"Asynchronous Transfer Mode" (ATM)Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Inform�tica do ISEP A introdu��o da fibra �ptica veio revolucionar a tecnologia de transmiss�o. A fibra �ptica permite comunica��es a longa dist�ncia com taxas de erros muito inferiores �s cablagens de cobre a curta dist�ncia. Este avan�o provocou necessariamente uma inadequa��o da tecnologia de n�vel superior existente. Tradicionalmente uma das grandes preocupa��es era lidar de uma forma eficiente com taxas de erros relativamente elevadas. A defini��o do ATM teve em considera��o este facto adoptando a t�cnica Cell Relay. A designa��o "Modo de Transfer�ncia Ass�ncrono" prov�m do facto de se utilizar comuta��o de pacotes e n�o comuta��o de circuitos. Isto n�o � novidade, o �standard� X.25 j� utiliza esta t�cnica � muito tempo, contudo em termos de performance est� totalmente esgotado. Sob este ponto de vista o ATM pode ser visto como o seu sucessor. Devido � facilidade de transportar qualquer tipo de dados, o ATM foi adoptado pelo ITU como tecnologia base para a implementa��o da B-ISDN ("Broadband Integrated Services Digital Network"). O ATM utiliza "Cell Relay" que envolve diversas simplifica��es, nomeadamente relativamente ao X.25, as suas principais caracter�sticas s�o as seguintes:
Alguns deste factores s�o preponderantes na efici�ncia geral:
Uma rede ATM implementa a sua funcionalidade segundo o j� habitual modelo de camadas. Os servi�os disponibilizados pela camada mais elevada n�o atingem os requesitos do n�vel 2 do MR-OSI j� que proporcionam um servi�o n�o fi�vel. O esquema seguinte apresenta a estrutura de camadas das redes ATM:
O n�vel AAL ("ATM Adaptation Layer") tem por miss�o proceder a adapta N�vel F�sicoO n�vel f�sico ATM � constituido por dois sub-n�veis:
"Physical Medium" (PM)O sub-n�vel "Physical Medium" (Meio F�sico) define as caracteristicas da transmiss�o de sequ�ncias de bits, nomeadamente a taxa de transmiss�o, e o tipo de cablagem e conectores usados. A defini��o do PM, baseada em c�lulas, refere tr�s modos para as taxas de transmiss�o:
Foram previstas diversas outras implementa��es do meio f�sico de modo a respeitar a diversidade tecnol�gica dispon�vel atrav�s do conceito de UNI ("User-Network Interface"). O sub-n�vel "Transmission Convergence" (TC) tem de adaptar as c�lulas que s�o regra no n�vel ATM �s estruturas particulares usadas neste sub-n�vel. Os principais UNI previstos s�o:
As implementa��es UNI a 155 Mbps (STS-3) s�o v�rias:
A taxa de transmiss�o de 100 Mbps utiliza fibra �ptica mult�modo com o "chip set" TAXI da AMD, o sub-n�vel PM � neste caso id�ntico ao n�vel f�sico das redes FDDI. A taxa de transmiss�o de 45 Mbps corresponde �s redes publicas de dados nos EUA e Jap�o. A taxa de transmiss�o de 25 Mbps (25,6 Mbps) pode usar diversos tipos de cablagem incluindo UTP categoria 3 e destina-se a fazer chegar a rede ATM a conjuntos n�merosos de postos de trabalho, de uma forma mais economica. "Transmission Convergence" (TC)Este sub-n�vel define uma interface baseada em c�lulas com o n�vel ATM. O sub-n�vel TC � responsavel pela gest�o do cabe�alho das c�lulas no que diz respeito � detec��o de erros e correc��o de erros em um �nico bit. Numa implementa��o totalmente baseada em c�lulas, estas s�o transmitidas num fluxo continuo, este sub-n�vel � respons�vel pela inser��o e elimina��o de c�lulas vazias de modo a adaptar o fluxo de c�lulas do n�vel ATM � taxa de transmiss�o praticada. Quando � usada uma UNI, o sub-n�vel "Transmission Convergence" tem de adaptar o formato de c�lulas da interface com a camada ATM �s estruturas particulares usadas. Um caso comum � a utiliza��o de uma UNI SONET/SDH a 155 Mbps. O SONET � um meio f�sico em fibra-�ptica mon�modo e utiliza o formato de trama SDH. Esta t�cnologia � usada em liga��es WAN onde a capacidade de um meio de transmiss�o deve ser dividida por v�rios utilizadores. O SDH usa TDM ("Time Division Multiplexing"), cada trama SDH transporta informa��o com diversas origens e destinos. Uma trama SDH � constituida por um total de 2430 bytes que est�o organizados em 9 estruturas id�nticas com um total de 270 bytes cada. Estas 9 estruturas correspondem a dados totalmente independentes, potencialmente com origens e destinos distintos, logo cada uma possui a sua informa��o de controlo independente, contituida por 10 bytes ficando os restantes 260 bytes para dados. Quando uma rede ATM � implementada sobre SONET/SDH o sub-n�vel "Transmission Convergence" tem por miss�o encaixar as c�lulas ATM de 53 bytes nos 270 bytes disponibilizados pelas tramas SDH, (como 270 n�o � m�ltiplo de 53 uma c�lula pode ser distribu�da por mais do que uma trama SDH). N�vel ATMCanais virtuais e caminhos virtuaisO n�vel ATM gere canais virtuais ("Virtual Channel") e caminhos virtuais ("Virtual Path"):
Um canal virtual � uma liga��o l�gica entre dois n�s finais (utilizadores da rede), em tudo semelhante a um circuito virtual da norma X.25. Um canal virtual fornece uma taxa de transmiss�o vari�vel, em "full-duplex" para c�lulas de comprimento fixo. Para troca de informa��o de controlo entre os n�s finais e a rede s�o tamb�m usados canais virtuais. O conceito de caminho virtual agrupa todos os canais virtuais que t�m a mesma origem e destino. A defini��o de caminhos virtuais tem a vantagem de simplificar o funcionamento interno da rede, aumentando a efici�ncia e fiabilidade. As caracteristicas que se esperam dos canais virtuais e caminhos virtuais est�o definidos na recomenda��o I.150, em sintese:
Para os canais virtuais as especifica��es s�o exactamente do mesmo tipo, acrescentando-se que a rede pode reservar para uso pr�prio alguns identificadores de canal virtual relativos a um dado caminho virtual. O n�vel ATM � respons�vel pela cria��o de c�lulas e extrac��o dos dados das mesmas, gerindo nomeadamente os identificadores de canal virtual (VCI - "Virtual Channel Identifier") e os identificadores de caminho virtual (VPI - "Virtual Path Identifier"). Uma c�lula ATM cont�m 53 bytes (o valor 53 bytes � um compromisso entre os 64 bytes pedidos pelos EUA e os 32 bytes pretendidos pela Europa e Jap�o). As c�lulas possuem um cabe�alho de 5 bytes e os restantes 48 para transporte de dados. A estrutura do cabe�alho � a seguinte:  O formato dos cabe�alhos varia ligeiramente conforme se trate de uma transmiss�o entre um n� final (UNI) e um comutador (parte superior da figura) ou se trate de transmiss�es entre comutadores no interior da rede (NNI - "Network Node Interface") (parte inferior da figura). Os significados dos campos s�o os seguintes:
Estabelecimento de canais e caminhos virtuaisA recomenda��o I.150 indica tamb�m m�todos para o estabelecimento de canais virtuais e caminhos virtuais. O grande problema � a necessidade de um canal pr�vio para comunicar com a rede ATM para que esta estable�a o canal pretendido. Para resolver o problema existe geralmente um canal permanente (assim que o n� � activado est� automaticamente dispon�vel) de baixa capacidade conhecido por "meta-signaling channel". O canal permanente "meta-signaling" (VPI=0; VCI=1) pode ser usado para establecer um canal virtual de controlo ("signaling virtual cannel") entre o utilizador (n� final) e a rede. O canal virtual de controlo pode ser ent�o usado para definir canais e caminhos virtuais. Encaminhamento de c�lulas na redeO encaminhamento das c�lulas atrav�s dos n�s da rede baseia-se nas combina��es VPI/VCI que cada c�lula possui. Como j� foi referido nem o VPI nem o VCI s�o os mesmos ao longo da rede, este identificadores s�o definidos de modo privado entre dois n�s da rede quando se estabelece o canal ou o caminho. Isto j� acontecia com os identificadores de circuito virtual das redes X.25 e as raz�es s�o obvias: para arranjar um identificador dispon�vel em todos os n�s pelo qual o canal passa seria necess�rio um algoritmo de negocia��o complexo e moroso. N�vel AAL ("ATM Adaptation Layer")O N�vel AAL tem por miss�o adaptar a informa��o dos protocolos de n�vel superior ao formato de c�lulas das redes ATM,
devido ao reduzido tamanho das c�lulas a informa��o dos n�veis superiores tem de ser geralmente fragmentada e dividida por v�rias c�lulas, sendo mais tarde reconstituida no receptor, esta fun��o � asseguradas pelo sub-n�vel SAR ("Segmentation and Reassembly Sublayer"). Para permitir a utiliza��o de protocolos de comunica��o mais antigos sobre a camada AAL a sub-camada CS efectua uma convers�o pr�via para um formato interm�dio.
A estrutura da camada AAL � a seguinte:
As implementa��es das sub-camada SAR e CS est�o fortemente relacionadas entre s� e dependem do tipo servi�o disponibilizado pela camada AAL. Os formatos das estruturas usadas pelos protocolos SAR e CS (PDU�s - Protocol Data Unit) dependem do tipo de camada AAL. Est�o definidos quatro tipos de servi�o:
AAL 1Fornece um servi�o orientado � conex�o com taxa de transmiss�o constante e rela��o temporal entre emissor e receptor, � por isso adequada para som, imagem e tr�fego similar. A estrutura das unidades do protocolo SAR (SAR PDU) � constituida por um cabe�alho de 8 bits, dividido em dois campos de 4 bits, designados por SN ("Sequence Number") e SNP ("Sequence Number Protection"). O campo SN � usado para detectar perda de c�lulas, o campo SNP � usado para detectar e corrigir erros no campo SN. O campo de dados cont�m portanto 47 octetos. AAL 2Difere do AAL 1 pelo facto de fornecer uma taxa de transmiss�o vari�vel. � adquado para o mesmo tipo de aplica��es que o AAL 1, mas devido � taxa vari�vel os dados devem ser previamente comprimidos. O SAR PDU para o AAL 2 cont�m os seguintes campos:
AAL 3/4Os servi�os de classe C s�o servi�os de transporte de dados provenientes de protocolos de n�vel superior, por esta raz�o torna-se necess�ria a implementa��o da sub-camada CS. Na sub-camada CS os pacotes de tamanho vari�vel do n�vel superior s�o transformados na estrutura CS PDU, o comprimento do CS PDU deve ser m�ltiplo de 4, logo pode ser necess�rio acrescentar 1 a 3 octetos ("padding"). A estrutura do CS PDU no AAL 3/4 � a seguinte:
A sub-camada SAR fragmenta os CS PDU para os colocar nos seus pr�prios PDU�s de 48 bytes, com a seguinte estrutura:
AAL 5O nome original desta implementa��o � SEAL ("Simple and Efficient AAL"), trata-se de uma implementa��o parcial do AAL 3/4. O CS PDU do AAL 5 n�o possui cabe�alho, o formato � o seguinte:
O SAR PDU do AAL 5 apenas cont�m dados, todas as fun��es foram transferidas para a sub-camada CS, note-se que n�o h� multiplexagem com o AAL 5. Servi�os de Classe D |