第4章分组交换技术154

1、第第4章章分组交换技术分组交换技术 提供语音业务的电话网采用电路交换技术，提供语音业务的电话网采用电路交换技术，而数据通信网采用分组交换技术。而数据通信网采用分组交换技术。 数据通信具有突发性强，对差错敏感，对数据通信具有突发性强，对差错敏感，对时延不敏感等业务特征。时延不敏感等业务特征。概述概述4.14.1分组交换原理分组交换原理4.24.2X.25X.25建议建议4.34.3帧中继技术帧中继技术4.44.4ATMATM交换技术交换技术4.54.5 分组交换产生于分组交换产生于20世纪世纪60年代，是继电年代，是继电路交换和报文交换之后出现的、针对数据路交换和报文交换之后出现的、针对数据通信

2、的特点而开发的一种信息交换技术。通信的特点而开发的一种信息交换技术。 在数据通信中，分组交换比电路交换具在数据通信中，分组交换比电路交换具有更高的效率，可以在多个用户之间实现有更高的效率，可以在多个用户之间实现资源共享；同时，分组交换比报文交换的资源共享；同时，分组交换比报文交换的传输时延小。传输时延小。 因此，分组交换是一种理想的数据交换因此，分组交换是一种理想的数据交换方式。方式。 X.25定义的数据终端设备（定义的数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment）和数据电路终接设）和数据电路终接设备（备（DCE，Data Circuit-terminating Equ

3、ipment）之间的接口，曾经是广泛使）之间的接口，曾经是广泛使用的分组网协议。用的分组网协议。 随着电信网向宽带化、综合化和智能化随着电信网向宽带化、综合化和智能化发展，相继出现了一些分组交换的改进技发展，相继出现了一些分组交换的改进技术，如帧中继、术，如帧中继、ATM交换等。交换等。 数据通信采用分组交换而不是电路交换数据通信采用分组交换而不是电路交换或报文交换，主要基于以下原因：或报文交换，主要基于以下原因：（1）数据业务具有很强的突发性，）数据业务具有很强的突发性，采用电路交换，信道利用率太低；采采用电路交换，信道利用率太低；采用报文交换方式，时延又较长，不适用报文交换方式，时延又较长

4、，不适于实时交互型业务。于实时交互型业务。（2）电路交换只支持固定速率的数）电路交换只支持固定速率的数据传输，要求收发双方严格同步，不据传输，要求收发双方严格同步，不适应数据通信网中终端间异步、可变适应数据通信网中终端间异步、可变速率的通信要求。速率的通信要求。（3）话音通信对时延敏感，对差错）话音通信对时延敏感，对差错不敏感，而数据通信对一定的时延可不敏感，而数据通信对一定的时延可以忍受，但关键数据的一个比特错误以忍受，但关键数据的一个比特错误都可能造成灾难性后果。都可能造成灾难性后果。 分组交换的基本思想是把用户需要传送分组交换的基本思想是把用户需要传送的信息分成若干个较小的数据块，即分的

5、信息分成若干个较小的数据块，即分组（组（Packet）。）。 这些分组长度较短，并且具有统一的格这些分组长度较短，并且具有统一的格式，每个分组包含用于控制和选路作用式，每个分组包含用于控制和选路作用的分组头。的分组头。l采用分组交换的通信网称为分组交换网。采用分组交换的通信网称为分组交换网。 这些分组以这些分组以“存储转发存储转发”的方式在网络的方式在网络中传输。中传输。 即每个节点首先对收到的分组进行暂存，即每个节点首先对收到的分组进行暂存，检测分组在传输中有无差错，分析分组头检测分组在传输中有无差错，分析分组头中的选路信息，进行路由选择，并在选择中的选路信息，进行路由选择，并在选择的路由上

6、进行排队，等到信道有空闲时才的路由上进行排队，等到信道有空闲时才向下一个节点或目的终端转发。向下一个节点或目的终端转发。 分组交换的技术特点归纳如下：分组交换的技术特点归纳如下：（1）统计复用。）统计复用。（2）存储转发。）存储转发。（3）差错和流量控制。）差错和流量控制。 在数字通信中，为了提高通信线路的利在数字通信中，为了提高通信线路的利用率，采用时分复用技术进行信息传送。用率，采用时分复用技术进行信息传送。 时分复用分为同步时分复用和统计时分时分复用分为同步时分复用和统计时分复用。复用。 分组交换采用统计时分复用技术，它在分组交换采用统计时分复用技术，它在给用户分配线路资源时，不像同步时

7、分复给用户分配线路资源时，不像同步时分复用那样固定分配带宽，而是按需动态分配。用那样固定分配带宽，而是按需动态分配。 即只在用户有数据传送时才给它分配资即只在用户有数据传送时才给它分配资源，因此线路利用率较高。源，因此线路利用率较高。图图4-1 统计时分复用示意图统计时分复用示意图 在统计时分复用中，对各个用户的数据在统计时分复用中，对各个用户的数据信息应该如何区分呢？通常使用标记进行信息应该如何区分呢？通常使用标记进行区分。区分。 这样，在一条共享的物理线路上，就形这样，在一条共享的物理线路上，就形成了逻辑上分离的多条信道。成了逻辑上分离的多条信道。 如图如图4-2所示，在高速复用线上形成了

8、分所示，在高速复用线上形成了分别为三个用户传输信息的子信道，这种子别为三个用户传输信息的子信道，这种子信道称为逻辑信道，用逻辑信道号（信道称为逻辑信道，用逻辑信道号（LCN，Logical Channel Number）标识。）标识。 逻辑信道号由逻辑信道群号及群内逻辑逻辑信道号由逻辑信道群号及群内逻辑信道号组成，二者统称为逻辑信道号信道号组成，二者统称为逻辑信道号LCN。图图4-2 逻辑信道划分示意图逻辑信道划分示意图 逻辑信道具有如下特点：逻辑信道具有如下特点：（1）由于分组交换采用统计复用方）由于分组交换采用统计复用方式，因此终端每次呼叫时，需要根据式，因此终端每次呼叫时，需要根据当时的

9、资源情况分配当时的资源情况分配LCN。 （2）逻辑信道号是在用户至交换机）逻辑信道号是在用户至交换机的用户线或交换机之间的中继线上分的用户线或交换机之间的中继线上分配的，用于代表子信道的一种编号资配的，用于代表子信道的一种编号资源，每条线路上逻辑信道号的分配是源，每条线路上逻辑信道号的分配是独立的。独立的。 （3）逻辑信道号是一种客观存在。）逻辑信道号是一种客观存在。 分组交换网采用两种工作方式向用户提分组交换网采用两种工作方式向用户提供信息传送服务，一种是虚电路，另一种供信息传送服务，一种是虚电路，另一种是数据报。是数据报。 所谓虚电路方式，就是在用户数据传输所谓虚电路方式，就是在用户数据传

10、输前先通过发送呼叫请求分组建立端到端的前先通过发送呼叫请求分组建立端到端的虚电路；一旦虚电路建立，属于同一呼叫虚电路；一旦虚电路建立，属于同一呼叫的数据分组均沿着这一虚电路传送；最后的数据分组均沿着这一虚电路传送；最后通过呼叫清除分组来拆除虚电路。通过呼叫清除分组来拆除虚电路。 在这种方式中，用户的通信过程需要经过在这种方式中，用户的通信过程需要经过连接建立、数据传输、连接拆除三个阶段。连接建立、数据传输、连接拆除三个阶段。 因此，虚电路提供的是面向连接服务。因此，虚电路提供的是面向连接服务。图图4-3 虚电路工作方式虚电路工作方式 虚电路服务具有如下特征：虚电路服务具有如下特征：（1）虚电路

11、的路由选择仅仅发生在）虚电路的路由选择仅仅发生在虚电路建立时，此过程称为虚呼叫；虚电路建立时，此过程称为虚呼叫；在后续的数据传输过程中，路由不再在后续的数据传输过程中，路由不再改变，因此可以减少节点不必要的控改变，因此可以减少节点不必要的控制和处理开销。制和处理开销。（2）由于属于同一呼叫的所有分组）由于属于同一呼叫的所有分组经由同一路径，这些分组将按原有顺经由同一路径，这些分组将按原有顺序到达目的地，终端不需要重新排序，序到达目的地，终端不需要重新排序，因此分组的传输时延较小。因此分组的传输时延较小。（3）虚电路建立以后，每个分组头）虚电路建立以后，每个分组头中不再需要包含详细的目的地址，而

12、中不再需要包含详细的目的地址，而只需逻辑信道号就可以区分各虚电路只需逻辑信道号就可以区分各虚电路的信息，减少了每个分组的额外开销。的信息，减少了每个分组的额外开销。（4）虚电路是由多段逻辑信道级联）虚电路是由多段逻辑信道级联而成的，虚电路在它经过的每段线路而成的，虚电路在它经过的每段线路上都有一个逻辑信道号，这些信道号上都有一个逻辑信道号，这些信道号级联便构成了端到端的虚电路。级联便构成了端到端的虚电路。 因此，逻辑信道是基于段来划分的，而因此，逻辑信道是基于段来划分的，而虚电路则是端到端的。虚电路则是端到端的。（5）虚电路的缺点是当网络中线路）虚电路的缺点是当网络中线路或设备发生故障时，可能

13、导致虚电路或设备发生故障时，可能导致虚电路中断，必须重新建立连接才能恢复数中断，必须重新建立连接才能恢复数据传输。据传输。（6）虚电路适用于连接建立后长时）虚电路适用于连接建立后长时间传输数据的应用，其持续时间应显间传输数据的应用，其持续时间应显著大于呼叫建立时间，如文件传送、著大于呼叫建立时间，如文件传送、传真等。传真等。 否则传输效率较低，虚电路的优势无法得否则传输效率较低，虚电路的优势无法得到体现。到体现。 虚电路分为交换虚电路（虚电路分为交换虚电路（SVC，Switched Virtual Circuit）和永久虚电路（）和永久虚电路（PVC，Permanent Virtual Cir

14、cuit）两种。）两种。 图图4-4 数据报工作方式数据报工作方式 数据报服务具有如下特点：数据报服务具有如下特点：（1）用户之间的通信不需要连接建）用户之间的通信不需要连接建立和拆除过程，就可以直接传输数据，立和拆除过程，就可以直接传输数据，因此对于短报文通信效率较高。因此对于短报文通信效率较高。（2）网络节点根据分组地址信息自）网络节点根据分组地址信息自由地选路，可以避开网络中的拥塞路由地选路，可以避开网络中的拥塞路段或节点，因此网络的健壮性较好。段或节点，因此网络的健壮性较好。对于分组的传送比虚电路更为可靠，对于分组的传送比虚电路更为可靠，如果一个节点出现故障，分组可以通如果一个节点出现

15、故障，分组可以通过其他路由传送。过其他路由传送。（3）缺点是分组到达与发送顺序不一）缺点是分组到达与发送顺序不一定一致，终点需要重新排队；并且每定一致，终点需要重新排队；并且每个分组的分组头要包含详细的目的地个分组的分组头要包含详细的目的地址，因此分组和节点的处理开销较大。址，因此分组和节点的处理开销较大。（4）数据报适用于短报文的数据通信，）数据报适用于短报文的数据通信，如询问如询问/响应型业务等。响应型业务等。1路由选择时需要考虑：路由选择时需要考虑：（1）路由选择准则。）路由选择准则。（2）路由选择协议。）路由选择协议。（3）路由选择算法。）路由选择算法。 （1）固定型算法。）固定型算法

16、。 洪泛法洪泛法 随机路由选择随机路由选择 固定路由表算法固定路由表算法 图图4-5 固定路由表算法示例固定路由表算法示例 表表4-1所示为网络控制中心计算得到的全所示为网络控制中心计算得到的全网的路由表。网的路由表。 该表列出了所有节点到各个目的节点所该表列出了所有节点到各个目的节点所确定的路由。确定的路由。 实际上，对于每一个节点仅需存储其中实际上，对于每一个节点仅需存储其中相应的一列即可。相应的一列即可。 故障。故障。 拥塞。拥塞。 到目前为止，自适应路由选择策略使用最到目前为止，自适应路由选择策略使用最为普遍，其原因如下：为普遍，其原因如下： 从用户的角度来看，自适应路由选择策从用户的

17、角度来看，自适应路由选择策略能够提高网络性能。略能够提高网络性能。 自适应路由选择有助于平衡负荷，因而自适应路由选择有助于平衡负荷，因而有利于拥塞控制，能够延迟严重拥塞的发生。有利于拥塞控制，能够延迟严重拥塞的发生。（3）最短路径算法。）最短路径算法。 流量控制与拥塞控制是分组交换网必须流量控制与拥塞控制是分组交换网必须具备的功能特性。具备的功能特性。1流量控制的作用流量控制的作用（1）防止由于网络和用户过载而导）防止由于网络和用户过载而导致网络吞吐量下降和传输时延增加。致网络吞吐量下降和传输时延增加。图图4-6 分组吞吐量、时延与输入负荷的关系分组吞吐量、时延与输入负荷的关系（2）避免网络死

18、锁。）避免网络死锁。（3）网络及用户之间的速率匹配。）网络及用户之间的速率匹配。 如图如图4-7所示，流量控制分为：段级、沿所示，流量控制分为：段级、沿到沿级、接入级和端到端级。到沿级、接入级和端到端级。图图4-7 分级流量控制机制分级流量控制机制（1）滑动窗口机制。）滑动窗口机制。 （2）缓冲区预约方式。）缓冲区预约方式。 （3）许可证法。）许可证法。 （1）从拥塞节点向一些或所有的源）从拥塞节点向一些或所有的源节点发送控制分组。节点发送控制分组。（2）根据路由选择信息调整新分组）根据路由选择信息调整新分组的产生速率。的产生速率。（3）利用端到端的探测分组来控制）利用端到端的探测分组来控制拥

19、塞。拥塞。 （4）允许节点在分组经过时添加拥）允许节点在分组经过时添加拥塞指示信息。塞指示信息。 X.25是是ITU-T（CCITT）早在）早在1976年就制年就制定出的一个著名协议标准。定出的一个著名协议标准。 它是一个公用分组交换网的接口规范，在它是一个公用分组交换网的接口规范，在推动分组交换网的发展中做出了很大的贡献。推动分组交换网的发展中做出了很大的贡献。 由于现在已经有了性能更好的数据网络，由于现在已经有了性能更好的数据网络，X.25的应用已经很有限，因此本节只对的应用已经很有限，因此本节只对X.25建议做简单的介绍。建议做简单的介绍。 根据根据ITU-T给出的定义，给出的定义，X.

20、25是数据终端是数据终端设备（设备（DTE）和数据电路终接设备（）和数据电路终接设备（DCE）之间的接口，为公用数据网络在分组模式之间的接口，为公用数据网络在分组模式下提供终端操作。下提供终端操作。 因此，因此，X.25建议只是定义了网络与终端建议只是定义了网络与终端的接口应遵循的标准。的接口应遵循的标准。 X.25是在传输线路质量较差、终端智能较是在传输线路质量较差、终端智能较低、对通信速率要求不高的历史背景下，由低、对通信速率要求不高的历史背景下，由ITU-T的前身的前身CCITT按照电信级标准制定的，按照电信级标准制定的，含有复杂的差错控制和流量控制机制，只能含有复杂的差错控制和流量控制

21、机制，只能提供中低速率的数据通信业务，主要用于广提供中低速率的数据通信业务，主要用于广域互连。域互连。图图4-8 X.25的分层协议结构的分层协议结构 X.25的链路层采用高级数据链路控制规程的链路层采用高级数据链路控制规程（HDLC）的子集）的子集平衡型接入协议平衡型接入协议（LAPB），而），而LAPB采用的是采用的是HDLC的帧的帧结构。结构。图图4-9 LABP帧结构帧结构（1）标志（）标志（F）。）。 （2）地址字段（）地址字段（A）。）。 （3）控制字段（）控制字段（C）。）。 信息帧信息帧I（Information frame） 监控帧监控帧S（Supervisory frame

22、） 无编号帧无编号帧U（Unnumbered frame）（4）信息字段（）信息字段（I）。）。 （5）帧校验序列（）帧校验序列（FCS，Frame Check Sequence）。）。 （1）链路建立。）链路建立。 图图4-10 数据链路操作的三个阶段数据链路操作的三个阶段（2）信息传输。）信息传输。 （3）链路断开过程。）链路断开过程。 （4）链路恢复。）链路恢复。 X.25的分组层利用链路层提供的服务在的分组层利用链路层提供的服务在DTE-DCE接口上交换分组。接口上交换分组。 它将一条数据链路按统计时分复用的方它将一条数据链路按统计时分复用的方式划分为许多个逻辑信道，允许多个终端式划分

23、为许多个逻辑信道，允许多个终端同时使用高速的数据信道，以充分利用逻同时使用高速的数据信道，以充分利用逻辑链路的传输能力和交换机资源，实现通辑链路的传输能力和交换机资源，实现通信能力和资源的按需分配。信能力和资源的按需分配。 分组层的功能如下。分组层的功能如下。（1）在）在X.25接口为每个用户呼叫提接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道，并通过逻辑信道号供一个逻辑信道，并通过逻辑信道号（LCN）区分与每个用户呼叫有关的）区分与每个用户呼叫有关的分组。分组。（2）为每个用户的呼叫连接提供有）为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号、分组效的分组传输，包括顺序编号、分组的确认和流量控制。的

24、确认和流量控制。（3）支持交换虚电路（）支持交换虚电路（SVC）和永）和永久虚电路（久虚电路（PVC），提供建立和清除），提供建立和清除连接的方法。连接的方法。（4）监测和恢复分组层的差错。）监测和恢复分组层的差错。 X.25分组层定义了分组的类型和功能。分组层定义了分组的类型和功能。 分组格式如图分组格式如图4-11所示，它由分组头和数所示，它由分组头和数据两部分组成。据两部分组成。 图图4-11 分组单元格式分组单元格式 各部分定义如下。各部分定义如下。（1）通用格式标识符（）通用格式标识符（GFI）。）。 （2）逻辑信道群号（）逻辑信道群号（LCGN）和逻）和逻辑信道号（辑信道号（LCN

25、）。）。 （3）分组类型识别符。）分组类型识别符。 （1）SVC呼叫建立过程。呼叫建立过程。 图图4-12 呼叫建立过程呼叫建立过程 图图4-13 呼叫请求分组格式呼叫请求分组格式图图4-14 分组类型识别符分组类型识别符图图4-15 呼叫清除过程呼叫清除过程 4.4.1 帧中继基本概念帧中继基本概念 20世纪世纪80年代以来，数字通信、光纤通年代以来，数字通信、光纤通信及计算机技术取得了飞速的发展，计算信及计算机技术取得了飞速的发展，计算机终端的智能化和处理能力不断提高，使机终端的智能化和处理能力不断提高，使得终端系统完全有能力完成部分原来由分得终端系统完全有能力完成部分原来由分组网节点所完

26、成的功能。组网节点所完成的功能。 例如，端系统可以进行差错纠正等。例如，端系统可以进行差错纠正等。 此外，高性能光纤传输系统的大量使用，此外，高性能光纤传输系统的大量使用，使得传输质量有了极大的提高，从而可以使得传输质量有了极大的提高，从而可以把差错纠正放到端系统去实现，以提高节把差错纠正放到端系统去实现，以提高节点的转发效率。点的转发效率。 因此，人们提出了新的快速分组交换技因此，人们提出了新的快速分组交换技术术帧中继。帧中继。 帧中继的设计思想非常简单，将帧中继的设计思想非常简单，将X.25协协议在每段链路上执行的差错控制推到网络议在每段链路上执行的差错控制推到网络边缘的终端去完成，网络只

27、进行差错检查，边缘的终端去完成，网络只进行差错检查，从而简化了节点间的处理，以获得高速的从而简化了节点间的处理，以获得高速的转发。转发。 帧中继具有如下技术特点。帧中继具有如下技术特点。图图4-16 X.25与帧中继协议功能比较与帧中继协议功能比较图图4-17 帧中继用户网络接口协议结构帧中继用户网络接口协议结构 与与X.25相比，帧中继只使用物理层和数据相比，帧中继只使用物理层和数据链路层的部分功能。链路层的部分功能。 如图如图4-18所示，采用所示，采用TDM技术的电路交换技术的电路交换仅完成物理层功能，而仅完成物理层功能，而X.25完成下三层的完成下三层的所有功能，帧中继仅完成下两层核心

28、功能。所有功能，帧中继仅完成下两层核心功能。图图4-18 帧中继与其他协议参考模型的比较帧中继与其他协议参考模型的比较 图图4-19 帧中继的帧结构帧中继的帧结构（1）标志字段（）标志字段（F）（2）地址字段（）地址字段（A）（3）信息字段（）信息字段（I）（4）帧校验序列（）帧校验序列（FCS）字段）字段 图图4-20 帧中继地址字段格式帧中继地址字段格式（1）数据链路核心协议。）数据链路核心协议。 （2）呼叫控制协议。）呼叫控制协议。 （3）本地管理协议（）本地管理协议（LMI，Local Management Information）。）。 实际的帧中继网是一个虚电路网络，提供面实际的帧

29、中继网是一个虚电路网络，提供面向连接服务，不提供无连接服务。向连接服务，不提供无连接服务。 所以它不使用物理地址来定义终端（所以它不使用物理地址来定义终端（DTE）。）。 像其他虚电路网络一样，使用虚电路标识符。像其他虚电路网络一样，使用虚电路标识符。 帧中继的虚电路标识符是在数据链路层操作帧中继的虚电路标识符是在数据链路层操作的，而在的，而在X.25中虚电路是在网络层（分组层）中虚电路是在网络层（分组层）操作的。操作的。 帧中继的虚电路是用帧中继的虚电路是用DLCI来定义的。来定义的。 当网络建立一条虚电路时，就给当网络建立一条虚电路时，就给DTE一一个个DLCI编号，该编号可用于访问远端的

30、编号，该编号可用于访问远端的DTE。 本地本地DTE用这个用这个DLCI发送帧到远端的发送帧到远端的DTE。 帧中继网中，由多段帧中继网中，由多段DLCI的级联构成端的级联构成端到端的虚电路，可分为交换虚电路（到端的虚电路，可分为交换虚电路（SVC）和永久虚电路（和永久虚电路（PVC）。）。 由于标准的成熟程度、用户需求和产品由于标准的成熟程度、用户需求和产品情况等原因，目前只提供永久虚电路服务。情况等原因，目前只提供永久虚电路服务。图图4-22 PVC虚电路及其虚电路及其DLCI图图4-23 帧中继帧中继PVC标识标识图图4-24 网络内部的网络内部的DLCI图图4-25 帧中继交换示意图帧

31、中继交换示意图 由于帧中继网络没有流量控制措施，当由于帧中继网络没有流量控制措施，当输入的数据业务流量超过网络负荷时，网输入的数据业务流量超过网络负荷时，网络中的某些节点可能会发生拥塞，造成大络中的某些节点可能会发生拥塞，造成大量用户信息得不到及时处理而被丢失，网量用户信息得不到及时处理而被丢失，网络吞吐量下降，用户信息传送时延加长。络吞吐量下降，用户信息传送时延加长。 因此，对帧中继网络进行带宽和拥塞管因此，对帧中继网络进行带宽和拥塞管理是十分必要的。理是十分必要的。 带宽管理是指网络对流入的用户数据进带宽管理是指网络对流入的用户数据进行监控，以保证带宽资源在用户间的合理行监控，以保证带宽资

32、源在用户间的合理分配。分配。 帧中继为了简化协议，提高节点的处理帧中继为了简化协议，提高节点的处理和转发速度，将流量控制和差错控制交由和转发速度，将流量控制和差错控制交由终端完成。终端完成。 但这样可能使网络出现拥塞，因此要采但这样可能使网络出现拥塞，因此要采取措施尽量减少拥塞的出现。取措施尽量减少拥塞的出现。（1）拥塞回避。）拥塞回避。 （2）丢弃。）丢弃。 1986年国际电联提出了宽带综合业务数年国际电联提出了宽带综合业务数字网（字网（B-ISDN）的概念，）的概念，B-ISDN的目标的目标是以一个综合、通用的网络来承载全部现是以一个综合、通用的网络来承载全部现有的和将来可能出现的业务。有

33、的和将来可能出现的业务。 为此需要开发新的信息传递技术，以适为此需要开发新的信息传递技术，以适应应B-ISDN业务范围大、通信过程中比特率业务范围大、通信过程中比特率可变的要求。可变的要求。 人们在研究、分析了电路交换和分组交人们在研究、分析了电路交换和分组交换技术之后，认为快速分组交换是唯一可换技术之后，认为快速分组交换是唯一可行的技术。行的技术。 1988年，国际电联正式把这种技术命名年，国际电联正式把这种技术命名为异步转移模式（为异步转移模式（ATM），并推荐其作为），并推荐其作为未来宽带网络的信息传送模式。未来宽带网络的信息传送模式。 ATM技术具有以下特点：技术具有以下特点：（1）A

34、TM是一种统计复用技术，它是一种统计复用技术，它将一条物理信道划分为多个具有不同将一条物理信道划分为多个具有不同传输特性的虚电路提供给用户，可实传输特性的虚电路提供给用户，可实现网络资源的按需分配。现网络资源的按需分配。（2）ATM利用硬件实现固定长度分利用硬件实现固定长度分组（信元）的快速交换，时延小、实组（信元）的快速交换，时延小、实时性好，能够满足多媒体业务传输的时性好，能够满足多媒体业务传输的要求。要求。 ATM通过定义不同的通过定义不同的ATM适配层（适配层（AAL，ATM Adaptation Layer）来满足不同业务）来满足不同业务对传输性能的要求。对传输性能的要求。 所有数据

35、，包括用户数据、信令和网管所有数据，包括用户数据、信令和网管数据都通过虚连接进行传输。数据都通过虚连接进行传输。 ATM是一种高速分组传送模式，它综合是一种高速分组传送模式，它综合了电路交换和分组交换的优势。了电路交换和分组交换的优势。 在在ATM网络中，话音、数据、图像和视频网络中，话音、数据、图像和视频等信息被分解成长度固定的信元（等信息被分解成长度固定的信元（Cell），），来自不同用户的信元以异步时分复用的方式来自不同用户的信元以异步时分复用的方式汇集在一起，在网络节点缓冲器内排队，然汇集在一起，在网络节点缓冲器内排队，然后按先进先出或其他仲裁原则逐个传送到线后按先进先出或其他仲裁原则

36、逐个传送到线路上，形成首尾相接的信元流。路上，形成首尾相接的信元流。 网络节点根据每个信元所带的虚通路标网络节点根据每个信元所带的虚通路标识符识符/虚信道标识符（虚信道标识符（VPI/VCI），选择输），选择输出端口，转发信元。出端口，转发信元。 由于信元长度固定，节点队列管理简单，由于信元长度固定，节点队列管理简单，转发部件可采用硬件实现，因此信元的转转发部件可采用硬件实现，因此信元的转发速度快，时延小。发速度快，时延小。 信元是信元是ATM特有的分组单元，话音、数特有的分组单元，话音、数据和视频等各种不同类型的数字信息均可据和视频等各种不同类型的数字信息均可被分割成长度相等的信元。被分割成

37、长度相等的信元。 ATM信元长度为信元长度为53B，分为两个部分：，分为两个部分：5B的信头包含表征信元去向的逻辑地址、的信头包含表征信元去向的逻辑地址、优先级等控制信息；优先级等控制信息；48B的信息段用于装的信息段用于装载来自不同用户、不同业务的信息。载来自不同用户、不同业务的信息。图图4-27 ATM信元格式信元格式 信元中各字段的含义和作用说明如下：信元中各字段的含义和作用说明如下：（1）一般流量控制（）一般流量控制（GFC）：仅用）：仅用于于UNI，其功能是控制用户接入网络，其功能是控制用户接入网络的业务流量，以避免网络拥塞。的业务流量，以避免网络拥塞。（2）虚通路标识符（）虚通路标

38、识符（VPI）和虚信）和虚信道标识符（道标识符（VCI）：虚通路（）：虚通路（VP）和）和虚信道（虚信道（VC）是虚电路的两种形式；）是虚电路的两种形式；VPI和和VCI是它们的编号，也就是一是它们的编号，也就是一种标记或标签，主要用于路由选择和种标记或标签，主要用于路由选择和资源管理等。资源管理等。（3）净荷类型指示（）净荷类型指示（PTI）：包括用）：包括用户信息和业务适配信息，也可用于区户信息和业务适配信息，也可用于区分信元净荷是用户数据或管理信息。分信元净荷是用户数据或管理信息。（4）信元丢失优先级（）信元丢失优先级（CLP）：在网）：在网络拥塞时，决定丢弃信元的先后次序。络拥塞时，决

39、定丢弃信元的先后次序。（5）信头差错控制（）信头差错控制（HEC）：用于）：用于针对信元头的差错检测，并起信元定针对信元头的差错检测，并起信元定界作用。界作用。（6）净荷（）净荷（Payload）：用于装载用）：用于装载用户信息或数据。户信息或数据。 ATM采用面向连接方式，为了提供端到端采用面向连接方式，为了提供端到端的信息传送能力，的信息传送能力，ATM在在UNI接口之间建立接口之间建立虚连接，并在整个呼叫期间保持虚连接。虚连接，并在整个呼叫期间保持虚连接。 为了适应不同应用和管理的需要，为了适应不同应用和管理的需要，ATM在两个等级上建立虚连接，即虚信道（在两个等级上建立虚连接，即虚信道

40、（VC，Virtual Channel）级和虚通路（）级和虚通路（VP，Virtual Path）级。）级。（1）VC和和VCC。（2）VP和和VPC。图图4-28 传输线路、传输线路、VP和和VC之间的关系之间的关系（1）VC交换。交换。 图图4-30 VC交换过程交换过程图图4-31 VP交换过程交换过程 ATM网络基于面向连接方式提供端到端的网络基于面向连接方式提供端到端的通信服务。通信服务。 用户在进入正式通信前，首先要通过呼叫用户在进入正式通信前，首先要通过呼叫建立连接。连接建立后，网络按确定的路径建立连接。连接建立后，网络按确定的路径顺序转移所服务的信元。其通信过程如下。顺序转移所

41、服务的信元。其通信过程如下。图图4-32 ATM网络端点间的连接网络端点间的连接（2）信元定序和选路。）信元定序和选路。 图图4-34 ATM参考模型子层及其功能参考模型子层及其功能 ATM协议参考模型和协议参考模型和OSI七层协议参考七层协议参考模型没有严格的对应关系，但其大致的对模型没有严格的对应关系，但其大致的对应关系可理解为以下几点。应关系可理解为以下几点。（1）ATM物理层等效于物理层等效于OSI参考模参考模型的第一层，主要完成比特级的功能。型的第一层，主要完成比特级的功能。（2）ATM层和层和OSI参考模型第二层参考模型第二层下边界的功能相适应，完成成帧功能。下边界的功能相适应，完

42、成成帧功能。（3）ATM适配层（适配层（AAL）执行高层）执行高层的适配，将信令和用户信息转换成固的适配，将信令和用户信息转换成固定长度的定长度的ATM信元。信元。 物理层利用传输线路的比特流传送功能物理层利用传输线路的比特流传送功能实现实现ATM的信元传送，并确保传送连续的的信元传送，并确保传送连续的ATM信元时不错序。信元时不错序。 物理层由两个子层组成，分别是物理媒物理层由两个子层组成，分别是物理媒体子层（体子层（PMD，Physical Media）和传输）和传输汇聚子层（汇聚子层（TC，Transmmission Convergence）。）。（1）PMD子层。子层。PMD支持与物理

43、媒体有关的比特功能。支持与物理媒体有关的比特功能。 （2）TC子层。子层。TC完成完成ATM信元流与物理媒体传输比特信元流与物理媒体传输比特流的转换功能。流的转换功能。 信头差错控制（信头差错控制（HEC）。）。 信元定界（信元定界（Cell Delimitation）。）。 信元速率解耦。信元速率解耦。 扰码（扰码（Scrambling）。）。 ATM层和用于传送层和用于传送ATM信元的物理媒体信元的物理媒体完全无关，它利用物理层提供的信元（完全无关，它利用物理层提供的信元（53B）传送功能，向上提供传送功能，向上提供ATM业务数据单元业务数据单元（48B）的传送能力。）的传送能力。 ATM

44、业务数据单元是任意业务数据单元是任意48B的数据块，的数据块，它在它在ATM层中被封装到信元的负载区。层中被封装到信元的负载区。 从原理上说，从原理上说，ATM层本身处理的协议控层本身处理的协议控制信息是制信息是5B长的信头；但是实际上为了提长的信头；但是实际上为了提高协议处理速度和降低协议开销，在物理高协议处理速度和降低协议开销，在物理层和层和AAL层都使用了信元头部的某些域。层都使用了信元头部的某些域。 在传送多个业务数据单元时，传送过程在传送多个业务数据单元时，传送过程能够确保数据单元的顺序不会紊乱。能够确保数据单元的顺序不会紊乱。 ATM层与上、下层之间的关系如图层与上、下层之间的关系

45、如图4-35所示。所示。图图4-35 ATM协议各层之间的映射关系协议各层之间的映射关系 ATM层的主要功能如下。层的主要功能如下。（1）将不同连接的信元复用在一条）将不同连接的信元复用在一条物理通路上，并向物理层送出单一形物理通路上，并向物理层送出单一形式的信元流，及其逆过程。式的信元流，及其逆过程。（2）信元标识（）信元标识（VPI/VCI）的翻译）的翻译变换，以达到变换，以达到ATM交换或交叉连接交换或交叉连接功能。功能。（3）通过）通过CLP来区分不同来区分不同QoS的信元。的信元。（4）发生拥塞时在用户信元头中增加）发生拥塞时在用户信元头中增加拥塞指示。拥塞指示。（5）将）将AAL递

46、交的递交的SDU增加信元头，增加信元头，并在逆向提取信元头。并在逆向提取信元头。（6）在）在UNI上实施一般流量控制。上实施一般流量控制。 ATM层提供的只是一般意义的信元传送层提供的只是一般意义的信元传送能力，为了使能力，为了使ATM能够承载不同业务，并能够承载不同业务，并具有端到端的差错控制功能，在具有端到端的差错控制功能，在ATM系统系统中增加了业务适配层（中增加了业务适配层（AAL层）。层）。 AAL层实际上是增强层实际上是增强ATM的数据传输能的数据传输能力，以适应各种通信业务的要求。力，以适应各种通信业务的要求。 AAL层分成两个子层：分段重装子层层分成两个子层：分段重装子层（SAR，Segment And Reassemble）和汇）和汇聚子层（聚子层（CS，Convergence Sub-layer）。）。的适配。的适配。 分段重装子层（分段重装子层（SAR）实现）实现CS协议数据协议数据单元与信元负载格式之间的适配。单元与信元负载格式之间的适配。 CS的基本功能是进行端到端的差错控制的基本功能