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1,、異步傳輸模式工作原理簡介

2,、ATM(異步傳輸模式)異步傳輸模式是一種面向連接的快速分組交換技術，它基于異步時分復用,，使用固定長度的信元來支持包括數據,、語音和圖像在內的各種業(yè)務的傳輸。

3,、ATM是一種高速網絡技術,，設計用于局域網、廣域網,、運營商和服務提供商網絡以及互聯網核心網絡,。與無連接技術(如IP)相比，它是一種面向連接的交換技術,。通過光纖線路ATM在源和目的地之間創(chuàng)建一條虛電路(專用路徑),。這些電路可以確保帶寬和服務質量。

4,、ATM可以比作同步T1線路,。在T1線路中，每隔125us產生一個T1幀,，其速率由主時鐘控制,，并且在每幀的第k個時隙中有1字節(jié)來自相同源的數據。T1是同步的,。然而,，ATM并不嚴格要求信元交替來自不同的源。不同來源的每列細胞沒有特殊的模式,，細胞可以來自任何不同的來源,。此外，不要求來自計算機的信元流是連續(xù)的,，數據信元可以有間隔,，由特殊的空閑信元填充。

5,、ATM的固定信元提供性能和可預測的業(yè)務流,。這和繁忙路口的情況很像。假設一輛兩輪半掛車正試圖急轉彎,。每當這種情況發(fā)生時,，十字路口的其他車輛都必須停下來?，F在想象一下，如果你在同一個十字路口移動,，它會很順暢,，甚至可以預測，因為沒有交通堵塞,。

6,、ATM信元以同樣的效率與ATM交換機協商，因此提供了幾個好處：

7,、,？信元交換是高效和快速的。

8,、,？因為小區(qū)大小是固定的，所以流量是可預測的,。

9,、？可以保證時間敏感業(yè)務的傳輸(實時語音和視頻),。

10,、？ATM包含QoS(服務質量)特性,，可以用來保證某些類型的通信服務的帶寬,。

11、關于ATM和IP哪個更好,，一直有激烈的爭論,。很多人覺得這種爭論真的很奇怪，因為這兩種技術完全不同,，甚至不在同一個協議層,。爭論的內容實際上是網絡應該是面向連接的(ATM)還是盡力傳輸的(IP)。ATM的固定信元大小和虛電路能力使其成為實時多媒體的最佳選擇,。運營商和服務提供商在其核心網絡中使用ATM,，因為ATM使他們能夠為用戶提供服務保障。然而,，IP的簡單數據包轉發(fā)模型在互聯網上被證明是非常有用的,，因為互聯網上的流量是突然的和不可預測的。這種模式允許數百萬人共享互聯網的帶寬,，而無需事先建立虛擬電路,。然而，IP模式在流量負載和擁塞下開始崩潰,。此外,，由于IP網絡延遲無法預測,，這給實時通信服務帶來了問題。

12,、ATM最初是由電話公司定義的,，電話公司曾經高度贊揚它是一種端到端的網絡技術和語音技術。從這個角度來看,，ATM既是一種局域網技術,，也是一種廣域網技術。允許用戶使用單個網絡來替換他們獨立的語音和數據,，以便同時處理語音和數據以及其他多媒體內容(例如視頻)是可能的。

13,、在20世紀90年代初,，人們普遍認為ATM是下一代網絡技術，它將一直延伸到桌面,。然而,，在那個時候，廣播局域網的地位已經在大多數組織和新興的互聯網技術中確立,。ATM因其速度快而吸引人,。Loombit/s(現在的lOG bit/s以太網)可以提供更便宜、更易管理的服務,。

14,、此外，AFM是一種可行的主干技術,，即使在本主題末尾討論的千兆位以太網環(huán)境中也是如此,。ATM易于升級，并且可以與大多數現有技術相結合,。

15,、最近一些新技術(如DWDM(密集波分復用))和光網絡可能取消ATM甚至SONET。DWDM將數百甚至數千個波長的電路放入一根光纖中,。這意味著核心網絡將支持高容量交換光電路,，從而減少對分組交換核心網絡的需求。想象一下,，有一整個光束(波長)分配給你個人使用,。需要時會切換到位，手術結束后會斷開,。這就是新的光網絡所能提供的,。有關更多信息，請參見“光纖網絡”,。對這些趨勢有了一些了解后,，下面幾節(jié)將對ATM技術進行概述,。

16、ATM網絡設計

17,、AFM網絡可以分為私有網絡和公共網絡,。專用ATM是組織中的ATM網絡，而公用ATM是由運營商和服務提供商提供的廣域網服務,。當一個組織實施ATM時,，公共ATM和私有ATM的分界線會不斷變化。例如,，圖A-11說明了ATM在不同階段的應用,。在第一階段(圖A-11的上部)，用戶使用運營商的ATM網絡進行廣域連接,。請注意,，來自用戶站的數據幀和語音流量通過傳統的租用線路傳輸到運營商的ATM交換機。在這種情況下,，運營商將幀轉換成ATM信元,。

18、在第二階段(圖A-11的下半部分),，用戶在他們的站點安裝ATM邊緣設備來處理幀到信元的轉換和傳輸,。運營商可能會提供這種設備。更有可能的是,，用戶安裝ATM作為主干或核心網絡技術,，然后在其站點和運營商之間使用ATM-to-ATM連接。

19,、一般來說,，組織分階段建立專用ATM網絡，以適應其現有的基于框架的網絡,。圖A-12說明了初始階段和后續(xù)階段,。在圖的左側，ATM交換機作為集線器安裝,，它可能取代現有的FDDI(光纖分布式數據接口)或快速以太網集線器,。路由器將每個現有網絡連接到該集線器。在下一階段,，交換機設備被添加到網絡層次結構中的每一級,。此外，服務器也被轉移到中心,，用戶可以更方便地訪問它們,。請注意，小區(qū)切換離最終用戶更近。在本課題的最后,，介紹了混合ATM/千兆以太網的設計,。這種設計非常有益。

　　圖A-11 運營商/用戶廣域ATM配置

　　圖A-12內部專用ATM網絡結構

22,、　　ATM模型AFM最初是作為B-ISDN(寬帶綜合業(yè)務數字網)標準的一部分提出的,。B-ISDN是公用數字通信網絡標準，設計用于為公司和家庭用戶提供高端多媒體,、電視,、CD品質音樂、數據網絡和其他服務,。ATM是使B-ISDN成為可能的基礎網絡技術,。

23、　　ITU-T是制定ATM標準的國際組織,，但是它實施ATM論壇作出的建議,。ATM論壇是電話公司和ATM設備銷售商聚在一起討論ATM用途的協會。

24,、　　圖A-13顯示了ATM的參考模型,，下面將對其進行介紹,。請注意,，該參考模型是與OSI參考模型相比較而言的，中兩個ATM頂層等效于OSI數據鏈路層的下層,。

　　圖A-13 ATM參考模型

26,、　　?ATM適配層(AAL) 此層根據信息需要的傳送服務類型定義信息從上層轉換為ATM信元的過程。從上層收到信息后,，AAL將數據分割成ATM信元;從ATM層收到信息后,，AAL必須重新組合數據形成一個上層能夠辨識的格式。上述操作稱之為分段與重組(SAR),，它是AAL的主要任務,。此外不同的AAL支持不同的流量或服務類型，將在稍后討論,。

27,、　　?ATM層 ATM層位于ATM參考模式的第二層，提供了ATM適配層AAL和物理層之間的接口界面,。它建立,、維護以及終止虛電路，并且通?？刂艫TM網絡上的信元傳送,。ATM層能夠決定導入信元應該被轉發(fā)至哪里、重新設置通訊連接標識符以及轉發(fā)信元給下一個鏈接、緩沖導入/導出信元及處理各種流量管理功能,，如信元丟失優(yōu)先權標記,、擁塞標注和通用流控制接入。此外ATM層還負責服務合同(流量政策)的監(jiān)控傳輸率和一致性,。

28,、　　?物理層 物理層由傳輸匯聚子層和物理介質相關層組成。它與支持ATM的物理介質連接,，包括SDH(SONET),、DS-3/E3、光纖通道和FDDI,。該層負責將傳出信元轉換為比特以及將那些比特轉換成所用網絡的幀結構,。傳入比特被轉換為信元。

29,、　　傳輸匯聚子層的功能是實現物理層匯聚協議(PLCP),。PLCP負責確保整個物理鏈路上信息的適當傳輸和接收。物理介質相關(PMD)子層負責物理介質性質,、bit定時及線路編碼,。 ATM物理層不定義任何一種特定的介質。SDH(SONET)通常與ATM相關聯,，因此很多人認為SDH(SONET)是ATM規(guī)范的一部分,。

30、　　ATM信元在ATM頭字段定義了ATM層函數,。ATM信元有兩種類型：一種類型是UNI(用戶網絡接口),，用于由用戶發(fā)送的信元中，另一種類型是NNI(網間接口),，由交換機將其發(fā)送到其他交換機,。圖A-14對UM和NNI信元進行了描述。NNI信元不具有GPC(一般流量控制)域,。后面將在ATM接口下討論UNI和NNI,。ATM信元的長度為53個字節(jié):48個字節(jié)用于有效載荷，5個字節(jié)用于信元頭信息,。請注意,，頭信息幾乎占信元的10%，在遠距離傳輸時這一部分的開銷會很大,。ATM信元是包含有效載荷(數據)和信元頭信息的信息包,，其中信元頭信息將信元引領至其目標的通道和路徑信息。信元頭中每個域所保存的信息解釋如下,。

　　圖A-14 ATM信元布局(按字節(jié)次序:高,、中,、低)

32、　　?GFC(一般流量控制) 此域僅出現在UNI信元頭中,，用于控制用戶接口上的擁塞,。此域將4bit的VPI域內容用于NNI信元中。

33,、　　?VPI(虛擬路徑標識符) 標識用戶間或用戶與網絡間的虛擬路徑,。此域在UNI中為8bit，在NNI中為l2bit,。

34,、　　?VCI(虛擬通道標識符) 標識用戶間或用戶與網絡間的虛擬通道。

35,、　　?PTI (有效載荷類型指示符) 指示有效載荷區(qū)域中信息的類型,，如用戶、網絡或管理信息,。

36,、　　?CLP(信元丟失優(yōu)先級) 定義當發(fā)生網絡擁塞時如何放棄某些信元。此域保存優(yōu)先值,，O表示信元具有最高優(yōu)先值,。

37、　　?HEC(信元頭差錯控制) 一個8bit域,，可提供FEC(正向糾錯),，FEC是一種在單元中發(fā)送可用于修復差錯的信息的技術，但是僅當錯誤為單個比特時才能使用此技術,。

38,、　　AAL(ATM適配層)

39,、　　AAL將數據分組從上層會聚到ATM信元中,。例如，假設有數據分組為1000字節(jié),，則AAL會將它分為約21個段,，并將每個段放入一個信元中以供傳輸。

40,、　　ATM將分為許多小信元并向每個信元添加一個頭信息,，這是它的一個重大缺陷。正是所有這些附加的頭信息比特耗盡了帶寬!

41,、　　再看一看圖A-13,。AAL層被分為會聚子層(CS)和SAR(分段和重組)子層。會聚子層根據傳輸所需的TM服務類別準備消息,。這些服務類別稱為AAL類型,，接下來將對其進行介紹。然后，SAR子層將信息分成適合ATM信元有效載荷區(qū)域的段,。

42,、　　SAR子層完成在發(fā)送端將可變長度的AAL協議數據單元(PDU)分解為固定長度的ATM信元和在接收端將ATM信元組合成AAL協議數據單元的工作;匯聚子層(CS)又可分為兩個子層，其中CPCS子層完成差錯檢驗,、同步信息提取和重組長PDU等功能,，不同的AAL有不同的CPCS機制;SSCS子層完成直接與具體業(yè)務有關的功能，譬如檢查QoS參數,、定義如何從高層提取不同協議信息等功能,。

43、　　可以將ATM服務類別看作TCP和UDP服務,。TCP提供面向連接的服務,，而UDP提供無連接服務。但ATM服務類別廣泛得多,。它們考慮到對定時和固定或可變比特率的需要(如表A-1所描述),。下面將提供這些參數的說明。

　　表A-1 ATM適配層的服務類別

45,、　　服務類別選擇的根據是：應用類型(話音,、視頻、優(yōu)先級高的數據和優(yōu)先級低的數據等),、所需的服務質量和服務合同等,。此處對服務類別進行了概述。請注意,，AAL-3/4科是AAL3和AAL4結合的結果,。最初，AAL-3是為面向連接的服務(如X.25)所定義,，而AAL4是為無連接服務(如IP)所定義的,。但由于差異太小，因此把它們結合了起來,。然而,，AAL-3和AAL4結合后，技術人員還是不滿意,，因此他們創(chuàng)建了AAL-5以獲得其他類別中不可用的附加功能,。

46、　　?AAL-1 一種面向連接的,、模仿TDM電路(作用與T1或T3租用線路類似)的服務,。也就是說，不管是否使用帶寬,，都要對其進行分配,。這種服務對于實況流播音頻和視頻的應用非常有用,。從帶寬方面來說，這種服務比較昂貴,，因此只能在必要時使用,。AAL-1向用戶提供恒定比特率的數據傳送能力、并提供定時信息和結構信息的能力,。在必要時還能提供一定的糾錯能力和報錯的能力,。AAL-1支持A類業(yè)務。

47,、　　?AAL-2 AAL2的目的是支持可變比特率,，譬如新聞廣播或足球比賽，前者的數據可以以較低速率進行傳遞,，而后者則可以采用較高速率進行傳遞,。AAL-2用于支持可變比特率的面向連接的業(yè)務，適用于傳送音頻和視頻,，但它不像AAL-1那樣模仿電路,，因此使用帶寬的效率較高(僅當有要發(fā)送的信息時才使用帶寬)。UNI版本4.0取消了此AAL,，這樣會有利于該版本支持AAL-1和AAL-5,。

48、　　?AAL-3/4 AAL3最初是為了支持面向連接的數據服務,，AAL4是為了支持無連接的數據服務,。AAL-3/4是一種面向連接和無連接服務，用于非實時應用,。它具有分段與重組服務,，用于以固定長度信元傳輸可變長度數據分組(如IP數據分組)。AAL-3/4只將目的地用來排序和重組數據分組的信息插入每個信元,。這種服務允許來自不同信源的數據分組的多路復用傳輸,。AAL3/4的匯聚子層可以接收小于65535字節(jié)的數據，然后增加報頭和報尾,，其集合應該是44字節(jié)的整數倍,。如果不夠,，還要增加填充比特,。總之,，匯聚子層要向SAR子層提供或接收44字節(jié)整數倍的數據,。UNI版本4.0取消了AAL，這樣會有利于該版本支持AAL-1和AAL-5,。

49,、　　?AAL-5 一種面向連接和無連接服務,，用于將幀分成段以便以信元進行傳送，而它這樣做的效率高于AAL-3/4,。這種服務的缺點是不允許多路復用傳輸,。AAL5采用了SEAL技術，并且是目前AAL推薦中最簡單的一個,。AAL5提供低帶寬開銷和更為簡單的處理需求以獲得簡化的帶寬性能和錯誤恢復能力,。下面的討論將進一步對這一點進行解釋。

50,、　　AAL-3/4和AAL-5之間的差別很重要,。當AAL-3/4將數據分組分成段時，在將段插入信元之前,，它向每個段添加排序和重組信息,。這樣，每個信元中可以放入的實際數據量將因為此信息(該信息不會進入ATM信元頭)的存在而減少,。許多ATM設計人員認為這是數據區(qū)域中空間的浪費,。

51、　　AAL-5設計為將幾乎整個TDM信元有效載荷用于數據,。這種服務不允許來自不同信源的復用(交錯)傳輸,。AAL-5的支持者說服了TDM論壇在TDM信元頭中分配單個比特，用于分段和重組方案,?；旧鲜钱敂祿纸M的最后一個段發(fā)送后，該比特設置為1,。當接受者接收到此最后段時,，它知道下一個信元將是新段的開始。

52,、　　AALL-5的缺點是：不能在單個電路上復用傳輸來自多個信源的信息,。雖然按需要在內部網絡建立電路可能不是什么問題，但是,，在運營商網絡上建立電路可就貴多了,，這是因為在運營商網絡上必須支付電路費用。另外,，任信元的丟失都需要重新傳輸整個幀,。

53、　　ATM接口

54,、　　連接ATM有多種方式(如圖A-15所示),。下面介紹圖中顯示的每個接口

　　圖A-15 ATM接口

56、　　?UNI(用戶網絡接口) 它定義了位于私有網絡上的ATM網絡產品(路由器或ATM交換機)與在公共電話網絡上的ATM交換機之間的接口的互操作性標準,。也用于幀中繼中相似的連接,。與ATM WAN連接時,，UNI是用戶站點和運營商接入點之間的鏈接。它可能是T1線路或ATM FUNI(幀UNI),。后者將幀傳輸到ATM網絡,，在此處運營商將幀轉換信單元。FUNI可降低硬件成本,。

57,、　　?NNI(網間接口) 定義兩個同時位于專用網或同時位于公共網的ATM交換機之間的接口的ATM論壇標準。公共交換機和專用交換機之間的接口是由UNI定義的,。同時,，兩個幀中繼交換機之間的標準接口也必須符合同樣的原則。請注意,， ATM論壇將同一網絡中設備之間的NNI連接稱為PNNI(專用網間接口),。

58、　　?ICI(運營商間接口) 此接口設計用于互聯不同的公用網以及在中間網上(過渡)發(fā)送通信業(yè)務,。

59,、　　?DXI(數據交換接口) DXI是一種ATM接口，可將可變長度的網絡數據幀轉換為固定長度的ATM信元,。ATM DXI將局域網數據幀轉換為可變長度的DXI幀格式,。然后ATM CSU/DSU再將DXI幀轉換為定長ATM信元。這種兩步轉換的方法簡化了ATM CSU/DSU處理,，因為ATM CSU/DSU只需處理一種類型的幀即可,。它為使用HDLC(高級數據鏈路控制)幀結構將遺留設備(如路由器)接入ATM提供接口。數據分組(而不是信元)被傳輸到AIM接口,?！≈匾囊稽c是，NNI研組件提供了一種方式,，用于在專用和公用網的中樞中自動構造全網狀PVC連接的網絡,，而UNI組件允許端系統通過ATM網狀網中的交換機建立SVC?！?UNI是一種定義恰當的接口,。UNI版本4.0包括SVC的呼叫設置功能。UNI的早期版本僅支持PVC,。UNI的信令規(guī)范以ITU-T公用信令協議(稱為Q.2931)為基礎,，Q.2931等效于窄帶ISDN所使用的信令標準。NNI信令以No.7信令系統為基礎,。

60,、　　PNNI(專用網間接口)是一個路由選擇協議，主要提供了一種機制――支持基于 QoS 的可升級 ATM 路由和交換到交換的交換虛擬連接 SVC 間的協作性,。ATM交換機用它來映射網絡拓撲以及確定當建立連接時要使用的最佳路徑,。它映射網絡拓撲，這樣可快速建立連接而無需人工幫助,。它的互聯功能允許交換機之間有多個鏈路,，從而提供負荷分配和冗余。此外,，多個連接允許在交換機之間建立網狀拓撲,。

61、　　PNNI支持大規(guī)模的網絡,。PNNI 協議通過 VPI/VCI 0.18 實現其信息傳輸過程,。此外在多重網絡情況下，PNNI 通過信令信息建立網絡連接,。PNNI 基于 UNI 4.0 和 Q.2931,，UNI 4.0 中加入某指定信息元素后即可支持 PNNI 的路由選擇過程。PNNI 信令包括在2個 ATM 網絡或2個 ATM 網絡結點間的專用網間接口或網絡結點接口上動態(tài)建立,、維護和清除 ATM 連接程序,。PNNI 信令協議建立在 ATM 論壇 UNI 規(guī)范和 Q.2931 上。

62,、　　PNNI 信息包括：發(fā)信號,、呼叫進行、連接,、安裝,、釋放、完全釋放,、通報,、狀態(tài)、狀態(tài)查詢,、請求,、請求承認響應、狀態(tài),、添加部分,、添加部分承認響應、部分發(fā)信號,、添加部分拒絕,、結束部分、結束部分承認響應,。

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