ATM详解Word格式文档下载.docx
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国际上有两个不同的基群标准（PRI：
PrimaryRateInterface）。
美国和日本采用24支路标准，我国采用欧洲标准，使用32路标准，分别记为：
E1：
32路，32×
64Kbps＝2.048Mbps，
T1：
24路，24×
64Kbps＝1.544Mbps。
∙交换
直接把要交换的Channel的对应时隙的数据拷贝到通路（或另一通路）中要交换的时隙位置即可。
下图3显示了两个E1支路上不同通道（Channel）间的交换情况。
图3
（3）ATM和TDM的比较
a.TDM是同步传输模式。
∙TDM是为实时话音数据传送而设计的，因此，
∙TDM以基本带宽为固定的64Kbps信道为单元，
∙在复用过程中各信道的位置（时隙：
TimeSlot）固定，而且各通信双方在通信中独占信道，故而，
∙TDM在传输对时延不敏感的数据流时效率很低。
b.ATM本质上是一个异步传送技术
∙ATM能同时传输实时数据和非实时数据；
∙没有特定时隙或专用信道的概念；
∙灵活的带宽分配和高的信道资源使用率；
∙同时对不同的业务能提供相应的QoS保证。
2.ATM的定义
ATM即AsynchronousTransferMode，译为异步转移模式，或称为异步传输模式、异步传送模式。
ATM是B-ISDN的核心技术。
如前所述，电路交换和分组交换都不能适应未来的宽带、多速率、不同QoS业务的发展需求。
为此，逐渐推出了各种传输模式。
其中最有吸引力的便是ATM。
它们的相互关系可以简明地表示如下。
图4
异步转移模式ATM定义，归结为：
（1）面向连接的快速分组交换技术（Connection-oriented,high-speedpacketswitching）。
（2）基于固定长度信元的异步传输技术（53-bytecelledstreaming）。
各种类型的信息流（包括语音、数据、视频等）均被适配成固定长度的（53字节）的"
信元"
（Cell）中进行传输。
信元是同步定时发送的，但信元所包含的信息之间却是异步，即不保证原来的信息顺序到达目的地。
ATM技术规范由ATM论坛和ITU-T标准给出。
3.ATM的特点
∙可同时传送包括语音、数据、视频等多种话音和非话业务。
∙可提供各种可能的服务质量选择（QoS：
QualityofServices），包括不变速率传输、可变速率传输：
oi.根据传输业务类型选择信息速率。
oii.在每次连接发起时临时协商确定一个所需的速率（并且可变），通常称为未定速率。
∙可提供Mbps到Gbps的各种速率。
∙可用于同轴缆、光纤和普通双绞线缆介质。
∙可以作为LAN或WAN的基础技术，即构成所谓IPoATM网络。
1．ATM的层次模型
ATM层和OSI模型不完全一致，它主要处理物理层和数据链路层问题，其协议分层如下图5所示，其中简要地列出了各层的中英对照和相应的功能。
ATM可用速率分若干等级：
a）1.544Mbps/2.048Mbps；
b）25Mbps；
c）45Mbps；
d）155Mbps；
e）622Mbps，
它们可以分别容纳不同QoS和速率要求的业务。
顺便指出NMS的ArTeMux系列ATM产品可以为UTP（Unshielded-twist-pair），MMF（MultiModeOpticalFiber）和SMF（SingleModeOpticalFiber）提供25Mbps和155Mbps两种速率（但25Mbps是北美标准，不适合中国）。
2．ATM的信元
ATM信元实际上就是分组，为区分X.25分组（Packet）改称为信元（Cell）。
ATM信元具有固定的长度，总长为53字节。
其中前5个字节为信头（Header），包含各种控制信息，包括信元目的（逻辑）地址、纠错码、业务控制和维护信息等；
后面48字节为信息字段（Payload），又称净荷，其中包含了业务的数据，它们将被透明地传输。
信元结构如下图6所示。
在UNI接口和NNI接口上ATM的信元头结构是不同的。
GFC（GenericFlowControl）：
一般流量控制。
如图7所示，GFC仅在UNI信头存在，因为ATM只在端设备与用户设备处进行流控制，以减少网络过载的可能性。
VPI（VirtualPathIdentifier）：
虚通道标识符。
在ATM中，若干虚通路（VC）组成一个虚通道（VP），并以VP作为网络管理单位，相当于X.25中的逻辑信道群号（LCGN）。
VCI（VirtualConnectionIdentifier）：
虚通路标识符。
类似于X.25中逻辑信道号（LCN），用于标志一个VPI群中的唯一呼叫，在呼叫建立时分配，呼叫结束时释放。
在ATM中的呼叫由VPI和VCI共同决定，且唯一确定。
PTI（PayloadTypeIdentifier）：
净荷类型。
用于指示信息字段的信息是用户信息还是网络信息。
CLP（CellLossPriority）：
信元抛弃优先级。
当CLP为"
1"
时，表示当网络拥塞时可以抛弃该信元；
相反，不能抛弃CLP为"
0"
的信元。
HEC（HeaderErrorControl）：
信头差错控制。
为了提高处理效率（同时传输线路条件允许如此），ATM仅进行信头差错控制，以防VPI/VCI差错，即呼叫间"
串话"
。
3．ATM的信令接口：
UNI和NNIATM有两种类型的接口：
一种是用户-网络接口（UNI：
User-NetworkInterface），一种是网络－网络接口（NNI：
Network-NetworkInterface）。
如下图7所示。
其中的UNI接口完成终端用户系统与专有ATM交换机和公众ATM网络之间及专用ATM交换机与公众ATM网络之间的消息互通。
而NNI是专为公众或专有ATM网络之间的消息互通。
通过这两种接口，一方面可以维持现有的话音、视频、数据等本地网络不变而轻松地在UNI下得以综合，另一方面可以利用NNI高速地传输多种类型的信息。
4．ATM的地址
在ATM中，地址是呼叫建立过程中通过UNI信令确定的，然后据此寻找合适的路由，并建立VC（虚连接）。
虚连接由一系列VPI/VCI路由构成，并用VPI/VCI标识。
ATM中使用20字节的地址结构，如下所示：
ATM地址有三种格式：
1.DCC格式：
按国家分配的地址；
2.ICD格式：
按国际组织分配的地址；
3.E.164格式：
传统电话编号方式。
它们的区别由交换机MAC地址中的地址前缀指明。
其中适配器的MAC地址，又称ESI（EndSystemIdentifier）是48比特的MAC地址（与现有LAN-MAC地址兼容）。
选择字（SEL）在NNI接口中没有意义，仅在UNI接口处解释，在NMS的ArTeMux中用于识别终端系统中的终端接入点（地址空间大小为256）。
5．ATM的地址注册
在呼叫建立过程中终端系统和ATM交换机之间（UNI）通过过渡性本地管理接口（ILMI：
InterimLocalManagementInterface）协议完成地址注册。
注册过程如下图所示。
（1）ATM终端系统通知ATM交换机自己的MAC地址ESI；
（2）如果正常，ATM发回包含ATM地址的其余部分（包括ATM交换机MAC）的响应包。
6．ATM的虚连接（VirtualConnection）
ATM和STM都是面向连接的传输模式。
但ATM和STM不同，其连接是"
临时"
的，不像STM中那样，用户在呼叫期间独占物理通道（的一部分），而是逻辑上的"
虚连接"
，故称"
虚电路"
用户间的信元传输必须在虚电路建立之后，才能进行；
信元按序发送，并按序到达目的终端；
且各虚电路拥有自己（在呼叫建立期间协商好）的业务性能参数。
（1）虚电路（VirtualCircuit）概念
虚通路（VC）：
两个终端接入点的逻辑连接。
虚通道（VP）：
一组虚通路集合。
VCI和VPI分别用于标识为一个呼叫链路所分配的虚通路和虚通道。
前面所讲的ATM地址仅在UNI接口处用于识别用户终端及用户终端内的逻辑设备；
在ATM交换和传输控制过程中都以VPI+VCI作为参考值（参见ISDN及七号信令部分中的呼叫参考值）。
VC和VP的关系如图9所示。
值得指出的是，一个呼叫链路由端-端VCI/VPI和ATM交换机的路由表唯一确定，一个呼叫链路上的信元的VPI+VCI在ATM交换过程中会被改变（由路由表决定）。
（2）ATM交换
ATM中的两种交换：
虚通道交换（VCS：
VirtualChannelSwitching）和虚通路交换（VPS：
VirtualPathSwitching）。
前者指同一个VP内或不同VP内的VC之间的交换；
后者指一个VP内所有信元同时被映射到另一个VP内的过程。
见下图10。
（3）ATM的两种虚连接
永久虚连接（PVC：
PermanentVirtualConnection）：
是一种静态虚连接，必须手工配置。
其优点是，不必每次呼叫都进行虚连接配置，所以连接快（小于30us），仅由系统响应时间决定。
其缺点是，这些PVC必须手工配置，不能进行大量PVC配置。
动态虚连接（SVC：
SwitchedVirtualConnection），又称交换虚连接：
是一种动态的虚连接，由终端用户或终端应用发起连接请求，系统临时建立。
连接时间由ATM网络决定，在系统拥塞时可能失败。
但SVC比PVC具有更高的QoS适应性和带宽利用率。
二者都必须能进行点-点连接和点-多点连接。
1.ATM的QoS
（1）.业务质量分类
业务质量分类有多种分类方法。
ATM中按照速率要求把各种业务分为五大类：
∙未定比特速率（UBR：
UnspecifiedBitRate）：
对传输速率没有指定，但可靠性要求很高，即所谓"
尽力传输"
（BestEffort），用于局域网仿真（LANEmulation）。
∙不变比特速率（CBR：
ConstantBitRate）：
有固定的带宽（速率）要求，适用实时的话音和视频信号传输。
∙可用比特速率（ABR：
AvailableBitRate）：
只需指定峰值（Peak）和谷值（Minimum）信元速率，应用不多。
∙可变比特速率（VBR：
VariableBitRate）：
允许随时可变的带宽，但必须指定峰值带宽、最大突发数据长度和必须维持的最低速率。
∙实时可变比特速率（rt-VBR：
RealTimeVariableBitRate）：
主要用于速率可变的实时业务（如视频监控和压缩话音通信等业务）。
它们的大致关系如下图11所示。
各种ATM服务类型的特性如下表。
服务特性
CBR
RT-VBR
NRT-VBR
ABR
UBR
带宽保证
是
可选
不
适用于实时通信
适用于突发通信
有关于拥塞的反馈
（2）.业务质量描述参数（QoS----服务质量）
业务质量参数是指一个呼叫对网络所提供质量的一系列要求。
为了在有效利用网络资源的同时，又保证一定的QoS，ATM在UNI接口处进行业务量的控制，以避免网络拥塞和过载。
所以ATM在UNI信令中规定，用户系统在虚电路建立过程中必须提出自己的业务质量要求（由业务描述参数表示），由网络决定是否接受这个请求；
一旦请求被接受，网络对各链路的业务量进行监控，限制超过业务量要求的包通过，从而避免网络过载。
这些参数列于下表：
参数
缩写词
含义
峰值信元速率
PCR
信元发送的最大速率
持续信元速率
SCR
长时间的平均信元传输速率
最小信元速率
MCR
最小的可接受的信元传输速率
信元延迟变化极值
CDVT
最大的可接受的信元抖动
信元丢失比率
CLR
信元丢失或提交得太迟的比例
信元传送延迟
CTD
信元提交时拖延的时间（中间值和最大值）
信元延迟变化
CDV
信元提交时间的变化幅度
信元错误比率
CER
提交无错信元的比例
严重错误信元块比率
SECBR
出错信元的比例
信元错误目的地比率
CMR
信元提交至错误目的地的比例
显然不同业务质量QoS要求，其信元传输的优先级是不同的。
其网络优先级依次为：
CBR信元：
最高级；
rt-VBR信元：
高；
VBR信元：
中等；
ABR及UBR信元：
低。
其中高、中优先级用于话音和视频传输（CBR及VBR），而低优先级通常用于数据传送（ABR及UBR）。
2.ATM的适配层（AAL：
ATMAdaptationLayer）
ATM适配层，是ATM核心（包括ATM层和物理层，与业务无关）和高层间的接口（见图5），它是为使ATM层能适应不同业务类型而设置的，故ATM对各种业务承载能力集中体现在ATM适配层。
ATM适配层又细分为若干子层。
具体如下图12。
ATM适配层共有6种类型：
AAL0，AAL1，AAL2，AAL3，AAL4，AAL5。
（1）AAL0
用于传送原始ATM信元，必须为53字节大小，对非53字节长度的信元必须由用户开发的协议解释。
AAL0主要用于传送信令和短消息（OAM用）。
（2）AAL1
由于传送恒速率（CBR）业务数据及其定时信息（包括发送定时及时钟恢复）。
主要目的是用来模拟电路交换（CSS：
CircuitSwitchingSimulation），能支持N×
64Kbps的不变速率话音传送；
同时也（仅）支持G.726下的ADPCM的恒比特率压缩话音数据。
在同一个虚通道（VC）中，AAL1还支持一个或多个DS0（64Kbps）。
当虚通道中只有一个DS0话音时，可以使用无结构数据格式（UDF：
UnstructuredDataFormat）传送，这是一种面向比特的技术；
当有多个DS0同时传送时，必须使用结构化数据格式（SDF：
StructuredDataFormat），此时各DS0数据流按字节依次传送，即是面向字节的。
这两种格式的区别如下图13所示。
其中AAL1指针用于指示多DS0时，第一个DS0字节位置，以便定时。
利用AAL1可以实现ATM对STM（TDM）信号的传送，见图14。
图13
AAL1主要用于TDM电路仿真。
其特点是：
a）速率恒定：
用于N×
64Kbps话带数据；
b）可以通过部分填充的办法发送信元，以减少传送时延（用到AAL1指针）；
但是，AAL1用于话音传送时有如下缺点：
a）比TDM多占12-15％的带宽；
b）不能利用静默技术提高带宽利用率；
c）只能使用恒比压缩算法。
（3）AAL2
AAL2适用低速率及变比特率传送，在话音传送方面优于AAL1，因为：
a）同样适合实时传送，且允许使用静默技术、语音压缩及带内信令；
b）在一个虚通路VC中可以传送多话路，且业务性能可以不同；
即，AAL2可以节省带宽，从而比AAL1更为经济。
AAL2的信元格式如下：
图中清楚地显示了一个ATM信元中传输多路话音的情形。
其中的各CPS-PH+CPS-PP相当于该ATM信元所在VC中的微通道（Mini-Channel），这就允许选择最佳的分组尺寸以获得最小时延，同时允许多个活动AAL2微通道有效地复用在一个VC中，从而提高带宽效率。
（4）AAL5
在AAL5中，数据（可以长达65,536字节）先被缓存，被分割适配到ATM信元并透明传输，同时加上了纠错，因而AAL5特别适合可变比特率数据传送，支持面向连接的、对时延不太敏感的业务。
AAL5的优点是开销小、纠错强，同AAL3/4相比除了不支持复用外，基本相同。
AAL5的信元格式，如下图15所示。
图中给出了一个60字节的数据块通过两个ATM信元传送的例子。
因此，AAL5主要用于传送数据，当然也可利用AAL5进行话音业务传送。
对以上各类AAL，推荐使用如下QoS：
AAL0：
任何一种均可；
AAL1：
CBR或UBR；
AAL2：
VBR或UBR；
AAL5（数据）：
UBR或ABR；
AAL5（话音）：
CBR。
1.ATM技术的应用
如前所述，ATM相对于STM有很多优点，因此不仅将成为B-ISDN的基础传输技术，在目前很多业务和技术体系中也纷纷采纳ATM技术。
比如目前非常热门的ADSL专线上网就主要采用ATM技术（当然ADSL中也有采用STM技术的标准，但ATM的可变速率特性更具竞争力）。
有兴趣的读者可以在有关ADSL的讨论区找到相关资料（overATM）：
ATMLANE作简单介绍。
2.ATMLANE
1）ATMLANE的概念
顾名思义，LANE的功能是在ATM网络上仿真LAN，LANE协议定义了仿真IEEE802.3以太网或802.5令牌环网的机制。
LANE协议定义了与现有LAN给网络层提供的服务相同的接口，在ATM网络中传输的数据以相应的LANMAC分组格式封装。
ATMLANE是专为LAN接入而设置的，意即ATM的局域网仿真（LANEmulation）。
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。
（1）LANE支持多种协议（MPOA：
Multi-ProtocoloverATM）传送，允许不同的LANE之间的互联；
（2）充分支持LAN中的无连接特性；
（3）支持单播、多播及广播传送；
（4）基于客户端/服务器模式（Client/Server），一个LANE服务器可对多个LANE客户端。
2）ATMLANE的构成
每个ELAN（EmulatedLAN）由一组LANE客户（LEC）和LANE服务构成。
LEC还可以是作为ATM主机代理的网桥和路由器。
LE服务由三个不同的功能实体构成：
LAN仿真配置服务器（LECS）、LAN服务器（LES）和BUS，这三个服务实体可以各自存在，但通常位于同一设备，例如：
LES可以位于ATM交换机、路由器、网桥和工作站。
ATMLANE的构成及相互关系如下图16所示：
（1）LANE客户端（LEC：
LANEClient）
在ATM终端系统上仿真以太网或令牌环网结点，至少得绑定一个MAC地址，其功能是封装IP数据报交给ATM网传送，同时转译ATM分组，重新组成IP数据报。
（2）LANE服务器（LES：
LANEServer）
∙提供MAC地址得注册和解析手段
∙响应LEC的上述请求
∙一个LANE中只有一个LES
（3）LANE广播和未知服务器（BUS：
Broadcast&
UnknownServer）
∙仿真传统LAN的广播机制
∙在LEC间直接链路建立前单播LEC数据
∙一个LANE中只有一个BUS
（4）LANE配置服务器（LECS：
LANEConfigurationServer）
∙维护一个ATM网络中多个LANE内的LEC、LES和BUS的配置信息
∙为每个LEC提供其所属LES的ATM地址
3）LANE的优点和局限
因为LANE提供与现有MAC协议给网络层提供的驱动相同的服务接口，不需要改变该驱动，这将加速ATM的发展和应用。
但是，LANE的功能是使ATM的特性对高层协议透明，因此它使高层协议不能利用ATM固有的优点，尤其是其服务质量保证。
尽管LANE提供在ATM网络子网内桥接的有效方式，但子网间的业务仍需要通过路由器转发，因此，ATM路由器很可能成为瓶颈。
1.NMS的ATM产品简介
NMS提供整套ATM解决方案，下图17给出了一个VoiceOverATM/xDSL的应用方案。
NMS提供的ArTeMux系列产品，包括ISA、PCI、cPCI等接口板；
支持多种Chassis协议总线，包括TDM、H-100、H-110、MVIP、SCSA等电信总线；
支持AAL0-AAL5。
（1）S001
∙PCI板卡，支持MVIP协议，可以通过AAL0、AAL1、AAL5接入TDM到ATM；
∙支持UNI3.0,3.1,ILMI,LANE；
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