쌍용정보통신 통신사업본부
"쌍용 LAN / WAN 입문 강좌"

　

제2부 원거리 통신망 입문(WAN)

제10장 차세대 광역 통신망, ATM

음성, 영상, 데이터 등 종래의 미디어들이 통합된 멀티미디어의 시대가 급속히 펼쳐지고 있는 가운데, 이미 인터넷 등에 의해 문자나 영상을 이용한 커뮤니케이션과 전자 도서관/미술관과 같은 정보검색 서비스가 일반화되어가고 있고, VOD(VIDEO ON DEMAND)등의 방송형 서비스, 원격의료 또는 원격 교육 등과 같은 서비스가 실용화 될 날도 그리 멀지 않았다.

이러한 시대적 별화 속에서, 멀티미디어 통신 서비스를 제공하는 네트워크에 대한 기대 또한 한층 높아져 가고 있으며, 차세대 네트워크가 단순히 음성에서 멀티미디어로 커뮤니케이션의 형태를 차별화시킬 뿐 아니라 여러 가지 새로운 문화형태와 산업을 창출하고, 여유롭고 풍요로운 생활을 실현시킬 것이라는 점도 쉽게 예상된다. 이러한 기대하에 종래의 전화망과는 비교할 수 없을 정도로 고속에 광대역인 네트워크를 구축하려는 움직임이 선진국을 중심으로 활발히 이루어 지고 있다.

현재의 네트워크는 개개의 미디어별로 그에 알맞는 방식으로 개별적으로 구성되어 있으나 멀티미디어 통신 서비스를 제공하기 위해서는 각각의 미디어 통신을 하나의 네트워크에서 제공할 필요가 있고, 미디어별로 서로 다른 통신 특성을 각 미디어별로 만족시키지 않으면 안된다. 예를 들어, 각 미디어의 통신속도, 요구품질, 미디어의 버스특성에 유연하게 대응할 수 있어야 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 네트워크가 고속 광대역 네트워크( B-ISDN ) 라고 할 수 있으며, 이에 사용되는 정보전달 방식은, 광화이버 통신 기술이나 고집적회로화 기술 등의 고속 대용량 통신 기술의 발달을 배경으로 탄생된 것이 ATM (Asynchronous Transfer Mode :비동기전송모드 ) 기술 이다.

1. ATM 개요

1.1 컴퓨터, NETWORK의 발전

컴퓨터는 20세기 후반 반도체 기술 혁신의 직접적 혜택을 받아 급속히 발전해 왔다. 특히 마이크로 프로세서의 발명 이래로 그 경향은 한층 뚜렷해져, 오늘날 PC와 WORKSTATION의 CPU는 10년 전 메인 프레임의 성능을 훨씬 능가하게 되었다.

PC와 워크스테이션을 중심으로 한 컴퓨터의 발전은 지금까지의 메인프레임 주체의 정보처리 형태에 질적 변화를 일으켜, 클라이언트 서버 방식에 의한 네트워크 컴퓨팅이 눈에 띄게 보급되었고 그 중심적 역할을 맡고 있는 것이 LAN(Local Area Network)이다. LAN은 전화망 등의 광역망과는 달리 법제도에 구애받지 않고 새로운 기술을 즉각 수용할 수 있는 자유로운 네트워크로서, 1973년 제록스사에서 ETHERNET이 발명된 이래 급속한 발전을 이루어 왔다.

LAN에 의한 PC와 워크스테이션을 결합한 분산처리 환경을 실현하는데 있어서 필수 불가결한 것으로, 네트워크 OS를 들 수 있다. 네트워크 OS는 PC에서의 DOS와 워크스테이션에서의 UNIX를 바탕으로 발전하여 왔다. 네트워크 OS의 종류로는 도스나 유닉스에 부가되는 소프트웨어의 형태(NETWARE)와 OS본체에 바로 장착되는 경우(WINDOW95, WINDOWS NT등)가 있다. 이와 같은 네트워크 OS의 발전에 따라 더욱 쓰기 편하고 신뢰성 높은 분산처리 환경이 정비되고 있다.

마이크로 프로세서의 고성능화와 강력한 네트워크 OS의 등장과 더불어, PC와 워크스테이션을 중심으로 한 컴퓨터 분야에서는 내부버스와 주변기기 인터페이스의 고속화가 진전되어 왔다. 네트워크를 매개로 컴퓨터가 다른 컴퓨터의 파일이나 주변기기에 고속으로 ACCESS하기 위해서는 더 고속화 되고 확장성이 높은 LAN이 필요하다.

즉 네트워크에 접속된 모든 컴퓨터가 임의의 시점에서 필요로 하는 전송속도를 모두 흡수 가능한 초고속의 최고전송성능을 유지하면서, 어떤 시점에서는 각 컴퓨터가 필요로 하는 전송 속도만을 제공하는 가변 속도형의 유동성 있는 새롭고 이상적인 Network Architecture가 요구된다.

1.2 멀티미디어 통신을 위한 NETWORK

컴퓨터의 고성능화와 병행하여 컴퓨터가 취급하는 정보에도 커다란 변화가 일어나고 있다. 컴퓨터가 다루는 정보는 애처에 워드프로세서나 표 계산등에 사용되는 문자 코드였지만, 이후 CAD(Computer Aided Design)분야의 도형도 취급하게 되었다. 곧이어 등장한 것이 DTP(Desktop Publishing: 전자출판)분야에서의 Vector Font, Outline Font라고 하는 길이와 방향성을 자유자재로 표현하여야 하는 정보이다.

이러한 멀티미디어 정보를 컴퓨터가 어떻게 다루느냐 하는 문제가 중요한 테마로써 주목받고 있다. 동영상, 음성 등의 멀티미디어 정보의 특징은 정보가 동시적으로 발생한다는 것이다. 동시적이란 곧 실시간에 연속적으로 발생하는 것을 말하며, 실시간성과 연속성이라는 멀티미디어 정보의 특징은 새로운 네트워크에 대한 요구조건이 되고 있다.

* 차세대 LAN의 요구조건

가. 고속성
　CPU. 네트워크 OS, 내부 버스, 주변기기 인터페이스의 고성능화에 알맞은 고속 전송

나. 확장성
　실효전송속도를 떨어뜨리지 않고 네트워크 노드의 증설이 가능

다. 유연성
　각 네트워크 노드에 대한 가변전송속도 기능

라. 멀티미디어 정보의 전송
　전송정보의 등시성(실시간성, 연속성) 보증

컴퓨터 분야의 급속한 기술혁신에 대응한 차세대 LAN에 대한 이와 같은 네 가지 요구조건의 해법으로 등장한 것이 ATM-LAN이다.

통신이란 먼 곳에 정보를 보내고자 하는 인류의 욕구를 실현하는 기술로써 오랜 옛날부터 연구되어 왔다. 현대의 통신 네트워크시대를 직접적으로 만든 것은 전신기와 전화기의 발명이었다. 전신과 전화 서비스의 근간은 회선교환 서비스였는데, 초기에는 사람의 손에 의하여 교환작업이 이루어 졌다.

이후 전화가 보급되면서 자연스럽게 자동 교환 시스템이 급속도로 연구되었고 여러 가지 실용적인 교환 시스템이 발명되었다. 19세기부터 오늘날에 이르기까지, 전화의 음성 통화 기술인 회선교환 (CIRCUIT SWITCHING)방식은 통화 중(회선 이용 중)일 경우 회선은 점유상태가 되며 회선 접속 후 전송하는 정보량이 많건 적건 간에 고정적이기 때문에 데이터 통신에는 비효율적이지만 실시간이나 연속성이 요구되는 음성, 영상의 멀티미디어 통신에 알맞는 방식이다.

전국에 분산되어 있는 컴퓨터를 WAN(Wide Area Network)으로 상호 접속하려는 시도는 미국방성이 개발한 ARPANET에 의해 처음 실현되었으며, 여기서 처음 등장한 패킷 교환 방식은 회선 교환 방식과는 달리 회선이 비기를 기다릴 필요가 없이 데이터의 작은 조각인 각각의 PACKET마다 행선을 정해 송신한다.
이 방식은 회선 이용율이 높고 데이터 통신에 적합한 방식이나 패킷처리시 교환기내에서 지연시간을 갖고, 패킷과 패킷 사이의 시간이 존재하기 때문에 연속성과 실시간성이 요구되는 멀티미디어 통신이나 고속통신에는 걸맞지 않은 방식이다.

위에서 언급한 회선교환방식과 패킷 교환방식에는 각각의 장점이 있는데 이 장점들을 조합하여 만든 디지털 네트워크로서 N-ISDN(Narrowband Integrated Service Digital Network)이 고안되었다. N-ISDN은 회선교환과 패킷 교환 서비스를 별개로 제공하지만 모두 아날로그가 아닌 디지털 신호로 취급한다. 즉 아날로그 통신망은 음성통화를 위해서, 패킷 교환망은 데이터 통신을 위해서, 그리고 N-ISDN은 멀티미디어 통신을 위한 네트워크로서 각각 발전해 온 것이다.

* 차세대 WAN에 대한 요구조건

가. 고속성
　고속화 하는 LAN에 걸맞는 인터네트워킹의 고속 전송

나. 확장성
　실효전송속도를 떨어뜨리지 않고 인터네트워크 노드 의 중설이 가능

다. 유연성
　각 인터네트워크에 대한 가변 전송속도 기능

라. 멀티미디어 정보의 전송
　전송정보의 실시간성과 연속성을 보장하고, LAN 간 접속 및 CATV 망 접속헤더로부터 종단간 네트워크 구축의 가능

위와 같은 조건이 요구되는 WAN을 위하여 회선교환과 패킷 교환 양쪽의 장점을 모두 갖춘 ATM-WAN의 개념이 ITU(International Telecommunication Union)등에서 국제적으로 논의되었다. 이것은 종래 네트워크와의 호환성에 구애받지 않고 자유롭게 연구되었는데, 이로 말미암아 처음으로 WAN이 LAN의 발전을 따라잡는 계기가 이루어졌다.

　

2. ATM이란?

현재 하나의 네트워크에서 전화는 물론 데이터 통신도 처리할 수 있는 ISDN이 이미 제공되고 있다. ISDN은 단말 상호간에 일정 속도의 회선을 설정하는 회선교환 서비스와 정보를 적당한 길이의 패킷으로 분할해서 송신하는 패킷 교환 서비스가 있다.

그러나 ISDN의 회선 교환 서비스일 경우에는 고속 통신이라 하더라도 1.5Mbps 통신까지만 가능하며 고품질의 영상통신을 할 수 없고, 송신하는 정보량이 일시적으로 증가하는 컴퓨터 통신 등에서는 통신속도의 변경이 요구되어 일일이 통신을 끊고 재차 발신해야 되는 번거러움이 있다. 또, ISDN 패킷 교환 서비스 일 경우에는 통신 중 송신하는 정보량은 자유롭게 바꿀 수 있지만 통신속도가 고작 64kbps로 억제되어 있다.

그러나 전송시 손실이나 오류가 적고 대용량 통신이 가능한 광파이버 기술이 매우 진전되었고, 모든 정보를 디지털 신호로 바꾸어 전송할 수 있는 디지털화 기술의 발전에 힘입어 통신 네트워크에서는 음성에서 초고속 데이터뿐만 아니라 영상정보까지도 보낼 수 있는 통신네트워크의 실현 기술로써 ATM(Asynchronous Transfer Mode)이 출현하게 되었다.

2.1 ATM이란 무엇인가

ATM 교환은 저속도 통신이나 정보량이 적은 통신에서부터 고속 광대역 통신에 이르기까지 통신 중에도 대역폭을 자유롭게 변경할 수 있는 기술이다. ATM에서는 송신측의 단말에서 수신측의 단말로 보내는 정보를 48바이트씩 나누고 수신처 Label(표지)정보에 5바이트의 헤더를 덧붙여, 합계 53바이트의 고정길이를 가진 CELL이라고 하는 단위로 정보를 보낸다. 이것은 마치 48바이트 길이의 정보다발에 5바이트의 꼬리표가 붙은 것과 같다.

ATM 네트워크 내에 보내진 셀은 수신처 레이블의 정보에 따라 하드웨어에서 고속으로 교환된다. 이것을 자기 라우팅이라고 하는 데 이를 통하여 목적한 수신측에 도착한 셀은 레이블 검사를 받고 본래의 정보로 재구성된다.

또 ATM은 사용자 셀과 같은 수신처 레이블을 가진 보수용 OAM(Operation, Administration and Maintenance:보수 운용관리;정식명칭 아님) 셀을 흘려보냄으로써, 같은 통신 채널 내의 고장 등을 감시하거나 통시할 수 있다.

[1] 유연한 네트워크

지금까지의 네트워크는 전송매체, 경로, 회선(채널)이라는 요소로 구성되어 있다. ATM의 경우 같은 수신처 레이블 정보를 가진 셀의 송신개수를 변화시킴으로써 통신 채널의 대역용량을 시간적으로 바꿀 수 있게 되었다. 그래서 ATM 에서는 데이터를 실제로 운반하는 회선인 채널을 가상채널(VC: Virtual channel)이라 하고, 여러 가닥의 채널을 다발로 묶은 종래의 경로를 가상 패스(VP: Virtual Path) 라고 한다.

또 이용자간의 단말간 설정된 VP의 통신채널 (VCC: Virtual Channel Connection)을 중계하는, 종래의 교환기에 해당하는 장치는 가상 채널 핸들러(VCH: Virtual channel Handler, 통칭 ATM 교환기)라 하고, 가상 채널 핸들러 간에 설정되는 가상 패스의 통신 채널(VPC: Virtual Path Connection)을 중계하는 (경로의 접속, 전환을 행하는 장치인) 종래의 크로스커넥터에 해당하는 장치는 가상 패스 핸들러(VPH: Virtual Path Handler 통칭 ATM 크로스커넥터)라 한다. 또 가상 패스 핸들러 사이를 연결하는 커넥션을 디지털 섹션(Digital Section)이라 하며, 디지털 섹션은 구체적으로는 광파이버의 전송매체를 말한다.

일반적으로 네트워크 전체의 통신량은 주간에는 상업지구에서 증가하고 야간에는 주택가에서 증가하는 등 유동적인가 하면, 계절에 따라 혹은 통신상대의 장소에 따라서도 변화한다. 그런데 ATM에서는 네트워크 내에서 변동하는 통신량에 따라, 그리고 통신하는 상대의 장소에 따라 가상 패스의 용량을 자유롭게 바꿀 수 있다.

ATM 에서는 VHC(ATM 교환기)간의 트래픽을 관측하고 트래픽의 증감에 대응하여 VP의 용량을 증가나 감소 시킨다. 다시 말해서 네트워크 전체의 최대 용량은 정해져 있지만 컴퓨터 센터의 제어에 의해 각각의 지역이나 통신상대의 장소에 따라, 가상 패스의 용량을 자유롭게 바꿀 수 있기 때문에 때에 따라서 균형적이고 융통적인 네트워크로서 운용될 수 있다.

[2] 효율적인 정보 전송

멀티미디어의 정보원 중에는, 예를 들어 영상회의의 영상처럼 인물이나 배경화면이 정지해 있어 발생하는 정보량이 적은 경우도 있지만, 움직임이 커서 많은 정보가 발생하는 미디어도 있다. 이처럼 송신하는 정보량이 시시각각 변동하는 미디어의 통신 채널을 여러 개 묶어 겹쳐 통신하는 경우가 있다.

ATM에서는 같은 시각에 복수의 통신 채널이 중복되는 경우를 대비하여 셀을 일시 축적하기 위한 버퍼(buffer)회로를 갖추고 있다. 버퍼회로에서조차 셀이 넘칠 것 같으면, 우선 송신할 셀과 폐기해도 괜찮은 비우선의 셀을 따로따로 취급하도록 하고 있다. 이렇게 함으로써 같은 대역용량의 전송로 내에 더 많은 통신 채널을 확보하는 것이다. 이것을 통계 다중 효과라고 한다. 즉 ATM에서는 가변대역 이라는 특징에 더해 통계 다중 효과에 의한 효율적인 정보전송이 가능하게 되었다.

[3] OPERATION의 향상

ATM 에서는 통신 채널 내에서 보수용 오퍼레이션 정보를 통지할 수가 있다. 이로써 통신 채널 내 네트워크에 고장이 생겼을 경우에도, 고장 발생점보다 하류쪽에 있는 고장나지 않은 통신 채널의 나머지 부분을 사용해서 즉각 수신측 단말에 고장을 통지하고, 하류쪽의 단말(수신측 단말)에서 즉각 반대방향 채널을 사용해서 상류쪽 단말(송신측 단말)에 오퍼레이션 정보를 통지할 수 있다. 이처럼 ATM 에서는 단말에서 단말까지의 종단간 시험이 쉽게 실현된다. 또한 통신 채널에 비트 오류가 발생하는 경우에는 비트 오류의 특성을 시험하는 OAM 셀을 보내, 서비스를 중단하지 않고도 비트 오류 발생구간을 알아내고 검사할 수 있다.

2.2 ATM 교환의 원리

지금까지의 교환방식으로는 패킷 교환 방식과 회선교환 방식이 사용되어 왔다.
먼저 회선교환은 일정한 속도로 장시간 통신하는 데는 적합하지만, 문제는 정보가 있든 없든 한번 정해진 타임 슬롯은 언제나 그 이용자가 사용해야 한다는 것이다. 바꾸어 말하자면, 일정한 정보량의 통신을 하고 있을 때 외에는 낭비될 수 있다는 것이다. 또 여러 가지로 통신속도가 다른 단말이나 통화 중에 통신속도를 바꾸어야 하는 통신의 경우, 그리고 정해져 있는 최저속도 보다 더 낮은 속도의 통신일 경우에도 적합하지 않다. 그래서 회선교환방식은 전화망에서 사용되고 있을 뿐이다.

패킷 교환은 이용자로부터 보내져온 패킷을 일단 패킷 교환기 안의 프로세서에 넣고 헤더부를 소프트웨어로 해독하여 라우팅(어디로 보내면 좋은지 등의 통신경로를 선택하는 일) 등을 행하는데, 패킷의 크기는 128-4,096 바이트 범위의 가변길이를 가지고 있어 정보의 성질이나 속도에 따라 임의로 설정할 수 있는 유연성을 가지고 있다.
그러나 패킷 교환은 정보를 소프트 웨어로 해독, 처리하므로 프로세서의 성능에 따라 전송시간 등이 크게 제한된다. 또한 패킷교환(X.25)에서는 오류 정정이나 오류 재송등의 절차를 마련해 놓고 그것을 각 교환기 마다 처리하기 때문에 소프트웨어의 부담이 크다.
따라서 패킷 교환의 전송 능력은 수 Mbps정도이고, 어떤 네트워크 내에 집중적으로 데이터가 전송되어, 교환기등에서 이들 데이터를 처리하지 못해 넘쳐버리는 데이터의 폭주 시에는 전송시간의 변동이 매우 커지게 된다. 이러한 여러 가지 특징으로 패킷 교환은 데이터 통신에 이용되어 왔다.

ATM 교환은 패킷 교환방식과 마찬가지로 패킷(ATM에서는 이것을 CELL이라고 한다)을 사용하지만 그 길이가 53바이트로 고정되어 있다. 또한 회선 교환 방식처럼 통신경로나 타임 슬롯과 같은 번호를 미리 정하여 하드웨어를 통해 통신경로를 선택한다. 말하자면, ATM은 회선교환과 패킷 교환의 중간적 교환방식이다.

[1] ATM 교환의 원리

B-ISDN (Broadband-ISDN: 광대역 ISDN)에서는 저속에서 초고속까지의 광범위한 정보를 다룰 필요가 있는데, 그 방식으로 ATM 교환방식이 고려되고 있다. ATM교환 방식은 53바이트 고정길이의 셀이라고 하는 패킷을 기본으로 한다. 53바이트의 셀은 수신처 레이블 정보 등의 제어정보나 라우팅 정보 등이 들어 있는 5바이트의 헤더와 48바이트의 정보로 구성되어 있다.

ATM 교환은 회선 교환과 마찬가지로 사전에 접속회선 마다 헤더 내 번호를 정해둔다. 즉 경로와 각 중계 구간에서 쓸 번호를 미리 정해두며, 이 번호는 가상 채널 식별자 (VCI: Virtual Channel Identifier)라고 불린다. 각 데이터는 가상 패스 속에 다중화 되어 있는 가상 채널을 이용하여 전송되는데, ATM 네트워크 속에서는 몇가지 가상 패스가 설정되고, 그 가상 패스마다 실제로 데이터를 보내는 가상 채널이 몇개 쯤 설정된다.
이 때문에 셀의 헤더 부분에는 어떤 가상 패스를 사용하는지를 식별하기 위한 가상 패스 식별자(VCI: Virtual Path Identifier)와 가상 패스 중 어떤 가상 채널을 이용하여 데이터를 전송하는 것이 좋을 지의 여부를 식별하기 위한 가상채널 식별자 (VCI: Virtual Channel Identifier)를 두고 있다. 가상 패스 식별자와 가상 채널 식별자는 어떤 가상 패스와 가상 채널을 선택하여 상대와 통신할 것인가를 정하는 부분이기 때문에 , 라우팅 비트(통신 경로를 선택하기 위한 비트)라고 불리기도 한다.

ATM교환기에서는 셀 헤더만을 보고 하드웨어에 의해 라우팅하며, 어떤 순간에도 하나의 가상 채널 식별자를 둘 이상의 커넥션에서 쓸 수 없으므로 한 커넥션이 종료된 다음에야 동일한 가상 채널 식별자를 다른 커넥션에서 이용할 수 있다.
ATM교환 방식에서는 셀의 길이가 고정되어 있지만, 고속이면서 정보량이 많은 통신에서는 다량의 셀로, 반대로 저속이면서 정보량이 적은 통신에서는 소량의 셀로 통신한다. 즉 필요한 때 필요한 수만큼 셀을 전송함으로써 자유로운 대역의 통신을 가능하게 한다.

가. 회선 교환과 ATM교환의 차이

회선 교환에서는 프레임을 미리 설정해 두며 통신에서 사용되는 타임 슬롯의 위치가 고정적인데, 정보량이 많은 고속통신에서의 신호는 하나의 프레임 내 복수의 타임 슬롯을 써서 통신할 수 있고, 정보량이 적은 저속통신에서는 타임 슬롯이 복수의 프레임 내에서 한번밖에 전송되지 않기 때문에 때때로 빈 타임 롯을 만드는 경우도 생긴다.
또한 프레임 내에서 1,2,3등과 같은 정부배의 타임 슬롯은 보낼 수 있지만 0.5,1.5등과 같은 정수배가 아닌 미세한 속도의 가변성은 얻을 수 없다. 이것이 회선교환의 두 가지 결점이다.

한편, ATM교환기에서는 고정길이의 셀을 필요한 때 필요한 수만큼 보낼 수 있다. 프레임이라는 것을 인정하지 않기 때문에 프레임 내에서 몇 번째 타임 슬롯이라는 등 위치가 고정적인 회선교환과는 달리, 필요한 때 좋은 시간에 자유자재로 순서에 상관 없이 전송이 가능하다. 다시 말해서 셀의 헤더에 제어정보가 첨가되어 있기 때문에 그 차례나 위치는 마음대로 할 수 있다.

이처럼 ATM교환기에서는 필요한 정보만을 전송할 수도 있고 미처 사용하지 못한 빈 셀은 다른 이용자가 마음대로 사용할 수도 있다. 또 전송 정보 속도의 측면에서 바라보면, 회선 교환 시에는 프레임 내에서 정수배, 예를 들어 64kbps니, 128kbps니 하는 것처럼 타임 슬롯을 띄엄띄엄 보내지만 ATM 교환 시에는 64kbps, 70kbps처럼 임의의 속도가 가능할 뿐 아니라 통신 중에도 그것을 변화시킬 수 있다.

나. 패킷 교환과 ATM의 차이

ATM 교환시 셀이 길이는 53바이트로 고정적인 데 반해 패킷 교환시 패킷은 128-4,096 바이트로 가변적이며, ATM교환은 하드웨어에 의해 라우팅 하는 반면 패킷 교환은 소프트 웨어로 라우팅 한다는 등의 차이를 들 수 있다.

또 패킷 교환은 교환기의 CPU에서 소프트웨어에 의한 제어를 필요로 하므로 고속전송에는 적합하지 않다. 그러나 ATM교환에서는 그 결점을 보완하여 고정길이의 패킷(53바이트의 셀)에 의해 제어를 단순화 하고, 가상 채널 식별자인 VCI로 하드웨어에 의해 간단히 라우팅 한다. 다시 말해서, 실제 통신 중에는 소프트웨어 등을 쓰지 않고 고속 하드웨어 만으로 셀을 전송한다.

다. 프레임 릴레이와 셀 릴레이(ATM)의 차이

ATM 교환 방식은 셀의 수신처 정보인 VCI를 차례로 변환시켜 하드웨어로 라우팅 한다. 이렇듯 ATM교환기는 셀을 차례차례 중계하여 전송하므로 셀 릴레이라고도 한다. 한편, 미국을 중심으로 패킷 교환과 프레임 릴레이, 셀 릴레이를 비교 분석한 것으로, 교환기에서 하는 일의 차이를 살펴보면.

패킷 교환에서 사용되는 X.25 프로토콜에서는, 각 교환기 간의 데이터 전송인 경우 매번 패킷의 순서 제어와 FLOW CONTROL을 해 왔다. 그러나 프레임 릴레이에서는 그러한 기능을 단말에 맡기고 교환기간의 전송로 오류 등 필요한 기능의 최소한만을 행한다. 더 나아가 셀 릴레이에서는 이 기능들마저도 단말간에 맡기고 단지 셀 베이스에서의 다중, 분리 등을 행한다. 가능한 한 전송구간, 예컨대 교환기에서의 처리를 생략함으로써 고속전송을 실현하는 것이다.

[2] ATM교환기의 원리와 교환방식의 제어기술

가. ATM 교환기

고정길이 셀을 라우팅하는 ATM 교환기는, 신호가 통과하는 루트에 소프트 웨어가 관여하지 않는 하드웨어 교환에 기초한 기술이다. ATM 교환기는 입출력 회선 대응부, ATM 셀프 라우팅 스위치(자기 경로의 선택 스위치), 그리고 제어부로 구성되어 있다.

● 입력회선 대응부
- 입력되는 회선(전송로)과 ATM 교환기 간의 인터페이스 처리 등을 행하며 이후 셀의 유량을 감시한다.

a. UPC (Usage Parameter Control : 사용량 파라메타 제어) - 각커넥션의 셀 유량, 즉 1초간 몇 셀인지를 감시.
b. OAM(Operation, Administration and Maintenance : 보수운용관리) - 전송로나 교환기가 정상적으로 작동하고 있는지를 검색하거나, 셀 손실 혹은 동작 오류 여부 등의 성능을 감시한다.
c. 헤데 변환부 (HCV : Header Converter) - 전송로상에서 사용된 가상 채널 식별자를 스위치부 및 출력 전송로에서 이용할 가상 채널 식별자로 변환하는 역할을 한다.

● ATM 셀프 라우팅 스위치
- 셀의 헤더 정보를 바탕으로 수신처의 출력 전송로에 라우팅 ( 가상 채널의 설정)한다.

● 제어부
- 헤더를 변환한 경우의 값을 관리, ATM교환기의 고장이나 장치를 관리.

나. ATM 스위치( 셀프 라우팅 스위치)

벤얀(Banyan: 고안자 이름) 스위치는 대표적인 라우터 스위치이다. 스위치의 동작원리는 다음 그림과 같이 되어 있고 각각의 스위치가 독립되어 있어 확장이 간단하다.


< 그림 5.1 스위치 동작 원리 >

각 셀은 헤더에 라우팅 비트를 가지며 1과 0으로 이루어진 라우팅 비트를 순서 대로 읽어 나가며 스위치 된다. 즉 스위치는 셀 헤더의 일부를 보고 라우팅하고 각 단계마다 다른 비트를 보게 된다.

다. ATM 트래픽 제어

실제의 네트워크에서는 단지 라우팅에 의해서가 아니라 폭주나 고장등에 의해서도 시스템 트러블이 발생하기도 한다. 그 때문에 ATM 네트워크에서는 트래픽 제어를 통해 효율적이고 품질 좋은 네트워크를 실현하고 있다.

* CAC (Connection Admission Control : 커넥션 접수 제어)

커넥션 접수 제어는 어느 지점에서 어느 지점 까지 어떤 대역의 커넥션이 어떤 품질로 통신 할 것인지의 허가 여부를 결정하는 제어이다. 예를 들면, 네트워크가 혼잡한 경우에는 대역을 줄여 받거나 접수허가를 하지 않거나 하는 등이다. 실제로는 복수의 교환기를 중계하여 커넥션이 이루어 진다.

* UPC (Usage Parameter Control : 사용량 파라미터 제어)

ATM교환기에서는 실제 통신 중 이용자의 트래픽을 모니터하고 있다. 이것을 UPC라고 한다. 만약 신고량을 초과한 트래픽에 대한 UPC는 세가지가 있는데, 첫째, 오버트래픽에 대해 과부하의 표시를 태그에 붙이는 대응방식으로 네트워크가 혼잡할 경우에는 선택적으로 폐기되거나 별도의 요금을 부과하는 방법이다. 두 번째, 과부하된 부분을 폐기하는 대응방식이다. 세 번째, 과부하된 부분을 네트워크 내에서, 즉 UPC부분에서 지연을 주어 기준치 내에 들도록 평탄화 하는 대응방식이다. 이중 어떤 방식이 사용되더라도 사용자 트래픽이 규정치대로 송출되고 있는지 아닌지 감시, 제어된다.

* 우선 제어

ATM교환기에서는 어떤 양 이상의 트래픽이 동시에 발생하면 그것들이 모두 버퍼에 들어 갈 수 없어서 셀 폐기가 생기게 된다. 그런데 중요한 셀과 비교적 덜 중요한 셀이란 구별이 가능하여 사실상 셀 폐기는 중요하지 않은 셀을 구별해서 제어하는 방법의 한 예로서 우선제어방법이 있다. 우선제어는 첫째, 하나의 버퍼에 한계치를 두고 그 한계치를 넘어 축적되는 것을 우선 셀로 삼아 셀 손실을 제어하는 방법이 있고, 둘째, 우선 버퍼와 비우선 버퍼(버퍼를 두개 갖는다)로 나누어 우선셀에 손실이 생기지 않도록 제어하는 방법이 있다. 이로써 같은 셀의 폐기라도 중요한 셀의 폐기율은 낮게 실현시킬 수 있다.

* 폭주 제어

트래픽이 폭주했을 때, 네트워크에서는 각종 폭주제어를 행하고 폭주로부터의 회복이나 그 밖의 커넥션에의 영향을 최소화 하려고 노력한다.

먼저 새로운 커넥션의 접수를 중지하는 동시에 우선제어에 의해 될 수 있는대로 중요한 셀에는 영향을 끼치지 않도록 한다. 또 라우팅 제어에 의해 될 수 있는 대로 폭주하고 있는 경로를 사용하지 않도록 다른 셀을 우회시키고 사용자에게는 폭주를 통지하여 될 수 있는 대로 사용을 피하도록 권한다. 최악의 경우에는 UPC등에 의해 사용자 트래픽의 규제나 절단을 행한다. 이들 절차에 의해 ATM 네트워크는 폭주로부터 회복될 수 있다.

라. OAM (Operation, Administration and Maintenance : 보수 운용 관리)

네트워크내 고장이나 성능을 감시하여 이상이 생기면 셀을 다른 경로로 우회시키거나, 장치를 예비로 전환하는 일이 필요하다. OAM프로토콜이 그러한 역할을 하게 되는데, ATM네트워크 내에서 각종 방식에 따른 감시를 행하게 된다.

OAM 기능으로는 고장 등의 통지, 도통시험, 반환시험, 성능시험 등이 있다. 먼저 고장통지는 고장을 검출한 교환기에서 고장 발생을 알리는 경보표시 신호를 수신측의 단말에 송신하는 것이다. 이때 수신측 단말에서는 원격수신 고장신호를 송신측 단말에 반복 송신하여 고장을 통지한다.
이 두 신호를 바탕으로 연결의 재접속이나 우회가 이루어 진다.

도통 시험은 회선을 개통시킬 때나, 사용자 셀이 있는지 없는지 혹은 연결이 도중에 끊겨 있는지 어떤지 등의 구별이 가지 않을 때 CC(Continuity Check:접속정상성 확인)을 행하는 것이다.

접속 정상성 확인 기능은 서비스를 하고 있는 상태에서 시험할 수 있으며, Keep Alive 기능이라고도 한다.

다음, 반환시험은 도통시험과 비슷한 기능으로, 목적한 반환점에서 셀을 반환시켜, 측정점에서 임의 구간까지 시험을 행하는 것이다. 반환점은 임의로 설정할 수 있어서 고장 구간을 알아낼 수 있다.

마지막으로 성능시험은 MC (Monitoring Cell: 성능관리 셀)에 의해 행해지며, 이 시험을 통해 측정구간 내의 오류율, 셀 손실율, 지연특성 등을 측정할 수 있다. 즉, 커넥션에 대해 블록을 정하여 이용자 셀이 N개 송신될 때마다 MC 셀을 삽입한다. MC 셀에는 블록 내 MC 셀 간의 이용자 셀 수를 세어 셀의 잘못된 배치, 잘못된 삽입이나 분실을 발견하여 비트 오류 등을 관측할 수 있다.

2.3 ATM 프로토콜

[1] B-ISDN

B-ISDN 은 ATM 기술을 기본으로 사용하고 있다. 각종 서비스의 통합을 지향하고 음성, 데이터 등의 서비스를 제공하는 데 목적을 둔 ISDN은 80대 후반 정보 통신 기술의 급속한 발전과 광섬유, 고속 반도체 소자의 개발로 고속의 통신이 가능해지고, 사용자는 기존의 음성이나 숫자, 문자 등 제한된 데이터의 교환에 만족하지 않고 고품질의 음향, 이미지, 비디오 등 다양한 표현 매체에 대한 서비스를 요구하게 되는 등 새로운 국면에 접어들고 있다.
이러한 환경 변화에 대응할 수 있는 방안으로는 기존의 통신망에 이미지, 오디오, 비디오 등 새로운 데이터 유형의 서비스를 위한 망의 결합을 가능하게 하는 방안과 새로운 통신망에서 기존의 서비스를 수용하는 방안이 있다.
ITU를 중심으로 B-ISDN 의 접근 방향은 위의 두 가지 방안 중 두 번째 방안에 초점을 맞추어 ATM으로 표준화된 통신방식을 채택하게 되었다.

B-ISDN의 목표는 기존의 모든 서비스 뿐 아니라 앞으로 나타날 서비스를 모두 수용할 수 있는 유연성 있는 망의 구축에 있다.
B-ISDN은 다양한 연결을 지원하는 디지털 망이고, 회선 모드의 서비스와 패킷 모드의 서비스를 가능하게 하기 위해 두 가지 모드의 장점을 취한 ATM 방식을 채택하였다. 그리고 정보의 전송 대역폭 측면에서도 협대역 뿐 아니라 155 Mbps 또는 622Mbps까지의 광대역 데이터의 전송이 가능하다.
B-ISDN은 다양한 서비스의 통합의 지원을 목표로 하는 N-ISDN과 개념적으로 동일하나 구현에 있어서는 상이하다. 즉, B-ISDN이 ATM 방식의 전송 모드를 기반으로 하는 데 N-ISDN은 디지털 회선 방식에 패킷 데이터의 전송을 가능하도록 한 통신망이다.
따라서 B-ISDN은 N-ISDN 및 기타 통신망과의 연동을 고려하고 최종적으로는 통합을 목표로 하고 있다.


< 그림 5.2 B-ISDN 프로토콜 참조 모델 >

B-ISDN 은 광대역과 협대역 정보의 전송 및 신호 기능을 포함하고 있다.

B-ISDN의 기본 구조 모델은 위의 그림에 나타난 바와 같이 관리 플레인, 제어 플레인, 사용자 플레인으로 구성되고, 관리 플레인은 플레인 관리와 계층 관리로 나누어 진다. 플레인 관리는 전체 시스템에 관련된 관리 기능과 모든 플레인과의 협조 기능을 수행한다.
따라서 플레인 관리는 계층 구조를 갖지 않는다. 계층 관리는 프로토콜 엔티티의 자원과 파라메터와 관련된 관리기능을 수행한다. 그리고 각 계층의 OAM정보를 처리한다. 제어 플레인과 사용자 플레인은 물리 계층, ATM 계층, ATM 적용계층 (AAL:ATM Adaptation Layer), 그리고 상위 계층으로 나누어 진다.

제어 플레인은 호 제어와 연결 제어 기능을 수행하고 호와 연결의 설정, 감시, 해제를 위한 신호 기능을 수행한다. 사용자 플레인은 사용자 정보의 전달을 담당하는데, 이를 위한 흐름 제어 및 오류 복구 등의 기능을 동시에 수행한다.

각 계층은 데이터를 처리하는 데 있어서 절차의 공통성이나 복잡성, 또 어느 필드까지 처리 하느냐 하는 규정범위 등을 기준으로 분리 설정 되어 있다. 각 계층은 케이블 등의 전송 매체와 커넥터의 형상에서부터 패킷의 오류회복 방법, 정보의 기술 방법에 이르기까지를 정해두고 있고, 상위의 계층에 어떤 서비스를 제공할 것인지, 또 어떤 프로토콜을 사용하면 좋을지 등도 규정하고 있다.

어떤 계층에 있어서 그것의 상위층을 서비스 이용자, 하위층을 서비스 제공자라고 각각 부른다. 예를 들어 ATM 층은 상위의 AAL에 대해 어떤 서비스를 제공하면 좋은가, 또 하위의 물리층으로부터는 어떤 서비스를 받을 수 있는가 하는 관계가 성립된다. 계층 구성이 제대로 유지되고 있는 경우에는 각각의 계층을 패키지로 대체할 수 있기 때문에 부분적 개량이 용이하다.

플레인은 사용자가 원래 주고 받고 싶은 정보와 부가 정보의 분류를 규정한다. 사용자정보를 전송하는 것이 사용자 플레인(USE-PLANE), 상대단말과의 호 설정과 해지에 관련된 정보를 전송하는 것이 제어 플레인(CONTROL-PLANE), 그리고 호 상태의 관리 정보를 전송하는 것이 관리 플레인(MANAGEMENT-PLANE)이다.
관리 플레인에서도 호 설정이나 해지가 가능하지만, 초 단위 또는 그 이하의 처리가 요구되는 제어 플레인에 비해 이것은 보다 긴 시간단위의 처리를 주로 한다. 계층이니 플레인이니 하는 개념은 시스템 전체를 모델화할 때는 유효하지만, 실제로 장치를 개발할 때에는 이러한 상세한 규정이 오히려 각 장치나 네트워크의 설계 운용상의 자유도를 뺏을 우려가 있다.

이에 표준적으로는 컴퓨터 등의 사용자 단말과 망, 또는 망과 망의 접속점에 어떠한 표준,즉 인터페이스를 설정해 두는 것이 좋은가 하는 규정에만 주목하게 된다. 그래서 사용자 단말과 망사이의 인터페이스를 UNI(User-Network Interface:사용자 망 인터페이스)라고 규정하고, 나아가 두개의 네트워크 노드 사이를 NNI(Network Node Interface)로 규정하게 되었다.

B-ISDN 의 프로토콜 참조 모델의 각 계층의 기능은 다음과 같다.

[2] ATM의 표준 프로토콜

ATM의 표준 프로토콜의 구성은 다음과 같다. 처음 컴퓨터에서 송신되는 패킷 데이터는 먼저 AAL계층에서 48바이트로 분할 되고 ATM 층에서 상대방의 수신처 정보 등을 포함하는 5바이트의 헤더가 부가되어 ATM의 기본 데이터 단위인 53바이트의 셀을 형성하게 된다.

또한 물리층에서는 비어있는 셀을 이 셀에 부가시켜 필요한 수 만큼 SDH(Synchronous Digital Hierachy : 동기 디지털 하이에러키) 프레임 내에 채운다. SDH는 ITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector : 국제 전기통신 연합 전기통신 표준화 부문)에서 표준화되어 국제적으로 통일된 전송속도이다.

SDH는 155.52Mbps의 전송속도를 기본(이것을 STM-1{Synchronous Transport Module-1: 동기 트랜스포트 모듈-1)으로 하여 STM-1의 4배인 STM-4(622.08Mbps), 16qodls STM-16(2488.32Mbps)등의 세계 공통의 전송속도로 구성되어 있으며, ATM 셀은 이것 위에서 전송된다.

가. 물리층의 프로토콜

ITU-T에서는 ATM에 의해 통신하는 경우 물리층 전송매체로서 전기적 방식과 빛을 이용하는 방식을 고려하고 있다. 전기적 방식인가 또는 빛에 의한 방식인가 하는 매체에 의존하는 부분을 PMD (Physical Media Dependence Sublayer : 물리 매체 의존 서브층), 양자에 공통된 규정을 TC (Transmission Convergence Sublayer : 전송 컨버전스 서브층)로서 규정하고 있다.

* 물리매체 의존 서브층 (PMD)

물리매체 의존 서브층은 ATM 통신에서 가장 기본적인, 전송매체나 광신호에 관해 규정하고 있는 계층이다.

* 전송 컨버전스 서브층 (TC)

(1) SDH 베이스의 인터페이스 :

SDH 베이스에서 156Mbps, 622Mbps 인터페이스 모두, 이 프레임이 125um(1/800 초)마다 나타난다. 이 프레임 내에서는 네트워크의 운용, 관리에 필요한 정보(720 비트)가 SDH의 오버헤더로 사용되기 때문에 실제로 ATM셀로 이용되는 것은 156Mbps 인터페이스인 경우에는 149.760Mbps 이고, 622Mbps 인터페이스인 경우에는 그 4배인 599.040Mbps가 된다.

이처럼 ATM셀로서 이용할 수 있는 영역은 어느것이나 53바이트의 정수배가 아니므로 ATM셀이 프레임에 걸치는 수가 있다. (앞 프레임에 걸쳐서 잘려진 나머지 ATM 셀은 다음 프레임에 걸쳐서 전송된다.) 그러나 SDH와 ATM에서 바이트 정합은 이루어 지도록 짜여져 있다.

(2) HEC (Header Error Control : 헤더 오류 제어) :

ATM 셀의 구성은 5바이트의 셀 헤더에 1바이트의 CRC (Cyclic Redundancy Check : 순환용장검사) 가 포함되어 있어 나머지 헤더 정보인 4바이트를 보호하고 있다. 이것을 HEC기능이라고 한다.

이와 동시에 CRC는 셀이 어느 위치에 있어야 하는지 그 장소를 특정하는 기능도 갖추고 있다. 이 임의의 바이트열에서 셀의 장소를 특정하는 기능을 셀 동기라 한다. CRC는 ATM 셀 헤더 자체의 본래 기능보다는 하위에 위치하므로 TC서브층으로 분류된다.

(3) 빈 셀의 삽입 :

ATM 셀은 SDH의 사용자 정보부분(페이로드)에 가득찬 모양으로 전송된다. 그런데, 사용자 정보가 없는 경우에는 셀을 송출할 수가 없다. 이 때문에 사용자 정보가 없는 경우 이 부분에 무효한 정보를 가진 셀(빈 셀이나 비할당 셀)을 삽입하여 156Mbps또는 622Mbps의 셀로서 정보량을 유지하도록 하고 있다.

(4) 셀 동기 :

연속되는 비트열에서 셀의 선두를 찾아내어 특정짓는 것이 셀 동기이다. 이더넷, 토큰링, FDDI등에서도 이와 유사한 기능을 가지고 있지만 이들은 특정한 비트 패턴을 계기로 프레임을 특정하거나 전송로 부호에 여유를 부가해 사용자 정보가 사용하지 않는 패턴으로 프레임을 특정한다.

이들 방식에서는 동기를 위해 사용자가 사용하지 않는 패턴의 정보를 만들어 내고 있기 때문에 전송효율이 떨어진다. 이와는 달리 ATM의 HEC 동기는 여분의 정보를 부여하는 일 없이 동기를 실현시키고 있다.

나. ATM 층 의 프로토콜

53 바이트의 셀을 처리하는 계층이 ATM 층이다. 아래 그림은 셀의 구성을 나타낸 것이다.


< 그림 5.3 ATM 셀 포맷 >

(1) GFC (Generic Flow Control : 일반적 플로 제어)

복수의 단말 접속을 가능하게 하기 위해 GFC 필드(4비트)가 확보되어 있다. 예를 들어 한 개의 버스상에서 복수 단말을 접속했을때 망으로 가는 정보의 흐름을 생각해 보면 망에서 가장 먼 단말이 마음대로 셀을 송출했을 경우 망에서 가장 가까운 단말이 셀을 송출하지 못할 우려가 있다. 이를 방지하며 공평한 전송로의 이용을 실현하는 것이 경합 제어이다.

원래 GFC는 ATM-LAN의 경합제어 기능으로 고려되었는데, 1992년 권고에서 단말구성을 POINT TO POINT로 한정함으로써 ALL ZERO를 설정하는 규정으로 축소되었다.( GFC : 0000 = GFC 사용하지 않음, 기타 = POINT TO POINT 플로우 제어) 사용자 정보가 없을 때에도 GFC를 실행하기 위해, ATM 층은 무효한 사용자 정보와 유효한 GFC를 포함한 셀을 발생시킬 수 있다. 이 셀을 비할당 셀이라고 부르는데, GFC 기능을 지원하고 있지 않은 장치에서는 비할당 셀을 발생시킬 필요가 없다.

(2) VPI/VCI (가상 패스 식별자/ 가장 채널 식별자)

가상 패스 식별자와 가상 채널 식별자는 ATM이 어떤 통신경로를 선택하게 되는가를 결정해주는 라우팅 필드이다. UNI에서는 VPI가 8비트, VCI가 16비트씩 갖추어져 있지만, 실제로 사용되는 필드의 길이는 가입하는 망에 따라 제한되고 있다. 또 몇가지 값은 이미 그 사용방법이 한정되어 있다. 대표적인 예약 가상 채널 식별자로는 시그널링 용과 OAM용을 들 수 있다.

(3) PT (Payload Type : 페이로드 타입)

페이로드 타입은 ATM 셀의 48바이트(페이로드라 부름)가 사용자 정보 셀인지 OAM셀인지, 아니면 리소스 관리 셀인지를 표시한다. 사용자 정보 셀은 상위층 1비트 정보와 망 내에서의 폭주의 유무를 표시하기 위한 네 가지 패턴(000,001,010,011)을 갖추고 있다. 또 OAM 셀은 엔드투 엔드와 세그먼트를 표시하기 위해 두 가지 패턴 (100,101)을 갖추고 있다. (111은 예비)

(4) CLP (Cell Loss Priority : 셀 손실 우선 표시)

ATM의 트래픽 제어방식으로서 우선 언급할 수 있는 것은 폐기 기능이다. 이것은 망 내에서 폭주상태에 빠졌을 때 중요하지 않은 셀부터 먼저 폐기하고 중요한 셀은 될 수 있는 대로 구하고자 하는 방식이다. CLP는 셀의 우선도를 나타내는 것으로, CLP=1은 폐기되기 쉽고, CLP=0은 폐기되기 어려운 셀을 가리킨다.

(5) HEDC (Header Error Control : 헤더 오류 제어)

물리층 프로토콜과 동일하다.

다. ALL 의 프로토콜

ATM 적용계층 (ALL)은 ATM망의 종단점에서 다양한 형태의 상위 계층 서비스를 단일 형태로 ATM 계층이 제공하기 위하여 필요하다. 이 AAL은 다양한 사용자 서비스에 대하여 적절한 PDU (Protocol Data Unit)을 구성하고 53바이트의 ATM 셀 형식으로 변환한다.

그리고 AAL 계층의 데이터 전송에 대한 오류 처리, 손실 셀 및 부정 삽입 셀의 처리, 그리고 비디오와 오디오를 실시간 서비스를 요하는 매체에 대해서는 타이밍 정보 제어 기능을 수행한다. 따라서 AAL은 특성이 다른 사양한 서비스를 수용하는 다수의 프로토콜이 존재하고, 각각의 AAL 기능을 서비스 종류에 따라 분류하고 있다.

(1) AAL 프로토콜의 구조

B-ISDN 프로토콜 모델은 ATM 계층과 상위 계층 사이에 ATM 적용 계층을 두고 있다. 상위계층으로의 서비스는 AAL 서비스 접근점 (SAP : Service Access Point)에서 제공되는데, 여기서는 AAL프로토콜 데이터 유닛(PDU : Protocol Data Unit) 단위로 처리된다.

AAL은 수렴 부계층(CS)과 분해 및 재조립 부계층(SAR)으로 나누어지고, 수렴 부계층은 또다시 특정 서비스 수렴 부계층(SSCS : Service Specific CS)과 공통 부분 수렴 부계층 (CPCS : Common Part CS)으로 나누어진다. SSCS는 서비스 종류에 따라 빈 부분으로 존재할 수 있으나, CPCS는 SAR 부계층과 함께 보통 AAL에 공통적으로 적용되는 부분이다. 각각의 부계층은 적절한 프로토콜 데이터 유닛(PDU)과 함께 정의된 프리미티브(PRIMITIVE)를 상하위 부계층에 전달한다.

(2) AAL의 분류

B-ISDN에서 고려하는 서비스의 특징은 다음 세 종류이다.

가. 실시간성
나. 비트율 변화
다. 연결성

정보 전송 서비스는 정보의 전달이 실시간 내에 이루어져야 하는 실시간 서비스와 타이밍 제한이 없는 비실시간 서비스로 구분할 수 있다. 실시간 서비스는 정보의 전달이 지연될 경우에 무의미한 정보가 되는 특성을 갖는데, 예를 들면 비디오, 오디오 등의 연속매체의 전송서비스가 여기에 속한다. 따라서 실시간 서비스는 규정하고 있는 시간 내에 정보를 전달하거나 그렇지 못할 경우에는 해당 정보의 전송을 포기하여 다음 정보의 지연을 최소화하는 기능과 오류제어에 걸리는 시간을 결정적(deterministic)으로 하기 위한 순방향 오류 정정(FCC: Forward Error Correction)기능을 가져야 한다.

기존의 데이터 통신망에 흔히 사용되는 오류 제어로 재전송에 의한 오류 정정을 생각해 보면 이것은 재전송 횟수에 따라 정정에 걸리는 시간을 예측할 수 없는 경우가 발생한다. 따라서 이러한 오류 정정은 실시간 서비스에 적용되기 어렵다. 그러나 비실시간 데이터 서비스는 주로 손실에 민감한 반면에 전송 지연이 중요한 요소가 아니다.

그리고 경우에 따라서 서비스의 유형을 항등 비트율(CBR : Constant Bit Rate)과 가변 비트율(VBR : Variable Bit Rate)의 서비스로 분류할 수 있다. 기존의 전화망을 예로 들어보면 전화망의 음성 신호는 64 kbit/s의 일정한 비트율로 코딩되므로, 이러한 음성 데이터의 전송 서비스는 항등 비트율을 갖는다.

그러나 일반적인 데이터 전송의 경우에 있어서는 역시 가변 비트율의 서비스를 지원하는 경우에 더 효율적이다. 일반적으로 CBR은 회선 모드 서비스의 특성을 갖고, VBR서비스는 패킷 모드 서비스의 특성을 갖는다. ATM 기술은 이러한 회선 모드와 패킷 모드의 서비스 특성을 동시에 수용할 수 있는 특성이 있다.


< 그림 5.4 AAL 의 분류 >

마지막으로 정보 전송 서비스를 연결 중심(Connection oriented) 서비스와 비연결(connectionless)로 구분할 수 있다. 연결 중심 서비스에서는 데이터 전송에 앞서 연결을 설정하고 데이터 전송이 완료되면 연결을 해제하는 절차가 필요하다. 그러나 비연결 서비스는 데이터를 전송하면서 필요한 경로를 설정한다. B-ISDN은 근본적으로 연결 중심의 망임에 비하여 대부분의 LAN을 비롯한 데이터 통신망은 주로 비연결성 망으로 구성되어 있다. B-ISDN의 목표가 다양한 서비스를 위한 통합망의 제공에 있으므로 비연결성 서비스를 수용할 필요가 있다.

위의 서비스 특성 분류에 따라 다양한 조합의 서비스 분류가 가능한데 B-ISDN에서 현존하는 서비스와 앞으로 예측될 수 있는 서비스를 위의 그림과 같이 분류하였다. 분류된 서비스는 각각의 AAL프로토콜에 의해 수용된다.

ATM 망에서 고려되고 있는 AAL 유형은 위에서 분류된 서비스에 근거하여 다음과 같이 분류된다.

가. AAL TYPE 1:
AAL TYPE 1은 실시간, 항등 비트율의 연결형 서비스 범주인 CLASS A를 위한 AAL 이다.
　
나. AAL TYPE 2:
ALL TYPE 2는 가변전송속도로 실시간성이 요구되는 서비스를 제공하는 CLASS B를 위한 AAL이다.
　
다. ALL TYPE 3/4:
프레임별 처리와 복수 프레임에 걸친 처리 등의 요구조건을 가진 CLASS C와 D 를 위한 AAL 이다.
　
라. ALL TYPE 5:
ALL TYPE 5는 보다 간단한 ALL 서비스 CLASS C전용을 목표로 한 것이다.

그러나 이러한 AAL TYPE은 잦은 변경을 거쳐 왔고, 현재도 표준화 작업이 계속 진행 중에 있다. AAL은 분해 및 재조립 부계층(Segmentation and Reassembly : SAR Sublayer)과 수렴 부계층(CS : Convergence Sublayer)으로 구성된다. 일반적으로 SAR 기능을 포함한 ATM 계층과 물리 계층은 하드웨어로 제공되고 수렴 부계층을 포함한 상위계층은 소프트 웨어로 제공된다.

　

3. ATM의 적용

3.1 WAN에 대한 적용

N-ISDN (Narrowband-ISDN) 의 서비스 개시 전까지는 사용자가 서비스마다 각각 다른 인터페이스에 액세스해야 했고, 이 때문에 가입자 교환국에서 사용자가 있는 곳까지 서비스별로 가입자선인 전송로를 부설해야 했다.

예를 들어 기존의 아날로그 전화를 이용하고 있는 사용자가 영상 서비스라든가 데이터 교환서비스를 이용하는 경우, 개별 적으로 서비스에 대응하는 가입자선을 부설하여 각각 다른 인터페이스와 단말을 접속할 필요가 있었다. 그러나 이 문제는 N-ISDN 서비스가 제공되기 시작하면서 해결되었다. 가입자선은 디지털 전송 방식에 의해 일원화 되었고, 사용자는 통일된 인터페이스에 액세스 함으로써 갖가지 서비스를 이용할 수 있게 되었다.

그러나 네트워크로 눈을 돌려 보면, 네트워크는 여전히 일원화 되지 못하고 서비스별로 구축되어 있다. 이것은 서비스마다 다양한 통신품질을 만족시키는 교환방식과 이를 실현하는 교환기가 마련되지 않았기 때문이다. 따라서 사용자로부터 통일 인터페이스에 의해 송신되는 정보는 서비스에 대응하여 가입자단말의 분배장치에서 나뉘어지고, 다시 각각의 서비스 대응 네트워크에 의해 수신처까지 전해지고 있다.

N-ISDN의 서비스 개시에 따라 인터페이스가 통일됨으로써 여러 가지 서비스가 제공될 수 있었지만 망 내부가 일원화 되지 않았기 때문에 다음과 같은 문제가 예상되어 진다.

[1] 개개의 서비스와 설비에 대응한 수요예측을 해야 하므로, 효율적 통신설비 계획이 곤란하다.
[2] 개개의 네트워크에 대응해 보수를 해야 하므로, 인적 자원의 효율적 배치가 곤란하다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 ATM 기술에 의한 B-ISDN, 곧 ATM-WAN의 실현이 필요하다.

위에서 살펴본 것처럼 B-ISDN을 구축함으로써 멀티미디어 서비스를 광역적으로, 효율적으로 실현할 수 있다. 그러나 현재의 광역망 구조를 단숨에 B-ISDN으로 이행시키기는 어렵다. 최종적으로 B-ISDN을 실현시키기 위해서는 광역망의 발전이행에 따르는 단계를 밟아 갈 필요가 있으며 여기에는 여러 가지 기술적인 과제가 발생하게 된다.

[1] 가입자계 액세스 네트워크 구상법
여러 가지 서비스 형태에 대응할 수 있는 광 구조의 검토
　
[2] 기존 망과의 인터워크(상호접속)
ATM-WAN 화를 향한 기존 망의 흡수 방법의 검토
　
[3] 초고속 광파이버 네트워크의 구축
대용량 중계망을 실현하는 초고속 광전송 방식의 실현
　
[4] 고속 데이터 통신 서비스
대용량 커넥션리스 형의 통신방식의 실현과 가상 LAN 실현 방식의 검토

3.2 LAN에 대한 적용

종래의 LAN은 전송 속도상 차이는 있으나 매체 공유형(공용 미디어형) 네트워크가 중심이었다. 매체 공유형 LAN내 모든 노드는 동일한 전송속도를 가지며, 각 노드에 대등하고 균질한 통신이 보증되고 있다. 또 매체엑세스 방식(MAC: Media Access Control, 데이터를 어떻게 매체로 내보내야 좋은지를 결정하는 방식)에서 보면 매체 공유형 LAN은 본질적으로 직렬의 접속을 가진 것이라 할 수 있다.

이더넷에서는 통신로를 설정하기 위해 송신권의 쟁탈 (CSMA/CD 방식)이 필요한데, 경로가 비는 때를 기다려 데이터를 전송할 필요가 있다. 이러한 점은 복수의 경로를 설정하는 경우 데이터 전송량의 평균치가 경로수에 반비례해서 감소함을 의미한다.

이에 반해 ATM 네트워크는 매체 전유형(Dedicated Media) 네트워크로서 네트워크상에 복수의 커넥션을 동시에 확립할 수 있는 특징을 갖고 있다. 다시 말해서 병렬의 경로접속 설정이 가능하다. ATM 교환기나 ATM 스위치에 의해서 경로가 동시에 복수확립 된다. 확립된 경로는 ATM 교환기를 접속시켜 감으로써 ATM 네트워크를 형성한다.
ATM 교환기 사이의 접속도 동시에 복수설정이 가능하여 ATM 네트워크속에서는 동시에 복수의 경로를 확립시킬 수 있다. 이러한 일련의 과정은 매체 공유형 LAN에 의해 네트워크를 구축할 때 문제시되는, 전송대역폭을 확보하기 위한 복잡한 네트워크 설계를 대폭으로 간소화하는 것과도 관계있다. 한편 전용경로가 설정되기 때문에 네트워크상의 보안에 있어서도 종래의LAN에 비해 더 안전성을 제공할 수 있다.

ATM 기술은 송신측의 데이터가 수신측에 닿을 때까지의 지연시간이 적고(회선교환의 저지연성) 패킷교환의 통계다중화 효과를 겸비한 유일한 다중, 교환 기술이다. 여러 가지 전송속도 영역에 적용이 가능하고 하드웨어화 또한 가능하다. LAN 시장에서도 ATM 기술의 장래성은 높이 평가되고 있다. 그래서 ATM 포럼 프라이빗 UNI 준거의 ATM 인터페이스를 장착한 LAN 제품이 잇달아 개발되고 있다.

일반적으로 ATM 기술을 도입함으로써 다음과 같은 점이 개선되거나 가능하게 될 것이라 생각된다.

[1] 스케일러빌리티(확장성)가 개선된다.
[2] 고속교환이 가능해진다.
[3] 멀티미디어(음성, 데이터, 영상 등)에 대한 대응이 가능해진다.
[4] LAN 과 WAN 사이의 심리스 접속이 가능해진다.

LAN 영역에 있어서 ATM 기술의 이용목적은 구체적으로 다음 네 가지 형태로 분류될 수 있다.

[1] 워크그룹 ATM-LAN

사무실이나 공장에 설치된 워크스테이션 또는 PC를 상호 접속하기 위한 매체전유형 KAN으로서, ATM-LAN을 적용한 형태이다. (ATM 어댑터 카드와 ATM 교환기를 적용)
이 형태의 이용목적은 고속 데이터 통신과 함께 ATM의 특징을 살린 멀티미디어 통신의 실현이다.

[2] 라우터와 HUB간의 ATM

컬랩스드 백본 (Collapsed backbone : 기존의 LAN 백본인 분산형과는 다른 트리형의 백본)에서 라우터와 HUB 사이의 접속에 ATM 링크를 이용한 형태이다. 포인트 투 포인트 접속, 또는 ATM 교환기 경유의 접속, 어느것이나 모두 이 형태로 분류될 수 있다. 복수의 가상 LAN 세그먼트를 한 회선의 ATM 물리 링크로 다중화하는 것이 이 형태의 주목적이다.

[3] ATM 백플레인

모듈로형 라우터(소규모 라우터의 집합체의 형태)나 모듈로형 HUB(소규모 HUB의 집합체의 형태)의 백본으로서 ATM의 버스 또는 ATM의 교환 모듈을 적용한 형태이다. 이것도 컬랩스드 백본에 대한 ATM 기술의 적용형태 중의 한가지 이다. 이 형태의 주 목적은 고속교환과 클러스터화로의 발전이다.

[4] ATM라우터(또는 HUB), 클러스터화

같은 종류의 라우터(또는 HUB)를 백플레인 레벨에서 몇 대를 결합시키고 겉보기에 한층 더 고성능인 한대의 라우터처럼 기능하게 하는 것을 라우터(또는 HUB)의 클러스터화라고 하는데, ATM에 의한 라우터(또는 HUB)의 클러스터화는 백플레인 결합수단으로서 ATM 교환기를 이용한 형태이다. 이것은 ATM 백플레인의 변형 또는 확장이라고 말할 수 있다.

　

4. ATM과 미래 애플리케이션

4.1 정보 수퍼 하이웨이(NII)

NII (National Information Infrastructure: 국가 정보통신 기반)는 클린턴 대통령의 신정부가 들어서면서 갑자기 시작된 프로젝트라고 생각하기 쉬우나 사실상 이와 관련된 일은 부시 대통령 정부 때부터 시작되고 있었다. 1991년에 제정된 고성능 컴퓨터법(HPC : US High Performance Computer ACT)에 의거, 미국 각지에서는 수퍼컴퓨터의 파워를 효율적으로 공동이용하기위해 네트워크가 정비되기 시작하였다.
이와 때를 같이하여 민간 컴퓨터 제조업체들이 모여 CSPP(Computer System Policy Project)를 설립하고, 컴퓨터가 고속 네트워크에 의해 접속되었을 때 일어나는 문제에 관해 검토하기 시작하였다. 또 컴퓨터와 네트워크를 교육분야에 도입하기 위한 시스템연구가 NREN(National Research and Education Network: 국립 연구 교육 네트워크)이라는 명칭의 프로젝트로 검토되기 시작했다.
NREN은 ATM 기술을 바탕으로 한 기가비트 네트워크의 국가계획으로, 통신 사업자들과의 협력하에 펜실바니아 대학을 중심으로 한 AURORA(시스템 명칭)외에 캘리포니아/일리노이/위스콘신 대학의 BLANCA, 캘리포니아 공과대학의 CASA, 카네기메론 대학의 The Nectar, 노스캐롤라이나 대학의 VISTAnet, 미네소타 대학의 MAGIC등이 초고속 컴퓨터 네트워크의 실험을 거듭해 왔다. NREN은 이후 NII의 바탕이 된 네트워크의 하나인데, 인터넷의 네트워크 워킹 그룹이 정리한 자료인 RFC1259 (Request For Comments 1259 : 전미 공중망 테스트베드로서의 NREN)에는 다음과 같은 결과가 나타나 있다.

이 문서에서는 전화, CATV와 같은 모든 통신 매체가 하나의 커다란 전미 공중망(National Public Network)을 형성하고 국민생활을 윤택하게 하는데 공헌하는 것을 목표로 삼아 어떤 문제를 검토해야 되는가에 대해 언급하고 있다. 즉, 통신의 대폭적인 규제완화가 진정 사용자들이 바라는 일인지, 국민의 세금을 투자해서 구축한 네트워크를 국외에서 이용하는 문제나 각종 표준작성과 개방형 플랫폼 실현, 프라이버시 보호 등, NII를 정치가의 정치공약으로 끝내지 않고 현실적으로 실현시키기 위한 중요한 점들이 거론되어 있다. 이와 같은 흐름 속에 1992년에 비로소 처음으로 정보기반이라는 말이 생겼다. 그리고 1993년 9월 NII는 NII 행동 AGENDA로 정식적으로 공식화되었다. 그 후, 정보 기관인 IITF (Information Infrastructure Task Force)가 중심이 되어 1994년 1월 NII실현을 위한 여러 가지 문제점의 조사 보고서가 발행되었다.

미국 연방정부가 발행하고 있는 NII에 대한 기술서를 보면, NII는 '그 자체가 목적이 아니라 경제 문제와 사회문제 등 수많은 국민 생활상의 문제들을 해결하기 위한 하나의 수단에 불과하다.'라는 명확한 위상을 갖고 있다. 물론 NII로 모든 문제를 해결할 수 있다는 것은 아니지만, 정부는 이로써 상당히 넓은 분야의 문제해결에 도움이 될 것이라고 예상하는 것 같다. 그리고 일부 컴퓨터 기술자나 과학자만이 이용할 수 있는 것이어서는 안되고 일반가정에서 보통 생활을 영위하는 국민들이 이용할 수 있도록 한다는데 목표를 둔 점이 중요하다.

4.2 실리콘 밸리의 BAGNet

현재 기가비트 네트워크의 실험이 성행하고 있으며, 여기서 ATM 기술이 중심이 되고 있다. 실리콘 밸리에서 가장 큰 규모의 기가비트 네트워크 실험은 BAGNeT (Bay Area Gigabit Network)이라는 그룹에 의해 행해지고 있다. BAGNet은 애플사, DEC, HP, NASA, 스탠포드 대학, 제록스 등 65개 단체의 협력하에 전개되고 있으며, 메트로폴리탄 ATM의 운영에 관한 여러 가지 실험이 실시되고 있다. 프로젝트 명은 기가비트이지만, 현재 상황은 그러한 고속성을 추구하는 실험보다도 스위칭 소프트웨어의 연구, ATM을 사용한 서비스의 연구 등에 힘을 기울이고 있는 것이 BABNet의 특색이다.

ATM 네트워크를 사용한 실제의 애플리케이션으로는 텔레세미나(원격회의), 텔레메디슨(원격의료) 등이 그 연구테마로 떠오르고 있고, 텔레세미나 분야에서는 참가 멤버간 사내 세미나 모습을 주고 받는 준비가 진행되고 있다. BAGNet에 의해서 일반컴퓨터내부의 데이터 처리속도보다도 ATM의 통신속도가 더 빠르게 되기 때문에 애플리케이션을 설계할 때 통신거리를 고려하지 않아도 되며, 통신상대가 떨어져 있는 거리에 관계없이 똑같은 성능으로 애플리케이션이 작동할 수 있게 된다.

　

쌍용정보통신 통신부문 97년도 입사자 일동

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