Asynchronous Transfer Mode

非同期転送モード（ATM）とは

Asynchronous Transfer Mode（アシンクロナストランスファーモード）、略称ATMは、53バイトの固定長データであるセルを基本単位とする仮想回線セルリレー方式の通信プロトコルです。電気通信業界の技術を基に標準化され、グローバルな通信網からLANまで統合することを目指していましたが、その複雑さから普及は限定的でした。

ATMの歴史と背景

ATMは、当初は次世代の高速ネットワークに適した技術として期待されていました。しかし、低速回線では十分なメリットが得られず、特に512kbps以下の回線速度では通信品質に影響が出るという課題がありました。1990年代半ばには次世代高速ISDN（B-ISDN）として期待されましたが、当時の日本では512kbpsで十分な性能を発揮できない製品が排除されたため、海外のベンダーは大きな打撃を受けました。

さらに、ATMスイッチが高価であったこと、仕様策定の遅延、技術者の流出などが重なり、100BASE-TXや1000BASEの普及とともに、ATMは主流の技術とはなりませんでした。しかし、ATMの設計思想の一部はMPLSに引き継がれ、現在のIPネットワークでも活用されています。

ATMの利用

速度保証を特徴とするキャリアサービスの多くは、ATMバックボーンを基盤としています。また、ADSLなどのDSL回線での多重化や、W-CDMAなどの携帯電話網のバックボーンにも利用されており、これらの分野ではその実用性が認められています。

セルを使う理由

ATMが小さな固定長セルを使う理由は、データストリーム多重化におけるジッタ（遅延の揺らぎ）を軽減するためです。特に音声信号は遅延に敏感であるため、セル組み立て・復元時のタイムロスを減らすためには、ペイロードを小さくすることが重要でした。一方、大容量データを扱う場合はペイロードが大きい方が効率的です。この点を考慮し、ヨーロッパ案とアメリカ案の中間として、ペイロードが48オクテットに決定しました。

ATMが設計された当時、155MbpsのSDHは高速な光ファイバー通信とみなされていましたが、多くのPDH接続は1.544Mbps～45Mbpsと低速でした。このような環境下では、最大1500バイトのパケット送信に大きな時間がかかり、遅延の問題が顕著でした。そのため、固定長セルによる効率的なデータ転送が求められました。

ATM網の構成

ATMは、従来の電話網、デジタルハイアラーキ（PDH、SONET/SDH）、パケット通信（IP、フレームリレー）を統合し、複数レベルのQoSをサポートする高速サービス総合デジタル網（B-ISDN）の実現を目指していました。OSI参照モデルの物理層からネットワーク層までの標準規格を提供し、当初は155Mbpsで設計され、その後600Mbps近くまで拡張されました。

ATMの仕組み

ATMは、回線交換方式とパケット方式の利点を兼ね備えた方式です。データをセルに分割する点はパケット方式に似ていますが、ATMセルは固定長であるため、セルの先頭を容易に識別でき、ハードウェアによる高速処理が可能です。また、回線交換方式のように回線を占有することはありません。

データは仮想回線識別子が付与された53オクテットの固定長セル（ヘッダー5オクテット、ペイロード48オクテット）に分割され、送受信されます。これにより、高ビットレートの情報は多くのセルを、低ビットレートの情報は少ないセルを送ることで回線を有効利用できます。上位層との整合性を保つため、データリンク層にはATM適合層（AAL）が設けられており、主にAAL5が利用されます。AAL5では、紛失したセルの再送は行わず、上位層がエラー処理を行います。

ATMセルの構造

ATMセルは、5オクテットのヘッダーと48オクテットのペイロードで構成されています。ペイロードサイズは、前述の通りジッタ軽減と効率のバランスを考慮して48オクテットに決定されました。ATMには、NNI（Network-Network Interface）とUNI（User-Network Interface）の2種類のセル規格があり、ほとんどのATMリンクはUNIセルフォーマットを使用します。

ATMヘッダーの内容

GFC：汎用フロー制御
VPI：仮想パス識別子
VCI：仮想チャネル識別子
PT：ペイロードタイプ
CLP：輻輳損失プライオリティ
HEC：エラー制御

まとめ

ATMは、高速通信網の実現を目指して開発された技術でしたが、その複雑さから普及は限定的でした。しかし、ATMの技術はMPLSなどの技術に引き継がれ、現在のネットワーク技術に大きな影響を与えています。