atm

异步传输模式

异步传输模式（ATM Asynchronous Transfer Mode），就是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种交换技术。

ATM定义

ATM----Asynchronous Transfer Mode（ATM）异步传输模式的缩写

ATM是一项数据传输技术，是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。

ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样，可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

ATM是一种异步传输模式。

ATM以信元为基本单位。

ATM的信元的长度为53个字节。

在光通信中有应用。

ATM虚电路

由于ATM网络是面向连接的，所以，在发送数据之前首先要发送一个分组以便建立连接，当这个初始分组经过子网的时候，该路径上所有的路由器都在他们的内部表中建立一个表项，用来标明该链接的存在，并且为它预留必要的资源。这里的链接通常称为虚电路（virtual circuit），类似于电话系统中使用的物理电路。

ATM参考模型

ATM有它自己的参考模型，既不同于OSI模型，也不同于TCP/IP模型。它包括三层：物理层、ATM层和ATM适配层。

工作原理

ATM采用面向连接的传输方式，将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不同信道。

ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性:

ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摒弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。

ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元），其中5B为信元头，用来承载该信元的控制信息；48B为信元体，用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择路由用的VPI（虚通道标识符）/VCI（虚通路标示符）信息，因而它具有分组交换的特点。它是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。

交换设备是ATM的重要组成部分，它能用作组织内的Hub，快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点；或者用作广域通信设备，在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口（FDDI）、令牌环网等传统LAN采用共享介质，任一时刻只有一个节点能够进行传送，而ATM提供任意节点间的连接，节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在该系统中，ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。

由于ATM网络由相互连接的ATM交换机构成，存在交换机与终端、交换机与交换机之间的两种连接。因此交换机支持两类接口：用户与网络的接口UNI（通用网络接口）和网络节点间的接口NNI。对应两类接口，ATM信元有两种不同的信元头。

在ATM网络中引入了两个重要概念：VPI（虚路径标识符）和VCI（虚通道标识符），它们用来描述ATM信元单向传输的路由。一条物理链路可以复用多条虚通道，每条虚通道又可以复用多条虚通路，并用相同的标识符来标识，即VPI和VCI。VPI和VCI独立编号，VPI和VCI一起才能唯一地标识一条虚通路。

相邻两个交换节点间信元的VPI/VCI值不变，两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时，VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的，只有进行链接之后，形成一个VP链和VC链，才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中，有一个虚连接表，每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值，该表是在建立虚电路的过程中生成的。

应用及优缺点

ATM用作公司主干网时，能够简化网络的管理，消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接，而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换，例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文，而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。

通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联，从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等，并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术，且接入带宽突破原有的2M，达到2M-155M，因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。

ATM是多媒体信息传输的较佳支撑技术。

其特征：基于信元的分组交换技术；快速交换技术；面向连接的信元交换；预约带宽。

其优点：吸取电路交换实时性好，分组交换灵活性强；采取定长分组（信元）作为传输和交换的单位；具有优秀的服务质量；目前最高的速度为10GB/S,即将达到40GB/S.

其缺点：信元首部开销太大；技术复杂且价格昂贵。

ATM的分层

ATM的规程分为三个层次：物理层、ATM层和ATM适配层。

物理层：规定了ATM数据流和物理介质之间的接口，包括2个子层：物理介质相关子层和传输会聚子层。前者规定了ATM数据流通过给定介质传输的速率，后者规定了通过物理介质相关子层传输的信元的规程。

ATM层：是ATM的技术的核心，主要负责信元的选路、复用和反复用。

AAL（ATM Adaptation Layer, ATM适配层）：将高层来的用户业务转换成ATM中净荷的格式和长度，当到达目的地后再把它们转换成原来的用户业务。AAL又可以分为2层，分为会聚子层（CS）和拆装子层（SCR）。

AAL有4种协议类型：AAL1、AAL2、AAL3/AAL4和AAL5分别支持各种AAL业务类型。AAL的目的是允许现有的协议和应用运行在ATM上。为此AAL必须把上层的数据转换为ATM信元中的48B。常见的通信协议（TCP/IP、以太网、令牌环网）采用的是变长分组，分组长度都要比ATM信元中的数据段大，但是AAL可以将这些较大的高层数据分组分割成能通过ATM网络传输的信元，或把从网络接收的信元重组成原始的数据分组。

AAL由两个子层组成，一个称为会聚子层（CS），另一个称为分段和重组子层（SAR）。CS子层首先对高层数据进行分段并封装在CS-PDU(汇聚子层协议数据单元)中。然后，SAR子层将CS-PDU分割成若干个相同大小（不大于48B）的数据段，使它能够封装在信元中。

各种服务和对应的AAL如下所示：

A类，恒定位速率CBR服务：AAL1支持恒定位速率的面向连接服务，这种服务的例子包括64Kb/s速率语音、固定速率的非压缩视频和专用数据网络的专用线。

B类，可变位速率VBR服务：AAL2支持面向连接服务，位速率可变，传送过程需要提供信元传输延时，这种服务的例子包括压缩包语音或语音。接收方重建最初的非压缩语音或语音时，传输延时过程很必要。

C类，面向连接的数据服务：用于面向连接的文件传输和数据网络应用程序，在该程序中数据传输前已预先设置好连接。这种服务提供可变位速率，但不需要为传送过程提供信元传输延时。有两种协议支持该类服务，且此两种协议已被合并为一种，即AAL3/4。但由于其高度的复杂性，AAL5协议常用来支持该类型的服务。

D类，无连接的数据服务：该服务的例子包括数据报流量，通常也包括数据网络应用程序，在该程序中，在数据传输前没有预先设置连接。其中AAL3/4或者AAL5都用来支持此类服务。

ATM的特点

面向连接模式

所谓面向连接，是在通信前先在收与发终端间建立一条连接，在通信时，报文或信息不断地在该连接上传送，因此在一次通信中有多个报文或信息时，从发端到收端的路由固定。但在面向无连接中采用逐段转发的方式，即根据报文或信息上的地址发给下一站，再由下一站根据地址是收下还是继续向前发送直至目的地，因此在一次通信中有多个报文或信息时，从发端到收端的路由可能不固定。电话通信是典型的面向连接方式，而电报和邮政通信是两个面向无连接方式的实例，这两种方式的根本区别不仅在于路由是否固定，而且在于是否用逻辑号来代替真实的地址。在面向连接中，由于建立连接时网络已经为该连接分配了一个逻辑号，因此在通信过程中就用逻辑号代替真实地址，但在无连接方式中，通信时只能用真实地址，显然识别逻辑号比识别真实地址快，因而面向连接适用于实时业务。

分组长度固定的分组交换方式

在传统的分组交换方式中分组长度不固定，这时必须经过比较才能知道分组是否结束，当分组长度固定时只需计数便可知道分组的终结，计数执行指令比比较执行指令的时间少许多。分组长度固定适合于快速处理，在ATM中将长度固定的分组称为信元（CELL），信元由信头域和信息域组成，信头域长5字节，信息域长为48字节，信头的主要功能为流量控制、虚通道∕虚通路、交换、信头检验和信元定界以及信元类型的识别。

可实现虚通道∕虚通路两级交换

在ATM中，可将一个传输通路如同步数字体系（SDH）中的同步转移模式STM-1、STM-4等划分为若干个虚通道，一个虚通道又可以分割为若干个虚通路。为了完成端点间的通信，类似于电路交换方式，ATM首先选择路由，在两实体之间建立虚通路，这样就使得路由寻址和数据转发功能截然分开。采用虚连接方法，ATM可将逻辑子网与物理子网隔离开，网络的主要管理和控制功能集中在虚电路一级上，使传输过程的控制较为简单，减少了网管、网控的复杂性。

统计复用能力

为了提高系统资源利用率，在ATM中采用统计复用方式。ATM是面向连接方式，在主叫与被叫之间先建立一条连接，同时分配一个虚通道∕虚通路，将来自不同信息源的信元汇集到一起，在缓冲器内排队，队列中的信元根据到达的先后按优先等级逐个输出到传输线路上，形成首尾相接的信元流。具有同样标志的信元在传输线上并不对应着某个固定的时隙，也不是按周期出现的。异步时分复用使ATM具有很大的灵活性，任何业务都按实际信息量来占用资源，使网络资源得到最大限度的利用。

综合多种业务

传统上一种业务建立一个网络，因而有计算机网、图像网、话音网之分。ATM试图综合所有的业务。由于各种业务所要求的服务质量的不同和业务特性差异，在一个网内交换所有业务是相当难的，例如话音与图像这些实时业务对端到端时延要求很严，一般认为不超过40 ms，但话音和图像对误码率要求却相差很大，电话误码率在10?-3时不影响清晰度，电视图像误码率应在10?-6以下，否则会产生图像凝固，等等。另外，各种业务特性差异主要表现在突发度和速率上，例如数据业务突发度50，会议电视5，普通电视1；在速率跨度上，数据业务10 kbps~100 Mbps，电话64 kbps，电视15~50 Mbps。将这些服务质量要求不同和业务特性差异甚远的多种业务综合在一起，即均以53字节长的信元传递，ATM采取“分类治之”的办法，即根据信元速率是否可变、信元与信宿间是否要同步以及面向连接与否，将业务分类，对不同的业务进行不同的适配，不论业务源的性质有多么不同，网络都按同样的模式来处理，真正做到安全的业务综合。

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