第9章 ATM异步传输模式 9.1 ATM基本概念 9.2 ATM信元 9.3 ATM的逻辑连接 9.4 ATM协议 9.5 ATM交换 9.6 ATM技术应用举例——LANE

9.1 ATM基本概念 同步STM方式在由N路信号复合而成的TDM信号中，各路原始信号都按一定时间间隔周期出现，接收端只需根据时间即可确定现在接收的信号原来所属是哪一路信号。 异步传递方式各路原始信号不是按照固定的时间间隔周期出现，因而需要另外附加一个标志来表明接收端接收的某段信息是属于哪一段原始信号的。

ATM的“异步”指ATM的统计复用性质，即来自某一用户的信元的重复出现不是周期性的；“转移”则是指ATM网络中所采用的复用、交换、传输技术，即信息从一地转移到另一地所用的传递方式。 ATM以其独有的固定长度的ATM信元（CELL）为单位进行数据传输，所以说，ATM就是一种在网络中以信元为单位进行统计复用和交换、传输的技术。 ATM交换方式是一种新的交换方式，它既适用于电话业务，又适用于数据业务，并且还能适用于其他业务。 ATM是一种面向连接的技术，根据虚通道标识符VPI（Virtual Path Identifier）和虚通路标识符VCI（Virtual Channel Identifier）进行寻址，实现OSI物理层和链路层功能. ATM交换以快速分组交换为前提，在简化控制、降低延迟的基础上，还使用了一些电路交换的方法，满足实时业务的要求。实际上，ATM交换可以看作是电路交换和分组交换的结合。

9.2 ATM信元 9.2.1 ATM信元的结构 9.2.2 ATM信元

9.2.1 ATM信元的结构 一．ATM信元结构 ATM采用固定长度为53个字节的信元进行信息的传输、复用和 交换，其中5个字节是信头，用来表示这个信元来自何处、到何处 去、是什么类型等信息，后48个字节是要传送的信息。这是一种新 型的分组技术，其信头包含表示信元去向的逻辑地址、优先等级等 控制信息；信息段则装载来自不同用户、不同业务的信息。任何业 务信息都必须经过切割封装成统一格式信元。 ATM使用这种短小且固定长度的信元主要是为了如下两个原因。 减少高优先级信元的队列时延。如果高优先级别的信元只比优先级较低但却已被批准访问某资源的信元晚到一点点，它仍然还是必须等待，不过等待的时间却很短。 固定长度的信元在交换时效率更高。对于数据率非常高的ATM来说，这是很重要的一个因素，此外，该固定长度还使得交换机制的硬件实现更为容易。

二．ATM首部 一般流量控制GFC（generic flow control）是为了减轻网络中的短期超负荷状态, GFC只能控制本地用户网络接口上的信元流，帮助用户控制不同服务质量下的通信量，满足非ATM局域网连接到ATM广域网时的要求。 虚通道标识符VPI构成了网络的一个路由选择字段. 虚通路标识符VCT(Ⅵrtual Channel ldentifier)实现从端用户到端用户的路由选择。 有效载荷类型PT(Payload Type)字段表明信息字段中的信息类型。 信元丢失优先级CLP(Cell Loss Priority)用于在发生拥塞事件时向网络提供指导。 首部差错检测HEC(header error control)字段完成差错控制和同步两大功能。

ATM异步传输模式综合了电路交换和分组交换的优点，可以传送任意速率的宽带信号，是目前最有发展潜力的传输形式。具有如下特点： 采用统计时分复用技术，划分不同业务特性的多条虚电路提供给用户，实现网络资源的按需分配； 时延小、实时性好，能够满足多媒体通信的要求； 提供多种业务、多种用户接口； 可以实现任意速率的接入，用户改变速率方便灵活； 操作简便、处理时间大大减少； 接入方式多样，既可使用接入交换机、节点交换机和交叉连接设备接入，也可用专用交换机、ATM局域网交换机接入。

9．2．2 ATM信元 在宽带ISDN用户线路上传送的信息都是ATM信元，传送信令的ATM信元叫做信令信元。 除了承载用户信息的信元和信令信元外，ATM信元还包括空闲信元，如运行维护信元(OAM)等。

9.3 ATM的逻辑连接 9.3.1 VPI和VCI 9.3.2 ATM的逻辑连接

9.3.1 VPI和VCI 在ATM信元结构中，VPI和VCI两部分合起来构成了一个信元的路由信息，交代了这个信元从哪里来，以及要到哪里去，从而使得ATM交换机据此决定把它们送到哪一条线路上去。 使用虚路径和虚通道的概念，ATM可以和STM一样把一条通信线路划分成若干个子信道。

在一条物理链路上的虚路径是一种可用于所有虚通道的逻辑结构，也就是说一个虚路径标识符内可放入多条虚通道。ATM采用这种路径／通道的概念，使其交换设备可以相同方式在一条路径上处理所有的通道。 虚通道VPC的产生是网络速度越来越高情况下的产物。 虚通道技术把共享网络中相同通路的连接划分在一起作为一个组，把这些连接集成为一个单元来进行控制管理，使网络管理针对为数不多的连接组而非大量的单连接，大大节约了控制耗费。

9.3.2 ATM的逻辑连接 ATM的逻辑连接称为虚通路连接VCC(Virtual Channel Connection)，类似于x.25中的虚电路。 虚通路连接VCC是ATM网中最基本的交换单元，它经由网络在两个端用户之间建立连接，使长度固定而速率可变的ATM信元流得以以全双工方式通过。 此外，VCC还可用于用户网络间控制信令的交换以及网络与网络之间网络管理和路由选择命令的交换。

ATM引入第二个处理子层负责虚通道连接的概念，规定一个虚通道VPC就是一群具有相同端点的VCC，即逻辑路径可携带多条逻辑通道。因此，流经所有属于某个虚通道VPC的VCC上的所有信元都是在一起进行交换的。 ATM为每个连接分配一个唯一的虚路径(VPI)/虚通道(VCI)标识符，用来区分ATM网络内部的各个连接。ATM网上的许多端点通过VPI／VCI标识互相映射。每个ATM端点可支持的最大虚路径数是256，单条虚路径可支持的最大虚通道数则是65536条。因此，ATM网上单一物理UNI接口可支持的总路径和通道组合是256×65536＝16777216个连接。 虚通道把网络运输划分为与单逻辑连接相关的功能部分——虚通路以及与逻辑连接组相关的部分——虚通道，简化了网络结构，使网络与更少且更集中的实体打交道，增强了可靠性，缩短了连接建立时间并减少处理过程。

9.4 ATM协议 9.4.1 ATM协议参考模型 9.4.2 协议的层次划分 9.4.3 ATM协议模型的作用 9.4.4 ATM标准

9.4.1 ATM协议参考模型 ATM协议从逻辑上划分为用户U、控制C和管理M三个层面，每个面又再分为物理层、ATM层、ATM适配层AAL和高层。

用户平面U：是用户协议之间的接口，如IP或SMDS和ATM等协议的接口互相协调，用于传递用户信息以及相关控制信息，如流量控制和差错控制等。 控制平面C：执行呼叫控制和连接控制功能，利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放。 管理平面M：提供层管理和平面管理两种功能，使ATM协议栈的各层互相协调。层管理执行与各协议层实体内部资源和参数相关的管理功能；平面管理执行与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作用，提供平面间的合作。

物理层 ATM模型的最下一层，由传输汇聚（PM）子层和物理介质相关 层组成。物理层功能是物理线路编码和信息的传输，具体包括有关 传输媒体和信号编码机制的规则，指明ATM的数据传输范围。 ATM层 完成一般流量控制、信头的产生和提取、信元VPI/VCI的翻译、 信元复用和分路等四项功能。其中最重要的就是负责生成信元。 AAL层 也叫ATM适配层，处于更高层协议和 ATM 层之间，负责将上层 的ATM信元转发给ATM层，以及相反方向的传递过程。

AAL协议实现过程

9.4.3 ATM协议模型的作用

9.4.4 ATM标准 宽带业务的发展，尤其是宽带ISDN的建立，分别以同步数字体系(SDH)和ATM为传输、交换的基础。所以，ITU－T在制定B－ISDN的标准中，就开始涉及一些ATM的标准，如ATM的基本原理建议、ATM层技术规范建议、ATM信元传递性能建议等。此外，欧洲电信标准化委员会(ETSI)和ATM论坛也制定了一些建议标准。由于ATM是一个崭新的、发展中的技术，还有许多标准尚待制定和完善。

9.5 ATM交换 9.5.1 ATM的错误检验与时延 9.5.2 ATM交换结构

9.5.1 ATM的错误检验与时延  ATM交换中取消了信息反馈重发，它没有对整个接收的信元进行错误校验，而是对信头部分采用了错误检验(HEC)。当ATM信元的信头部分发生错误时，就把该ATM信元丢弃而不会进行反馈重发。 为了减轻ATM交换系统的控制处理负担，通常采用虚路径VP/虚通道VC两级管理的办法。通过虚路径对交换机连接到各地的线路进行宏观的大范围管理，再通过虚通道对各个通信进行具体的微观管理。

9.5.2 ATM交换结构 ATM交换机以单个信元为单位进行输入/输出处理以及信头转换等，确保信元进入合适的物理链路以及信头适合输出端口要求。 交换设计分为时分交换结构、空分交换结构两类。

一．时分结构 多路时分交换结构通过一个共享设施，路由所有交换信息从输入端口到输出端口，在处理信元交换过程中共享内部公共设施。 当ATM信元需要通过共享设施进行传输时，必须先发出请求，在请求被获准后才可进行总线存取。 共享存储交换结构要求交换机中的所有端口共享对交换存储器的存取。 时分结构的主要特征之一就是对共享资源的竞争。如果网络中的终端数量较多，即使处理速度很快，由于系统一次仅能处理一个信元，共享设施仍可能成为系统传输处理的瓶颈。

二.空分结构 空分网络结构提供通过交换构架的多条路径，允许多个信元同 时通过交换器进行传输。与共享存储或底板结构不同，空分结构不 依赖于共享设施，具有良好的硬件扩展性，端口不必竞争单一的共 享资源。 1 Banyan结构 Banyan结构基于2×2交换单元阵列，其交换单元的构造法是在任意给定的一对输入和输出端口间形成一条路径，多条路径可支持多个信元同时传输 Banyan结构是一种自路由结构，在信元进入交换器时就将路由前缀附在信元上，后缀则定义输出端口。 Banyan交换结构具有互联特性，能够高效地处理随机到达的数据，并可以建立大型的交换结构，但其性能将由于连接阻塞及大型网络而下降。

2 Batcher－Banyan结构 Batcher结构的使用将使信元在请求输出端口前先进行排序，有效地消除两个信元同时请求同一端口的机会。 3 Dalta结构 Dalta结构是Banyan结构的一个子集，用于大型交换网络。Dalta交换以一个N×N交换单元组成的交换构架为信元路由基础，在任何输入和输出端口之间只有一条路径。它也是自路由的，且具有规则的交换单元互联模型。

9.6 ATM技术应用举例--LANE LANE英文全名Emulated LAN，就是在ATM网络上仿真局域网LAN。LANE在ATM适配层与高层协议间加入局域网仿真功能，使ATM主机模拟传统局域网设备的行为与局域网通信，支持从LAN环境到ATM环境的轻松转换。 实质上，LANE就是通过ATM网将多个传统局域网和终端设备互联，在ATM网上构造新的局域网，这些局域网接点间的通信行为与传统局域网完全相同。 LANE协议是专为LAN接入而设置的，它定义了仿真IEEE802.3以太网或802.5令牌环网的机制，它提供与现有LAN给网络层相同的接口，在ATM网中传输的数据以相应的LAN MAC分组格式进行封装。对传统IP终端而言，ATM网络就像是一个局域网，其中包含若干由路由器连接起来的IP子网。

局域网仿真提供OSI-RM层中下两层的功能，即用ATM网络模拟局域网数据链路层和物理层的功能，而与高层所有的业务、协议和应用无关。ATM交换机不直接参与局域网仿真，只为ATM信元提供虚通路。具有如下特点. · 信息实时传送:因为ATM的传输、交换时延较小，可以保证信息的实时传递； · 较强的网络处理能力:各种业务包括话音、数据、图像等均可以统一转换为ATM信元在ATM网中传输、处理； · 传输速率高，易于局域网和公用网之间的互通。