atm培训教材atm基本概念原理和技术

1、pnb0pnb0pnb0第一部分项目介绍ATM研究部主要从事宽带网络和宽带交换技术的研究开发，正在开发的产品有 ATM 接入交换机（ 2.5G）、ATM 业务接入器和 ATM LAN-SWITCH 。这些产品的开发成果，将为公司在数据通信领域的研究填补空白，向数据通信领域迈出坚实的一步。在公用数据网及局域网的应用中，这些产品将大有可为。pnb0INTERNET 迅速崛起，带宽的需求越来越大， 骨干网络的压力也越来越大，ATM 交换机的利用可以解决带宽的问题，同时为VOD 等宽带多媒体业务筑起平台。宽带网络的建设正在从无到有，从小到大，一步一步地发展，中国宽带网的规范正在制订， 邮电部已经指出了

2、发展宽带网的路标。据称，2000 年以前中国宽带网会初具规模。pnb0ATM 研究部跟踪国际国内动态，研究市场需求，制订了技术先进、堪称一流的总体方案，完成这个方案，是一项极具挑战性的任务。第二部分ATM 基本概念、原理和技术一、 ATM技术的特点异步转移模式（ Asynchronous Transfer Mode, ATM）技术是一种全新的电信技术，是融合电路模式和分组模式的优点发展而成的。所谓“转移模式”，CCITT是这样定义的，转移模式就是在电信网路中传输、复用和交换的诸方面。而这里指的“异步”与通常所说的数据通信中的异步传输（如RS232C）不同，它并非是传输码流的异步，而是指被分组的

3、用户信息信元不必像 TDM 中的时隙那样周期性地出现而占据固定信道，也就是说信元是动态占用信道的。ATM 信元是 ATM 网络传送信息的基本载体， CCITT 规定其长度为 53 字节，分成信头（ Header）和净荷（ Payload）两部分，信头为 5 字节，净荷为 48 字节。依据其位置不同，在用户网络接口（ User Network Interface，UNI ）、网络节点接口（ Network Node Interface,NNI ），信元格式略有区别，如图1.1。两者不同之处主要在信头中， UNI 信元信头中有4 比特的一般流量控制段（General FlowControl，GFC

4、）用于用户一网络接口的流量控制，以防止信道过载。UNI 信头的虚通道标识（ Virtual Path Identifier, VPI ）为 8 比特，虚通路87654321 187654321信头（ Header）5GFC/VPIVPI1（5 字节）6VPIVCI2信元净荷（ Payload）VCI3(48 字节 )VCIPTCLP453HEC5ATM 信元格式UNI/NNI信元信头格式GFC：一般流量控制，4 比特PT：净荷类型，3 比特VPI ：虚通道标识，8 比特 /12 比特CLP：信元丢失优先级，1 比特VCI ：虚通路标识，16 比特HEC：信头误码控制，8 比特图 1.1 ATM

5、 信元格式标识（ Virtual channel Identifier, VCI ）为 16 比特，净荷类型（ Payload Type, PT）为 3 比特，信元丢失优先级（ Cell Loss Priority, CLP ）为 1 比特，信头误码控制（ Header Error Control, HEC）为 8 比特，而 NNI 信头的 VPI 为 12 比特，其余与UNI 信头相同。ATM 本质上是一种寻址型特殊分组转移模式，它将数字化话音、数据及图像等所有的数字信息分割成固定长度的数据块，在每个数据块前加上一个包含地址等控制信息的头（ Header），从而构成一个信元（Cell ），图

6、 1.2（a）是将用户信息信元装入用户信息的信元其它用户信元(a) 异步转移模式（ ATM ）用户信息时隙125 微秒帧125 微秒帧125 微秒帧(b) 时分复用方式（ TDM ）图 1.2 TDM 与 ATM 的比较待发送的信息分解成信元并进行多路复用的过程。 电路模式中的传统时分多路复用（ TDM ）技术，采用周期为 125 s 的帧结构，发送信息以字节或比特形式固定加入到每帧内的相应时隙，在连接建立后， 不论有无发送信息， 时隙必定属于该连接，而不能被其它连接占用。图 1.2(b)中所示发送信道加入每帧内的第 3 时隙，这种依据帧内的时隙位置识别通路的复用方式称为位置复用。而ATM 复

7、用方式与分组复用方式有些类似， 只要信道上存在的空位置就可将发送信息组成的信元加入信道，显然， 信元的复用无周期性和固定位置。 由于它依靠信头内的通路标记进行信元的识别、 传送和交换，因此称作标记复用或统计复用。 虽然 X.25 或以太网、令牌环等分组交换中也采用标记复用， 但由于分组长度在上限范围内可变，因此每个分组在信道上的位置是任意的，而 ATM 信元的长度固定，使信元像 TDM 时隙一样定时出现。 因此，可以采用硬件电路高速地对信头进行识别、复分接和交换处理，由此可见， ATM 复用技术融合了电路模式和分组模式的优点。信元形式的 ATM 网络和分组形式的传统数据网络的本质区别之一就是A

8、TM网络采用面向连接的呼叫接续方式。传统数据网络如以太网、令牌环和FDD 采用无连接操作方式， 这些网络假设目的端点可用并可接收信息，每个端点必须检查每一分组的路由标记以此确定是否接收该分组。ATM 网络的操作类似于电话呼叫接续过程，在通信前必须在源和目的端之间建立连接，这个连接是一个“虚连接”，网络根据用户的要求（如峰值比特率、平均比特率、信元丢失率、信元时延和信元时延变化等指标） ，分配 VPI/VCI 和相应的带宽，并在交换机中设置相应的路由。所谓 “虚连接” 是指网络依据 VPI/VCI 对信元进行处理，当该用户没有信元发送时，其它用户可占用这个用户的带宽，但其相应的VP/VC 连接依

9、然保持。ATM 技术中最重要的特点是信元的复用、交换和传输过程，均在虚通路（ Virtual Channel, VC）上进行。虚通路是 ATM 网络链路端点之间的一种逻辑联系，是在两个或多点端点之间传送 ATM 信元的通信通路，可用于用户到用户、用户到网络、网络到网络的信息转移，虚通道（Virtual Path, VP ）是在给定参考点上具有同一虚通道标识符的一组虚通路。 虚通路在传输过程中， 将组合在一起构成虚通道，二者关系如图 1.3。ATM 网络中不同用户的信元是在不同的 VP、 VC 中传送，而不同的 VP/VC 利用各自的 VP 标识（ VPI）和 VC 标识（ VCI ）来区分。V

10、C11VC12VP11VC13物理传媒VC14VP12图 1.3物理传媒和 VP、 VC 的关系ATM 的连接分为虚通道连接和虚通路连接，如图 1.4。VP 的交换设备（通常是交叉连接器和集中 /分配器）仅对信元的 VPI 进行处理和变换，功能较为简单， VC 交换设备（ ATM 交换机、复接 /分接器）则要同时对 VPI/VCI 进行处理和变换，功能较为复杂。 VPI 和 VCI 只有局部意义，每个VPI/VCI 在相应的用户终端交换节点用户终端虚通路连接VCVCVC虚通路连接(VCC)(VCC)虚通道连接VPVPVPVP虚通道连接(VPC)(VPC)VP 交换VP/VC 交换图 1.4AT

11、M 连接的两种类型VP/VC 交换节点被处理， 相同的 VPI/VCI 值在不同的 VP/VC 链路段并不代表同一个“虚连接”。图 1.5 是由两个网络节点（NN1、NN2）和三个用户接入网（CPN1、CPN2 及 CPN3）组成的系统，从图中可以看出，CPN 之间的连续经过网络节点NN 交换时， VPI/VCI 的值也被改变，例如， CPN1 和 CPN3 之间的 VP/VC 连接在 CPN1 时为 VP5/VC11，经过 NN1 变为 VP3/VC7 ，再经过 NN2 变为 VP1/VC9 ，显然，同一连接在不同链路的 VPI/VCI 是不同的。图 1.5ATM 网络的选路概念前面提到，

12、ATM 网络在通信时必须进行呼叫连接，那么如何建立和释放虚通路（ VC ）呢？ ATM 网络有两个标准接口： UNI 和 NNI 。在 UNI 处采用两种方法：信令方式，这种方式利用 UNI 信令（如 ITU T 的 Q.2931）自动完成 VC 连 接的 建立 、释 放以 及 VCI 的 分配，具 体过 程包 括（ a ）利 用元 信令（ Meta-Sig-nalling ）建立/释放一个用户用户信令的 VC ，而元信令的 VPI/VCI 和带宽都是预先给定的； (b) 利用用户信令建立 /释放一个用于用户通信的 VC 。预订方式，这种方式通过网络管理设备设定所需的通信 VC（分配 VPI/

13、VCI和带宽）。在 NNI 处建立 /释放 VC 也是这两种方法，但其信令方式采用NNI 信令（No.7信令）。根据 VC 的建立 /释放方法，可将其分成两种：交换虚通路（Switched VirtualChannel, SVC）和永久虚通路（ Permanent Virtual Channel, PVC）。SVC 是用户需要通信时，通过终端设备由信令建立的虚通路，SVC 类似于电话网的用户线路，只有经过呼叫请求，网络为通信双方建立起相应虚通路后，才能进行通信，通信完成后，由信令释放 SVC。使用 SVC 的用户对网络资源的利用率高，通信费用较低，是 ATM 网络中使用的主要通信方式。 PVC

14、 是通过网管预先建立的，不论是否有业务通过或终端设备接入， PVC 一直保持，直到由网管释放。因此， PVC 类似于电话网中的租用线路，经过 PVC 连接的用户需要通信时，不会因通信网络资源不够而导致通信失败。 PVC 通常用于一些特殊的用户， 如元信令 VC 必为PVC，某些要求租求固定信道带宽的用户可也设定为PVC。使用 PVC 的用户每次通信时无需呼呼叫请求，操作简便，通信质量好，但其通信费用很高，且不能充分发挥 ATM 网络的优势，因此，应用范围较小。ATM 中用户间有两种连接方式：点对点和点对多点。当两个用户进行通信时， ATM 网络采用点对点（ Point to Point）的连接

15、方式。多个用户之间需要通信时，采用点对多点（ Point to Multipoint ）连接方式，如图1.6。ATM 交换点对点ATM 交换ATM 交换ATM 交换点对多点图 1.6点对点方式与点对多点方式比较为了实现点对多点方式，ATM交换机应具有广播（Broadcast）和同播（ Multicast ）功能。广播是指一个用户对网络中所有用户进行信息传送的通信功能，这种方式通常是单向的，适用于电视、广播节目的传送；同播是指一个用户对网络中部分用户有选择地进行信元传递的通信功能， 这种方式适用于多方交互业务，如多方电视会议等。二、 ATM分层结构1、BISDN 参考模型(1) B-ISDN 用

16、户网络接口（ UNI ）物理配置模型BISDN UNI 的物理配置与 N ISDN 的极其相似，如图 2.1。 B ISDN 分成公用网和专用网两部分， ATM 网络的端点通过一个接口边到公用 ATM 交换机上，这个接口称作用户网络接口（ UNI ）， ATM 论坛又把 UNI 分为公用 UNI 和专用 UNI 两种， UB 、TB 是公用 UNI 的参考点，而 SB、 R 是专用 UNI 的参考点。公用网专用网U BT BSBR公用 ATM物理终端专用 ATM物理终端ATM 端点交换模块交换机B TE1B NT1B NT1B TE2B LT/ETB NT2专用 UNI公用 UNIATM 端点

17、B TE1B TE2图 2.1B ISDN 用户网络接口物理配置模型UB 是公用网和带宽用户终端B NT1 之间的接口，目前， ITU T 对此接口的速率传媒等特性尚无具体规定，在各厂商（如AT&T 、富士通等）的设备中，通常采用 SDH 的 155Mbit/s STM 1 和 622Mbits/s STM 4 作为物理传输系统接口标准。TB 接口和 UB 一样，也是公用 UNI ，ITU T 将它定义为 B NT1 和 BNT2之间的接口标准，目前规定了五种标准接口速率：1.544 Mbit/s 、2.048 Mbit/s 、51.84 Mbit/s 、155 Mbit/s 和 62

18、2 Mbit/s，可采用 SDH、PDH 传输系统或纯信元形式的传输系统。SB 接口属于专用网UNI ，是 BNT2 和 BNT1 或宽带适配器之间的接口，经常用于局域网及单位内部网的UNI 。例如，为方便局域网的连接，ATM 论坛规定了多种基于现有局域网物理传输系统的接口标准，如25 Mbit/s 、51Mbit/s 、100Mbit/s 以及 155Mbit/s 接口，传输线路可以是非屏蔽双绞线（UTP）、屏蔽双绞线（ STP）、同轴电缆或光纤。R 接口，属于专用 UNI ，与前三种接口不同之处在于： UB、TB 和 SB 接口的用户信息是信元形式， 而 R 接口都是非信元形式的终端业务。

19、 R 接口标准根据接入的终端种类确定，例如，当接入 E1 业务时，R 接口遵循 G.703 建议，接入 Ethernet时，遵循 IEEE 802.3 建议。公用 UNI 与专用 UNI 的区别如下：公用 UNI 是指公用 ATM 网络与用户终端设备的接口， 另外，专用网交换机和公用网间的接口也是公用 UNI 接口，专用 UNI 则是指专用 ATM 网络与用户终端设备的接口。链路类型不同，在专用UNI 中，某些链路只能在很短的距离内工作（例如 100m 以内），显然，这种链路不能用于公用UNI 中。地址格式不同， 公用 ATM 网使用 ITU T 的 E.164 地址方式，而专用 ATM网则可

20、使用 E.164 或 OSI 的 DCC 和 ICD 地址方式。公用 UNI 由 ITU T 规定，而专用 UNI 由 ATM 论坛规定。显然，两种UNI 之间的区别主要是使用的原因，但是，UNI 公用网一侧要比专用网一侧遵循更严格的，必须确保专用设备的失效不会引起公用网的失效。(2) B ISDN 协议参考模型为了简单明了地描述ATM 网络功能， ITU T 定义了 B ISDN 协议参考模型（BISDN Protocol Reference Model, B-ISDN PRM），如图 2.2。该模型分成三个不同的面：用户面、管理面和控制面，三个功能层：物理层、ATM 层和 ATM适配层。管

21、理面高层高层ATM 适配层ATM 层面管层理管理用户需要的数据、话音和视频等应用及相关协议和业务，都包括在用户面；控制面包括物理层图 2.2协议参考模型与呼叫建立、维护以及撤消有关的功能，ATM的信令功能；管理负责与系统有关的网络管理、维护功能、依据功能不同，又细分为层管理和面管理两部分，层管理主要用于各层内部的管理，面管理用于各个功能层之间管理信息的交互和管理。2、ATM 物理层技术(1) 物理层的位置和功能物理层位于 BISDN 协议参考模型的最底层， 主要负责将 ATM 层送来的逻辑比特或符号转换成相应物理传输媒介可传送的信号，并正确地收/发这些物理信号。目前， ITU T 和 ATM

22、论坛主要针对 UNI 的物理层有比较详细的规定，下面讨论的物理层功能既适用于公用 UNI 又适用于专用 UNI 。物理层划分为物理媒介相关子层（PMD）和传输会聚子层（ TC ）。物理层的工作过程如下：经物理媒介接口送来的信号在接收端的PMD 子层通过同步比特恢复成连续比特流，送入TC 子层，比特流利用传输帧恢复功能确定传输帧的结构，然后将传输帧的净荷提取出来（即传输帧适配）。净荷是由信元组成的，通过信元定界机制保证信元同步，并判定其HEC 有无错误，对正确信元进行速率去耦， 丢弃发送时插入的空闲信元，将有效信元作解扰处理后送入ATM 层。(2) ATM 物理层接口类型ITU T针对BB 参考

23、点，规定了155.520Mbit/s 和 622.080 Mbit/sUNI的S/T两种接口速率，以SDH 帧结构或纯信元形式传送。采用不同物理媒介时传送距离和质量不尽相同，光纤（单模/多模）媒介的传送距离可达几公里到几十公里，同轴电缆可在 100 200m 内提供满意的传输，屏蔽双绞线（STP）最大传输距离达 100m。当采用 622Mbit/s 的接口时，通常用光纤传输，可使用对称方式或不对称方式（不对称方式是指网络至用户方向为622Mbit/s ，用户至网络方面为155Mbit/s ）。表 2.1 中列出了目前已使用的物理传输系统接口标准。表 2.1ATMUNI 接口种类传输系统接口数据

24、速率信元吞吐量传输媒介使用范围制定单位(Mbit/s)(Mbit/s)SDHSTM-1155.520149.76单模光纤广域网ITU-T(STS-3c)622.080599.04（SM）(WAN)ITU-TSTM-4单模光纤广域网成帧(STS-12c)（SM）（ WAN)结构DS-1(T-1)1.5441.536同轴电缆WAN/LANANSIPDHE-12.0481.920同轴电缆WAN/LANETSIDS-3(T-3)44.73640.704同轴电缆WANANSIE-334.36833.984同轴电缆WANETSIE-4139.264136.24同轴电缆WANETSI注： SM：单模光纤ST

25、P：屏蔽双绞线MM ：多模光纤UTP3：第三类非屏蔽双绞线由表 2.1 中可看出，这些传输中分成有帧结构和无帧结构两大类。具有帧结构的传输系统主要包括PDH 和 SDH ，它们采用时分复用技术（ TDM ），过去主要用于传输数字编码话音。 PDH/SDH 系统主要在电信部门以及某些用于数据传送的广域网（ WAN ）中有广泛的应用。在早期 ATM 应用中，现有业务和 ATM 业务可共享这些设备， 另外，ATM 中某些恒定比特率业务借助于 PDH/SDH 的 125 s 帧定时可获得本身所需的定时信息。显然，早期ATM 系统可建立在 PDH 传输系统上，而SDH 系统会成为最终 ATM 系统的基本

26、传输系统之一。无帧结构传输系统，主要是指目前组成各种LAN 或 MAN ，用于计算机数据业务传送的系统。 与 SDH 和 PDH 方式不同，这种接口不是将一组信元装入帧结构中进行传输，而是从起始信元开始逐个地传输，因此，不含任何与时钟有关的周期性帧定位信号（例如周期125 s 帧定位信号）。依据使用方式可分成两种：用于LAN 和用于 WAN 。用于 LAN 的物理层接口包括：25.6 Mbit/s 接口。100 Mbit/s 接口，即 FDDI 物理媒介接口。 155.520 Mbit/s 接口，即光纤通道（ Fibre Channel）接口。51 Mbit/s 接口，这种接口也是用于 LAN

27、 。除了以上几种典型的 LAN 接口外，还有一类接口称为数据交换接口 （DataExchange Interface, DXI ）。这类接口也称为“ RVX ”接口，主要是指R 系列、 V系列和 X 系列接口，其中最常用的包括V.24(RS-232)、V.35、X.25 、RS422 以及高速串行接口（ High Speed Serial Interface, HSSI），在 ATM 早期应用中会采用这些传输系统资源，传送信元形式的信息。采用以上几种接口，简化了TC 子层的功能，省去了信元去耦以及传输帧码产生 /恢复等功能，比较适用于专用UNI 。用于 WAN 的物理层纯信元接口包括：155

28、Mbit/s 和 622 Mbit/s 两种。ITU T 正在着手制定其具体规范，目前尚无实用产品问世。这两种接口虽然采用与SDH 相同的线路速率，但由于直接采用信元形式传输，没有帧结构开销，提高了传输系统的利用率，降低了系统的成本，具有很大的发展前途。3、ATM 层技术(1) ATM 层的位置与功能 ATM 层所处的位置为了清楚地了解ATM 层在网络中的位置， 用图 2.3 来表示出 ATM 网络的分层模型。由图中可以看出，ATM 层在网络中处于第二层，在物理层之上利用物理层提供的传输通道；在ATM 适配层之下为 AAL 提供服务。 ATM 本身并未区分用户面与控制面， 对这个平面的信息的处

29、理方式是一致的。还可看出，不论是用户设备还是网络节点都具备ATM 层功能，但这两处ATM 层所处的相对位置有所区别。 用户设备中 ATM 层的上面同时具有用户面与控制面的AAL ，而网络节点的 ATM 层上仅有控制面的信令适配SAAL 。UPCPCPUPCP高层高层高层高层高层AALAALSAALAALAALATMATMATMPHYPHYPHY物理链路物理链路用户设备网络节点用户设备CP：控制面UP：用户面图 2.3ATM 网络分层模型ATM 层的功能用户设备与网络节点中 ATM 层的位置不同，所完成的功能有所区别，下面分别讨论。对于用户设备， ATMN 层来讲，它所完成的核心功能在于给 AT

30、M 层适配所形成的信息帧加上信元头，从而形成能够在 ATM 网中传送的信元。与此同时，通过分配与识别信元头中的 VPI 与 VCI 值完成信元的复接与分接功能。网络节点中的 ATM 层所完成的核心功能在于信元头的变换，通过变换信元头实质上完成了 VP 交换与 VC 交换的功能。4、ATM 适配层技术ATM 适配层（ ATM Adaptation Layer, AAL ）位于 ATM 层和高层之间，它在 ATM 网络中的地位十分重要。 ATM 网络要满足宽带业务的需求，使业务种类与信息转移方式、通信速率与通信网设备无关，保证网络传输的透明性和灵活恬，就要通过 AAL 完成适配功能，将用户业务与

31、ATM 层隔离，将不同特性的业务转化为相同格式的信元，实现真正的 ATM 功能。由此可见， AAL 层是为 ATM网络适应不同类型业务的特殊需要而设定的，不仅支持用户面的高层功能，还支持控制面（信令）和管理面（OAM ）的高层功能，以及ATM 网络与非 ATM 网络（ 64 kbit/s ISDN 、CATV 、LAN 及电话网等）的互通。全面分析各类业务的特性， 可以发现通过下面三个基本参数：基于源端和终端的定时关系、比特率、链接模式，就可对用户业务提供分类，不同的用户业务通过不同的 AAL 业务接入点（ Service Access Point SAP）进入 AAL 。ITU T 将 AA

32、L 业务分成四类，如表2.2 所示。 A 类业务是在源端和终端存在定时关系、恒定比特率且面向连接的，量典型的例子是经由ATM 传送的 DS 1/E-1 话音业务，有时将这种通过ATM 网络提供的业务称为线路仿真（CircuitEmulation）业务；此外还有未经压缩的视频信息。B 类业务也是在源端和终端具有定时关系且面向连接但其为可变比行变，例如采用压缩算法的视听业务。C 类业务没有定时关系、比特率可变且面向连接，例如帧中继和TCP/IP 业务。 D 类业务与 C 类业务相似但它是无连接的， 如高速（多兆位）数据交换业务（ SwitchedMultimegabit Data Service,

33、 SMDS）。表 2.2AAL 业务分类A 类B 类C 类D 类源与终端的需要需要不需要不需要定时关系比特率恒定可变可变可变连接模式面向连接面向连接面向连接无连接AAL功能在逻辑上可分成两个子层：分段和重组子层（Segmentation andReassembly, SAR）及会聚子层（ Convergence Sublayer, CS），如图 2.4。AAL-SAPA原语CSA原语LSAR原语ATM SAP图 2.4AAL 分层结构为了适配四类（ A 、B、C、D）用户业务， ITU T 定义了四类 ATM 适配功能第一类 AAL ：用于适配 A 类业务。 AAL1 的功能包括用户信息的分段

34、和重组，丢失和误插信元的处理， 信息到达延迟时间的处理， 以及在接收端恢复源端时钟频率。第二类 AAL ：用于适配 B 类业务，支持源端和终端具有定时关系可变比特率视听业务， AAL2 的功能与 AAL1 相似。第三 /四类 AAL ：用于适配 C/D 两类业务，支持面向连接和无连接的数据业务和信令。此类 AAL 由 AAL3/AAL4 合并，具有可变长度用户数据的分段和重组及误码处理等功能。第五类 AAL ：主要用于适配面向连接、 可变比特率的 C 类业务及 ATM 信令，类似于简化的 AAL3/4 。三、 ATM 交换技术1、ATM 交换的基本原理现代通信网中广泛使用的交换方式有两种：电路

35、交换方式和分组交换方式。电路交换方式包括传统电路交换、多速率电路交换、快速电路交换等， 分组交换方式包括帧交换、帧中继、快速分组交换等，如图 3.1。在综合业务环境下， 不同业务对网络的要求不同， 例如话音和数据业务对网络的要求在下述两个方面是不同的。 首先，话音业务要求端端时延必须在允许的一定范围内（通常 <50ms），而数据业务则可以容忍一定的时延，且对时延变化不如话音那么敏感；其次，话音业务的冗余量大，错几个比特，对话音质量不会有多大影响，但是数据业务则要求误码率极小。显然， 电路交换方式和分组交换方式都不能满足综合业务环境的使用要求。传统电路交换电路交换多速率电路交换快速电路交换

36、交换方式帧交换分组交换帧中继快速分组交换图 3.1通信网的交换方式分类ATM 交换技术是一种融合了电路交换方式和分组交换方式和分组交换方式优点而形成的新型交换技术。首先，简化了分组交换中许多通信规程，去掉了误码和流量控制，消除了在网络节点间传输的状态信息，采用硬件进行交换处理；其次，采用类似于电路交换的呼叫连接控制方式，在呼叫建立时，交换机为用户在发送端和接收端之间建立起虚通路，以上这些做法，提高了交换机的处理能力，增加了网路的吞吐量，保证了交换的实时性，减少了信元传输处理时延。另外，利用固定长度的短分组信元 （ Cell）传输信息，可以适应 1kbit/s几百 Mbit/s的各种业务，利用统

37、计复用技术，动态使用传输和交换资源， 带宽分配具有很大的灵活性，业务种类与复用设备和交换设备的类型无关。下面详细介绍 ATM 交换的原理。路由选择信息自选路由1 线路接口单元交换单元线路接口单元输入线路1接续1标签路由表10变换表101 10输出线路 10控制单元（在呼叫接续时设定路由选择信息）图 3.2 ATM 交换原理ATM 交换节点由输入、输出线路接口单元、交换单元和控制单元三大部分组成，如图 3.2。输入、输出线路接口单元除完成物理层线路功能和 ATM 层功能外，主要监视各个输入、 输出线路的业务量状态， 进行呼叫接续。 在每次呼叫时，根据输入接续路由表内容， 通过硬件将信头 VPI/

38、VCI 值转换成交换单元可识别的路由标签（信头翻译） ，经过交换单元后，根据输出标签变换表内容将路由标签转换成相应输出 VPI/VCI 。路由表的内容是在呼叫建立时，由控制单元根据信令或管理信息设定的。 交换单元根据路由标签选择交换路径， 由硬件自选路由完成交换过程。控制单元根据信令控制交换并完成一定的运行、维护管理功能。ATM 交换有两方面的功能：一是空间交换，即将信元从一条传输线转移到另一条传输线上去，又叫路由选择；另一个功能是时间交换， 即将信元从一个时隙改换到另一个时隙。由于ATM 的逻辑信道和时隙并没有固定关系，逻辑信道的身分是靠信头值来标识的，因此时间交换是靠信头翻译来完成的，上例

39、中，由输入线路 1 换到输出线路10 即是空间交换，而逻辑信道变成逻辑信道 则是时间交换。2、ATM 交换的缓冲排队方式分类及性能根据缓冲器位置可将缓站排队方式分成五类，（1）输入缓冲排队方式（2）输出缓冲方式（3）中央缓冲方式（4）输入 /输出缓冲方式（5）重环回缓冲方式其中，输出缓冲方式和中央缓冲方式由于吞吐率高，排队机时延小，易于实现点对多点通信，缓冲器利用率高等优点，成为多种交换机的优选方式。虽然它们对缓冲器的读 /取速率要求较高，但随着VLSI技术的进步及使用并行处理技术，可解决这一问题。因此，其重点在于解决复杂的缓冲器读/写控制逻辑问题。缓冲排队方式性能比较表吞吐率缓冲器利时延控制

40、规模存储器读 实现点到用率/写速度多点输入缓冲低较低时延大抖 仲裁逻辑大低困难（<60）动大较复杂输出缓冲高共享式较小简单共享式小 共享式较容易高专用式专用式大 高专用式较低较低中央缓冲高最高小复杂小最高较容易输入/输较高一般较小较复杂较小较低容易出缓冲重环回缓较高较高大较复杂较小较低容易冲3、ATM 交换结构的分类ATM 交换单元的核心是交换结构（Switch Fabric），大型交换机的交换单元一般由多个交换结构互连而成，小型交换机则可能由单个交换结构组成。根据具体使用的交换方式，交换结构可分为时分和空分两大类。见图3.3。交换结构时分方式空分方式共享缓冲共享媒介纵横棒BanyanD

41、alta重环问共享总线共享环图 3.3 ATM 交换结构分类4、ATM 交换机的组成ATM 交换机的功能结构，主要包括信元交换单元、控制单元和定时单元三大部分。（1）信元交换单元：由线路终端、交换接口和交换单元三部分组成。交换单元由前面介绍的交换结构组成， 完成入线和出线之间的信元交换； 交换接口完成交换单元入口处和出口处的处理功能，如信头（ VPI/VCI ）转换，路由标签的产生和删除以及用户业务的流量管理和信元的复接 /分接；线路终端主要负责传发媒介的接口适配，完成光电变换、速率适配等功能。（2）控制单元：可分为板级和系统级两级控制，主要功能有信令处理、资源管理、操作维护控制和外设控制等。

42、（3）定时单元：包括定时恢复和定时分配两部分。主要功能是从信源提取定时信号，产生定时和同步信号，以及分配定时和同步信号给交换机各个单元。四、 ATM 网络的信令技术信令技术在 ATM 网络中占有重要的地位。虚电路连接的建立、保持、释放等各阶段的控制都是由信令来完成的。由于ATM 网络要支持各种各样的业务，因此对信令提出了比以往的通信网更高的要求。ITU_T 为 ATM 信令发展制订了详细的计划。 这一计划分成三个阶段： 第一阶段提供支持恒定速率或峰值速率的面向连接业务的信令协议；第二阶段提供可变速率的面向连接业务的信令协议；第三阶段提供支持多媒体和分布式业务的信令协议。针对各阶段信令能力的要求

43、，信令规程可分成三个能力集，其中能力集1 的信令规范已基本完成，目前ITU_T 正在加紧制订能力集2 的信令规范。本书的介绍限于能力集1 的范围。%ò用户网络接口信令（1）呼叫 /连接控制规程ATM 网络的信令如何在用户 /网络接口上对一次呼叫请求建立相应的虚电路连接（包括VPC 与 VCC ），在通信过程中保持连接以及如何释放掉连接的处理过程。（2）呼叫 /连接控制规程的处理过程举例规程的处理过程中的消息流程可用图4.1 表示。主叫用户网 络被叫用户建立建立呼叫进展警戒警戒连接连接连接证实连接证实通信中释放释放释放完成释放完成图 4.1 呼叫 /连接控制规程的处理流程2、网络节点接

44、口信令（ 1）网络信令前一节中我们介绍的用户/网络接口信令用来控制用户与交换机之间的虚电路连接。如果主、被叫用户接在同一台ATM 交换机上，仅利用用户信令即可完成对他们之间通信过程的控制。但更多的情况是主、被叫用户分别接在不同的 ATM 节点交换机上，这样就需要有相应的信令功能在与主叫用户相接的交换机（以下简称发端交换机） 和与被叫相接的交换机 （终端交换机） 之间建立、维持、释放虚电路连接，这类信令称为 ATM 网络节点接口信令（简称网络信令） 。目前普通的程控数字电话网与 N_ISDN 的网络信令一般为七号信令系统， ATM 网络节点令及其传送机制也采用了类似的体系结构， 但有重大改变。

45、ITU_T 建议中称 B_ISDN 网络信令功能模块为 B_ISDN 用户部分（ BISUP），对其传送机制仍称为消息传送部分（ MTP ）。 BISUP 利用 MTP 所提供的服务， BISUP 与MTP 之间也是通过服务原语来交换信息，其原语包括 MTP_TRANSFER.request、MTPPAUSE.indication 、 MTP-RESUME.indication 、 MTP_STAUTS.indication 等几种。（2）基本呼叫控制规程连接建立规程：连接建立过程中的消息流程可用图4.2 来直观地表示。主叫发端交换机中间交换机终端交换机被叫建立IAMIAMACKIAM建立ACMACM进展警戒进展警戒连接应答应答连接图 4.2网络信令呼叫建立过程连接释放过程：不论是由主叫用户发起的连接释放还是由被叫用户发起的连接释放，其处理过程是完全