Título: Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) Autor: Miguel Ángel Mamani Mamani Ademar Mauricio Callizaya Averanga Fecha: 27/04/2018

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1 Título: Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) Autor: Miguel Ángel Mamani Mamani Ademar Mauricio Callizaya Averanga Fecha: 27/04/2018 Código de estudiante: Carrera: Ingeniería de Telecomunicaciones Asignatura: Ingeniería de Telecomunicaciones Grupo: B Docente: Ing. Félix Pinto Periodo Académico: 1/2018 Subsede: La Paz Copyright (2018) por (Miguel Ángel Mamani, Ademar Callizaya). Todos los derechos reservados.

2 RESUMEN: El acrónimo ATM son las siglas en inglés de Asynchronous Transfer Mode, cuyo significado en español se traduce como Modo de Transferencia Asíncrona. ATM es una tecnología de conmutación y multiplexado de alta velocidad, utilizado tanto para redes LAN y WAN, trasmite diferentes tipos de tráfico simultáneamente, incluyendo voz, video y datos. La clave para esta flexibilidad es una Capa de Adaptación ATM (AAL) que mapea varios protocolos superiores y servicios sobre la capa ATM. La tecnología ATM permite la integración de los servicios orientados y no orientados a conexión. La integración de estos servicios en una única red, reduce enormemente los costes en infraestructura y en personal de operación y mantenimiento en las operadoras de telecomunicaciones. Palabras clave: asíncrono, capa, transferencia. ABSTRACT: The acronym ATM is the acronym in English of Asynchronous Transfer Mode, whose meaning in Spanish is translated as Mode of Asynchronous Transfer. ATM is a high-speed switching and multiplexing technology, used for both LAN and WAN, transmitting different types of traffic simultaneously, including voice, video and data. The key to this flexibility is an ATM Adaptation Layer (AAL) that maps several superior protocols and services over the ATM layer. ATM technology allows the integration of oriented and non-oriented services. The integration of these services into a single network greatly reduces the costs of infrastructure and operation and maintenance personnel in telecommunications operators. Key words: Asynchronous, layer, Transfer. 2

3 Contenido ATM INTRODUCCIÓN Qué es ATM? Funcionamiento Características Velocidades de ATM Circuitos que establece ATM Tipos de conexiones en ATM Conexiones Virtuales Interfaces de la Red ATM Formato básico de la celda ATM Modelos de capas ATM Dispositivos ATM Aplicaciones ATM Bibliografía y referencias Apéndice Equipos ATM

4 MODO DE TRANSFERENCIA ASINCRONA (ATM) 1. INTRODUCCIÓN La tecnología ATM empezó a desarrollarse en los primeros años de la década de los 80, y es alrededor de 1992 cuando comienza su despegue industrial. ATM 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 (Wide Area Network) 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 (ATM LANE), 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, por lo que este tutorial se dedica a conocerlo en más detalle. 2. Qué es ATM? EL acrónimo ATM son las siglas en inglés de Asynchronous Transfer Mode, cuyo significado en español se traduce como Modo de Transferencia Asíncrona. ATM es una tecnología de conmutación y multiplexado de alta velocidad, utilizado tanto para redes LAN y WAN, trasmite diferentes tipos de tráfico simultáneamente, incluyendo voz, video y datos. La clave para esta flexibilidad es una Capa de Adaptación ATM (AAL) que mapea varios protocolos superiores y servicios sobre la capa ATM. La tecnología ATM permite la integración de los servicios orientados y no orientados a conexión. La integración de estos servicios en una única red, reduce enormemente los costes en infraestructura y en personal de operación y mantenimiento en las operadoras de telecomunicaciones. ATM utiliza multiplexación asíncrona por división de tiempo y codifica los datos en paquetes pequeños de tamaño fijo llamadas celdas. Una celda se procesa de forma asíncrona con respecto a otras células relacionadas y se pone en cola antes de ser multiplexados sobre la ruta de transmisión. Proporciona ancho de banda escalable, que va desde los 2 Mbps a los 10 Gbps; velocidades muy superiores a los 64 Kbps como máximo que ofrece X.25 o a los 2 Mbps de Frame Relay. Además, ATM es más eficiente que las tecnologías síncronas, tales como la multiplexación por división 4

5 en el tiempo o TDM (Time Division Multiplexing) en la que se basan PDH y SDH. Puesto que ATM es asíncrono, las ranuras temporales están disponibles bajo demanda con información identificando la fuente de la transmisión contenida en la cabecera de cada celda ATM. La celda utilizada con ATM es relativamente pequeña en comparación con las unidades utilizadas con las tecnologías más antiguas. ATM se expresa a algunas veces por medio de niveles OC (Optical Carrier), escrito como OCxxx. Los niveles de rendimiento más comunes para ATM de 155 Mbps (OC-3) y 622 Mbps (OC-12). ATM proteger la red y los sistemas finales del congestionamiento, a fin de ofrecer un nivel de calidad de servicio especificada y garantizada. A fin de aprovechar al máximo la capacidad de los sistemas de transmisión, sean estos de cable o radioeléctrico, la información no es transmitida y conmutada a través de Canals asignados en permanencia, sino en forma de cortos paquetes (celdas ATM) de longitud constante y que pueden ser enrutadas individualmente mediante el uso de los denominados canales virtuales y trayectos virtuales. 3. Funcionamiento Es una técnica de conmutación estándar, diseñado para unificar las telecomunicaciones y redes informáticas. Utiliza asíncrono Time-División Multiplexing, y codifica los datos en pequeñas y de tamaño fijo células. ATM proporciona la capa de enlace de datos servicios que se ejecutan en una amplia gama de OSI capa física enlaces. ATM tiene similitud funcional tanto con conmutación de circuitos y redes de conmutación de redes de paquetes pequeños. Fue diseñado para una red que debe manejar tanto tradicionales como de alto rendimiento del tráfico de datos (por ejemplo, transferencia de archivos), y en tiempo real, de baja latencia de contenidos tales como voz y vídeo. ATM utiliza una orientada a la conexión del modelo en el que un circuito virtual debe establecerse entre dos puntos finales antes de que el intercambio de datos de que comience. Una conexión ATM, consiste de "celdas" de información contenidos en un circuito virtual (VC). Estas celdas provienen de diferentes fuentes representadas como generadores de bits a tasas de transferencia constantes como la voz y a tasas variables tipo ráfagas (bursty traffic) como los datos. Cada celda compuesta por 53 bytes, de los cuales 48 (opcionalmente 44) son para trasiego de información y los restantes para uso de campos de control (cabecera) con información de "quién soy" y "donde voy"; es identificada por un "virtual circuit identifier" VCI y un "virtual path identifier" VPI dentro de esos campos de control, que incluyen tanto el enrutamiento de 5

6 celdas como el tipo de conexión. La organización de la cabecera (header) variará levemente dependiendo de sí la información relacionada es para interfaces de red a red o de usuario a red. Las celdas son enrutadas individualmente a través de los conmutadores basados en estos identificadores, los cuales tienen significado local - ya que pueden ser cambiados de interface a interface. ATM es un protocolo básico usado en el SONET / SDH columna vertebral de la red telefónica pública conmutada (PSTN) y Integrated Services Digital Network (ISDN), pero su uso está disminuyendo en favor de Todas las direcciones IP. 4. Características Las principales características de ATM son: - no hay control de flujo ni recuperación de errores extremo - opera en modo orientado a conexión - tiene una baja sobrecarga de información en la cabecera que permite altas velocidades de conmutación - tiene un campo de información relativamente pequeño que reduce el tamaño de las colas y el retardo en las mismas - utiliza paquetes de longitud fija que simplifica la conmutación de datos a alta velocidad. 5. Velocidades de ATM La alta velocidad a la que opera el conmutador (de 150 a 600 Mbps). El comportamiento estadístico del tráfico de celdas ATM, que debe soportar un sistema de conmutación ATM. El ATM Forum, grupo de fabricantes y usuarios dedicado al análisis y avances de ATM, ha aprobado cuatro velocidades UNI (User Network Interfaces) para ATM: 6

7 DS3 ( Mbit/s), SONET STS3c ( Mbit/s) y 100 Mbit/s para UNI privados y 155 Mbit/s para UNI privadas. UNI privadas se refieren a la interconexión de usuarios ATM con un switch ATM privado que es manejado como parte de la misma red corporativa. Aunque la tasa de datos original para ATM fue de 45 Mbit/s especificado para redes de operadores (carriers) con redes T3 existentes, velocidades UNI adicionales se han venido evaluando y están ofreciéndose. También hay un alto interés en interfases, para velocidades EI (2Mbps) y T1 (1,544 Mbps) para accesos ATM de baja velocidad. La capa ATM; define la estructura de la celda y cómo las celdas fluyen sobre las conexiones lógicas en una red ATM, esta capa es independiente del servicio 6. Circuitos que establece ATM Los circuitos que establece ATM son de dos tipos: caminos virtuales y circuitos virtuales, que son la unión de un conjunto de caminos virtuales. El funcionamiento básico de un conmutador ATM es el siguiente: una vez recibida una celda a través de un camino o circuito virtual asigna un puerto de salida y un número de camino o circuito a la celda en función del valor almacenado en una tabla dinámica interna. Posteriormente retransmite la celda por el enlace de salida y con el identificador de camino o circuito correspondiente. 7. Tipos de conexiones en ATM Existen principalmente cuatro tipos de conexiones en ATM: Conexiones virtuales permanentes: La conexión se efectúa por mecanismos extremos, principalmente a través del gestor de red, por medio del cual se programan los elementos de conmutación entre fuente y destino. Conexiones virtuales conmutadas: La conexión se efectúa por medio de un protocolo de señalización de manera automática. Este tipo de conexión es la utilizada habitualmente por los protocolos de nivel superior cuando operan con ATM. Dentro de estas conexiones se pueden establecer dos configuraciones distintas: o Conexión punto a punto: Se conectan dos sistemas finales ATM entre sí, con una comunicación uni o bidireccional. o Conexión punto multipunto: Conecta un dispositivo final como fuente con múltiples destinos finales, en una comunicación unidireccional. 7

8 8. Conexiones Virtuales Las redes ATM son básicamente orientadas a conexión, lo cual significa que un canal virtual VC debe ser abierto por entre la red ATM previamente antes de cualquier transferencia de datos. (Un canal virtual viene siendo equivalente a un circuito virtual.) Existen dos tipo de conexiones virtuales en la ATM: Rutas virtuales (virtual paths, VPs), consisten de un conjunto de canales virtuales y son señaladas por los identificadores de rutas virtuales (virtual path identifiers, VPIs) en los encabezados de celda ATM. Canales virtuales (virtual channels,vcs), Es un tubo de información unidireccional constituido por el concatenamiento de una secuencia elementos de conexión; Estos son señalados por una conjunción de los VPIs y los identificadores de canal virtuales (virtual channel identifier VCIs) en los encabezados de celda ATM. Una ruta virtual es un grupo de canales virtuales, todos los cuales son comutados transparentemente atraves de la red ATM con un VPI común. Todos los VPIs y los VCIs tienen un signifcado local atravez de un enlace en particular, y son ajustados apropiadamente en cada Switch Una ruta de transmisión es el medio físico que transmporta tanto los canales como las rutas virtuales. En la siguiente imagen se demuestra como los VCs se concatenan para crear VPs, el cual viaja por la ruta de transmisión. La técnica ATM multiplexa muchas celdas de circuitos virtuales en una ruta (path) virtual colocándolas en particiones (slots), similar a la técnica TDM. Sin embargo, ATM llena cada slot con celdas de un circuito virtual a la primera oportunidad, similar a la operación de una red conmutada de paquetes. La figura No.2 describe los procesos de conmutación implícitos los VC switches y los VP switches. 8

9 Diferentes categorías de tráfico son convertidas en celdas ATM vía la capa de adaptación de ATM (AAL - ATM Adaptation Layer), de acuerdo con el protocolo usado. 9. Interfaces de la Red ATM Los canales Virtuales y Rutas Virtuales, están materializado en dos identificadores en el header de cada celda, define el protocolo orientado a conexión que las transmite y dos tipos de formato de celda: Los conmutadores ATM soportan dos tipos primarios de interfaces: UNI (User to Network Interface). La interfaz UNI conecta sistemas finales ATM (tales como servidores y routers) a un conmutador ATM. NNI (Network to Network Interface). Conecta dos conmutadores ATM. de una empresa pública o privada con una terminal ATM de un usuario normal, siendo este último el más utilizado. 9

10 Los dispositivos ATM utilizan un formato de direcciones NSAP (Network Service Access Point) 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. 10. Formato básico de la celda ATM 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. Están 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. 10

11 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 en la se muestran en la siguiente Figura. Como se puede comprobar, la cabecera contiene la siguiente información: Cabecera UNI Cabecera NNI 11

12 - VCI (Identificador de canal virtual) Campo de 16 bits empleado para fines de identificación/enrutamiento dentro de la red. - VPI (Identificador de camino virtual). 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 - PTI (Identificador del tipo de carga). nos indica el tipo de información que lleva la celda, en el primer bit si la celda contiene datos de usuario o datos de control, 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. - CLP (Prioridad de pérdida de celda). nos indica si la celda debe ser descartada en el caso de que haya congestión en su tránsito por la red. Si el CLP=1 indica baja prioridad, la celda debe ser descartada CLP=0 indica alta prioridad, - HEC (Campo de control de errores). 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. - GFC (Campo de control de flujo genérico). Sólo está presente en celdas transferidas a través de la interfaz usuario-red (La cabecera UNI) se incluye para que un conmutador/rcu local pueda controlar el flujo de la introducción de celdas en la red por parte del usuario, a diferencia de la NNI, no llevan este campo 11. Modelos de capas ATM 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. Las celdas ATM pueden ser transportadas en redes SONET, SDH, T3/E3, T1/E1 o aún en módems de 9600 bps. 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 12

13 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 tercer capa es la ATM Adaptation Layer (AAL). La AAL juega un rol clave en el manejo de múltiples tipos de tráfico para usar la red ATM, y es dependiente del servicio. Específicamente, su trabajo es adaptar los servicios dados por la capa ATM a aquellos servicios que son requeridos por las capas más altas, tales como emulación de circuitos, (circuit emulation), vídeo, audio, frame relay, etc. es semejante al nivel de enlace de datos del modelo de referencia OSI. La información transportada por la capa de adaptación se divide en cuatro clases según las propiedades siguientes: o o o Que la información que esta siendo transportada dependa o no del tiempo. Tasa de bit constante/variable. Modo de conexión. 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 en cuatro tipos diferentes de AAL: AAL1, AAL2, AAL3/4 Y AAL5. Para que adapten el flujo de celdas ATM a un flujo con las características requeridas por cada uno de ellos. CAPAS AAL AAL1: AAL2: AAL3/4: se usa para transferir tasas de bits constantes que dependen del tiempo. Debe enviar por lo tanto información que regule el tiempo con los datos. provee recuperación de errores e indica la información con errores que no podrá ser recuperada. se usa para transferir datos con tasa de bits variable que dependen del tiempo. Envía la información del tiempo conjuntamente con los datos para que esta puede recuperarse en el destino. Provee recuperación de errores e indica la información que no puede recuperarse. se diseña para transferir los datos con tasa de bits variable que son independientes del tiempo. puede ser dividido en dos modos de operación: 13

14 o Fiable: En caso de perdida o mala recepción de datos estos vuelven a ser o enviados. El control de flujo es soportado. No fiable: La recuperación del error es dejado para capas mas altas y el control de flujo es opcional. AAL5: se diseña para transportar datos con tasa de bits variable independientes del tiempo. Es similar al AAL3 y también puede operar en transmisión fiable y o fiable. AAL-4 provee la capacidad de transferir datos fuera de una conexión explícita. AAL 2, AAL 3/4 y AAL 5 manejan varios tipos de servicios de datos sobre la base de tasas de bits variables tales como Switched Multimegabit Data Service (SMDS), Frame Relay o tráfico de redes de área local (LAN). 12. Dispositivos ATM Una red ATM está conformada por dispositivos llamados Switches ATM y puntos origen ATM. El Switch ATM es el responsable de el transito de una celda atravez de la red ATM. El trabajo de un Switch ATM está bien definido: - Primero recibe la celda proveniente del punto de origen ATM o de algún otro Switch ATM. - Luego lee y actualiza el encabezado de celda - Y rápidamente conmuta la celda hacia la interfaz de salida destinataria. La operación básica de un switch ATM se puede resumir de la siguiente manera: La celda es recibida por un enlace bajo un determinado valor de VCI y VPI. El Switch busca el valor de conexión en una tabla local de traducción para determinar el puerto o puertos de salida de la conexión y el nuevo valor de VPI /VCI de ese nuevo enlace. El switch retransmite la celda hacia ese enlace de salida con los 14

15 identificadores de conexión apropiados. Porque todos los VCIs y VPIs tienen un único significado en enlace particular, estos valores son reutilizados si es necesario para cada Switch. Un punto de origen ATM contiene también un adaptador de Red ATM. Ejemplos de puntos de origen ATM son routers, terminales de servicios digitales (DSUs), switches LAN, y coder-decoders de video (CODECs). 13. Aplicaciones ATM A continuación presentamos como aplicaciones de ATM: Asignatura: Videoconferencias, Broadcasting de vídeo, su servicio de LAN Emulation, su acceso de banda angosta tal como Frame Relay sobre ATM y el servicio de múltiples protocolos sobre ATM (Multiprotocol Over ATM -MPOA). 15

16 Bibliografía y referencias sequence=17&isallowed=y nr?utm_medium=push&utm_source=softonic&utm_campaign=5d d7b4-48e4-8c40-69e731efaf9e&utm_content= 16

17 Apéndice Equipos ATM Cisco MGX Multiservice Switch - PXM-1E Processor Switch Module - SRM-3T3 Marconi BXR Interfaz ATM para Router CISCO MGX 8830 MULTISERVICE SWITCH 17

18 EVALUACIÓN DEL DOCENTE CRITERIO DE EVALUACIÓN PUNTAJE CALIFICACIÓN 1 Entrega adecuada en plazo y medio Cumplimiento de la estructura del trabajo Uso de bibliografía adecuada Coherencia del documento Profundidad del análisis Redacción y ortografía adecuados Uso de gráficos e ilustraciones Creatividad y originalidad del trabajo Aporte humano, social y comunitario. 10 Calificación Final: /100 18