Introducción:

Desde hace muy pocos meses, y casi sin saber muy bien de que hablamos, ATM son palabras mayores y muy repetidas. Sin embargo, la realidad de ATM es muy distinta, en parte por su complejidad y conocimientos requeridos para su adecuada instalación, uso, y gestión; y por otro lado, por la falta de normalización y las consecuencias que ello ocasiona.

El "ATM Forum", organismo fundado en 1991 por compañías que deseaban fabricar y comercializar productos ATM, tuvo que tomar cartas en el asunto de la normalización, debido a que las organizaciones internacionales (ITU-TSS, antes CCITT), no llegaban a tiempo.

Como consorcio de empresas privadas, no puede "establecer normas", pero sí que puede acelerar el uso de productos y servicios ATM, logrando la rápida convergencia de especificaciones de interoperatibilidad y promoviendo la cooperación de la industria, entre otras actividades. Esa aceleración y unificación conlleva la posterior propuesta de normas "de facto", al ITU-TSS, para su aprobación.

Las redes de modo de transferencia asíncrona (Asynchronous Transfer Mode, ATM), surgen en 1986 como idea de un grupo de ingenieros de compañías telefónicas, como respuesta a una demanda de redes más rápidas y de mayor ancho de banda, para acomodarse a los crecimientos en los tamaños de ficheros y aplicaciones experimentados en el sector.

Los primeros resultados se hicieron públicos en 1988, con la publicación, por parte de CCITT, de unos estándares como parte de los "libros azules", relativos a una familia de redes troncales digitales basadas en fibra y con estrategias de multiplexado y conmutación para conectar dichos troncales.

Los troncales digitales de gran ancho de banda formaban una familia de enlaces de fibra conocidos como SDH (Synchronous Digital Hierarchy), también conocidos como SONET.

ATM es la tecnología empleada en SDH y SONET, para el multiplexado y la conmutación, un método para construir y operar redes, muy diferente a todas las tecnologías anteriores.

Tecnología:

ATM pretende resolver dos problemas: mayor ancho de banda y rápida conmutación que permita tomar bits de un enlace y llevarlos velozmente a otro enlace de la misma red.

Hasta la llegada de ATM, la clase de red implementada por una organización, dependía fundamentalmente de las distancias. Si las distancias son cortas, se emplean redes tipo LAN (red de área local). Para distancias mayores, se emplean enlaces WAN e incluso MAN. El problema, evidente, es que los equipos empleados en la LAN no son directamente operativos en la WAN o MAN, y se hace necesario el uso de una tecnología instalada entre ambas, como routers, con el consiguiente cambio de protocolos.

ATM, en cambio, se basa en enlaces SONET, constituyendo una familia de implementaciones de hardware, software y protocolos interoperables y estándares, que pueden proporcionar mayor ancho de banda cuando se requiera. Al basarse en las tecnologías de multiplexado y conmutación, se logran redes con unos retrasos insignificantes extremo a extremo.

La combinación de ATM y SONET proporciona las ventajas del gran ancho de banda de la fibra, y la velocidad de los nodos de la red, que depende solo de la capacidad de los propios sistemas. Por tanto, la filosofía de ATM es muy simple: una vez establecida la forma mas eficiente de enviar bits de un punto a otro de la red, no puede existir sistema o aplicación que pueda requerir mayor ancho de banda o menores retrasos.

La gran ventaja de ATM, su magia, es su potencial habilidad para mezclar diferentes tipos de redes (voz, vídeo, datos, ...) en una gran red físicamente no canalizada. Este método de multiplexar células ATM define el concepto de "modo de transferencia asíncrona", donde asíncrona se refiere a la habilidad de la red de enviar datos asociados con una conexión sólo mientras existan dichos datos.

En contraste, las redes canalizadas envían cadenas de bits para mantener la conexión o canal, a pesar de que no existan datos que transmitir en ese momento. Es la esencia de las redes síncronas.

La estructura de la cabecera de la célula ATM es la misma que la cabecera de la "B-ISDN User-Network Interface (UNI)", empleada en las comunicaciones RDSI.

La multiplexación de ATM ofrece una ventaja adicional, y es la posibilidad de que trabaje tanto en modo de circuitos como de paquetes. El modo de circuitos (por ejemplo, voz), se denomina también CBR o "Continuous Bit Rate"; el modo de paquetes, casi siempre datos, es denominado VBR ("Variable Bit Rate"). De este modo, se logra compatibilidad con el equipamiento de red existentes, así como con todos los servicios de red.

Las conexiones ATM, denominadas circuitos virtuales, pueden ser permanentes (PVC o Permanent Virtual Circuit), que operan como una línea física dedicada, creando una conexión permanente entre dos puntos de la red; o pueden ser conmutados (SVC o Switched Virtual Circuit), equivalentes a los de la red telefónica, donde las conexiones entre dos puntos de la red se establecen dinámicamente para cada transmisión.

Las células ATM son encaminadas entre dos puntos de la red a través de canales virtuales (VC o Virtual Channel) y caminos virtuales (VP o Virtual Path). Un canal virtual es la conexión entre dos entidades finales ATM, y ello conlleva el establecimiento de todos los enlaces necesarios para crear la comunicación entre dichas entidades.

Los caminos virtuales son grupos de canales virtuales que conectan dos puntos finales, incluyendo todos los enlaces asociados a través de la red ATM. Son un medio muy conveniente para agrupar el tráfico de todos los canales virtuales con idéntico destino.

Las diferentes funciones de la arquitectura ATM se distribuyen en capas que permiten una mejor gestión y convergencia de todas las funciones.

La capa física ATM define las interfaces y los protocolos de las tramas para la red ATM. Las implementaciones actuales soportan velocidades de 34 Mbits/seg. (E3), 45 Mbits/seg. (T3), 155 Mbits/seg. (OC-3), 1.544 Mbits/seg. (T1), 622 Mbits/seg. (OC-12). Aunque los límites aún no se han establecido, y por tanto esto son sólo algunas muestras de las posibilidades que se ofrecen.

La capa física se subdivide en dos subcapas: PM (Physical Medium o medio físico) y TC (Transmission Convergence o convergencia de transmisión). La subcapa PM proporciona las funciones de transferencia de bits y por tanto es específica al medio empleado, mientras la subcapa TC controla la transmisión de las tramas a través del medio físico.

La subcapa TC es el nivel más bajo y realiza cinco funciones específicas:

1. Generación/reconstrucción de la trama de transmisión, es decir, empaqueta las células en las tramas de transmisión (lado emisor) y las desempaqueta (lado del receptor).
2. Adaptación de la trama de transmisión, dado que los procesos siguientes requieren conocer el esquema de entramado empleado en el enlace.
3. Delimitación de las células, de modo que el receptor reconozca los límites de cada célula en la cadena de bits.
4. Secuencia de generación/verificación del HEC. El control de errores en ATM se emplea sólo en la cabecera de la célula, y se denomina control de errores de cabecera (HEC o Header Error Control). A través de un sólo byte, con posibilidad de corrección de errores de un solo bit. Con su verificación se logra que células fallidas sean conmutadas a destinos inadecuados.
5. Cell Rate Decoupling: Un servicio de datos a ráfagas puede perder mucho tiempo sin transmitir datos, y en otros momentos puede intentar enviar gran cantidad de datos al mismo tiempo (ráfagas). Durante los períodos de inactividad, la capa TC insertará células "vacías", en el lado del emisor, que serán retiradas en el lado receptor. Sólo las células "no vacías" son pasadas a la capa ATM.

La capa ATM define la estructura de la célula ATM y la señalización a través de las conexiones en una red ATM. Esta capa también crea las células ATM y permite el establecimiento y "destrucción" de las conexiones virtuales (VC y VP) en la red.

Como corazón de la red ATM, esta capa la define:

1. La capa ATM multiplexa (mezcla) células a través de un mismo enlace físico. Las células se distinguen en los nodos de la red (conmutadores ATM), y en los equipos destinatarios, porque los campos de la cabecera identifican los caminos virtuales y los canales virtuales.
2. La capa ATM traslada un identificador de camino virtual (VPI o Virtual Path Identifier) y un identificador de canal virtual (VCI o Virtual Channel Identifier) entrantes, en un enlace al par correcto VCI/VPI para el enlace de salida. Los valores se obtienen de una tabla en el conmutador, que previamente había sido obtenida en el momento de la conexión por mensajes de señalización.
3. En los extremos de la red, la capa ATM genera e interpreta las cabeceras de las células, y sólo el campo de "payload" es pasado a las capas superiores.
4. La capa ATM proporciona un mecanismo control de flujo genérico (GFC o Generic Flow Control) para el acceso al medio.

La capa de adaptación al medio (AAL) esta diseñada para proporcionar la conversión en células de los diferentes tipos de paquetes, necesaria para acomodar la mezcla de tipos de datos en una misma red. La AAL realiza las funciones de segmentación y reensamblado que componen la información de las capas de niveles superiores, como paquetes de datos de longitud variable en células ATM de longitud fija. Esta capa 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:

- 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.

- 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.

- 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 (transferencia de ficheros, backup, ...), en general transferencias cortas pero con grandes ráfagas de datos.

- AAL5, por último, es una versión más eficiente de la AAL3/4, diseñada para los requerimientos de redes locales de alta velocidad (paquetes, SMDS, ...), sin conexión y con servicios VBR.

En el futuro, se podrán especificar otros niveles, para cumplir con nuevos requisitos.

Las funciones AAL están organizadas en dos subcapas lógicas: la subcapa de convergencia (CS o Convergence Sublayer) y la subcapa de segmentación y reensamblado (SAR o Segmentation and Reassembly Sublayer). La subcapa CS opera en el punto de acceso del servicio y encapsula cualquier tipo de datos en un formato compatible ATM. Su configuración es dependiente del servicio de acceso (Frame Relay, SMDS, Cell Relay Service, ...).

La funcionalidad de las subcapas de convergencia y SAR debe de ser proporcionada en el equipamiento del cliente, como routers, DSU o gateways.

El punto más crítico, por el momento, todavía sin normalizar, y donde se presentan incompatibilidades entre productos de diferentes fabricantes, es la gestión de la configuración y el tráfico, absolutamente imprescindibles en una red de alta velocidad para llegar a prestaciones óptimas. Ello es absolutamente necesario en redes grandes donde se soportan multitud de tipos de datos, gran número de usuarios, mezclas de protocolos, y variedad de aplicaciones. Aunque están surgiendo estándares, deben estar completamente resueltos antes de que ATM sea una solución totalmente viable.

Aplicaciones y productos:

Como hemos visto, ATM puede ser la panacea, pero sin duda falta mucho por hacer y, sobretodo, normalizar.

Todos los tipos de redes actuales, LAN, WAN, MAN, y probablemente futuras, tienen su cabida dentro de una red ATM, y deben de considerarse complementarias.

Aplicaciones, por tanto, todas: multimedia, videoconferencia, emulación LAN/WAN/MAN, redes públicas y privadas, y todo tipo de servicios que queramos imaginar.

Productos, evidentemente hay que considerar las tarjetas adaptadoras, para todo tipo de buses: ISA, EISA, PCI, MCA, VME, S-Bus. No son muchas las compañías que en este momento las ofrecen: Fore, INTERPHASE, NET, Sun y SynOptics. Las mayores diferencias, además de los buses y sistemas operativos para los que están preparadas, sus prestaciones reales. Aunque ATM pueda ofrecer 155 Mbits/seg., la mayoría de los productos ofrecidos, bien por los sistemas en los que se emplean, bien por el diseño de las propias tarjetas adaptadoras, no llegan ni al 75% de esas velocidades.

Por supuesto, hay versiones de velocidades inferiores, incluso con cableado de cobre (51, 100 y 155 Mbits/seg.), incluso algún fabricante, como INTERPHASE, ofrece tarjetas en las que el módulo de adaptación al medio físico es independiente, por lo que se puede ir creciendo en velocidad aprovechando parte de la inversión de la tarjeta. Hay que tener en cuenta que el precio actual medio de una tarjeta ATM ronda las 350.000 Pesetas.

El mayor problema es el precio de los conmutadores, que hacen las funciones de "concentradores, multiplexores y conmutadores", si deseamos compararlos a equipos usados en otros tipos de redes más conocidas. En la actualidad tienen una valor medio de unos 7.000.000 de pesetas, en función del número de puertos. Estamos hablando de productos de muy altas prestaciones, pero fundamentales para el uso de esta tecnología, y de los que pocas firmas disponen en estos momentos: Fore, NET, SynOptics.

Sin duda, los precios son realmente exagerados, y ello se debe a los altos costes de inversión para llegar a un producto final, del que sólo se han vendido unas pocas unidades en el último año. Se calcula que existen, en todo el mundo, menos de dos millones de nodos ATM, muchos de ellos en las propias compañías suministradoras, en universidades, laboratorios, ... Ello nos da la respuesta de la razón de tan altos precios.

Por otro lado, cuando se pretende conectar una sola estación a la red ATM, o incluso varias sin que se requiera una comunicación local entre ellas, el uso de un conmutador es extraordinariamente desorbitado, y por el momento sólo un fabricante a ofrecido una solución válida. La solución de INTERPHASE se base en el uso de fibra monomodo para la conexión directa de una estación de trabajo situada hasta 30 Km. de distancia del conmutador de la compañía suministradora de la red pública ATM.

Tecnologías competitivas:

Evidentemente, ATM tiene sus limitaciones.

Ya hemos visto la más importante, por el momento, el precio, pero hay que contar con la dificultad de su tecnología, en parte debido a la multitud de servicios para la que ha sido diseñada, pero también es importante reconocer el poco tiempo que ha sido probada, especialmente en grandes redes, y la dificultad para su implementación en los equipamientos de redes actuales, por ser un concepto totalmente diferente. Y por último, dado que ATM es bueno para muchas cosas, ello no necesariamente implica que sea lo mejor ni lo mas apropiado en cada caso.

En realidad tampoco podemos afirmar que haya tecnologías que compitan, por el momento, con ATM. Y ello es así, en gran medida dado que ATM cubre muchas facetas actuales, y ocurrirá lo mismo con las futuras, muchas emergentes en la actualidad: Fast Ethernet es un claro ejemplo.

Podemos mencionar algunas, sin embargo: SMDS (Switched Multi-megabit Data Services), PTM (Packet Transfer Mode o modo de transferencia de paquetes), y en algunos casos Isochronous Ethernet y FDDI-2/FFOL.