教 学 基 本 内 容

方法及手段

6. ATM交换网络

6.1 ATM基础知识

6.1.1 ATM诞生的背景

6.1.2  ATM概念

1. ATM的含义

 异步转移模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）是一种采用异步时分复用方式、以固定信元长度为单位、面向连接的信息转移（包括复用、传输与交换）模式。

2. ATM的信元结构

 ATM信元是ATM的基本信息单元，根据传输效率、时延（包括打包时延、排队时延、时延抖动和相关的信元组合恢复时延）和实现复杂性三方面因素的综合考虑，采用了53字节的固定信元长度。

6.1.3  ATM技术的特点

6.1.4 虚信道、虚通道、虚连接

6.1.5 B-ISDN协议参考模型

6.2 物理层

6.2.1 物理介质子层

物理介质子层提供的物理接口。物理介质子层（Physical Medium Dependent sublayer，PMD）类似常规网络的物理层。它在传输方向的基本功能是在链路上透明传输比特流。在接收方向，它检测和恢复传递来的比特流，然后将其再传递到传输汇聚子层，恢复传输帧和ATM信元。

6.2.2 传输汇聚子层

传输汇聚子层生成物理媒质的关联信息，并且为物理层产生协议信息。它的功能包括HEC的产生和验证、信元速率解耦、信元定界、传输帧的产生和恢复。

（1）传输帧的产生和恢复：在面向帧的传输系统中，传输汇聚子层在发送端产生传输帧，并在接收端从比特流中恢复它。

（2）HEC的产生和验证：物理层从ATM层传递52字节信元。这时，除了HEC字节，其他字节是完全的。HEC字节由传输汇聚子层处理，并且在它传到物理媒质之前就插入信元信头的信头差错控制域。

（3）信元速率解耦：即速度匹配功能。

（4）信元定界：传输链路上传输的不是信元，而是比特流（信号）。物理层接收比特流，并且在它传向ATM层之前，将其还原为ATM信元。

6.3  ATM协议层

6.3.1 ATM信元的信头结构

6.3.2 ATM层功能

         VPI/VCI交换

         信头的生成/删除

         信元的识别和丢弃

         网络的流量控制和拥塞控制

6.4  ATM适配层协议

6.4.1 AAL的结构、功能、业务类别及协议类型

1. AAL的协议结构

AAL的功能可以分为两个逻辑子层：

汇聚子层（CS：Convergence Sublayer）：汇聚子层的主要功能是在AAL业务接入点（SAP）对高层提供AAL的服务，其具体功能与业务类型有关。

分段和重组子层（SAR：Segmentation And Reassembly）：分段和重组子层可简称为拆装子层，其主要功能是将高层信息进行分割，以适合于装入ATM信元的信息段，或者反之。

2. AAL的功能

    主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成ATM信元流。它是ATM层与高层应用（包括用户面、控制面和管理面）之间的适配层，并支持高层与ATM层之间的适配：将高层的协议数据单元（PDU）映射到ATM信元的信息段或反之。AAL实体与对等层的AAL实体之间要交换信息，以实现AAL的功能。

3. AAL类型：

    为了适应不同业务类型的需要，ITU-T定义了４类AAL：AAL1、AAL2、 AAL3/4、AAL5。

         AAL1规程用于支持Ａ类业务。

         AAL2规程用于支持Ｂ类业务，适用于时延敏感的低速、可变长度的短分组的传送。

         AAL3与AAL4原来是分开的，后来合并为一类：AAL3/4，用来支持C/D两类业务，即包括面向连接与无连接的数据业务。

         AAL5可以看成是简化的AAL3/4，用来支持面向连接的C类业务（如帧中继），传送大的数据分组时效率较高，ATM网络信令也采用AAL5。

6.4.2  AAL1

AAL1支持对时延敏感的恒定比特率业务，比如话音。AAL1分为2个子层：分段与重组（SAR－Segmentation and Reassembly）子层和会聚子层（CS－Convergence Sublayer）。

会聚子层（CS）主要负责将上层应用发来的数据流划分为47字节的分段（没有CS头部与尾部）提交给SAR子层处理，并且具有检测信元丢失和信元误插入，以及定时信息传送等功能。

SAR子层主要完成把来自CS的PDU（47字节）加上SAR头（1字节），形成48字节的数据段后提交给ATM层，并同时完成SAR头部功能。SAR头部功能主要是要完成序号功能，接收端可按照SAR-PDU序号计数来重新组装提交用户数据流，并可检测出丢失或误插。

6.4.3  AAL2

AAL2支持可变比特率的实时业务，特别是采用压缩技术的视频传输。例如在新闻广播中，如果采用压缩技术，当新闻主持人出现在屏幕上的时候，屏幕中的画面在一定时间内变化很小，这时候传输的压缩数据量很小。但是当屏幕从新闻主持人转移到一场激烈的篮球比赛中时，屏幕中画面在短时间内就有很大的变化，虽然采用压缩技术，可是需要传输数据量仍然很大。也就是说在这种业务中，信息传输的速率是可变的，AAL2正是应用在这种可变比特率的实时业务中。

AAL2可以分为公共部分子层（CPS－Common Part Sublayer）和业务特定会聚子层（SSCS－Service Specific Convergence Sublayer）。因为可变比特率业务比较复杂，所以不同的业务使用不同的业务特定会聚子层（SSCS），但不同业务都使用公共部分子层（CPS）。SSCS完成装拆、差错检测和数据的确保传送等功能，SSCS可以为空；CPS具有将CPS—SDU从一个CPS用户通过ATM网络传送到另一个用户的能力，支持多个AAL2信道的复用和解复用。

    AAL2主要完成以下功能：

（1）拆装用户信息；

（2）处理信元时延变化；

（3）处理丢失与误插的信元；

（4）在接受端恢复源时钟频率与源数据结构；

（5）监视误码。

6.4.4  AAL3/4

最初，AAL3用来支持面向连接的数据业务而AAL4用来支持面向无连接的数据业务，但是当它们分别单独发展后，这两者之间相同的地方越来越多，最后它们被合并成为现在的AAL3/4。

    AAL3/4与AAL1类似，划分为分段与重组（SAR－Segmentation and Reassembly）子层与会聚子层（CS－Convergence Sublayer）两个子层。但是CS又继续分为公共部分CS（CPCS－Common Part CS）与业务特定CS（SSCS－Service Specific CS）。与AAL2一样，SSCS随业务不同而改变（注意：SSCS在无连接业务时候为空）。因此CPCS与SAR构成了AAL3/4的公共部分。

   AAL3/4提供了复杂的序号与差错控制机制，但是并不是每一个应用都需要这些机制，而且AAL3/4每个48字节SAR-PDU中开销就用到了4个字节，使得传输效率变得很低。为此ATM论坛规定了一类新的AAL，定义为AAL5。它是一种简化的AAL规程，用来支持面向连接的可变比特率的数据业务，对信令与数据业务进行适配。

6.5  ATM交换技术

6.5.1 信元交换过程

6.5.2  ATM交换系统

1. ATM交换系统与程控数字交换系统相似，主要是由信元传送子系统与控制子系统两部分构成的，其中信元传送子系统又是由交换网络和接口设备组成的，接口设备包括输入侧接口设备和输出侧接口设备。

2. ATM交换网络的控制机理——缓冲策略

    ATM交换结构为了实现信元交换，必须具有选路、信头变换以及排队缓冲三项基本功能。设置排队缓冲的主要原因是为了在多个信元随机竞争的情况下减少信元丢失。ATM采用异步时分复用方式传递信元，每个时隙的宽度相当于一个信元的位置，交换网络的每条输入端口在一个时隙内只能发送一个信元。当每个输入端口在一个时隙内同时发送一个信元时，这些信元的目的地址按照VPI/VCI会随机分布到各个出线上去，就会出现竞争。