ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Es una arquitectura de conmutación de celdas que utiliza la multiplexación por división en el tiempo asíncrona para implementar subredes de comunicación: tanto WAN como LAN, segmentando el ancho de banda en paquetes de tamaño fijo denominados celdas estas celdas son las unidades de transferencia de información en ATM y se caracterizan por tener un tamaño fijo de 53 bytes. Esto permite simplificar los nodos y que la conmutación sea realizada por hardware, permitiendo transportar información de datos, voz y video a altas velocidades.

Caracteristicas de ATM

• ›Es una tecnología de naturaleza conmutada y orientada a la conexión. 
• Si el tamaño de las celdas son muy pequeñas la eficiencia de la red sera baja. 
• Si el tamaño de las celdas son muy grandes el retardo de propagación en la red aumentara. 
• Protección de cabecera (garantiza enrutamiento)

Multiplexación ATM

ATM emplea multiplexación TDM asíncrona para multiplexar las celdas que vienen de los distintos canales y

emplea ranuras de tamaño fijo que los multiplexadores rellenan con una celda de cualquier canal de entrada con celdas.

Si no hay celdas para enviar en ningún canal la ranura ira vacía las celdas de una misma conexión mantienen su orden secuencial. En ningún sitio de la red una celda de una conexión puede “adelantar” a otra celda de esa misma conexión que ha sido enviada antes que ella.

Este tipo de multiplexación ofrece la posibilidad de trabajar tanto en modo de circuitos como de paquetes.

1. El modo de circuitos (por ejemplo, voz), se denomina también CBR o "Continuous BitRate". 
2. El modo de paquetes, casi siempre datos, es denominado VBR ("Variable BitRate"). 

De este modo, se logra compatibilidad con el equipamiento de red existentes, así como con todos los servicios de red.

El modelo de referencia ATM

ATM tiene su propio modelo de referencia, el cual es diferente del OSI y del TCP/IP, esta arquitectura  está basada en la existencia de 3 capas fundamentales y 3 planos.

Capas

1. Capa Física. 
2. Capa ATM. 
3. Capa de Adaptación ATM.

Planos

1. Usuario: Permite la transferencia de información de usuario, así como de determinados controles asociados a dicha transferencia como son el control del flujo y de algunos errores.
2. Control: Realiza funciones de control de llamada y de control de la conexión. Es realmente el que se encarga del establecimiento y liberación de la conexión.
3. Administración: Se encarga de la gestión de las diferentes capas y planos y se relaciona con la administración de recursos.

Jerarquía de Transmisión

›Bajo un punto de vista basado exclusivamente en la transmisión, el ATM se puede dividir en tres niveles que se combinan de forma jerárquica de modo que cada capa superior puede tener uno o varios de los elementos inferiores:

• VC (Canal Virtual): Así llamada a la conexión unidireccional entre usuarios, además de transportar datos entre usuarios también son utilizados para transportar la señalización y la gestión de la red. 
• VP (Trayecto Virtual): Se entiende al conjunto de canales virtuales que atraviesan multiplexadamente un tramo de la red ATM, también facilitan la conmutación de los canales virtuales, pues conectan tramos enteros de la red ATM. 
• PS (›Sección Física): Conecta y proporciona continuidad digital entre los diferentes elementos que componen la red controlando el flujo de bits, manteniendo en óptimas condiciones las señales físicas, eléctricas u ópticas regenerándolas cuando resultan afectadas por atenuaciones, ruido o distorsiones.

Capa Física

La capa física define las interfaces y los protocolos de las tramas para la red ATM, Las velocidades de transferencia en la capa física van de 25’6Mbps hasta 622Mbps. La velocidad mas comúnmente usada es a 155Mbps, pero se elige la velocidad de 155 Mbps porque ésta es la que se requiere para transmitir televisión de alta definición y 622Mbps para enviar 4 canales de video.

La capa física se subdivide en dos subcapas: 

1. PM (Physical Medium Dependent): Proporciona las funciones de transferencia de bits y de la sincronización de señales.
2. TC (Transmission Convergence): Controla la transmisión de las tramas a través del medio físico y se encarga de:

• Delimitar las celdas.
• Generar y verificar el campo HEC de las celdas.
• Insertar y suprimir celdas vacías.
• Empaquetar y desempaquetar las celdas de acuerdo al servicio de transporte físico. 

Capa ATM

La capa ATM define la estructura de la célula y la señalización a través de las conexiones en una red, esta capa es la encargada de:

• Transmitir las celdas en orden 
• Insertar y remover el encabezado de la celda 
• Multiplexar las celdas 
• Manejar los identificadores de circuito virtual 
• Controlar el flujo

Celdas ATM

Son estructuras de datos de 53 bytes compuestas por dos campos principales: 

1. 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, número de secuencia. 
2. 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 (Virtual Circuit Identifier) y VPI (Virtual Path Identifier) ambos determinan el routing entre nodos.

Existen dos formatos de células: la UNI (User Network Interface) utilizado en el interfaz red/usuario y la NNI (Network Interface) cuando circulan por la red.

Su estructura es de 53 bytes reservandose los 5 primeros para el encabezado y el restante para los datos y consisten en los siguientes campos.

• CFG (Control de Flujo Genérico): De 4 bits regula el flujo de trafico en una red ATM. 
• VPI (Identificador de Ruta Virtual): De 8 bits, parte de identificador de conexión de ATM. 
• VCI (Identificador de Canal Virtual): De 16 bits, también parte del identificador de conexión ATM. Identifica una conexión entre dos estaciones de conmutación ATM.
• PT(Tipo Carga Util): De 3 bits, indica si el campo de datos es dato de usuario o información de administración. 
• PPC(Prioridad de Perdida de Celdas): De 1 bit, indica si la ceda se puede desechar al encontrar congestión en la red. 
• HEC(Control de Error de Encabezado): De 8 bits, llenado con una secuencia derivada matemáticamente que permite a la estación terminal determina si la información del encabezado es correcta o si ha ocurrido un error. 
• Payload (Carga Util): De 48 bits, los datos de usuario se colocan en este campo.

Los comités de estándares han definido dos tipos de cabeceras ATM:

1. UNI (User-to-Network Interface): Es un modo nativo de interfaz ATM que define la interfaz entre el equipo del cliente (Customer Premises Equipment), tal como hubs o routers ATM y la red de área ancha ATM (ATM WAN). La NNI define la interface entre los nodos de la redes (los switches o conmutadores) o entre redes. 
2. NNI (Network to Network Interface): Puede usarse como una interface entre una red ATM de un usuario privado y la red ATM de un proveedor público (carrier).

La función principal de ambos tipos de cabeceras es identificar las VPIS (Virtual paths identifiers) y los   VCIS (virtual circuits o virtual channels) como identificadores para el ruteo y la conmutación de las celdas.

Capa de Adaptación

La capa de adaptación al medio AAL (ATM Adaptation Layer) realiza las funciones de segmentación y reensamblado que componen la información de las capas de niveles superiores, También gestiona el control de tiempos para las transmisiones y maneja células perdidas u ordenadas incorrectamente.

Hay cinco versiones de la capa de adaptación al medio:

1. AAL1: Soporta servicios CBR, orientados a conexión y tráfico síncrono, para servicios de voz y vídeo sin comprimir, emulación de circuitos, en los que se requiere una fuerte sincronización entre el emisor y el destinatario, pero a velocidades fijas.
2. AAL2: Soporta servicios VBR, orientados a conexión y tráfico síncrono, para servicios de voz y vídeo comprimidos, donde la sincronización entre el emisor y el destinatario también es importante, pero la velocidad es variable.
3. AAL3/4: Proporciona servicios para comunicación de datos, tanto orientados a conexiones como sin ellas de tráfico asíncrono. Permite el empleo de ATM con funciones de LAN, en general transferencias cortas pero con grandes ráfagas de datos.
4. AAL5: Es una versión más eficiente de la AAL3/4, diseñada para los requerimientos de redes locales de alta velocidad, sin conexión y con servicios.

Las funciones AAL están organizadas en dos subcapas lógicas:

1. CS (Subnivel de Convergencia): Es capa más externa y ejecuta funciones como la detección y de Multiplexación de datos, detección de células perdidas y mantenimiento del sincronismo de la conexión
2. SAR (Subnivel Segmentación y Reensamble): Esta capa segmenta los datos en células y las envía al nivel ATM para que les ponga la cabecera. El proceso inverso se verifica al lado opuesto cuando recibe células y reconstruye la información original.

QoS (Calidad de servicio)

La información que llega a un nodo terminal ATM es captada, segmentada y dispuesta en células con las cabeceras adecuadas para cada tipo de tráfico. Este servicio proporcionado por el nivel AAL se denomina QoS que queda definido por tres parámetros:

1. Caudal: Define el volumen de información que puede ser enviada en un período de tiempo, si el tráfico es constante, el parámetro es único: velocidad pico; pero si el tráfico es a ráfagas, está expresado por tres parámetros de conexión: velocidad pico, velocidad media y duración de la ráfaga.
2. Retardo: Definido por su media y su varianza que relaciona el retardo global medio de toda la transmisión y la variación entre los retardos individuales que afectan a cada célula.
3. Nivel de Seguridad: Se refiere a la tolerancia de un determinado tipo de tráfico a la pérdida de células que puede ocurrir durante períodos de congestión.