ATM异步转移模式介绍.doc

第十一章 异步转移模式(ATM) 1 什么是ATM  人们一般习惯把电信网分为传播、复用、互换和终端等几种部分但是近年来随着程控时分互换和时分复用的发展，电信网中的传播、复用和互换这三个部分已越来越紧密地联系在一 起了，开始使用传递(transfer mode)来统一描述目前通信网上的传递方式可分为同 步传递方式(STM)和异步传递方式(ATM)两种如ISDN顾客线路上的2B+D，以及数字网中 的数字复用级别等均属于同步传递方式，其特点是在由N路原始信号复合成的时分复用信号 中，各路原始信号都是按一定期间间隔周期性浮现，因此只要根据时间就可以拟定目前是哪 一路的原始信号而异步传递方式的各路原始信号不一定按照一定期间间隔周期性地浮现， 因而需要此外附加一种标志来表白某一段信息属于哪一段原始信号例如采用在信元前附加 信头的标志就是异步传递方式宽带ISDN中ATM信元的信头就是一种例子  ATM与STM传播方式示意图如图11－1所示2 ATM与电路互换和分组互换的比较  现代通信网中广泛使用的是电路互换和分组互换两种方式电路互换方式合用于业务 分组互换合用于数据业务而ATM信元中承载的是宽带综合业务，既有业务，又有数据业务，尚有其她业务。

ATM采用的是ATM互换方式，它是一种新的互换方式，它既像互换方式那样合用于业务，又像分组互换方式那样合用于数据业务，并且还能合用于其她业务   电路互换是以电路连接为目的的互换方式电路互换的过程，就是在通信时建立电路的连接 ， 通信完毕时断开电路至于在通信过程中双方与否在互相传送信息，传送什么信息，这些都 与互换系统无关在通信中的电路互换方式由于发言双方总是一种在说，一种在听，因此电路空闲时间大概是50%，如果考虑到发言过程中的停止，那么空闲时间还要多某些 当把电路互换方式用在计算机通信中，由于人机交互(键盘输入、阅读观测屏幕输出等)时间长，因而电路空闲的时间比50%还大，甚至可高达90%，因此电路互换方式最大的缺陷就是电 路运用率低   分组互换是以信息分发为目的，把从输入端进来的数据分组，根据其标志的地址域和控制域 ，把它们分发到各个目的地，而不是以电路为目的的互换方式分组互换是把信息分为一种个的数据分组，并且需要在每个信息分组中增长信息头及信息尾，表达该段信息的开始及结束，此外还要加上地址域和控制域，用以表达这段信息的类型和送往何处，加上错误校验码以检查传送中发生的错误   因而可以说，电路互换它只管电路而不管电路上传送的信息。

分组互换则对传送的信息进行管理 电路互换的重要缺陷是在通信过程中独占一条信道分组互换中，互换机根据数据分组上的地址域来拟定送到目的地，因而，可以有许多种通信过程共享一种信道，这是分组互换的一种重要长处  然而，分组互换却具有信息传送的随机时延的缺陷由于在电路互换中，如果电路忙，呼喊就被回绝，只要电路一旦连通，就可以随时把信息传送过去在分组互换中，其共享的电路 有时也许很空，信息可以立即就传送过去，有时也许很忙，信息就要在分组互换机中排队等待，排队的长度和等待时间是由电路的忙闲来决定的，这就是不拟定的随机时延固然，在 分组互换机中也采用了流量控制的措施，以便减少这种时延，即当在互换机中档待的数据分 组过多时，互换机会向各个输入端发出命令，严禁它们继续发送信息，或者规定它们改用较 低速率传送信息此外，在分组互换中，对收到错误的分组数据规定立即重发的反馈重发 机制也增长了随机时延随机时延对于计算机通信(数据业务)问题不大，但对于话音业务来 说，随机时延就不可容忍了      宽带ISDN中传送的是ATM信元，ATM信元从概念上讲与数据分组相似但是，由于宽带ISDN要 提供多种业务，而对话音、电视图像、立体声音乐等是不能容忍随机性延迟的，因而对于AT M信元的互换就不能照搬分组互换方式，而需要一种新的互换方式，这就是ATM互换方式。

  近年来，由于光纤通信的迅速发展，不仅通信能力极大提高，并且传播错误也微乎其微，因而在分组互换的基本上产生了帧中继等迅速分组互换方式，把检错纠错功能放在终端设备， 从而减少了时延，提高了速率ATM互换方式也属于迅速分组互换，但它不仅仅是简化了控制，提高了速率的分组互换，同步为了满足实时业务的规定，还使用了某些电路互换中的措施ATM改善了电路互换的功能，使其能灵活地适配不同速率的业务；ATM改善了分组互换功能，满足实时性业务的规定因此ATM互换方式又可以看作是电路互换方式和分组互换方式的结合  电路互换，分组互换和ATM互换方式的比较如表11－1所示  优 点 缺 点电路互换1适合固定速率的业务2没有接入时 延1信息速率种类较少2网络资源及电路运用率不高分组互换1适合可变速率的业务2通过合并若干个分组，可以达到多种速率 1由于时延大，不适合实时业务2可变的分组长度增长理解决成本ATM互换1通过给一种逻辑连接分派若干个信元，可以达到多种速率2 可以更好地运用网络资源，如动态容量分派，记录复用等不同速率的连接1面向 分组，对于实时业务需要附加的机制2分组装拆会引起某些时延　3 ATM的基本概念和原理3.1 ATM的基本特性    ATM的基本特性是信息的传播、复用和互换都是以信元(cell)为基本单位。

按照CCITT的建议 ，每个信元的长度为53个字节，其中前面5个字节为信头，用来表达这个信元来自何处，到何处去，是什么类型等背面48个字节是要路上传送的信息由于ATM有信头，因此会有一部分线路传播能力用在信头上因此，顾客可以使用的传播速率将不是155.52Mbit／s ，而是155.52Mbit/53*48=140Mbit／s  ATM是定长度的信元，它可以适应顾客不同速率分派的规定例如，某顾客要与A、B、C三 个顾客通信，其速率分别为20、40、60Mbit／s，这样在顾客线路上每浮现一种给A的信元， 就会有两个给B的信元和三个给C的信元由于上述三个通信顾客合起来的速率是120Mbit／s ，尚未达到155.52Mbit／s，因此线路还会有某些时间处在空闲状态因此ATM可以非常灵 活 地适配多种不同速率的规定，顾客几乎可以按任何方式把信道分割成任意多种不同速率的子信道只要它们的速率之和不超过信道的总容量，即155.52Mbit／s就可以3.2 ATM的信元构造    ATM信元构造如图11－2所示  图中：UNI为顾客－网络接口；NNI为网络－节点接口；GFC为一般流量控制域；VPI为虚途径 标记符；VCI为虚通道标记符；PT为净荷类型，即背面48个字节信息域的信息类型；RES为保 留位，可以用作将来扩展定义，目前指定它恒为0；CLP为信元丢弃优先权，在发生信元冲突时，CLP用来阐明该信元与否可以丢掉；HEC为信头校验码，检查多项式，这个字节用来保证整个信头的对的传播。

 3.3 ATM的虚途径和虚通道  在信元构造中，VPI和VCI是最重要的两部分这两部分合起来构成了一种信元的路由信息， 也就是这个信元从哪里来，到哪里去ATM互换机就是根据各个信元上的VPI－VCI来决定把 它们送到哪一条线路上去  用同步时分复用的措施可以把一条通信线路分割成若干个子信道，如一条窄带ISDN顾客线路 可以分割成两个64kbit／sB信道和一种16kbit／s的D信道在异步传递方式中，使用虚途径和虚通道的概念，也可以把一条通信线路划提成若干个子信道例如在一条宽带ISDN顾客线路上，要进行5个通信，其中到A地三个通信，到B地两个通信，这些通信里有通信，数据通信，图像通信等可以用VPI=1表达向A地的通信，VPI=2表达向B地的通信到A地的三个 通信分别用VCI=4、VCI=5、VCI=6来代表，到B地的两个通信用VCI=5、VCI=6来表达路上所有VPI=1的信元属于一种子信道，所有VPI=2的信元属于另一种子信道，一般把这两个子信道都叫做虚途径，每个虚途径还可划分为若干个虚通道图11－3所举的例子就是2个虚途径和5个虚通道     宽带ISDN顾客线路采用ATM方式的重要长处是可以灵活地把顾客线路分割成速率不同的各个子信道，以适应不同的通信规定。

这些子信道就是虚途径和虚通道在不同的时刻，顾客的通信规定不同，虚途径和虚通道的使用就不同样当需要某一种通信时，ATM互换机就可为 该通信选择一种空闲中的VPI和VCI，在通信过程中，该VPI－VCI就始终表达该通信在进行， 当该通信使用完毕后，某VPI－VCI就可觉得其她通信所用了这仲通信过程就称为建立虚途径、虚通道和拆除虚途径、虚通道  一条虚途径是一种可合用于所有虚通道的逻辑构造一种虚途径标记符内可放入多条虚通道 途径／通道概念的使用容许ATM互换设备以相似的方式在一条途径上解决所有的通道路 径可以将许多通道绑在一起作公共解决对于规定服务类的连接(通道)公共解决是需要的   图11－4阐明了一条物理链路上的虚途径和虚通道之间的逻辑关系，可以看到逻辑途径可携带多条逻辑通道    这是从逻辑角度而不是物理角度看途径和通道在物理介质上，虚途径和通道并不是并行传 输的，ATM不运用频率或微波的多路复用虚途径和虚通道在物理介质上是以相似的波长传 输的，辨别的措施是在信元标头中插入不同的VPI／VCI值图11－5阐明了从物理角度看信元在物理链路上传播 在途径上的所有输入虚通道都可导向某些输出通道，这便于数据单元的管理。

这种解决的长处是更快地吞吐及在互换设备上较低的内部延迟    每个连接分派一种唯一的虚途径标记符(VPI)和虚通道标记符(VCI)VPI／VCI的组合用来区 分ATM网络内部的一种连接采用VPI／VCI标记符，ATM网上的许多端点可以互相映射在同 一虚途径上可容纳许多虚通道，在单条虚途径上可支持多达65536条虚通道每个ATM端点可支持256条虚途径，每条虚途径可支持65536条虚通道ATM网上单一物理UNI接口可支持的总的途径和通道的组合是16777216个开发连接 3.4 ATM信元    在宽带ISDN顾客线路上传送的信息都是ATM信元，因此信令也用ATM信元来传送，传送信令的ATM信元叫做信令信元为了区别信令信元和其她ATM信元，将信令信元的信头规定一种特定值例如，可以规定一种特定的VPI－VCI专供信令信元使用，其她ATM信元都不可以使用 也可以规定一种其她的ATM信元永远不用的净负荷类型(PT)，专供信令信元使用  除了承载顾客信息的信元和信令信元之外，尚有空闲信元如运营维护信元(OAM)如果 路上没有其她消息发送，则发送“空闲信元”可以起“填充”空闲信道的作用运营维护信 元上承载的是宽带ISDN的运营和维护的信息，如故障，告警等信息，它是ATM互换机常常定期发送的48字节信息域，其内容是事先规定好的，收到这些信元的互换机，根据这些信元误 码来判断线路质量，如与否有故障告警等。

  ATM信元是定长的，因此时间是被划提成一种个等长的小片段，每个小片段就是ATM的信元， 它有点类似于同步时分复用状况，但不同于分组互换网中的状况  话音、活动图像等恒定速率的实时性信号，在装入一种个ATM信元后，应当是每隔一种固定的时间间隔浮现一次例如，64kbit／s话音信号装入155.52Mbit／s的ATM信元，由于每个信元内有48×8=384bit顾客信息，因此每秒钟内只浮现64000／384=167个装载该话音信号的ATM信元，即每隔6ms浮现一次如果这些ATM信元在通过宽带ISD。