado por la red. Proporciona un mecanismo de transferencia común para los niveles superiores. Es aquí donde se efectúa el control de tráfico, la administración en el nivel de celda, el enrutamiento y el multiplexado, y realiza funciones de control como la corrección de errores del encabezamiento. Es transparente a la carga útil.
• Niveles de Adaptación de ATM (AALs): Son un grupo de cuatro protocolos estándares cuya función es convertir el tráfico existente en los niveles superiores en las celdas ATM y viceversa.

Las normas ATM definen cada una de las funciones o protocolos que son necesarios para el transporte de diferentes clases de tráfico. Estas funciones, que vienen suministradas dentro de las AALs, proporcionan la correspondencia entre el servicio que ve el usuario de la red ATM y la manera en que las celdas ATM son utilizadas para proporcionar dicho servicio. Por ejemplo, un servicio Frame Relay, requiere de una adaptación para convertir las tramas de longitud variable en secuencias de celdas ATM. Las tramas tienen que ser segmentadas en celdas en un extremo de la red, y nuevamente combinadas en las tramas originales en el extremo opuesto antes de ser pasadas al usuario.

Transferencia de información en ATM

Multiplexación

La información proveniente de un usuario es agrupada dentro de formatos de celdas. Toda secuencia de celdas generada por este usuario tendrá el mismo valor en el campo de dirección del encabezamiento durante la comunicación, y esta secuencia constituirá un canal virtual. La tasa de transmisión del canal puede ser variable: será una medida de la actividad de la fuente y de la disponibilidad de recursos.

Las celdas provenientes de un número de usuarios o fuentes serán ubicadas en una cola por orden de aparición, y luego serán ubicadas a la salida de la cola según este mismo orden sobre un enlace de transmisión. Por lo tanto, la cola de espera es el órgano esencial que condiciona todas las propiedades del ATM. En realidad, una red ATM es una red de colas de espera.

Puesto que las colas tienen una longitud finita, si la tasa de información para ser multiplexada proveniente del grupo de fuentes excede la capacidad del enlace durante un tiempo determinado, puede producirse la pérdida indeseable de celdas. Aumentar las dimensiones de las colas puede traer consigo un aumento de las demoras del sistema. Si la actividad de la fuente es baja, tal que la cola se vacíe, entonces son insertadas celdas vacías en el enlace para mantener la continuidad del flujo de celdas. En la práctica debe garantizarse que la probabilidad de ocurrencia de una pérdida de celdas sea inferior a 10-10 , dependientemente del servicio considerado. Esta probabilidad depende de la longitud de la cola, del tiempo que demora una celda en ponerse en servicio sobre el enlace de transmisión, de la cantidad de celdas recibidas desde las fuentes durante el tiempo de servicio de una celda, y de la ley estocástica que rige la llegada de las celdas, la cual depende del tipo de servicio. De ahí que ATM no sea rigurosamente independiente del servicio transportado.

Mecanismo de conmutación

Un nodo de conmutación podrá ser o un Conmutador o un Transconector, y en cualquiera de los casos tendrá un número de cadenas ATM multiplexadas entrando y saliendo. Su función será la transferencia, de acuerdo a un campo de dirección particular codificado, desde una entrada particular multiplexada hacia una salida particular multiplexada (conmutación espacial), mientras coloca el código apropiado en el campo de dirección de las celdas para su uso en el próximo nodo de conmutación (conmutación asincrónica). Esta función es ejecutada de acuerdo a una tabla de traducción almacenada en el control del conmutador y mantenida durante todo el tiempo que dure la conexión virtual.

Antes de que tenga lugar la conmutación de las celdas, debe efectuarse una correcta delineación de las mismas en las entradas multiplexadas para permitir su extracción y el análisis de sus encabezamientos. Las celdas vacías que han sido insertadas durante un período de baja actividad de la fuente ahora son desechadas, lo cual constituye una importante característica de la conmutación ATM, puesto que la matriz no es sobrecargada con la manipulación de dichas celdas: el conmutador manipula sólo el tráfico real de los enlaces.

Parámetros de transferencia de información

• Razón de bits en error (BER): Es la relación entre el número de bits recibidos incorrectamente y el número total de bits enviados. En ATM puede ser aplicada sólo hacia el campo de información de la celda. Es de esperar que no sea mayor que la BER de las redes actuales, y debe mejorarse con la introducción de los sistemas ópticos.
• Razón de pérdida de celdas (CLR): Es la relación entre las celdas perdidas en un canal virtual y el número total de celdas de dicho canal virtual. Este es un parámetro de ejecución clave en una red ATM, y es un atributo de específico de este tipo de red.

• Razón de inserción de celdas (CIR): Esta es la relación entre las celdas insertadas y el número total de celdas entrando al canal virtual. Estas inserciones ocurren por errores de bit en el encabezamiento en el campo de dirección. Este problema es considerado más seriamente que la pérdida de celdas: para algunos servicios ello puede significar la pérdida del sincronismo en los terminales.
• Variación de demora de las celdas: Esta es la diferencia entre los valores de las demoras de tránsito de las celdas pertenecientes a un mismo canal virtual durante un período de tiempo predefinido. Será causada principalmente por variaciones en las demoras de las celdas en los nodos de la red, en particular en las colas y en los buffers de adaptación a la tasa de celdas, y puede ser aumentada cuando se utiliza la operación asincrónica dentro del nodo de la red.
• Demora de transferencia de extremo a extremo: Es el tiempo que demora transitar una vía de propagación entre dos interfaces S/T. Excluye el tiempo de ensamblaje/desensamblaje y no es aplicado a las celdas perdidas/desenrutadas. Por tanto, está confinada hacia la demora causada por los enlaces de transmisión y por las demoras de tránsito de los conmutadores.

Noticia sobre ATM

Tras perder la batalla en la LAN (Red de Área Local), el protocolo de comunicaciones ATM (Modo de Transferencia Asíncrona) intenta recobrar protagonismo en la WAN (Red de Área Amplia) y en la MAN (Red de Área Metroplitana), aumentando los bits de información que transmite por cada encabezamiento con datos de control. La tecnología fue bautizada FAS ATM, (Frame Based ATM over Sonet/SDH – ATM basada en tramas sobre redes Sonet o SDH) y permitirá transportar tráfico IP (Protocolo de Internet) priorizado según clases de servicio.

Frame Relay. Aún en la red de área amplia corporativa, sobre todo en los países en vías de desarrollo, la velocidad mínima de ATM se constituyó en un obstáculo. 2Mbps, resultaron excesivos para economías donde un enlace de esa velocidad constituía un lujo difícil de pagar.

Sólo los carriers que necesitan transportar gran cantidad de información sacaron –entonces-- provecho de esta tecnología. Los usuarios recurrieron a Frame Relay, apto para transmisiones desde 58Kbps hasta 2Mbps.

ATM sufría una debilidad congénita. Creado a mediados de los ’80, la utilización de “celdas”, de 48 bytes de datos por cada 5 bytes de control, respondía a la necesidad de compensar redes y dispositivos de una calidad muy inferior a las existen en la actualidad. Frame Relay, ideado a principios de los ’90, atendió esta realidad y se construyó sobre la base de largas tramas (frames) con unos pocos bytes destinados a la gestión de cada una de ellas. Esa particularidad lo dota de una gran eficiencia.

Internet Protocol. Disparado a la fama por el auge de Internet, en los últimos años, el protocolo IP se erigió como el estándar indiscutido para la transmisión de datos. Al mismo tiempo, aumentó el volumen de información que se requiere transmitir. Además, la incorporación del tráfico de voz junto con el de datos que auguraban los analistas tiende a concretarse. La confluencia de estos tres factores parecen darle una segunda oportunidad a ATM.

Porque IP carece –por el izar tráficos en forma eficaz, un requerimiento indispensable para la transmisión de voz o video con alta calidad.

En las redes de paquetes, frecuentemente, las sucesivas porciones de un mensaje llegan en un orden impredecible. Cada uno de ellos puede haber recorrido un camino diferente y con distinta congestión. Si se trata de “datos” puros y duros, el desorden puede corregirse en el terminal de destino sin que afecte al receptor, que es una computadora. En cambio los paquetes de voz deben llegar en orden en tiempo real, porque el que escucha o mira en el extremo de una línea es un ser humano. Cualquier alteración de la secuencia es percibida como ruido o ininteligibilidad. Así, la calidad de un servicio queda asociada a que la red pueda “priorizar”, dar paso primero, a la información de voz o video “en vivo” por sobre la de datos que puede retardarse un poco más sin que nadie se vea perjudicado.

FAS ATM. John B. Kenney, Senior Research Engineer de Tellabs y Formerly Dierctor of Research de la misma empresa explicaron a Convergencialatina en qué consiste la tecnología Frame Based ATM over Sonet/SDH, que el ATM Forum anunciará en pocos meses más.

La idea es conservar todas las funciones de calidad de servicio y control estándares de ATM pero enviar frames de largo variables en lugar de las típicas celdas fijas de ATM. El sistema funcionará solamente sobre estructuras físicas muy rápidas, como SDH (Jerarquía Digital Sincrónica) y Sonet (Redes Opticas Sincrónicas), STM1 (Módulos de Transporte Sincrónicos 155 Mbps) y superiores.

Estas tramas ATM pueden llevar paquetes con un pequeño encabezado (overhead) constituyéndose en mucho más eficiente. Además el tráfico IP al cursarse sobre FAS ATM resulta perfectamente administrable, una condición ideal para los tiempos que vienen, donde distribuir 2Mbps en un edificio con usuarios de Internet dejará de ser un exceso de velocidad, para convertirse en una necesidad.

La red de transmisa. Hoy ATM promete hasta 10Gbps. Sólo falta la distribución hacia los clientes a velocidades de usuario. Pero en la industria ya están disponibles sistemas DSL (Líneas de Abonado Digitales) y de cable compatibles con ATM que cumplirán esa misión.

La LAN es de Gigabit Ethernet

ATM nació como un protocolo de transmisión datos para redes de alta velocidad que permitiera controlar la calidad de servicio tanto en la WAN como en la LAN. Se pretendía un comportamiento “sin costuras”, donde el paso del edificio al territorio fuera transparente.

Era un protocolo para expertos, difícil de dejar a punto. Y tras un par de años de puja, a fines de 1999 quedó claro que había perdido la batalla en la red local a manos de Gigabit Ethernet, un protocolo de LAN que se presentó como una extensión de Ethernet (para 10Mbps) y Fast Ethernet (100 Mbps). Los defensores de ATM sostienen que fue un ardid de marketing, ya que –aseguran-- nada tiene que ver con sus antecesores. Aunque lo cierto es que ATM quedó relegada a la WAN.