第06章-ATM交换技术

1、异步转移模式（异步转移模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）是一种采用异步是一种采用异步时分复用方式、以固定信元长度为单位、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、传输与面向连接的信息转移（包括复用、传输与交换）模式。交换）模式。ATM信元是信元是ATM的基本信息单元，的基本信息单元，根据对根据对传输效率、时延（包括打包时延、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复时延）和实现复杂性三方面因素的综合考虑，采用了考虑，采用了53字节的字节的固

2、定信元长度。固定信元长度。从字节从字节1起始，起始，8bit的字节以增序方式发送；对于各域的字节以增序方式发送；对于各域而言，首发比特是最高有效位（而言，首发比特是最高有效位（the Most Significant Bit，MSB）。）。在传送在传送ATM信元的网络（简称信元的网络（简称ATM网络）中，通过网络）中，通过对信头部分的信头差错控制（对信头部分的信头差错控制（HEC）字节进行检验，可以纠字节进行检验，可以纠正信头的一位错码（因光纤传输误码主要是单比特误码）和正信头的一位错码（因光纤传输误码主要是单比特误码）和发现多位错码，对无法纠正的信元予以丢弃。发现多位错码，对无法纠正的信元予

3、以丢弃。由于信元之间没有使用特别的分割符，信元的定界也由于信元之间没有使用特别的分割符，信元的定界也借助于借助于HEC字节实现。字节实现。具有特定信头值（不包括具有特定信头值（不包括HEC域）域）0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001的信元被定义为空闲信元。的信元被定义为空闲信元。在在ATM系统中，用户通信采用面向连接的方式，系统中，用户通信采用面向连接的方式，经一个由系统分配给自己的虚电路进行传送。经一个由系统分配给自己的虚电路进行传送。ATM系统中的虚电路有虚通路（系统中的虚电路有虚通路（Virtual Path，VP）和虚信道（和虚信道（Virtu

4、al Channel，VC）两种。两种。（1）进一步简化了功能。）进一步简化了功能。（2）定长比可变长信元的控制与交换更容易）定长比可变长信元的控制与交换更容易 用硬件实现，利用硬件实现，利于向高速化的方向发展。于向高速化的方向发展。（3）采用面向连接并预约传输资源的工作方式，保证了网络）采用面向连接并预约传输资源的工作方式，保证了网络上的信息可以在一定允许的差错率下传输，既兼顾了网络运营上的信息可以在一定允许的差错率下传输，既兼顾了网络运营效率，又能够满足接入网络的连接进行快速数据传输。效率，又能够满足接入网络的连接进行快速数据传输。（4）ATM信元头部功能降低。由于信元头部功能降低。由于A

5、TM网络中链路的功能变网络中链路的功能变得非常有限，所以信元头部变得异常简单，依靠信元头部的虚得非常有限，所以信元头部变得异常简单，依靠信元头部的虚电路标志可以很容易地将不同的虚电路信息复用到一条物理通电路标志可以很容易地将不同的虚电路信息复用到一条物理通道上。道上。（5）ATM网具有支持一切现有通信业务及未来的新业务；有网具有支持一切现有通信业务及未来的新业务；有效地利用网络资源；减小了交换的复杂性；减小了中间节点的效地利用网络资源；减小了交换的复杂性；减小了中间节点的处理时间，支持高速传输；减小延迟及网络管理的复杂性；能处理时间，支持高速传输；减小延迟及网络管理的复杂性；能保证现有及未来各

6、种网络应用的性能指标等特点。保证现有及未来各种网络应用的性能指标等特点。ATM交换机或交叉连接节点的主要任务交换机或交叉连接节点的主要任务为进行为进行VPI/VCI转换和将来自于特定转换和将来自于特定VP/VC的的信元根据要求输出到另一特定的信元根据要求输出到另一特定的VP/VC上。上。在传输线路上信息传送的形式是比特在传输线路上信息传送的形式是比特流，而信息交换必须以信元为单位，将流，而信息交换必须以信元为单位，将53字节（即字节（即538=424bit）信息作为一个整信息作为一个整体同时交换，而不是逐比特进行。体同时交换，而不是逐比特进行。 （1）信元定界：将基于不同形式传输系统的比特流（

7、如）信元定界：将基于不同形式传输系统的比特流（如SDH，PDH等不同的帧结构形式）分解成为等不同的帧结构形式）分解成为53字节为单位字节为单位的信元格式。信元定界的基本原理是的信元格式。信元定界的基本原理是HEC和信头中和信头中4个字节个字节信息的关联。信息的关联。 （2）信头有效性检验：将信元中的空闲信元（物理层）、）信头有效性检验：将信元中的空闲信元（物理层）、未分配信元（未分配信元（ATM层）以及传输中信头出错的信元丢弃，层）以及传输中信头出错的信元丢弃，然后将有效信息送入系统的交换然后将有效信息送入系统的交换/控制单元。控制单元。 （3）信元类型分离：根据）信元类型分离：根据VCI标志

8、分离标志分离VP级操作管理与级操作管理与维护（维护（Operation Aministration and Maintenance，OAM）信元；根据信息类型指示符（信元；根据信息类型指示符（Payload Type Identifier，PTI）标志分离标志分离VC级级OAM信元，递交给控制单元，其他用户信信元，递交给控制单元，其他用户信息则由交换单元进行交换。息则由交换单元进行交换。控制单元完成建立和拆除控制单元完成建立和拆除VP连接（连接（VPC）和和VC连连接（接（VCC），），并对并对ATM交换单元进行控制，同时处理和交换单元进行控制，同时处理和发送发送OAM信息。信息。 出线处理部

9、件完成与入线处理部件相反的处理，例出线处理部件完成与入线处理部件相反的处理，例如，将信元从如，将信元从ATM层转换成适合于特定传输媒质的比特流层转换成适合于特定传输媒质的比特流形式。形式。作为实际执行交换动作的部件，其性能的优劣直接作为实际执行交换动作的部件，其性能的优劣直接关系到交换机的效率和性能，以至于人们在讨论宽带交换关系到交换机的效率和性能，以至于人们在讨论宽带交换系统时仅注重交换单元的设计，而忽略交换机的其他三个系统时仅注重交换单元的设计，而忽略交换机的其他三个基本组成单元。基本组成单元。由于宽带网络支持的业务包括现在和将来的所有应用，由于宽带网络支持的业务包括现在和将来的所有应用，

10、因而，网络必须支持从一般工业控制的几十因而，网络必须支持从一般工业控制的几十bit/s到几到几kbit/s和和视频通信的几视频通信的几Mbit/s到几十到几十Mbit/s的速率交换，作为的速率交换，作为ATM端端口和用户端口的基本接入速率口和用户端口的基本接入速率155.520Mbit/s显然可以满足这显然可以满足这一要求。一要求。在提供原有电路交换中点对点连接方式的基础上，宽在提供原有电路交换中点对点连接方式的基础上，宽带网络还必须能提供点到多点的广播带网络还必须能提供点到多点的广播/组播连接功能，这就要组播连接功能，这就要求求ATM交换机中可以实现将一条入线的信元输出到多条出线交换机中可以

11、实现将一条入线的信元输出到多条出线上的操作，而不是简单地要求用户通过申请多个连接完成多上的操作，而不是简单地要求用户通过申请多个连接完成多点通信。点通信。它是指网络中允许接入的业务有不同的形式，如语音、它是指网络中允许接入的业务有不同的形式，如语音、数据、静止图像、活动视频或者它们的某种组合。数据、静止图像、活动视频或者它们的某种组合。在在ATM交换机中，可能会出现短暂时间内许多信元争用同一链交换机中，可能会出现短暂时间内许多信元争用同一链路的情况（该链路可以是交换机内部的，也可以是外部的），结果导致路的情况（该链路可以是交换机内部的，也可以是外部的），结果导致交换机队列存储区出现信元同时争夺

12、该队列的情况，所以可能会产生信交换机队列存储区出现信元同时争夺该队列的情况，所以可能会产生信元丢失。元丢失。交换机完成交换机完成ATM信元交换的时延，在信息端到端传输时延中占信元交换的时延，在信息端到端传输时延中占有极大比重（由于光的传播速度，信元在信道中传输时延是有限的，网有极大比重（由于光的传播速度，信元在信道中传输时延是有限的，网络内部延时主要发生在交换机内部的交换延时），这就要求交换单元在络内部延时主要发生在交换机内部的交换延时），这就要求交换单元在路由选择、信元缓冲上采取优良的算法和实施技术。路由选择、信元缓冲上采取优良的算法和实施技术。在在ATM网络中，通信双方采用面向连接方式，也

13、就是通信开始网络中，通信双方采用面向连接方式，也就是通信开始前需进行连接通道的建立，找到逻辑连接。前需进行连接通道的建立，找到逻辑连接。交换的实质是将某条入线的信息输出交换的实质是将某条入线的信息输出到特定的出线上。到特定的出线上。ATM交换的最简单构建方法是将每一交换的最简单构建方法是将每一条入线和每一条出线相连接，在每条连接条入线和每一条出线相连接，在每条连接线上装上相应的开关，根据信头线上装上相应的开关，根据信头VPI/VCI决定相应的开关是否闭合来实现特定输入决定相应的开关是否闭合来实现特定输入和输出线路的接通，也就是将某入线上信和输出线路的接通，也就是将某入线上信元交换到出线上。元交

14、换到出线上。当来自多条入线的信元同时竞争一条出线时，只当来自多条入线的信元同时竞争一条出线时，只有一个信元可以传送，其他信元将被延迟，因此，就必有一个信元可以传送，其他信元将被延迟，因此，就必须采用仲裁机制去选择须采用仲裁机制去选择“获胜信元获胜信元”。 （1）随机法：随机地从多条竞争的入线中选取一条）随机法：随机地从多条竞争的入线中选取一条入线，传送该入线上的信元。入线，传送该入线上的信元。 （2）固定优先级法：每条入线都有固定的优先级，）固定优先级法：每条入线都有固定的优先级，不同优先级的入线发生出线冲突时，优先级高的入线获不同优先级的入线发生出线冲突时，优先级高的入线获得发送信元的权利。

15、得发送信元的权利。 （3）轮换优先级法：也称周期策略，即每条入线的优）轮换优先级法：也称周期策略，即每条入线的优先级并不是固定不变的，而是轮流拥有最高优先级。先级并不是固定不变的，而是轮流拥有最高优先级。（4）缓存区状态确定法：）缓存区状态确定法：ATM交换交换机必须设置缓存区以放置无法立即交换的机必须设置缓存区以放置无法立即交换的信元，根据缓存区的溢满程度选择传输的信元，根据缓存区的溢满程度选择传输的信元。信元。（5）信元状态确定法：根据信元丢）信元状态确定法：根据信元丢失率失率CLP值的不同确定信元服务的先后顺值的不同确定信元服务的先后顺序，如果信元优先级相同可以采用随机法、序，如果信元优

16、先级相同可以采用随机法、固定优先级法或是缓存区状态法以确定具固定优先级法或是缓存区状态法以确定具体服务的信元。体服务的信元。对于交换单元无法立刻服务的信元，对于交换单元无法立刻服务的信元，可以采用缓存存储方法（也称排队方法）可以采用缓存存储方法（也称排队方法）将这部分信元暂时缓存，等待下一次服务。将这部分信元暂时缓存，等待下一次服务。输入缓存法采用图输入缓存法采用图6.7所示的方法来解所示的方法来解决输入端可能的竞争问题。决输入端可能的竞争问题。输入队列1输入队列N交换传送媒质仲裁逻辑1N图6.7 采用输入队列的交换单元输出缓存法如图输出缓存法如图6.8所示，采用这种方所示，采用这种方法对不同

17、入线上要去往同一出线的信元可法对不同入线上要去往同一出线的信元可以在一个信元的时间内全部被传送（交以在一个信元的时间内全部被传送（交换）。换）。中央缓存法是在基本交换单元的中央中央缓存法是在基本交换单元的中央设置一缓存器。设置一缓存器。1输出队列输出队列交换传送媒质N1N图6.8 采用输出队列的交换单元ATM本质是异步时分（本质是异步时分（Asynchronous Time Division，ATD）复用，它将信道分复用，它将信道分成等长的时隙，时隙中填充等长的分组，成等长的时隙，时隙中填充等长的分组，借鉴同步时分复用中的时分交换的概念，借鉴同步时分复用中的时分交换的概念，人们设计了异步时分的

18、交换结构。人们设计了异步时分的交换结构。时隙交换器（时隙交换器（Time Slot Interval，TSI）是时分交换结构中的关键组成单元。是时分交换结构中的关键组成单元。（1）输入时隙：时隙数和输入线路）输入时隙：时隙数和输入线路数相等，每个时隙中装载的信息包括两部数相等，每个时隙中装载的信息包括两部分内容：输出线路编号和该输入时隙号对分内容：输出线路编号和该输入时隙号对应的入线上的传输信息。应的入线上的传输信息。（2）输出时隙：时隙数和输出线路）输出时隙：时隙数和输出线路数相等，每个时隙中装载的是相应入线上数相等，每个时隙中装载的是相应入线上的信息，图的信息，图6.10所示的输出时隙方框

19、中填所示的输出时隙方框中填写的是对应的入线时隙编号，实际只是存写的是对应的入线时隙编号，实际只是存放相应的信息。放相应的信息。（3）缓存区：完成将输入时隙中的）缓存区：完成将输入时隙中的信息交换到特定的输出时隙中。信息交换到特定的输出时隙中。总线是指所有通信部件间的公共连线，总线是指所有通信部件间的公共连线，通信部件间的信息交换全部通过总线提供通信部件间的信息交换全部通过总线提供的通道来完成。的通道来完成。基于总线机制的基于总线机制的ATM交换单元的构造交换单元的构造如图如图6.13所示，所有入线和出线都连接到所示，所有入线和出线都连接到总线上，总线通过总线管理器进行管理。总线上，总线通过总线

20、管理器进行管理。总线管理器m条入线n条出线图6.13 总线机制交换单元在计算机局域网总线结构中，采用各在计算机局域网总线结构中，采用各计算机站点自主监视总线上是否有信息传计算机站点自主监视总线上是否有信息传送的方法。送的方法。在上述两种总线仲裁机制（内部总线在上述两种总线仲裁机制（内部总线结构和局域网总线结构）中，一方面是总结构和局域网总线结构）中，一方面是总线上传送的负载的不均衡性（计算机内部线上传送的负载的不均衡性（计算机内部通信中通信中CPU占用总线的绝大多数时间并处占用总线的绝大多数时间并处于管理位置，计算机局域网中数据传输呈于管理位置，计算机局域网中数据传输呈现突发的特性）；现突发的

21、特性）；另一方面是它们一般工作在较低速率下，例如，计另一方面是它们一般工作在较低速率下，例如，计算机内部总线速率为算机内部总线速率为33Mbit/s，而局域网则在而局域网则在100Mbit/s，远低于远低于ATM交换机的传输速率，所以交换机的传输速率，所以ATM总线交换结构不总线交换结构不能简单地采用上述两种总线仲裁机制来解决总线的占用传能简单地采用上述两种总线仲裁机制来解决总线的占用传输。输。为了减轻总线的负担，可以采用多总线的方法。在为了减轻总线的负担，可以采用多总线的方法。在ATM交交换单元中使用多组总线而不是一组总线，如图换单元中使用多组总线而不是一组总线，如图6.14所示。所示。1出

22、 线 控 制出 线 控 制出 线 控 制入线出 线122mn图图6.14 多总线多总线ATM结构图结构图令牌环结构是高速局域网所采用的一种信息令牌环结构是高速局域网所采用的一种信息交换形式。交换形式。ATM交换单元可以采用如图交换单元可以采用如图6.16所示所示的结构设计。所有入线、出线和环形网络相连，的结构设计。所有入线、出线和环形网络相连，如果环的传输容量等于所有入线容量之和，可以如果环的传输容量等于所有入线容量之和，可以采用开槽（时隙）方法，为每个入线分配时隙，采用开槽（时隙）方法，为每个入线分配时隙，入线在相应的时隙将其上的信元送上环路，而在入线在相应的时隙将其上的信元送上环路，而在任

23、意出线处进行任意出线处进行VPI/VCI判断，查看信元是否由该判断，查看信元是否由该出线接收。出线接收。一个基本交叉连接单元有平行连接和一个基本交叉连接单元有平行连接和交叉连接两种状态，如图交叉连接两种状态，如图6.17所示。所示。0入端出端入端出端(a) 平行连接(b) 交叉连接1010101 图图6.17 交叉连接单元的两种连接状态交叉连接单元的两种连接状态Banyan网络非常规则的构造方法，使网络非常规则的构造方法，使其具有许多重要性质。其具有许多重要性质。Banyan网络中的每条入线和每条出线网络中的每条入线和每条出线之间都只有一条路径并且只有这一条路径，之间都只有一条路径并且只有这一

24、条路径，称之为惟一路径性质。下面简单地证明这称之为惟一路径性质。下面简单地证明这个性质。个性质。由由Banyan网络的构造方法可知，一个网络的构造方法可知，一个Banyan网络网络的入线数和出线数相等。的入线数和出线数相等。在没有出线冲突时，纵横开关阵列是没有内部阻在没有出线冲突时，纵横开关阵列是没有内部阻塞的。塞的。排序排序Banyan网络不仅可以实现内部无阻塞，同时网络不仅可以实现内部无阻塞，同时还可以用来解决出线冲突问题。其方法可以分三步进行，还可以用来解决出线冲突问题。其方法可以分三步进行，即：仲裁、认可和发送。即：仲裁、认可和发送。三步法的最大特点是借助排序三步法的最大特点是借助排序

25、Banyan网络本身解网络本身解决出线冲突，运算效率和处理速度比较快，可以满足决出线冲突，运算效率和处理速度比较快，可以满足ATM高速交换的要求。高速交换的要求。ATM交换的协议参考模型是基于国际电联交换的协议参考模型是基于国际电联标准产生的，如图标准产生的，如图6.27所示。它由三个面组成，所示。它由三个面组成，即控制面（即控制面（Control）、）、用户面（用户面（User）和管理和管理面（面（Management）。）。ATM适配层（适配层（ATM Adaptation Layer，AAL）是业务特定的，它的使用取决于应用要求。是业务特定的，它的使用取决于应用要求。ATM层主要执行交换

26、、路由选择和多路复层主要执行交换、路由选择和多路复用功能。用功能。管理面用户面控制面高层AAL 层信令信令 AALA 级B 级C 级D 级AAL1AAL2AAL3 或 AAL5ATM 层物理层图图6.27 ATM协议参考模型协议参考模型物理层主要处理相邻物理层主要处理相邻ATM层间层间ATM信元的传输。信元的传输。ATM层独立于物理层，它能层独立于物理层，它能够在各种类型物理链路上工作。够在各种类型物理链路上工作。传输汇聚子层生成物理媒质的关联信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。它的功息，并且为物理层产生协议信息。它的功能包括能包括HEC的产生和验证、信元速率解耦、

27、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。信元定界、传输帧的产生和恢复。在面向帧的传输系统中，传输汇聚子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，并在接收端从比层在发送端产生传输帧，并在接收端从比特流中恢复它。特流中恢复它。物理层从物理层从ATM层传递层传递52字节信元。这字节信元。这时，除了时，除了HEC字节，其他字节是完全的。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传到物理媒质之前就插入信元信头的信头差错控制域。在差错控制域。在一般来说，物理媒质要求连续传输比一般来说，物理

28、媒质要求连续传输比特流（拆线信道传输除外）。特流（拆线信道传输除外）。传输链路上传输的不是信元，而是比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，并且特流（信号）。物理层接收比特流，并且在它传向在它传向ATM层之前，将其还原为层之前，将其还原为ATM信信元。元。物 理 媒 质 关 联 子 层 （物 理 媒 质 关 联 子 层 （ P h y s i c a l Medium Dependent sublayer，PMD）类类似常规网络的物理层。它在传输方向的基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。在接本功能是在链路上透明传输比特流。在接收方向，

29、它检测和恢复传递来的比特流，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，恢复传然后将其再传递到传输汇聚子层，恢复传输帧和输帧和ATM信元。信元。图图6.29表示了物理媒质关联子层和传表示了物理媒质关联子层和传输汇聚子层间的关系。输汇聚子层间的关系。定时数据控制信号线路输入定时数据控制信号线路输出物理媒质关联子层传输汇聚子层编码-解码(如 4B/5B)调制/解调定时传递检测图图6.29 物理媒质关联子层和传输汇聚子层间关物理媒质关联子层和传输汇聚子层间关系系（1）接收信号检测比特边界要求：传）接收信号检测比特边界要求：传递到物理媒质关联子层的码型是二进制代递到物理媒质关联子

30、层的码型是二进制代码。码。（2）额外值要求：增加额外值可用于）额外值要求：增加额外值可用于传输链路两端控制信息的传递。传输链路两端控制信息的传递。（3）低速传递需要：码组传输在网中）低速传递需要：码组传输在网中使接收的比特流更易于低速向其他电路传使接收的比特流更易于低速向其他电路传递。递。ATM层主要执行层主要执行ATM 网的交换功能，网的交换功能，在同一在同一ATM层单元间传递信元。层单元间传递信元。ATM层从用户层接收层从用户层接收48字节信元信息，字节信元信息，再加再加4字节信头（字节信头（HEC字节除外）组成字节除外）组成ATM信元，然后将它传送到物理层进行信元，然后将它传送到物理层进

31、行HEC处理和传输。处理和传输。ATM层通过一般流量控制（层通过一般流量控制（GFC）控控制终端到网络的业务流量。制终端到网络的业务流量。同时，信元丢失优先级（同时，信元丢失优先级（CLP）在流在流量控制中也发挥作用。量控制中也发挥作用。ATM是面向连接的技术，它要求端到是面向连接的技术，它要求端到端连接在业务量开始流通前就建立。端连接在业务量开始流通前就建立。ATM信元信头包含信元信头包含28bit的路由选择的路由选择域，它由两个识别符构成，即虚通路标识域，它由两个识别符构成，即虚通路标识符（符（VPI）和虚信道识别符（和虚信道识别符（VCI）。）。操作管理和维护（操作管理和维护（OAM）一

32、般包括一般包括配置、故障和性能管理及安全保密和计费配置、故障和性能管理及安全保密和计费功能，网络资源特别在功能，网络资源特别在ATM层被监测，防层被监测，防止设备故障和性能降级。止设备故障和性能降级。（1）性能监测：管理单元的正常功能，由连续的或）性能监测：管理单元的正常功能，由连续的或者周期性的功能检测进行监测，并提供维护信息。者周期性的功能检测进行监测，并提供维护信息。（2）故障和失效检测：通过连续的和周期性检查来）故障和失效检测：通过连续的和周期性检查来检测出故障，并产生维护和告警信息。检测出故障，并产生维护和告警信息。（3）系统保护：通过闭塞或者切换的方式减小管理）系统保护：通过闭塞或

33、者切换的方式减小管理单元故障对系统的影响，并把故障单元排除于操作之外。单元故障对系统的影响，并把故障单元排除于操作之外。（4）故障信息：故障信息、告警指示和请求响应都）故障信息：故障信息、告警指示和请求响应都被传递到对应管理单元和管理面。被传递到对应管理单元和管理面。（5）故障定位：由于故障信息不充分，需要内部或）故障定位：由于故障信息不充分，需要内部或者外部测试系统检测故障单元。者外部测试系统检测故障单元。信元由信元由ATM层向物理层传递时，要进层向物理层传递时，要进行统计时分多路复用，将信元信息插入时行统计时分多路复用，将信元信息插入时间段中；物理层向间段中；物理层向ATM层传递时，层传递

34、时，ATM层层要从时间段中取出信元信息。要从时间段中取出信元信息。ATM层只涉及信元信头功能而不处理层只涉及信元信头功能而不处理信息域的信息类型，不涉及具体应用，这信息域的信息类型，不涉及具体应用，这种简化处理对于同高速传输链路保持同步种简化处理对于同高速传输链路保持同步是非常必要的。是非常必要的。ITU-T根据定时关系、比特率和连接根据定时关系、比特率和连接方式三个参数对方式三个参数对ATM业务进行了分类。业务进行了分类。每一协议都具有通过每一协议都具有通过ATM网把网把AAL-SDU从一个从一个AAL业务接入点（业务接入点（Service Access Point，SAP）传递到另一个或者

35、更传递到另一个或者更多多AAL-SAP的功能。的功能。ATM适配层类型适配层类型1（AAL1）适用于要适用于要求连接端点间具有定时关系的恒定比特率求连接端点间具有定时关系的恒定比特率（Constan Bit Rate，CBR）业务，例如业务，例如CBR音频和音频和CBR视像。视像。分段和重装子层在发送端，接收汇聚子层传来的分段和重装子层在发送端，接收汇聚子层传来的47字节数据块（字节数据块（AAL1 CS-PDU），），并在每个数据块附加并在每个数据块附加SAR-PDU信头，构成分段和重装子层协议数据单元信头，构成分段和重装子层协议数据单元（SAR-PDU）。）。AAL1汇聚子层包括下列功能。

36、汇聚子层包括下列功能。AAL1是惟一定义用于固定比特率业务的适配层，其他是惟一定义用于固定比特率业务的适配层，其他都定义用于可变比特率业务。可变长度信息分组称为业务数都定义用于可变比特率业务。可变长度信息分组称为业务数据单元（据单元（Service Data Unit，SDU）。）。 可变比特率业务特定汇聚子层（可变比特率业务特定汇聚子层（VBR SSCS）定义了两定义了两种方式业务：信息方式和数据流方式。种方式业务：信息方式和数据流方式。 信息方式传递固定容量数据单元，也传递可变长度数据信息方式传递固定容量数据单元，也传递可变长度数据单元。单元。 数据流方式用于可变长度数据单元传输和接收的交

37、织。数据流方式用于可变长度数据单元传输和接收的交织。如果没有此功能，完整数据单元必须被如果没有此功能，完整数据单元必须被ATM适配层用户接收，适配层用户接收，并在汇聚子层处理。如果有并启动该功能，并在汇聚子层处理。如果有并启动该功能，ATM适配层用户适配层用户以若干单元传递数据。以若干单元传递数据。 目前定义的可变比特率业务的目前定义的可变比特率业务的3个个ATM适配层协议如下所适配层协议如下所述。述。AAL2分为汇聚子层（分为汇聚子层（CS）和分段重和分段重装子层（装子层（SAR）。）。CPS分组结构如图分组结构如图6.35所示。所示。如图如图6.36 所示为所示为CPS-PDU结构结构CP

38、S 分组头CPS 分组负荷CIDLIUUIHECCPS-INFO图图6.35 AAL2的的CPS分组结构分组结构OSFSNPCPS-INFOPADSTFCPS-PDU 负载图图6.36 CPS-PDU结构结构AAL3/4定义用于源和端间不须定时定义用于源和端间不须定时的面向连接和无连接可变比特率业务。它的面向连接和无连接可变比特率业务。它的基本功能支持无连接网络接入和面向连的基本功能支持无连接网络接入和面向连接的帧中继业务。接的帧中继业务。AAL3/4的分段和重装（的分段和重装（SAR）子层子层从公共部分汇聚子层接收可变长度数据分从公共部分汇聚子层接收可变长度数据分组，产生分段和重装子层协议数

39、据单元组，产生分段和重装子层协议数据单元（SAR-PDU）。）。在业务特定汇聚子层（在业务特定汇聚子层（SSCS）无效无效时，时，AAL3/4公共部分汇聚子层（公共部分汇聚子层（CPCS）接收固定或者可变长度接收固定或者可变长度AAL用户信息分组，用户信息分组，形成公共部分汇聚子层协议数据单元形成公共部分汇聚子层协议数据单元（CPCS-PDU），），将它们传递到分段和重将它们传递到分段和重装子层进一步处理。装子层进一步处理。与与AAL3/4相类似，相类似，AAL5用于可变比用于可变比特率业务，但是它不需要源和端之间的定特率业务，但是它不需要源和端之间的定时。时。分段和重装子层功能基于分段和重装

40、子层功能基于SAR-PDU执行。执行。AAL5的的CPCS-PDU格式如图格式如图6.40所示。所示。PAD：衰减； CPCS：公共部分汇聚子层；UU：用户到用户； Length：长度；CRC：循环冗余检验。用户数据PADCPCS-UUCPILengthCRC-32图图6.40 AAL5的的CPCS-PDU格式格式AAL3/4和和AAL5都定义于面向连接的都定义于面向连接的可变比特率业务，以及不要求通信单元间可变比特率业务，以及不要求通信单元间端到端定时的无连接应用。端到端定时的无连接应用。通信网络中的信令是动态地建立、维通信网络中的信令是动态地建立、维持和终止连接的一组过程，需要在用户和持和

41、终止连接的一组过程，需要在用户和交换节点之间以及交换节点与交换节点之交换节点之间以及交换节点与交换节点之间进行信息交换。间进行信息交换。用户网络接口（用户网络接口（UNI）是）是ATM端点站端点站和网络之间的分界点。和网络之间的分界点。网络节点接口（网络节点接口（NNI）是两个公用网）是两个公用网络之间的分界点，也可以是两个专用网络络之间的分界点，也可以是两个专用网络的分界点，还可以是一个交换机到交换机的分界点，还可以是一个交换机到交换机的接口。的接口。UNI信令又称为网络接入信令，用于信令又称为网络接入信令，用于在网络边缘（即在在网络边缘（即在ATM端点站和公用的或端点站和公用的或专用的网络

42、之间）动态地建立、维持和终专用的网络之间）动态地建立、维持和终止连接。止连接。UNI信令是用户操作的可见部分，信令是用户操作的可见部分，实现用户和网络的交互，完成所有与用户实现用户和网络的交互，完成所有与用户通信有关的操作。通信有关的操作。如图如图6.41所示的是所示的是UNI信令结构。信令结构。信令AAL用户网接口信令业务特定协调功能(SSCF)业务特定面向连接的协议(SSCOP)AAL5 公共部分汇聚子层(CPCS)AAL5 分段和重装子层(SAR)ATM 层物理层SAAL 公共的部分SAAL 业务特定的部分图图6.41 UNI信令结构信令结构业务特定的汇聚子层（业务特定的汇聚子层（SSC

43、S）由业由业务特定的协调功能（务特定的协调功能（SSCF）和业务特定面和业务特定面向连接的协议（向连接的协议（SSCOP）组成。组成。如 表如 表 6 . 8 所 示 ，所 示 ， U N I 信 令 层 使 用信 令 层 使 用Request（请求）、请求）、Indication（指示）、指示）、Response（响应）和响应）和Confirm（证实）四证实）四种服务原语请求种服务原语请求SAAL的服务。的服务。 表表 6 .8 U N I信信 令令 和和 S A A L 之之 间间 的的 原原 语语服服 务务 原原 语语描描 述述R e q u e s t当当 一一 个个 较较 高高 层层

44、 请请 求求 相相 邻邻 较较 低低层层 的的 一一 个个 服服 务务 时时 使使 用用I n d ic a t io n提提 供供 服服 务务 的的 层层 用用 以以 通通 知知 相相 邻邻较较 高高 层层 一一 种种 跟跟 服服 务务 相相 关关 的的 特特别别 的的 活活 动动R e s p o n s e被被 一一 层层 用用 以以 肯肯 定定 应应 答答 从从 较较 低低层层 收收 到到 的的 I n d ic a t io n 原原 语语C o n fir m被被 提提 供供 请请 求求 服服 务务 的的 层层 用用 以以 确确认认 有有 关关 的的 活活 动动 已已 经经 完完

45、成成业务特定面向连接的协议（业务特定面向连接的协议（SSCOP）从从UNI信令层接收可变长的信令层接收可变长的SDU（业务数业务数据单元），形成据单元），形成PDU（协议数据单元），协议数据单元），并把它们传送给对等的并把它们传送给对等的SSCOP。为了执行为了执行SSCOP的有关功能，对等的有关功能，对等SSCOP实体利用下列实体利用下列PDU来进行相互通信。来进行相互通信。信令报文用于完成用户与网络之间的呼叫建立、保信令报文用于完成用户与网络之间的呼叫建立、保持、释放操作和它对网络的服务需求，还被网络用于通知持、释放操作和它对网络的服务需求，还被网络用于通知用户其连接请求是否被接受（例如网

46、络是否有资源支持该用户其连接请求是否被接受（例如网络是否有资源支持该连接）。连接）。（1）协议鉴别用于把）协议鉴别用于把B-ISDN UNI信令报文跟其他协议的信令报文跟其他协议的其他类型报文相区别。其他类型报文相区别。（2）呼叫参考由呼叫参考长度和呼叫参考值组成，呼叫参）呼叫参考由呼叫参考长度和呼叫参考值组成，呼叫参考长度表示以字节计的呼叫参考值长度。考长度表示以字节计的呼叫参考值长度。（3）报文类型标识被发送的不同报文的类型。）报文类型标识被发送的不同报文的类型。（4）报文长度是报文内容的字节数。）报文长度是报文内容的字节数。（5）可变长信息元素用于传递需要的通信参数和其他说明）可变长信息

47、元素用于传递需要的通信参数和其他说明信息。信息。一条点到点的连接是若干个连接两个端点的虚信道或一条点到点的连接是若干个连接两个端点的虚信道或虚通路链路的集合。虚通路链路的集合。 （1）ESl要跟要跟ES2建立一条连接，它通过其建立一条连接，它通过其UNI接口向网接口向网络发送一个络发送一个SETUP（呼叫建立）报文，该报文包含标识这两呼叫建立）报文，该报文包含标识这两个端节点和连接特征等相关信息。个端节点和连接特征等相关信息。 （2）网络节点用一个）网络节点用一个CALL PROCEEDING（呼叫在进呼叫在进行）报文回答行）报文回答ESl，表示收到了表示收到了SETUP报文，并正在做建立报文

48、，并正在做建立连接工作。连接工作。 （ 3 ） 如 果 需 要 ，） 如 果 需 要 ， E S 2 可 以 给 网 络 发 一 个可 以 给 网 络 发 一 个 C A L L PROCEEDING报文，表示它已经收到了报文，表示它已经收到了SETUP报文，但需报文，但需要花费较长的时间处理。要花费较长的时间处理。 （4）ES2决定接受该决定接受该SETUP请求，则给网络节点发一个请求，则给网络节点发一个CONNECT（连接）报文。连接）报文。 （ 5 ） 网 络 节 点 给） 网 络 节 点 给 E S 2 发 送 一 个发 送 一 个 C O N N E C T ACKNOWLEDGE（

49、连接肯定应答）报文。连接肯定应答）报文。 （6）网络把呼叫被接受的信息传达给发起呼叫的网络节）网络把呼叫被接受的信息传达给发起呼叫的网络节点，然后一个点，然后一个CONNECT报文被送给报文被送给ESl，这个报文包含跟这个报文包含跟连接建立有关的信息。连接建立有关的信息。 （7）ESl处理这个处理这个CONNECT报文并接受该连接建立条件。报文并接受该连接建立条件。它给网络节点发送一个它给网络节点发送一个CONNECT ACKNOWLEDGE（连连接肯定应答）报文，现在接肯定应答）报文，现在ESl可以使用在可以使用在CONNECT报文中报文中收到的收到的VPIVCI标号开始在标号开始在ATM连接上发送数据了。连接上发送数据了。 （8）数据信元在两个方向上通过用户网络接口流动。）数据信元在两个方向上通过用户网络接口流动。（9）ESl通过它的通过它的UNI接口发送一个接口发送一个RELEASE（释释放）报文表示要终止连接。放）报文表示要终止连接。（10）网络通过发送一个）网络通过发送一个 RELEASE COMPLETE（释放完成）报文肯定应答收到的释放完成）报文肯定应答收到的RELEASE报文。在网报文。在网络和络和ES1之间的连接部分被清除。之间的连接部分被清除。（11）网络通过连接）网络通过连接ES2的的UNI接