ATM : tecnologia del presente o del futuro?

Catello Antonio De Rosa – Articolo pubblicato su Elettronica Oggi (Luglio-Agosto 2000)

      ATM : tecnologia del presente o del futuro?

    Il macchinoso modo di procedere del mondo delle Telecomunicazioni
    oggigiorno è divenuto un ostacolo alla realizzazione di progetti innovativi e dal
    time-to-market ristretto. Per contrastare l’agguerrita concorrenza, un gruppo
    di produttori di sistemi si è staccato in prima istanza dagli Enti di Normazione
    istituzionali, ed ha realizzato in altre sedi specifiche di sistema in modo rapido
    e competitivo. Sono così nati i vari ATM Forum, ADSL Forum, UTMS Forum.
    Le specifiche redatte sono state poi sottoposte al vaglio dell’Ente di
    competenza. Tuttavia, in queste sedi, non si assiste ad un accordo di gruppo
    ma ad una lotta per affermare il proprio standard: forse perchè si vogliono far
    prevalere progetti propri già in fase di realizzazione, forse perchè si proviene
    da mondi culturalmente diversi, Information Technology da un lato e
    Communication Technology dall’altro. La sofferta scelta della lunghezza della
    cella ATM ne è un clamoroso esempio. E’ stato il risultato di un compromesso
    tra chi voleva inviare pacchetti dati di lunghezza variabile, ma troppo lunghi
    per rispettare le esigenze del traffico telefonico, e chi invece voleva una
    lunghezza del pacchetto fissa, per esigenze di commutazione, ma che
    riduceva l’efficienza dei trasferimenti di grosse quantità informative. Scelta la
    lunghezza fissa, successivamente si è discusso tra chi voleva 64 byte di
    campo informativo (posizione americana), al fine di agevolare le trasmissioni
    dati come i segnali video e i trasferimenti di file tra elaboratori, e chi invece
    voleva trasportare la voce ottimizzata con una segmentazione in campi
    informativi da 32 byte (posizione europea). Si è trovato un accordo per 53
    byte di cui 48 informativi. I rivali del mondo IP non sono certo nati sotto una
    buona stella.

1. ATM
    L’ ATM, acronimo di Asynchronous Transfer Mode, è nato con l’intento di
    fornire una tecnologia per la realizzazione della “madre di tutte le reti”: la rete
    ATM. Le prime sperimentazioni avvennero all’inizio degli anni 80 sia in
    Francia che negli Stati Uniti. Erano attività di ricerca che perseguivano
    l’obiettivo di trovare una tecnica di commutazione a pacchetto utile per reti
    pubbliche a larga banda. A queste proficue sperimentazioni seguirono, a
    partire dal 1993, i primi prodotti disponibili sul mercato. Sia pure rudimentali e
    privi di segnalazione lasciavano intravvedere le potenzialità della nuova
    tecnologia. Da quel momento ci fu un crescente interesse ma si avvertì, nella
    seconda metà degli anni 90 e forse per motivi di concorrenza tecnologica,
    una fase di stasi da cui pian piano si sta uscendo ora. Con il proliferare delle
    possibili soluzioni di interconnessione in rete è divenuto davvero arduo
    effettuare la giusta scelta e questo è stato avvertito anche dal mondo ATM.
    Le chiavi di comprensione della tecnologia ATM sono la capacità della rete di
    rispondere alla variabile domanda di banda nel tempo dell’utenza, al basso
    costo che si richiede per trattare elevate quantità di dati, alla scalabilità delle
    soluzioni in campo, alla adattabilità ai molteplici servizi trasportati.
    La possibilità di convogliare servizi non solo nativi ATM, ma derivati da altre
    tecnologie, come fonia, Frame Relay, IP, Ethernet, accresce l’interesse e le
    capacità di unificazione da sempre ricercate.

Catello Antonio De Rosa – Articolo pubblicato su Elettronica Oggi (Luglio-Agosto 2000)

L’ATM è definibile una tecnica a pacchetto orientata alla connessione. In rete
vengono inviati pacchetti, detti celle, di lunghezza fissa e pari a 53 byte.
Ciascuna cella è composta da una intestazione (header) di 5 byte e da un
campo informativo (payload) di 48 byte. I primi 4 byte dell’header contengono
informazioni che accompagnano la cella trasportata, quali tipo e priorità, e
individuano la direttrice sorgente-destinazione del flusso informativo che
prende il nome di circuito virtuale. Questi quattro byte sono protetti da un
quinto in cui è inserito un campo denominato HEC (Header Error Control) in
grado di effettuare la correzione di un singolo errore o la rivelazione di un
errore doppio. All’interno della capacità trasmissiva del canale vengono
definite vie virtuali denominate Virtual Path, di banda minore della
complessiva e di numero variabile in base alle esigenze di trasporto.
All’interno di ciascuna via vengono poi associati più canali virtuali definiti
Virtual Channel. Lo scambio informativo tra due terminali avviene con
l’instaurazione, in fase di segnalazione o di preimpostazione dal sistema di
gestione, di una connessione virtuale individuata da una coppia di valori
VPI/VCI (Virtual Path Identifier/ Virtual Channel Identifier). Questa distinzione
si traduce in immediati benefici per l’utenza: circuiti virtuali di qualsiasi
velocità, banda allocata fissa o variabile, banda asimmetrica nelle due
direzioni di comunicazione (classico utilizzo in soluzioni TV
broadcast/interattive o Internet).
Ogni connessione appartiene ad una categoria di servizio che si traduce in un
diverso trattamento delle celle all’interno della rete ATM che, per sua natura,
effettua multiplazioni statistiche delle stesse. Questa multiplazione
presuppone l’utilizzo di buffer per memorizzare e successivamente trattare i
diversi flussi afferenti alla risorsa comune. La cadenza o la priorità di
trasmissione è proprio funzione della categoria a cui ciascuna connessione
appartiene.
Sono state così individuate diverse categorie di servizio: CBR (Constant Bit
Rate) rivolta ad applicazioni che richiedono ritardi minimi e basso tasso di
perdita come la telefonia, la videoconferenza, la diffusione del segnale
televisivo e relativo audio; Rt-VBR (real time Variable Bit Rate) con
caratteristiche simili alla precedente categoria ma con gestione di banda
variabile nel tempo, rivolta ad applicazioni voce e video che fanno uso di
tecniche di compressione dati come l’MPEG o al trasporto di dati con elevate
prestazioni; Nrt-VBR (non real time Variable Bit Rate) che gestisce la banda
variabile nel tempo preferendo elevati valori di garanzia di banda alle
prestazioni legate al ritardo ed utile per il trasferimento di file; ABR (Available
Bit Rate) che sagoma la banda in base alla congestione di rete ed è utile per
il trasferimento dei file o la distribuzione degli applicativi software via rete;
UBR (Unspecified Bit Rate), nato come servizio Best Effort, che non fornisce
nessun tipo di garanzia di ritardi, di banda, di integrità del contenuto ed
utilizzabile per servizi di posta elettronica o trasferimento di dati.
Una definizione più formale delle prestazioni che la rete ATM offre all’utente e
che definisce il contratto di traffico può essere fornita dall’insieme di un
descrittore di traffico della connessione e da parametri di qualità del servizio a
loro volta funzioni del trasferimento di celle e del ritardo. Massima, media o
minima cadenza di emissione di celle della sorgente e variazioni dei ritardi di
attraversamento a livello di interfaccia di rete sono parametri che descrivono il
traffico. Probabilità di perdita di celle alla destinazione o di celle errorate,
massimo tempo di attraversamento di rete e sua variabilità riflettono la qualità
del servizio.

Catello Antonio De Rosa – Articolo pubblicato su Elettronica Oggi (Luglio-Agosto 2000)

2. ATM RADIO
    Un nuovo impulso alla tecnologia ATM deriva dall’ingresso in questo mondo
    di costruttori tradizionali delle Telecomunicazioni. Così a ditte come Cisco,
    Stratacom, Newbridge, Nortel, Fore, Data General, Bay Networks (molte di
    queste in possesso anche di tecnologie IP e Ethernet), si sono aggiunte ditte
    come AT&T, Italtel, Siemens, Ericsson, con Alcatel presente in entrambi i
    momenti. Questi gruppi hanno costruito apparati di switch o cross-connect (i
    primi commutano celle in base alle informazioni di segnalazione, i secondi in
    base a informazioni del sistema di gestione), con modalità più disparate: dallo
    sviluppo in casa all’acquisto del know-how necessario da ditte già
    specializzate. Ma il loro ingresso nel mondo ATM è stato salutato con
    interesse grazie ad una nuova proposta: un sistema di accesso in tecnologia
    ATM su canale radio.
    E’ stato così introdotto un sistema punto-multipunto in cui il territorio viene
    diviso in settori radio in ciascuno dei quali una stazione Master scambia
    informazioni con più stazioni periferiche. Queste accedono al canale
    condiviso con criteri stabiliti dalla stazione Master. Ogni periferica ha bisogno
    di un permesso per occupare il canale radio e la ripartizione di questi
    permessi segue regole di assegnazione dinamica della risorsa radio e quindi
    della banda occupata. Il traffico gestito dalle Periferiche può essere nativo
    ATM, o provenire da altri tipi di servizi, così come l’interfacciamento della
    stazione Master può avvenire con la rete ATM o SDH. Questa sfida
    tecnologica non è però priva di insidie.
    L’ATM è destinato ad un supporto trasmissivo a bassissimo tasso d’errore
    cioè alla fibra ottica. Il primo problema da risolvere è stato quindi proteggere
    la cella trasportata da errori inseriti dal canale radio. Per cui la cella inviata
    nel settore radio è accompagnata da informazioni di controllo e gestione del
    sistema per garantire il colloquio Master – Periferiche e da un campo di
    controllo e correzione d’errore.
    Tuttavia il traffico radio è spesso vittima di eventi di disturbo impulsivo. Questi
    eventi possono essere fonti di errore e non sempre il campo di correzione
    ripristina il corretto contenuto della cella trasportata che deve essere scartata.
    Nasce così l’esigenza di implementare una ritrasmissione di cella compiuta al
    livello fisico e non protocollare e ciò ha un costo ed una complessità non
    indifferenti. Per il trasporto di segnali real-time i vincoli sul ritardo lasciano
    pochi margini di manovra, ma per il trasferimento di file è possibile ed utile
    implementare questa ritrasmissione sul canale radio per garantire che
    protocolli di livello superiore, come TCP, non soffrano della perdita di
    pacchetti con conseguente riduzione delle prestazioni per l’innesco delle
    procedure di slow start e anti-congestione. Queste procedure possono infatti
    pregiudicare e al limite portare all’inefficacia della connessione al punto da
    necessitarne l’abbattimento. Questo rappresenta il nodo tecnico di confronto
    tra una modalità di connessione basata su tecnica ATM radio e un
    meccanismo di trasporto quale ad esempio può essere IPv6. Tra non molto
    tireremo le somme.

Catello Antonio De Rosa – Articolo pubblicato su Elettronica Oggi (Luglio-Agosto 2000)

3. INTERWORKING IP/ATM
    La tecnica ATM è stata spesso contrapposta a quella IP, ma in realtà le due
    tecniche sono complementari e possono sfruttare i reciproci punti di forza.
    Internet esiste e cresce, ed è senza connessione. Mostra con IPv6 il solo
    difetto di avere una commutazione software (in certi casi neanche questa)
    avendo superato l’assenza della qualità di servizio, l’esaurimento dello spazio
    degli indirizzi, la confidenzialità e l'autenticazione.        ATM ha una
    commutazione hardware veloce ed a basso costo, è scalabile nella capacità
    di banda e di commutazione, offre garanzie sulla qualità del servizio. Di
    contro, il controllo della rete è una task complessa e non si predispone per
    procedure multicast o broadcast.
    La diffusione di IP porta a pensare che il mondo dell’Information Technology
    punta diritto con una buona disposizione ad un’ integrazione con ATM.
    Invece, da parte ATM, procedere per conto proprio può essere insidioso e
    così fornire un servizio multimediale ed integrare IP diviene un imperativo.
    Le attuali soluzioni commerciali seguono un approccio IP su ATM di tipo
    sovrapposto. Il collegamento tra router è realizzato a livello ATM utilizzato
    così con funzioni di trasporto. Le funzionalità di instradamento sono a carico
    dei router. Questo comporta una duplicazione delle procedure di
    instradamento e di gestione e procedure di traduzione degli indirizzi. Questa
    integrazione può essere migliorata con tecniche mirate a correlare la tecnica
    di commutazione con i protocolli di livello superiore probabilmente con la
    creazione di un nuovo modello di router misto IP/ATM.

4. PANORAMA SULLO STATO DEI SERVIZI
    Lo scenario di domanda/offerta dei servizi di comunicazione si può dividere in
    due categorie: utenza affari e utenza residenziale. L’utenza affari è
    caratterizzata da una domanda di banda trasmissiva variabile nel tempo e
    nella quantità e richiede un servizio integrato soprattutto rivolto a
    videoconferenza, telefonia, trasferimento di file. L’utenza residenziale è
    divisibile in categorie di servizi video diffusivi (TV Broadcast, Pay TV, Pay Per
    View, Near Video On Demand), servizi video interattivi (Video On Demand),
    servizi on line (Internet, Home banking, Home shopping), servizi di
    comunicazione (videotelefonia, videoconferenza, telelavoro). Molti sono i
    dubbi e le variabili che caratterizzano una corretta scelta tra l’ampia offerta
    commerciale che si presenta oggigiorno.
    Un modem ADSL e un PC sono oggi in grado di offrire 640 kbit/s per una non
    più sonnolenta navigazione che con i pochi kbit/s sviliva il concetto della
    moderna trasmissione dati. Questo può risolvere l’esigenza di utenza
    residenziale e Small Office. Può esserlo un terminale radio di una rete ATM,
    con tutti i vantaggi e flessibilità che ne derivano?
    Dipenderà dal costo e dal servizio offerto. In un caso si parla di rete già
    installata e cioè quella telefonica, nell’altro di qualcosa da installare e da far
    “digerire” ai condomini e agli amministratori non sempre favorevoli ad
    accettare nuove antenne e lavori.

Catello Antonio De Rosa – Articolo pubblicato su Elettronica Oggi (Luglio-Agosto 2000)

Al fine di garantire una prestazione non preistorica, questi servizi devono
essere in grado di assegnare la risorsa su segnalazione e non su chiamata
ad operatore e intervento a mezzo di sistema di gestione. La possibilità di
utilizzare una soluzione mista con la tecnologia IP emerge con forza anche
grazie a quest’aspetto. L’ultimo miglio è destinabile alla tecnologia ADSL e
protocollo IP, il resto può essere IP su ATM, con le problematiche di
segnalazione trasferite dal livello ATM a quello IP.
In Italia Telecom attualmente prospetta un servizio misto ADSL/ATM per
Operatori/Provider che desiderano commercializzare servizi di accesso ad
Internet. L’utenza finale, appartenente ad una delle 25 città che possono
usufruire del servizio, può sfruttare contemporaneamente sia il canale
telefonico sia il canale dati ADSL sul supporto trasmissivo preesistente, cioè il
doppino telefonico. Il canale dati viene realizzato con l’aggiunta di un modem
ADSL, sia lato utente sia lato centrale, ove viene convogliato nella rete ATM
con modalità ABR. Il server dell’ Operatore/Provider è connesso ad un nodo
della rete ATMosfera (una delle reti ATM italiane oltre a Telemedia, Albacom,
Sirius) con una classe di servizio ABR e un preassegnato Virtual Path
convogliante tanti Virtual Channel quanti sono gli utenti serviti.
Sul fronte dell’utenza affari si riusciranno a scalzare le strutture già presenti
come le reti Frame Relay o GigaEthernet con argomenti ATM validi? O la rete
ATM si indirizzerà verso il trasporto di grossi flussi impersonando un nuovo
concetto di dorsale di trasporto?
Anche su questo argomento sembra che le idee non siano ancora molto
definite.