ATM原理与异步时分复用

ATM技技术术的的提提出出ATM最最早早在在1983年年由由CNET和和AT&T开开展展研研究究，，1984年年AlcatelBell研研究究中中心心公公布布ATM的的概概念念，，1988年年CCITTTG18定定名名为为ATM，，（（AsynchronousTransferMode）。。TransferMode实实际际上上是是一一种种信信息息转转发发或或交交换换的的方方式式，，ATM既既不不是是电电路路交交换换，，也也不不是是分分组组交交换换，，而而是是一一种种新新的的交交换换方方式式，，称称为为信信元元交交换换(CellSwitch)。。所所谓谓Asynchronous（（异异步步））体体现现在在与与TDM固固定定时时隙隙相相反反，，用用户户可可以以随随时时发发信信息息。。ATM原原理ATM的的定义ATM是一种传传递模式式，在这这种模式式中，信信息被分分成信元元来传递递，而包包含同一一用户信信息的信信元不需需要在传传输链路路上周期期性地出出现。因因此这种种传递模模式是异异步的。。ITU-TI.113ATMis““Atransfermodeinwhichtheinformationisorganizedintocells;itisasynchronousinthesensethattherecurrenceofcellscontaininginformationfromanindividualuserisnotnecessarilyperiodic.””三、ATM的复复用方式式TDM采采用固定定时隙，，存在时时隙的浪浪费，参参见图。。而ATM不受受时隙的的影响，，可以随随时将信信元复用用到信道道上。ABA队列信息源已分配信信元:A.B未分配信信元:ØØ信头净荷荷5字节48字节节ATM信信元ATM复复用线AAABtATM信信元和和复用ØØ时隙信元ATM异异步时分分复用信道信元头信息段虚拟信道VCj虚拟信道VCi时间ATM的复用用方式式为标标记复复用。。它把把信道道看成成是由由一个个个等等长的的时隙隙构成成，每每个时时隙内内都正正好装装载一一个ATM信元。。信元元是ATM的基本本传递递单位位，是是一种种极短短（53字节））的固固定长长度的的数据据分组组。每每一信信元包包括一一个信信元头头和一一个信信息段段。信信元通通过虚虚拟信信道VC传送，，虚拟拟信道道利用用虚拟拟信道道标记记来表表示，，虚拟拟信道道标记记包含含在信信元头头之中中。ATM异步步时分分复用用原理理信元是是ATM的基本本传递递单位位。每每一信信元包包括一一个信信元头头和一一个信信息段段。信元通通过虚虚拟信信道VC（（VirtualChannel））传送送，虚虚拟信信道利利用虚虚拟信信道标标记VCI（VirtualChannelIdentifier））来表表示，，虚拟拟信道道标记记包含含在信信元头头之中中。属属于同同一虚虚拟信信道的的信元元群拥拥有相相同的的虚拟拟信道道标记记，但但占用用的时时隙可可以出出现在在不同同的位位置。。各虚虚拟信信道的的标记记之间间没有有固定定关系系。通过虚拟信道道标记可以在在用户之间实实现虚拟信道道的动态分配配，从而各虚虚拟信道可以以具有不同的的传输速率（（1kb/s—140Mb/s）。“虚拟”（Virtual）即需要要时立即设置置，用完后马马上取消。ATM传输技技术是以分组组传输模式为为基础并融合合了电路传输输模式高速化化的优点发展展而成的。ATM用于交交换，通过识识别信元头中中的虚拟信道道标记，把输输入线上的虚虚拟信道标记记转换成输出出线上的虚拟拟信道标记，，控制数据交交换存储器的的写入与读出出，完成交换换。由于ATM使使网络与业务务无关，具有有动态分配信信道和带宽的的功能，兼有有高、中、低低速信息业务务为一身，使使ATM技术术成为B-ISDN和信信息高速公路路的核心技术术。ATMATM异异步步转转移移模模式式ATM以以异步时时分复用用技术为为基础。。ATM的复用用方式为为标记复复用。它它把信道道看成是是由一个个个等长长的时隙隙构成，，每个时时隙内都都正好装装载一个个ATM信元。。信元是是ATM的基本本传递单单位，是是一种极极短（53字节节）的固固定长度度的数据据分组。。每一信信元包括括一个信信元头和和一个信信息段。。信元通通过虚拟拟信道VC传送送，虚拟拟信道利利用虚拟拟信道标标记来表表示，虚虚拟信道道标记包包含在信信元头之之中。属属于同一一虚拟信信道的信信元群拥拥有相同同的虚拟拟信道标标记，但但占用的的时隙可可以出现现在不同同的位置置。各虚虚拟信道道的标记记之间没没有固定定关系。。通过虚虚拟信道道标记可可以在用用户之间间实现虚虚拟信道道的动态态分配，，从而各各虚拟信信道可以以具有不不同的传传输速率率（1kb/s—140Mb/s））。“虚虚拟”(Virtual)即即需要时时立即设设置，用用完后马马上取消消。ATM用用于交换换，通过过识别信信元头中中的虚拟拟信道标标记，把把输入线线上的虚虚拟信道道标记转转换成输输出线上上的虚拟拟信道标标记，控控制数据据交换存存储器的的写入与与读出，，完成交交换。由由于ATM使网网络与业业务无关关，具有有动态分分配信道道和带宽宽的功能能，兼有有高、中中、低速速信息业业务为一一身，使使ATM技术成成为B-ISDN和信信息高速速公路的的核心技技术。MUX`WastedbandwidthATMTDM4321432143214313221VoiceDatapacketsImagesFigure7.37Figure19-1MultiplexingUsingDifferentPacketSizesFigure19-2MultiplexingUsingCellsFigure19-3ATMMultiplexing四、ATM是是面向连连接的ATM采采用虚电路的方式交交换信息息，用户户向网络络提交信信息之前前要首先先建立连连接，声声明所需需的信元元特性和和QoS，包括括峰值信信元速率率、最大大包长、、信元延延时、信信元丢失失率等参参数。ATM传输输和交交换过过程中中采用用两种种连接接形式式，即即虚通通道(VirtualChannel)连接接和虚虚通路路(VirtualPath)连接接。ATM连接接的分分类Figure19-5VP与VC的概念Figure19-6ExampleofVPsandVCs五、ATM交换ATM交换换是基于VPI/VCI组合合实现的。。ATM交交换机实际际上是将一一个输入的的VPI/VCI信信元，映射射到输出VPI/VCI信元元。图7.39。交换方式有有两种：VP交换和和VC交换换。引入VP交交换的好处处：①便于于管理，简简化ATM交换机；；②提高ATM交换换的速率。。ATM由ITU-T主管，由由ATMForum管理具具体的标准准。cATMSw1ATMSw4ATMSw2ATMSw3ATMDCCabdeVP3VP5VP2VP1abcdeSw=switchFigure7.39Figure19-4ArchitectureofanATMNetworkATM层ATM信元虚连接QoS参数ATM服务类型Figure19-27ATMLayer一、ATM信元元ATM信元大小的的确定ATM信元元的结构HEC控制制算法ATM信元元的定界1.ATM信元元大小的确确定信元大小的的确定取决决于三个因因素：传输输效率、时时延和实现现的复杂性性。从实时通信信来看，小小的信元可可以减小时时延和排队队时间，固固定大小便便于硬件处处理和交换换，但信元元过小会降降低传输效效率。欧洲提出32+4的方案。美美国提出64+5的方案，经经过长期争争论，最后后ITU-T采取折衷的的方式：（（32+64）/2=48。（不伦不类类，不是二二的幂次，，后患无穷穷。）2.ATM信元元的结构ATM信元元=5字节的信信头+48字节节的信息图中字段的的说明：①GFC一一般流量控控制，只用用于UNI，而在NNI中GFC的4比特用于于VPI。。②VPI虚虚通路，，对UNI是8比比特，对NNI是12比特。。③VCI虚虚通道，，12比特特④PT=PayloadType=b0b1b2,b0=0data,b0=1control;⑤CLP=CellLossPriority比比特,CLP=1表示可丢丢，CLP=0不可可丢。⑥HEC=HeaderChecksum，，8比特，，是前四个个字节的校校验，采用用CRC-8=X^8+X^2+X+1Figure19-9ATM信元元的帧格式式GFC(4bits)VPI(4bits)VPI(4bits)VCI(4bits)VCI(8bits)VCI(4bits)PT(3bits)CLP(1bit)HEC(8bits)ATMcellheaderPayload(48bytes)Figure9.7Figure19-8VirtualConnectionIdentifiersinUNIsandNNIsFigure19-28ATMHeaderFigure19-29PTFieldsFigure19-30ServiceClassesATM适配层层(AAL)层AAL1类型AAL2类型AAL3/4类型AAL5类型SAAL类型ATM适配层层(AAL)作用有二：一一是用户数据据块与信元之之间的映射，，二是增强ATM的服务务能力，以便便满足应用的的需要。ATM将能够够提供的业务务按照时间性性、数据率和和连接类型分分为A、B、、C、D四类类，相应地定定义了五类AAL层的类类别AAL1~5，其中中AAL3/4合为一类类。AAL层分为为CS和SAR两个子层层，CS子层层又分为SSCS和CPCS两个子子层。下面分别说明明一下各种AAL层的结结构及其处理理过程。A/DAALVoices1,s2…DigitalvoicesamplesA/DAALVideo…CompressioncompressedframespictureframesAALDataBurstyvariable-lengthpacketscellscellscellsFigure9.3服务类型与AAL分类AAL中SAR的PDU结构AAL层的类类型一、AAL1类型型针对电路交换换业务图9.10,9.11二、AAL2类型型针对低速率、、短时延的分分组业务图图9.13,9.14三、AAL3/4类类型针对无无连接接的可可变速速率数数据图图9.15,9.16四、AAL5类类型面向连连接的的可变变速率率数据据图图9.18不做任任何处处理，，只增增加8字节节的Trailer，加加上PAD后变变为48字字节的的整数数倍，，然后后送给给SAR层层。五、SAAL类类型(SignalingAAL)图9.20,9.21.Figure19-20ATMLayersFigure19-21ATMLayersinEnd-PointDevicesandSwitchesATM的应应用ATMWANATM用于于远程程连接接多种种网络络形式式ATMLANATM用用于局局域网网的连连接Figure19-33ATMWANFigure19-34EthernetSwitchandATMSwitchATM的未未来“ATMisdead,LongliveATM.””ATM与ISDN遭遭受同同样的的命运运？“计划划经济济比不不过市市场经经济””IP也也在改改进，，增加加QoS功功能，，速率率也在在提高高，如如LSR线线速率率路由由器IPoverATMoverSDHoverfiberIPoverfiberorIPoverDWDMATM特点点不进行行逐段段链路路差错错和流流量控控制面向连连接信头功功能简简单信元长长度小小而固固定用户信信息透透明地地穿过过网络络ATM的优优点支持任任何业业务（（不同同速率率，不不同突突发发性，，不同同实时时性））有效利利用网网络资资源（（统计计复用用）单一通通信网网（B-ISDN））4.4.2交换技技术1.信信息息交换换方式式信息交交换指指信息息在不不同线线路、、终端端或网网路之之间的的切换换过程程或分分发过过程。。信息息交换换主要要有电电路交交换、、报文文交换换、分分组交交换、、异步步转移移模式式（ATM）、、IP交换换、MPLS等等基本本方式式（1））电路交交换电话话和和用用户户电电报报通通信信网网采采用用的的是是电电路路交交换换方方式式。。这这种种方方式式的的特特点点是是：：当当一一个个人人或或终终端端要要与与远远端端的的另另一一个个人人或或终终端端通通信信时时，，就就向向交交换换机机送送入入被被叫叫端端的的用用户户号号码码，，交交换换机机根根据据这这一一号号码码在在主主叫叫和和被被叫叫之之间间建建立立起起一一条条电电路路，，或或指指定定时时分分线线的的某某个个时时隙隙，，主主叫叫端端的的信信息息便便立立即即传传送送到到被被叫叫端端，，其其时时延延仅仅仅仅是是信信息息以以光光速速传传播播时时引引起起的的传传输输时时延延，，主主、、被被叫叫之之间间能能实实时时对对话话交交换换信信息息。。另另外外，，在在电电路路交交换换中中，，通通信信时时建建立立的的电电路路被被一一对对用用户户独独占占，，且且一一直直保保持持到到双双方方挂挂机机。。（2））报文文交交换换公众众电电报报系系统统采采用用的的是是报报文文交交换换，，一一份份被被发发送送的的报报文文传传送送到到交交换换中中心心后后，，先先存存储储起起来来，，当当连连接接该该交交换换机机的的中中继继线线空空闲闲时时，，再再将将这这份份报报文文转转发发到到通通信信目目的的地地通通路路上上的的另另一一个个交交换换机机存存储储起起来来，，这这种种““存存储储－－转转发发””的的过过程程辗辗转转进进行行，，直直到到报报文文到到达达目目的的地地为为止止，，所所以以这这种种交交换换方方式式又又称称为为““存存储储－－转转发发””交交换换方方式式。。报报文文交交换换存存在在传传输输时时延延，，不不能能实实时时对对话话。。（3）分组交换换与帧中中继指将待传传送的报报文或数数据由交交换机装装配成规规定长度度和格式式的数据据块───分组，，让这些些分组独独立地以以“存储储－转发发”的方方式并且且可以由由不同的的路径在在网内传传输，在在接收端端的交换换机又重重新把它它们组装装成完整整的报文文或数据据。分组组交换的的数据传传输协议议是X.25。。帧中继是是一种快快速分组组交换技技术，数数据传输输的基本本单元是是帧。（4）ATM异异步转移移模式ATM以以异步时时分复用用技术为为基础。。ATM的复用用方式为为标记复复用。它它把信道道看成是是由一个个个等长长的时隙隙构成，，每个时时隙内都都正好装装载一个个ATM信元。。信元是是ATM的基本本传递单单位，是是一种极极短（53字节节）的固固定长度度的数据据分组。。每一信信元包括括一个信信元头和和一个信信息段。。信元通通过虚拟拟信道VC传送送，虚拟拟信道利利用虚拟拟信道标标记来表表示，虚虚拟信道道标记包包含在信信元头之之中。属属于同一一虚拟信信道的信信元群拥拥有相同同的虚拟拟信道标标记，但但占用的的时隙可可以出现现在不同同的位置置。各虚虚拟信道道的标记记之间没没有固定定关系。。通过虚虚拟信道道标记可可以在用用户之间间实现虚虚拟信道道的动态态分配，，从而各各虚拟信信道可以以具有不不同的传传输速率率（1kb/s—140Mb/s））。“虚虚拟”(Virtual)即即需要时时立即设设置，用用完后马马上取消消。ATM用用于交换换，通过过识别信信元头中中的虚拟拟信道标标记，把把输入线线上的虚虚拟信道道标记转转换成输输出线上上的虚拟拟信道标标记，控控制数据据交换存存储器的的写入与与读出，，完成交交换。由由于ATM使网网络与业业务无关关，具有有动态分分配信道道和带宽宽的功能能，兼有有高、中中、低速速信息业业务为一一身，使使ATM技术成成为B-ISDN和信信息高速速公路的的核心技技术。（5）IP交换换Internet是一一个以统统一标准准协议路由器技术按照TCP/IP协议实现计算机用户之间的数据交互。IP交换技术是在ATM交换机硬件的基础上附加一个IP路由软件及控制交换的驱动器构成。（6）