ATM : Introducción

La red de transporte ATM es una tecnología de conmutación que usa pequeñas celdas de tamaño fijo. Empezó a desarrollarse en los primeros años de la década de los 80, pero no sería hasta el año 1988 cuando el CCITT designó a ATM como el mecanismo de transporte planeado para el uso de futuros servicios de banda ancha. 
En 1992 comenzaría su despegue industrial. ATM es asíncrono porque las celdas son transmitidas a través de una red sin tener que ocupar fragmentos específicos de tiempo en alineación de paquete, como las tramas T1 la cual portaba 24 canales de voz codificados y multiplexados en tramas de 64 kbit/s.
Ha sido una de las tecnologías predilectas por los visionarios de turno, considerada como la única capaz de ofrecer un transporte multiservicio integrando las redes corporativas con las de los operadores y proveedores de servicio.
 Las redes de acceso fijo a Internet de banda ancha ADSL y las redes de telefonía móvil UMTS de tercera generación favorecieron su despliegue en el entorno WAN de las redes de operadores, debido a la inmadurez de Ethernet/IP para proporcionar una red convergente. 
ATM nunca llegó a cuajar en el entorno LAN, debido a su complejidad, coste y rendimiento.
La madurez y economías de escala de Ethernet, junto a flexibilidad y adaptabilidad, ha permitido desde hace años entrar en el mercado WAN, retirando definitivamente a ATM de la guerra por la convergencia. Sin embargo, ATM sigue instalado en las redes de muchos operadores conviviendo con Ethernet/IP.

ATM : ¿Qué es?

ATM es una tecnología de switching, es decir, las comunicaciones se establecen a través de un conjunto de dispositivos intermedios llamados switches. Se basa en unidades de datos de un tamaño fijo de 53 bytes llamadas celdas. ATM opera en modo orientado a la conexión, en contraste con los protocolos de base LAN, esto significa que cuando dos nodos desean transferir deben primero establecer un canal o conexión por medio de un protocolo de llamada o señalización. Una vez establecida la conexión, las celdas de ATM incluyen información que permite identificar la conexión a la cual pertenecen.
Cuenta con una serie de ventajas:

• ATM es escalable. Varios switches pueden ser conectados en cascada para formar redes más grandes.
• Es un sistema de transmisión que optimiza el uso de los medios de alta velocidad.
• Interactúa con los sistemas existentes sin reducción de su efectividad.
• Asegura la entrega precisa y predecible.
• Permite que se asigne el mayor número de funciones posibles al hardware reduciendo así las asignadas al software, aumentando de esta forma la velocidad.

Actualmente, las redes ATM se utilizan para dar soporte a velocidades moderadas, como es el caso de la ADSL y progresivamente están siendo sustituidas por otras tecnologías como son las redes Ethernet basadas en tramas de datos.

ATM : Funcionamiento

El componente básico de una red ATM es un switch electrónico especialmente diseñado para transmitir datos a muy alta velocidad. Un switch típico soporta la conexión de entre 16 y 32 nodos. Para permitir la comunicación de datos a alta velocidad la conexión entre los nodos y el switch se realizan por medio de un par de hilos de fibra óptica. 

Aunque un switch ATM tiene una capacidad limitada, múltiples switches pueden interconectarse ente si para formar una gran red. En particular, para conectar nodos que se encuentran en dos sitios diferentes es necesario contar con un switch en cada uno de ellos y ambos a su vez deben estar conectados entre sí. 

Las conexiones entre nodos ATM se realizan en base a dos interfaces, la User to Network Interfaces o UNI se emplea para vincular a un nodo final con un switch. La Network to Network Interfaces o NNI define la comunicación entre dos switches. 

Los diseñadores piensan en UNI como la interfaz para conectar equipos del cliente a la red del proveedor y a NNI como una interfaz para conectar redes del diferentes proveedores.

ATM : Dispositivos

Una red ATM está formada por conmutadores ATM y puntos finales ATM. El conmutador ATM es responsable del tránsito de celdas a través de la red ATM: acepta las celdas que le llegan de un punto final ATM o un conmutador ATM, lee y actualiza la información en la cabecera de la celda, y rápidamente conmuta la celda a una interfaz de salida hacia su destino. Un punto final ATM o sistema final, contiene un adaptador de interfaz a la red ATM, el cual sí lee los bytes de datos de la celda. Ejemplos de puntos finales son: las estaciones de trabajo, routers, unidades de servicio digitales, conmutadores LAN, y codificadores y decodificadores de vídeo. 
Los conmutadores ATM soportan dos tipos primarios de interfaces: 

UNI :

• La interfaz UNI conecta sistemas finales ATM (tales como servidores y routers) a un conmutador ATM. 

NNI :

• Conecta dos conmutadores ATM. 

Los dispositivos ATM utilizan un formato de direcciones NSAP del modelo OSI de 20 bytes, en el caso de redes ATM privadas; y un formato de direcciones E.164 del ITU-T, semejante a números telefónicos, para las redes públicas B-ISDN. Cada sistema ATM necesita de una dirección ATM, independiente de los protocolos de nivel superior como IP o IPX.

ATM : Formatos básicos

La transferencia de información en ATM, a diferencia de la de otras técnicas de conmutación de paquetes, como X.25 o Frame Relay, utiliza paquetes de longitud corta y fija, denominados celdas. Cada celda consta de 53 octetos o bytes, tamaño que consigue el mejor equilibrio entre la eficiencia de transmisión de datos y los requerimientos de retardo para el tráfico de voz y vídeo. Los 5 primeros bytes contienen la información de la cabecera y los 48 bytes restantes la información de usuario. 

La cabecera ATM tiene dos formatos, el UNI y el NNI. La cabecera UNI es utilizada para la comunicación entre los puntos finales ATM y los conmutadores ATM, mientras que la cabecera NNI es utilizada para la comunicación entre conmutadores ATM. La cabecera UNI y la cabecera NNI. Como se puede comprobar, la cabecera contiene la siguiente información: 

• Identificador de canal virtual o VCI (Virtual Channel Identifier) e identificador de camino virtual o VPI (Virtual Path Identifier). Identifican el siguiente destino de la celda cuando pasa a través de varios conmutadores ATM. Un camino virtual o VP (Virtual Path) no es más que la multiplexación de diversos flujos de tráfico sobre un mismo medio de transmisión, y es identificado por el VPI. Un camino de transmisión es un conjunto de VPs. En ATM cada uno de estos VPs es más tarde multiplexado en un cierto número de canales virtuales o VCs (Virtual Channels), identificados mediante los VCIs. Un VP es, por lo tanto, un conjunto de VCs, cada uno de los cuales es conmutado de forma transparente a través de la red ATM en base a un VPI común. 
• Identificador del tipo de carga o PTI (Payload Type Identifier). Indica en el primer bit si la celda contiene datos de usuario o datos de control. Si la celda contiene datos de usuario, el segundo bit indica congestión, y el tercer bit indica si la celda es la última en una serie de celdas que representan una única trama AAL5. 
• Prioridad de pérdida de celda o CLP (Cell Loss Priority). Indica si la celda debe ser descartada en el caso de que haya congestión en su tránsito por la red. Si el CLP es igual a 1, la celda debe ser descartada antes que las celdas de la misma conexión con el CLP igual a 0. 
• Campo de control de errores o HEC (Header Error Check). Calcula el código de redundancia cíclica sobre la cabecera de la celda. Se utiliza para localizar errores en la cabecera y corregirlos, si el número de ellos no es mayor que 2; en caso contrario, cuando existan más de 2 errores, la celda se descarta. 
• Campo de control de flujo genérico o GFC (Generic Flow Control). La cabecera UNI, a diferencia de la NNI, no soporta el CGF.

ATM UNI :

ATM NNI : 

ATM: Ventajas

• Una única red ATM dará cabida a todo tipo de tráfico. 

• ATM mejora la eficiencia y manejabilidad de la red.

• Capacita nuevas aplicaciones, debido a su alta velocidad y a la integración de los tipos de tráfico.

• Compatibilidad, porque ATM no está basado en un tipo específico de transporte físico, es compatible con las actuales redes físicas que han sido desplegadas. 

• ATM puede ser implementado sobre par trenzado, cable coaxial y fibra óptica.

• Simplifica el control de la red. ATM está evolucionando hacia una tecnología estándar para todo tipo de comunicaciones. Esta uniformidad intenta simplificar el control de la red usando la misma tecnología para todos los niveles de la red.

ATM: Desventajas

• ATM es radicalmente distinto a las tecnologías LAN de hoy en día, lo cual hace que muchos conceptos tomen años en ser estandarizados. Los sistemas operativos actuales y las familias de protocolos en particular, requerirán de modificaciones significativas con el fin de soportar ATM. Esto será muy costoso, molesto y consumirá tiempo.

• Algunas personas pagarán mucho por estar en la punta de la tecnología, pero por los momentos, las actuales tecnologías de alta velocidad como FDDI, Fast Ethernet e Ehernet Switched proveerán rendimiento a precios que los productos ATM no serán capaz de competir. Sólo una vez que las ventas de ATM alcancen volúmenes significativos el costo de los productos podrán competir con la tecnología de hoy en día.  

ATM : Formato de Celda

Las estructuras de datos son de 53 bytes compuestas por dos campos principales: 

• Header, sus 5 bytes tienen tres funciones principales: identificación del canal, información para la detección de errores y si la célula es o no utilizada. Eventualmente puede contener también corrección de errores y un número de secuencia. 
• Payload, tiene 48 bytes fundamentalmente con datos del usuario y protocolos AAL que también son considerados como datos del usuario. 

Dos de los conceptos más significativos del ATM, Canales Virtuales y Rutas Virtuales, están materializados en dos identificadores en el header de cada célula (VCI y VPI) ambos determinan el enrutamiento entre nodos. El estándar define el protocolo orientado a conexión que las transmite y dos tipos de formato de celda: 

• NNI (Network to Network Interface o interfaz red a red) El cual se refiere a la conexión de Switches ATM en redes privadas 
• UNI (User to Network Interface o interfaz usuario a red) este se refiere a la conexón de un Switch ATM de una empresa pública o privada con un terminal ATM de un usuario normal, siendo este último el más utilizado. 

ATM : Modelo de Referencia

La funcionalidad de ATM se corresponde con la capa física y parte de la capa de enlace del modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection) de la ISO (International Organization for Standardization).  
El modelo de referencia ATM está compuesto por los siguientes planos: 

• Control: Este plano es responsable de generar y de manejar las peticiones de señalización. 
• Usuario: Este plano es responsable de manejar la transferencia de datos. 
• Gestión: Este plano contiene una componente denominada gestión de la capa que maneja funciones específicas del nivel ATM, tales como la detección de fallos y los problemas de protocolo, y otra capa denotada gestión de plano que maneja y coordina funciones relacionadas con el sistema completo. 

El modelo de referencia ATM se compone de los siguientes niveles: 

• Nivel físico: Semejante al nivel físico del modelo de referencia OSI, el nivel físico ATM maneja la transmisión dependiente del medio físico. Define las características eléctricas y las interfaces de red. 
• Nivel ATM: El nivel ATM, en combinación con el nivel de adaptación ATM, es análogo al nivel de enlace de datos del modelo de referencia OSI. El nivel ATM es responsable del establecimiento de conexiones y del paso de celdas a través de la red ATM. Para ello toma los datos que van a ser enviados y añade la información de la cabecera de 5 bytes que asegura que la celda es enviada por la conexión correcta. 
• Nivel de adaptación ATM: La AAL, combinada con el nivel ATM, es semejante al nivel de enlace de datos del modelo de referencia OSI. La AAL es responsable de aislar los detalles de los procesos ATM a los protocolos de niveles superior. Se encarga de asegurar las características de servicio apropiadas y de segmentar cualquier tipo de tráfico en una carga de 48 bytes que será transmitida en las celdas ATM. Para implementar los distintos tipos de servicio ATM se han especificado varias capas AAL que adapten el flujo de celdas ATM a un flujo con las características requeridas por cada uno de ellos. 
• Niveles superiores: Son los niveles que residen sobre la AAL, los cuales aceptan los datos de usuario, los clasifican en paquetes, y los pasan a la AAL.

ATM: Campos

• GFC: El estándar originariamente reservó el campo GFC para labores de gestión de tráfico, pero en la práctica no es utilizado. Las celdas NNI lo emplean para extender el campo VPI a 12 bits. 
• VPI y VCI : Se utilizan para indicar la ruta de destino o final de la celula. 
• PT : identifica el tipo de datos de la celda (de datos del usuario o de control). 
• CLP : Indica el nivel de prioridad de las celda, si este bit esta activo cuando la red ATM esta congestionada la celda puede ser descartada. 
• HEC : contiene un código de detección de error que sólo cubre la cabecera, y que permite detectar un buen número de errores múltiples y corregir errores simples.