Es importante analizar desde el punto de vista temporal cómo, a través de los años, ha evolucionado la tecnología de las telecomunicaciones, desde las primeras formas de comunicación punto a punto, hasta lo que hoy nos concierne, el ATM.
Conmutación de circuitos:
La Conmutación de circuitos fue el primer mecanismo empleado para la transmisión de datos. En este esquema, se establece un circuito entre la fuente y el destino mientras perdure la conexión. Dependiendo de la aplicación, la utilización de la línea puede variar enormemente, resultando en una pérdida del ancho de banda que no puede ser utilizado por otra aplicación o usuario. Sin embargo, presenta el menor nivel retardo y es totalmente transparente, haciendo este esquema muy factible para aplicaciones en tiempo real (voz). Este método se utiliza en telefonía analógica
Posteriormente, utilizando TDM (Time Division Multiplexing, Multiplexación en Tiempo), fue posible establecer varios circuitos virtuales (conexiones) sobre un mismo medio de transmisión, lo que se realiza en telefonía digital actualmente. Sin embargo el ancho de banda disponible es único, fijo e invariable en el tiempo.
Conmutación de circuitos multitasa:
Este tipo de transmisión aparece como una ampliación de la Multiplexación en tiempo (TDM, Time Division Multiplexing) utilizado inicialmente en la conmutación de circuitos. En circuitos conmutados una estación debe operar a una tasa fija, sin importar la aplicación. En circuitos conmutados multitasa, se introduce la multiplexación. Una estación se conecta a la red por medio de un enlace físico el cual transporta múltiples canales de tasa constante. De esta forma, el usuario tiene a su disposición un número de diferentes tasas de bit constantes, siendo éstas múltiplas de una tasa de bit mínima. Sea cual sea la tasa, esta es constante durante la transmisión.
Conmutación de paquetes:
En conmutación de paquetes, los mensajes son divididos en tramas de longitud variable. Cada trama contiene un encabezado con información necesaria para que lo que se transmita llegue eventualmente a su destino. Cada nodo al recibir un paquete lo almacena en memoria hasta poder ser enviado a la red. Existen dos tipos de transporte de paquetes: Por medio de Datagramas, donde cada paquete puede tomar cualquier ruta siempre y cuando llegue a su destino, y Por medio de Circuitos Virtuales, donde se establece una ruta por la cual los paquetes van a ser enviados. En ambos casos, el retardo de transmisión no es fijo, ya que éste depende del estado de la red, longitud de los paquetes, etc., sin embargo el ancho de banda se utiliza de forma dinámica. Esto tipo de servicio, aun cuando resulta muy útil para aplicaciones de datos, no garantiza un manejo eficiente de aplicaciones en tiempo real.
Relevo de Tramas (Frame Relay):
Frame Relay es esencialmente idéntico a conmutación de paquetes. Esta tecnología de transmisión de datos se desarrolla como resultado de los sistemas modernos de comunicación existentes, que proporcionan velocidades muy altas con una tasa de error muy baja, como es el caso de la fibra óptica. En los antiguos sistemas de conmutación de paquetes, el chequeo de errores representaba un porcentaje importante de ancho de banda durante la transmisión, también llamado "overhead". Frame Relay utiliza paquetes variables con muy poco "overhead" (información extra que debe ser enviada, junto con los datos, para asegurar la integridad de los mismos) y deja de parte de las capas superiores el manejo de errores. Es una buena opción para tráfico que presente variaciones de requerimiento de ancho de banda, con las ventajas de obtener tasas de transmisión mucho mayores que en conmutación de paquetes.
Relevo de Celdas (Cell Relay):
Es una evolución de Frame Relay y conmutación de circuitos multitasa. Cell Relay utiliza paquetes de tamaño fijo a los cuales se les denomina celdas.
Cell Relay permite definir canales virtuales a diferentes tasas de transmisión, dando un poco más de flexibilidad al usuario. Como en Frame Relay, deja de parte de las capas superiores el manejo de los errores proporcionando así tasas de transmisión más altas.
Cell Relay, posteriormente denominado ATM, se presenta como el punto intermedio entre la conmutación de circuitos y la conmutación de paquetes, ayudado por la gran calidad lograda por los fabricantes de los medios físicos de transmisión. ATM proporciona soporte tanto a aplicaciones de tiempo real como a aplicaciones con requerimientos de ancho de banda menor, a la vez que dichas aplicaciones comparten eficientemente el mismo medio de transmisión.
El ATM Forum:
Como se había mencionado anteriormente, el primer estándar B-ISDN/ATM fue publicado por el CCITT (ahora conocido como ITU), en el año 1988. Sin embargo, el progreso era bastante lento y estaba centrado en el tráfico de voz, debido a que muchas de las decisiones no eran compatibles para el tráfico de datos. Por esto, en Octubre de 1991, cuatro compañías: Adaptive (NET), CISCO, Northern Telecom, y Sprint, formaron lo que hoy conocemos como el ATM Forum . Desde entonces, el ATM Forum a crecido hasta contar en la actualidad con más de 700 miembros. Entre ellos podemos mencionar compañías como AT&T, BellSouth, Cable & Wireless Schlumberger, FORE Systems, IBM, Intel, MCI, Microsoft, Motorola, National Semiconductors, Sun Microsystems, diferentes Universidades, etc.
El Grupo de Trabajo para el manejo de tráfico fue creado en Mayo de 1993, para tratar de definir lineamientos en relación con la QoS y el Control de congestión en redes ATM. Aunque el ATM Forum no ha sido nombrado para definir estándares, trabaja conjuntamente con organizaciones como el ITU (International Telecommunications Union) y el IETF (Internet Engineering Task Force).
Entre algunas de las publicaciones más recientemente publicadas por ATM Forum y que guardan relación con los objetivos del presente estudio podemos señalar:
ATM User- Network Interface Specification, Version 3.1: Esta extensa publicación, disponible libremente en Internet, define como debe realizarse la interfaz usuario-red. En ella se especifica la capa física, capa ATM, señalización, etc.
ATM Traffic Management Specification,
Version 4: Tomó aproximadamente 3 años para publicar
finalmente la especificación, considerada como un gran desarrollo
tecnológico. Define los diferentes servicios y los parámetros
de la QoS. Esta publicación presenta el resultado de numerosos debates
en relación con el control de flujo para el manejo de tráfico
ABR, especificando el esquema basado en tasa para su aplicación
tanto en conmutadores como en tarjetas de acceso a red NIC (Network
Interface Card).
El modo de transferencia Asincrónico (ATM) se define como una interfaz y protocolo diseñado para conmutar tráfico de tasa de bit variable y tráfico de tasa de bit constante sobre un mismo medio de transmisión. El protocolo B-ISDN se le refiere comúnmente como ATM.
El ATM, aún cuando está orientado a conexión, sirve de soporte para servicios orientados a conexión y servicios no orientados a conexión. Para comenzar a transmitir en ATM, es necesario establecer un circuito virtual por medio del cual las celdas se transfieren en el mismo orden como la fuente las envía.
La característica más
importante del ATM, la cual hace que la integración de diferentes
fuentes de tráfico sea prácticamente transparente, es el
hecho de mantener la Calidad de Servicio (QoS) de la sesión durante
toda la comunicación.
Debido a que los servicios ofrecidos por las redes ATM son orientados a conexión, en las celdas se transporta la información acerca del camino virtual y el canal virtual por donde viaja. Así, el encabezado cuenta con los siguientes campos: el Identificador de Circuito Virtual (VCI, Virtual Circuit Identifier), el Identificador de la Ruta Virtual (VPI, Virtual Path Identifier), el Identificador de Tipo de Información (PTI, Payload type Identifier), Prioridad frente a Pérdida de Celda (CLP, Cell Loss Priority), Control de Flujo (GFC, Generic Flow Control) y Chequeo de Error de Encabezado (HEC, Header Error Check) utilizando CRC, este último campo es realmente importante para el enganche de las celdas a nivel de capa física.
b) 
El protocolo ATM responde a un modelo propio el cual cuenta con un número de capas que, al igual que el esquema de referencia OSI (Open System Interconnection), corresponden a funciones específicas. A este esquema también se le denomina como el modelo de referencia B-ISDN.
| Nombre de las Capas | Función que realiza | ||
| Capas Superiores | Funciones de las capas superiores |
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Subcapa de convergencia |
Parte Común (CP) | |
| Servicio específico | |||
| Subcapa SAR | Segmentación y reensamblaje | ||
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Control de
flujo genérico
Generación/extracción del encabezado de las celdas Interpretación de VCI y VPI de la celda Multiplexación/demultiplexación de la celda |
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Subcapa de convergencia para la transmisión (TC) |
Desacople de
la tasa por celda
Delineación de celdas Adaptación de trama de transmisión Recuperación/generación de trama de transmisión |
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Medio Físico (PM) |
Temporización
de bits
Medio Físico |
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LA SUB CAPA DE MEDIO FISICO (PM)
Es la encargada de la correcta transmisión y recepción de los bits en el medio físico de transmisión. Es dependiente del medio físico (eléctrico, óptico) y de ahí su nombre. Tiene como función garantizar la correcta reconstrucción de la temporización de los bits en el receptor; por consiguiente la entidad transmisora será responsable de la inserción de la información requerida de temporización de los bits y de codificación de la línea.
LA SUB CAPA DE CONVERGENCIA DE TRANSMISION (TC)
En esta capa los bits son reconocidos
como procedimientos de la subcapa PM. Básicamente debe realizar
las siguientes funciones:
La capa ATM se encarga de:
Cada aplicación que haga uso de ATM tendrá una forma distinta de generar información. Por consiguiente, es necesaria una interfaz entre la aplicación y ATM. Este proceso se logra por intermedio de las Capas de Adaptación ATM (AAL, ATM Adaptation Layers). Estas se encargan de segmentar los datos de la aplicación en celdas, a fin de que puedan ser transportados por ATM. Para cada clase de servicio se define una AAL.
Capa de Adaptación AAL1: El protocolo AAL1 le da soporte a servicios orientados a conexión los cuales requieren un ancho de banda fijo, como por ejemplo: canales de voz de 64Kbps, vídeo no comprimido, líneas dedicadas para redes privadas, etc.
Capa de Adaptación AAL2: El protocolo AAL2 le da soporte a servicios orientados a conexión donde la tasa de transmisión es variable pero requiere de retardos limitados. Ejemplo de esto incluye transmisión de voz y vídeo comprimida y paquetizada.
Capa de Adaptación AAL3/4: Para darle soporte a servicios de datos se recomendaron dos tipos de protocolos de adaptación ATM que luego se fusionaron en uno, AAL3/4. Ejemplos de este servicio incluyen transferencia de archivos y redes de datos en general.
Capa de Adaptación AAL5: Debido a la complejidad del protocolo AAL3/4 se propuso el protocolo AAL5. Este tipo adapta tráfico de datos que no requiere mantener retardos limitados durante la transmisión y servicios tanto orientados a conexión como no orientados a conexión.
Por ser tan importante la AAL5 para el transporte de datos, examinaremos en detalle su funcionamiento. Toda AAL debe poseer una capa SAR (Segmentation And Reassembly) así como una capa de convergencia (Convergence). La capa SAR comienza por tomar el paquete de datos de usuario (incluidos los encabezados y cualquier otro tipo de información de los protocolos superiores, como IP), y añadirle un relleno o Padding, lo cual deja al paquete de usuario con un largo de 48*N+40 Bytes (para un N comprendido entre 1 y 1365). Ahora, la información de la capa de usuario, más la de la capa de convergencia, es un múltiplo exacto de 48 Bytes. Para poder reensamblar el paquete de datos, la última celda que contiene información del paquete es marcada con un 1 en el tercer bit del PTI. Como puede verse, faltan 8 Bytes para que el paquete generado por el SAR sea un múltiplo exacto de 48 Bytes (que es, como se recordara, el tamaño del campo de datos de la celda ATM). Estos 8 Bytes son añadidos por la capa de convergencia. Son ellos el User-User-Indicator, de un Byte, el cual pasa de forma transparente a los usuarios de la AAL. El CPI o Common Part Indicator, también de un Byte, se usa en este momento para alinear el Trailer (que así es como se denominan estos 8 Bytes añadidos por la capa de convergencia) a una frontera de 64 bits, aunque otros usos se hallan en estudio. A continuación siguen 2 Bytes de longitud del paquete (lo cual da un paquete de tamaño máximo de 65535 Bytes). Luego siguen 4 Bytes de CRC calculados sobre todo el paquete de datos, más el Padding, más los primeros 4 Bytes del Trailer. Este es un CRC-32, igual a los usados en las normas IEEE 802.3, IEEE 802.5, FDDI y Fiber Channel.
Dada una conexión ATM usando AAL 5, el destinatario solo debe acumular todas las celdas cuyo tercer bit de indicación en el PTI sea 0, hasta que le llegue una con dicho bit en 1. En este momento lee los últimos 4 Bytes de dicha celda, y los compara contra un CRC-32 calculado sobre todas las celdas que ha ido acumulando, incluyendo los últimos 44 Bytes de la última. Si la comparación arroja que ambos son iguales, se leen los dos bytes de longitud del paquete, y se pasan a la capa superior tantos bytes como este número indique, a partir del primer byte de la primera celda acumulada, con lo cual dejamos a un lado el Padding.
Esta forma de funcionar de la AAL 5
explica porque la pérdida de una celda en el caso de una congestión
obliga a retransmitir el paquete completo. Como AAL 5 no incluye numeración
de las celdas, en caso de perderse una celda no se sabe cuál se
perdió, y por ende no se puede solicitar retransmisión de
una celda individual dada. Por el mismo hecho de que la información
contenida en la celda desaparece (en lugar de cambiar de valor), ningún
código de detección y corrección de errores razonable
será capaz de recuperarse de la pérdida de una celda. Esta
desventaja nos aporta una ganancia marginal. Si un conmutador ATM está
consciente que el tráfico que pasa por un VC es generado por una
fuente que usa AAL 5, y se ve obligado a desechar una celda de este por
congestión, puede continuar desechando las celdas restantes, mientras
estas tengan el tercer bit del PTI en 0. Cuando le llega la de valor 1,
la dejan pasar, junto con todas las siguientes, pues se trata de la última
celda del paquete perdido, y de las celdas de un nuevo paquete, esto ayuda
a aliviar la congestión que fue causante de la pérdida de
la primera celda.
Cuando se realiza una conexión
en redes ATM, el usuario puede seleccionar los siguientes parámetros
según el tipo de servicio que éste requiera:
Para promover la eficiencia en diferentes aplicaciones, ATM ofrece diferentes clases de servicios como se describe a continuación:
VBR --Variable Bit Rate, Tasa de bit variable, este servicio maneja el tráfico hasta una tasa máxima definida, garantizando la entrega. Dentro de VBR se encuentran VBR tiempo real (RT-VBR) y VBR no-tiempo real (NRT-VBR).
UBR – Undefined Bit Rate, tasa de bit no definida, este servicio ofrece la transmisión de celdas de un punto a otro por medio del ancho de banda restante que el servicio ABR no pudo utilizar. Este servicio no asegura ningún tipo de ancho de banda mínimo, como tampoco asegura la recepción de datos en el otro extremo
ABR -- Available Bit Rate, tasa de bit disponible, este servicio puede manejar afluentes de celdas torrenciales y poco constantes de un transmisor a otro u otros. Este servicio soporta aplicaciones tipo LAN relativamente insensibles a retardos.
ABR es un servicio propio de las redes
ATM que permite que las aplicaciones de transmisión de datos por
ráfagas utilicen el ancho de banda disponible en la red de una forma
justa, a la vez que se garantice una baja pérdida de celdas. 
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