4. Protocolos de transporte para redes ATM

En los dos o tres últimos años ha habido numerosos e interesante intentos por diseñar protocolos de transporte. La referencia [10] presenta un completo y, ya clásico, resumen de las propuestas más interesantes en materia de protocolos de transporte para redes de alta velocidad (mayoritariamente IP en el artículo). Además, la referencia [13] ofrece una interesante visión de las características más importantes en los protocolos de elevada velocidad. Son estudiadas también diversas arquitecturas de protocolos y varias técnicas de implementación. Los protocolos de transporte de elevada velocidad son fuente de activas investigaciones y están en constante evolución desde hace más de dos décadas, lo que impide ser exhaustivo en este resumen: no citamos todos los protocolos, ni presentamos todos los conceptos ni podemos analizar todas las soluciones.

Uno de los componentes del ámbito de las comunicaciones que ha recibido mayor atención es la capa de transporte, la cuarta capa del OSI-RM de los protocolos de comunicaciones. TCP e ISO TP4 son los dos más populares protocolos de transporte. Pero centrándonos más concretamente en el ámbito de ATM, la literatura presenta varios protocolos de transporte y arquitecturas para redes de alta velocidad revisadas resumidamente a continuación.

[7] ofrece una excelente y didáctica arquitectura de pila de protocolos para aplicaciones multimedia en modo nativo ATM. Esta arquitectura de protocolo ha sido ya descrita brevemente en la sección anterior.

[8] presentan el diseño, implementación y comportamiento de un protocolo situado en la capa de transporte ATM. Esta es una interesante propuesta en la que se puede destacar que la pila ATM está formada por tres entidades principales: aplicación, señalización y transporte.

La siguiente Tabla 1 muestra un conjunto de nueve básicos servicios ortogonales que pueden ser combinados para obtener los requerimientos de determinadas aplicaciones. Actualmente, la capa de transporte referenciada en soporta tres clases de servicio o combinación de servicios. La marca X indica el servicio básico soportado en cada clase de servicio general.

resuelve el problema de soportar HPDC (High Performance Distributed Computing) sobre redes ATM. Los autores sugieren modificaciones en los mecanismos de recuperación de pérdidas del protocolo estándar SSCOP [14] y demuestran que el resultado ofrece baja latencia, eficiente recuperación de células perdidas y es tan robusto como el estándar SSCOP.

PROTOCOLOS MULTIPOINT

El crecimiento de las redes ATM viene motivado, en parte, por la demanda de servicios multimedia para grupos dispersos de usuarios. El tráfico multicast tiene características particulares descritas para ATM en UNI 4.0 [6] y anteriores [5]. La distribución de información punto-a-multipunto (uno-a-muchos) o multipunto-a-multipunto (muchos-a-muchos) es un objetivo básico propuesto por varios protocolos y arquitecturas ATM que ofrecen el soporte multimedia y/o multicast como audio-conferencia, video-conferencia, trabajos colaborativos o VoD.

ATM es aún una tecnología emergente diseñada para ser usada por aplicaciones de datos, audio y video, lo que requiere un buen comportamiento de las transferencias unicast y multicast. User Network Interface (UNI 3.0) para ATM define conexiones punto-a-multipunto, y las conexiones multipunto-a-multipunto sólo pueden ser obtenidas de las dos siguientes formas:

* El primer esquema consiste en configurar N conexiones punto-a-multipunto para conseguir conectar todos los nodos en una topología completamente mallada todos-con-todos. Aunque esta topología ofrece conexiones multipunto-a-multipunto, hay que destacar que no escala bien cuando el número de participantes es elevado.

* Una alternativa al anterior esquema es el uso de un servidor que actúa a modo de raíz en el árbol multipunto. Este método sólo requiere un nodo raíz para almacenar información, pero la desventaja de este método son las potenciales congestiones en el servidor cuando debe encargarse de envíos y retransmisiones de las conexiones multipunto-a-multipunto.

Para solventar las limitaciones de UNI 3.0 y UNI 3.1 [5] que soportan conexiones uno-a-muchos, pero no directamente (nativamente) conexiones muchos-a-muchos, y ofrecer a ATM verdadero servicio multicast, ATM Forum, ITU-T e IETF han realizado varias propuestas al actual mecanismo de señalización ATM (UNI 3.1, UNI 4.0), [4],[5],[6].

Comenzamos destacando la referencia [16] como un reciente trabajo que revisa y compara los protocolos de transporte multicast más importantes en Internet como MTP-2, XTP, RTP, SRM, RAMP, RMTP, MFTP, STORM, etc.. IETF e IRTF (como ITU-T y ATM Forum) también impulsan una importante actividad en este campo. La referencia [16] revisa los más representativos protocolos multicast y los clasifica de acuerdo a la taxonomía de varias características (propagación de datos, mecanismos de fiabilidad, retransmisiones, control de congestión y de flujo, gestión de grupos multicast, etc.). En Internet los mecanismos efectivos de control de congestión son una de las prioridades en las investigaciones de las transferencias multicast fiables. Los mecanismos de seguridad y las técnicas escalables de recuperación de errores son algunos de los aspectos actualmente en estudio en el campo de los protocolos de transporte multicast.

Hasta este punto hemos revisado algunos protocolos de transporte ATM y hemos citado sus más importantes características. En esta sección comentaremos los problemas asociados a las transferencias multicast uno-a-muchos o muchos-a-muchos. Actualmente no existen excesivas propuestas en este importante faceta para ATM, pero vamos a resumir algunas de las más interesantes en los siguientes párrafos.

SMART (shared many-to-many ATM reservations)[3] es un protocolo para controlar un árbol ATM multicast compartido soportando comunicaciones muchos-a-muchos (many-to-many). Esta propuesta tiene importantes características como que: reside completamente en la capa ATM y no requiere ningún servidor; soporta uno o varios VCCs (y también VPCs) cuyo número es libremente configurado y es independiente del número de puntos finales; usa el concepto de bloques de datos como en la clase de servicio ABT y también permite VCCs de las clases CBR, VBR o UBR; el protocolo garantiza que no existen puntos de interrelación en los VCC del árbol; son respetadas las garantías del contrato de tráfico asociado con los VCCs, etc. SMART puede ser entendido como un protocolo completamente distribuido para coordinar la distribución de VPIs/VCIs.

Para solventar las conocidas dificultades debidas al soporte y uso de muchos-a-muchos VCCs, SMART usa el mecanismo de Cell Interleaving (sobre un VCC muchos-a-muchos, las células de datos desde diferentes fuentes pueden llegar intercaladas a un destinatario) y también Demand Sharing (los recursos asignados a conexiones muchos-a-muchos son dinámicamente compartidas entre todas las potenciales fuentes.

El artículo [3] describe el protocolo SMART formal e informalmente, y propone completas pruebas de corrección y un detallado análisis de comportamiento para estudios futuros. También son sugeridas otras investigaciones como son: ofrecer justicia en los accesos a los árboles multicast; investigar las células RM periódicamente para aliviar las congestiones en la red o disminuir el tiempo de acceso del usuario a los árboles de distribución multicast; análisis de las células RM dentro de cada VCC o fuera enviando todas las células RM en un VCC dedicado.

En [17] se presenta MWAX un algoritmo dinámico y escalable para routing multicast en el marco PNNI de redes ATM. Los autores han identificado el problema para conseguir la escalabilidad con protocolos multipunto-a-multipunto y se proponen soluciones para este problema. El artículo describe un esquema jerárquico basado en CBT para incorporar routing multipunto-a-multipunto en PNNI. En el algoritmo los nodos core actúan como participantes pasivos para eliminar la dependencia en la selección de estos nodos. Con un mecanismo de backup se consigue un algoritmo tolerante a fallos en los nodos core, lo cual puede ser fácilmente extendido para incorporar QoS en el routing multicast. El protocolo-algoritmo MWAS es recursivo, esto es, el mismo protocolo es ejecutado en cada nivel de la jerarquía.

SEAM (Scalable and Efficient ATM Multicast) [18] propone una arquitectura escalable, eficiente y multicast multipunto-a-multipunto para redes ATM que usa un sólo VC para un grupo multicast de múltiples emisores y receptores y todo ello sin realizar cambios en la capa AAL5 de ATM. Esta propuesta permite a los grupos multicast aprovechar el soporte de QoS y la escalabilidad del ancho de banda. También realiza aportaciones para conseguir soportar IP multicast sobre redes ATM extensas.

SEAM usa un sólo árbol de distribución compartido para todos los emisores y receptores. Cada grupo multicast tiene un core asociado, el cual se usa como punto focal para todos los mensajes de señalización del grupo. Este trabajo deja abiertas investigaciones referentes a la gestión de tráfico y a la entrega fiable de tráficos multicasting.

Concluimos esta sección destacando MCMP (Multiparty Conference Management Protocol) [19] que, sin estar pensado específicamente para ATM, es un protocolo de nivel sesión/transporte distribuido extremo-extremo y desarrollado para gestión de grupos de aplicaciones de conferencia. MCMP es un conjunto de algoritmos de control distribuido para configuración de conferencias multipunto y gestión de miembros de grupos de usuarios.

Conceptualmente, MCMP reside en el nivel de sesión en el que se establece la infraestructura para activar la transferencia de información entre los participantes en la conferencia. Pero funcionalmente, el protocolo acompasa los niveles de sesión y de transporte pues utiliza directamente servicios del nivel de red. Son destacables las condiciones de corrección (conectividad, validación, unicidad, consistencia y terminación) que deben ser satisfechas una vez que la conferencia ha sido configurada por el algoritmo de configuración de MCMP. El artículo muestra exhaustivas pruebas de corrección para uno de los algoritmos, y también describe la especificación y verificación del protocolo.
5.- Nuevos campos de investigación

En todas las redes existen gran variedad de elementos hardware (switchs, routers, bridges, brouters, hubs, ETDs, etc.) que realizan muy diversas funciones (conmutación, routing, puenteo, controles de congestión y de flujo, garantía de QoS, ejecución de aplicaciones, etc.). En la actualidad la red es mayormente un canal de comunicación para transferir paquetes entre equipos finales (ayudada por los elementos hardware antes citados). Pero también se están realizando importante esfuerzos para equipar a los elementos hardware con elevadas prestaciones aportadas por diversas técnicas software. Esto dota a la red de características activas (active networks) en el sentido de que los elementos hardware que la componen computan, modifican u operan los contenidos de los paquetes y también serán capaces de transferir o propagar código. Por consiguiente, una red activa es una red programable.

[20] es una excelente revisión de este novedoso campo de investigación que discute dos planteamientos en la realización de redes activas, la idea del conmutador programable y la de la cápsula. Una red es activa si en sus árboles de distribución multicast existen nodos activos con capacidad para ejecutar programas y/o capaces de implementar mecanismos de propagación de código. Algunas de las ventajas de los protocolos activos son conseguidas instalando nodos activos en puntos estratégicos de la red.

Otro nuevo concepto es presentado en [21] como una metodología para el diseño de protocolos. Los protocol boosters son una nueva contribución a las redes activas o programables. Una ventaja de los boosters es que pueden ser fácilmente "inyectados" en los sistemas actuales sin provocar cambios en la infraestructura de red.

Por otro lado, [22] propone el concepto de agente de comunicaciones para servicios de comunicaciones multimedia en redes de área extensa. Este papel introduce una arquitectura software orientada a agente y propone el concepto de agente de comunicación para servicio de comunicación multimedia. Los servicios multimedia son expresados como agentes.

Los conceptos como redes activas, protocolos boosters o agentes software han sido propuestos y desarrollados para redes IP, sin embargo, la actividad empieza a notarse en las redes ATM, y la referencia [23] es una de esas recientes investigaciones. Este artículo muestra agentes software móviles usados para implementar operaciones robustas y funciones de mantenimiento en redes ATM. Los agentes desempeñan un rol similar al de las células OAM en ATM estándar, pues son transmitidos entre entidades de control a intervalos regulares usando recursos predefinidos. La diferencia entre los agentes móviles y las células OAM reside en que éstos pueden contener código. Para concluir destacar que la integración del tráfico IP sobre tecnología ATM es también uno de los campos más activos en la actualidad. En esta línea pueden destacarse los siguientes protocolos: IP-over-ATM, IP Switching, Tag Switching, NHRP, MPOA, IMSS, CSR, ARIS AREQUIPA,RED y EPD.