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차세대 광역 통신망 ATM 본문

Study/ICE

차세대 광역 통신망 ATM

화령 2011. 4. 10. 02:22

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.

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.

 

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