Calidad de servicios y ATM (página 2)

Se entiende al conjunto de canales virtuales que
atraviesan multiplexadamente un tramo de la red ATM. Los VP
facilitan la conmutación de los canales virtuales, pues
conectan tramos enteros de la red ATM. De no existir por cada
conexión entre usuarios obligaría a reelaborar
todas las tablas de routing de los nodos atravesados lo cual
supondría un incremento del tiempo necesario para
establecer una conexión.

• Sección Física (PS)

Conecta y proporciona continuidad digital entre los
diferentes elementos que componen la red controlando el flujo de
bits. Debe mantener en óptimas condiciones las
señales físicas, eléctricas u ópticas
regenerándolas cuando resultan afectadas por atenuaciones,
ruido o distorsiones.

Bajo una perspectiva arquitectónica el ATM se
divide en tres niveles que ocupan las capas 1 y parte de la 2 del
modelo de referencia OSI:

• Nivel de adaptación ATM
  (AAL)

Se encarga de las relaciones con el mundo externo.
Acepta todo tipo de información heterogénea y la
segmenta en paquetes de 48 bytes a la velocidad que fue generada
por los usuarios. Sólo se encuentra en los puntos
terminales de la red. Según el modelo OSI maneja, en el
nivel 2, las conexiones entre la red ATM y los recursos no ATM
pertenecientes a los usuarios finales.

• Nivel Modo de Transferencia Asíncrona
  (ATM)

Encargado de construir las cabeceras de las
células ATM, responsable del routing y el multiplexado de
las células a través de los Canales y Rutas
Virtuales. También es misión suya el control del
flujo de datos y la detección de errores ocurridos en la
cabecera aunque no en los datos.

• Nivel físico (PL)

Es el nivel inferior encargado de controlar las
señales físicas, ya sean ópticas o
eléctricas, e independizarlas de los niveles superiores de
protocolo adaptándolas al medio de transmisión y
codificación utilizado. Puede soportar diversas
configuraciones punto-a-punto y punto-a-multipunto. En una red
ATM se distinguen dos tipos de nodos: los terminales que
proporcionan los puntos de acceso a los usuarios finales y los
nodos de conmutación responsables dentro de la red del
routing de las células.

Nivel de Adaptación ATM (AAL)

Responsable de las relaciones con el mundo externo, por
esta razón el nivel AAL sólo se encuentra en los
nodos terminales de la red. Su misión es la de aceptar la
información adaptando los niveles superiores de
comunicación noATM a los formatos ATM. Son funciones del
nivel AAL:

• adaptación a la velocidad de los
  usuarios,

• segmentación de los datos en células
  de 48 bytes (sin cabecera ATM)

• detección células erróneas y
  perdidas,

• mantenimiento del sincronismo entre
  terminales.

Figura 2

El Nivel de Adaptación ATM adapta
cada tráfico a su velocidad inicial, segmenta/re ensambla
la información en trozos de 48 bits, detecta celdas
erróneas o perdidas, y mantiene el sincronismo entre los
usuarios conectados.

Estructura de la Capa AAL

Internamente el AAL se divide en dos partes:

1. El subnivel de Convergencia (CS)

Es capa más externa y ejecuta funciones como la
detección y demultiplexión de datos,
detección de células perdidas y mantenimiento del
sincronismo de la conexión.

2. El subnivel Segmentación y Reensamblado
(SAR)

Esta capa segmenta los datos en células y las
envía al nivel ATM para que les ponga la cabecera. El
proceso inverso se verifica al lado opuesto cuando recibe
células y reconstruye la información
original.

Calidad de servicio (QoS).

La información que llega a un nodo terminal ATM
es captada, segmentada y dispuesta en células con las
cabeceras adecuadas para cada tipo de tráfico. Este
servicio proporcionado por el nivel AAL se denomina Os que queda
definido por tres parámetros:

• 1. caudal, define el volumen de
  información que puede ser enviada en un período
  de tiempo. Si el tráfico es constante, el
  parámetro es único: velocidad pico; pero si el
  tráfico es a ráfagas, está expresado por
  tres parámetros de conexión: velocidad pico,
  velocidad media y duración de la
  ráfaga.

• 2. retardo, definido por su media y su
  varianza que relaciona el retardo global medio de toda la
  transmisión y la variación entre los retardos
  individuales que afectan a cada célula.

• 3. nivel de seguridad, se refiere a la
  tolerancia de un determinado tipo de tráfico a la
  pérdida de células que puede ocurrir durante
  períodos de congestión.

TRÁFICO Y QoS

Una vez explicadas las características más
esenciales de esta tecnología, así como su
funcionamiento, entremos ya a definir cómo proporciona
calidad de servicio el modo de transferencia
asíncrono.

1.1Control del retardo

El retardo en una red ATM es determinado por diferentes
partes en la red, las cuales individualmente contribuyen al
retardo total. En la Figura siguiente se muestra una red
puramente ATM. 

Figura 3. Retardo en una red
ATM

La información es ensamblada en celdas en el
equipo terminal emisor y es desensamblada en el equipo terminal
receptor. Internamente en la red, sólo existen celdas. De
aquí, los parámetros que contribuyen al retardo
total en la red son: 

1. Retardo de transmisión (TD), denominado
comúnmente retardo de propagación. Este
retardo depende de la distancia entre los dos puntos y de la
velocidad de propagación. Dependiendo del medio de
transmisión empleado, el TD varía
típicamente entre 4 y 5  ms por km. Este retardo es
independiente del tipo de tecnología o modo de
transferencia empleado. 

2. Retardo de paquetización (PD). Este
retardo es introducido cada vez que un servicio en tiempo real
(tal como voz y video) es convertido en celdas y depende de la
longitud del paquete y de la velocidad a la cual la fuente genera
los bits. 

3. Retardo de conmutación. En un switch
ATM, el retardo de conmutación está compuesto de
dos partes:  

Retardo
de conmutación fijo ( FD, Fixed Switching Delay), que
como su nombre lo indica, es un retardo fijo. Este retardo es
dependiente de la implementación, y es determinado por la
transferencia interna de la celda a través del hardware
del switch. Este retardo es el encontrado cuando el switch se
encuentra con cero carga. 

Retardo
de la cola (QD, Queuing Delay), el cual es una parte variable
determinada por las colas en el switch.

Como ya se explicó anteriormente, debido a que
los switches ATM realizan la conmutación y el multiplexaje
estadísticamente, es necesario el empleo de colas con la
finalidad de evitar una excesiva pérdida de celdas.
Dependiendo de la arquitectura del switch es posible que
estas colas estén distribuidas en varias partes del
switch. Estas colas introducen una fluctuación de fase en
las conexiones que la atraviesan, ya que el tiempo de
travesía de las celdas (duración de espera
más tiempo de servicio) es aleatorio y depende de la
ocupación de la cola (ésta es a su vez es
dependiente del tráfico en la red).  Este retardo es
determinado por medio del comportamiento de las colas, el cual es
caracterizado por una función pdf (probability density
function) de la longitud de la cola. 

Las aplicaciones interactivas en tiempo real (tal como
la videoconferencia) son sensitivas a un retardo acumulativo,
denominado latency en inglés. Por ejemplo, las redes
telefónicas han sido construidas de tal manera que
introduzcan hasta 400 ms de latencia ida y vuelta (round-trip)
cuando se emplean canceladores de eco (sin canceladores de eco,
es menos de 24 ms).  De aquí, las redes que proveen
aplicaciones multimedia que soportan audio y videoconferencia,
deben ser también diseñadas con los mismos valores
de demora. 

Cuando la red provee un retardo variable para diferentes
paquetes o celdas, entonces se habla de jitter. 

1.2 Parámetros del
tráfico

Enumeremos ahora los parámetros del
tráfico, que permiten describir las características
del tráfico de una fuente, de los que proporcionaremos
posteriormente una descripción más detallada.
Así tenemos:

• Velocidad pico o de cresta (peak cell rate,
  PCR)

• Velocidad media o sostenida (sustainable cell rate,
  SCR)

• Longitud máxima de la ráfaga (maximum
  burst size, MBS)

• Velocidad mínima (minimum cell
  rate, MCR)

1.3 Calidad de servicio o descriptores de
tráfico

Uno de los principales beneficios de las redes ATM es
que pueden proveer a los usuarios con una Calidad de Servicio
(QoS) garantizada. Para poder realizar esto, el usuario debe
informar a la red, durante el establecimiento de la
conexión, de la clase de tráfico esperada que
será transmitido en la conexión y del tipo de
calidad de servicio que la conexión requiere. La clase
esperada de tráfico es descrita por medio de una serie de
parámetros de tráfico, mientras que la calidad de
servicio de la conexión es especificada por una serie de
parámetros QoS. El nodo origen debe informar a la red,
durante el establecimiento de la conexión, de los
parámetros de tráfico y de la deseada QoS para cada
dirección de la conexión solicitada, ya que los
mismos pueden ser diferentes en cada dirección de la
conexión.

Para una conexión dada, los parámetros de
tráfico de una fuente son agrupados en  lo que se
denomina descriptor del tráfico de la fuente, el
cual a su vez es un componente del descriptor de tráfico
de una conexión. Las redes ATM, por otro lado,
también ofrecen una serie específica de
categorías de servicio. El usuario debe solicitar a la
red, durante el establecimiento de la conexión, una clase
de servicio para esta conexión. Las categorías de
servicio son empleadas para diferenciar entre diferentes tipos
específicos de conexiones, en donde cada una de las mismas
posee unas características de tráfico y de
parámetros QoS particulares. Como resultado, se obtienen
las características negociadas de una conexión, la
cual constituye el contrato de tráfico.

Un descriptor del tráfico de una fuente es una
agrupación de parámetros de tráfico para una
conexión dada pertenecientes a una fuente ATM. Este
descriptor es empleado durante el establecimiento de una
conexión para capturar las características de
tráfico intrínsecas de la conexión
solicitada por la fuente particular.

El descriptor de tráfico de una conexión
especifica las características de tráfico
de una conexión. Este descriptor incluye el
descriptor del tráfico de una fuente, la CDVT y la
definición de conformidad, la cual es empleada para
especificar las celdas conformes de una conexión. El
descriptor del tráfico de la conexión contiene la
información necesaria requerida para las pruebas de
conformidad de las celdas de la conexión en la
UNI.

En la Figura siguiente se muestra el proceso de control
del tráfico junto con la serie de funciones asociadas a
éste.

Figura 4. Funciones asociada con el
control del tráfico

Durante el establecimiento de la conexión, el
nodo solicitante informa a la red del tipo de servicio requerido,
de los parámetros de tráfico del flujo de datos en
cada dirección, la CDVT (cell delay variation tolerance) y
de la QoS solicitados para cada dirección. En resumen, los
descriptores del tráfico de una conexión
según el ATMForum son:

• Descriptor del tráfico de la
  fuente:

• Velocidad pico o de cresta (peak cell rate,
  PCR)

• Velocidad media o sostenida (sustainable cell rate,
  SCR)

• Longitud máxima de la ráfaga (maximum
  burst size, MBS)

• Velocidad mínima (minimum cell rate,
  MCR)

• La CDVT (cell delay variation tolerance)
   o tolerancia de variación del retardo de
  células.

• Definición de conformidad, basada en
  una o más aplicaciones del algoritmo de tasa de
  células genéricas o GCRA (generic cell rate
  algorithm).

CDVT es un parámetro de la función de
vigilancia (UPC) e indica cómo de tolerante puede ser la
función de vigilancia al fenómeno de cell clumping.
Es utilizado en conjunto con el monitoreo de la PCR y de la SCR
para asegurar que las celdas que fueron generadas en el intervalo
apropiado, pero que han sufrido de una CDV positiva,
también sean vistas como conformes a los descriptores de
tráfico.

Categorías de
servicio

ATM ha sido concebido como una tecnología
multiservicio. Debido a la presencia de una variedad de tipos de
tráfico y a la necesidad de asignar adecuadamente los
recursos de la red para cada componente de tráfico, es que
han sido definidas las categorías de servicio dentro de la
capa ATM.

La introducción de nuevas categorías de
servicio ATM tiene como finalidad el incrementar los beneficios
de ATM, permitiendo que ésta tecnología sea
adecuada para una gama de aplicaciones ilimitada. Una red ATM
puede proveer VPCs y VCCs con diferentes niveles de servicio. La
idea de negociar, para cada conexión, el comportamiento
esperado por la capa ATM en términos de tráfico y
desempeño, permite a los usuarios optimizar los
requerimientos de la aplicación versus las capacidades de
la red. En otras palabras, las Categorías de
Servicio permiten al usuario el seleccionar combinaciones
específicas de parámetros de tráfico y de
desempeño.

Funciones tales como CAC, UPC, Controles de Feedback,
Asignación de Recursos, etc., disponibles dentro de los
equipos ATM, son generalmente estructurados de forma diferente de
acuerdo con cada Categoría de Servicio.

Las categorías de servicio ATM han sido definidas
por las organizaciones de estandarización ITU-T y por el
ATM Forum. La arquitectura de servicios provista en la capa ATM
consiste de cinco categorías de servicios, en donde cada
categoría de servicio está designada para un grupo
particular de aplicaciones:

• Constant Bit Rate (CBR)

• Variable Bit Rate (VBR)

• Variable Bit Rate-Real Time (rt-VBR)

• Variable Bit Rate-Non Real Time (nrt-VBR)

• (rt-VBR y nrt-VBR son definidas en el ATM Forum
  Traffic Management Specification versión 4)

• Available Bit Rate (ABR)

• Unspecified Bit Rate (UBR)

• Guaranteed Frame Rate (GFR)

Estas categorías se empleadas para diferenciar
entre diferentes tipos específicos de conexiones, en donde
cada una de las mismas posee unas características de
tráfico y de parámetros QoS particulares. En otras
palabras, para conexiones CBR solo PCR y CDVT están
definidos.

En la Tabla siguiente se muestra la relación
entre las categorías de servicio, las clases QoS y las
clases ITU-T.

Tabla. Relación entre
categorías de servicio, clases QoS y clases
ITU-T

2.1 Servicio CBR

La categoría de servicio CBR es empleada por
conexiones que requieren de una cantidad de ancho de banda
constante (estática), la cual está continuamente
disponible durante el tiempo de vida de la conexión. Esta
cantidad de ancho de banda está caracterizada por el valor
PCR. La red garantiza una velocidad de celda de cresta (PCR), la
cual es la máxima velocidad de datos que la
conexión ATM puede soportar sin riesgos de pérdida
de celdas. La fuente puede emitir celdas a una PCR negociada,
igual o menor que la misma, durante cualquier período de
tiempo y duración, teniéndose el compromiso de la
QoS.

Cuando una aplicación negocia la clase de
servicio CBR, la misma solicita un límite en la tolerancia
de la variación del retardo de la celda (CDV), la cual
especifica el máximo jitter que la transmisión
puede soportar y todavía mantener los datos
intactos. 

El servicio CBR soporta aplicaciones en tiempo real que
requieren una determinada variación de retardo CTD y CDV
(tales como, voz, video, emulación de circuitos), pero no
necesariamente están restringidos a estas
aplicaciones.

El principal compromiso que la red debe mantener es que
una vez que la conexión ha sido establecida, la QoS
negociada debe ser asegurada para todas las celdas conformes. Se
asume que las celdas que son retardadas más allá
del valor especificado por la CTD deben ser de valor muy poco
significativo para la aplicación.

2.2 Servicio rt-VBR

Esta categoría de servicio soporta aplicaciones
en tiempo real, que requieren un determinado retardo (CDT) y
variación de retardo (CDV).

Las conexiones rt-VBR están caracterizadas en
términos de una PCR, SCR y MBS. Se espera que las fuentes
transmitan a una velocidad que puede variar con el tiempo.
Asimismo, la fuente puede ser descrita como "bursty".

Esta clase de servicio puede ser empleada en
aplicaciones de compresión de video con velocidad
variable.

Se asume que las celdas que son retardadas más
allá del valor especificado por la CTD deben ser de valor
muy poco significativo para la aplicación. El servicio
VBR-rt puede soportar el multiplexaje estadístico de
fuentes de tiempo real.

2.3Servicio nrt-VBR

La categoría nrt-VBR soporta aplicaciones que no
son en tiempo real y cuyas características de
tráfico son en ráfagas. Es caracterizada por una
PCR, SCR y MBS.

Para aquellas celdas que son transferidas de acuerdo al
contrato de tráfico, se espera una pérdida de
celdas (CLR) muy baja, pero no posee un límite de retardo
asociado (CTD o CDV). El servicio VBR-nrt puede soportar el
multiplexaje estadístico de conexiones.

Esta clase de servicio puede ser utilizada para el
internetworking con Frame Relay, en donde la CIR (committed
information rate) de las conexiones es mapeada dentro de un ancho
de banda garantizado por la red ATM.

2.4 Servicio ABR

Está diseñada para soportar aplicaciones
que no pueden caracterizar efectivamente su comportamiento de
tráfico durante el establecimiento de la conexión,
pero que pueden adaptar su tráfico, bien sea incrementando
o reduciendo su velocidad de transmisión.  Para esto
ABR emplea un mecanismo de control de flujo el cual soporta
diversos tipos de feedback para controlar la velocidad de la
fuente en respuesta a cambios en las características de
transferencia de la capa ATM. Este feedback es transmitido hacia
la fuente a través de celdas de control específicas
llamadas Resource Management Cells (RM-cells). Aunque
ningún parámetro QoS especifico es negociado, se
espera que los sistemas finales, los cuales adaptan su
tráfico de acuerdo con el feedback, experimentarán
una relación de pérdidas de celdas (CLR) baja y
podrán compartir equitativamente el ancho de banda
disponible de acuerdo con normas o criterios de asignación
específicos de la red. La categoría de servicio ABR
no está planificada para soportar aplicaciones en tiempo
real, por lo tanto, no requieren un determinado retardo (CTD) o
variación de retardo (CDV).   A pesar de que
Cell Delay Variation (CDV) no es controlado en este servicio, las
celdas admitidas no son retardadas innecesariamente.

El sistema final, durante el establecimiento de la
conexión ABR, debe especificar a la red dos
valores:

• El máximo ancho de banda requerido,
  denominado PCR.

• El mínimo ancho de banda a utilizar,
  denominado MCR. MCR puede ser cero.

ABR está diseñado para mapear los
protocolos LAN existentes, los cuales emplean tanto ancho de
banda como sea disponible desde la red, el cual puede ser
retrocedido o almacenado en buffer en presencia de
congestión. Debido a esto ABR es ideal para el
tráfico LAN a través de redes ATM.

2.5 Servicio UBR

La categoría de servicio UBR soporta aplicaciones
que no son críticas, que no son  en tiempo real, y
que por lo tanto, no requieren un determinado retardo o
variación de retardo. Ejemplo de tales aplicaciones son
aplicaciones tradicionales de comunicación entre
computadores, tales como file transfer o e-mail. El servicio UBR
soporta un alto grado de multiplexaje estadístico entre
fuentes.

UBR no ofrece ningún servicio garantizado. No
existe ningún compromiso numérico en cuanto a
garantía en pérdida de celdas (CLR) o la existencia
de un límite superior de retardo (CTD), por lo tanto, no
requiere de ningún conocimiento previo sobre las
características del tráfico. Una red puedo o no
aplicar la PCR a las funciones CAC y UPC. En el caso en que la
red no haga cumplir la PCR, el valor PCR es sólo para
información. Cuando la PCR no se hace  cumplir, es
todavía de ayuda el negociar la PCR, ya que esto le
permite a la fuente el descubrir la limitación de ancho de
banda más pequeña en el camino de la
conexión. El control de congestión en UBR puede ser
realizado en capas superiores o empleando una base extremo a
extremo.

2.6 Servicio GFR

El servicio de Trama Garantizada (ATM Guaranteed Frame
Rate (GFR)) ha sido creado para mejorar el tráfico best
effort (mejor servicio) en un mínimo de garantías
de rendimiento. Los dispositivos de los bordes de la red que
conectan redes LANs con una red ATM pueden usar este servicio GFR
para transportas múltiples conexiones TCP/IP sobre un
simple circuito virtual GFR. Estos dispositivos
multiplexarán normalmente los circuitos virtuales dentro
de una sola cola FIFO. Se ha demostrado que este tipo de cola no
es suficiente para proporcionar unas mínimas
garantías, por lo que el encolado vía circuito
virtual con GFR es necesario.

Este servicio ha sido propuesto recientemente por ATM
para mejorar el servicio UBR  GFR, tal y como se ha
mencionado, proporciona un mínimo de tasa de
garantías al circuito virtual a nivel de trama,
permitiendo además el uso de ancho de banda extra de la
red y es usado por aquellas aplicaciones que no pueden cumplir
los requerimientos de VBR ni tienen la capacidad de
ABR.

La Tabla siguiente provee una lista de los atributos ATM
(parámetros de tráfico, parámetros QoS y
características de feedback) para algunas de las
categorías de servicio expuestas e indica si éstos
son soportados o no para cada una de las categorías de
servicio.

Tabla. Categorías de servicio
y los parámetros aplicables

En donde: n.a.: no aplicable y n.e.:
no especificado

En las siguientes tablas se muestran valores
típicos de los parámetros de desempeño que
han sido definidos en estándares, tales como Bellcore,
así como el tipo de garantías proporcionadas por
las categorías de servicio.

Tabla. Objetivos QoS para las
categorías de servicio de la capa ATM

RECOMENDACIONES

A pesar de que ATM ofrece altos estándares de
calidad de servicio, diversas funcionalidades de acuerdo a las
necesidades del cliente y la mayoría de empresas de
telecomunicaciones o transmisiones de datos del medio la tienen
en su implementación. Las redes ATM han ido perdiendo
presencia en el mercado a tal punto que la mayoría las
está cambiando hacia aplicaciones IP, obviamente los
costos han tenido mucho que ver en ese tema. Y a pesar que en
este diseño se plante{o el uso de ATM en backbone por
ventajas ya explicadas, se recomienda considerar estudios
económicos para migrar a las tendencias actuales, todo
sobre IP o a su vez redes MPLS.

Se recomienda ampliar este servicio a todos los nodos
que constituyen la infraestructura del carrier extendiendo el
servicio hacia una mayor cantidad de usuarios y zonas
interconectándose a través del anillo de fibra, en
lo cual dependiendo de la ubicación del usuario se
escogerá la mejor ruta.

Para este fin se recomienda analizar la
distribución de los servidores, determinando si se
incorporan más equipos en un solo nodo o se decide usar
arquitectura distribuida, para evitar la saturación de
tráfico en el backbone

CONCLUSION

Las redes ATM tienen por lo general beneficios y uno q
sobresaldría entre ellos es que le puede proveer a los
usuarios una calidad de servicios garantizada (QoS garantizada),
informando el usuario a la red, durante el establecimiento de la
conexión, de la clase de tráfico esperada que
será transmitido en la conexión y del tipo de
calidad de servicio que la conexión requiere.

Además de estas características ATM
incluye en su concepción diversos mecanismos de control o
herramientas, análogas a las descritas anteriormente que
permiten gestionar su funcionamiento para la obtención de
calidad de servicio.

INFOGRAFIA

• http://es.wikipedia.org/wiki/Calidad_de_servicio

• http://www.opalsoft.net/qos/Spanish-QOS.htm

• http://html.rincondelvago.com/atm-asynchronous-transfer-mode_1.html

• http://qos.iespana.es/capitulo6.html

• http://www.monografias.com/trabajos/atm/atm.shtml

Autor:

Ricardo Reyes

Jose Ruiz

Franklin Vasquez

Grupo:4 año

Fecha: 11 de noviembre de 2010