ATM은 디지털화된 정보를 일정한 크기의 셀로 자르고 이들에게 행선지를 알리는 주소를 달아서 비동기로 다중화나 교환을 하는 기술을 말하며, ATM과 SONET의 조합으로 전 세계의 네트워크를 초고속으로 상호 연결할 수 있게 한다.
사실상 ATM은 정보 초고속도로의 고속도로로 생각할 수 있다.
▶ 5byte의 header와 48byte의 데이터로 총 53byte cell로 구성됨
=> 조그만 사이즈로 쪼개어 많은 양을 전송하는 방식
=> Fixed sized cell (header와 payload size가 고정되어 있기 때문
▶ 비동기식 전송방식(=Statistical multiplexing)이기 때문에 채널을 번갈아가면서 동일하게 쓰지 않고 시간을 조절하여 우선순위, data양에 따라 채널을 좀더 자주 이용하는 것이 가능하다.
=> 전송 data가 없을 경우 다른 user가 해당 채널을 점유하는 것이 가능하다.
(SONET의 경우 empty payload 전송)
=> 조그만 사이즈로 쪼개어 많은 양을 전송하는 방식
=> Fixed sized cell (header와 payload size가 고정되어 있기 때문
▶ 비동기식 전송방식(=Statistical multiplexing)이기 때문에 채널을 번갈아가면서 동일하게 쓰지 않고 시간을 조절하여 우선순위, data양에 따라 채널을 좀더 자주 이용하는 것이 가능하다.
=> 전송 data가 없을 경우 다른 user가 해당 채널을 점유하는 것이 가능하다.
(SONET의 경우 empty payload 전송)
기존 시스템의 문제점
ATM 이전의 데이터통신은 프레임 교환과 프레임 네트워크에 기반을 두고 있다. 서로 다른 프로토콜은 다양한 크기와 복잡도를 지닌 프레임을 사용하고 있는데, 네트워크가 더욱 복잡해짐에 따라 header에 실려야 하는 정보는 더욱 커지는 경우가 발생하여 데이터 단위의 크기에 비해 header가 커지는 상황이 발생하였다. 이에 header를 효과적으로 사용하기 위해 데이터 단위의 크기를 크게 하고 있지만, 큰 데이터 필드는 전송할 정보가 많지 않을 경우 매우 비효율적이다. 때문에 어떤 프로토콜은 이용율을 향상시키기 위해 사용자에게 가변적인 프레임 크기를 제공하기도 한다.
하지만 다양한 프레임 크기는 트래픽을 예측할 수 없도록 한다. 또 프레임 크기가 예측 불가능하며, 프레임 크기가 변하더라도 일관된 데이터 전송율을 지원해야 한다는 문제점이 생긴다.
==> 이를 해결하기 위하여 Cell Networking이라는 개념을 채택하였다. cell은 고정된 크기의 작은 data 단위로써 모든 데이터는 완벽한 예측과 균일한 전송이 될 수 있는 동일한 cell에 적재된다.
서로 다른 Network에서 cell network로 다른 크기와 형태를 가진 frame이 도달하면 패킷은 동일한 길이의 여러 개의 작은 데이터 단위로 분리되며 cell에 적재된다.
작은 크기의 cell로 인하여 끼워넣기를 통해서 전송을 하여도 각 회선으로부터 온 cell들이 거의 연속적인 스트림으로 원하는 목적지에 도달한다. (실시간 전송 처리 가능)
비동기 TDM
ATM은 다른 채널로부터 들어오는 cell들을 다중화하기 위해 비동기 시분할 다중화(ATDM)를 이용한다. 이 때문에 ATM이라고 불리운다.
ATM MUX는 입력되는 cell로 slot을 채우는데, 만약 빈 cell이 있다면, 즉 한 순간에 data가 없는 채널이 있다면 다음 채널에 있는 cell을 채우게 된다.
이때문에 STM에 비하여 ATM의 Demux과정은 좀 더 복잡하다. STM의 경우 각각의 slot의 위치가 정해져 있기 때문에 Demux과정이 간단하지만 ATM의 경우 유동적이기 때문이다.
구 조
ATM은 celll 교환 네트워크로써 종단간에는 UNI(user-to-network interface, 사용자 네트워크 인터페이스)를 통해 연결되며, 교환기들 사이에는 NNI(network-to-network interface, 네트워크 네트워크 인터페이스)를 통해 연결된다.
가상연결
두 종점은 TP(전송경로), VP(가상경로), VC(가상회선)을 통해 연결된다.
TP : 종점과 교환기 사이 or 두 교환기 간의 물리적 연결
VP : 두 교환기 사이에 하나의 연결이나 연결들의 한 집합을 제공. 가상 경로를 두 도시를 연결하는 하나의 고속도로라고 할 경우, 각 고속도로는 VP이며 모든 고속도로는 하나의 TP가 된다.
VC : cell network는 VC를 기반으로 하며, 하나의 메시지에 속하는 모든 cell은 같은 VC를 따라 움직이고 이들이 목적지에 도달할 때까지 순서는 그대로 유지된다. VC를 고속도로(VP)의 한 차선이라고 생각하자!
이때 switch에서는 VP단위로 switching한다. 한 차선단위가 고속도로가 될 순 없지 않은가!
TP : 종점과 교환기 사이 or 두 교환기 간의 물리적 연결
VP : 두 교환기 사이에 하나의 연결이나 연결들의 한 집합을 제공. 가상 경로를 두 도시를 연결하는 하나의 고속도로라고 할 경우, 각 고속도로는 VP이며 모든 고속도로는 하나의 TP가 된다.
VC : cell network는 VC를 기반으로 하며, 하나의 메시지에 속하는 모든 cell은 같은 VC를 따라 움직이고 이들이 목적지에 도달할 때까지 순서는 그대로 유지된다. VC를 고속도로(VP)의 한 차선이라고 생각하자!
이때 switch에서는 VP단위로 switching한다. 한 차선단위가 고속도로가 될 순 없지 않은가!
식별자
한 종점에서 다른 종점으로 데이터의 경로를 전송하기 위해 가상연결을 식별할 필요가 있다.
이를 위해 VPI(virtual path identifier, 가상경로 식별자), VCI(virtual circuit identifier, 가상회선식별자)라는 두 레벨을 가지는 계층적인 식별자를 정의하였는데, VPI는 VP로 묶여 있는 논리적으로 모든 VC에 대해 같다.
가상연결은 VPI와 VCI를 표현하는 한 쌍의 번호에 의해 정의된다.
중간 전달 과정에서는 VPI를 이용하여 경로를 판단하며, VCI가 동일하더라도 VPI가 다르면 달리 인식한다. 이로 인하여 VCI값을 재사용하는 것이 가능해진다.
이를 위해 VPI(virtual path identifier, 가상경로 식별자), VCI(virtual circuit identifier, 가상회선식별자)라는 두 레벨을 가지는 계층적인 식별자를 정의하였는데, VPI는 VP로 묶여 있는 논리적으로 모든 VC에 대해 같다.
가상연결은 VPI와 VCI를 표현하는 한 쌍의 번호에 의해 정의된다.
중간 전달 과정에서는 VPI를 이용하여 경로를 판단하며, VCI가 동일하더라도 VPI가 다르면 달리 인식한다. 이로 인하여 VCI값을 재사용하는 것이 가능해진다.
Cell
하나의 Cell은 53byte로 구성되며 이중 5byte는 header에, 48byte는 payload를 운반한다.
cell format은 다음과 같다.
cell format은 다음과 같다.
연결 설정과 해제
프레임 중계와 같이 ATM은 연결로써 PVC와 SVC 이용
PVC : 영구 가상연결 연결은 네트워크 제공자에 의해 두 종점 사이에 설정
SVC : 교환 가상회선연결에서 한 종점이 다른 종점과 연결을 만들고자 할 때마다 새로운 VC가 설정되어야 한다. ATM 자체적으로 이 작업을 수행할 수 없고, IP와 같은 다른 프로토콜 네트워크층 주소와 서비스를 필요로 한다.
PVC : 영구 가상연결 연결은 네트워크 제공자에 의해 두 종점 사이에 설정
SVC : 교환 가상회선연결에서 한 종점이 다른 종점과 연결을 만들고자 할 때마다 새로운 VC가 설정되어야 한다. ATM 자체적으로 이 작업을 수행할 수 없고, IP와 같은 다른 프로토콜 네트워크층 주소와 서비스를 필요로 한다.
교 환
ATM은 발신지에서 종점까지 cell의 경로를 전송하기 위해 switch를 이용한다. siwtch는 VPI, VCI 둘 다 사용하여 cell을 경로에 따라 전송
ATM Layer
ATM 표준은 AAL(application adaptation layer), ATM layer, 그리고 물리계층 세 계층으로 정의된다. 교환기에서는 아래의 두 계층만을 사용하는 반면 종점에서는 세 계층 모두를 사용한다.
Physical Layer
Ethernet과 Wireless lan과 같이 ATM cell은 어떠한 물리층 전송자에 의해 전송될 수 있는데,
SONET : ATM 본래 설계에서 물리층 전송자로 SONET을 기반으로 하고 있다. 이유는 SONET 전송자의 높은 데이터율과 SONET의 사용에 있어서 cell의 경계가 명백하게 정의되기 때문이다.
이외의 물리적 기술을 이용하기 위해서는 cell boundary 문제점을 해결할 수 있어야만 한다. 한 가지 방법으로 수신기가 cell의 끝부분을 추측하고 CRC를 5byte header에 적용하는 것이다. 만약 error가 없다면 cell의 끝부분을 찾을 수 있을 것이다. 이렇게 되면 cell의 시작부분을 찾기 위해 뒤로 52byte를 세면 된다.
SONET : ATM 본래 설계에서 물리층 전송자로 SONET을 기반으로 하고 있다. 이유는 SONET 전송자의 높은 데이터율과 SONET의 사용에 있어서 cell의 경계가 명백하게 정의되기 때문이다.
이외의 물리적 기술을 이용하기 위해서는 cell boundary 문제점을 해결할 수 있어야만 한다. 한 가지 방법으로 수신기가 cell의 끝부분을 추측하고 CRC를 5byte header에 적용하는 것이다. 만약 error가 없다면 cell의 끝부분을 찾을 수 있을 것이다. 이렇게 되면 cell의 시작부분을 찾기 위해 뒤로 52byte를 세면 된다.
ATM Layer
경로지정, 트래픽 관리, 교환 및 다중화 서비스를 제공한다. AAL 부계층으로부터 48byte의 segment를 받아들여 이것에 5byte의 header를 추가하여 53byte의 cell로 변환시킴으로써 나가는 traffic을 처리한다.
헤더형식
AAL(application adaptation layer, 응용 적응계층)
ATM은 데이터 프레임과 비트 스트림 같은 어떤 종류의 payload도 다 받아들여야만 한다.
ATM은 멀티미디어 payload를 전송해야만 한다. 연속되는 bit stream을 받아들일 수 있어야 하고 또한 ATM계층에서 셀로 캡슐화하기 위하여 조각으로 쪼갤 수 있어야 한다. AAL은 이러한 일을 수행하기 위하여 두 가지 sublayer를 사용한다.
SAR(segmentation and reassembly, 분할 및 재조합) : 발신지에서는 분할을 하고 목적지에서는 재조립 수행
ATM은 AAL1, AAL2, AAL3/4, AAL5의 4가지 AAL 버전을 정의한다.
헤더형식
AAL(application adaptation layer, 응용 적응계층)
ATM은 데이터 프레임과 비트 스트림 같은 어떤 종류의 payload도 다 받아들여야만 한다.
ATM은 멀티미디어 payload를 전송해야만 한다. 연속되는 bit stream을 받아들일 수 있어야 하고 또한 ATM계층에서 셀로 캡슐화하기 위하여 조각으로 쪼갤 수 있어야 한다. AAL은 이러한 일을 수행하기 위하여 두 가지 sublayer를 사용한다.
SAR(segmentation and reassembly, 분할 및 재조합) : 발신지에서는 분할을 하고 목적지에서는 재조립 수행
ATM은 AAL1, AAL2, AAL3/4, AAL5의 4가지 AAL 버전을 정의한다.
AAL1 : 비디오와 음성같은 고정 비트율(CBR, Constant Bit Rate)을 갖는 정보를 전달하는 응용을 지원하며, ATM이 기존 디지털 전화망에 연결할 수 있도록 허용한다. 
AAL2 : AAL2는 본래 가변 비트율 스트림을 지원하도록 되어 있었지만, 현재는 압축되거나 압축되지 않은 오디오, 비디오, 또는 팩스와 같은 낮은 비트율을 가진 트래픽과 짧은 프레임을 가진 트래픽에 사용되며, 짧은 프레임들을 하나의 cell로 다중화 하는 것을 허용한다.(data양이 적은 경우 cell 하나에 같이 전송)
PAD를 추가해주는 이유는 data rate가 일정하지 않기 때문이다.
AAL3/4 : AAL3는 연결중심 데이터 서비스를 지원하고, AAL4는 비연결형 서비스를 지원하기 위해 만들어졌으나, 이것이 발전함에 따라 두 프로토콜의 기본적인 쟁점이 같다는 것이 드러나 하나의 형식으로 통합.
==> 포괄적인 순서화와 오류제어 메커니즘 제공
AAL2에서와 달리 PAD를 CS단에서 추가한다.
AAL5 : 하나의 메시지에 속하는 모든 cell이 순차적으로 전송되며, 제어 함수들은 송신하는 응용의 상위계층에 포함된다고 가정한다.
CS sublayer : 비트열을 47bit로 나누고 그것을 아래의 SAR sublayer로 보낸다. 이 때 header는 붙이지 않는다.
SAR sublayer : 1byte의 header를 붙이고, 48byte 조각을 ATM계층으로 보낸다. header는 두 필드로 이루어져 있다. (SN : 비트들을 정렬하는 순서번호 정의, SNP : 첫 번째 필드 보호)
SAR sublayer : 1byte의 header를 붙이고, 48byte 조각을 ATM계층으로 보낸다. header는 두 필드로 이루어져 있다. (SN : 비트들을 정렬하는 순서번호 정의, SNP : 첫 번째 필드 보호)
AAL2 : AAL2는 본래 가변 비트율 스트림을 지원하도록 되어 있었지만, 현재는 압축되거나 압축되지 않은 오디오, 비디오, 또는 팩스와 같은 낮은 비트율을 가진 트래픽과 짧은 프레임을 가진 트래픽에 사용되며, 짧은 프레임들을 하나의 cell로 다중화 하는 것을 허용한다.(data양이 적은 경우 cell 하나에 같이 전송)
PAD를 추가해주는 이유는 data rate가 일정하지 않기 때문이다.
AAL3/4 : AAL3는 연결중심 데이터 서비스를 지원하고, AAL4는 비연결형 서비스를 지원하기 위해 만들어졌으나, 이것이 발전함에 따라 두 프로토콜의 기본적인 쟁점이 같다는 것이 드러나 하나의 형식으로 통합.
==> 포괄적인 순서화와 오류제어 메커니즘 제공
AAL2에서와 달리 PAD를 CS단에서 추가한다.
AAL5 : 하나의 메시지에 속하는 모든 cell이 순차적으로 전송되며, 제어 함수들은 송신하는 응용의 상위계층에 포함된다고 가정한다.
CS나 SAR에서 head trailer제거
ATM LANs
ATM은 대부분 WAN에 사용된다. 그러나 LAN에도 사용될 수 있는데 ATM의 고속의 데이터 전송률은(155Mbps, 622Mbps)LAN에서 더 빠른 속도를 낼 수 있도록 한다. ATM은 이상적인 LAN을 만드는데 몇 가지 장점이 있는데,
ATM은 user사이에 서로 다른 연결 형식을 지원한다. (영구적, 임시적 연결 지원)
ATM은 서로 다른 응용프로그램을 위하여 멀티미디어 통신에 다양한 대역폭을 지원한다.
ATM LAN은 기관의 확장을 위하여 쉽게 사용이 가능
ATM은 서로 다른 응용프로그램을 위하여 멀티미디어 통신에 다양한 대역폭을 지원한다.
ATM LAN은 기관의 확장을 위하여 쉽게 사용이 가능
ATM LAN 구조
ATM LAN은 두가지 방법으로 혼용하여 LAN 구조에 사용하고 있는데 Pure ATM LAN, Legacy ATM LAN이 그 두가지이다.
Pure ATM LAN
ATM 스위치는 LAN상에서 지국을 연결하는 데 사용되며, 같은 방법으로 기국들을 Ethernet 스위치에 연결된다.
지국은 발신지와 목적지 주소를 사용하는 대신에 VPI, VCI를 사용한다. 이러한 형태는 중요한 결점을 가지고 있는데 지상에 구축되어야 하기 때문에 기존의 LAN은 pure ATM으로 향상될 수 없다.
Legacy ATM LAN
기존의 LAN에 연결하기 위한 backbone으로써 ATM 기술을 사용한다. 
이 방식은 같은 LAN상의 지국들은 기존 LAN의 전송률과 형식으로 데이터를 교환할 수 있으며, 서로 상이한 LAN상의 두 지국들은 프레임 형식을 변환하는 장치를 통해 데이터를 교환할 수 있다.
이로 인해 ATM 스위치에 고속 전송 입력을 생성하기 위해 몇몇 LAN으로부터 출력을 서로 혼합할 수 있다.
하지만 몇가지 해결해야 할 문제점을 가지고 있다.
이로 인해 ATM 스위치에 고속 전송 입력을 생성하기 위해 몇몇 LAN으로부터 출력을 서로 혼합할 수 있다.
하지만 몇가지 해결해야 할 문제점을 가지고 있다.
LAN Emulation(LANE)
LAN상의 ATM이용은 실제로는 많은 문제들을 해결해야 한다.
비연결형 대 연결지향형 : Ethernet과 같은 기존의 LAN은 비연결형 프로토콜이다. 때문에 연결설정이나 연결종료 과정이 없지만 ATM은 연결 중심 프로토콜로써 다른 지국으로 cell을 전송하기를 원하는 지국은 우선 연결을 설정한 후에 보내고 연결을 종료한다.
Physical vs VCI : 주소 지정의 차이문제인데, Ethernet과 같은 비연결형 프로토콜은 발신지와 목적지 주소를 패킷의 경로를 지정하게 되지만, ATM과 같은 연결지향성 프로토콜은 VPI, VCI를 통해 cell의 경로를 지정한다.
Multicastin vs Broadcasting delivery : Ethernet과 같은 기존의 LAN은 패킷에 대해 멀티캐스트와 브로드캐스트를 할 수 있지만, ATM 네트워크에서는 멀티캐스트나 브로드캐스트를 할 방법이 없다.
상호 운용성 : 혼합형 구조에서 Legacy LAN에 연결된 지국은 ATM 스위치에 직접적으로 연결된 지국과 통신할 수 있어야 한다.
Physical vs VCI : 주소 지정의 차이문제인데, Ethernet과 같은 비연결형 프로토콜은 발신지와 목적지 주소를 패킷의 경로를 지정하게 되지만, ATM과 같은 연결지향성 프로토콜은 VPI, VCI를 통해 cell의 경로를 지정한다.
Multicastin vs Broadcasting delivery : Ethernet과 같은 기존의 LAN은 패킷에 대해 멀티캐스트와 브로드캐스트를 할 수 있지만, ATM 네트워크에서는 멀티캐스트나 브로드캐스트를 할 방법이 없다.
상호 운용성 : 혼합형 구조에서 Legacy LAN에 연결된 지국은 ATM 스위치에 직접적으로 연결된 지국과 통신할 수 있어야 한다.
이러한 문제점들을 극복하기 위하여 LANE를 규정하였다.
LANE은
혼합형 구조상의 지국이 또 다른 지국과 통신 허용
지국은 연결중심 서비스를 에뮬레이트한 비연결형 서비스를 이요할 수 있다.
지국은 초기 설정을 위해 발신지 혹은 목적지 주소를 사용한 후, VPI와 VCI주소 지정 방식 사용
Legacy 형식을 이용하여 프레임을 스위치를 통해 전달하기 전에 ATM cell 형태로 변환
