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1 Basics

• Good choice for audio (VoIP) and video solutions.

2 ATM (Asynchronous Transfer Mode)

• Es una tecnologa desarrollada para implementar WANs (Wide Area Network) y est compuesta por conmutadores y enlaces punto a punto de larga distancia. No existe ninguna topologa especfica aunque la ms frecuente suele ser en estrella.
• Se utiliza fundamentalmente en transmisiones de larga distancia entre ISPs.
• Los enlaces pueden alcanzar una gran variedad de velocidades, pero normalmente se manejan Gbps.
• Los enlaces se implementan generalmente mediante fibra ptica o microondas (tanto terrestres como a travs de satlites¹ ), aunque para distancias muy cortas puede usarse par trenzado.
• Permite reservar ancho de banda (emulando la conmutacin de circuitos muy bien) y por este motivo ATM es fundamentalmente utilizadas por las compaas telefnicas.
• Capable of transferring voice, video, and data.
• ATM offers both PVCs and SVCs, although PVCs are more common with WANs. And as with other shared technologies, ATM allows multiple VCs on a single leased-line connection to the network edge.

3 Historia

• ATM fue desarrollada por el foro ATM y la ITU a mediados de los 80 [1]. En aquella poca era impensable la transmisin en tiempo real de flujos multimedia (principalmente voz) usando redes de conmutacin de paquetes [2].
• ATM proporciona una solucin completa para las aplicaciones de red (implementa todas las capas excepto la de aplicacin).
• Por desgracia (para ATM) cuando estuvo realmente operativa la inmensa mayora de las aplicaciones de red (el WWW, telfono IP, el correo electrnico, etc.) ya estaban funcionando sobre TCP/IP.
• En este sentido, y aunque ATM podra haber sustituido al TCP/IP, actualmente se utiliza fundamentalmente para transmitir paquetes IP. Por este motivo en esta exposicin se ha considerado a ATM como una tecnologa ms a nivel de enlace de datos.

4 Principales caractersticas

• Altas tasas de transmisin. ATM funciona prcticamente sobre cualquier capa fsica. En los enlaces de larga distancia suele utilizarse fibra ptica. Velocidades tpicas de transmisin (utilizando SONET) son 155.52 Mbps y 622 Mbps.
• Enlaces de larga distancia. Los enlaces ATM son punto a punto y pueden recorrer mucha distancia (miles de Km).
• Routing a nivel de enlace de datos. Los conmutadores ATM incorporan mecanismos de routing a nivel de ATM muy semejantes a los utilizados por el IP.
• Calidad de servicio. ATM proporciona mecanismos de control de la congestin y de reserva de ancho de banda. Esto permite que el usuario que paga puede obtener una calidad de servicio superior.
• The 53 byte ATM cell is less efficient than the bigger frames and packets of Frame Relay and X.25. Furthermore, the ATM cell has at least 5 bytes of overhead for each 48-byte payload. When the cell is carrying segmented Network layer packets, the overhead is higher because the ATM switch must be able to reassemble the packets at the destination. A typical ATM line needs almost 20 percent greater bandwidth than Frame Relay to carry the same volume of Network layer data.

5 Modelo de servicio

• ATM proporciona varios modelos de servicio que se adaptan a diferentes necesidades [3]:
  • CBR (Constant Bit Rate). Pretende simular un enlace dedicado. Los bits se ponen en un extremo y un cierto tiempo despus, siempre fijo, salen por el otro (jitter igual a 0). No existe control de flujo entre el emisor y la red. Aplicacin tpica: transportar conversaciones telefnicas.
  • VBR (Variable Bit Rate). La tasa de bits vara con el tiempo y las latencias tambin. Sin embargo, pueden negociarse latencias mximas cuando usamos la modalidad RT-VBR (Real Time VBR). La red no proporciona control de flujo. Aplicacin tpica: vdeo MPEG.
  • ABR (Available Bit Rate). Es un caso intermedio entre CBR y VBR. La red proporciona una tasa de transmisin mnima, aunque si la carga no es alta, entonces pueden alcanzarse tasas mayores. La red proporciona control de congestin. Ejemplo: contrato para un nmero pico de llamadas telefnicas.
  • UBR (Unspecified Bit Rate). Igual que la anterior, pero la red no proporciona control de congestin. Esto es til cuando este proceso se realiza en una capa superior (TCP/IP). Ejemplo: transferencia de ficheros, WWW, e-mail.
• En ningn caso los errores de transmisin tratan de corregirse mediante retransmisin. Sin embargo se utiliza un cdigo de deteccin y correccin de errores en la cabecera. Si esta se corrompe no se retransmite la celda.

6 Las celdas ATM

• Se utiliza TDM asncrona (como los routers).
• Los conmutadores ATM encaminan celdas de longitud fija (5 bytes de cabecera y 48 bytes de datos).
    5 bytes                48 bytes  
  +----------+----------------------------------+  
  | Cabecera |               Datos              |  
  +----------+----------------------------------+

• El formato de la cabecera es:

  

  • VCI (Virtual Channel Indentifier). Establece el VC que la celda debe seguir.
  • PT (Payload Type). Indica el tipo de carga til que transporta la celda: (1) datos, (2) informacin de control o (3) celda de relleno (cuando el medio no permite dejar de transmitir celdas).
  • CLP (Cell-Loss Priority). Identifica la prioridad de la celda a la hora de ser desechada (usada en el mecanismo de control de congestin de los conmutadores).
  • HEC (Header Error Control). Cdigo de Hamming que permite detectar y corregir errores (en la cabecera).

7 Morfologa de la red

• Idntica a la de una red TCP/IP donde los routers son conmutadores ATM y los enlaces son siempre punto a punto (no pueden ser redes).
• Los routers IP ven la red ATM como una tecnologa ms de interconexin (como Ethernet). Se conectan a la red ATM a travs de un adaptador ATM.
• Los nodos tambin pueden conectarse directamente a un conmutador ATM aunque necesitan un adaptador ATM.

8 Canales virtuales y routing

• ATM utiliza circuitos (canales en la jerga ATM) virtuales (VC’s). Estos pueden ser permanentes o temporales.
• Las celdas nunca llegan desordenadas al receptor.
• Los VC’s temporales implican un establecimiento previo de conexin a la transmisin til de celdas.
• En la mayora de los enlaces de larga distancia los canales son permanentes (routing esttico) y por lo tanto el establecimiento de conexin no existe en estos casos.
• El estndar ATM no define ningn algoritmo de routing concreto. Se deja en manos del constructor del conmutador dicha eleccin [3]. De todas formas, dado el uso que tiene actualmente ATM (enlaces de larga distancia), el routing en ATM en la mayora de los casos se realiza de forma esttica.

9 Arquitectura de ATM

ATM se organiza en 4 capas:

9.1 La capa fsica

• Controla los voltajes, relojes maestros, framing, ... es decir, se encarga de la transmisin fsica de las celdas ATM.
• Realiza en control de errores (descarta las celdas con cabeceras errneas).²
• La capa fsica se divide en 2 sub-capas:
  1. PMD (Physical Medium Dependent) sub-layer. Diferente para tipo de medio fsico que es capaz de transmitir ATM.
  2. TC (Transmission Convergence) sub-layer. Dependiente de la capa fsica. Se encarga fundamentalmente del mantenimiento del sincronismo de los relojes del emisor y del receptor y de chequear los errores en las cabeceras.

9.2 La capa ATM

• Establece las conexiones [1].
• Realiza el framing (segmentacin de los datos generados por la capa superior en celdas).
• Control de la congestin (slo en el modo ABR).

9.3 La capa AAL (ATM Adaptation Layer)

• Permite que los protocolos de la capa de red (IP en la mayora de los casos) puedan usar ATM.
• AAL se implementa slo en los extremos (hosts y routers) de una red ATM.

  

• La AAL puede ser considerada como “la capa de transporte de ATM”. Existen 3 AAL’s diferentes dependiendo del tipo de servicio que se va a prestar:

  Protocolo	Uso
  AAL 1	CBR (telefona)
  AAL 2	VBR (audio y vdeo comprimido)
  AAL 5	UBR (datagramas IP)

• La capa AAL genera su propia informacin de control y puede “robar” espacio a los datos tiles.

  

• En el caso de la AAL 5, la AAL no introduce ninguna informacin de control. Sin embargo cuando hasta la AAL 5 llega un datagrama IP se transmite la siguiente informacin:

  

  donde

  • CPCD-PDU payload. Seccin de un datagrama IP.
  • PAD. Relleno de bytes para que el nmero de bytes de datos transmitidos sea un mltiplo de 48.
  • Length. Nmero de bytes de datos transmitidos.
  • CRC. Cdigo de redundancia cclica (mismo que Ethernet).

9.4 La capa de usuario

• En ella se ejecutan las aplicaciones de red.
• Realiza la correccin de errores y de flujo cuando es necesario.

10 Control de la congestin

• ATM realiza un control de la congestin slo en su modo ABR. En este modo los conmutadores pueden desechar celdas cuando se congestionan con el objetivo de mantener las tasas y las latencias contratadas.
• En una transmisin ATM, entre las celdas de datos el emisor inserta celdas de control llamadas celdas RM (Resource Management).³
• Cuando las celdas de control atraviesan los conmutadores, estos modifican unos determinados campos de ellas cuando comienzan a estar congestionados.
• Cuando las celdas alcanzan al receptor este las devuelve al emisor (posiblemente modificndolas si se encuentra congestionado). El receptor tambin puede generar celdas RM si estas no le llegan.
• El emisor regula su tasa de transmisin en funcin de la informacin de las celdas RM retornadas.

11 The Internet-over-ATM protocol stack

References