7-1

(1)

7-1 멀티미디어 정보와 ATM

7장. 멀티미디어와 ATM 전송기술

(2)

멀티미디어 정보 (1)



멀티미디어 정보란?

음성, 영상, 이미지, 그래픽, 텍스트 데이터 등 다양한 형태로 표현된 정보를 말함

정보 전송을 위해 디지털 신호로 변환되어 표현

멀티미디어 서비스를 통해 네트워크 운영체제(NOS) 기술 및 프로세서의 고성능화, 인터페이스의 고속화 등 관련 기술 발전과 더불어 보다 높은 수준의 서비스가 가능해짐

멀티미디어 정보는 등시성 서비스(isochronous service)를 제공할 수 있는 향상된 네트워크 구조 및 기술을

필요로 함

(3)

멀티미디어 정보 (2)

 멀티미디어의 구분



연속적 미디어(continuous media) : 오디오,

비디오 정보처럼 시간에 따라 변하는 특성을 갖는 미디어



이산적 미디어(discrete media) : 시간에

독립적인 특성을 갖는 텍스트, 정지 이미지,

그래픽 정보 등의 미디어

(4)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (1)

 ‘종합정보통신네트워크(ISDN)’



Integrated Service Data Network



디지털 방식을 사용하는 데이터 전송기술이 발전되면서 하나의 통합된 네트워크를 통해 음성, 데이터 서비스가 가능한 ‘통합

네트워크’를 구상

 디지털 방식을 기반으로 모든 정보서비스를 통합



우리나라 1993년 서비스 시작

(5)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (2)

 ISDN(계속)



2개의 인터페이스

Basic Rate Interface (BRI): 2B+D 144 Kbps (192 Kbps Interface structure gross bit rate)

Primary Rate Interface (PRI): 23B+D/30B+D

1.536/1.984 Mbps (1.544/2.048 Mbps gross bit rate)

(6)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (3)

 ‘광대역 종합 정보통신네트워크(B-ISDN:

Broadband-ISDN)’ 개념 제안 :



기본 전송속도(64Kbps)의 제한으로 인한 화상의 품질 문제 등을 보완하기 위해 보다 확장된 개념

 이에 대한 구현 방법으로 비동기 전송 방식인 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 방식 채택

(7)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (4)



경과

1985: ITU-T Study Group 13 (formerly the CCITT Study Group XVIII) began developing standards for

Broadband ISDN (B-ISDN)

Objective: Define a B-ISDN transport technology for all types of traffic (voice, video, image, and data) for

broadband services

1988: ITU-T selected Asynchronous Transfer Mode (ATM) as the switching and multiplexing technique for the B-ISDN

ATM was developed for B-ISDN, but it is also implemented in non-ISDN environments where very high data rates are

required

(8)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (5)

 B-ISDN 서비스

B-ISDN Services

Interactive Services

Distribution Services

Distribution Services with user

Control

Distribution Services without user

Control Messaging

Services Conversational

Services

Retrieval Services

(9)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (6)



B-ISDN 서비스 (계속)

Retrieval Services

Video retrieval service

Entertainment

Remote education and training

High-resolution image retrieval service

Entertainment

Professional image communications

Medical image communications

Document retrieval service

Mixed documents containing text, graphics, still and moving picture information, and voice annotations from archives or information centers

목포해양대 해양컴퓨터공학과 9

(10)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (7)



B-ISDN 서비스 (계속)

Messaging services

Video mail service

for the transfer of moving pictures and accompanying sound

Document mail service

for mixed documents containing text, graphics, still and moving picture information, as well as voice annotations

Conversational services

Broadband videotelephony for the transfer of voice (sound), moving pictures, and video scanned still images and

documents between two locations for

Tele-education

Tele-shopping

Tele-advertising

Broadband videoconference

(11)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (8)



B-ISDN 서비스 (계속)

Distribution services without user control

Document distribution

Electronic newspaper

Electronic publishing

Video distribution service

TV program distribution

HDTV program distribution

Pay-per-view TV program distribution

Distribution services with user control

Video broadcast for

News retrieval

Video-on-demand

목포해양대 해양컴퓨터공학과 11

(12)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (9)

 광대역 통합 네트워크(BcN)



Broadband convergence Network



통신ㆍ방송ㆍ인터넷이 융합된 품질 보장형 광대역 멀티미디어 서비스를 언제 어디서나 끊김 없이(Seamless), 안전하게 광대역으로 이용할 수 있는 통합 네트워크



QoS 보장 + 통합망

(13)

멀티미디어 정보와 ATM기술 (10)



ATM 기술은 광대역 통합 네트워크에서 효율적인 데이터 전송 방식 중 하나가 됨

원활한 멀티미디어 정보서비스  고속성, 확장성, 유연성, 효율성을 갖춘 광대역 네트워크 시스템 필요



등시성(isochronous) 서비스

전송 측에서 보낸 타이밍 신호를 그대로 유지해서 수신 측까지 데이터를 보내는 방식

실시간성이 요구되는 데이터 전송

1초에 30프레임이 전송되어야 하는 동영상 등에 필요

(14)

ATM 원리와 특성 (1)



ATM(Asynchronous Transfer Mode) 전송의 원리 :

a connection-oriented, high-speed, low-delay switching and transmission technology that uses short and fixed- size packets, called cells, to transport information

사용자 정보 데이터의 내용이나 형태에 무관하게

단지 53바이트의 일정한 크기를 갖는 ATM 셀(cell)로 분할하여 수신 측으로 전송

회선교환(low and constant delay, guaranteed

capacity)의 장점 + 패킷교환(flexibility, efficiency for bursty traffic)의 장점

(15)

ATM 원리와 특성 (2)

(16)

ATM 원리와 특성 (3)

ATM Network

H

H H H

Voice Video Data Voice Video Data

BISDN Services

Reassembly

User Applications

Workstation Workstation

Multiplexing Demultiplexing

H H H H

H H

Segmentation

(17)

ATM 원리와 특성 (4)



동작 원리

연결형(Connection Oriented) 서비스 – 셀 전송에 앞서 종단간 연결이 설정되어야 함

연결이 설정되면 ATM 망에서 종단간 QoS(Quality of Service) 보장

음성, 비디오, 화상, 데이터를 포함한 모든 트래픽은 53바이트의 고정된 길이의 셀로 나누어 전달

경로 정보는 각 셀의 헤더에 포함

경로 선택과 교환은 ATM 교환기 하드웨어에서 수행

목적지에서 셀들이 음성, 비디오, 화상 데이터로 조립됨

(18)

ATM 원리와 특성 (3)



특성

고정된 크기의 셀 형태로 전송하므로 다양한 서비스 요구를 효율적으로 수용 가능

가용 자원의 효율적 사용 가능

네트워크의 정상적인 동작을 감시, 관리, 유지하는 데 드는 비용 감소

통계적 다중화 방식 사용으로 동적으로 대역폭 할당이 가능해져 데이터 전송 비용 감소

기존의 서비스와 향후 추가적으로 요구되는 서비스에 대하여 유연하게 대처 가능

다양한 정보에 대한 통합 서비스 가능

(19)

ATM과 동기식 전송 방식의 비교 (1)



ATM 네트워크에서는 서로 다른 전송 측으로부터 발생된 데이터들이 하나의 링크로 합쳐지거나 혹은 통계적 다중화 과정을 거치게 됨



시분할 다중화(time division multiplexing)를 사용하는 동기식 전송 방식의 경우  대역폭의 낭비가 초래



ATM은 각 데이터를 셀의 형태로 변환하고 여분의 대역폭을 통계적 다중화를 통해 효율적으로

할당하기 때문에 대역폭의 낭비를 줄일 수 있음

(20)

ATM과 동기식 전송 방식의 비교 (2)

(21)

ATM 네트워크 기술

 회선 교환을 효과적으로 구현하고

유연성을 위해 고정된 크기(길이)의 셀에 의한 교환

 데이터, 음성, 영상 등 저속에서

초고속까지의 가변 전송률을 수용할 수

있는 기술

(22)

멀티플렉싱 비교

 Multiplexing with Different Packet Sizes

 Multiplexing with Cells

(23)

Cell Switching (1)

(24)

Cell Switching (2)

 Virtual Path Identifier

(25)

Cell Switching (3)

 Switching Using VPI

(26)

Cell Switching (4)

 VPI and VCI

(27)

Cell Switching (5)

 Switching Using VPI and VCI

(28)

Cell Switching (6)

 VP Switching

(29)

Cell Switching (7)

 VPC Switching

(30)

ATM Interfaces (1)

 UNI(User-Network Interface)

 NNI(Network-Network Interface)

(31)

ATM Interfaces (2)

 Public and Private UNIs

(32)

B-ISDN/ATM 프로토콜 참조 모델

(33)

ATM Layers

(34)

AAL Types (1)

Class A Class B Class X Class C Class D

Circuit emulation

Compressed

video Cell relay Bursty data Datagram service constant Bit

Rate

Variable Bit

Rate VBR VBR VBR

Timing Required Timing Required Timing Not Required

Timing Not Required

Timing Not Required Connection

Oriented

Connection Oriented

Connection

Oriented Connection less

AAL 1 AAL 2 AAL 0 AAL 3/4 AAL --3/4 &

AAL 5

(35)

AAL Types (2)

(36)

AAL Types (3)

 AAL1

(37)

AAL Types (4)

 AAL2

(38)

AAL Types (5)

 AAL3/4

(39)

AAL Types (6)

 AAL5

(40)

ATM Layer (1)

(41)

ATM Layer (2)

 ATM Headers

(42)

ATM Layer (2)

 ATM Headers (계속)



PT Fields

(43)

ATM 프로토콜 구조 – 계층별 기능 (1)

 물리 계층



물리 계층(physical layer)의 표준 : I.432에 기술



B-ISDN에서 사용자-네트워크 인터페이스 (UNI)는 155.52Mbps 혹은 622.08Mbps의 전송률, 전송미디어로는 동축케이블이나 광섬유 사용



물리매개 부계층, 전송수렴 부계층으로 구분

(44)

ATM 프로토콜 구조 – 계층별 기능 (2)

 ATM 계층



ATM 계층에 대한 표준 : 권고안 I.361에 기술



ATM 계층의 가장 중요한 기능 : ATM 셀의 헤더를 생성시키고 관리하는 기능

상위 계층에서 데이터를 수신하면 여기에

5바이트 헤더를 추가하고 이를 다시 물리 계층으로 전달

 수신 측의 ATM 계층 : 53바이트 셀에서

5바이트로 구성된 헤더를 제거한 다음 사용자정보 데이터 부분을 상위 계층인 AAL 계층으로 전달

(45)

ATM 프로토콜 구조 – 계층별 기능 (3)



ATM 적응 계층

ATM Adaptation Layer

ATM 적응 계층에 대한 표준 : CCITT I.361과 I.363에 기술

고정된 크기를 가진 48바이트의 사용자

정보데이터를 생성하는 역할을 함

 상위 계층에서 전달된 사용자 데이터를 48바이트 크기로 분할

48바이트 사용자 데이터에 하부 ATM 계층에서 5바이트의 헤더가 첨부되면 53바이트인 ATM 셀 생성

(46)

ATM 프로토콜 구조 – 계층별 기능 (4)

 ATM 적응 계층 (계속)



분할 및 재조립 부계층(SAR)

Segmentation and Reassembly Sublayer

길이가 일정하지 않은 상위 계층에서 생성된

데이터를 길이가 48바이트로 고정된 길이의 데이터 생성

전송 측에서는 데이터를 분할해서 전송

수신 측에서 데이터를 수신하면 전송 측에서와 반대 과정으로 데이터를 재조합해서 전송 전의 형태로 복원

(47)

ATM 프로토콜 구조 – 계층별 기능 (5)

 ATM 적응 계층 (계속)



수렴 부계층(CS)

Convergence Sublayer

상위 계층으로부터 전달된 데이터 중 ATM 계층에서 제공하지 못하는 서비스를 요구하는 경우

 수렴 부계층(CS)은 상위계층에서의 요구 사항중, ATM 계층에서는 제공하지 못하는 서비스에 대한 해결책 제공

(48)

ATM 프로토콜 계층 구조 (1)



ATM 프로토콜 계층 구조에서의 데이터 단위 교환

(49)

ATM 프로토콜 계층 구조 (2)



ATM 프로토콜의 계층 구조와 각 계층에서 사용하는 데이터 단위를 구분하여 나타냄



ATM 계층의 셀 형식과 AAL계층 중 수렴 부계층에서의 데이터단위인 CS-PDU (CS- Protocol Data Unit)와 분할 및 조합

부계층에서의 데이터 단위인 SAR-PDU (SAR-

Protocol Data Unit)를 구분한 상호 간의 관련성

(50)

ATM 셀 구조 (1)



ATM 셀은 48바이트 사용자정보 데이터payload 부분과 전송 시 필요한 제어정보를 포함하는 5바이트 헤더로 구성  ATM 헤더는 53바이트 크기의 셀 중 5바이트를 차지



ATM 셀의 형식

 ATM 셀에 대한 ATM 스위치에서의 빠른 처리과정은 고속의 데이터 전송을 가능케 함

(51)

ATM 셀 구조 (2)



ATM 셀 상세구조 : 7부분의 영역으로 나눈 셀 헤더

(52)

ATM 셀 헤더의 영역별 구조(1)

 일반 흐름제어 영역(GFC)



Generic Flow Control



네트워크에서 흐름제어를 위해 사용되는 영역



전송미디어를 다수의 전송 측이 사용하고자

하는 경우 회선 경쟁(contention)에 따른 트래픽

혼잡문제를 해결하기 위한 흐름 제어 기능과

ATM 셀 헤더의 영역별 구조(2)

 가상채널 식별자(VCI)



Virtual Channel Identifier



ATM 셀은 목적지로 가는 도중 ATM 스위치를 거치게 되는데, 이때 사용되는 채널이

가상채널을 식별하기 위해 사용하는 것임



가상회선(virtual circuit) :

VCI의 값을 이용해서 회선이 구축되는 것



가상채널 접속(virtual channel connection) :

VCI를 이용해서 전송 측과 수신 측이 접속되는 것

(54)

ATM 셀 헤더의 영역별 구조(3)



가상경로 식별자(VPI)

Virtual Path Identifier

다수의 가상채널을 모아서 하나의 가상경로를 구성함

가상경로는 가상경로 접속(virtual path connection)을 위해 사용됨

다수의 가상채널을 모아 가상경로를 만들고, 다시 다수의 가상경로가 모여서 전송라인 구성

(55)

ATM 셀 헤더의 영역별 구조(4)

 사용자정보 데이터 형태(payload type)

 동일한 가상회로를 통해 이동하는 사용자 정보 데이터를

구별하기 위해 사용

 사용자정보 데이터의 형태가 음성인지 혹은 화상인지를

구분하기 위해 사용하는 영역

 셀 손실 우선권(Cell Loss Priority)

 셀을 폐기해야 하는 경우, 어떤 셀을 우선적으로 폐기할 것인가를 나타내주는 영역

 영역 크기 : 1비트로 할당

 ‘1’의 값으로 설정  우선적으로 폐기 (낮은 우선권을 가진 셀)

 헤어오류제어(Header Error Control)

 ATM 셀의 헤더에 대해서만 오류제어 기능을 수행하게 됨