Arquitectura y Funcionamiento de ATM: Celdas, Interfaces (UNI/NNI) y Capas AAL

Conceptos Fundamentales de ATM (Asynchronous Transfer Mode)

ATM: Modo de Transferencia Asíncrono

ATM es asíncrono porque las celdas son transmitidas a través de una red sin tener que ocupar fragmentos específicos de tiempo en la alineación de paquetes, a diferencia de las tramas E1/T1.

Las celdas ATM tienen un tamaño fijo de 53 bytes. De estos:

• 5 bytes constituyen la cabecera (Header), que contiene información crucial como VPI (Virtual Path Identifier), VCI (Virtual Channel Identifier), datos para la detección de errores, e indicación sobre si la celda está siendo utilizada.
• Los 48 bytes restantes se denominan Payload (Carga Útil). Aquí yacen los datos segmentados, incluyendo los protocolos AAL (ATM Adaptation Layer), que también son considerados datos de usuario.

Orientación a la Conexión

ATM está orientado a la conexión. Esto significa que, antes de la transferencia de datos, se debe establecer una conexión lógica (circuito virtual) entre dos puntos. Una vez aceptada la conexión, se puede iniciar la transferencia de datos en forma de celdas.

Ventajas Clave de ATM

1. Integración de Servicios: Permite la mezcla de diferentes tipos de datos (voz, datos y video) en una misma infraestructura.
2. Asignación Flexible de Velocidad: La velocidad puede ser dirigida a un usuario, grupo de trabajo o una red entera, ya que ATM no reserva posiciones específicas en una celda para tipos específicos de información.
3. Ancho de Banda Bajo Demanda: Su ancho de banda se adapta dinámicamente a las necesidades (Bandwidth on Demand).
4. Baja Latencia: La conmutación en ATM utiliza celdas de tamaño fijo, lo que elimina los retrasos variables (jitter) causados por el procesamiento de paquetes de tamaño variable en el software.
5. Escalabilidad.

Interfaces y Conmutación en Redes ATM

Tipos de Interfaces

Existen dos interfaces principales especificadas en ATM:

• UNI (User-Network Interface): Interfaz Usuario-Red. Conecta un dispositivo de usuario (terminal) a un conmutador (switch) ATM público o privado.
• NNI (Network-Network Interface): Interfaz Red-Red. Describe la conexión entre dos conmutadores ATM.

Detalles de la Interfaz UNI

La interfaz UNI presenta varias implementaciones de velocidad:

• UNI Públicas: 45 Mbps y 155 Mbps.
• UNI Privadas: 100 Mbps y dos variantes de 155 Mbps.

Para asegurar la interoperabilidad entre redes públicas y privadas, la interfaz de 155 Mbps (basada en estándares SDH/SONET) fue elegida como la interfaz estándar.

Identificadores de Conexión (VPI/VCI)

Cuando las celdas se segmentan, su cabecera contiene dos identificadores clave:

• VPI (Virtual Path Identifier): Indica el camino virtual fijo que debe seguir la celda entre dos enrutadores ATM.
• VCI (Virtual Channel Identifier): Identifica el canal virtual dentro del camino virtual (VPI) por el que se mueve la celda.

Al establecer la comunicación con una calidad de servicio deseada y un destino, se define un camino virtual que seguirán todas las celdas. Este camino es estático durante la comunicación; si un nodo intermedio falla, la comunicación se interrumpe.

Durante la transmisión, se reservan los recursos necesarios para garantizar la QoS al usuario. Cuando una celda llega a un conmutador ATM, este consulta su tabla de conmutación, modifica el encabezado (asignando un nuevo VPI/VCI) y la envía al siguiente nodo.

Modelo de Referencia de Protocolos ATM

El modelo de referencia de ATM se compone de tres capas principales:

1. Capa Física (Physical Layer)

   Define la forma en que las celdas se transportan a través de los medios físicos de la red. Es independiente del tipo de medio físico utilizado.

2. Capa ATM (ATM Layer)

   Proporciona un mecanismo de transporte único para múltiples opciones de servicio. Es independiente del tipo de información transmitida. En esta capa se gestionan los identificadores VPI/VCI y se definen las interfaces UNI y NNI.

3. Capa de Adaptación ATM (AAL - ATM Adaptation Layer)

   Proporciona las funciones orientadas al usuario que no son cubiertas por la Capa ATM. Permite que la Capa ATM transporte diferentes protocolos y servicios de capas superiores (como IP, voz o video).

Calidad de Servicio (QoS) y Capas de Adaptación (AAL)

La Capa de Adaptación ATM (AAL) se subdivide en varios tipos, cada uno diseñado para manejar diferentes clases de tráfico y requisitos de Calidad de Servicio (QoS):

• AAL1 (Constant Bit Rate - CBR)

  Soporta tráfico de Tasa de Bits Constante (CBR) y está orientado a la conexión. Ofrece alta prioridad y servicio garantizado. Se utiliza típicamente para aplicaciones sensibles al tiempo, como audio interactivo y videoconferencia.

• AAL2 (Real-Time Variable Bit Rate - rt-VBR)

  Soporta tráfico de Tasa de Bits Variable en Tiempo Real (rt-VBR), es síncrono y orientado a la conexión. Ofrece baja prioridad pero servicio garantizado. Se utiliza comúnmente para compresión de video.

• AAL3/4 (Non-Real-Time Variable Bit Rate - nrt-VBR)

  Soporta tráfico de Tasa de Bits Variable (VBR), orientado a la conexión y asíncrono. Ofrece alta prioridad pero servicio no garantizado. Ejemplos de uso incluyen Frame Relay (FR) o X.25.

• AAL5 (Simple and Efficient Adaptation Layer)

  Es la capa más utilizada, especialmente en entornos TCP/IP. Es similar a AAL3/4, ofreciendo baja prioridad y servicio no garantizado. Ejemplos de aplicación incluyen Ethernet sobre ATM y Emulación de LAN (LANE).