Se entiende al conjunto de canales virtuales que atraviesan multiplexadamente un tramo de la red ATM. Los VP facilitan la conmutación de los canales virtuales, pues conectan tramos enteros de la red ATM. De no existir por cada conexión entre usuarios obligaría a reelaborar todas las tablas de routing de los nodos atravesados lo cual supondría un incremento del tiempo necesario para establecer una conexión.
Sección Física (PS)
Conecta y proporciona continuidad digital entre los diferentes elementos que componen la red controlando el flujo de bits. Debe mantener en óptimas condiciones las señales físicas, eléctricas u ópticas regenerándolas cuando resultan afectadas por atenuaciones, ruido o distorsiones.
Bajo una perspectiva arquitectónica el ATM se divide en tres niveles que ocupan las capas 1 y parte de la 2 del modelo de referencia OSI:
Nivel de adaptación ATM (AAL)
Se encarga de las relaciones con el mundo externo. Acepta todo tipo de información heterogénea y la segmenta en paquetes de 48 bytes a la velocidad que fue generada por los usuarios. Sólo se encuentra en los puntos terminales de la red. Según el modelo OSI maneja, en el nivel 2, las conexiones entre la red ATM y los recursos no ATM pertenecientes a los usuarios finales.
Nivel Modo de Transferencia Asíncrona (ATM)
Encargado de construir las cabeceras de las células ATM, responsable del routing y el multiplexado de las células a través de los Canales y Rutas Virtuales. También es misión suya el control del flujo de datos y la detección de errores ocurridos en la cabecera aunque no en los datos.
Nivel físico (PL)
Es el nivel inferior encargado de controlar las señales físicas, ya sean ópticas o eléctricas, e independizarlas de los niveles superiores de protocolo adaptándolas al medio de transmisión y codificación utilizado. Puede soportar diversas configuraciones punto-a-punto y punto-a-multipunto. En una red ATM se distinguen dos tipos de nodos: los terminales que proporcionan los puntos de acceso a los usuarios finales y los nodos de conmutación responsables dentro de la red del routing de las células.
Nivel de Adaptación ATM (AAL)
Responsable de las relaciones con el mundo externo, por esta razón el nivel AAL sólo se encuentra en los nodos terminales de la red. Su misión es la de aceptar la información adaptando los niveles superiores de comunicación noATM a los formatos ATM. Son funciones del nivel AAL:
adaptación a la velocidad de los usuarios,
segmentación de los datos en células de 48 bytes (sin cabecera ATM)
detección células erróneas y perdidas,
mantenimiento del sincronismo entre terminales.
Figura 2
El Nivel de Adaptación ATM adapta cada tráfico a su velocidad inicial, segmenta/re ensambla la información en trozos de 48 bits, detecta celdas erróneas o perdidas, y mantiene el sincronismo entre los usuarios conectados.
Estructura de la Capa AAL
Internamente el AAL se divide en dos partes:
1. El subnivel de Convergencia (CS)
Es capa más externa y ejecuta funciones como la detección y demultiplexión de datos, detección de células perdidas y mantenimiento del sincronismo de la conexión.
2. El subnivel Segmentación y Reensamblado (SAR)
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.
Calidad de servicio (QoS).
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 Os 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.
TRÁFICO Y QoS
Una vez explicadas las características más esenciales de esta tecnología, así como su funcionamiento, entremos ya a definir cómo proporciona calidad de servicio el modo de transferencia asíncrono.
1.1Control del retardo
El retardo en una red ATM es determinado por diferentes partes en la red, las cuales individualmente contribuyen al retardo total. En la Figura siguiente se muestra una red puramente ATM.
Figura 3. Retardo en una red ATM
La información es ensamblada en celdas en el equipo terminal emisor y es desensamblada en el equipo terminal receptor. Internamente en la red, sólo existen celdas. De aquí, los parámetros que contribuyen al retardo total en la red son:
1. Retardo de transmisión (TD), denominado comúnmente retardo de propagación. Este retardo depende de la distancia entre los dos puntos y de la velocidad de propagación. Dependiendo del medio de transmisión empleado, el TD varía típicamente entre 4 y 5 ms por km. Este retardo es independiente del tipo de tecnología o modo de transferencia empleado.
2. Retardo de paquetización (PD). Este retardo es introducido cada vez que un servicio en tiempo real (tal como voz y video) es convertido en celdas y depende de la longitud del paquete y de la velocidad a la cual la fuente genera los bits.
3. Retardo de conmutación. En un switch ATM, el retardo de conmutación está compuesto de dos partes:
Retardo de conmutación fijo ( FD, Fixed Switching Delay), que como su nombre lo indica, es un retardo fijo. Este retardo es dependiente de la implementación, y es determinado por la transferencia interna de la celda a través del hardware del switch. Este retardo es el encontrado cuando el switch se encuentra con cero carga.
Retardo de la cola (QD, Queuing Delay), el cual es una parte variable determinada por las colas en el switch.
Como ya se explicó anteriormente, debido a que los switches ATM realizan la conmutación y el multiplexaje estadísticamente, es necesario el empleo de colas con la finalidad de evitar una excesiva pérdida de celdas. Dependiendo de la arquitectura del switch es posible que estas colas estén distribuidas en varias partes del switch. Estas colas introducen una fluctuación de fase en las conexiones que la atraviesan, ya que el tiempo de travesía de las celdas (duración de espera más tiempo de servicio) es aleatorio y depende de la ocupación de la cola (ésta es a su vez es dependiente del tráfico en la red). Este retardo es determinado por medio del comportamiento de las colas, el cual es caracterizado por una función pdf (probability density function) de la longitud de la cola.
Las aplicaciones interactivas en tiempo real (tal como la videoconferencia) son sensitivas a un retardo acumulativo, denominado latency en inglés. Por ejemplo, las redes telefónicas han sido construidas de tal manera que introduzcan hasta 400 ms de latencia ida y vuelta (round-trip) cuando se emplean canceladores de eco (sin canceladores de eco, es menos de 24 ms). De aquí, las redes que proveen aplicaciones multimedia que soportan audio y videoconferencia, deben ser también diseñadas con los mismos valores de demora.
Cuando la red provee un retardo variable para diferentes paquetes o celdas, entonces se habla de jitter.
1.2 Parámetros del tráfico
Enumeremos ahora los parámetros del tráfico, que permiten describir las características del tráfico de una fuente, de los que proporcionaremos posteriormente una descripción más detallada. Así tenemos:
Velocidad pico o de cresta (peak cell rate, PCR)
Velocidad media o sostenida (sustainable cell rate, SCR)
Longitud máxima de la ráfaga (maximum burst size, MBS)
Velocidad mínima (minimum cell rate, MCR)
1.3 Calidad de servicio o descriptores de tráfico
Uno de los principales beneficios de las redes ATM es que pueden proveer a los usuarios con una Calidad de Servicio (QoS) garantizada. Para poder realizar esto, el usuario debe informar a la red, durante el establecimiento de la conexión, de la clase de tráfico esperada que será transmitido en la conexión y del tipo de calidad de servicio que la conexión requiere. La clase esperada de tráfico es descrita por medio de una serie de parámetros de tráfico, mientras que la calidad de servicio de la conexión es especificada por una serie de parámetros QoS. El nodo origen debe informar a la red, durante el establecimiento de la conexión, de los parámetros de tráfico y de la deseada QoS para cada dirección de la conexión solicitada, ya que los mismos pueden ser diferentes en cada dirección de la conexión.
Para una conexión dada, los parámetros de tráfico de una fuente son agrupados en lo que se denomina descriptor del tráfico de la fuente, el cual a su vez es un componente del descriptor de tráfico de una conexión. Las redes ATM, por otro lado, también ofrecen una serie específica de categorías de servicio. El usuario debe solicitar a la red, durante el establecimiento de la conexión, una clase de servicio para esta conexión. Las categorías de servicio son empleadas para diferenciar entre diferentes tipos específicos de conexiones, en donde cada una de las mismas posee unas características de tráfico y de parámetros QoS particulares. Como resultado, se obtienen las características negociadas de una conexión, la cual constituye el contrato de tráfico.
Un descriptor del tráfico de una fuente es una agrupación de parámetros de tráfico para una conexión dada pertenecientes a una fuente ATM. Este descriptor es empleado durante el establecimiento de una conexión para capturar las características de tráfico intrínsecas de la conexión solicitada por la fuente particular.
El descriptor de tráfico de una conexión especifica las características de tráfico de una conexión. Este descriptor incluye el descriptor del tráfico de una fuente, la CDVT y la definición de conformidad, la cual es empleada para especificar las celdas conformes de una conexión. El descriptor del tráfico de la conexión contiene la información necesaria requerida para las pruebas de conformidad de las celdas de la conexión en la UNI.
En la Figura siguiente se muestra el proceso de control del tráfico junto con la serie de funciones asociadas a éste.
Figura 4. Funciones asociada con el control del tráfico
Durante el establecimiento de la conexión, el nodo solicitante informa a la red del tipo de servicio requerido, de los parámetros de tráfico del flujo de datos en cada dirección, la CDVT (cell delay variation tolerance) y de la QoS solicitados para cada dirección. En resumen, los descriptores del tráfico de una conexión según el ATMForum son:
Descriptor del tráfico de la fuente:
Velocidad pico o de cresta (peak cell rate, PCR)
Velocidad media o sostenida (sustainable cell rate, SCR)
Longitud máxima de la ráfaga (maximum burst size, MBS)
Velocidad mínima (minimum cell rate, MCR)
La CDVT (cell delay variation tolerance) o tolerancia de variación del retardo de células.
Definición de conformidad, basada en una o más aplicaciones del algoritmo de tasa de células genéricas o GCRA (generic cell rate algorithm).
CDVT es un parámetro de la función de vigilancia (UPC) e indica cómo de tolerante puede ser la función de vigilancia al fenómeno de cell clumping. Es utilizado en conjunto con el monitoreo de la PCR y de la SCR para asegurar que las celdas que fueron generadas en el intervalo apropiado, pero que han sufrido de una CDV positiva, también sean vistas como conformes a los descriptores de tráfico.
Categorías de servicio
ATM ha sido concebido como una tecnología multiservicio. Debido a la presencia de una variedad de tipos de tráfico y a la necesidad de asignar adecuadamente los recursos de la red para cada componente de tráfico, es que han sido definidas las categorías de servicio dentro de la capa ATM.
La introducción de nuevas categorías de servicio ATM tiene como finalidad el incrementar los beneficios de ATM, permitiendo que ésta tecnología sea adecuada para una gama de aplicaciones ilimitada. Una red ATM puede proveer VPCs y VCCs con diferentes niveles de servicio. La idea de negociar, para cada conexión, el comportamiento esperado por la capa ATM en términos de tráfico y desempeño, permite a los usuarios optimizar los requerimientos de la aplicación versus las capacidades de la red. En otras palabras, las Categorías de Servicio permiten al usuario el seleccionar combinaciones específicas de parámetros de tráfico y de desempeño.
Funciones tales como CAC, UPC, Controles de Feedback, Asignación de Recursos, etc., disponibles dentro de los equipos ATM, son generalmente estructurados de forma diferente de acuerdo con cada Categoría de Servicio.
Las categorías de servicio ATM han sido definidas por las organizaciones de estandarización ITU-T y por el ATM Forum. La arquitectura de servicios provista en la capa ATM consiste de cinco categorías de servicios, en donde cada categoría de servicio está designada para un grupo particular de aplicaciones:
Constant Bit Rate (CBR)
Variable Bit Rate (VBR)
Variable Bit Rate-Real Time (rt-VBR)
Variable Bit Rate-Non Real Time (nrt-VBR)
(rt-VBR y nrt-VBR son definidas en el ATM Forum Traffic Management Specification versión 4)
Available Bit Rate (ABR)
Unspecified Bit Rate (UBR)
Guaranteed Frame Rate (GFR)
Estas categorías se empleadas para diferenciar entre diferentes tipos específicos de conexiones, en donde cada una de las mismas posee unas características de tráfico y de parámetros QoS particulares. En otras palabras, para conexiones CBR solo PCR y CDVT están definidos.
En la Tabla siguiente se muestra la relación entre las categorías de servicio, las clases QoS y las clases ITU-T.
Categorías de servicio | Clases QoS | Clases ITU-T | Aplicaciones Típicas | |
CBR | 1 | A | Emulación de circuito, video con velocidad constante, ejemplo: E1, T1 | |
VBR (equivalente a rt-VBR) | 2 | B | Audio y video con compresión y velocidad variable, ejemplo: JPEG | |
VBR (equivalente a nrt-VBR) | 3 | C | Transferencia de datos orientado a conexión, ejemplo: Frame Relay | |
ABR | 4 | D | Tráfico LAN, IP y Emulación LAN Transferencia de datos sin conexión, ejemplo: SMDS | |
UBR | 0 Sin especificar | X | Transferencia no garantizada / con baja calidad | |
GFR | X | X | TCP/IP | |
Tabla. Relación entre categorías de servicio, clases QoS y clases ITU-T
2.1 Servicio CBR
La categoría de servicio CBR es empleada por conexiones que requieren de una cantidad de ancho de banda constante (estática), la cual está continuamente disponible durante el tiempo de vida de la conexión. Esta cantidad de ancho de banda está caracterizada por el valor PCR. La red garantiza una velocidad de celda de cresta (PCR), la cual es la máxima velocidad de datos que la conexión ATM puede soportar sin riesgos de pérdida de celdas. La fuente puede emitir celdas a una PCR negociada, igual o menor que la misma, durante cualquier período de tiempo y duración, teniéndose el compromiso de la QoS.
Cuando una aplicación negocia la clase de servicio CBR, la misma solicita un límite en la tolerancia de la variación del retardo de la celda (CDV), la cual especifica el máximo jitter que la transmisión puede soportar y todavía mantener los datos intactos.
El servicio CBR soporta aplicaciones en tiempo real que requieren una determinada variación de retardo CTD y CDV (tales como, voz, video, emulación de circuitos), pero no necesariamente están restringidos a estas aplicaciones.
El principal compromiso que la red debe mantener es que una vez que la conexión ha sido establecida, la QoS negociada debe ser asegurada para todas las celdas conformes. Se asume que las celdas que son retardadas más allá del valor especificado por la CTD deben ser de valor muy poco significativo para la aplicación.
2.2 Servicio rt-VBR
Esta categoría de servicio soporta aplicaciones en tiempo real, que requieren un determinado retardo (CDT) y variación de retardo (CDV).
Las conexiones rt-VBR están caracterizadas en términos de una PCR, SCR y MBS. Se espera que las fuentes transmitan a una velocidad que puede variar con el tiempo. Asimismo, la fuente puede ser descrita como "bursty".
Esta clase de servicio puede ser empleada en aplicaciones de compresión de video con velocidad variable.
Se asume que las celdas que son retardadas más allá del valor especificado por la CTD deben ser de valor muy poco significativo para la aplicación. El servicio VBR-rt puede soportar el multiplexaje estadístico de fuentes de tiempo real.
2.3Servicio nrt-VBR
La categoría nrt-VBR soporta aplicaciones que no son en tiempo real y cuyas características de tráfico son en ráfagas. Es caracterizada por una PCR, SCR y MBS.
Para aquellas celdas que son transferidas de acuerdo al contrato de tráfico, se espera una pérdida de celdas (CLR) muy baja, pero no posee un límite de retardo asociado (CTD o CDV). El servicio VBR-nrt puede soportar el multiplexaje estadístico de conexiones.
Esta clase de servicio puede ser utilizada para el internetworking con Frame Relay, en donde la CIR (committed information rate) de las conexiones es mapeada dentro de un ancho de banda garantizado por la red ATM.
2.4 Servicio ABR
Está diseñada para soportar aplicaciones que no pueden caracterizar efectivamente su comportamiento de tráfico durante el establecimiento de la conexión, pero que pueden adaptar su tráfico, bien sea incrementando o reduciendo su velocidad de transmisión. Para esto ABR emplea un mecanismo de control de flujo el cual soporta diversos tipos de feedback para controlar la velocidad de la fuente en respuesta a cambios en las características de transferencia de la capa ATM. Este feedback es transmitido hacia la fuente a través de celdas de control específicas llamadas Resource Management Cells (RM-cells). Aunque ningún parámetro QoS especifico es negociado, se espera que los sistemas finales, los cuales adaptan su tráfico de acuerdo con el feedback, experimentarán una relación de pérdidas de celdas (CLR) baja y podrán compartir equitativamente el ancho de banda disponible de acuerdo con normas o criterios de asignación específicos de la red. La categoría de servicio ABR no está planificada para soportar aplicaciones en tiempo real, por lo tanto, no requieren un determinado retardo (CTD) o variación de retardo (CDV). A pesar de que Cell Delay Variation (CDV) no es controlado en este servicio, las celdas admitidas no son retardadas innecesariamente.
El sistema final, durante el establecimiento de la conexión ABR, debe especificar a la red dos valores:
El máximo ancho de banda requerido, denominado PCR.
El mínimo ancho de banda a utilizar, denominado MCR. MCR puede ser cero.
ABR está diseñado para mapear los protocolos LAN existentes, los cuales emplean tanto ancho de banda como sea disponible desde la red, el cual puede ser retrocedido o almacenado en buffer en presencia de congestión. Debido a esto ABR es ideal para el tráfico LAN a través de redes ATM.
2.5 Servicio UBR
La categoría de servicio UBR soporta aplicaciones que no son críticas, que no son en tiempo real, y que por lo tanto, no requieren un determinado retardo o variación de retardo. Ejemplo de tales aplicaciones son aplicaciones tradicionales de comunicación entre computadores, tales como file transfer o e-mail. El servicio UBR soporta un alto grado de multiplexaje estadístico entre fuentes.
UBR no ofrece ningún servicio garantizado. No existe ningún compromiso numérico en cuanto a garantía en pérdida de celdas (CLR) o la existencia de un límite superior de retardo (CTD), por lo tanto, no requiere de ningún conocimiento previo sobre las características del tráfico. Una red puedo o no aplicar la PCR a las funciones CAC y UPC. En el caso en que la red no haga cumplir la PCR, el valor PCR es sólo para información. Cuando la PCR no se hace cumplir, es todavía de ayuda el negociar la PCR, ya que esto le permite a la fuente el descubrir la limitación de ancho de banda más pequeña en el camino de la conexión. El control de congestión en UBR puede ser realizado en capas superiores o empleando una base extremo a extremo.
2.6 Servicio GFR
El servicio de Trama Garantizada (ATM Guaranteed Frame Rate (GFR)) ha sido creado para mejorar el tráfico best effort (mejor servicio) en un mínimo de garantías de rendimiento. Los dispositivos de los bordes de la red que conectan redes LANs con una red ATM pueden usar este servicio GFR para transportas múltiples conexiones TCP/IP sobre un simple circuito virtual GFR. Estos dispositivos multiplexarán normalmente los circuitos virtuales dentro de una sola cola FIFO. Se ha demostrado que este tipo de cola no es suficiente para proporcionar unas mínimas garantías, por lo que el encolado vía circuito virtual con GFR es necesario.
Este servicio ha sido propuesto recientemente por ATM para mejorar el servicio UBR GFR, tal y como se ha mencionado, proporciona un mínimo de tasa de garantías al circuito virtual a nivel de trama, permitiendo además el uso de ancho de banda extra de la red y es usado por aquellas aplicaciones que no pueden cumplir los requerimientos de VBR ni tienen la capacidad de ABR.
La Tabla siguiente provee una lista de los atributos ATM (parámetros de tráfico, parámetros QoS y características de feedback) para algunas de las categorías de servicio expuestas e indica si éstos son soportados o no para cada una de las categorías de servicio.
Tabla. Categorías de servicio y los parámetros aplicables
En donde: n.a.: no aplicable y n.e.: no especificado
En las siguientes tablas se muestran valores típicos de los parámetros de desempeño que han sido definidos en estándares, tales como Bellcore, así como el tipo de garantías proporcionadas por las categorías de servicio.
Tabla. Objetivos QoS para las categorías de servicio de la capa ATM
Clase de servicio | Garantía de ancho de banda | Garantía de variación de retardo | Garantía de caudal de tráfico (throughput) |
CBR | Si | Si | Si |
VBR | Si | Si | Si |
UBR | No | No | No |
ABR | Si | No | Si |
RECOMENDACIONES
A pesar de que ATM ofrece altos estándares de calidad de servicio, diversas funcionalidades de acuerdo a las necesidades del cliente y la mayoría de empresas de telecomunicaciones o transmisiones de datos del medio la tienen en su implementación. Las redes ATM han ido perdiendo presencia en el mercado a tal punto que la mayoría las está cambiando hacia aplicaciones IP, obviamente los costos han tenido mucho que ver en ese tema. Y a pesar que en este diseño se plante{o el uso de ATM en backbone por ventajas ya explicadas, se recomienda considerar estudios económicos para migrar a las tendencias actuales, todo sobre IP o a su vez redes MPLS.
Se recomienda ampliar este servicio a todos los nodos que constituyen la infraestructura del carrier extendiendo el servicio hacia una mayor cantidad de usuarios y zonas interconectándose a través del anillo de fibra, en lo cual dependiendo de la ubicación del usuario se escogerá la mejor ruta.
Para este fin se recomienda analizar la distribución de los servidores, determinando si se incorporan más equipos en un solo nodo o se decide usar arquitectura distribuida, para evitar la saturación de tráfico en el backbone
CONCLUSION
Las redes ATM tienen por lo general beneficios y uno q sobresaldría entre ellos es que le puede proveer a los usuarios una calidad de servicios garantizada (QoS garantizada), informando el usuario a la red, durante el establecimiento de la conexión, de la clase de tráfico esperada que será transmitido en la conexión y del tipo de calidad de servicio que la conexión requiere.
Además de estas características ATM incluye en su concepción diversos mecanismos de control o herramientas, análogas a las descritas anteriormente que permiten gestionar su funcionamiento para la obtención de calidad de servicio.
INFOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Calidad_de_servicio
http://www.opalsoft.net/qos/Spanish-QOS.htm
http://html.rincondelvago.com/atm-asynchronous-transfer-mode_1.html
http://qos.iespana.es/capitulo6.html
http://www.monografias.com/trabajos/atm/atm.shtml
Autor:
Ricardo Reyes
Jose Ruiz
Franklin Vasquez
Grupo:4 año
Fecha: 11 de noviembre de 2010
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