ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Transferencia de datos. Comunicaciones. Redes. Modo de transferencia asíncrona. Tecnologías comunicación. Banda Ancha. Conmutadores. Capas

  • Enviado por: Edmundo Hernández
  • Idioma: castellano
  • País: Argentina Argentina
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ATM (Asynchronous Transfer Mode).

Este fue seleccionado por la CCITT(Comité Consultatif Internationale de Téléphonie et Télégraphie) Como base para Broadband ISDN(B-ISDN) en 1988. Desde entonces se ha continuado con el trabajo en las especificaciones de los detalles de ATM en sí ismo(Estandarizado en 1991), y en las interfases ATM a diferencia de los requerimientos de servicios B-ISDN(Parcialmente estandarizado en 1991).

El enfoque de B-ISDN incluye la especificación de diferentes clases de servicios de telecomunicación y de como puede ser adaptado a los requerimientos de cada clase de servicios además de que ATM tiene gran facilidad de transmisión para SONET. (Redes Opticas Síncronas). Los objetivos de ISDN son principalmente siete, que pueden ser alcanzados usando la tecnología de transporte ATM.

ATM debe ser capaz de llevar servicios de banda ancha alta, tales como Televisión de alta definición (HDTV High Definition Television) así como los servicios más convencionales de Banda ancha baja tales como la voz.

ATM debe de ser capaz de proveer transporte en redes de Banda ancha alta, enlazando oficinas centrales en ambientes de redes públicas. En redes privadas, la banda ancha alta es también requerida para incorporarse a un sitio y entre sitios. En estas situaciones los anchos de banda altos se deben a los servicios de Banda ancha o alternativamente resultará de la multiplexión de grandes volúmenes de servicios de banda ancho bajos: La interfsase especificada por la CCITT para B-ISDN son de 155 Mbps y 622 Mbps. En Norte América, ANSI(American National Standards Institute Organization)., también tienen aprobada una interfase de 45 Mbps.

El mayor atractivo de ATM desde el punto de vista de un operador de redes públicas, no es el ancho de banda alto en sí, sino la habilidad de integrarse a una variedad de servicios diferentes dentro de una sola red usando un sólo método de transmisión y conmutación.

Los beneficios de integración son ahorros en términos de:

• Que reduce los costos en el equipo.

• Que reduce costos de operación .

• Que reduce costos de mantenimiento.

Esencialmente, el propósito es el de introducir gradualmente una sola red ATM como una alternativa para las redes múltiples que por lo regular existen para voz, datos X.25, frame relay y posiblemente CATV (Televisión por Cable).

Previo a la introducción de ATM, los protocolos usados para proveer transporte de datos en Redes LAN fueron muy diferentes a aquellas usadas sobre WANs. Puentes y enrutadores son necesarios para pasar de un protocolo a otro. Con el despliegue de ATM en ambas partes (LANs y WANs), la necesidad de un protocolo para convertirse se ve reducida, dando como resultado una mejor ejecución particularmente en términos de reducción de retrasos terminal a terminal.

Prioritario a la introducción de B-ISDN, operadores de red asignados de Banda ancha para los usuarios en bloques discretos, usualmente múltiplos de 64 Kbps (Por ejemplo: 64Kbps, 384 Kbps, 768 Kbps, 1.5 Mbps, 45 Mbps).

El propósito de ATM es el de permitir a los usuarios mucho más flexibilizad para seleccionar cualquier ancho de banda que desee para favorecer su aplicación. La mayor parte de la base instalada de equipo de usuario tienen puertas con anchos de banda designados para competir con los sistemas de comunicación para los cuales se conecta. La mayoría de los puertos están por ello en 64 Kbps, 768 Kbps, y así sucesivamente. El propósito de ATM es el de permitir más opciones para diseñadores de equipo de usuario, así que el ancho de banda de los puertos pueden ser más cercanamente competitivos a los requerimientos de las aplicaciones de usuario.

Otro propósito de ATM es el de permitir al usuario variar el ancho de banda durante el curso de una llamada. Esto puede deberse a las variaciones naturales en el tráfico siendo mandado por ejemplo: el estallido en el tráfico de interconexión (AN). Alternativamente esto se debe a que el usuario desea cambiar los requerimientos de ancho de banda durante el curso de una llamada (Por ejemplo, durante una llamada de voz, el usuario desea mandar una imagen de alta resolución para ilustrar un punto durante una discusión.

Esto debe de hacer notar que todas las formas de comunicación en su forma pura requieren una variación de ancho de banda dinámico. Las voces contienen pausas entre palabras, fax e imagen congelada, contienen áreas con más detalles que otras y el video tienen más rango de información cuando las escenas involucran más movimiento. Esas variaciones están clasificadas dentro de rangos de bit constantes, de manera que se ajuste a los equerimientos de canales de telecomunicación con anchos de banda fijos.

Uno de los beneficios de ATM, es que este quita la necesidad de rangos de bit fijos codificando y amortiguando la voz, fax, imagen y video.

TDM (Time Division Multiplexion)y WDM (Wavelength Division Multiplexion).

TDM y WDM son dos técnicas de multiplexión muy usadas en RN de la arquitectura doble estrella es un diseño fundamental ya que este determina el tipo de equipo requerido en los RNs de un ciclo de red. Las características críticas del RN incluyan sus costos, tamaño, poder de disipación, requerimientos de mantenimiento y sistema de reconocimiento de nivel de supervivencia de la red, que es muy importante.

TDM y WDM son las mejores técnicas de multiplexión usadas en la fibra alimentadora de transporte de red. TDM es un esquema de señal multiplexada que comparte una liga de transmisión entre multiples canales por medio de asignación de intervalos de tiempo en el transcurso de canales individuales, los cuales tienen anchos de banda completos del sistema para su uso. A diferencia de WDM, esta es una señal multiplexada en un esquema que combina (o separa) dos o más canales con diferentes anchos de onda para (o desde) una guía de onda óptica común; cada canal puede accesar el ancho de banda del sistema completo. Para el esquema TDM, la concentración de tráfico sobre el alimentador de ciclo confía en el procesamiento electrónico de alta velocidad en el RN para alcanzar máxima utilización de fibra y usa tecnología óptica sólo para transmisión punto a punto. En contraste, el esquema WDM procesa señales directamente en el dominio óptico usando diferentes anchos de onda para diferentes canales más que por la vía tradicional de alta velocidad electrónica.

La clase de servicio define la ejecución de parámetros para cada conexión PVC (Permanent Virtual Channel)para los VBR (Variable Bit Rate) y CBR (Constant0 Bit Rate) que ofrece ATM.

Cada uno encuentra los únicos requerimientos de diferentes aplicaciones de terminales de usuario.

Servicios CBR (Constant Bit Rate) son designados por tiempo de sensitividad de tráfico tales como voz y video conferencias interactivas; servicios VBR encuentran requerimientos de para estallido de tráfico de datos. CBR PVCs son dados a través de alta prioridad de una red ATM y son pueden proporcionar variaciones en retraso de celdas mínimo.

Las redes ATM son Orientadas a Conexión, por lo cual cada red está integrada por conmutadores ATM, los cuales están ligados ligados punto a punto a intefaces ATM. estas interfaces pueden ser tanto públicas como privadas: Interface Ususario a Red (UNI) o Interface de Nodo a Red (NNI). Para llevar datos a través de estas redes, un Software es usado para instalar conmutadores o circuitos virtuales permanentes que cruzan la red.

Conmutación ATM

AAL tipo 5: Servicio Clase C.

AAL tipo 5 es un tipo de adaptación de servicios requeridos de línea de flujo de no relación de tiempo terminal a terminal, el cual tiene menos funcionalidad que el tipo 3/4 con menos sobrecarga, esta diseñado para servicios orientados a conexión clase C.

Subcapa de Convergencia(CS).

La principal función de la capa de adaptación ATM tipo 5 están ejecutadas en la subcapa de convergencia; esta consiste en el control de errores de bits en el mantenimiento de un record de la longitud de la unidad de datos de servicios de la capa de adaptación ATM. El formato de la unidad de datos 6 puede llevar un servicio de datos de unidad por arriba de 65,536 octetos de carga. La ruta relacionada a la unidad de servicio de datos contiene 4 octetos para el control de errores CRC, dos octetos especifican la longitud del Payload, un campo de control y relleno, para lograr la longitud total hacia un múltiple de 48 octetos de Payload de celdas ATM sin el tipo de segmento e indicador de longitud que fueron requeridos en la capa de adaptación ATM tipo 3/4. La secuencia numérica del CRC y el control de errores son también eliminados de forma tal que se reduzca la sobrecarga en la capa ATM tipo 5.

Conmutador ATM

Un rango ancho de aplicaciones ATM puede ser obtenido por ambos, el usuario y el operador de red, explotando la flexibilidad de asignar rutas virtuales, y canales virtuales a través de una red ATM.

Un canal puede pasar a través de muchas rutas virtuales, y una ruta virtual puede pasar a través de muchos medios de transmisión. La figura muestra un canal virtual que consiste en una sola conexión telefónica de Nueva York a los Angeles mandado por un usuario a Nueva York a través de la línea de acceso dentro de la red pública como parte de una ruta virtual que consiste de todo el tráfico de voz de toda esa zona.

El operador de red puede conmutar la conexión usando un conmutador de canal virtual dentro de otra ruta virtual consistente de todo el tráfico de voz para Los Angeles. Esta ruta visual atraviesa un numero de conmutadores de rutas virtuales y sistemas de transmisión a través del país hasta que éste alcanza un conmutador de canal virtual en Los Angeles. Así, los canales virtuales individuales son conmutados a la línea de acceso de los usuarios destinatarios. Los usuarios pueden accesar servicios ATM, ya sea a nivel de canal virtual o ruta virtual.

Las rutas virtuales están determinadas tanto en zonas de usuarios como en conmutadores de canal virtual. En cada caso la terminación de una ruta virtual implica que el canal virtual individual sea extraído y manipulados por separado.

Los canales virtuales son acabados a las orillas de un canal ATM, una función de adaptación es usada para cambiar el tráfico para ningun formato ATM. Por ejemplo: voz, datos y video.

El umbral de las redes ATM puede ocurrir por ejemplo:

Dentro de una estación de usuarios.

En un puente o enrutador conectado a ninguna LAN ATM.

En Un conmutador de canal virtual ATM sobre una línea de acceso a usuario.

En un conmutador ATM que proporciona una interfase a otra real, por ejemplo X.25, frame relay o una red de circuito conmutada.

Los principios generales para usar rutas virtuales y canales virtuales, permite un rango ancho de aplicaciones para ser designadas.

Conmutación de Circuitos Virtuales.

Información de rango de bit variable, por ejemplo: X.25 o circuitos virtuales de frame relay conmutados, pueden ser llevados como canales virtuales ATM en la misma forma que para conmutación de circuitos regulares.

El cruce de conexión de grandes anchos de banda multiplexados de tráfico pueden ser alcanzados en ATM mediante la asignación de cada multiplexor a una ruta virtual y usando un conmutador de ruta virtual.

Columna Vertebral del Transporte.

ATM puede proporcionar gran ancho de banda para el transporte dentro de la columna vertebral de la red para un rango completo de servicios para el usuario (Por ejemplo: voz, video, X.25, Frame Relay, y SMDS(Switched Multimegabit Data Service)). El tráfico es convertido a formato ATM usando funciones de adaptación y eficientemente transportados usando rutas virtuales. Sprint enm lo E.U.A. y BC Tel en Canadá han anunciado recientemente el decaimiento de los conmutadores ATM para la columna vertebral para transporte y conexiones cruzadas.

Nodo de Conmutación de Ruta Virtual VP

Muchas de las aplicaciones de ATM pueden, alternativamente, pueden obtenerse usando SONET.

Las diferencias esenciales entre estas tecnologías son, en términos de transporte, eficiencia y multiplexión de costo. Estas diferencias logradas por el echo de que SONET es basado en una jerarquía de multiplexión de canales con ancho de banda fijo(DS1, STS-1, STS-3, ect.). Por lo contrario en ATM, el ancho de banda es asignado a rutas virtuales y canales virtuales.

Puede Variar Durante el Período de una Conexión.

No es proporcional para tal rango de valores de umbral, tal como en SONET. Puede ser multiplexado en un sólo esenario a diferencia de SONET que en algunas ocasiones requiere dos escenarios.

Eficiencia en el Transporte de Rango de Bit Constante.

Una aplicación típica de un rango de bit constante de ATM es la emulación DSA para el transporte de 24 conexiones de voz, el usuario no necesariamente requiere todas las 24 sobre una base continua.

El medio de transmisión basado para accesar es entonces, llevar 24 celdas ATM cada seis milisegundos, de los cuales algunas celdas tal vez están vacías. El costo involucrado en llevar celdas ATM en una Línea de acceso es más bajo que sobre vínculos inter-ciudad, así que las celdas vacías podrían ser renovadas por el operador de red, en el primer conmutador ATM. Esto da como resultado una mejor utilización y eficiencia de altos costos de medios de transmisión de larga distancia y con un canal completo VCI (Virtual Channel Identifier).

Usando terminal a terminal, transportados en una tributaria virtual SONET.

Eficiencia de Transporte de Rango de Bit Variable.

Muchas aplicaciones ATM involucran tráfico de datos explosivos, por ejemplo, como para interconectar Redes de Area Local (LAN), cuando un medio de transmisión síncrono tal como SONET es usado para la explosión de datos, el ancho de banda de un canal debe abastecer al ancho de banda pico, del tráfico de datos.

Las celdas sobre una conexión ATM, emulando un DS1 puede ser multiplexado directamente dentro de una trama ST-12. Este es un dependiente de cualquier conexión ATM, ya sea canal virtual o ruta virtual. El (VC/VP) jerarquía de canal virtual/ruta virtual en ATM, es una Jerarquía lógica, sobre la cual el ancho de banda puede ser distribuido de manera flexible.

Nodo de Conmutación de Canal Virtual VC.

Control de Red.

En este se describe un rango de opción disponibles para un operador de red, para controlar una red ATM de tal manera que asegure la calidad de servicio requerida para los usuarios. Un balance es necesario entre:

Control de Red

La eficiencia alcanzada para permitir el tráfico de diferentes usuarios para compartir recursos de red tales como transmisión y equipo de conmutación.

No permite explosiones en un tráfico visual del usuario que causa congestión y que adversamente causa impacto en la calidad de servicio de otro usuario. Hay tres significados para el arreglo del operador de red, para permitir un balance apropiado. Las primeras dos, control de admisión y la imposición de tráfico, son medidos para prevenir congestionamientos. Métodos preventivos pueden reducir las oportunidades de congestionamiento, pero sin poder eliminarlo completamente; así que un tercer método, control reactivo, es también requerido para aliviar el congestionamiento que ocurre.

Control de Admisión.

Analizador de Tráfico de Datos

El control de admisión determina cualquiera que sea un patrón de tráfico especificado para un usuario; es aceptado por una red ATM para transporte. El control de admisión es aplicado para llamar, tanto en tiempo de suscripción para las terminales de abonado largas, por ejemplo, una ruta virtual o en demanda para responder a los dígitos discados dentro de una red por el usuario.

Además para el control de admisión llamada base, estallidos individuales de tráfico con una llamada que podría ser objeto para control de admisión. Un operador de red, podría escoger control de admisión basado en explosiones, además para control de admisión llamada base y para explosión de tráfico en particular.

Capas ATM

* Controlador de error Header.

* Cinco Bytes de encabezado.

* Sólo verifica errores en el encabezado, debido al ruteo de la información.

* Corrección de un sólo error.

* Detección de un error doble.

Servicios de Claves Tipo A: AAL de Tipo 1.

Información de paquetes de rango de bit constante AAL de tipo 1 tales como voz y video dentro de celdas ATM manteniendo una relación de tiempo entre fuente y destino.

Subcapas de Convergencia (CS).

La principal función de CS es la de dar la relación de tiempos entre fuente y destino y ejecutar el control de errores.

La relación de tiempos es también mantenida gracias a la inserción de marcas o por el monitoreo recibido del rango en el cual las celdas ATM son acumuladas en un registro.

El control de errores es realizado a dos niveles: bit erróneos y unidades de datos perdidos. Corrección de errores de bits individuales en la información del usuario podrían ser ejecutados para alta calidad en servicios de audio y video. Unidades de datos olvidados y perdidos pueden ser detectados por medio de la unión de secuencias de números. Si una unidad de datos fuera de secuencia es detectada, la acción a tomarse depende de la situación. Si hay tiempo suficiente una retransmisión de información perdida podría ser solicitada. De no ser así, el receptor podría, insertar información interpolada dentro del flujo de salida.

Segmentación y Re ensamble (SAR).

El SAR toma la información del usuario y lo formatea dentro de celdas de 48 octetos. En caso de servicios de clase A, la información ocurre como un flujo regular (Por ejemplo: un octeto cada 125 microsegundos para voz PCM (Pulse Code Modulation)). Los 47 Octetos de información de usuario están acumulados y formateados junto con una secuencia de números de 4 bits y una secuencia de protección de números de 4 bits la cual da un control de errores por medio de una secuencia de números.

La información perdida o que se olvidó insertar puede entonces ser detectada y tomar una acción apropiada en le SAR, CS o ambas.

El total de la sobrecarga adicionada por el SAR es un octeto por 47 Octetos de datos: 2.1% de sobrecarga.

Servicio Clase B: AAL tipo 2.

AAL tipo 2 prepara información de voz y video de rango de bit variable para transporte ATM.

Este espera la disponibilidad comercial de codificadores de rango de bit variable con prioridad para su despliegue.

Subcapa de Convergencia (CS).

La Subcapa de Convergencia funciona para AAL tipo 2 de forma similar a aquellas de AAL tipo 1.

Segmentación y Re ensamble (SAR).

En los servicios de clase B la información ocurre en unidades de datos con longitud variable, la cual necesita ser dividida dentro de unidades más pequeñas de modo que sean llevadas por celdas ATM.

En este aspecto, este es similar a los servicios de clase C y D.

La AAL de tipo 5, la cual esta también diseñado para datos de clase C, opera de manera diferente.

La escritura de una SAR para una AAL tipo 2 contiene 4 campos:

Número de Secuencia.- Para la detección de pérdidas o ausencia de celdas.

Tipo de información.- Indica si esta celda es el comienzo, la construcción o el final de una (CS).

Indicador de longitud.- Puesto que la última celda podría estar sólo parcialmente llena, un indicador de longitud es necesario para indicar donde termina la información.

Para el comienzo y continuación de las celdas, se asume que éstas están siempre llenas, así que el indicador de longitud no se uso para esas celdas.

El CRC es un verificador de redundancia cíclica que se utiliza para detectar los bits erróneos dentro de la celda. Para servicios de clase B, la detección de bits erróneos y perdidos así como los extraviados pueden ser manipulados en el SAR,CS o en ambos. El SAR adiciona cuatro octetos de sobrecarga para 44 octetos para 44 octetos de datos: 8.3% de sobrecarga.

AAL tipo 3/4: Servicos de Clases A,C y D.

Las funciones realizadas por la AAL tipo 3/4 y 5 fueron estandarizadas con anterioridad y con más detalle que aquellos de los tipos AAL 1 y 2 debido a que a ellos les corresponde el transporte de servicios de datos, los cuales son considerados como la aplicación inicial principal de ATM.

Subcapa de convergencia (CS).

Existen dos modos de operaciones: Modo de mensaje y modo de flujo. En el modo de mensaje la unidad de datos CS puede llevar una sola unidad de servicio de datos, por lo contrario, en el modo de flujo las unidades de servicio de datos AAL son de longitud fija y podrían ser multiplexados con otro flujo de unidad de servicios de datos dentro de una sola unidad de datos (CS), con un octeto de Payload siendo designado para cada conexión de voz. En contraste, si la voz es llevada por un AAL de tipo 1, hay un retraso mientras 47 muestreos de voz son acumulados dentro de una sola celda ATM.

PCM(Pulse Code Modulation) de voz puede entonces, ser llevado ya sea por un AAL de tipo 1 o de tipo 3/4 . El intercambio entre las dos alternativas corresponde al retraso de terminal a terminal.

En el caso de la AAL tipo 1, hay un retraso directo mientras los retrasos de voz son acumulados, aunque después de esto la relación de tiempos entre la fuente y el destino dan una calidad específica en el servicio en términos del retraso terminal a terminal. Si la AAL tipo 3/4 es usada para voz PCM, cada muestreo de voz es transferido siempre que esté disponible sin tener que esperar por otro muestreo de voz, desde la misma conexión de voz.

Segmentacion y Reensamble (SAR).

La segmentación de Unidad de datos dentro de 48 octetos de Payload de celdas ATM para la AAL de tipo 3/4 siguiendo el patron genérico, y los detalles de la unidad de datos SAR. La función de la secuencia de números, el indicador de longitud, y CRC son los usados para la AAL tipo 2. El tipo de segmentos para el tipo 3/4 es equivalente al tipo de información del tipo 3. Estos componentes de la unidad de datos SAR dado por la división de la Unidad de datos CS dentro de celdas de 48 octetos, la detección de bits erróneos, y la detección de pérdidas o celdas extraviadas.

En adición, diez bits son determinados para identificar multiplexión, la cual permite muchos servicios para compartir la misma conexión ATM.

Unidad de Datos SAR para la AAL tipo 5

AAL tipo 5: Servicio Clase C.

AAL tipo 5 es un tipo de adaptación de servicios requeridos de línea de flujo de no relación de tiempo terminal a terminal, el cual tiene menos funcionalidad que el tipo 3/4 con menos sobrecarga, esta diseñado para servicios orientados a conexión clase C.

Subcapa de Convergencia (CS).

La principal función de la capa de adaptación ATM tipo 5 están ejecutadas en la subcapa de convergencia; esta consiste en el control de errores de bits en el mantenimiento de un record de la longitud de la unidad de datos de servicios de la capa de adaptación ATM. El formato de la unidad de datos 6 puede llevar un servicio de datos de unidad por arriba de 65,536 octetos de carga. La ruta relacionada a la unidad de servicio de datos contiene 4 octetos para el control de errores CRC, dos octetos especifican la longitud del Payload, un campo de control y relleno, para lograr la longitud total hacia un múltiple de 48 octetos de Payload de celdas ATM sin el tipo de segmento e indicador de longitud que fueron requeridos en la capa de adaptación ATM tipo 3/4. La secuencia numérica del CRC y el control de errores son también eliminados de forma tal que se reduzca la sobrecarga en la capa ATM tipo 5.

ATM (Asynchronous Transfer Mode)