通信

ATM(非同期転送モード)の通信プロトコルについて解説

ATM(非同期転送モード)は、通信プロトコルの一種で、データを固定長のセル(53バイト：48バイトのデータ＋5バイトのヘッダ)に分割して送信します。

仮想回線を利用し、回線交換方式とパケット交換方式の利点を組み合わせた設計が特徴です。

ATMは音声、映像、データなど異なる種類のトラフィックを統一的に扱えるため、QoS(サービス品質)の制御が可能です。

OSI参照モデルではデータリンク層とネットワーク層に位置し、高速通信や広帯域ネットワークで利用されましたが、現在は他の技術に置き換えられつつあります。

目次から探す
  1. ATM(非同期転送モード)とは
  2. ATMの基本構造
  3. ATMの通信プロトコルの特徴
  4. ATMの利用用途と歴史
  5. ATMのメリットとデメリット
  6. まとめ

ATM(非同期転送モード)とは

非同期転送モード(ATM：Asynchronous Transfer Mode)は、データ通信におけるプロトコルの一つで、特に音声、映像、データなどの異なる種類の情報を効率的に送信するために設計されています。

ATMは、1本の物理的な通信回線を複数の仮想回線に分割し、データを固定長のセル(53バイト)に分割して送受信します。

この53バイトの中には、48バイトのデータ部分と5バイトのヘッダ情報が含まれています。

ATMの特徴は、データの送信方式が非同期であることです。

これは、データが送信されるタイミングが固定されていないことを意味します。

つまり、データが送信される際に、送信元と受信先の間で厳密なタイミングを合わせる必要がなく、柔軟な通信が可能です。

この特性により、ATMはリアルタイム性が求められる音声通話や映像ストリーミングなどのアプリケーションに適しています。

ATMは、OSI参照モデルのデータリンク層に位置付けられ、直接接続された機器間での通信を管理します。

ATMのプロトコルは、回線交換方式とパケット交換方式の利点を組み合わせたものであり、効率的なデータ転送を実現します。

これにより、異なる種類のデータを同時に送信することができ、ネットワークの利用効率を高めることが可能です。

ATMは、1990年代に広く普及し、特に通信事業者のバックボーンネットワークや企業のLAN(ローカルエリアネットワーク)で使用されましたが、現在ではIPベースの通信プロトコルが主流となり、ATMの利用は減少しています。

それでも、ATMの基本的な考え方や技術は、今なお多くの通信技術に影響を与えています。

ATMの基本構造

ATM(非同期転送モード)の基本構造は、主に「セル」と「仮想回線」の2つの要素から成り立っています。

これらの要素が組み合わさることで、ATMは効率的なデータ通信を実現しています。

セルの構造

ATMでは、データを固定長の「セル」と呼ばれる単位に分割して送信します。

1つのセルは53バイトで構成されており、その内訳は以下の通りです。

  • データ部分(Payload): 48バイト
  • ヘッダ部分: 5バイト

データ部分は実際の情報(音声、映像、データなど)を含み、ヘッダ部分には通信に必要な制御情報が含まれています。

ヘッダには、セルの識別やエラーチェック、流量制御に関する情報が含まれており、これにより受信側は正確にデータを処理することができます。

仮想回線

ATMは、1本の物理的な通信回線を複数の「仮想回線」に分割することができます。

これにより、異なるデータストリームを同時に送信することが可能になります。

仮想回線は、各データストリームに対して独自の識別子(VPI/VCI)を持ち、これによって受信側はどのデータがどの仮想回線から来たのかを特定できます。

  • VPI(Virtual Path Identifier): 仮想パス識別子
  • VCI(Virtual Channel Identifier): 仮想チャネル識別子

これらの識別子を使用することで、ATMは効率的にデータをルーティングし、異なる種類のトラフィックを同時に処理することができます。

ATMの通信フロー

ATMの通信フローは、以下のように進行します。

  1. データの分割: 送信側でデータが53バイトのセルに分割されます。
  2. ヘッダの付加: 各セルにヘッダ情報が付加されます。
  3. 送信: セルが物理的な回線を通じて送信されます。
  4. 受信: 受信側でセルが受信され、ヘッダ情報を基にデータが再構築されます。

このように、ATMの基本構造は、セルと仮想回線を中心に設計されており、効率的かつ柔軟なデータ通信を実現しています。

これにより、異なる種類のデータを同時に扱うことができ、通信の効率性が向上します。

ATMの通信プロトコルの特徴

ATM(非同期転送モード)の通信プロトコルは、データ通信における特有の特徴を持っています。

これらの特徴は、ATMが異なる種類のデータを効率的に処理し、リアルタイム通信を実現するために設計されています。

以下に、ATMの通信プロトコルの主な特徴を詳しく説明します。

固定長セル

ATMでは、データを53バイトの固定長セルに分割して送信します。

この固定長のセル構造は、データの処理を簡素化し、ハードウェアの設計を容易にします。

すべてのデータが同じサイズであるため、受信側はセルを迅速に処理でき、遅延を最小限に抑えることが可能です。

非同期通信

ATMは非同期転送方式を採用しており、データの送信タイミングが固定されていません。

これにより、異なるデータストリームが同時に送信されることが可能で、リアルタイム性が求められるアプリケーション(音声通話や映像ストリーミングなど)に適しています。

非同期通信は、ネットワークの効率を高め、リソースの最適化を実現します。

仮想回線の利用

ATMは、物理的な回線を複数の仮想回線に分割することができます。

これにより、異なるデータストリームを同時に送信し、各ストリームに対して独自の識別子(VPI/VCI)を使用して管理します。

仮想回線の利用は、ネットワークの柔軟性を高め、異なる種類のトラフィックを効率的に処理することを可能にします。

QoS(Quality of Service)

ATMは、通信の品質を保証するためのQoS機能を提供しています。

QoSは、データの優先順位を設定し、帯域幅、遅延、ジッター、パケット損失などのパラメータを管理することで、特定のアプリケーションに対して必要な通信品質を確保します。

これにより、音声や映像などのリアルタイムデータの送信が安定し、ユーザー体験が向上します。

エラーチェックとフロー制御

ATMのプロトコルには、エラーチェック機能が組み込まれており、データの整合性を確保します。

受信側は、ヘッダ情報を使用してセルのエラーを検出し、必要に応じて再送信を要求することができます。

また、フロー制御機能により、送信側と受信側の間でデータの流れを調整し、ネットワークの混雑を防ぐことができます。

スケーラビリティ

ATMは、スケーラブルなアーキテクチャを持っており、ネットワークの拡張が容易です。

新しい仮想回線を追加することで、トラフィックの増加に対応でき、さまざまな規模のネットワークに適用可能です。

この特性は、通信事業者や企業が成長する際に重要な要素となります。

これらの特徴により、ATMは多様なデータ通信のニーズに応えることができ、特にリアルタイム性が求められるアプリケーションにおいて高いパフォーマンスを発揮します。

ATMの通信プロトコルは、今なお多くの通信技術に影響を与え続けています。

ATMの利用用途と歴史

ATM(非同期転送モード)は、その特性からさまざまな利用用途があり、特に通信業界で広く採用されてきました。

ここでは、ATMの主な利用用途とその歴史について詳しく説明します。

利用用途

  1. 音声通信

ATMは、音声データのリアルタイム通信に適しており、電話網やVoIP(Voice over IP)サービスで利用されてきました。

固定長セルによる効率的なデータ転送とQoS機能により、音声通話の品質を確保することができます。

  1. 映像ストリーミング

映像データの送信にもATMは利用されており、特にテレビ会議やビデオオンデマンドサービスでの活用が見られます。

ATMの非同期通信特性により、映像データをスムーズに送信することが可能です。

  1. データ通信

ATMは、企業のLAN(ローカルエリアネットワーク)やWAN(広域ネットワーク)でのデータ通信にも使用されてきました。

異なる種類のデータを同時に送信できるため、企業内のさまざまなアプリケーションでの利用が可能です。

  1. 通信事業者のバックボーンネットワーク

ATMは、通信事業者のバックボーンネットワークにおいても重要な役割を果たしてきました。

高い帯域幅とスケーラビリティを持つATMは、大量のトラフィックを効率的に処理するための基盤として利用されています。

歴史

ATMの歴史は、1980年代にさかのぼります。

以下に、ATMの発展の重要なマイルストーンを示します。

  • 1980年代初頭: ATMの概念が提唱され、国際標準化機構(ISO)によってOSI参照モデルが策定される中で、ATMはデータリンク層のプロトコルとして位置付けられました。
  • 1988年: ATMフォーラムが設立され、ATMの標準化と普及を推進するための活動が始まりました。

このフォーラムは、ATM技術の普及に向けたガイドラインや仕様を策定しました。

  • 1990年代: ATMは商業的に普及し、通信事業者や企業のネットワークで広く採用されるようになりました。

この時期、ATMは音声、映像、データの統合通信を実現するための主要な技術として位置付けられました。

  • 2000年代: IPベースの通信プロトコルが主流となり、ATMの利用は減少しましたが、ATMの基本的な考え方や技術は、今なお多くの通信技術に影響を与えています。
  • 現在: ATMは、特定のニーズに応じた通信環境で依然として利用されていますが、主にIPネットワークが主流となっているため、ATMの利用は限定的です。

それでも、ATMの技術は、特に高品質なリアルタイム通信が求められる分野での基盤技術として重要な役割を果たしています。

ATMの利用用途と歴史を通じて、ATMが通信技術の発展に寄与してきたことがわかります。

今後も、ATMの技術や考え方は、通信業界において重要な参考となるでしょう。

ATMのメリットとデメリット

ATM(非同期転送モード)は、特定の通信ニーズに応じた利点を持つ一方で、いくつかの欠点も存在します。

以下に、ATMの主なメリットとデメリットを詳しく説明します。

メリット

  1. 高い効率性

ATMは、固定長のセル(53バイト)を使用してデータを送信するため、データの処理が効率的です。

すべてのデータが同じサイズであるため、受信側はセルを迅速に処理でき、遅延を最小限に抑えることが可能です。

  1. リアルタイム通信のサポート

ATMは非同期通信を採用しており、音声や映像などのリアルタイムデータの送信に適しています。

QoS機能により、通信の品質を保証し、遅延やジッターを抑えることができます。

  1. 多様なデータの統合

ATMは、音声、映像、データなど異なる種類のトラフィックを同時に処理できるため、統合通信が可能です。

これにより、通信インフラの効率が向上し、コスト削減につながります。

  1. スケーラビリティ

ATMは、ネットワークの拡張が容易であり、新しい仮想回線を追加することでトラフィックの増加に対応できます。

この特性は、通信事業者や企業が成長する際に重要です。

  1. エラーチェック機能

ATMには、データの整合性を確保するためのエラーチェック機能が組み込まれています。

受信側は、ヘッダ情報を使用してセルのエラーを検出し、必要に応じて再送信を要求できます。

デメリット

  1. 複雑な設定と管理

ATMは、仮想回線やQoSの設定が必要であり、これがネットワークの構築や管理を複雑にします。

特に、専門的な知識が求められるため、運用コストが高くなる可能性があります。

  1. コストの高さ

ATM機器やインフラの導入には高いコストがかかります。

特に、初期投資が大きく、運用コストも高いため、中小企業にとっては導入が難しい場合があります。

  1. IPベースのプロトコルの普及

2000年代以降、IPベースの通信プロトコルが主流となり、ATMの利用は減少しています。

これにより、ATMの技術が新しいアプリケーションやサービスに適応するのが難しくなっています。

  1. 固定長セルの制約

ATMの固定長セルは、データの種類によっては効率的でない場合があります。

特に、小さなデータを送信する際には、53バイトのセルが無駄になることがあります。

  1. 互換性の問題

ATMは、他の通信プロトコルとの互換性が限られているため、異なるネットワーク間でのデータのやり取りが難しい場合があります。

これが、ATMの導入をためらわせる要因となることがあります。

ATMは、リアルタイム通信や多様なデータの統合において優れた性能を発揮しますが、複雑な設定や高コスト、IPベースのプロトコルの普及といったデメリットも存在します。

これらのメリットとデメリットを考慮し、特定のニーズに応じた適切な通信技術を選択することが重要です。

まとめ

この記事では、ATM(非同期転送モード)の基本的な概念、通信プロトコルの特徴、利用用途、歴史、そしてメリットとデメリットについて詳しく解説しました。

ATMは、リアルタイム通信や異なるデータの統合において優れた性能を発揮する一方で、複雑な設定や高コストといった課題も抱えています。

これらの情報をもとに、ATMがどのような場面で有効であるかを考え、自身のニーズに合った通信技術を選択する際の参考にしていただければ幸いです。

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