ATM基本原理

冬水儿

ATM信元是ATM传送信息的基本载体。ATM信元采用了固定长度的信元格式，只有53字节，其中5个字节为信头，其余的48个字节为信元净荷。信元的主要功能为确定虚通道，并完成相应的路由控制。
ATM层利用物理层提供的信元（53字节）传送功能，向外部提供传送ATM业务数据单元（48字节）的功能。ATM业务数据部分（ATM-SDU）是任意的48字节长的数据段，它在ATM层中成为ATM信元的负载区部分。
AAL层的主要作用是将高层的用户信息分段装配成信元，吸收信元延时抖动和信元丢失，并进行流量控制和差错控制。网络只提供到ATM层为止的功能。AAL层的功能由用户本身提供，或由网络与外部的接口提供。
AAL用于增强ATM层的能力，以适合各种特定业务的需要。这些业务可能是用户业务，也可能是控制平面和管理平面所需的功能业务。在ATM层上传送的业务可能有很多种，但根据三个基本参数来划分，可分为四类业务。三个参数是：源和目的之间的定时要求、比特率要求和连接方式。业务类划分为A、B、C、D四类。
A
类 ： 固定比特率(CBR)业务:ATM适配层１(AAL1),支持面向连接的业务,其比特率固定,常见业务为64Kbit/s话音业务,固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电路。
B类： 可变比特率(VBR)业务:ATM适配层2(AAL2)。支持面向连接的业务,其 比特率是可变的。常见业务为压缩的分组语音通信和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性,其原因是接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。
C类： 面向连接的数据服务:AAL3/4。该业务为面向连接的业务,适用于文件传递和数据网业务,其连接是在数据被传送以前建立的。它是可变比特率的,但是没是介面传递延迟。
D 类：无连接数据业务:常见业务为数据报业务和数据网业务。在传递数据前, 其连接不会建立。AAL3/4或AAL5均支持此业务。
恒定比特率CBR（constant bit rate）主要用来模仿铜线或者光导纤维。没有差错校验，没有流量控制，也没有其余的处理。这个类别在当前的电话系统和将来的B-ISDN系统中作了一个比较圆滑的过渡，因为话音级的PCM通道，T1电路以及其余的电话系统都使用恒定速率的同步数据传输。
可变比特率VBR（variable bit rate）被划分为两个子组别，分别是为实时传输和非实时传输而设立的。RT-VBR主要用来描述具有可变数据流并且要求严格实时的服务，比如交互式的压缩视频（例如电视会议）。NRT-VBR用于主要是定时发送的通信场合，在这种场合下，一定数量的延迟及其变化是可以被应用程序所忍受的，如电子邮件。
可用比特率ABR（available bit rate）术语是为带宽范围已大体知道的突发性信息传输而设计的。ABR是唯一一种网络会向发送者提供速度反馈的服务类型。当网络中拥塞发生时会要求发送者减小发送速率。假设发送者遵守这些请求，采用ABR通信的信元丢失就会很低。运行着的ABR有点象等待机会的机动旅客：如果有空余的座位（空间），机动的旅客就会无延迟地被送到空余座位处；如果没有足够的容量，他们就必须等待（除非有些最低带宽是可用的）。
未指定比特率UBR（unspecified bit rate）不做任何承诺，对拥塞也没有反馈，这种类型很适合于发送IP数据报。如果发生拥塞，UBR信元也会被丢弃，但是并不给发送者发送反馈，也不给发送者希望放慢速度的期望。
ATM有3种地址格式。第1字节指明该地址是3种地址格式中的哪一种。数据国家代码（DCC）有20字节长，是基于OSI地址格式的；第2和第3字节指明国家；第4字节给出了基于地址部分的格式，其他包括3字节指明权限，2字节指明域（domain），1字节指明区域，还有6字节的地址，以及其他一些信息项。在国际代号设计码（IC）地址格式中，第2和第3字节指定一个国际组织，而不是国家；地址的其余部分和格式与第1种相同。另一种是旧的使用15位十进制数的ISDN电话号码（ITU-T E.164）作为地址的格式。

ATM交换技术是ATM网络技术的核心。交换结构的性能将决定ATM网络的性能和规模。交换机设计的方法将影响交换吞吐量、信元阻塞、信元丢失和交换延时等，交换结构不仅影响交换机的性能和扩展特性，而且也影响交换机支持广播方式和点到点方式的能力。
现代通信网中广泛应用的交换方式有两种：电路交换方式和分组交换方式。电路交换方式包括传统电路交换、多速率电路交换、快速电路交换等，分组交换方式包括帧交换、帧中继、快速分组交换等。电路交换方式适用于话音等实时性业务，而分组交换方式适用于数据业务。在综合业务环境下，不同业务对网络的要求不同，电路交换方式和分组交换方式都不能满足综合业务环境下的使用要求。ATM交换技术是一种融合了电路交换方式和分组交换方式优点而形成的新型交换方式。
ATM交换具有以下特点：
（1）采用统计时分复用
传统的电路交换中用STM（Synchronous Transfer Mode）方式将来自各种信道上的数据组成帧格式，每路信号占固定比特位组，在时间上相当于固定的时隙，即属于同步时分复用。在ATM方式中保持了时隙的概念，但是采用统计时分复用的方式，取消了STM中帧的概念，在ATM时隙中存放的实际上是信元。
（2）以固定长度（53字节）的信元为传输单位，响应时间短
ATM的信元长度比X.25网络中的分组长度要小得多，这样可以降低交换节点内部缓冲区的容量要求，减少信息在这些缓冲区中的排队时延，从而保证了实时业务短时延的要求。
（3）采用面向连接并预约传输资源的方式工作
在ATM方式中采用的是虚电路形式，同时在呼叫过程向网络提出传输所希望使用的资源。考虑到业务具有波动的特点和网络中同时存在连接的数量，网络预分配的通信资源小于信源传输时的峰值速率（PCR）。
（4）在ATM网络内部取消逐段链路的差错控制和流量控制，而将这些工作推到了网络的边缘
X.25运行环境是误码率很高的频分制模拟信道，所以X.25执行逐段链路的差错控制。又由于X.25无法预约网络资源，任何链路上的数据量都可能超过链路的传输能力，因此X.25需要逐段链路的流量控制。而ATM协议运行在误码率较低的光纤传输网上，同时预约资源保证网络中传输的负载小于网络的传输能力，ATM将差错控制和流量控制放到网络边缘的终端设备完成。
（5）ATM支持综合业务
ATM充分综合了电路交换和分组交换的优点，既具有电路交换“处理简单”的特点，支持实时业务、数据透明传输，在网络内部不对数据作复杂处理，采用端-端通信协议；又具有分组交换的特点，如支持可变比特率业务，对链路上传输的业务采用统计时分复用等。所以ATM支持话音、数据、图象等综合业务。