现代交换技术第4章分组交换技术

第4章分组交换技术•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。•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。•由于这些特点，为了提高资源利用率，数据通信采用分组交换技术。•随着分组交换技术的发展，改进的帧中继和ATM技术不仅可以完成数据通信，而且可以完成话音和视频通信。•下一代网络主要采用基于分组传送的包交换技术。•本章首先分析数据通信的特点，然后介绍分组交换原理，最后介绍几种主要的分组交换技术（X.25、帧中继和ATM）。•原则上，IP交换也属于分组交换范畴，鉴于IP技术应用的广泛性，本书在第七章单独介绍。概述4.1分组交换原理4.2X.25建议4.3帧中继技术4.4ATM交换技术4.54.1概述•分组交换产生于20世纪60年代，是继电路交换和报文交换之后出现的、针对数据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传输时延小。•因此，分组交换是一种理想的数据交换方式。•X.25定义的数据终端设备（DTE，DataTerminalEquipment）和数据电路终接设备（DCE，DataCircuit-terminatingEquipment）之间的接口，曾经是广泛使用的分组网协议。•目前，传统的分组交换技术显得有些过时，但毋庸置疑的是，经典的分组交换是后来发展的各种数据交换技术的基础，因此掌握分组交换的原理和技术对理解其他数据交换技术十分重要。•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术，如帧中继、ATM交换等。•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：（1）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；采用报文交换方式，时延又较长，不适于实时交互型业务。（2）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，不适应数据通信网中终端间异步、可变速率的通信要求。（3）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。4.2分组交换原理•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，即分组（Packet）。•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的分组头。•这些分组以“存储转发”的方式在网络中传输。•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，分析分组头中的选路信息，进行路由选择，并在选择的路由上进行排队，等到信道有空闲时才向下一个节点或目的终端转发。•采用分组交换的通信网称为分组交换网。•设计分组交换的初衷是为了进行数据通信，其设计思路与电路交换截然不同。•分组交换的技术特点归纳如下：（1）统计复用。（2）存储转发。（3）差错和流量控制。4.2.1统计复用•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。•时分复用分为同步时分复用和异步十分复用（也叫统计时分复用）。SynchronousTDMAsynchronousTDM•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，不像同步时分复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源，因此线路利用率较高。•分组交换中，统计时分复用功能是通过具有存储和处理能力的专用计算机——接口信息处理机（IMP，InterfaceMessageProcessor）来实现的，IMP完成对数据流的缓冲存储和对信息流的控制功能，以解决各用户争用线路资源时产生的冲突问题。•当一个用户有数据要传送时，IMP给其分配线路资源；一旦没有数据传送，则线路资源被其他用户使用。•图4-1所示为三个终端（用户）采用统计时分方式共享线路资源的情况。图4-1统计时分复用示意图4.2.2逻辑信道•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？通常使用标记进行区分。•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。•如图4-2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，这种子信道称为逻辑信道，用逻辑信道号（LCN，LogicalChannelNumber）标识。•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LCN。图4-2逻辑信道划分示意图•逻辑信道具有如下特点：（1）由于分组交换采用统计复用方式，因此终端每次呼叫时，需要根据当时的资源情况分配LCN。（2）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独立的。（3）逻辑信道号是一种客观存在。4.2.3虚电路与数据报•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，另一种是数据报。1．虚电路方式•所谓虚电路方式，就是在用户数据传输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。•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。•因此，虚电路提供的是面向连接服务。图4-3虚电路工作方式•虚电路服务具有如下特征：（1）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；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制和处理开销。（2）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。（3）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。（4）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。•因此，逻辑信道是基于段来划分的，而虚电路则是端到端的。（5）虚电路的缺点是当网络中线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据传输。（6）虚电路适用于连接建立后长时间传输数据的应用，其持续时间应显著大于呼叫建立时间，如文件传送、传真等。•否则传输效率较低，虚电路的优势无法得到体现。•虚电路分为交换虚电路（SVC，SwitchedVirtualCircuit）和永久虚电路（PVC，PermanentVirtualCircuit）两种。2．数据报方式

图4-4数据报工作方式•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。（2）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，如果一个节点出现故障，分组可以通过其他路由传送。（3）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。（4）数据报适用于短报文的数据通信，如询问/响应型业务等。4.2.4路由选择1．路由选择概述（1）路由选择准则：路由选择的依据，如路由跳数、状态（链路距离、带宽、费用、时延）（2）路由选择协议：路由信息收集和发布的规程和方法，如静态、动态路由法（3）路由选择算法：如何获得最佳路径

2．路由选择算法Fixedrouting静态（固定)路由法:usesfixed(static)routingdirectory(table),whichisunchangedduringeachactiveconnection.

Adaptiverouting动态路由法:usesadaptive(dynamic)directory,whichisperiodicallyadjustedaccordingthechangingofnetworkconditions.Packetsmaytakedifferentroutes.Theymustbereassembledatthereceivingnode.2．路由选择算法（1）固定型算法。①洪泛法②随机路由选择③固定路由表算法洪泛法(flooding)当节点交换机收到一个分组后，只要该分组的目的地址不是其本身，就将此分组转发到全部或部分邻节点，前者叫完全洪泛法，后者叫选择洪泛法。随机路由选择当节点交换机收到一个分组后，除了输入分组的那条链路之外，按照下列概率选择第i条链路：图4-5固定路由表算法示例固定路由表算法•表4-1所示为网络控制中心计算得到的全网的路由表。•该表列出了所有节点到各个目的节点所确定的路由。•实际上，对于每一个节点仅需存储其中相应的一列即可。（2）自适应路由选择。①故障。②拥塞。Flash•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：①从用户的角度来看，自适应路由选择策略能够提高网络性能。②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。（3）最短路径算法。依据一定算法计算具有最小参数的路由。不一定是物理长度最短，可以是时延最小或费用最低。以这些参数的加权和作为最短路径。4.2.5流量控制与拥塞控制

•流量控制与拥塞控制是分组交换网必须具备的功能特性。1．流量控制的作用（1）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。图4-6分组吞吐量、时延与输入负荷的关系（2）避免网络死锁。（3）网络及用户之间的速率匹配。2．流量控制的层次流量控制分为：段级、沿到沿级、接入级和端到端级。图4-7分级流量控制机制（1）段级是对相邻节点间转发信息的流量控制，其目的是防止出现局部拥塞和死锁。•根据是对相邻节点之间总的流量进行控制还是对每条虚电路的流量进行控制，段级还可划分为链路段级和虚电路段级。•其中，链路段级由数据链路层完成，虚电路段级由网络层控制完成。（2）沿到沿级是指从网络源节点至目的节点之间的控制，其作用是防止目的节点缓冲区出现拥塞，由网络层协议控制完成。（3）接入级是指从DTE到网络源节点之间的控制，其作用是控制从外部进入网络的通信量，防止网络内部产生拥塞，由数据链路层协议控制完成。（4）端到端级是指从源DTE到目的DTE之间的控制，其作用是保护目的端，防止用户进程缓冲器溢出，由高层协议控制完成。3．流量控制方法（1）滑动窗口机制。（2）缓冲区预约方式。（3）许可证法。SlidewindowsSlidingWindowExample缓冲区预约源节点在发送数据前，为每个报文在目的节点预约缓冲区，只有目的节点有缓冲区，才能发送数据虚电路方式：建立连接分配缓冲区数据报方式：发送数据前先发送缓存请求分组，在收到目的节点返回的缓冲分配信息后，才可发送数据。许可证法适用于接入级流控（DTE到源节点之间的流控）。设置一定数量的许可证在网中随机巡回。DTE向源节点发送数据时，需向源节点申请许可证，只有获得许可证才可以传输，到达终点后释放许可证。4．拥塞控制方法流量控制：发送端的发送速率不能大于收端的接受速率拥塞控制：网络能够承受现有的负荷4．拥塞控制方法（1）从拥塞节点向一些或所有的源节点发送控制分组。（2）根据路由选择信息调整新分组的产生速率。（3）利用端到端的探测分组来控制拥塞。（4）允许节点在分组经过时添加拥塞指示信息，具体包括下列两种方法。①反向拥塞指示②前向拥塞指示FlagAddressInformationFCSFlagDLCIC/READLCIFECNBECNDEEAFCS:framechecksequenceDLCI:datalinkconnectionidentifierC/R:command/responseEA:extendedaddressFECN:forwardexplicitcongestionnotificationBECN:backwardexplicitcongestionnotificationDE:discardeligibility6bit4bit1bit1bit1bit1bit1bit1bitSourceDestination①反向拥塞指示②前向拥塞指示CongestionManagement(FR)BitsBc+BeBcCIRTensureDE=0DE=0orDE=1DE=1CIR:committedinformation rate(提交信息速率，吞吐量）Tc:committedratemeasurementinterval （平均周期）Bc:committedburstsize （提交突发业务量） Bc=CIR*Tc maximumamountofdata allowedtooffertothenetworkduringTcBe:excessburstsize (超额突发业务量） maximumamountofdata thatausermaysendthat exceedsBcduringTcttransmissionrateUseractivity4.3X.25建议•X.25是ITU-T（CCITT）早在1976年就制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，X.25的应用已经很有限，因此本节只对X.25建议做简单的介绍。•需要进一步了解X.25的读者，可查阅X.25建议书。•根据ITU-T给出的定义，X.25是数据终端设备（DTE）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下提供终端操作。•它不涉及网络内部应做成什么样子，这应由各个网络自己决定。•因此，X.25建议只是定义了网络与终端的接口应遵循的标准。•不同厂家生产的X.25网络设备的具体实现可能有很大的差别。•X.25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ITU-T的前身CCITT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，只能提供中低速率的数据通信业务，主要用于广域互连。4.3.1分层协议结构图4-8X.25的分层协议结构1．站类型•所谓站是指链路两端的通信设备。•HDLC定义的三种站如下。（1）主站：负责控制链路的操作。•主站只能有一个，由主站发送的帧称为命令。（2）从站：在主站的控制下操作。•从站可以有多个，由从站发送的帧称为响应。•主站为链路上的每个从站维护一条独立的逻辑链路。（3）复合站：兼具主站和从站的功能。•复合站发送的帧可能是命令，也可能是响应。2．链路配置（1）非平衡配置：由一个主站和一个或多个从站组成，可以按点到点方式配置，也可以按点到多点方式配置。（2）平衡配置：由两个复合站组成，只能按点到点方式配置。3．数据传送模式（1）正常响应方式（NRM，NormalResponseMode）：适用于非平衡配置，只有主站才能启动数据传输，从站只有在收到主站发给它的命令帧时，才能向主站发送数据。（2）异步平衡方式（ABM，AsynchronousBalancedMode）：适用于平衡配置，任何一个复合站都可以启动数据传输过程，而不需要得到对方复合站的许可。（3）异步响应方式（ARM，AsynchronousResponseMode）：适用于非平衡配置，在主站未发来命令帧时，从站可以主动向主站发送数据，但主站仍负责对链路的管理。•X.25的链路层协议LAPB采用平衡配置方式，由于是点到点链路，数据传输采用异步平衡方式。4.3.2LAPB的帧结构图4-9LABP帧结构（1）标志（F）。（2）地址字段（A）。（3）控制字段（C）。①信息帧I（Informationframe）②监控帧S（Supervisoryframe）③无编号帧U（Unnumberedframe）（4）信息字段（I）。（5）帧校验序列（FCS，FrameCheckSequence）。4.3.3链路层操作过程（1）链路建立。图4-10数据链路操作的三个阶段（2）信息传输。（3）链路断开过程。（4）链路恢复。4.3.4分组层•X.25的分组层利用链路层提供的服务在DTE-DCE接口上交换分组。•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，实现通信能力和资源的按需分配。•分组层的功能如下。（1）在X.25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（LCN）区分与每个用户呼叫有关的分组。（2）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、分组的确认和流量控制。（3）支持交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC），提供建立和清除连接的方法。（4）监测和恢复分组层的差错。1．分组单元格式•X.25分组层定义了分组的类型和功能。•分组格式如图4-11所示，它由分组头和数据两部分组成。图4-11分组单元格式•各部分定义如下。（1）通用格式标识符（GFI）。（2）逻辑信道群号（LCGN）和逻辑信道号（LCN）。（3）分组类型识别符。2．分组层操作过程（1）SVC呼叫建立过程。图4-12呼叫建立过程图4-13呼叫请求分组格式（2）SVC数据传输阶段。图4-14分组类型识别符（3）SVC的呼叫清除过程。图4-15呼叫清除过程4.4帧中继技术4.4.1帧中继基本概念•20世纪80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组网节点所完成的功能。•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，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，以提高节点的转发效率。•因此，人们提出了新的快速分组交换技术——帧中继。•帧中继的设计思想非常简单，将X.25协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，网络只进行差错检查，从而简化了节点间的处理，以获得高速的转发。•帧中继具有如下技术特点。1．数据传送协议大为简化

图4-16X.25与帧中继协议功能比较2．用户平面和控制平面的分离

图4-17帧中继用户网络接口协议结构4.4.2协议结构与帧格式•与X.25相比，帧中继只使用物理层和数据链路层的部分功能。•如图4-18所示，采用TDM技术的电路交换仅完成物理层功能，而X.25完成下三层的所有功能，帧中继仅完成下两层核心功能。图4-18帧中继与其他协议参考模型的比较1．帧结构

图4-19帧中继的帧结构（1）标志字段（F）（2）地址字段（A）（3）信息字段（I）（4）帧校验序列（FCS）字段图4-20帧中继地址字段格式2．帧中继相关协议（1）数据链路核心协议。（2）呼叫控制协议。（3）本地管理协议（LMI，LocalManagementInformation）。图4-21帧中继信令协议结构4.4.3帧中继交换原理•实际的帧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。•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。•帧中继的虚电路标识符是在数据链路层操作的，而在X.25中虚电路是在网络层（分组层）操作的。•帧中继的虚电路是用DLCI来定义的。•当网络建立一条虚电路时，就给DTE一个DLCI编号，该编号可用于访问远端的DTE。•本地DTE用这个DLCI发送帧到远端的DTE。•帧中继网中，由多段DLCI的级联构成端到端的虚电路，可分为交换虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC）。•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。1．永久虚电路PVC

图4-22PVC虚电路及其DLCI图4-23帧中继PVC标识2．连接标识DLCI

图4-24网络内部的DLCI3．帧中继交换操作

图4-25帧中继交换示意图4.4.4带宽管理和拥塞控制•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理是十分必要的。1．带宽管理•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分配。•每一个用户接入帧中继网络时使用下列4个参数进行约定。图4-26帧中继带宽管理•其管理控制过程如下。（1）若网络在时间Tc内监测到某条连接的信息量≤Bc，说明用户速率小于CIR，网络应继续转发这些帧，在正常情况下应确保送达目的地。（2）若Bc≤监测到某条连接的信息量≤Bc+Be，则说明用户速率已超过CIR，但仍在约定的范围内，网络将Be部分的帧DE置为1后进行转发。•若网络无严重拥塞，则将尽力把这些帧传送到目的地。•一旦网络出现拥塞，将首先丢弃DE置为1的帧。（3）监测到某条连接的信息量≥Bc+Be，说明用户已严重违约，则网络丢弃超过Bc+Be部分的所有帧。2．拥塞控制•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终端完成。•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。（1）拥塞回避。（2）丢弃。4.5ATM交换技术•1986年国际电联提出了宽带综合业务数字网（B-ISDN）的概念，B-ISDN的目标是以一个综合、通用的网络来承载全部现有的和将来可能出现的业务。•为此需要开发新的信息传递技术，以适应B-ISDN业务范围大、通信过程中比特率可变的要求。•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行的技术。•1988年，国际电联正式把这种技术命名为异步转移模式（ATM），并推荐其作为未来宽带网络的信息传送模式。•ATM技术具有以下特点：（1）ATM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。（2）ATM利用硬件实现固定长度分组（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要求。（3）ATM是支持多业务的传输平台，并提供服务质量保证。•ATM通过定义不同的ATM适配层（AAL，ATMAdaptationLayer）来满足不同业务对传输性能的要求。（4）ATM是面向连接的传输技术，在传输用户数据之前必须建立端到端的虚连接。•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。4.5.1ATM技术基础•ATM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。•在ATM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（Cell），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，然后按先进先出或其他仲裁原则逐个传送到线路上，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识符/虚信道标识符（VPI/VCI），选择输出端口，转发信元。•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，因此信元的转发速度快，时延小。1．ATM信元格式•信元是ATM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被分割成长度相等的信元。•ATM信元长度为53B，分为两个部分：5B的信头包含表征信元去向的逻辑地址、优先级等控制信息；48B的信息段用于装载来自不同用户、不同业务的信息。图4-27ATM信元格式•信元中各字段的含义和作用说明如下：（1）一般流量控制（GFC）：仅用于UNI，其功能是控制用户接入网络的业务流量，以避免网络拥塞。（2）虚通路标识符（VPI）和虚信道标识符（VCI）：虚通路（VP）和虚信道（VC）是虚电路的两种形式；VPI和VCI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资源管理等。（3）净荷类型指示（PTI）：包括用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。（4）信元丢失优先级（CLP）：在网络拥塞时，决定丢弃信元的先后次序。（5）信头差错控制（HEC）：用于针对信元头的差错检测，并起信元定界作用。（6）净荷（Payload）：用于装载用户信息或数据。2．虚信道和虚通路•ATM采用面向连接方式，为了提供端到端的信息传送能力，ATM在UNI接口之间建立虚连接，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，ATM在两个等级上建立虚连接，即虚信道（VC，VirtualChannel）级和虚通路（VP，VirtualPath）级。（1）VC和VCC。（2）VP和VPC。图4-28传输线路、VP和VC之间的关系图4-29VCC和VPC之间的关系3．VC与VP交换（1）VC交换。图4-30VC交换过程（2）VP交换。图4-31VP交换过程4．一般通信过程•ATM网络基于面向连接方式提供端到端的通信服务。•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，网络按确定的路径顺序转移所服务的信元。其通信过程如下。（1）呼叫建立。

图4-32ATM网络端点间的连接（2）信元定序和选路。4.5.2ATM协议模型•ATM协议参考模型和OSI七层协议参考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。（1）ATM物理层等效于OSI参考模型的第一层，主要完成比特级的功能。（2）ATM层和OSI参考模型第二层下边界的功能相适应，完成成帧功能。（3）ATM适配层（AAL）执行高层的适配，将信令和用户信息转换成固定长度的ATM信元。•对于信令一类的控制平面，AAL层相当于OSI数据链路层的较低部分。•对于用户平面，AAL相当于OSI第四层的较低部分，因为对用户信息的适配是在网络边界的端系统进行的。图4-33ATM协议参考模型图4-34ATM参考模型子层及其功能•ATM网络传送信息的基本单位是固定长度的信元。•除了传送用户数据信息的信元外，ITU-T还定义了其他信元。①分配信元（AssignedCell）②未分配信元（UnassignedCell）③空闲信元（IdelCell）（4）有效信元（Validcell）。（5）无效信元（Invalidcell）。1．物理层

•物理层利用传输线路的比特流传送功能实现ATM的信元传送，并确保传送连续的ATM信元时不错序。•物理层由两个子层组成，分别是物理媒体子层（PMD，PhysicalMedia）和传输汇聚子层（TC，TransmmissionConvergence）。•PMD支持与物理媒体有关的比特功能。•TC完成ATM信元流与物理媒体传输比特流的转换功能。（1）PMD子层。（2）TC子层。①信头差错控制（HEC）。②信元定界（CellDelimitation）。③信元速率解耦。④扰码（Scrambling）。2．ATM层•ATM层和用于传送ATM信元的物理媒体完全无关，它利用物理层提供的信元（53B）传送功能，向上提供ATM业务数据单元（48B）的传送能力。•ATM业务数据单元是任意48B的数据块，它在ATM层中被封装到信元的负载区。•从原理上说，ATM层本身处理的协议控制信息是5B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，在物理层和AAL层都使用了信元头部的某些域。•ATM层的传输和物理层传输一样是不可靠的，传送的业务数据单元可能丢失，也可能发生错误。•但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。•ATM层与上、下层之间的关系如图4-35所示。图4-35ATM协议各层之间的映射关系•ATM层的主要功能如下。（1）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式的信元流，及其逆过程。（2）信元标识（VPI/VCI）的翻译变换，以达到ATM交换或交叉连接功能。（3）通过CLP来区分不同QoS的信元。（4）发生拥塞时在用户信元头中增加拥塞指示。（5）将AAL递交的SDU增加信元头，并在逆向提取信元头。（6）在UNI上实施一般流量控制。①一般流量控制（GFC）。②净荷类型指示。③信元丢失优先级（CLP，CellLossPriority）。3．ATM适配层•ATM层提供的只是一般意义的信元传送能力，为了使ATM能够承载不同业务，并具有端到端的差错控制功能，在ATM系统中增加了业务适配层（AAL层）。•AAL层实际上是增强ATM的数据传输能力，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（SAR，SegmentAndReassemble）和汇聚子层（CS，ConvergenceSub-layer）。的适配。•分段重装子层（SAR）实现CS协议数据单元与信元负载格式之间的适配。•上层应用交付的信息格式与具体应用相关，信息长度不定；下层（ATM层）处理的是统一的、长度固定的ATM信元。•所以SAR完成的是两种数据格式•CS的基本功能是进行端到端的差错控制和时钟恢复（如实时业务的同步），它和具体的应用有关。•对某些AAL类型，CS又分为两个子层：公共部分汇聚子层（CPCS，CommonPartConvergenceSub-layer）和业务特定汇聚子层（SSCS，ServiceSpecificConvergenceSub-layer）。•如果ATM层提供的信元传输能够满足用户业务的需求，可以直接利用ATM层的传送能力。•考虑到现在和未来业务对传输要求的不同，即使AAL层也无法完全适配所有的业务。•因此，ITU-T把所有业务划分成4种类型进行适配，每类业务对AAL有一定的特殊要求。•业务的划分基于下列三个基本参数。（1）信源和信宿之间的时间关系。（2）比特率。（3）连接方式。•图4-36所示为ITU-T建议I.363给出的4种业务类型。图4-36AAL支持的业务类型（1）A类。（2）B类。（3）C类。（4）D类。4.5.3ATM流量和拥塞控制•基于ATM的B-ISDN是为了满足综合业务的传输应用。•如何确保各个通信连接按照协商的网络带宽和性能要求共享网络资源是一个至关重要的问题。•为此，ATM引入了与一般分组网不同的流量和拥塞控制。•ITU-T建议I.371指出，B-ISDN流量控制的主要作用是保护网络和用户，使之能达到预先规定的性能（如信元丢失率、时延和时延抖动等）。•此外，流量控制的作用还体现在对网络资源的优化和网络效率的提高。•概括地讲，流量控制是网络为了避免拥塞而采取的一系列措施。•拥塞是由不可预测的业务流量波动或ATM网络内部的错误状态导致的，这些错误状态可能会引起信元丢失或不可接受的端到端信元时延。•控制ATM网络的拥塞具有两种办法：一是在网络正常工作时采用流量控制以预防网络拥塞；二是在拥塞发生时采用拥塞控制技术减轻拥塞程度，即减少拥塞时间和防止拥塞扩散，直至拥塞消失，网络恢复到正常状态。1．流量控制（1）连接接纳控制（CAC）。（2）用户/网络参数控制（UPC/NPC）功能。（3）网络资源管理。（4）业务流整形（TrafficShaping）。2．拥塞控制

（1）选择性信元丢弃。（2）显示拥塞指示。（3）UPC/NPC故障时的措施。4.5.4ATM信令•ATM是一种面向连接的网络技术，信令是网络设备间进行连接控制和管理的对话语言。•ATM信令的主要功能是控制网络的呼叫和接续，在用户与节点和节点与节点之间，动态建立、保持/修改和释放各种通信连接，为连接协商和分配网络资源；支持点到点及点到多点通信。•用户和网络之间的信令为接入信令；网络节点与节点之间的信令为局间信令。•ATM网络信令协议结构如图4-37所示。图4-37ATM