ATM
M.C. JUAN ANTONIO GUERRERO IBAÑEZ
INTRODUCCION


ATM es un estandar de la ITU-T para Cell
Relay en donde mucha informacion de
multiples tipos de servicios, tales como voz,
datos o videos son transportadas a traves de
celulas pequeñas de tamaño fijo.
Las redes ATM son orientadas a conexion.
ESTANDARES



ATM esta basado en un esfuerzo del ITU
sobre el estandar B-ISDN.
Este fue originalmente pensado como una
tecnologia de tranferencia de alta velocidad
para video, voz y datos sobre redes publicas.
El FORUM ATM extendio la vision de ITU de
ATM hacia las redes publicas y privadas.
DISPOSITIVOS Y AMBIENTE
DE RED
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
ATM es una tecnologia de multiplexacion y
conmutacion de celdas que combina los
beneficios de conmutacion de circuitos
(Transmision constante) y la conmutacion de
paquetes (trafico intermitente).
Proporciona anchos de banda de gran
velocidad (Mbps)



Por su naturaleza asincrona, ATM es mas eficiente
que las tecnologias sincronas, tales como TDM.
En TDM cada usuario es asignado a un slot de tiempo
y ninguna estacion puede transmitir en ese slot de
tiempo.
Si se tiene mucha informacion que transmitir
solamente se puede hacer en los slots de tiempo aun
si todos los demas slots de tiempo estan vacios.


Si una estacion no tiene informacion para
transmitir, un slot de tiempo es desperdiciado.
Debido a que ATM es asincrono, los slots de
tiempo estan disponible bajo demanda con
informacion identificando la fuente de
transmision la cual es contenida en cada
encabezado de las celulas ATM
Arquitectura de un nodo ATM

ATM puede ser considerado como una
tecnologia de conmutacion de paquetes
con las siguientes caracteristicas:
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

Paquetes pequeños y constantes
Es de naturaleza conmutada y orientada a
conexion
Los nodos no tienen mecanismos para el
control de errores o control de flujo.

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

Basado en la transmision, el ATM se puede
dividir en 3 niveles que se combinan en forma
jerarquica.
Canal virtual.- Es la conexion unidireccional
entre usuarios.
Ruta virtual.- El conjunto de CV que
atraviesan multiplexadamente un tramo de la
red.
Seccion fisica.- Conecta y proporciona
continuidad digital entre los diferentes
elementos que componen la red.
FORMATO BASICO DE LA
CELDA.
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

ATM transfiere informacion en unidades de
tamaño fijo denominadas celdas.
Cada celda consta de 53 octetos o bytes.
Los primeros 5 bytes contienen informacion
del encabezado de la celda.
Los 48 bytes restantes contienen el payload
(carga util) (informacion del usuario).
DISPOSITIVOS


Las redes ATM estan formadas por un
switch ATM y puntos finales ATM
(endpoints).
Los switches ATM son los responsables
de la transferencias de las celdas a
traves de una red ATM.

El trabajo de un switch esta bien
definido:



Acepta las celulas que provienen de un
endpoint o algun otro switch ATM.
Despues lee y actualiza la informacion de
la cabecera de la celda.
Rapidamente dirige la celda a una interfaz
de salida hacia su destino.


Un endpoint ATM contiene un
adaptador de interface de red ATM.
Ejemplos de endpoints son:

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


Workstation.
Routers.
DSU (Digital Service Unit).
Switches LAN.
CODECs (Coder-Decoder).
EJEMPLO DE SWITCHES ATM Y
ENDPOINT EN UNA RED ATM.
Routes
ATM Switch
LAN switch
Workstation
DSU/CSU
ATM Endpoints
INTERFACES DE RED


Una red ATM consta de un conjunto de
switches interconectados entre si por
interfaces o enlaces punto a punto.
Los switches ATM soportan dos tipos de
interfaces primarias:


UNI (User Network Interface)
NNI (Network Network Interface)



Las interfaces UNI conectan endpoints (tales
como routers y hosts) a un switch ATM.
Las interfaces NNI conectan dos switches
ATM.
Dependiendo de la localizacion de los
switches, tanto las UNIs como las NNIs
pueden ser subdivididas en publicas o
privadas.




Un UNI privado conecta un Endpoint ATM y
un switch ATM privado.
Su contraparte publica conecta un endpoint o
switch privado a un switch publico.
Un NNI privado conecta dos switches dentro
de la misma seccion privada.
Un NNI publico conecta dos switches dentro
de la misma seccion publica.


Existe ademas una especificacion
adicional, el B-ICI (Broadband
Interexchange Carrier Interconnect).
Este conecta dos switches publicos de
diferentes proveedores del servicio.
EJEMPLO DE INTERFACES
PUBLIC ATM
NETWORK AC
PRIVATE ATM
NETWORK
PRIVATE
NNI
PRIVATE UNI
PUBLIC UNI
PUBLIC NNI
PUBLIC
UNI
PUBLIC ATM
NETWORK B
B-ICI
FORMATO DEL ENCABEZADO
DE LA CELDA ATM

Un encabezado de celda ATM puede ser
uno de dos formatos:



UNI.
NNI.
El encabezado UNI es usado para
comunicacion entre Endpoints ATM y
switches ATM en redes ATM privadas.

El encabezado NNI es usado para
comunicaciones entre switches ATM
GFC
Header
(5 bytes)
VPI
VPI
Payload
(48 bytes)
VCI
VCI
PT
HEC
53
BYTES
VPI
Payload
(48 bytes)
CLP
PT
HEC
Payload
(48 bytes)
8 BITS
ATM CELL
ATM UNI CELL
ATM NNI CELL
CLP

GFC (Control de flujo generico):

Este campo solo aparece en las celdas
UNI. Provee funciones locales, tales como
identificar estaciones multiples que
comparten una interface ATM. El proposito
general de este campo es llevar el control
de toda la informacion que va a ingresar a
la red, a fin de que todas las estaciones
tengan la misma oportunidad de transmitir
su informacion.

VPI (Identificador de Ruta Virtual):


En conjunto con el VCI identifica el
siguiente destino de una celda. Es el que
identifica a la ruta virtual empleada.
VCI (Identificador de Canal Virtual):

Es el numero que identifica el canal virtual
empleado.

PT (Tipo de Informacion):


Indica en el primer bit si contiene datos de
usuario o de control.
Si la celda contiene datos de usuario, el
segundo bit indica congestion y el tercero
indica si es la ultima de una serie de celdas
que representan un frame AAL5.

CLP (Prioridad en celdas perdidas):



La funcion de este bit es asegurar una velocidad
de transmision garantizada(CIR) en caso de una
congestion de la red.
En ATM, la funcion es garantizar una velocidad de
transmision constante (CIR), en caso de una
congestionn en la red.
Esa velocidad es la que se compromete a cumplir
la compañia que brinda el servicio en las horas de
mayor trafico.

HEC (Control de Error del Encabezado):


Este campo proporciona la verificacion de
error para los otros cuatro bytes del
encabezado.
Los 8 bits de este campo proporcionan
suficiente redundancia para detectar con
una alta probabilidad los errores que
pudiesen presentarse en los otros bytes.
SERVICIOS ATM

Existen 3 tipos de servicios ATM:

Circuitos Virtuales Permanentes (PVC)

Circuitos Virtuales Conmutados (SVC)

Servicios sin conexion. (SMDS)



Un PVC permite la conectividad directa
entre sitios. Es similar a una linea
dedicada.
Ventaja: No requiere call setup entre los
switches.
Desventaja: Conectividad estatica y
configuracion manual.





Un SVC es creado y liberado dinamicamente y
se usa solamente mientras exista informacion
que transmitir.
Es similar a una llamada telefonica.
El control de llamadas dinamicas requiere de
un protocolo entre el endpoint y el switch.
Ventaja: Flexibilidad de conexion y el call
setup puede ser colgado automaticamente
por los equipos.
Desventaja: Tiempo para llevar a cabo el
call setup.
CONEXIONES VIRTUALES


Las redes ATM son fundamentalmente
orientadas a conexion.
Existen dos tipos de conexiones ATM:


Virtual Paths (VP-Rutas virtuales) Los cuales son
identificados por un identificador de ruta
virtual(VPI)
Virtual Channel (VC) Los cuales son identificador
por una combinacion de un VPI y un identificador
de canal virtual (VCI).


Un VP es un conjunto de VC, los cuales
son conmutados transparentemente a
traves de la red ATM como base de un
VPI.
Todos los VCI y VPI tienen significado
local a traves de un enlace particular y
son mapeados por los diferentes
switches.

VCs
VCs
Una ruta de transmision es un conjunto
de VP.
VP
VP
VP
Ruta de transmision
VP
VCs
VCs
MODELO DE REFERENCIA
ATM


La arquitectura ATM utiliza un modelo
logico para describir la funcionalidad
que soporta.
La funcionalidad de ATM corresponden
a la capa fisica y parte de la capa de
enlace del modelo OSI

El modelo de referencia de ATM esta formado por
los siguientes planos:



CONTROL:Es responsable de generar y manejar señales
de peticion.
USER: Responsable del manejo de la tranferencia de
datos.
MANAGEMENT: Este plano contiene 2 componentes:


Layer management: Maneja funciones especificas de la capa,
tales como deteccion de errores y problemas de protocolos.
Plane management: Maneja y coordina funciones relacionadas
al sistema completo.

El modelo de referencia ATM esta formado de
las siguientes capas:


Capa fisica:Similar a la capa fisica del OSI, esta
maneja la transmision dependiente del medio.
Capa ATM: Combinada con la capa de adaptacion
ATM, es similar a la capa de enlace de datos del
OSI. Es la responsable para establecer
conexiones y pasar celdas a traves de la red ATM.


Capa de adaptacion ATM (AAL): Realiza la
funcion de preparar la informacion segun sus
requerimientos antes de que esta pase a la
capa ATM, en donde se construyen las celdas.
Finalmente las capas mas altas que residen
en la parte superior de AAL aceptan datos de
usuarios, los arreglan en paquetes, y los
entregan al AAL.
MANAGEMENT PLANE
APLICACION
PRESENTACION
HIGHER
LAYERS
HIGHER
LAYERS
SESION
TRANSPORTE
RED
CAPA DE ADAPTACION ATM
CAPA ATM
ENLACE DE DATOS
FISICA
CAPA FISICA
LAYER MANAGEMENT
PLANO DE
USUARIO
PLANE MANAGEMENT
PLANO DE
CONTROL
CAPA FISICA ATM

La capa fisica ATM tiene cuatro
funciones:




Los bits son convertidos a celdas.
La transmision y recepcion de bits sobre el
medio fisico son controlados.
Los limites de las celdas son establecidos.
Las celdas son empaquetadas en los
frames adecuados para el medio fisico.

La capa fisica es dividida en 2 partes:

El PDM: Proporciona dos funciones claves:


Sincroniza la transmision y recepcion a traves
del envio de un flujo de bits continuos con
informacion de tiempo apropiada.
Especifica los medios de acuerdo al medio fisico
utilizado.

TC (transmission-convergence):Tiene 4
funciones:




Delineacion de celdas.-> Mantiene los limites de la
celda
Generacion y secuencia de HEC.-> Genera la
secuencia de control de error.
Cell-Rate: ->Elimina o inserta celdas idle para
mantener el rate de transmision del payload.
Transmision frame adaptation:-> empaqueta las
celdas en frames aceptables.
CAPA AAL1


Es utilizado para aplicaciones de emulacion
de circuitos, tales como videoconferencia.
El proceso de AAL1 prepara celdas en tres
pasos:



Ejemplos sincronos son insertados en el payload.
Se inserta SN(Sequence Number) y SNP(Sequence
Number Protection) para proporcionar informacion
de recepcion.
El resto de los bytes son rellenados hasta
completar los 48.
CAPA AAL3/4 y 5

CAPA AAL3/4



Soporta servicios orientados a la conexion y sin
conexion.
Es utilizada para la transmision de paquetes SMDS
sobre una red ATM.
CAPA AAL5


Soporta servicios orientados a la conexion y sin
conexion.
Es utilizado para transmitir datos que no son del
tipo SMDS. Tales como IP clasica o LANE (
Emulacion de LAN)
CONEXIONES ATM

Soporta dos tipos de conexiones:

Punto a punto:


Conecta dos puntos finales ATM y pueden ser
unidireccional y bidireccional.
Punto a multipunto.


Conecta un punto final simple(conocido como
root) a un conjunto de puntos finales.
(conocidos como leaves).
Estas conexiones solamente son
unidireccionales.
ESTABLECIMIENTO Y
SEÑALIZACION ATM


Cuando un dispositivo ATM quiere
establecer una conexion con otro, este
envia un paquete de peticion de
señalizacion a su switch ATM.
El paquete contiene la direccion del
endpoint deseado, asi como tambien
algunos parametros de QoS.



Los protocolos de enlace ATM varian de
acuerdo al tipo de enlace que se este
manejando, los cuales pueden ser señales
UNI o NNI.
UNI es usado entre un sistema final ATM y un
switch ATM a traves del ATM UNI.
NNI es utilizado a traves de enlaces NNI.
PROCESO DE ESTABLECIMIENTO DE
CONEXION


Se utiliza el metodo conocido como one-pass.
Como funciona?




Primero el sistema final fuente envia una peticion
de señalizacion de conexion.
Esta peticion es propagada por la red.
Las conexiones son establecidas por la red.
La peticion alcanza el sistema final destino el cual
responda si acepta o rechaza la peticion.
ATM
Switch 1
Router A
Conecta a B?
SI
Conecta a B?
ATM
Switch 2
SI
Conecta a B?
SI
Conecta a B?
ATM
Switch 3
SI
Router B
MENSAJES DE CONEXION





Una gran cantidad de tipos de mensajes de
manejo de conexion son utilizados en el
proceso de establecimiento de conexion.
SETUP. Enviado por el sistema final fuente.
Call Proceeding. Enviado por el switch hacia
la red en respuesta al mensaje SETUP.
(Ingress switch)
Connect message. Enviado por el sistema
final destino si la conexion es aceptada.
Release message. Si la conexion es
rechazada.
SETUP
MESSAGEC
CALL PROCEEDING
MESSAGE
Ingress
Switch
SETUP
MESSAGE
Egress
Switch
CONNECT
O
RELEASE
MESSAGE
Descargar

ATM