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ATM LAN의 기본적인 구조

Chapter 6Chapter 6

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1. 개요

ATM기술은 lTU-T Study Group XVlll의 공용(Public) 네트웍을 통한 음성,화상,그리고데이터의 고속전송을 위한 BISDN의 개발 노력의 결과로서 시작되었으며,ATM포럼 및여러 표준화 그룹이 각종 Spec.과 장비간의 호환성을 위해 노력중이다.제록스사의PARC에서 이더넷이 발명된 이래 약 25년 사이에 LAN은 급속한 발전을 이루었으며,컴퓨터의 고성능화,네트웍 OS의 발전,인터페이스의 고속화,멀티미디어의 등장등으로LAN에 대하여 다음(1.1)과 같은 요구 조건이 발생하였으며,그 해결방안으로 LAN에ATM이 도입 되었다.

1.1차세대 LAN에 대한 요구조건

차세대 LAN에 대한 요구조건을 정리하면 다음과 같다.

1) 고속성CPU,네트웍OS,내부버스,주변기기 인터페이스의 고성능화에 알맞은 고속 전송.

2) 확장성실효전송속도를 떨어뜨리지 않고 네트웍 노드의 증설이 가능.

3) 유연성각 네트웍 노드에 대한 가변전송속도 기능.

4) 멀티미디어 정보의 전송전송정보의 실시간성 및 연속성 보장.

1.2 ATM이란?

ATM을 개괄적으로 살펴보면, 저속도 통신이나 정보량이 적은 통신에서부터 고속 광대역통신에 이르기까지 통신중에도 대역을 자유롭게 변경할 수 있는 기술이라 할 수 있다.ATM에서는 송신단말에서 수신측으로 보내는 정보를 48바이트로 나누고 이에 5바이트의헤더를 덧붙여 53바이트의 고정 길이를 가진 셀이라는 단위로 정보를 보낸다.이는 마치48바이트 길이의 정보 다발에 5바이트의 꼬리표가 붙는 것과 같다. ATM 네트웍내로 보내진셀은 헤더내 정보에 따라 하드웨어에서 고속으로 교환되고 목적한 수신측의 단말에 도착한셀은 헤더 검사를 받고 원래의 정보로 복구된다.정보의 전송에 있어,송신측 단말에서1.5Mbps의 정보량을 수신측의 단말로 보내고자 할 때는 같은 수신처 헤더 정보를 가진 셀을1초 동안 약 4000셀을 송신하면 되고,또 6Mbps의 정보량을 보낼 경우에는 1초간 16000셀을송신하면 된다. 이와같이,통신 중에도 단위 시간당 송신 셀 수를 변화시켜 송신 정보량을자유롭게 바꿀 수 있다.즉 ATM은 통신 채널에 필요한 대역을 마음대로 할당할 수 있다.

Chapter 6. Chapter 6. ATM-LAN의 기본

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1.3 ATM 교환의 기술적 특징 및 장점

ATM교환은 주로 다음과 같은 특징 및 장점을 가지고 있다.

1) 고정 길이의 셀 사용고정 길이의 셀을 사용하여 정보가 발생했을 때만 전송한다.

2) 유연한 네트웍의 구축위 1.2항에서 살펴본 바와 같이 대역용량을 자유롭게 바꿀 수 있기 때문에,ATM에서는데이터,음성,영상이라는 서비스에 의존하지 않는, 통신속도에 의존하지 않는 네트웍이실현된다.

3) 효율적인 정보의 전송위 1.2항에 기술한 가변대역이라는 특징에 더하여, 통계다중화 효과를 통하여효율적인 정보 전송이 가능하다.

4) 오퍼레이션의 향상ATM에서는 통신채널내에서 보수용 오퍼레이션 정보를 통지 할 수가 있다. 따라서ATM에서는 단말에서 단말까지 종단간 시험이 쉽게 실현된다.또한 통신 채널에 비트오류가 발생하는 경우에는 비트 오류의 특성을 시험하는 OAM셀을 보내 서비스를중단하지 않고도 비트 오류 발생 구간을 알아내고 검사할 수 있다.

5) 셀 라우팅셀은 ATM스위치라는 장비를 통해 ATM네트웍을 통과하는데, ATM스위치는 셀의헤더내 정보를 분석하여, 그 셀이 해당 수신측으로 가는데 필요한 바로 다음 스위치에연결된 자신의 Output 포트로 셀을 하드웨어적으로 스위칭한다.

6) 회선스위칭과 패킷스위칭의 장점을 갖음ATM은 Circuit Switching의 장점과 Packet Switching의 장점이 결합된 Cell Switching and Multiplexing 기술이다.

7) 고속성의 실현망내에서의 프로토콜은 간략화하여 하드웨어적으로 처리되는 셀헤더의 VCI,VPI를이용한 다중화 및 라우팅 등의 셀 전송에 필요한 최소한의 기능만을 담당하고,흐름제어와 에러제어는 단말간에서 처리토록 회선교환과 같은 고속성을 실현할 수있다.

8) 비동기 방식의 장점을 갖음ATM은 비동기 메카니즘이므로,그림 1-2와 같이 ATM 타임슬롯은 각 셀의 헤더안에포함된 송신측을 나타내는 정보에 따라 이용 가능하므로,필요시 언제든 셀을 보낼수 있다.

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9) 스타 토폴로지의 장점을 갖음ATM스위치는 모든 장비들이 직접 연결되어,ATM네트웍내에서 마치 HUB처럼동작한다.이는 고장 진단 및 처리의 편리, 네트웍 설정 변경과 추가의 편리 같은전형적인 스타 토폴로지의 장점을 제공한다.

10) 대역 효율의 증가ATM은 실제 사용자 요구에 근거하여,요구에 따라 대역폭을 배정함으로써 네트웍의집적화된 전송 요구를 지원한다.

11) 애플리케이션에 대한 투명성고정 길이 ATM셀은 데이터 통신 애플리케이션의 긴 패킷과 Telecommuication(음성)애플리케이션이 네트웍 특성에 맞추기 보다는 네트웍이 사용자들의 요구에 따라재단되게 한다.

2. ATM교환의 주요 구성 기술

2.1버퍼링

ATM스위치는 버퍼의 위치에 따라 세 종류로 분류할 수 있다.

1) 입력 버퍼형 스위치입력 단자당 별도의 버퍼 사용하여, 입력 버퍼를 판독하는 시점에서 동일한 출력수시처 및 링크 결합등이 생기지 않도록 사전에 판독을 제어한다. 즉, 충돌이 생길가능성이 예상되면 입력 버퍼에서 한 쪽을 기다리게 하거나 다른 셀로 차례를바꾸어 판독한다. 단, 이방식에 의하면 판독제어회로의 동작 주파수에 의해 전송능력이제한된다.

2) 출력 버퍼형 스위치출력 단자당 별도의 버퍼 사용하여, 한번 다중화한 셀을 라우팅 비트 필터로 선택해서출력 버퍼에 전송하는 방식이다. 제어 단순하고 처리율 높으나, 스위치의 규모에비례하여 고속 버스를 고속화해야 한다는 결점이 있다.

3) 공통 버퍼형 스위치모든 입력 및 출력 단자들에 의해 공유되는 버퍼 사용하여, 일단 셀을 공통화된 버퍼에기억시키고 판독순서를 제어함으로써 라우팅한다. 이 방식에 의하면 대규모 버퍼를공통적으로 가질 수 있어서 통신성능이 뛰어나나, 공통 메모리에의 액세스가전송능력상의 결점으로 지적된다.제어 복잡하나, 비용이 적게든다.

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2.2 트래픽 제어

실제 네트웍에서는 폭주나 고장등에 의해서도 시스템 문제가 발생할 수 있다. 이에트래픽 제어를 통해 효율적이고 품질 좋은 네트웍을 실현한다

1) 컨넥션 접수제어(CAC:Connection Admission Control)어느 지점에서 어느 지점까지 어떤 대역의 컨넥션이 어떤 품질로 통신할 것인지의허가 여부를 결정하는 제어이다. 즉, 가입자가 트래픽 파라미터와 요구 품질을 신호메시지에 실어 전달하면 요구하는 품질을 만족시킬 수 있는 망 자원이 존재하는지또는 새로운 연결을 설정할 경우 이미 설정된 연결의 품질을 유지할 수 있는 지를판단하여 요구된 연결설정 여부를 판단하는 기능이다.

2) 사용량 파라미터 제어(UPC:Usage Parameter Control)ATM 교환기에서는 실제 통신중 이용자의 트래픽을 모니터링하고 있는데,이를사용자 파라미터 제어라 한다. UPC는 트래픽의 특성을 나타내는 트래픽 파라미터를기반으로 하여 UNI/NNI를 통하여 입력된 트래픽이 연결 설정시 협상된 대역폭 또는버스트성 등의 규정을 위반하는 셀들을 제거한다.신고량을 초과한 트래픽에 대한UPC로는 다음과 같은 것이 있다.

-오버 트래픽에 대해 바이올레이션 태그라고 하는, 과부하의 표시를 헤더에 붙이는대응방식이다. 네트웍이 혼잡한 경우 이 표시가 붙은 셀은 어쩔 수 없이 선택적으로폐기되거나 별도의 요금을 과하는 방법

-과부하된 부분을 폐기하는 방식

-과부하된 부분을 네트웍,다시 말해 UPC부분에서 지연을 주어 규준치로 평탄화하는방식

3) 우선제어ATM 교환기에서는 어떤 양 이상의 트래픽이 동시에 발생하면 그것들이 모두버퍼에 들어 갈 수 없어서 셀 폐기가 발생한다.이때 폐기해도 좋을 셀을 구별해서제어하는 방식이 우선제어 이다. 우선제어 방식에는 두가지가 있다.

-하나의 버퍼에 한계치를 두고 그 한계치를 넘어 축적되는 것을 우선 셀로 삼아손실을 제어하는 방법

-우선 버퍼와 비 우선 버퍼로 나누어 우선 셀에 손실이 생기지 않도록 제어하는방법

4) GFC(Generic Flow Control)셀 헤더의 GFC필드를 사용하여 UNI에서 트래픽을 제어한다.

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5) 폭주제어새로운 컨넥션의 접수를 중지하는 동시에 우선제어에 의해 될 수 있는 대로 중요한셀에는 영향을 끼치지 않도록 한다. 또 라우팅 제어에 의해 될 수 있는 대로 폭주하고있는 경로를 사용하지 않도록 다른 셀을 우회시키고 사용자에게는 폭주를 통지하여될 수 있는 대로 사용을 피하도록 권한다.또한 UPC등에 의해 사용자트래픽의 규제나절단을 행한다.

2.3 ATM망 관리 및 OAM기능

ATM망 관리는 5개 계층의 OAM셀 흐름을 이용하여 수행되며,각 계층의 OAM셀들은사전에 할당된 셀 헤더 형태를 갖는다.

1) OAM망 관리 기능OAM셀들을 단말-to-단말 혹은 세그먼트 단위로 전송함으로써 아래와 같은 ATM망관리 기능들을수행한다.

-성능감시:연속적 또는 주기적으로 관리 개체의 정상 작동 여부 감시

-결함검출:연속적 또는 주기적으로 망의 비정상적 동작 검출

-시스템 보호:고장 개체의 격리 또는 제거/교체

-결함 및 감시 정보 전달:성능 정보나 고장 정보를 관리 개체에 전달

-결함 위치 결정:고장 개체의 위치 결정

2) OAM기능의 종류

-결함관리(Fault Management)-성능관리(Performance Management)-활성/비활성(Activation/Deactivation)

3) ATM망 결함 및 고장 관리ATM망에 발생한 링크의 결함 및 고장은 AIS신호와 RDI/FERF신호를 이용하여 검출가능하며,VPI/VCI Misconfiguration은 loopback 기능을 사용하여 검출 가능하다.연속성검사를 하여 연결의 오동작 여부를 검사할 수 있다.

-AIS와 RDI/FERF동작 및 기능-링크 고장 검출-고장 검출 노드는 Downstream방향으로 AIS 신호 전달-AIS 신호를 받은 연결 종단점은 Upstream 방향으로 RDI/FERF신호 전달-한방향 및 양방향 링크 고장 검출 및 보고-연결점/종단점의 AIS와 RDI/FERF처리 기능

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3.ATM 셀 헤더 포맷

ATM셀은 53바이트 고정 크기 패킷으로, 5바이트 헤더와 48바이트 Payload(데이터)로구성되며, 헤더는 경로 배정, 셀의 종류,셀 포기 순위 등에 관한 제어정보를 제공하는것으로 ATM표준화 그룹은 두가지의 헤더 포맷을 정의 하였다.

3.1 UNI 헤더 포맷ATM셀의 헤더는 53바이트중 5바이트로 구성되며, UNI 헤더는 ATM단말 장비와 사설ATM네트웍내 ATM 스위치간의 통신을 정의한다.

1) GFC(Generic Flow Control:4Bits):사용자로부터 망으로의 트래픽 양 조절

2) VPI/VCI(Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier:8/16Bits):경로 배정용

3) PT(Payload Type:3Bits): 사용자셀 여부 또는 셀의 체증 경험 여부 표시

4) CLP(Congestion Loss Priority:1Bit):셀의 포기 순위 표시

5) HEC(Header Error Control:8Bits):셀 헤더에 대한 CRC

3.2 NNI 헤더 포맷

ATM 스위치간의 통신 정의하며, GFC필드가 없는 대신 VPI 필드가 첫 12비트를점유한다.따라서 ATM스위치에 보다 큰 VPI값을 설정할 수 있다. 이런 예외 사항을제외하고는 UNI헤더 포맷과 동일하다.

4.B-ISDN 프로토콜 참조 모델

B-ISDN 프로토콜 참조 모델은 물리층,ATM층,AAL과 같은 계층에 의한 수직방향의계층구성(프로토콜 스택)과 수평방향의 플레인으로 구성되어 있다. 여기서 수직이란통신하는데이터 처리절차의 시간적 전후관계를 말하며, 수평이란 데이터 처리 절차와는독립된 회선접속이나 관리 절차를 가리킨다.

4.1 플레인(Plane)구조

ATM 참조 모델은 OSI 참조 모델과는 다르게 3개의 플레인 구조를 갖는다. 이 플레인은 ATM 구조의 네 계층 모두에 걸쳐 동작하며,그 세부적인 기능은 다음과같다.

1) 사용자 플레인(User Plane)사용자가 통신망을 경유하여 사용자 정보를 송수신하는 프로토콜이며 ATM방식에의거한 특유의 구조로 이루어지다. 즉, 네트웍을 통한 말단 사용자 정보의 전송을제공하며, 이는 ATM네트웍에서 셀 릴레이 서비스를 이루는 ATM계층과 물리 계층에관계가 있다.

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2) 제어 플레인(Control Plane)망과 단말간에서 호나 연결의 설정, 유지,해제에 관한 제어 정보를 처리한다. 즉, ATM 말단 장비간의 연결을 설정하기 위한 시그널링 정보의 교환을 제공하며, ATM Switched서비스에 필수적인 제어 기능을 제공한다.

3) 관리 플레인(Management Plane)망의 유지보수나 트래픽 상태의 관리 등 운용에 관한 프로토콜을 처리하기 때문에계층관리와 플레인관리로 나눈다. 계층관리는 각 계층의 동작을 감시하는 기능을,플레인관리는 시스템 전체의 관리와 사용자플레인과 제어플레인간의 정보제공 기능을제공한다.즉, 사용자플레인과 제어플레인간의 정보 교환을 위한 능력과 동작 및 관리기능을 제공한다.

4.2 계층구조

1) 물리계층물리매체에 관한 규정한다.

2) ATM 계층모든 서비스에 공통인 셀의 전송을 처리한다.

3) ATM 적응 계층각 서비스에 의존하는 기능을 처리하고, 각 서비스에 대응하여 복수의 프로토콜이규정되어 있고, 각종 서비스에 대응하는 상위계층의 기능 추가, 변경을 ATM적응계층에서 흡수하고 B-ISDN의 기본 기능인 셀의 전송 기능에 영향을 주지 않도록한다.SAR과 CS 부계층으로 나누며,SAR 부계층은 데이터 유니트를 복수의 셀로분해하기도 하고, 반대로 복수의 셀을 하나의 데이터 유니트로 조립한다. CS 부계층은데이터 오류의 확인이나 정정등 데이터의 정당성을 검증하고 그 결과를 상위 계층에건네주는 역할을 수행하며,SSCS 부계층과 CPCS 부계층으로 나뉜다.

4.3 ATM 데이터의 처리

사용자 정보(음성,비디오,데이터)를 ATM포맷으로, 그리고 그 역으로 매핑하는과정은 2계층인 데이터링크 계층에서 일어난다.사용자 데이터가 2계층에서 ATM셀로메핑되면,셀은 1계층인 물리 계층으로 보내어져 네트웍을 통해 물리적 미디어와 ATM스위치를 경유하여 수신측으로 전송된다.

5. B-ISDN 서비스 분류

5.1 AAL 서비스 클래스

AAL이 제공하는 서비스 클래스는 상위층 애플리케이션이 트래픽으로서의 특징에근거하여 크게 4개의 서비스가 정의되어 있다. 그 구분 특징에는 다음과 같은 것이 있다.

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서비스 클래스 클래스 A 클래스 B 클래스 C 클래스 D단말간 타이밍 필요 필요없음

송수신기 Real-time Non Real-time정보송신 간격 일정 가변

컨넥션의 유무 컨넥션형 컨넥션리스형

프로토콜 AAL 타입 1 AAL 타입 2 AAL 타입3/4, AAL 타입5예 DS!,E! Packet Frame Relay IP

Video X.25 SMDSAudio

5.2 AAL의 대표적 기능 및 특징

1) AAL-1

항등 비트율의 SDU를 동일 비트율로 전달,정보원과 목적지간에 시간정보 전달,오류복구 및 미복구 오류 표시

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6. ATM - LAN 의기본구조

ATM기술은당초, 전화회선과데이터통신회선을대신할차세대 WAN(Wide Area Network: 광역통신망)용으로개발이시작되었다.그러나개발이진행되면서, WAN 뿐만아니라 LAN에도응용가능한 기술로기대되기에이르렀다. 저속에서부터고속에이르기까지각종통신속도에대응할수있고, 다양한용도에사용할수있기때문이다.

6.1 고정길이셀을교환기에서포인트전환ATM 망은 (그림 1)와같이단말과교환기(스위치)로구성된다.모든정보는 53바이트고정길이의셀에수록되어운반된다. 셀에수록되는정보는음성, 영상, 데이터등디지털화될수있는정보라면무엇이든상관없다. 하나의셀로수용하지못할경우에는셀을여러개분할하여운반한다. 이렇게하면어떤정보든지운반할수있고, 다양한서비스에대응할수있다.

　셀의앞머리에는경로를표시하는정보가있고, 교환기는그것을 보고셀의목적지로전환해준다. 선로(線路)의포인트전환과같은것이라고생각하면될것이다. 몇개의교환기를경유하게되면 셀은목적지에도달하게된다.ATM 셀은 53바이트의길이로서, 셀앞머리부분의제어정보포맷도 통일되어있다. 따라서중계조작은단순화되고, 교환기가셀을운반하기위해실행하는포인트전환조작을하드웨어로서고속으로처리할수있게된다. 그리고지연도적어지게된다. 이는음성이나 영상과같은지연이허용되지않는정보를운반하는데적합한것이며, ATM이멀티미디어에적합하다는것도이런이유에서이다.

　

(그림 1) ATM 망의기본구성도

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6.2 LAN의 프레임을 ATM 셀로운반일반적으로 ATM-LAN은위에서설명한 ATM 기술을현재의이더넷등을대신하는 LAN으로서사용하는방법이다. 다만, 기술만빌려쓰는것으로 WAN용 ATM 기기를그대로 LAN용 ATM 스위치로서사용할수있는것은아니다.LAN에서는데이터를수십바이트에서수킬로바이트길이의프레임에넣어운반한다. 반면에 ATM 기술을사용하는경우는이프레임을(그림 2)과같이더세분하여 ATM 셀에넣어운반한다. 수신측에서셀을조립하여프레임으로되돌리면, LAN의프레임을운반한것이된다. 데이터의분할/조립방법은 ATM의적응계층(AAL: ATM Adapta-tion Layer)의기능으로서규정되어있다.이분할과조립의구조는데이터음성, 영상등데이터의성질에따라약간변경시킬필요가있다. 데이터가연속적으로발생할것인지의여부, 네트워크에서의전송지연이나흐트러짐에의한영향정도등이다르기때문에데이터의종류에따라네트워크상에서의운반방법이달라지기때문이다.이런것들에대응하여적응계층은 5종류의유형을설정하고있다.컴퓨터데이터의전송에는 5번째의유형(AAL5)을사용한다

　

(그림 2) LAN 프레임을분할운반

6.3 브로드캐스트(broadcast)나어드레스(address)에별도방안이요구ATM기술을 LAN에적용하기위해서는네트워크전체에동일한데이터를동시에보내는브로드캐스트(동보성)를실현할필요가있다. LAN용으로개발된통신소프트웨어에는브로드캐스트기능이없어서는안되기때문이다.

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그런데 ATM 망에서는접속된기기가 1대 1로데이터를송수신하는것이기본이기때문에그대로는브로드캐스트를실현할수없다.따라서데이터를의도적으로복사하여모두에게분배하도록한다.또한, ATM 망과 LAN에서는단말의어드레스형식도다르다. LAN의어드레스길이는 6바이트이지만, ATM에서는 20바이트이다.이때문에 ATM 어드레스의일부분에 LAN 어드레스를채워넣어대응시키는방법을취한다.이러한방안강구를통해, 현재사용하고있는 LAN용소프트웨어를변경하지않고서도 ATM-LAN 시스템을구축할수있게되었다.