Introduzione e funzionamento del protocollo ATM -Schema generale rete ATM

Introduzione e funzionamento del protocollo ATM

ATM nel mondo delle telecomunicazioni ha il significato di modalità di trasferimento asincrono (Asynchronous Transfer Mode): si tratta di una modalità di commutazione di pacchetto ad alta velocità.
La parola asincrono viene utilizzata perché ATM consente il funzionamento indipendente dal clock del mittente e da quello del destinatario.
Una delle possibilità speciali fornite da ATM è che essa garantisce un trasporto corretto di qualunque servizio (voce, dati, ecc.) indipendentemente dalle caratteristiche del servizio originario in termini di velocità di trasmissione, requisiti di qualità o la natura impulsiva del traffico coinvolto. Questo è dato dal fatto che le celle ATM sono di dimensione unica, quindi l'instradazione, l'aggiunta, il prelievo e la multiplazione delle celle ATM possono essere effettuate più velocemente senza preoccuparsi dell'informazione trasportata al loro interno. Inoltre ATM può essere applicata in un qualunque ambiente di rete, il che la rende la tecnologia delle reti future, come è stato il PCM (Pulse Code Modulation) nelle reti odierne.
ATM ha le medesime caratteristiche di base della commutazione di pacchetto, ma anche le particolarità, riguardanti il ritardo, della tecnologia di commutazione di circuito; questa combinazione è ottenuta riducendo al minimo le funzionalità di rete.

I principali vantaggi che ATM offre sono:

• Flessibilità - ATM può essere facilmente ampliata per servizi futuri
• Efficienza nell'utilizzo delle risorse a sua disposizione
• E' una rete universale ma semplice
• Riduzione dei costi di funzionamento, amministrazione e manutenzione
• Riduzione dei costi di trasporto (grazie alla multiplazione statistica)
• Disponibilità dinamica della banda

A volte il modo migliore di trattare grossi blocchi di informazioni è spezzarli in unità, più piccole possibili, che risultino così facilmente maneggiabili. ATM non si interessa di cosa rappresenti l'informazione o di quale sia la sua forma, semplicemente la spezza in pacchetti o celle tutti di uguale dimensione, ai quali attacca un'intestazione affinché il pacchetto possa essere portato a destinazione. Queste intestazioni in ATM hanno un compito molto limitato, quindi possono essere processate dalla rete senza ritardi.

In una rete ATM, più sorgenti vengono combinate o multiplate su uno stesso collegamento. In una rete convenzionale a multiplazione a divisioni di tempo (TDM - Time Division Multiplexing) la banda efficace è semplicemente la somma delle bande delle singole sorgenti: se due sorgenti hanno bande di B₁ bps e di B₂ bps, la loro banda è (B₁ + B₂) bps.
Tuttavia in una rete ATM la banda effettiva delle singole stazioni è di B_EFF bps, con B_EFF < (B₁ + B₂) poiché tutta l'informazione in bit è compattata nelle celle ATM. A valle, il commutatore ATM multipla le celle che contengono informazioni valide, eliminando quelle che sono vuote o che non risultano valide; in questa maniera si riduce la banda effettiva e la stessa banda può trasportare il traffico di più utenti.

Il commutatore ATM non fa differenze a seconda del tipo di traffico trasportato dalla cella; tutto ciò che sa è che possiede una porta d'ingresso, dalla quale arrivano le celle, ed una porta di destinazione, verso la quale le celle devono essere mandate.

Nell'implementazione del protocollo, per quanto riguarda la dimensione delle celle, entrarono in gioco varie considerazioni; le più importanti furono:

• Efficienza di trasmissione - più grande è il pacchetto, più elevato è il ritardo. Più piccolo è il pacchetto, più elevato è il carico aggiunto all'informazione in percentuale.
• Ritardo - un pacchetto viene sottoposto a diversi ritardi: il semplice ritardo di transito del pacchetto, il ritardo di attesa in coda ad ogni nodo di commutazione, fluttuazioni varie, pacchettizzazione e depachettizzazione,ecc
• Complessità implementativa

Molti altri fattori contrastanti oltre quelli appena citati influenzarono la scelta delle dimensioni delle celle; alla fine dopo lunghi dibattiti la decisione finale è stata di restare fra i 32 e i 64 byte. Venne raggiunto un compromesso di 48 byte per i dati, con l'aggiunta di 5 byte per l'intestazione. Nelle attuali reti ATM vengono instradate celle da 53 byte.

Secondo quanto detto prima, uno dei vantaggi del protocollo ATM è di richiedere alla rete poche operazioni, come si deduce dall'utilizzo di un'intestazione piuttosto corta: ovviamente la ragione di questa dimensione ridotta risiede nel desiderio di semplificare le operazioni di elaborazione e di commutazione nella rete.

L'intestazione di una cella ATM (i primi 5 byte) è formata da 6 campi distinti che hanno dimensioni diverse a seconda delle loro funzioni:

GFC - Controllo Generico di Flusso (Generic Flow Control)

VCI - Identificatore di Canale Virtuale (Virtual Channel Identifier)

VPI - Identificatore di Percorso Virtuale (Virtual Path Identifier)

PT - Tipo di Carico Utile (Payload Type)

CLP - Priorità di Perdita di Cella (Cell Loss Priority)

HEC - Controllo di Errore dell'Intestazione (Header Error Control)

I più importanti fra questi campi sono il VPI ed il VCI, impiegati per indirizzare l'informazione lungo la rete ATM: in pratica identificano gerarchicamente il circuito virtuale da una stazione, o un nodo, al successivo specificando il circuito e l'insieme dei circuiti a cui esso appartiene.

All'interno dell'intestazione di cella ATM vi sono due formati: quello di interfaccia utente-rete (formato UNI - User to Network Interface), che è il formato di intestazione per le celle scambiate fra l'utente e la rete, e quello di interfaccia rete-a-rete (formato NNI - Network-to-Network Interface), che è il formato per le celle scambiate tra i nodi di commutazione.

Sino ad ora abbiamo visto ATM come tecnologia ed insieme di concetti: ora vediamo come una simile tecnologia possa essere applicata per offrire un servizio.
Un utente può ottenere il servizio ATM in due modi, instaurando o un circuito virtuale permanente (PVC - Permanent Virtual Circuit) o un circuito virtuale commutato (SVC - Switched Virtual Circuit), ma attualmente non sono ancora disponibili degli standard completi per gli SVC.
I PVC sono simili a linee private in quanto l'utente contatta il fornitore del servizio richiedendo una linea personale dal punto A al punto B; questi, a seconda del percorso del circuito e delle sue disponibilità, crea un circuito della capacità richiesta dall'utente; per questa operazione sono richiesti da una decina di giorni ad un paio di mesi di tempo.
L'utente è tenuto a are per il circuito anche nel caso che esso non venga utilizzato.

Durante l'instaurazione di un PVC vengono svolte le seguenti procedure:

1. L'utente contatta il fornitore del servizio con una richiesta di PVC.
2. L'utente fornisce l'indirizzo di destinazione, i requisiti medi di banda oppure il tasso d'informazione contrattato, nonché la durata del circuito PVC.
3. L'operatore immette le informazioni al terminale di controllo al fine di instaurare il circuito. Questo passo viene eseguito pressoché in tempo reale, mentre l'utente si trova al telefono richiedendo una connessione.
4. Il circuito viene stabilito come richiesto.
5. L'utente a una quota mensile per ogni circuito e a solamente per lo sfruttamento di quel circuito. Se il circuito non viene utilizzato, egli corrisponde solamente la quota mensile: questo sistema è perfettamente simile alla bolletta telefonica, nella quale il cliente a per un ammontare prestabilito e costante, indipendentemente dall'utilizzo del servizio telefonico.

Il PVC assomiglia ad una linea privata ma presenta numerosi vantaggi, tra i quali ricordiamo:

• Tempo di fornitura trascurabile (pressoché in tempo reale)
• Disponibilità pressoché immediata dei circuiti
• Banda su richiesta
• Nessuna procedura di instaurazione per la chiamata
• Connessione 'fissa', che significa che il circuito fra i punti terminali esiste sempre.
• Facile espansione o abbattimento del circuito se esso non dovesse essere utilizzato.

Il funzionamento dell'SVC è simile alla digitazione di una chiamata telefonica. Quando la chiamata viene creata, la capacità di banda assegnata è di 64 Kbps; avvenuta l'instaurazione, il circuito è esclusivamente dedicato all'utente, sia che egli trasmetta delle informazioni sia che non lo faccia. L'utente a per tutta la durata della chiamata senza badare all'utilizzo.
Avendo ricordato i punti chiave di una chiamata telefonica digitata direttamente, vediamo come avviene in ATM.
Le seguenti procedure sono presenti in entrambi i sistemi:

• Creazione della chiamata
• Instaurazione della chiamata
• Trasferimento dei dati
• Abbattimento

Tassazione

La tecnologia ATM ha un punto di forza in più se confrontata con altri protocolli (SMDS, Frame Relay, FDDI, ecc) in quanto è applicabile a tutte le varie architetture di rete (LAN, WAN, pubbliche, GAN, ecc).
ATM è una tecnologia sia per la commutazione che per la trasmissione, può funzionare come commutatore, come multiplatore e come cross-connettore.

ATM può essere sfruttato in molti modi in un ambiente LAN; ad esempio si possono collegare tutti i terminali della LAN ad un hub ATM, che funge da interfaccia verso il mondo esterno.

Riepilgando:
ATM è una tecnologia che consente la multiplazione di vari tipi di traffico (voce, video e dati) sulla medesima rete. In una rete ATM la banda può essere riallocata in tempo reale a traffici diversi sulla base della domanda, inoltre ATM è l'unica tecnologia comune a tutti gli ambienti, dalle LAN alle GAN. La ragione principale della popolarità di ATM è il fatto che è stata scelta come tecnologia di commutazione per i futuri servizi B-ISDN.
Essa combina le modalità a commutazione di circuito e di pacchetto, quindi è adatta alla manipolazione di traffici con caratteristiche diverse sulla stessa rete.

ATM, come tecnologia di commutazione, è diversa dai servizi forniti da ATM; nel primo caso si tratta della suddivisione dell'informazione in celle, del loro instradamento e della loro consegna (livelli 2-3-4 del modello OSI), mentre ATM come servizio vuole indicare un servizio da-estremo-ad-estremo (end to end) che sfrutta la tecnologia ATM per svolgere funzioni di livello superiore (livelli OSI 4-5).

L'adozione della tecnologia ATM consente di ridurre il numero di reti sovrapposte trasferendo, nella stessa rete, sia dati che video e fonia; consente inoltre di tutelare gli investimenti connettendo i sistemi preesistenti alla rete ATM, risparmiare nei costi di amministrazione (grazie all'uniformità della tecnologia) e accere alla rete ad elevate velocità.