ATM is a connection-oriented network that the connection must be established before the actual data transmission. IP multicast relies on the existence of a low-level multicast/broadcast facility. The obvious analogous to a legacy multicast/broadcast LAN would be a bi-directional multipoint-to-multipoint (mpt-mpt) connection in ATM. Currently All ATM switches support some form of point-to-multipoint (pt-mpt) forwarding. But this point-to-multipoint (pt-mpt) connections can be only unidirectional from root to leaf direction due to so-called "VC Merge'' or "Cell Interleaving" problem when using ATM Adaptation Layer 5 (AAL5), the most common ATM adaptation layer used to transmit data across ATM networks. Therefore, ATM generally needs to utilize multiple Virtual Circuits to support multipoint-to-multipoint (mpt-mpt). This leads to scaling problems and the possibility of VC exhaustion. Another related incompatibility is that IP multicast is receiver-initiated while, until UNI 4.0, ATM signaling support only sender-controlled group membership.
In this thesis, In the ATM environment which supports only fundamental point-to-point (pt-pt) connection, we propose a method for multipoint-to-multipoint (mpt-mpt) communication, which is very analogous to legacy IP multicasting over LAN. Our proposal is based on the point-to-point (pt-pt) connection which links all nodes as a ring-shaped (VC-Ring connection) and simple server(Topology Server) which specify the neighbor node to be connected together. The basic idea is to simulate the broadcast mechanism of legacy shared-link LAN by logical ring-shaped link. The Topology Server is composed of four parts, Topology management, Group management, and Security certification management and manual configuration management. TOPS clients at each client node process the three types of packet, unicast, multicast, and TOPS packet. The multicast packet from the application is copied and forwarded to neighbor node automatically, while packet from the lower layer is always checked. If a packet is an already received one, packet is destroyed. If the packet is destined to own node, the packet is forwarded to upper layer application, otherwise the packet is forwarded to neighbor node.
In our proposal, the number of VC connection for multicasting is remarkably reduced. And gives a great scalability. In the Group management, we can support the open group concept with multipoint-to-multipoint (mpt-mpt) communication. By the simulation result, because the multicast packet always circulates among the node along the ring. The delay in each node is mainly affected by the hop count between sender and receiver. With only one sender, the delay can be reduced by provision of another path. In addition, the delay pattern in each node is constant providing that the received traffic is under the maximum throughput of each node. With multiple senders, if the sum of source traffic exceed the throughput of each node, a delay problem is serious. According to the requirement, our proposal would be applicable to the various multicast applications.
현재의 인터넷을 이용한 대부분의 네트워크 멀티미디어 서비스들은 동영상, 음성 등의 대용량 데이터의 사용과 실시간 성 (real-time), 대화형 (Interactivity)이라는 특성으로 인해 보다 큰 대역폭의 확보를 필요로 한다. ATM은 그 용량과 넓은 확장성으로 인해 좋은 해결책이 될 수 있지만, 단지 한정된 용량 범위 내에서라는 임시적인 해결책을 제공할 뿐이다. 보다 확장성 있는 해결책은, 데이터를 원하는 사용자에게만 복사해서 전송하는 멀티캐스트 서비스의 사용이다. ATM과 멀티캐스팅의 결합은 넓은 대역폭의 제공은 물론, 보다 효율적인 대역폭의 사용을 가능하게 하지만 ATM과 멀티캐스팅을 지원하는 것은 쉽지 않다. ATM과 LAN(Local Area Network)에는 근본적으로 많은 차이점이 존재 한다. 기존 LAN에서의 멀티캐스팅은 LAN의 공유매체 접근 방식으로 브로드캐스트(broadcast)이 자연스럽게 제공되므로 쉽게 구현될 수 있다. ATM은 실제적인 데이터의 전송이 이루어지기 전에 상대방과의 연결 ( VC:Virtual Connection)이 우선 설정 되어야 하는 연결 지향적인 네트워크이다. 연결 지향적인 ATM 네트워크에서도 양방향의 다대다(bi-directional multipoint-to-multipoint) 연결을 통해서 기존 LAN의 멀티캐스팅의 기능을 유사하게 구현할 수 있다. 그러나 현재 대부분의 ATM 스위치들이 지원하고 있는 것은 단방향의 점대다 연결이다. 단방향 연결은 데이터 전송시에 일반적으로 쓰이는 AAL5(ATM Adaptaion Layer)의 셀 구별기능의 결여에 기인한다. 그래서 대부분 다대다 연결을 지원하기 위해 일반적으로 여러 개의 연결을 이용하는 방법을 사용하지만, 이것은 VC의 과도한 사용으로 인한 확장성 결여라는 문제를 가지고 있다. 또한 기존 3계층 IP 멀티캐스팅은 수신자의 의도대로 그룹 참여가 가능한데 반해, ATM은 UNI 4.0 신호체계가 완전히 정의 되기 전까지 점대다 연결로 인한 송신자 제어의 그룹 관리만이 가능하다.
본 논문에서는 기본적인 점대점 연결만을 지원하는 ATM 네트워크 상에서, 이 점대점 연결과 더불어 단순한 형태의 서버를 이용해서, 기존의 OP 멀티캐스팅과 LAN에서 제공하는 기능과 유사한 다대다 연결 및 수신자 중심의 그룹 참여를 구현한다. 이 점대점 연결은 모든 노드들을 연결하는 폐루프(Closed loop)를 형성 (VC ring)하며, 서버는 전체 노드들이 링 모양등의 폐 루프를 형설할 때 연결 해야 할 이웃 노드들을 지정해주는 구성 서버(Topology Server)의 역할을 한다. Ethernet, Token-Ring 네트워크와 같은 기존 네트워크들이 물리적인 수준에서 제공하는 브로드캐스트 기능을 ATM의 점대점 연결을 통한 논리적인 공유매체로서 모의하는 것이다. 구성서버(TOPS:Topology Server)는 구성관리, 그룹 멤버 관리, 보안 그룹관리와 수동 구성 관리의 기능 단위로 구성된다. 각 노드들은 특정 패킷(TOPS packet)을 통해서 서버에게 그룹 가입 및 탈퇴의사를 밝히고, 서버로부터의 전달되는 구성 정보대로 자신과 특정 이웃노드와의 연결을 확립한다. 특정 노드의 그룹 탈퇴 시나 이상 동작 시에도 전체적인 데이터의 흐름에 끊임이 없도록 하기 위해 연결의 타임아웃을 이용한다. 각 노드는 상위 층으로부터의 전달되는 멀티캐스트 패킷에 대해서 무조건 이웃 노드 (Neighbor Node)에게 복사 및 재전송을 하게 되고, 하위 층으로부터의 멀티캐스트 패킷은 필터링을 통해서 자신을 향하는 패킷만을 선별적으로 받아 들이게 된다.
제안된 구조는 이웃 노드를 연결하는데 필요한 최소한의 연결만으로 수신자 중심의 그룹 관리가 가능할 뿐 만 아니라, 확장성에 있어서도 많은 장점이 있다. 반면 모든 패킷이 순차적으로 모든 노드를 순회하는 구조이므로 이에 따른 전송지연이라는 문제가 있다. 한 노드만이 송신자로서, 각 노드들은 균일한 지연편차(Jitter)를 가진다. 지연특성은 VC 연결을 추가함으로써 송신자와 수신자 사이의 다양한 단축 경로를 구성함으로써 개선한다. 송신자의 수가 많아질수록 단축경로의 확보는 오히려 지연을 증가 시키는 결과를 초래한다. 이는 모든 노드들이 패킷의 복사/재전송을 하기 때문에 전체적으로 네트워트에 부하가 커지는 결과이다. 그러나 각 노드들의 용량한계 내에서는 단일 송신자와 경우와 마찬가지로 균일한 지연 특성을 보인다. 제안된 구조의 적은 지연편차(Jitter)특성을 이용하면, 다수의 멤버들로 구성된 그룹이지만 전체적인 송신자는 적은 VOD(Video On Demand)와 같은 응용에 적합하고, 동적 그룹 관리 (Dynamic Group Management) 및 수신자 중심의 그룹 관리(Receiver-Initiated Group Join)특성을 이용하면 적은 멤버로 구성된 그룹이지만 거의 모든 멤버가 송신자가 될 수 있는 영상회의 등의 응용에 적합하다. 각 구성에 있어서 송신자의 수와 분포에 따른 장단점이 존재하므로 구성 서버를 통하여 각 경우에 맞는 구성을 가능하게 한다.
