ATM: Concepts de base   

" Contrary to common misconceptions, ATM is a very complex technology, perhabs the most complex ever developped by the networking industry " - Anthony Alles (CISCO)

" ATM c'est vraiment X25 revu et corrigé pour paraître moderne. Ceux qui pronostiquent que demain ATM rasera gratis sont les mêmes qui annonçaient hier la conversion du monde entier à OSI " - Christian Huitema (IAB - Directeur de recherche à l'INRIA)

Qu'est-ce qu'ATM ?

ATM (Asynchronous Transfer Mode) est un standard de télécommunications proposé pour le RNIS Large Bande (BISDN). C'est un complément au standard STM.

Il a été développé par le CNET (à partir de 1982) sous le nom d'ATD (Asynchronous Time Division). C'est une amélioration de la commutation de paquets permettant de mieux exploiter les liens à haut débit et de s'adapter aux exigences des nouvelles applications. Différents travaux convergents ont été effectués par ailleurs menant à la définition de protocoles de commutation de paquets rapide (Fast Packet Switching).

Qu'est-ce que STM ?

STM (Synchronous Transfer Mode) est un standard pour le transport de paquets contenant la voix et les données sur de longues distances. C'est un Réseau à Commutation de Circuits. Le RNIS utilise ce type de technique.

Les données sont envoyés sur un réseau STM en divisant la bande passante des liens STM en Unités de Transmission appelés Intervalles de Temps (" time-slots ") ou " buckets ". Si une connexion n'a pas de données à transmettre alors le bucket reste vide. C'est un gaspillage de la Bande Passante. Mais dans cette technique, la BP est garantie.

Quels sont les objectifs d'ATM ?

ATM veut permettre de véhiculer tout type d'information : voix, vidéo, données. Bref " être un réseau multimédia ".

Pour cela, il faut offrir:

- Un débit suffisant : Les applications multimédia ont besoin de liens avec des débits en Gigabits/sec;
- une qualité de service (QoS) adaptée aux différents types de trafic : Le trafic temps réel tolère certaines pertes mais pas de retard (comme la voix et la vidéo haute-résolution), tandis que le trafic sans contrainte de temps réel tolère une distorsion temporelle mais pas de perte (comme le transfert de fichiers). Sans oublier la Bande Passante.

Comment ATM remplit ses objectifs ?

ATM possède des caractéristiques lui permettant de remplir ses objectifs :

- ATM utilise des paquets de petite taille fixe appelés cellules.
- ATM est orienté connexion. Chaque connexion est identifiée par un numéro. Toute cellule transportant les données porte l'identificateur de la connexion.
- ATM utilise le multiplexage temporel asynchrone.
- Différentes classes de services sont prévues pour permettre l'intégration des différents types de trafic et répondre aux exigences des applications en terme de QoS.
- Une signalisation riche permet la mise en oeuvre de fonctionnalités adaptées.

Quels sont les avantages offerts par la taille de la cellule ATM ?

La taille de la cellule ATM offre différents avantages :

- Dans le cas d'abandons de cellules dans les techniques de résolution de la congestion, il n'y a pas une perte considérable de données et des méthodes de correction peuvent être aisément appliquées
- La longueur fixe facilite l'implémentation hardware et l'allocation de Bande Passante ;
- Le temps de traversée du réseau est optimisée par l'effet pipe-line du store&forward entre noeuds ;

Comment ATM met en oeuvre une connexion ?

ATM est orienté connexion. On distingue trois phases :

- L'établissement de la connexion ;
- Le transfert de données à travers le canal virtuel établi ;
- La libération de la connexion ;

La phase d'établissement de la connexion permet d'allouer un VCI (Virtual Channel Identifier) et/ou un VPI (Virtual Path Identifier) et d'allouer les ressources nécessaires pour garantir le débit demandé. Le routage est établi durant cette phase ce qui optimise par la suite les délais de transmission.

Ainsi, chaque connexion est identifiée par un numéro (VPI/VCI) (similaire au NVL d'X.25). Ce numéro est attribué localement par le commutateur qui aura à charge de maintenir et de gérer la correspondance entre le VCI entrant et le VCI sortant d'une connexion.

Le VPI correspond à un groupe de VCI empruntant le même chemin virtuel. Cette hiérarchie à deux niveaux facilite le routage et la commutation dans le réseau.

Il faut souligner que, contrairement au STM, cette technique (similaire à ce qui est utilisé dans X.25 avec les NVL-au niveau 3) n'effectue pas de réservation de BP.

Quelles sont les différentes étapes de déploiement d'ATM ?

ATM a été conçu pour satisfaire aussi bien les exigences des informaticiens et des télécommunicants. Il peut être utilisé aussi bien sur des LAN que sur des MAN ou des WAN. Les opérateurs (regroupés au sein de l'ITU) aussi bien que les informaticiens (regroupés au sein de l'ATM Forum) s'y intéressent. Toutefois le déploiement de l'ATM, pour des raisons économiques et décisionnelles, ne se fait pas partout de la même façon.

A court terme, ATM répondra à l'évolution des besoins en bande passante des backbones de commutation de réseaux. Ultérieurement, ATM se développera en direction des stations de travail et des réseaux étendus, auquel il fournira un accès direct à haute vitesse et une QoS adaptée à leurs besoins.

Actuellement, l'intégration d'ATM au sein du réseau d'entreprise doit se faire sans trop perturber l'existant, protégeant les investissements matériels et logiciels réalisés. Ainsi, le standard LAN Emulation ATM (LANE) prend en charge sur un backbone ATM un service de broadcast similaire à celui du LAN. LANE permet aux serveurs hautes performances de se connecter au réseau à des vitesses ATM et continue à servir des clients connectés au LAN.

Il faut donc envisager quatre axes d'utilisation ATM :

- connexions des stations de travail ;
- backbone de réseau local ;
- accès au réseau étendu ;
- transport sur réseau étendu ;

Quelle topologie pour l'utilisation d'ATM sur le backbone ?

Pour relier des stations en réseau local, la commutation LAN est la solution la plus séduisante offrant un bon rapport Bande Passante/ Coût. Toutefois cette solution n'est plus appropriée lors de l'extension du réseau. Ainsi, il est nécessaire d'implanter un Backbone offrant toutes les garanties de service en terme de Bande Passante évitant ainsi les goulots d'étrannglement potentiels. Un Commutateur LAN offrant d'une part des ports Ethernet 10/100 Mbps et un port ATM 155 Mbps répond à cette exigence. D'autre part, il est possible de passer de 155 Mbps à 622 Mbps.

De plus, les serveurs pourront être regroupés pour des facilités d'administration sans que leurs performances soient diminuées malgré leur éloignement des clients qu'ils servent.

Le fait de disposer de la Bande Passante supplémentaire sur le Backbone et au niveau des accès aux serveurs permet de faciliter la conception des réseaux en évitant le problème de congestion par une bonne gestion des ressources offertes.

Enfin, le LANE permet de concevoir cette topologie en tant que LAN et ainsi ne pas affecter les applications existantes. Chaque LAN émulé est un LAN virtuel (VLAN) qui simplifie l'administration du réseau en regroupant les utilisateurs en fonction de leurs centres d'intérêt, de leur relation au sein de l'organisation, de la sécurité d'accès... Des adresses de sous-réseaux sont affectées aux VLAN plutôt qu'aux segments physiques. Ce qui aboutit à moins de sous-adresses à administrer.

Quelles sont les interfaces ATM ?

Deux extrémités dans un Réseau ATM sont associées par un identificateur appelé " Identificateur de Circuit Virtuel " (VCI label - Virtual Circuit Label), semblable au numéro du " time-slot " ou du " bucket " dans un réseau STM. Le VCI est contenu dans l'entête de la cellule.

Les utilisateurs accèdent au réseau ATM à travers des interfaces appelées " User Network Interface " (UNI) et écoulent les données en respectant le contrat négocié au début de la connexion. Le réseau essaie ensuite d'assurer que les caractéristiques de la connexion restent à l'intérieur de ce contrat et que la Qualité de Service (QoS) requise pour cette connexion soit satisfaite tout au long de la vie de la connexion.

Entre les commutateurs ATM, une interface " Network-Network Interface " (NNI) a été normalisée.

Comment situer ATM par rapport au modèle OSI ?

Dans le modèle OSI, ATM pourrait être placée au niveau 2 (Couche Liaison de Données).

En réalité, ATM ne respecte pas tout à fait la décomposition en 7 couches d'OSI. La connexion de bout-en-bout, le contrôle de flux ainsi que le routage sont faits au niveau Cellule.

Le modèle ATM considère 3 niveaux :

- la couche physique : utilisation des standards déjà déployés des couches physiques tels que la fibre optique (SONET, SDH) et la paire torsadée (T3/E3),...
- la couche ATM : construction de la cellule ATM, multiplexage/démultiplexag et commutation des cellules ;
- la couche AAL (ATM Adaptation Layer) : adaptation du flux de données à la structure des cellules. On distingue une AAL par type de trafic.

D'autre part, il existe trois plans :

- le plan Utilisateur ;
- le plan de Contrôle ;
- le plan de Gestion ;

De quoi est composée la cellule ATM ?

Une cellule ATM a une taille de 53 octets. L'entête est sur 5 octets et la charge utile sur 48 octets.