ATM è un metodo di trasferimento dati, basato su celle, orientato alla connessione, che gestisce dinamicamente l'allocazione delle risorse e la QoS. I mezzi fisici su cui lavora hanno un bassissimo tasso di errore in trasmissione ed i terminali per la connessione alla rete possono essere o estremamente semplici, poiché potevano essere anche soltanto dei semplici telefoni, o complessi, come dei computer. Infine, ATM è organizzato gerarchicamente, come si usa fare in una rete telefonica.

Abbiamo detto che il trasferimento dati è basato su celle (cell switching), la differenza sostanziale fra un pacchetto e una cella è che il primo è di lunghezza variabile, la seconda ha lunghezza fissa. Può sembrare strana la scelta per le celle, poiché la lunghezza variabile avrebbe permesso di adattare la dimensione del pacchetto ai dati da trasferire, garantendo un efficiente utilizzo del canale di comunicazione, tuttavia in quel periodo la tecnologia hardware per gli apparati di rete non garantiva un livello di prestazioni così elevato da poter gestire velocemente la lunghezza variabile. Viceversa, la lunghezza fissa delle celle permetteva di realizzare hardware allo stesso tempo semplice ed estremamente veloce. In aggiunta, la dimensione costante garantisce una conoscenza precisa del tempo necessario per uno switch a trattare una cella, il che aiuta a controllare con grande precisione la QoS.

La scelta della dimensione delle celle è fatta sulla base delle seguenti considerazioni:

1. Celle piccole sono più veloci da trasmettere: con celle di piccole dimensioni l'hardware di rete può inviare una cella in pochissimo tempo, questo aiuta nella gestione delle code. Ad esempio, se bisogna limitare il delay delle celle appartenenti ad una certa classe di servizio, la dimensione ridotta delle celle garantisce un piccolo tempo di trasmissione e quindi un più veloce controllo della presenza di pacchetti privilegiati in attesa nella coda.

2. Le celle grandi garantiscono un minor peso dell'header sulla quantità di dati scambiati sul link, per le celle piccole l'header potrebbe invece essere un overhead consistente.

3. Celle troppo grandi potrebbero comportare uno spreco dello spazio del link quando sono da trasmettere poche informazioni. Infatti, essendo la dimensione della cella fissa, tutto lo spazio non utilizzato dalle informazioni utili deve essere riempito da padding.

Partendo da queste considerazioni si è deciso di realizzare celle di piccole dimensioni, in particolare di 53 byte: 48 byte di payload e 5 byte di header. La dimensione non è casuale, infatti è stata scelta in modo da trasportare un campione di voce di 6 msec campionato a 64 Kbps. La dimensioni ridotta della cella impone che le informazioni di indirizzamento contenute nell'header siano piccole ed efficienti.

L'indirizzamento non può dunque essere globale, come ad esempio come avviene per IP, poiché un header di queste dimensioni non consentirebbe uno spazio d'indirizzamento sufficiente. La soluzione si può avere ricorrendo ad uno spazio di indirizzamento locale. Ricordiamo che un indirizzamento globale è caratterizzato dalle seguenti proprietà:

1. Id univoco a livello mondiale;

2. Informazioni di identificazione grandi;

3. Gestione globale degli identificativi;

4. Conoscenza globale degli identificativi.

Per un indirizzamento locale si ha invece:

1. Id locali;

2. Informazioni di identificazione piccole;

3. Gestione locale degli identificativi;

4. Necessità di elaborazione nel passaggio locale-locale per la conversione degli identificativi.

Poiché ATM è orientato alla connessione, lo switching è fatto basandosi sulle informazioni di connessione, in particolare, ogni pacchetto contiene un identificativo locale di connessione, tale identificativo è formato da due campi:

• Virtual Channel Identifier (VCI): è un'astrazione adoperata per descrivere un canale unidirezionale per il trasporto delle celle;

• Virtual Path Identifier (VPI): una ulteriore astrazione per descrivere un insieme di virtual channel, introducendo quindi un concetto di aggregazione.

In Figure 31 è mostrato graficamente il concetto di VCI e VPI:

Come si può vedere il VPI consente di aggregare una serie di flussi che percorrono uno stesso percorso, in modo da ridurre lo spazio necessario di indirizzamento, quando poi i flussi devono tornare a distinguersi, è possibile adoperare i VCI per ricondurli alle opportune destinazioni.

ATM per la prima volta si configurava come un'unica tecnologia a supporto di reti sia WAN che LAN, per questo prevede due interfacce differenti per il rapporto con utenti o con altri elementi della rete:

• UNI: User to Network interface, consente di collegare gli utenti alla rete. Da notare che per utente si intende anche una LAN privata che si connette ad una rete pubblica;

• NNI: Network to Network interface, connette fra loro reti (privata-privata o pubblica-pubblica).

Figure 32: Esempi di interfacce ATM

Chiariti a grandi linee gli aspetti principali di ATM, passiamo a studiare il formato delle celle, che varia leggermente fra le celle scambiate nelle interfacce UNI e quelle NNI:

Figure 33: Celle ATM

I campi VCI e VPI sono chiaramente gli identificatori specificati precedentemente, l'unica nota è la presenza del campo GFC nella cella UNI, che poi rappresenta anche l'unica differenza con la cella NNI che invece presenta un campo VPI che comprende anche lo spazio GFC.

GFC sta per generic flow control, ed è un campo, raramente usato, il cui scopo è quello di fornire meccanismi per il controllo prettamente locale (e quindi non utile nella rete) dell'accesso ad un link condiviso.

Lo spazio GFC viene lasciato al VPI nelle celle NNI perché presumibilmente nel cuore della rete c'è una maggiore necessità di spazio d'indirizzamento per i virtual path.

Dal pacchetto possiamo facilmente rilevare quanto detto, infatti, nella UNI, ci sono soltanto 256 VPI, mentre in NNI ce ne sono 4096. Per i VCI lo spazio di indirizzamento totale è di 65.536 id.

Per quanto possa sembrare un indirizzamento molto limitato, l'indirizzamento locale garantisce che tale dimensionamento sia sufficiente. Il fatto che l'indirizzamento sia locale comporta che ogni switch mantenga una tabella che associa ad una coppia VPI/VCI in ingresso una nuova coppia VPI/VCI in uscita, quindi, una connessione che viaggia su diversi hop avrà associati valori VPI/VCI differenti su ogni hop.

In realtà inizialmente si consentì uno switching solo sui VPI, quindi hop per hop veniva cambiato solo il valore VPI, mantenendo per ogni VPI gli stessi numeri VCI:

Figure 34: ATM switching

In Figure 34 gli ATM Switch hanno il compito di aggregare i VCI in appositi VPI in ingresso alla rete e in uscita disaggregarli. Come si può vedere nel primo switch i virtual channel VC4, VC1, VC3 vengono inviati in uscita tramite i virual channel VC1, VC2, VC3 aggregati nel VP1. L'ordine di questi virtual channel non varia all'interno del VP, che viene commutato in blocco, se necessario, dal VP Switch. I VC vengono disaggregati all'arrivo nell'ATM Switch di uscita.

Successivamente si è permessa un'architettura in cui si poteva avere una commutazione totale, con VC riassegnati a VP differenti (Figure 35).

Figure 35: ATM switching 2

Le tabelle di switching sono create quando si stabilisce la connessione. In caso di problemi, come ad esempio la caduta di un nodo, la connessione viene persa e deve essere ristabilita.

Figure 36: Esempio di tabelle di switching ATM

Le connessioni possono essere stabilita in due modi:

• Permanent Virtual Circuit (PVC): il circuito virtuale è stabilito in modo amministrativo e rimane attivo per lunghi periodi;

• Switched Virtual Cirtcuit (SVC): il circuito virtuale è stabilito al momento (on the spot) attraverso ATM signalling. In questo caso la durata è arbitraria.

Il campo PTI è utilizzato per indicare il tipo di pacchetto trasportato, 4 tipi sono per dati utente ed altri 4 per pacchetti di gestione della rete:

• 0xx = dati utente;

• 00x = assenza di congestione;

• 01x = congestione;

• 0x0 = il pacchetto non è di user signalling;

• 0x1 = il pacchetto è di user signalling;

• 1xx = pacchetto di gestione della rete;

• 100 = pacchetto di controllo da switch a switch (Lo switch che lo riceve va a leggere il payload);

• 101 = pacchetto di controlo ent-to-end;

• 110 = RM cell;

• 111 = riservato.

Il campo CLP è invece una indicazione utile per la gestione della QoS.

I mezzi su cui viaggia ATM sono molto precisi, evitando dunque molti errori di comunicazione. Tuttavia, è fondamentale garantire la correttezza dell'header poiché c'è il rischio che una cella, in un meccanismo orientato alla connessione, con errori nell'header giunga nel posto sbagliato. Il codice HEC garantisce un certa sicurezza di rilevazione dell'errore e la possibilità di correggere gli errori su di un bit. Le informazioni sugli errori sono poi usate per la creazione di statistiche sulla QoS.