하계강좌 ATM 개론

1. 하계강좌ATM 개론 1999년 7월 5일 서울대 전기공학부 박세웅 교수

2. B-ISDN / ATM 기초

3. 105 (1 일) 영상 음성 고음질 음향 데이타 104 오락용 영상: VOD, CATV, HDTV (1 시간) WWW/인터넷 103 영상검색, 영상회의 사용시간(초) 음향 102 (1 분) LAN-LAN 연결, CAD/CAM, 화상복원 상호업무 101 원격검침 103 106 109 (1 kbps) (1 Mbps) (1 Gbps) 채널데이타속도(bps) BISDN과 ATM 통신 방식 • BISDN의 서비스 분포

4. 회선방식 패킷방식 회선 가변길이 고정길이 회선 패킷용회선 가상회선 ISDN (회선방식) BISDN (ATM 방식) BISDN과 ATM 통신 방식 (계속) • BISDN과 ISDN의 비교

5. 2 3 1 . . . A 1 2 3 . . . . . . TDM B . . . C 2 3 1 A 1 2 3 . . . ATDM B C BISDN과 ATM 통신 방식 (계속) • TDM과 ATDM의 비교

6. ATM의 목적 • ATM • 셀(Cell)을 기초로 한 스위칭 및 멀티플렉싱(multiplexing) 전송기술 • 가상 연결(Virtual Connection) 방식 • 각 셀들은 주소에 대한 정보를 셀 헤더에 가지고 있다. • 시작점에서 목적지까지의 가상 연결을 따라서 셀을 라우팅한다. • 가상 연결 상으로 셀들이 전송된다. • 다양한 종류의 서비스 • 다양한 서비스 품질(Quality of Service)의 종류를 지원 • 지연 시간과 손실에 대한 사용자의 요구사항을 만족시켜야 한다. • 사용자 요구에 따라 대역폭, 버퍼 등의 망 자원 분배 • 비동기식(Asynchronicity) • 사용자가 비주기적으로 셀을 전송해도 셀 수준에서 동기를 맞춘다. cf. STM(Synchronous Transfer Mode) • 사용자는 주기적으로 데이터 전송

7. ATM 셀과 스위칭 • ATM 셀(Cell) • 고정된 셀 크기 • 53 옥텟(bytes) 길이 • 5 옥텟 헤더(header)와 48 옥텟 유료부하(payload) • 고정된 크기의 셀 단위로 스위칭과 멀티플렉싱 • 초고속 구현 용이 • 유료부하(payload) 크기의 선정 • 32 byte (유럽) • echo canceller가 단순하여 음성통신에 적합 • 패킷 지연시간이 짧지만 헤더의 길이가 상대적으로 길다. • 64 byte (미국) • 데이터 통신에 적합 • 상대적으로 헤더가 짧아서 효율적이다. • 중간값 48 byte로 합의

8. 셀 헤더 (Cell Header) • 셀 헤더 포맷 UNI 셀 포맷 NNI 셀 포맷

9. 셀 헤더 (Cell Header) • Generic Flow Control • 사용자 접속 부분(UNI)에서만 사용 • ATM 터미널(terminal)의 전송 속도 제어 • ATM 스위치에 의해 덮어 쓰여짐 • Virtual Path/Virtual Channel Identifier (VPI/VCI) • 노드와 노드간에서만 의미있음 • 특정한 용도를 위하여 일부 번호는 예약 • 유료부하 종류 (Payload Type) • 셀에 들어 있는 정보의 종류 • 사용자 데이터나, 시그널링 데이터 혹은 관리용 데이터 • 셀 손실 우선 순위 (Cell Loss Priority) • Header Error Control (HEC) • 셀 헤더의 비트 오류의 검색 및 정정

10. 셀 분할 및 전송 • 셀 분할 (segmentation) • 사용자의 데이터, 음성 및 비디오 정보를 일정한 크기의 셀로 분할 • 셀들을 하나의 비트 흐름으로 멀티플렉싱 • ATM 접속 카드 (Interface Card) 기능 • 데이터 흐름을 48 바이트로 분할 • 헤더를 추가하고, 정보 발생원에 따라 각각의 VCC 할당

11. ATM 연결 • ATM 망 접속 • 사설 UNI : ATM Forum에 의해 규정 • 공중 UNI : ITU-T에 의해 규정 • ATM 사용자 • 중간 시스템 (Intermediate System) • 사설망 ATM 스위치

12. ATM 연결 (계속) • ATM 호 연결 설정 (call setup) • 사용자의 호 접속 요구시 망에 자원이 있으면 VCI와 VPI를 할당 • 망자원 할당은 서비스 제공자와 사용자 간에 독립된 시그널링 이용 • ATM에서의 QoS • 셀 분실율, 셀 삽입율, 셀 오류율, 셀 전송지연 시간, 셀 지연 시간 변화 (jitter), 셀 전송 용량, 스큐(Skew) • QoS 클래스(Class)

13. ATM 연결 (계속) • 가상 경로 연결 (Virtual Path Connection : VPC) • 노드 사이의 VP 링크간의 연결 -> VC 변화 없이 VP 변환만 한다. • VPC는 그 안에 있는 VCC들의 QoS를 만족시켜야 한다.

14. ATM 연결 (계속) • VP Switching • VP 스위치가 VP link를 스위칭한다. • VPI 변환 • VCI 값은 불변

15. ATM 연결 (계속) • 가상 채널 연결 (Virtual Channel Connection : VCC) • 노드 사이의 VC 링크간의 연결 -> VP와 VC의 변환이 일어난다.

16. ATM 연결 (계속) • Virtual Channel/Virtual Path 스위칭 • VC 스위치는 VC와 VP 링크를 스위칭한다. • VCI 와 VPI 둘 다 변환된다.

17. Management plane Plane management Layer management Control plane User plane Higher layers Higher layers ATM adaptation layer (AALs) ATM layer Physical layer BISDN / ATM • BISDN 프로토콜 기준 모델 • 관리 평면 • 계층 관리 • 평면 관리 • 제어 평면 • 계층 구조 • 호 제어 • 연결 제어

18. BISDN / ATM (계속) • 노드와 계층간의 관계

19. BISDN / ATM (계속) • 물리 계층 함수 • 물리적 매체 • 광섬유, 동축 케이블, twisted pair • 비트 동기화 • frame을 사용하거나 혹은 사용하지 않은 셀 전송 • HEC 바이트 생성 및 응용 • 셀 경계 식별 • HEC 바이트 추적 • 셀 헤더 확인 • VPI/VCI에 오류가 있는지 확인 • 셀 유료부하를 혼화(scrambling) • idle 셀 삽입 • 셀률 정합 기능(cell rate decoupling)

20. BISDN / ATM (계속) • ATM 계층 함수 • 여러 ATM 채널에서 입력되는 셀을 다중화 • 비할당 셀(unassigned cell)을 이용한 셀률 정합 기능 • 4 바이트의 셀 헤더를 읽고 생성 • 유료부하(payload)의 종류를 구분 • 트래픽 성형(traffic shaping) 수행 • 셀 라우팅 및 스위칭 • 헤더의 값에 따라 셀 분류 • 분실 우선 순위 표시 및 선택적 셀 버림 • AAL 기능 • 분할과 재결합(Segmentation and Reassembly) • 재결합 서브계층(Convergence sublayer)

21. ATM 계층도

22. 물리 계층 (PHYSICAL LAYER : PHY) • 물리 계층 • ATM 장비를 연결하는 물리적 메체 상에서 ATM 셀 전송 담당 • 두개의 부계층 • 매체 의존성(Physical Medium Dependent: PMD) 부계층 • 물리적인 메체 상에서 비트 전송의 실제 동기화를 제공 • ANSI, CCITT/ITU-T, ATM 포럼에서 정의 • 전송 수렴(Transmission Convergence: TC) 부계층 • 물리 매체 상의 비트 스트림과 ATM 셀 간의 변환 담당 • 전송시, 셀을 TDM 프레임 포맷에 매핑(mapping) • 수신시, 수신된 비트 스트림에서 셀 경계를 식별 • HEC 신호를 발생 • HEC 신호를 이용하여 오류 검출 혹은 정정 • 셀률 정합 (Cell Rate Decoupling) 기능 • TC HEC 기능 • 셀 헤더의 오류 검사와 셀 경계를 식별

23. 물리 계층 (계속) • HEC 기반 셀 경계 식별 • 셀 경계를 지속적으로 확인 • 전송 시스템에 상관 없는 알고리즘 • 셀 기반의 물리 계층에서는 올바른 HEC를 비트 단위로 찾는다. • δ번 연속으로 올바른 HEC가 검출되면 동기화 • α번 연속으로 HEC 오류가 검출되면 동기를 잃음 • 셀의 사용자 정보 구간에 대해 혼화처리가 필요

24. 물리 계층 (계속) • TC 셀률 분리 기능 • ATM 계층에서 셀이 제공되지 않을 경우, 비할당 셀 혹은 빈 셀을 추가하거나 뽑아내어 물리 매체와의 속도를 맞추어 주는 기능

25. ATM 계층 • ATM 계층의 기능 • 유료부하에 헤더를 덧붙여 ATM 셀을 만든다. • VPI/VCI를 사용하여 셀 라우팅, 복사를 한다. • VPI/VCI를 사용하여 셀 다중화, 역다중화 • 유료부하 형태 구분 • 시그날링 셀같은 사전에 할당된 VC를 사용하는 셀 헤더 해석 • 우선 순위에 따라 셀 버림 수행 • QoS에 따른 트래픽 클래스를 지원 • 사용자 변수 제어(UPC)에 따라 사용자 셀 감시 • EFCI(Explict Forward Congestion Indication) bit • 일반 흐름 제어(Generic Flow Control)를 이용한 셀 흐름 제어 • 시그널링 채널을 통해 연결 설정 및 해제

26. ATM 계층 (계속) • HEC를 제외한 ATM 셀 헤더에 관련된 처리 기능 • 가상 경로(VP)와 가상 채널(VC)을 통한 ATM 연결 생성 • 가상 채널 연결(VCC: Virtual Channel Connection) • 가상 연결 링크들의 연결 리스트(concatenated list)로 구성 • 가상 연결 링크는 VCI(Virtual Channel Identifier)가 할당, 해제되는 점 사이에서 ATM 셀들을 전달할 수 있도록 하는 단방향적 가상 연결로를 의미 • 동일한 VCC 내에서는 셀 순서 보장 • 가상 경로 연결(VPC: Virtual Path Connection) • VPI(Virtual Path Identifier)가 할당, 해제되는 점들 사이를 연결하도록 가상 경로 링크들을 연결시킨 리스트 • 동일한 VPC 내에서는 VCC 각각에 대하여 셀 순서가 보장되고, 각 VPC 연결에 대해서는 여러 변수로 표시되는 QoS가 제공

27. ATM 계층 (계속) • UNI와 NNI • 사용자 망 접면 (UNI) • 망 노드 접면 (NNI)

28. ATM 적응 계층 (AAL) • AAL 프로토콜 구조 • CS (Convergence Sublayer) • SSCS(Service Specific CS) • CPCS(Common Part CS) • SAR (Segmetation And Reassembly) • 일반적인 AAL 프로토콜 부계층 모델

29. ATM 적응 계층 (계속) • AAL 서비트 특성 분류

30. ATM 적응 계층 (계속) • AAL 1 • ATM 망에서 TDM과 같은 회선교환 방식을 지원 • 항등 비트율의 사용자 정보(U-SDU)를 관련 시간 정보화 함께 일정한 비트율로 전달해 주고 미복구 오류를 표시하는 등의 서비스 • 수렴 부계층 • 고품질 영상 또는 음향 신호에 대하여 비트오류 정정 • 시간 정보를 CS-PDU에 삽입 • 동기정보 전달 방법 • 동기식 잔여시간 스탬프 (Synchronous Residual Time Stamp: SRTS) • 구조화된 데이터 전송 (Structured Data Transfer: SDT) • 분할 및 재조립 부계층 (Segmentation And Reassembly: SAR)

31. ATM 적응 계층 (계속) • AAL 2 (AAL-CU: AAL-Composite Use) • 48 바이트의 셀 크기가 음성 전달에는 너무 큼 • 적은 비트 율을 가지는 응용 프로그램에서 지연없는 전달 • 한 셀이 여러 개의 음성 신호를 전달 • VBR(Variable Bit Rate)의 음성 지원 • 다른 계층과의 멀티플렉싱(Multiplexing) • 여러 사용자의 패킷이 한 VCC를 사용 • 대부분의 경우에 셀을 채워서 전송하는 것이 목적 • 패킷의 크기는 64 바이트까지 커질 수 있다. • 사용자는 채널 ID로 구별된다. • 지연에 민감한 전송을 위하여 만들어 졌다.

32. ATM 적응 계층 (계속) • AAL2 (AAL-CU) 헤더 포맷 • 가변 비트율 (VBR)을 가진 멀티미디어 정보의 전송이 목적 • ITU-T I.363.2 표준으로 97년 초에 기본적인 표준안 채택 • 저속의 가변 트래픽에 적합 • 하나의 연결로 여러 사용자 지원 (서브채널 사용) • 대역폭의 효과적 이용 • 오프셋 사용 • 지연시간에 민감한 트래픽에 적합 • ATM 셀의 유료부하를 부분적으로만 채우는 경우 발생 가능 • PPT (PayloadPacket Type) : • 사용자 또는 관리 정보 • UUI (User to User Indication) : • 단대단 사용자 간에 교류하는 정보

33. ATM 적응 계층 (계속) • AAL 3/4 • 하나의 가상 연결을 통한 전송을 지원 • 비연결형 모드의 서비스는 SSCS(Service Specific Convergence Sublayer)에서 제공 • 공통부 수렴 부계층-프로토콜 데이터 단위 • CPCS-PDU: Common Part Convergence Sublayer-PDU • AAL 3/4 CPCS 부계층

34. ATM 적응 계층 (계속) • AAL 3/4 (계속) • 분할 및 재조립 부계층 • 절편 형태 (Segment Type: ST) : BOM, COM, EOM, SSM • 다중화 식별 (Multiplex Identification: MID) • 하나의 ATM VCC에 최대 1024개의 서로 다른 CPCS-PDU를 다중화 • BOM이나 SSM 절편 형태에 할당 • 길이 표시 (Length Indicator: LI) • AAL 3/4 SAR 부계층

35. ATM 적응 계층 (계속) • AAL 5 • 공통부 수렴 부계층 • 연결형 혹은 비연결형 모드의 가변 비트율을 지원 • 다중화에 관련된 MID가 없고 상위계층에 의존 • 오류 검출 기능의 단순화 • 미리 할당한 재조립 버퍼 크기를 사용하여 BASize 필드를 없앰 • PAD는 전체 CPCS-PDU를 48의 배수로 만든다. • CPCS-PDU는 AAL 사용자들 사이에서만 투명하게 사용 • CPI는 현재 트레일러를 64비트 경계에 정렬하기 위해 사용 • AAL 5 공통부 수렴 부계층-프로토콜 데이터 단위(CPCS-PDU)

36. ATM 적응 계층 (계속) • AAL 5 계속 • 분할 및 재조립 부계층 (SAR) • 재조립 과정을 간단하게 하고, ATM 대역폭을 보다 효과적으로 사용 • AAL 5 분할 및 재조립 부계층

37. 사용자, 제어, 관리 평면

38. 사용자 평면 • 사용자 정보의 전달 및 요류 발생시 복구 및 흐름제어 • 연결 형태 • SVC(Switched Virtual Circuit) 또는 PVC(Permanent Virtual Circuit) • 점 대 점, 점 대 다중점, 다중점 대 점, 다중점 대 다중점 • 서비스 특화 수렴 부계층 (SSCS) 프로토콜 • Frame Relay SSCS • SMDS SSCS • ATM 상에서 IP나 회선 교환 방식을 사용하는 경우, SSCS 불필요 • 상위 계층 • IETF RFC 1483 • Multiprotocol Encapsulation Over ATM

39. 제어 평면 • 호 및 연결 제어 기능을 수행 • 호 설정, 감독, 해제 관련 신호 기능 • 모든 가상 연결 특히 SVC와 관련된 기능 수행 • 신호 프로토콜 구조 (Signal Protocol Architecture)

40. 제어 평면 (계속) • 어드레싱 (Addressing) • ATM 게층의 VPI/VCI 수준 • ATM 어드레스와 물리적인 ATM UNI 포트에 VPI/VCI 값을 할당 • 점 대 점, 혹은 점 대 다중점 • 특성 • 단순성 • 자동할당 • 어드레스 공간의 효율적 활용 • 어드레스 변경 관리의 편이성 • 어드레싱 구조의 확장성

41. 제어 평면 (계속) • 신호 AAL (SAAL) 계층화된 프로토콜 모델

42. 제어 평면 (계속) • 계층화된 SSCS 모델 • SAAL SAP와 ATM SAP 사이에는 일대일 대응이 성립 • SSCF(Service Specific Coordination Function) • SSCOP (Service Specific Connection-Oriented Protocol) • peer-to-peer 프로토콜 • 기능 • 순서 보장, 또는 정렬된 전달 • Keep-Alive 메시지 전송 • 오류 검출과 재전송을 통한 오류 정정 • 수신측 중심의 흐름제어 • 계층 관리에게 오류보고 • 프로토콜 수준의 오류 검출 • 대응 개체(peer entities)간의 상태 보고 (Status reporting)

43. 관리 평면 • 계층 관리 • 메타 신호와 같은 망자원 관리, 프로토콜 엔티티(entity) 내의 파라미터 관리 • 각 계층 관리는 특정한 OAM 정보 흐름을 처리 • 표준화된 관리 인터페이스 • CMIP (Common Management Information Protocol) • SNMP (Simple Network Management Protocol) • 운영과 유지 (Operation And Management) 정보 기능 • 고장 관리 (Fault Management) • 성능 관리 (Performance Management) • 구성 관리 (Configuration Management) • 평면 관리 (Plane Management) • 전체 시스템에 관련된 모든 관리 기능들이 위치

44. ATM시장 동향

45. ATM시장 추세 및 전망 • ATM의 선호도 증가 • 다양한 초고속 통신 서비스 수요 증가 • 연 평균 50%성장 • ATM 시장의 대부분을 ATM 장비가 차지 • 서비스 시장의 고속 성장 예상

46. ATM 장비 시장 분석 • ATM 장비 시장의 성장 요인 • ATM 스위치 native ATM 서비스 외에 프레임 릴레이, 사설망, 음성, IP등을 포함한 다른 통신 서비스에도 효율적으로 사용 • 1998년 프레임 릴레이 시장 규모 추월 • ATM 장비 시장

47. ATM 장비 시장 분석 (계속) • Carrier Switch • 기본 코어 네트워크 백본 업그레이드 • 새로운 유형의 fiber 기반 서비스를 위한 백본 • ISP Switch • 백본 대역을 더욱 효과적으로 활용하여 광대역 인터넷 액세스 구현 • 대용량 프레임 릴레이와 고속 IP교환장비와 경쟁 • 기업용 WAN • 멀티미디어 어플리케이션, 비디오, LAN, 음성, 데이터 지원 사설망 구축 • ATM WAN • 가장 빠른 속도의 성장 • 공중망이나 사설망 액세스를 위해 저속 ATM과 non-ATM 트래픽 모음 • ATM LAN • 백본 스위칭과 WAN분야에서 Gigabit Ethernet과 wirespeed multilayer 스위칭 기술과 경쟁

48. ATM 서비스 시장 분석 • Native ATM 서비스 • 인프라 구축과 가격 문제로 널리 보급되지 않은 상태 • 장비시장의 성장은 native ATM 서비스 보다는 다른 서비스 시장의 성장에 기인함. • 저속포트(T1 & fractional T3)시장에 집중 • ATM도입가격 인하에 큰 영향을 받음 • ATM forum의 IMA표준에 맞는 standard-based fractional T3도입 • GTE, MCI, WorldCom, Sprint등에서 제공 • 지원가능 QoS에 따른 시장 분석 • CBR (Constant Bit Rate) • 음성, 비디오, CES(Circuit Emulation Service)등에 적합 • VBR(Variable Bit Rate) • nrt-VBR이 rt-VBR보다 더 많이 제공됨

49. ATM 서비스 시장 분석 (계속) • ABR(Available Bit Rate) • 할당되지 않은 여유분의 대역폭을 이용 • 제한된 시장 수요와 복잡한 네트워크 기술로 인해 대부분의 통신 사업자들의 지원계획 없음 • UBR(Unspecified Bit Rate) • Best-Effort 서비스, E-mail 과 같은 어플리케이션에 사용 • FR/ATM • ATM과 프레임릴레이 서비스를 모두 제공하는 대부분의 업체들이 표준으로 구성 • SVC(Switched Virtual Circuits) • SVC를 지원하는 업체의 제한과 SVC기능을 탑제한 CPE(Customer Premises Equipment)의 부족 등으로 SVC에 대한 시장수효 미약

50. ATM서비스 시장 분석 (계속)