REDES ATM
Introducción
El modelo de comunicaciones ATM (Asynchronous
Transfer Mode) es un modelo que como la torre OSI o
TCP/IP esta basado en capas. En este modelo solo existen 3
capas (Física, ATM, y Adaptación (AAL)) aunque alguna de
ellas a su vez esta dividida en subcapas.
La tecnología ATM comprende un tendido físico (cable coaxial,
enlace de microondas, o cable de fibra óptica), elementos de conmutación
(switch), concentradores de acceso (HUB), dispositivos de adaptación
(routers, codecs, etc), y dispositivos de interfaz (tarjetas de comunicación,
cámaras de video, etc).
El modo más corriente de acceso a ATM es la fibra óptica, un
cable de silicio del grosor de un cabello humano, por el cual viaja un rayo
láser de alta densidad o un haz infrarrojo, que transmite los bits (ceros o
unos).
Para transmitir datos o señales de audio o video sobre un cable de
fibra óptica, es necesario digitalizar previamente la señal. De eso se
encarga un procesador situado en el interior del dispositivo de interfaz, sea
una cámara de video, etc.
LA CAPA FÍSICA
La Capa Física es un conjunto de reglas respecto al HW que se
emplea para transmitir datos.
Entre los aspectos que se cubren en este nivel están los
voltajes utilizados, la sincronización de la transmisión y las reglas
para establecer el "saludo" inicial de la conexión de
comunicación.
LA CAPA FÍSICA
La capa Física de ATM, presenta las siguientes funciones:
Convierte bits en celdas (células).
Controla la transmisión y recepción de bits en el medio
físico.
Sigue el rastro de limites de celdas ATM.
Empaqueta la celda dentro del tipo apropiado de frame para el medio
físico utilizado.
Funcionalidad del nivel Físico
 Estado de Inactividad: En este estado se detecta ausencia
de actividad en el medio, por lo que en nivel físico se
encuentra en estado de inactividad de recepción.
 Estado de Recepción de bits de información sin
violación de la codificación: Este es el estado normal
durante
la
transferencia.
 Estado de Recepción de símbolos de control: Con
violación de la codificación, corresponde a los estados de
sincronización, delimitación, absorción o transmisión
anómala
Funcionalidad del nivel Físico
 Estado de Inactividad: Sin transmisión propia. En el caso
de comunicaciones broadcast, consiste en un estado de
silencio o aislamiento, mientras que en las comunicaciones
secuenciales corresponde a un estado de repetición.
 Estado de Transmisión de la Información:
Correspondiente a la codificación, es el estado normal de la
fase de transferencia de información.
 Estado de Transmisión de Información de Control:
Corresponde a las fases de sincronización, delimitación,
absorción.
Células ATM
El modelo ATM se basa en la idea de
transmitir la información en pequeños
paquetes de tamaño fijo llamados
células (o celdas). Estas células tienen
un tamaño fijo de 53 bytes, de los
cuales los 5 primeros están destinados
al encabezado y los 48 siguientes a
datos
Células ATM
El encabezado de las células, se estructura como sigue:
7
6
5
4
3
2
1
0
Generic Flow Control
Virtual Path Identifier
Virtual Path Identifier
Virtual Channel Identifier
Virtual Channel Identifier
Virtual Channel Identifier
Payload Type
Header Error Control
CLP
Células ATM
Los primeros cuatro bytes
identifican la célula, y el quinto
(HEC)
es
la
suma
de
comprobación de un byte, sobre
los 4 primeros bytes de la
cabecera, no de la carga útil
(datos).Debido a que el chequeo
solo se produce sobre los bits de
cabecera, a este chequeo se le
llama HEC (Header Error
Control).
Conmutadores ATM
En una red de conmutación de circuitos, hacer una
conexión realmente significa establecer una trayectoria
física del origen al destino a través de la red.
Conmutadores ATM
En una red de circuitos virtuales como ATM, cuando se establece un circuito, lo que
realmente sucede es que se escoge una ruta desde el origen al destino y todos los
conmutadores (esto es, los enrutadores) a lo largo del camino crean entradas de
tabla para poder enrutar cualquier paquete por ese circuito virtual.
Conmutadores ATM
Los conmutadores también tiene la oportunidad para reservar recursos
para el nuevo circuito. La figura muestra un circuito virtual desde el host H1
al host H5 a través de los conmutadores (enrutadores) A,E,C y D.
Conmutadores ATM
La Línea punteada muestra un circuito virtual que está definido
sencillamente por entradas de tabla dentro de los conmutadores.
Conmutadores ATM
Cuando un paquete llega, el conmutador inspecciona el encabezado del paquete
para averiguar a cuál circuito virtual pertenece. A continuación, busca ese circuito
virtual en sus tablas para determinar a cuál línea de conmutación debe enviar el
paquete.
Conmutadores ATM
Ahora se presentara una breve introducción a los principios de diseño de
conmutadores de células ATM. El modelo general para un conmutador de
células ATM se muestra en la figura
Conmutadores ATM
Hay cierto número de líneas de entrada y cierto número de líneas
de salida, casi simpre la misma cantidad (porque las líneas son
bidireccionales).
Conmutadores ATM
Los conmutadores ATM generalmente son síncronos en el sentido
de que, durante un ciclo, se toma una célula de cada línea de
entrada (si está presente), se pasa a la estructura de conmutación
interna y finalmente se transmite por la línea de salida apropiada.
Conmutadores ATM
Las células llegan a la velocidad de ATM, normalmente cerca de 150
Mbps. Esto corresponde a un poco más de 360,000 células/seg, lo cual
significa que el tiempo de ciclo del conmutador tiene que ser de cerca 2.7
µseg.
Conmutadores ATM
Un conmutador comercial podría tener desde 16 hasta 1024 líneas de
entrada, lo cual significa que debe estar preparado para aceptar y comenzar
a conmutar un lote de 16 a 1024 células cada 2.7 µseg.
Conmutadores ATM
El hecho de que las células sean de longitud fija y corta (53
bytes) hace posible construir tales conmutadores.
Conmutadores ATM
Todos lo conmutadores de ATM tienen dos metas comunes:
1. Conmutar todas las células con una velocidad de
desecho lo más baja posible.
2 . Nunca reordenar las células en un circuito
virtual.
Conmutadores ATM
La meta 1 dice que se permite suprimir células en
emergencias, pero que la tasa de pérdida deberá ser lo más
pequeña posible.
La meta 2 dice que las células que llegan a un circuito virtual
en cierto orden deben salir también en ese orden, sin
excepciones. Esta restricción hace que el diseño de
conmutadores sea mucho más difícil, pero lo requiere el
estándar ATM.
Conmutadores ATM
Un problema que se presenta en todos los conmutadores ATM
es qué hacer si las células que llegan a dos o más líneas de
entrada quieren ir al mismo puerto de salida en el mismo ciclo.
Conmutadores ATM
Resolver este problema es uno de los aspectos clave del diseño
de todos los conmutadores ATM
Conmutadores ATM
La figura (a) describe la situación al inicio del ciclo 1, en el cual han
llegado células por las cuatro líneas de entrada, destinadas para las
líneas de salida 2, 0, 2 y 1, respectivamente.
Conmutadores ATM
Debido a que hay un conflicto para la línea 2, únicamente se puede
escoger una de las células. Suponga que se elige la que está en la línea
de entrada 0.
Conmutadores ATM
Al inicio del ciclo 2, mostrado en la figura (b), han salido tres células
pero la célula de la línea 2 ha sido retenida y han llegado a dos células
más. Es hasta el inicio del ciclo 4 [(d) que todas las células han dejado
el conmutador.
Conmutadores ATM
El problema con las colas de entrada es que cuando se tiene que
retener una célula se bloquea el avance de cualquier célula que venga
detrás de ella, aun si ésta se pudiera conmutar a otro lugar.
Conmutadores ATM
Este efecto se denomina bloqueo de cabecera de línea y es algo más
complicado que lo que se muestra aquí, pues en un conmutador con 1024
líneas de entrada puede ser que los conflictos no se noten hasta que las células
ya han atravesado el conmutador y están peleando por la línea de salida.
Conmutadores ATM
Un diseño alternativo que no sufre bloqueo de cabecera de
línea hace el encolocamiento en el extremo de salida,
como se muestra en la figura.
Conmutadores ATM
Aquí tenemos el mismo patrón de llegada de células, pero
ahora cuando dos células quieren ir a la misma línea de
salida en el mismo ciclo, ambas pasan a través del
conmutador
Conmutadores ATM
Una de ellas se pone en línea de salida, y la otra se encola
en la línea de salida, como en la figura (b).
Conmutadores ATM
Aquí se requieren únicamente tres ciclos, en lugar de
cuatro, para conmutar todos los paquetes. Karol et al.
(1987) ha demostrado que en general el encolamiento de
salida es más eficiente que el de entrada.
CAPA FÍSICA
La función de la capa física es el transporte de las células ATM
La capa ATM se divide en dos subcapas:

Subcapa dependiente del medio físico (PMD )

Subcapa de Convergencia de Transmisión ( TC)
Subcapa dependiente del medio
físico (PMD).
La subcapa PMD lleva a cabo
funciones que dependen del medio
físico, sea eléctrico u óptico, como
son la transmisión y temporización
de bits.
Subcapa de Convergencia de
Transmisión (TC)
La subcapa TC es responsable de todas
las funciones relacionadas con la
transmisión de las células, como son el
desacoplo de la velocidad de las células,
el control de errores de cabecera (HEC,
Header Error Control), la delimitación de
las células a las tramas de transmisión y
la generación y recuperación de tramas.
Subcapa de Convergencia de
Transmisión (TC)
Transmisión de células (En las subcapas TC)
Cuando la capa TC recibe una célula, calcula su HEC y
termina de completar la cabecera de la célula ATM, así la capa
TC tomará una secuencia de células con su HEC
correspondiente y las transformara en una corriente de bits
igualando con ella la corriente de bits del medio físico.
Subcapa de Convergencia de
Transmisión (TC)
Recepción de células (En la subcapa TC)
La capa TC en la recepción tendrá que convertir un flujo
de bits en una corriente de células. ATM siempre mantiene un
flujo constante de celdas de 53 bits ,por tanto el receptor deberá
sincronizarse con el flujo de Bits, hasta que localice el principio
de una celda, para a partir de ahí muestreara los siguientes 424
bits como la siguiente celda.
Subcapa de Convergencia de
Transmisión (TC)
Problemas en la sincronización
Las celdas ATM no tienen porque ir
enmarcadas ni precedidas de ningún código
de inicio de celda, y cuando el receptor
recibe el primer bit este no tiene porque ser
el de inicio de celda
Subcapa de Convergencia de
Transmisión (TC)
Solución
 El truco esta en utilizar el HEC.
 El receptor guarda un registro de
desplazamiento de 40 bits, entrando los
bits por la izquierda y saliendo por la
derecha.
 La capa TC entonces inspecciona esos
40 Bits para ver si son potencialmente
una cabecera de celda, así los últimos 8
bits serán el HEC del resto.
 Si no se cumple la condición se
moverán un bit hacia la derecha para
dejar paso al siguiente bit de entrada.
Subcapa de Convergencia de
Transmisión (TC)
Solución
Este mecanismo no seria muy fiable, pues
alta probabilidad de encontrarnos HEC
corresponden a la cabecera de la célula,
robustece con la siguiente maquina de
hay una
que no
pero se
estados.
JERARQUIAS DIGITALES EN
REDES DE BANDA ANCHA
Para comprender la operación de la capa física,
particularmente en las redes públicas ATM, es conveniente
hacer una digresión sobre la evolución de las jerarquías de las
estructuras digitales.
 Los sistemas de transmisión actuales tienen una serie de
limitaciones muy significativas cuando se desea universalizar
su utilización para gran capacidad de ancho de banda, hasta
los Gbps y todo tipo de tráfico
JERARQUIAS DIGITALES EN
REDES DE BANDA ANCHA

Como consecuencia de
las limitaciones de los sistemas
actuales, surge el concepto de
Jerarquía Digital Síncrona, JDS
o su acrónimo en inglés, SDH
(Synchronous Data Hierarchy)
LA JERARQUIA DIGITAL
SINCRONA SDH
Velocidad básica en JDS
155,52 Mbps
La operación de :
270*9*8000 (Nyquist)
Matriz de 270 columnas
Y 9 filas donde transmite
La información
Transmisión secuencial:
Primera fila hacia las demás
LA JERARQUIA DIGITAL
SINCRONA SDH
 En la estructura de 270*9 octetos se distinguen
fundamentalmente los siguientes campos:
 Las 9 primeras columnas constituyen lo que se denomina
Función Auxiliar de Sección o Transport Overhead
 Detección de errores, canal de comunicación para
gestión de red y señalización de mantenimiento.
LA JERARQUIA DIGITAL
SINCRONA SDH
 También incluye apuntadores que indican la posición de
los diversos canales, sean síncronos o plesiócronos, dentro de
la estructura.
 En la Función Auxiliar de Sección está contenida la SOH,
Section OverHead, constituida por los octetos de las filas 1 a
3 y 5 a 9, columnas 1 a 9
Los octetos de la fila 4 de las columnas 1 a 9 constituyen
los apuntadores que indican el comienzo de la POH, Path
OverHead, o Función Auxiliar del Trayecto.
Capas Físicas en Redes ATM
Entre las capas de redes ATM propuestas
encontramos:
ATM sobre SDH:
STM- 4 (622,08 bits)
STM-1 (155,52 Mbps)
ATM a 100 Mbps sobre FDDI (TAXI)
ATM a 25,6 Mbps
 ATM sobre PDH:






E1
DS1
DS2
E3
E4
DS3
(2,048 Mbps)
(1,548 Mbps)
(6,312 Mbps)
(34,368 Mbps)
(139,264 Mbps)
(44,736 Mbps)
Capa Física ATM a 25,6 Mbps
Ejemplo de ATM en entornos privados.
El objetivo, minimizar el coste de la circuitería
electrónica, para llevar la tecnología ATM a nivel de
las estaciones de trabajo y así tener una arquitectura
escalable, tanto en velocidad como en entornos
LAN, MAN y WAN.
También:
No requiere el uso de tramas.
Las células se transportan continuamente por el
medio físico una vez que se han codificado
adecuadamente.
Este esquema es conocido como Interfaz Basada
en Células.
Subcapa dependiente del Medio Físico
La misión es transportar señales por medio físico,
incluyendo la temporización de bit.
La velocidad de transmisión es de:
25,6 Mbps
El medio físico es par trenzado, utilizando dos pares
por enlaces (para emisión y recepción).
Es utilizable UTP de categoría 3 ó 5 como STP.
Subcapa de convergencia de transmisión
Las células se transportan continuamente, sin que
exista una estructura de trama asociada a intervalos
regulares de tiempo.
El receptor no dispone de un reloj externo; la
información del reloj puede derivarse de la señal
recibida o ser proporcionada directamente por el equipo
de usuario.
Las funciones son las siguientes:






Codificación/Decodificación.
Codificación/Decodificación de línea MRZI.
Delimitación de células.
Generación y verificación del HEC, Control de
Error de Cabecera.
Adaptación de las velocidades de células entre las
capas ATM y Física
Funciones de transmisión periódica para servicios
isócronos.
Capa física ATM sobre STM-1 a
155,52 Mbps
Las estructuras de transporte actuales se basan
normalmente en la Jerarquía Digital Plesiócrona,
PDH, que se desplazan hacia estructuras basadas en
SDH.
Subcapa dependiente del medio
El medio físico puede ser óptico o eléctrico, ambos
utilizan dos circuitos por enlace, uno para cada
sentido de la transmisión, con una velocidad binaria
de: 155,52 Mbps.
155,52 Mbps
Se vela por la temporización de bit y la recuperación del reloj
en el receptor
La distancia máxima es de:
100 a 200 mts.
Se puede utilizar cable coaxial de 75 ohmios o
cables de pares de categoría 5, UTP o STP.
El medio óptico permite entre:
800 a 2000 mts.
utilizándose fibra monomodo , SMF.
El código de línea es NRZ, con lo que la
velocidad de línea es también de 155,52
Mbaudios.
El reloj se deriva de la señal recibida de línea.
Subcapa de Convergencia de
Transmisión
Las células se transportan en una estructura SDH.
El flujo se transporta en el Contenedor 4 (C-4), que
se empaqueta en el Contenedor Virtual 4 (VC-4),
conjuntamente con el POH.
El VC-4, coincide en dimensiones con la Unidad
Administrativa 4 (AU 4), pero no necesariamente
alineado con ella.
Funciones de la subcapa de convergencia:
 Generación y recuperación de tramas.
 Aleatorización y desaleatorización para extracción
del reloj.
 Delimitación de células mediante el uso del HEC.
 Generación y Verificación del HEC.
 Desacoplo de velocidades.
Al transportar flujos ATM de velocidad inferior se
incluye la función de multiplexación de los
contenedores.
Tipos de Interfaces de la
Capa Física
Podemos mencionar a modo de ejemplo tres
tipos de interfaz:
 Interfaz de la capa Física DS-1.
 Interfaz de la capa Física DS-3.
 Interfaz de la capa Física SONET.
Interfaz de la Capa Física DS-1

El enmarcamiento de los datos del usuario
depende de la situación de la red y las
aplicaciones de usuarios.

El enmarcamiento se hace a cada 193 bits
de posición.
Interfaz de la Capa Física DS-3
Las funciones de esta capa es agrupada
dentro de las Subcapas PMD y TC.

Especificación PMD: Esta subcapa está
pactada con el criterio del medio físico (par
trenzado, cable coaxial) definido en ANSI
T1.107a y GR-499-CORE.

Especificación TC: Esta subcapa es
independiente de las características del
medio de transmisión.
La función principal de esta subcapa es
generar y procesar algún overhead de los
octetos contenidos en el frame DS-3.
SubCapa
TC
SubCapa
PMD
Generación y verificación del HEC.
Enmarcamiento PLCP y delineación
de célula.
Utilización del POH.
Cronometraje del PLCP.
Nibble stuffing.
Bit timing y codificación de línea.
Medio Físico.
Funciones de la Capa Física DS-3
Interfaz de la Capa Física
SONET
El formato SONET es desarrollado para
definir una jerarquía óptica de sincronización
que es bastante flexible para llevar diferentes
tipos de cargas.
Las funciones de esta capa son agrupar las
subcapas PMD y TC.
Especificación de las subcapas PMD y TC:

Especificación PMD: Esta subcapa está de
acuerdo con los criterios de medio físico de
SONET.

Especificación TC: Esta subcapa es
independiente de las características del
medio de transmisión.
Subcapa
TC
Subcapa
PMD
Identificación de la señal de ruta (C2).
Función específica ATM
Generación/Verificación de la secuencia HEC.
Ensamblar y Desamblar Células.
Delineación de Células (HEC).
Justificación de Frecuencia/Procesamiento puntero.
Multiplexión.
Ensamblado y Desamblado.
Transmisión del frame generación/recuperación.
Codificación del Bit tiempo/línea.
Medio Físico.
Funciones de la capa Física SONET