Asynchronous Transfer Mode: differenze tra le versioni
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In [[telecomunicazioni]] '''Asynchronous Transfer Mode''' o '''ATM''' è un'architettura e non un protocollo. ATM [[implementazione|implementa]] un [[modo di trasferimento]] a [[circuito virtuale|commutazione di circuito virtuale]] e [[trasmissione di cella]], [[imbustamento|incapsulando]] i dati in unità, dette ''celle'', di lunghezza fissa (53 [[byte]]) anziché in [[pacchetto (reti)|pacchetti]] a lunghezza variabile come avviene invece nelle [[reti di telecomunicazione|reti]] a [[commutazione di pacchetto]] (ad esempio con [[IPv4]]). Le reti di telecomunicazioni che implementano il protocollo ATM vengono dette reti ATM.
== Introduzione ==
ATM è stato progettato agli inizi degli [[Anni 1990|anni novanta]] e lanciato con una fortissima spinta dai grandi operatori di telecomunicazioni (i centri di ricerca di telecomunicazioni, tuttavia, ne studiavano le prime applicazioni sin dagli anni Settanta: [[AT&T]] negli USA, il [[Centre national de la recherche scientifique|CNET]] francese in Europa - mentre l'italiano [[Centro studi e laboratori telecomunicazioni|CSELT]] ha iniziato nel 1983) in quanto avrebbe dovuto soddisfare le esigenze di ''[[networking]]'' unificando varie tipologie di [[traffico (telecomunicazioni)|traffico]] o servizi (voce, dati, [[TV via cavo]], [[telex]], ecc.), all'interno di un sistema unico integrato. In particolare ATM è stato pensato per fornire uno [[Norma tecnica|standard]] unificato di [[rete di telecomunicazioni|rete]] per supportare canali sincroni ([[Synchronous Digital Hierarchy|SDH]]) e reti basate su pacchetti ([[Internet Protocol|IP]], [[Frame Relay]], ecc.) e in grado di garantire e gestire contemporaneamente livelli multipli di [[QoS|qualità del servizio]] a supporto dei vari tipi di traffico dimostrando così ottime capacità in termini di flessibilità ed efficienza nell'uso delle risorse trasmissive ed elaborative.
Tale sistema avrebbe dovuto dar luogo alla cosiddetta rete ''Broadband-ISDN'' ([[Broaband ISDN|B-ISDN]]), estensione o sviluppo della classica rete [[ISDN|N-ISDN]] a banda stretta (''Narrow ISDN'') che supportasse appunto tutta questa serie di servizi offerti all'utente e con una [[velocità di trasmissione]] di 155 Mbit/s grazie all'utilizzo della [[fibra ottica]] come [[mezzo trasmissivo]] fino all'utente finale cioè nella [[rete di accesso]]. Tali tecnologie in Italia sono state sperimentate dal centro di ricerca di Telecom Italia [[CSELT]], di cui ha anche pubblicato una collana di volumi in Italiano. A oggi però questa tipologia di rete non è mai stata realizzata a livello di servizio commerciale, anche per l'assenza della fibra ottica fino all'utente finale.
ATM nella sua interezza non ha quindi ottenuto il successo sperato in termini di diffusione, tuttavia è stato parzialmente adottato nella [[rete telefonica]] dove il suo utilizzo è tuttora in espansione come protocollo di trasporto nella [[rete di accesso]] ([[ADSL]], [[UMTS]]) e soprattutto nelle [[rete di trasporto|reti di trasporto]]. Anche se l'ATM sta andando lentamente in disuso in favore di tecnologie di rete più efficienti come [[MPLS]], essa ha costituito indubbiamente una tappa intermedia o evoluzione all'interno dello sviluppo delle reti di telecomunicazioni. In particolare la B-ISDN nelle sue finalità ultime risulta oggi parzialmente realizzata con la tecnologia delle [[Next Generation Networking]].
== Funzionamento ==
[[File:Cella atm.png|thumb|Cella ATM]]
L'unità di trasmissione dei dati di ATM è detta ''cella'', e ha una dimensione fissa di 53 [[byte]], di cui 48 di [[Carico utile (informatica)|payload]] (corpo di dati utili) e 5 di [[header]]. La lunghezza fissa e piccola della cella favorisce ritardi di elaborazione costanti e limitati durante la commutazione nei nodi nonché maggiori [[velocità di trasmissione]] estremamente vantaggiosi per il supporto alle varie tipologie di traffico.
ATM utilizza una tecnica di [[commutazione (telecomunicazioni)|commutazione]] a ''[[circuito virtuale]]'' che lo rende appetibile per reti integrate nei servizi ad alta [[velocità di trasmissione]]:
prima di inviare i dati si invia un [[pacchetto (reti)|pacchetto]] di ''[[handshake]]'' per configurare la [[connessione (informatica)|connessione]]. Man mano che questo pacchetto attraversa gli [[switch]] ATM, questi calcolano l'[[instradamento]], attribuiscono un identificatore (''label'') ai pacchetti di questa connessione e riservano risorse per la connessione stessa. A questo punto tutti i successivi pacchetti della connessione seguiranno lo stesso percorso com'è tipico della [[commutazione di circuito]]. Per il resto la trasmissione dei dati è segmentata in pacchetti di dimensioni fisse dette ''celle'' [[multiplazione|multiplate]] in maniera asincrona su canali logici o ''virtuali'' diversi per ciascuna connessione.
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L'etichetta è composta di due valori presenti nell'[[header]] di ciascuna cella, VPI e VCI:
* Il VPI (''Virtual Path Identifier'') identifica il ''path'' virtuale su cui il circuito virtuale è stato attivato.
* Il VCI (''Virtual Channel Identifier'') identifica il canale virtuale su cui il circuito virtuale è stato attivato.
Gerarchicamente si ha che un circuito virtuale viene stabilito tramite il collegamento di più connessioni virtuali VC.
Il VP è un canale virtuale gerarchicamente superiore al VC
Appositi dispositivi hardware, ad esempio switch ATM, sono in grado di gestire VP (con tutti i VC in essi contenuti) o anche direttamente i singoli VC.
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La velocità di trasmissione possibile va da 2 a 622 [[Mbps]] e anche oltre. È questa la velocità adatta alla [[HDTV|tv ad alta definizione]].
ATM consente inoltre di segmentare la [[Banda (informatica)|banda]] sui diversi canali virtuali per suddividerla e offrirla ai diversi tipi di servizi di trasmissione tramite appunto l'uso dei VCC (VPI:VCI)
Per supportare vari tipi di traffico su ATM, e quindi vari tipi e livelli di qualità di servizio, sono stati definiti una varietà di modelli di servizio che si adattano sia al traffico telefonico (CBR: banda costante, forti garanzie su banda e ritardo) sia a quello IP (VBR: banda variabile, nessuna garanzia). A differenza delle reti IP, ATM deve dunque fornire una garanzia di trasporto, ovvero predeterminate prestazioni, per il particolare servizio utente richiesto.
== Architettura protocollare ATM ==
Come per il protocollo [[Frame Relay]], ATM adotta, nella sua architettura protocollare, il principio del ''Core & Edge'' ovvero i nodi interni si occupano solo di commutazione e multiplazione, mentre tutte le altre funzionalità specifiche per i vari tipi di servizio sono implementate sui terminali utente. Questo consente di spostare parte della complessità computazionale ai bordi della rete rendendo il trasporto interno più veloce grazie anche all'utilizzo di mezzi trasmissivi a basso [[bit error ratio]] come la fibra ottica.
Mentre lo strato ATM puro si occupa delle funzionalità relative dell'header all'interno della rete di trasporto cioè per quanto riguarda la commutazione di etichetta, ai bordi della rete sono definiti e utilizzati molteplici strati di adattamento ("Adaptation Layer") per l'interconnessione di reti ATM con reti non ATM, dipendenti dal particolare tipo di servizio/traffico su vari tipi di dato da offrire all'utente e che agiscono sul payload della cella.
=== Adaptation Layer ===
L'AAL è costituito da due sottolivelli:
* Convergence
* SAR (segmentation & reassembly)
Esistono 5 AAL (in realtà sono 4 categorie) a seconda dell'applicazione o tipo di traffico che si deve servire.
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'''AAL 1'''
L'AAL 1 è utilizzato per
Rientrano così nella Classe di servizio '''CBR'''.
L'incapsulazione SAR in
* CSI 1 bit
* Sequence Count 3 bits (Indica il numero della cella, può essere utile per verificare la perdita di celle o l'inserimento errato)
* CRC 3 bits (Controllo ridondanza ciclica, è un controllo sul Sequence Count)
* Parity 1 bit
Inoltre il Sottolivello Convergence fornisce un [[buffer]] per eliminare il [[jitter]] fra le celle.
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'''AAL 2'''
L'AAL 2 è utilizzato per quelle
Su una singola connessione Atm possono viaggiare più flussi dati appartenenti a sorgenti distinte.
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Il sottolivello Convergence è suddiviso a sua volta in SSCS (service specific convergence sublayer) e CPS (Common part sublayer).
Le celle in
Start Field:
* OSF 6 bits
* SN 1 bit sequence number
* P 1 bit parità
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* CID 8 bits
* LI 6 bit lunghezza payload
* UUI 5 bit
* HEC 5 bit (''[[Header Error Control]]'': controlla l'errore nell'intestazione della cella)
Variable:
* PAYLOAD restanti bit
* Padding eventuale
'''AAL 3/4'''
Per applicazioni di questo tipo si preferisce garantire la correttezza dei dati piuttosto che il ritardo (''Delay'').
Controlli di correttezza su Payload e Serial number sostituiscono quindi quei campi che prima erano dedicati a controlli sulla tempificazione. I messaggi sono incapsulati in un Header e in un Trailer dopodiché vengono segmentati nelle Celle ATM.
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'''AAL 5'''
L'AAL 5 non fa altro che inserire una coda (''trailer'') di 8 byte
Il pacchetto viene incapsulato nella cella ATM si utilizzano due bit del campo PTI per definire l'ultima cella appartenente
Quello che avviene sostanzialmente grazie ad AAL 5 è convertire gli [[Indirizzi MAC]] di 48 bit dei dispositivi in indirizzi locali per ATM 20 byte.
== Gestione del traffico ==
Come detto, ATM deve supportare varie tipologie di traffico, anche molto diverse tra loro, e per questo deve essere in grado di gestirle abilmente
Parallelamente, per essere certi di poter supportare le richieste degli utenti sulle varie tipologie di traffico da servire, la rete ATM implementa il meccanismo cosiddetto di '''Call Admission Control,''' cioè, dopo aver registrato all'atto dell'instaurazione della connessione attraverso il Contratto di Traffico le richieste di parametro di traffico, verifica successivamente la disponibilità delle risorse necessarie nei nodi interni di transito per soddisfare le richieste di servizio per poi eventualmente assegnarle permanentemente, per l'intera durata della connessione, all'utente
A livello hardware, per gestire diverse tipologie di traffico (es. CBR e VBR real-time e non) ATM utilizza un'architettura di ricezione a più buffer di ricezione nei nodi interni: nel caso di traffico di sorgenti real-time i buffer sono più piccoli rispetto a quelli destinati a celle non real-time per evitare eccessivi ritardi di accodamento e con uno [[scheduler]] che decide la priorità di trasmissione sul traffico offerto in ingresso a favore del traffico real-time.
===Tipologie di traffico===
Le tipologie di traffico supportate sono:
* '''CBR''' (''
* '''VBR''' (''Variable Bit Rate''), le sorgenti emettono a velocità
Ciascuna delle precedenti tipologie di sorgenti può essere di tipo ''real-time'' o ''non real-time'' e ciascuna prevede differenti parametri di qualità di servizio da garantire.
* '''UBR''' (''Unspecified Bit Rate''), le sorgenti possono emettere a velocità variabile fino
* '''ABR''' (''Avaliable Bit Rate''), le sorgenti possono emettere
== Applicazioni ==
Sono possibili due modalità di implementazione di ATM su una rete di telecomunicazioni:
* '''LAN Emulation''' (LANE): permette di far comunicare tra loro un insieme di terminali che fanno parte di una stessa sottorete come appartenenti
* '''Classical IP su ATM''' (CLIP): rappresenta il modello che si è effettivamente affermato e che consiste in uno schema di trasporto in cui [[router]] di interfaccia dialogano tra di loro attraverso una rete ATM, che funge appunto da [[rete di trasporto]], attraverso l'uso di circuiti virtuali permanenti col vantaggio aggiunto di garantire QoS agli utenti e possibilità di [[Virtual Private Network|VPN]] su scala geografica ([[Ipsilon Networks]]).
=== IP su ATM ===
IP su ATM è stato introdotto all'inizio degli [[anni 1990|anni novanta]] per far fronte a esigenze di aumento del traffico che i router dell'epoca non erano in grado di soddisfare (gli switch ATM offrivano infatti prestazioni fino a 622 Mbit/s) e perché ATM offriva la possibilità di operare [[ingegneria del traffico]] ovvero pianificare/decidere come instradare il traffico all'interno della [[rete di trasporto]] grazie al meccanismo dei circuiti virtuali permanenti gestiti dinamicamente, ovvero modificabili a seconda del livello di congestione interno della rete.
Per trasportare traffico IP proveniente da una singola sorgente, si usa l'''Adaptation Layer 5'' (AAL5), che segmenta il pacchetto IP in celle.
AAL5 prevede dunque la possibilità di segmentare pacchetti di dimensioni variabili fino a 2^16 byte su un numero sufficiente di celle ATM con un [[overhead]] minimo. Ogni pacchetto AAL5 ([[CPCS-PDU]]) è coperto da un [[Cyclic redundancy check|CRC]] per la rilevazione degli errori.
Quindi, intendiamo per PDU l'insieme di celle ATM che trasportano questo pacchetto. Per ogni PDU, AAL5 ha un ''overhead'' di
Mentre un pacchetto AAL5 verrà trasmesso su più celle in AAL2, una cella potrà trasportare più pacchetti AAL2.
Questa pratica comporta, però, un maggior carico di [[overhead]] sulla rete,
Questa soluzione ha perso definitivamente i suoi vantaggi quando, con l'aumento delle prestazioni di elaborazione dei router IP fino al superamento delle capacità degli switch ATM, ATM
La nuova tecnologia di rete di trasporto che si è affermata è stata dunque [[IP over SDH/SONET]] e successivamente IP su [[MPLS]] su SDH/SONET.
== Modello di riferimento ==
Utilizzando AAL5 per trasportare IP su ATM, ATM assume nello stack TCP/IP la funzione del [[livello di collegamento]], pur avendo molte funzionalità proprie di un [[livello di rete]], e addirittura alcune che si trovano normalmente nel [[livello di trasporto]] (servizio orientato alla connessione, qualità di servizio, controllo di congestione). Queste opportunità non vengono sfruttate trasportando IP su ATM.
Per questi motivi, ATM non si inquadra bene né nel
==
* Lambarelli, Livio. "ATM Service Categories: The Benefits to the User." The ATM Forum: White Paper on Service Categories. 1996.
== Voci correlate ==
* [[Wide area network]]
* [[MPLS]]
* [[Banda (informatica)]]
== Altri progetti ==
{{interprogetto}}
== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
* {{FOLDOC}}
{{IPstack}}
{{Portale|
[[Categoria:Protocolli livello collegamento]]
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