計算機網絡實用技術知識點之ATM原理

1.AIM的定義與功能

CCITr在I系列建議中給ATM下了這樣的定義：ATM是一種轉換模式（即前面所說的傳輸方式），在這一模式中信息被組織成信元（Cell），包含一段信息的信元并不需要周期性地出現在信道上，從這個意義上來說，這種轉換模式是異步的。

ATM的特點是進一步簡化了網絡功能。ATM網絡不參與任何數據鏈路層功能，將差錯控制與流量控制工作都交給終端去做。

圖5.3是分組交換、幀中繼和ATM交換三種方式的功能比較?？梢钥闯?，分組交換網的交換節(jié)點參與了OSI第1層到第3層的全部功能；幀中繼節(jié)點只參與第2層功能的核心部分（2a），也即數據鏈路層中的幀定界、0比特插入和CRC檢驗功能，第2層的其它功能，即差錯控制和流量控制，以及第3層功能則由終端處理；ATM網絡則更為簡單，除了第1層的功能之外，交換節(jié)點不參與任何工作。從功能分布的情況來看，ATM網和電路交換網有點相似，可以說ATM網是綜合了分組交換和電路交換的優(yōu)點而形成的一種網絡。

ATM克服了其它傳送方式的缺點，能夠適應任何類型的業(yè)務，不論其速度高低、突發(fā)性大小、實時性要求和質量要求如何，都能提供滿意的服務。

2.AIM的信元

信元（Cell）實際上就是分組，只是為了區(qū)別于X.25的分組，才將ATM的信息單元叫做信元。ATM的信元具有固定的長度，即總是53個字節(jié)。其中5個字節(jié)是信頭（Header），48個字節(jié)是信息段。信頭包含各種控制信息，主要是表示信元去向的邏輯地址，另外還有一些維護信息、優(yōu)先級及信頭的糾錯碼。信息段中包含來自各種不同業(yè)務的用戶數據，這些數據透明地穿越網絡。信元的格式與業(yè)務類型無關，任何業(yè)務的信息都同樣被切割封裝成統(tǒng)建一格式的信元。

ATM的信頭有兩種格式，分別對應用戶一網絡接口UNI和網絡節(jié)點接口NNI.UPI在信頭的格式如圖5.4所示，其中各字段的含義及功能如下：

（1）一般流量控制字段GFC（Generic Flow Control），又稱接入控制字段。當多個信元等待傳時，用以確定發(fā)送順序的優(yōu)先級。

（2）虛通道標識字段VPI （Virtual Path Identifier）和虛通路標識字段VCI （Virtual Channel Identifier）用做路由選擇。

（3）負荷類型字段PT （Payload Type）用以標識信元數據字段所攜帶的數據的類型。

（4）信元丟失優(yōu)先級字段CLP （Cell Loss Priority〉用于阻塞控制，若網絡出現阻塞時，-l首先丟棄CLP置位的信元。

（5）信頭差錯控制字段EEC （Head Error Control）用以檢測信頭中的差錯，并可糾其中的1比特錯。 EC的功能在物理層實現。

3.A1M的工作方式

ATM采用如圖5.5所示的異步時分復用方式工作，來自不同信息源的信元匯集到一起，自在一個緩沖器內排隊，隊列中的信元逐個輸出到傳輸線路，在傳輸線路上形成首尾相接的信元流。信元的信頭中寫有信息的標志（如A和B），說明該信元去往的地址，網絡根據信頭中的標志來轉移信元。

次序復用到傳輸線上。具有同樣標志的信元在傳輸線上并不對應某個固定的時間間隙，也不是按周期出現的，也即信息和它在時域中的位置之間沒有任何關系，信息只是按信頭中的標志來區(qū)分的。這種復用方式稱為異步時分復用（Asynchronous Time Division Multiplex），又稱統(tǒng)計復用（Statistic Multiplex）。而在同步時分復用方式（如PCM復用方式）中，信息以它在一幀中的時間位置（時隙）來區(qū)分，一個時隙對應著一條信道，不需要另外的信息頭來標志信息的身份。

異步時分復用方式使ATM具有很大的靈活性，任何業(yè)務都可按實際需要來占用資源。對于特定的業(yè)務，傳送速率可隨信息到達的速率而變化，因此網絡資源得到了最大限度的利用。ATM網絡可以適用于任何業(yè)務，不論其特性如何（速率高低、突發(fā)性大小、質量和實時性要求等），網絡都按同樣的模式來處理，真正做到了完全的業(yè)務綜合。

若某個時刻隊列中沒有等待發(fā)送的信元，此時線路上就出現未分配信元（信頭中含有標志φ）；反之，若某個時刻傳輸線路上找不到可以傳送信元的機會（信元都已排滿），而隊列已經充滿緩沖區(qū)，此時為了盡量減少對業(yè)務質量的影響，將優(yōu)先級別低的信元丟棄。緩沖區(qū)的容量必須根據信息流量來計算，以使信元丟失率在10-9以下。

為了提高處理速度和降低延遲，ATM以面向連接器的方式工作。網絡的處理工作十分簡單：通信開始時建立虛電路，以后用戶將虛電路標志寫人信頭（即地址信息），網絡根據虛電路標志將信元送往目的地。

經過ATM復用后，信元流速率取決于傳輸線路的速率，如果采用單模光纖，速率可高達數Gbpso每條虛電路的速率與屬于該虛電路的信元出現的頻率有關。

ATM網絡中的節(jié)點提供信元的交換。其實，ATM網絡的節(jié)點完成的只是虛電路的交換，因為同一虛電路上的所有信元都選擇同樣的路由，經過同樣的通路到達目的地。在接收端，這些信元到達的次序總是和發(fā)送次序相同。

ATM交換節(jié)點的工作比X.25分組交換網中的節(jié)點要簡單得多。ATM節(jié)點只做信頭的CRC檢驗，對于信息段的傳輸差錯根本不過問。 ATM節(jié)點不做差錯控制（信頭中根本沒有信元的編號），也不參與流量控制，這些工作都留給終端去做。 ATM節(jié)點的主要工作就是讀信頭，并根據信頭的內容快速地將信元送往要去的地方，這件工作在很大程度上依靠硬件來完成，所以ATM交換的速度非?？?，可以和光纖的傳輸速度相匹配。