ATM : tecnologia del presente o del futuro?

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1 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.

2 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.

3 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.

4 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.

5 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.