1980년대 중반, 저속 전화통신 및 고속 데이터 통신을 포함한 모든 디지털 서비스를 통합하여 지원할 수 있는 네트워크를 고안하하려는 노력이 시작되었으며 이러한 개념의 네트워크을 B-ISDN(Broadband Integrated Services Digital Network)라 칭하였다. 여러 단체에서 B-ISDN의 구현에 대한 제안들을 내놓았다. 동기식 전송모드(STM : Synchronous Transfer Mode)는 회선교환 서비스를 일반화한 것으로 다양한 범위의 비트율을 제공하도록 하였다. 고속 회선교환(fast circuit switching)이라는 변형된 제안도 나왔었다. 또 다른 제안은 비동기식 전송모드(ATM : Asynchronous Transfer Mode)라 불리는 고정된 크기의 패킷을 사용하는 패킷교환 기술이었다. 결국 ATM 기술이 B-ISDN의 지원 기술로 채택되었지만, 동시에 SDH (Synchronous Digital Hierarchy), SONET(Synchronous Optical NETwork) 등의 동기식 전송 하부구조 역시 수용하였다. ATM은 기존의 디지털 전송 하부구조는 물론 미래의 SDH 또는 SONET상에서 동작하도록 정의되었다.
여기서 그러면 과연 ATM이 동기식 기술인지 비동기식 기술인지 하는 의문점이 생긴다. 정답은 둘다이다. 종단시스템과 ATM 네트워크간의 인터페이스에서 셀(cell)은 고정된 타임슬롯을 기다릴 필요없이 언제든지 교환될 수 있으며, 셀은 통계적으로 멀티플렉싱된다(stati-stical multiplexing). 따라서 셀 레벨에서는 비동기적이다. 반면, 모든 셀의 비트들은 송신자와 수신자가 동기할 수 있도록 비트 동기신호에 맞춰져야 한다. 전송 레벨에서는 동기적이라고 얘기할 수 있다. 아래 그림에 통계적 멀티플렉싱의 원리를 보이고 있다.
디지털 회선교환 기술을 일반화한 STM대신, 패킷교환 기술인 ATM이 B-ISDN 서비스를 지원하는 기술로 채택된 것은 네트워크 자원의 최적화를 위해서였다. 즉, STM은 전송할 데이터가 없을 때 빈 타임슬롯을 전송함으로 인해 대역폭을 낭비하는 단점이 있는데 반해 ATM에서는 이 대역폭 낭비를 피할 수 있으며, 최대 비트율에 해당하는 회선을 설립하지 않고 버스티한(bursty) 트래픽을 수용한다. ATM은 수천개의 가입자 링크를 처리할 수 있는 고속의, 모듈화된 스위치를 구성할 수 있도록 셀(cell)이라 불리는 고정된 길이의 패킷을 채택하였다. 셀은 특히 중간 스위치에서의 저장/전달 지연을 감소시키기 위해 53 bytes(48 bytes의 데이터와 5 bytes의 헤더)의 짧은 길이를 가지는데 이 48 bytes는 북미와 유럽의 제안의 평균값이다.
ATM은 연결지향이다. 자원예약이 보다 용이하며 새로운 연결이 수용될 수 있는지를 결정하는 콜 허용제어(CAC : Call Admission Control)이 보다 쉬운 장점이 있다. 한편, 회선을 모사(emulate)할 수도 있고 비연결형 서비스를 모사할 수도 있다.
종단시스템은 LAN과 ATM 네트워크간에 가상채널(VC : Virtual Channel)이라 불리는 연결을 설립하여 통신을 하게 된다. 종단시스템들은 동시에 여러개의 가상채널을 설립할 수 있다. ATM은 가상경로(VP : Virtual Path)라는 새로운 개념을 도입하였는데, 몇 개의 가상채널이 모여 하나의 가상경로를 이룬다. 이러한 면은 X.25 서비스와 유사하지만 ATM의 가상채널에는 어떤 특정한 서비스클래스(class of service)가 부여된다는 점이 다르다. 아래 그림에 VC와 VP의 예를 보이고 있다. 가령, 사이트 A와 B간의 VP는 음성교환을 위한 3개의 독립적인 64 Kbps의 VC로 이루어져 있고, 사이트 A, C간은 화상회의를 위한 2개의 T-1급 VC로 이루어져 있다고 생각할 수 있다.
ATM은 앞서 언급한 PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy), SDH, SONET 등의 디지털 전송 하부구조상에서 동작하지만 아날로그 전송과도 공존할 수는 있다. 일반가정에서 초고속 정보통신망(information superhighways)을 접근할 수 있도록 하는 제안으로서 혼성모드(hybrid mode)의 광섬유(optical fiber)를 이용하는 방법이 있는데 혼성모드의 광섬유를 아날로그 방송 TV를 위한 아날로그 채널과 디지털 MOD(Movie-On-Demand)나 대화형(interactive) TV, 비디오폰 등의 디지털 서비스를 위한 ATM 디지털 채널로 나누어 사용한다. 이는 WDM(Wavelength Division Multiplexing)을 이용하여 아날로그, 디지털 채널 각각이 서로 다른 파장을 사용하도록 함으로써 가능하다. 이러한 방법에서는 ATM 트래픽이 PON(Passive Optical Network)상에서 전송되므로 APON(ATM over PON)로 알려져 있다. 아래 그림에 APON을 설명하고 있다.
ATM에는 4개의 주요한 서비스클래스가 정의되었는데 회선 모사(circuit emulation), 가변적인 비트율을 지닌 등시성 연결, 보통의 데이터 연결 서비스, 비연결 서비스가 그것이다. 초기의 ATM은 멀티캐스팅을 지원하지 않았지만 멀티캐스팅 모드를 정의하는 표준이 나올 것으로 보인다.
클래스 A : 소스와 목적지간에 시간관계가 보존된다. 비트율은 일정하다. 이 클래스는 기존의 회선(circuit)을 모사할 수 있으므로 전화나 CBR 비디오를 위해 사용될 수 있다.
클래스 B : 소스와 목적지간에 시간관계가 보존된다. 비트율은 가변적이다. 이 클래스는 ATM만이 제공할 수 있는 것으로 압축된 비디오/오디오 스트림을 목적으로 하고 있다.
클래스 C : 소스와 목적지간에 시간관계가 없다. 비트율은 가변적이다. 보통의 데이터 트래픽을 위한 표준적인 클래스이다.
클래스 D : 소스와 목적지간에 시간관계가 없다. 비트율은 가변적이다. 클래스 C와 같지만 비연결형 서비스를 모사한다.
ATM 네트워크과 종단시스템간의 인터페이스를 UNI(User-Network Interface)라 부른다. UNI는 물리적, 전기적 레벨을 모두 포함하여, 가령 셀이 기술되고 구성되는 메카니즘, 인터페이스를 통하는 여러 연결을 식별하는 메카니즘, 사용자가 QoS 파라미터(parameter)를 명세하는 메카니즘 등 인터페이스의 모든 특성을 정의한다. 아래 그림에 ATM UNI의 개념도가 있다.
다음으로 적응계층(Adaptation Layer)의 개념에 대해 살펴보자. ATM 표준화 과정에서 호스트가 어떤 응용에 의해 생성된 데이터의 흐름(flow of data)을 ATM 셀 형식에 맞도록 내부적으로 적응시키는 여러 방법들을 정의하였다(참고로, 데이터의 흐름은 디스크로부터 나올 수도 있고, 또는 디지털 비디오 보드 또는 호스트의 CPU상에서 수행되는 프로그램에서 생성될 수도 있다). 이러한 방법을 AAL(ATM Adaptation Layer)이라 부른다. 처음에는 AAL1부터 AAL4까지가 정의되었는데 각각 특정한 서비스클래스를 제공한다. 현재는 새로운 AAL5가 유력한데 오버헤드가 적고 에러감지기법이 향상되었다. 특별히 ATM 네트워크상으로 IP 패킷을 전송하는데 적합하다.
앞서 ATM은 통계적 멀티플렉싱(statistical multiplexing)을 사용한다고 언급한 바 있다. 즉, 최대 버스트( burst)가 통계적으로 분산되기를 기대할 뿐이다. 따라서 너무 많은 트래픽의 버스트가 동시에 네트워크의 특정 지역에 발생된다면 과잉밀집(congestion)이 발생될 수 있는 문제점이 있다. 이 과잉밀집을 방지할 수 있는 방법의 연구가 진행중이며 CAC를 이용한다거나 연결설립시 성능의 요구선언, 내부 큐(Queue)를 모니터한다든지 등의 방법들이 나와 있다. 어떻게 통계적 멀티플렉싱의 장점을 유지하면서 과잉밀집의 위험을 최소화할 수 있느냐가 ATM이 해결해야 할 최대의 과제로 보인다.
ATM의 첫 표준에서는 네트워크-와이드(network-wide) 멀티캐스팅이 정의되지 않았다. 그러나 실제 구현된 많은 1세대 ATM 스위치들은 지역적으로 셀을 복제할 수 있는 메카니즘을 수용하였다. 그후 ATM 시그널링(signaling)의 발전과 함께 네트워크-와이드 멀티캐스팅 모드의 지원을 명세할 것으로 보인다.
ATM은 여러 다양한 서비스클래스를 지원하도록 고안된 기술로서 장거리(long-haul) 디지털 멀티미디어 응용을 지원하는 유력한 해결책으로 평가되고 있다.
성능
수십 Mbps에 이르는 속도로 가상채널을 설립할 수 있는 점과 함께 다양한 레벨의 비트율과 지연지터를 보장할 수 있으므로 대부분의 응용을 지원할 수 있다. CBR 응용은 회선모사 서비스로 충족시킬 수 있다. 10-8에서 10-9정도의 잔여 셀 손실율(residual cell loss rate)는 모든 유형의 비디오/오디오 데이터의 실시간 전송에 적합하다.
가능한 시나리오
멀티미디어 응용의 지원을 위한 2가지 시나리오가 있다. 아래 그림의 위의 것은 ATM이 사용자의 가택에까지 이르러 모든 클래스의 서비스를 제공하고 또 ATM WAN과 LAN사이에 라우터를 구성하고 있음을 보여 준다. 그 아래 그림은 ATM이 종단시스템을 직접 서비스하는 통합된 기술로 확장된 모습을 보여주고 있다.
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