Transcript ATM 교환기술

11장
멀티미디어와 ATM
멀티미디어와 ATM 11장
이 장에서 다룰 내용 (학습목표)
1
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ATM의 원리 및 특성을 살피고, 멀티미디어 정보서비스와의
관련성을 고려하여 그 응용기술을 이해한다.
ATM 프로토콜 구조 및 ATM 교환기술의 특성을 살펴보고,
트래픽제어 기법에 대하여 학습한다.
ABR 트래픽관리 기법을 살펴서 ATM 네트워크의 성능을
분석할 수 있도록 한다.
이 장에서 다룰 내용 (목차)
1
멀티미디어 정보와 ATM
1
2
ATM 교환기술
2
3
ATM 트래픽제어 기법
3
4
ABR 트래픽관리 기법
3
Section 01 멀티미디어 정보와
ATM
 멀티미디어 정보란?
• 음성, 비디오, 이미지, 그래픽, 텍스트 등 다양한 형태로 표현된
정보를 일컫는 말로서, 디지틀 신호로 변환되어 표현됨. ( text, data,
audio, and video etc)
 멀티미디어 정보의 분류
• 미디어의 구분: 연속적 미디어와 이산적 미디어로 구분가능.
 연속적 미디어
• 시간에 따라 변함.
• (예) 오디오, 비디오 정보 등
 이산적 미디어 (Discrete media)
• 시간에 독립적.
• (예) 텍스트, 정지이미지, 그래픽 정보 등
멀티미디어 정보서비스
 멀티미디어 데이터통신과 관련한 기술
• 향상된 고성능 네트워크 운영체제(network operating
system : windows NT, NetWare 등) 기술
• CPU와 같은 마이크로프로세서의 고성능화
• 내부버스와 주변기기 인터페이스 등의 고속화
•
 멀티미디어 정보서비스를 위한 네트워크의 요구조건
• 고속성, 확장성 : 실효 전송속도를 유지하면서 네트워크
시스템의 확장이 가능해야 함.
• 유연성: 각 네트워크에 대한 가변적 전송속도의 기능.
• 효율성: 효율적인 멀티미디어 정보를 전송할 수 있어야 함.
광대역 종합정보통신망과 ATM
 ‘종합정보통신네트워크(ISDN, Integrated Service Digital
Network)’의 개념
• 디지털 방식을 사용하는 데이터 전송 기술이 발전되면서 하나의
통합된 네트워크를 통하여 음성 및 영상, 그래픽, 데이터 등의
서비스가 가능하도록 디지털 방식을 기반으로 모든 정보서비스를
통합 개념
• 이에 필요한 세부적인 기술사항이 이미 1988년에 ITU-T에 의해
표준화 권고안으로 확정.
 보다 확장된 개념으로 광대역 종합정보통신망(B-ISDN :
Broadband-ISDN)이 제안되었고, 이에 대한 구현방법으로 비동기
전송방식인 ATM이 채택.
광대역 통합네트워크와 ATM
 오늘날 ATM기술은 차세대네트워크(NGN: Next Generation
Network)인 광대역 통합네트워크(BcN : Broadband
Convergence Network)에서 효율적인 전송방식의 하나로 수용.
 광대역 통합네트워크는 통신,방송,인터넷이 융합된 품질 보장형
광대역 멀티미디어 서비스를 언제 어디서나 끊어짐이 없이
안전하게 광대역으로 이용할 수 있는 차세대 통합네트워크임.
ATM의 원리 및 특성
 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 이란?
• 비동기식 전송방식이란 의미로, 패킷교환방식(Packet
switching mode)의 한 형태
 ATM에 관한 초기 연구와 그 관련된 기술은 CNET 와 AT&T 등
연구기관에서 수행되었고, 그후 Bel 연구소에서 ATM에 관련된
기술발전이 이루어짐.
 동기식 전송방식에서 전송측과 수신측의 클럭이 일치해야
전송측이 보낸 정보를 오류없이 해석할 수 있음.
 ATM은 비동기식 전송방식을 사용하고, 발생하는 클럭의 차이는
공백(empty) 혹은 미지정셀(unassigned cell)을 추가하거나
제거함으로써 대처.
ATM의 원리
 ATM에서 53바이트의 셀을 사용하는 이유?
• 용량이 큰 데이터를 53바이트의 일정한 크기로
분할(Segmentation)하여 다루기 쉽고 경로설정이 매우
용이하도록 함.
• ATM은 어떠한 정보가 담겨있는지 혹은 어떠한 형태로 정보가
구성되어 있는지 구분하지 않고, 53바이트의 일정한 크기로 분할한
다음, 헤더를 첨부하여 전송.
ATM의 개념
 서로 다른 전송률을 가진 데이터가 한 개의 ATM 디지털 파이프로
들어가서 53바이트의 같은 크기의 셀로 나누어지는 과정
• 서로 다른 길이로 잘려진 셀들은 통계적 다중화(Statistical
multiplexing)에 의해서 효율이 최적화됨.
비동기전송과 동기식 전송방식의 비교
 서로 다른 전송측에서 전달된 데이터들은 하나의 링크상에서 합쳐지거나,
통계적 다중화를 거침
 시분할 다중화(TDM) 방식의 경우, 각 데이터들은 하나의 대역폭을 데이터의
형태에 따라 분할 한 후, 정확한 시간 간격으로 전송되어야 하므로 대역폭의
낭비가 심함.
 비동기식 전송방식은 각 데이터가 셀이라는 형태로 만들어져서 하나의
링크상으로 전송되므로 실제 쓰이는 대역폭은 TDM보다 적게 듬.
ATM의 특성
 ATM은 고정된 크기의 셀 형태로 전송하므로 다양한 서비스
요구에 대한 효율적 수용
 네트워크가 정상적으로 동작하고 있는지 감시, 관리, 유지하는 데
드는 비용이 절감
 통계적 다중화방식을 사용하므로 동적 대역폭 할당이 가능해서
데이터 전송비용 감소
 기존의 서비스와 향후 추가적으로 요구되는 서비스의 수용이
용이하고, 다양한 정보에 대한 통합 서비스 가능
ATM 프로토콜 구조
 물리계층
 B-ISDN에서 사용자와 네트워크간의 인터페이스(UNI)에서
155,52Mbps 혹은 622.08Mbps의 전송율
 동축케이블이나 광섬유 사용
 물리계층은 물리매개 부계층과 전송수렴 부계층으로 구분
 ATM계층
 ATM셀 중에서 헤더를 생성시키고 관리하는 기능.
 상위계층에서 데이터를 받아서 5바이트 헤더를 첨가해서
물리계층으로 전달하여 전송하는 기능 수행.
 ATM셀을 수신하는 측의 ATM계층은 53바이트 중에서 5바이트
헤더를 제거해서 실제 데이타 부분을 상위계층으로 전달해 주는
역할 수행
ATM적응계층(AAL)
 고정된 크기를 가진 48바이트 페이로드를 생성시키는 역할.
 상위층에서 전달된 사용자 데이터를 48바이트 크기로 분해.
 AAL계층의 구분
 분해 및 조합층(SAR, Segmentation and Reassembly Sublayer)
• 상위층에서 전달된 가변 길이를 갖는 데이터를 48바이트 고정된
길이를 갖는 데이터 생성기능 수행.
• 전송측에서 데이터의 분해 역할을 하고, 수신측에서 분해된
데이터를 재조합함.
 수렴부계층(CS, Convergence Sublayer)
• 상위계층에서 전달된 데이터는 ATM층에서 제공하지 못하는
서비스를 요구할 수 있음.
 수렴부계층은 상위계층에서 요구하지만 ATM층에서 제공해 주지
못하는 서비스를 제공해 주는 역할을 수행함.
ATM 프로토콜 계층구조에서의 데이터단
위 교환
ATM 셀
 ATM 셀은 48바이트 유료부하(실제 사용자 데이터)와 5바이트
헤더로 구성.
 셀 헤더의 구성
 헤더는 53바이트 크기의 ATM셀중 5바이트를 차지하며 셀이
목적지까지 전송될 수 있도록 함.
 ATM 스위치에서의 처리과정을 간소화하여 고속 데이터전송이
가능하도록 함.
셀 헤더의 기능(1)
 흐름제어(Generic flow control) 영역
• 흐름제어란, 네트워크상에서 다수의 전송측이 데이터 전송을
위해서 제한된 전송미디어를 공유하는 경우, 발생가능한
회선경쟁을 최소화하여 데이터가 원활이 수신측으로 전달될
수 있도록 하는 기능을 말함.
 가상채널 식별자(Virtual Channel Identifier)
• ATM 스위치내에 입력 채널번호를 출력 채널번호로
변환시켜주는 테이블 필요하며, 이 값을 이용해 회선이
구축되는 것을 가상회선(Virtual Circuit)이라 함.
• 가상채널접속(Virutual Channel Connection) :
가상회선식별자(VCI)를 이용해 전송측과 수신측이 접속되는
것
셀 헤더의 기능(2)
 가상경로 식별자(Virtual Path Identifier)
• 한 개의 경로(path)내에는 다수의 채널이 존재하게 되는데,
가상경로 식별자도 역시 가상채널처럼 가상경로접속(Virtual
Path Connection)을 수행할 때 사용
셀 헤더의 기능(3)
 유료부하 형태(Payload type)
• 동일한 가상경로를 통해 이동하는 셀을 구별하기 위해 사용
• 셀의 형태가 음성 혹은 화상인지 등을 구별해 주는 영역.
 셀손실 우선권(Cell Loss Priority)
• 셀 폐기시 어떤 셀을 우선적으로 폐기할 것인가를 나타내 주는
영역.
• "1"로 설정되면 그 셀은 우선적으로 폐기
 헤더오류제어(Header Error Control)
• HEC는 헤더의 처음 4바이트 부분에 대한 CRC오류검사 기능
수행
• ATM 셀의 헤더에 대해서만 오류제어기능 수행
ATM 셀 헤더의 구성
Section 02 ATM 교환기술
 회선교환방식이란?
• 단말의 요구에 따라 일정한 속도의 회선을 단말 상호간에
접속하는 방식
• 회선교환은 일정한 속도로 장시간 데이터 통신하는데 적합
 패킷교환 방식이란?
• 정보를 적당한 데이터 크기의 다발(패킷)로 나누고, 그 패킷의
헤더에 수신처 주소 등의 제어정보를 부가해서 전송하는 방식.
• 패킷교환방식은 정보를 소프트웨어로 해독, 처리하므로
프로세서의 성능에 따라 전송 시간 등이 제한
 ATM교환방식이란?
• 회선교환과 패킷교환 방식을 함께 수용할 수 있는 방식
ATM 교환방식
 패킷교환방식의 셀 라우팅을 위한 제어정보나, 경로를 찾아가기 위한
정보는 5바이트의 헤더내 존재
 회선교환과 비슷한 특징으로 셀이 전송되기 전에 쌍방간에 어느
경로를 따라 셀이 전송될 것인가는 연결을 각 중계역할을 하는
곳(ATM 스위치)에서 번호(이것을 가상채널 식별자(VCI)라 함)를
할당.
 ATM 교환방식이란, 각 데이터가 가상경로속에 나누어져있는(다중화)
가상채널(VC)을 이용하여 전송하는 방식
ATM 교환방식의 동작
ATM교환방식 비교
 회선교환과 ATM교환과의 차이
• 회선교환에서는 프레임내의 타임슬롯의 위치가 고정적이므로,
사용되지 않는 동안에 비어있는 슬롯 발생
• ATM의 경우 프레임이 아닌 셀로 전송이 되므로 셀순서나
위치를 자유롭게 하여 전송할 수 있을 뿐 아니라, 사용하지
못한 셀은 다른 이용자가 사용할 수 있음.
 ATM교환과 패킷교환의 차이
• ATM교환시 셀은 53바이트로 고정적이지만, 패킷교환은
128~ 4096바이트로 가변적.
• ATM교환이 하드웨어에 의한 라우팅으로 고속전송이 가능한
반면, 일반 패킷교환방식은 소프트웨어로 라우팅(경로설정)을
수행
ATM 서비스 범주(1)
 ATM 포럼에서 ATM에서 제공하는 서비스 범주를 5가지로 정의
 CBR(Constant bit rate): CBR 서비스는 고정된 데이터 전송률을
갖는 서비스.
• ATM 네트워크는 사용자의 용량을 넘지 않는 범위에서 일정
처리율을 보장해야 함
 rt-VBR(Real-time variable bit rate): rt-VBR 서비스는 엄격히
제한된 지연과 지연 변동을 요구하는 응용에 사용.
• 고정된 데이터 전송률을 나타내는 것이 아니고, 가변 데이터
전송률을 나타내는 것이므로 지원 가능한 최대 전송률과 고속의
버스트(burst) 전송률 항목으로 정해지는 서비스
ATM 서비스 범주(2)
 nrt-VBR(Non-real-time variable bit rate): 지연 변동에 대한
한계값이 규정되지 않는 것만 제외하면 rt-VBR과 동일.
• 낮은 셀 손실률의 특성
 UBR(Unspecified bit rate): UBR 서비스는 전송률에 대하여
보장되지 않으며, UBR 서비스로 제공되는 셀은 언제라도 폐기될
수 있음.
 ABR(available bit rate): ABR 서비스는 사용자에게 최소 용량을
보장.
• 사용자는 셀 손실의 위험을 최소화하여 최소 전송률 이상으로 데이터
전송 가능.
ATM 트래픽 혼잡제어- 셀 지연 변이
Section 03 ATM 트래픽제어 기법
 자원관리란?
• 기본적으로 서비스 특성에 따라 트래픽 흐름을 분리하여
네트워크 자원을 할당하는 것
• 가 상 경 로 연 결 (VPC) 은 비 슷 한 가 상 채 널 연 결 (VCC) 들 을
그룹화하며, 네트워크는 가상경로(VP)에 대한 통합적인 용량을
제공하고 가상연결에 의해 공유.
UPC (usage parameter control)
 UPC(usage parameter control) 기능
• 트래픽이 계약을 따르는가를 판단하기 위해 연결을 감시
• 할당된 파라미터의 변동을 감지함으로써, 적절한 동작을 취해 다른
연결의 QoS에 악영향을 끼치는 과부하로부터 네트워크 자원을 보호
Section 03 ABR 트래픽관리 기법
 ABR 서비스란?
• 사용자에게 최소 용량을 보장한 서비스
• 셀 흐름을 제어하기 위해 사용되는 피드백(feedback) 메커니즘을 사용
 셀 손실률을 나타내는 파라미터
• 허용 셀 전송률(ACR): 소스가 셀을 전송할 수 있도록 허락된 현재의
전송률
• 최소 셀 전송률(MCR): ACR이 가질 수 있는 최소값으로, 네트워크는
MCR 보다 작은 소스의 흐름을 제한하지 않음
• 피크셀 전송률(PCR): ACR이 가질 수 있는 최대값
• 초기 셀 전송률(ICR): ACR에 할당된 초기값
RM (Resource Management)셀 형식
 피드백은 자원관리를 위한 RM셀의 형태로 주기적으로 제공
셀의 흐름(Cell Flow)
 명시적 전방위 혼잡지시 표시(EFCI): 스위치는 셀이 전방위
방향으로 지나갈 때 ATM 데이터 셀 헤더의 EFCI(explicit forward
congestion indication marking) 설정.
ABR 용량할당 기법
 ABR 서비스를 지원하기 위해서 ATM 스위치가 혼잡제어와 공정한
용량 할당 기능 수행
 이진 피드백 기법(binary feedback schemes)
• ATM 스위치가 자신의 각 출력 포트에서 버퍼 이용률을 감시하여
혼잡이 발생하면, 스위치는 전방위 데이터에서 EFCI를 설정하거나
전방위 또는 후방위 RM에 CI나 NI를 설정함으로써 이진수(binary)
통보를 수행
 명시적 전송률 피드백 기법(Explicit Rate Feedback Schemes)
• 제공될 수 있는 각 VC의 용량을 공정하게 공유하도록 하는 ‘공정
공유치’ 를 계산  현재 트래픽 부하나 혼잡 정도를 결정하는 값
• 각 연결에 대한 명시적 전송률(ER)을 계산한 하여 전송측으로 ER
값을 보냄.
학습요약(1)
 ‘멀티미디어 정보’란 음성, 영상, 이미지, 그래픽, 텍스트 등 다양한
형태로 표현된 정보를 말하며, 멀티미디어 정보서비스가 원활하게
이루어지려면 고속성, 확장성, 유연성, 효율성을 갖춘 광대역 네트워크
시스템이 필요.
 효과적인 회선교환의 구현, 유연성을 위한 고정길이의 셀에 의한 교환,
그리고 데이터, 음성, 영상 등 저속에서 초고속까지의 가변 전송률을
수용할 수 있는 기술이 ATM 네트워크 기술.
 ATM 방식의 특성 및 원리, 프로토콜 구조 등에 대하여 알아보았음.
 ATM을 사용하면 전송측에서 보낸 정보가 서로 다른 전송률을 갖는
경우는 물론, 요구되는 서비스의 품질(QoS)이나 트래픽의 상이한
특성에 영향을 크게 받지 않고 데이터를 전송할 수 있음.
학습요약(2)
 ATM은 가용한 자원을 활용하는 데 있어서 효과적이고, 동적으로
대역폭을 할당할 수 있으며, 통합화된 서비스가 가능.
 ATM의 서비스 범주에는 CBR, rt-CBR, nrt-CBR, UBR, ABR 등
5가지 유형의 서비스 를 규정.
 ATM의 트래픽 제어는 혼잡상태를 피하거나, 혼잡효과를 최소화하기
위한 것이 목적인데, 그 기능으로는 가상경로를 사용한 자원관리,
연결허가제어, 사용 파라미터 제어, 선택적 셀 폐기, 트래픽 형성 등.
 ABR 서비스는 CBR/VBR 연결의 서비스품질에 영향을 주지 않고
네트워크의 이용률을 높이기 위해 제안된 방식인데, 전송률과 예측할
수 없는 셀 지연의 조정이 허락되는 응용에 적절한 방법.
 ABR 트래픽 관리를 위한 공정 용량할당 교환 알고리즘의 예로는
EPRCA, ERICA, CAPC 등이 있음.
학습요약(2)
 IEEE 802.3 프레임의 구조와 동작에 대하여 살펴보았다.
 DA(목적지주소)와 SA(전송측주소)는 48비트로 구성되어 있고, 첫 번째
비트는 개별주소인지 그룹에 속한 주소인지를 알려준다.
 CSMA/CD 방식의 재전송의 스케줄링은 이진지수 백오프(binary exponential
backoff)라고 불리는 과정에 의해 조정된다.
 고속이더넷 기술은 기존의 이더넷의 전송속도를 100 Mbps로 향상시킨
것이다.
 대기시간 시간(IFG, InterFrame Gap)이란 한 노드가 계속해서 프레임들을
전송하지 못하도록 하여, 모든 노드들이 공평하게 프레임의 전송기회를 가질
수 있도록 하기 위해서 사용되는 시간이다.
멀티미디어와 ATM 11장 끝
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