ATM交换技术

ATM交换技术
ATM交换技术
英⽂名称；Asynchronous Transmission Mode(ATM) Switching Technol ogy
检索词：ATM;传输;交换;通信;军事
技术类别：信息系统技术;信息传输;⽹络与交换;
[定义]
异步传送模式(ATM)交换技术是⼀种包含传输、组⽹和交换等技术内容的新颖的⾼速通信技术。

它是由产业界、⽤户团体、研究机构和标准化组织开发和定义的。

它被设计成满⾜下⼀代通信技术要求，如⽀持带宽资源的有效利⽤，有利于有各种类型的⽹络互连以及能够提供各种先进的通信业务。

它被看作是先进和有效的军⽤和民⽤通信的先进通信技术。

特点: 从技术上看，ATM是从快速分组交换技术演变⽽来的，⽤于信息传输的基本的ATM数据单元是ATM信元。

这种ATM信元的长度是固定的，并由53个8位字节组成，其中包括5个8位字节的头标字段和48个8位字节的信息有效载荷字段。

⼀个ATM信元
的总的结构⽰于图1 。

ATM具有分组交换和电路交换的特征，并包含传输、组⽹、多路复⽤和交换技术。

它与其他技术相⽐，如X.25帧中继交换或帧中继能够更有效地满⾜通信需求。

┌───────┬──────────┐
│头标字段│信息(有效载荷)字段│
│(5个8位字节) │(48个8位字节) │
└───────┴──────────┘
图1 ⼀个ATM信元类属结构
[相关技术]⽹络技术;交换技术;分组交换技术;传输技术;数字技术
[技术难点]
ATM以固定信元长度传送所有的信息,技术复杂,实现起来代价⾼。

在军事应⽤中,特别是在移动通信中如何使误码率达到标准要求难度较⼤。

此外,ATM技术在发展过程中还将遇到IP技术的挑战。

[国外概况]
1.ATM的起源和发展
ATM的概念起源于1983年美国贝尔实验室技术⼈员提出的快速分组交换和1984 年法国电信提出的异步时分交换的设计思想。

快
速分组交换采⽤硬件交换进⾏路由选择, 采⽤固定分组长度,简化差错控制规程,从⽽使接⼊速率可以达每秒百兆⽐特以上, 分组传输和处理时延可以达到微秒级,并实现实时分组交换。

异步时分交换采⽤16字节的长度,其中12字节为信息段,4字节为分组头,分组头⽤于进⾏交换处理。

这种交换⽅式端⼝速率也可达每秒百兆⽐特以上,⽽且时延极⼩,可以实现话⾳、数据和图像综合应⽤。

1985年,法国正式向国际电联(ITU)提出建议草案,国际电联到1988年形成了第⼀个建议I.121。

1988年,国际电联将ATM选定为实现宽带综合业务数字⽹(ISDN)(B-ISDN)的基础，到1990年,国际电联正式建议将ATM作为宽带综合业务数字⽹(BISDN)的技术体制,从⽽全⾯开始ATM标准和实⽤技术研究,并于1992年7⽉由美国Fore Systems率先开发出了ASX-100系列ATM交换机。

⽬前正以⼀种可作为宽带宽应⽤的基本技术⽽⽤在局域⽹(LAN)和⼴域⽹(WAN)中。

2.ATM在军事通信中的应⽤
(1) ATM局域⽹(LAN)
在LAN和/或司令部环境中使⽤ATM再不需要独⽴的⽹络分别⽤于传送数据和⾮数据业务。

它还可以改善普通LAN技术⽀持的通信业务的QoS。

较⾼的信息通过量、⽀持业务量⾼涨和按需分配带宽是改善QoS的⼏个例⼦。

因为带宽资源的增加，ATM LAN还应允许有⽤的军事通信业务，例如司令部范围内(有可能超出司令部)有效实现的多媒体和可视化通信业务。

繁重的数据业务，如军事演习
仿真，还可以由ATM LAN更有效地⽀持批量数据传输和⼴播图像交换。

带宽资源的增加和⽀持多媒体通信的能⼒可使ATM LAN⽀持特殊军事事件，例如计算机辅助演习(CAX)⽐采⽤普通的LAN技术更有效。

(2)ATM主⼲⽹
在主⼲⽹应⽤领域使⽤ATM是另⼀个重要的军事ATM应⽤。

美国防信息系统局从1993年起计划在10～15年时间内,以ATM为⾻⼲技术,分三期⼯程实现国防信息系统⽹(DISN)综合传送⾼速话⾳、数据和图像(见表1)。

北约的ATM主⼲⽹也将综合传送包括数据、视频、话⾳和图像，⽽⽬前的主⼲⽹⼤部分只传送话⾳。

因为ATM设计成⽀持多媒体通信，从⽽在主⼲⽹中应⽤ATM将保证未来主⼲⽹有效为⽤户提供各种通信业务。

ATM主⼲⽹上各种全国性的各种类型的军事通信⽹络的⽹络互连是ATM在军事通信上的⼜⼀个重要应⽤。

ATM可⽤作数字载体将以普通的X.25和ISDN 技术为基础⽹络实现⽹络互连。

它还能对相当多的⽹络业务提供接⼊。

因为ATM采⽤固定格式的数据单元，可以直接在ATM主⼲⽹中实现⽆缝隙互连。

最终结果是在⽹络领域不会像⽬前的LAN-WAN 互连那样降低服务质量。

这是因为ATM 主⼲WAN能提供⽐现有的主⼲WAN所能提供的更宽的带宽。

表1 DISN各种业务及其对信息量的要求
┌─────────┬────────┬──────┬─────────┐
│业务类型│传输⽅式│协议⽅案│有代表性的国防│
│(最⼤突发率) │││通信应⽤│
├─────────┼────────┼──────┼─────────┤
│超⾼速多媒体│光纤││远距离多媒体中继│
│(＞10Gbps) ││ATM/SONET │(全球⼲线) │
│固定站││││
├─────────┼────────┼──────┼─────────┤
│⾼速多媒体│光纤│ATM │情报数据传输│
│(0.1～10.0Gbps) ││││
│固定/可运式站│卫星│直接⼴播│基本应急通信│
││虚电路│⼴域覆盖││
│││组⽹││
├─────────┼────────┼──────┼─────────┤
│中速(0.1～100.0 │卫星│直接⼴播│共享户⾏政通播│
│Mbps)移动/可运式││VAST │"飞地"内通信│
│││⽹络││
│││││
││⼩区RF │⼩区结构│将光纤通信扩展到│
││LAN ││移动⽤户│
├─────────┼────────┼──────┼─────────┤
│个⼈通信业务│卫星│DAMA(TDMA, ││
│(PCS) ││FDMA或CDMA) ││
│(＜100kbps) ││││
│⾼度机动│地⾯视距│战⽃⽹,RF │战术通信/PCS │
│││LAN │视距│
└─────────┴────────┴──────┴─────────┘
(3)战术通信
ATM的固有的特征，如可缩放的带宽分配、动态带宽分配、⽀持综合通信业务、每通道协商和有保证的QoS以及利⽤单⼀格式数据单元，显⽰出ATM是⼀种适于战术通信的可⾏的解决办法。

美军除在90年代初期就开始在战略通信系统(DSIN)中进⾏ATM的应⽤研究外,90年代中期还开始在战术通信系统(MSE系统)中进⾏ATM 试验。

北约三军联合通信和电⼦组(TSGCE)第11⼩组(SG11)项⽬组(PG/6)的讨论⽂件规定，ATM被看作是2000年后使⽤的和2000 年后实现的战术通信⽹的⼀种候选技术。

3.ATM的基本技术
(1)ATM信元头和有效载荷
信元头标字段的主要功能是建⽴通信信道，识别属于同⼀通信信道的的信元，在⽹络节点之间交换信元并为信元选择路由，区分信息流的优先等级和控制信息流。

图2 表⽰B-ISDN⽤户⽹络接⼝(UNI)ATM层信元的头标。

┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬───┐
│8│7│6│5│4│3│2│ 1 │
├─┴─┴─┴─┼─┴─┴─┴───┤
│GFC │VPI │
├───────┼─────────┤
│VPI │VPI │
├───────┴─────────┤
│VCI │
├───────┬─────────┤
│VCI │PTI CPL│
├───────┴─────────┤
│HEC │
└─────────────────┘
图2 B-ISDN UNI
图例: CLP:信元丢失优先权PTI:有效载荷类型识别符GFC:类属流控制* VCI:虚拟信道识别符** HEC:头标差错控
制VPI:虚拟通道识别符** UNI:⽤户-⽹络接⼝*GFC字段的功能⾄今仍未被标准化机构完全定义**VCI和VPI组成信元交换中使⽤信元标记字段
图2 B-ISDN UNI的ATM信元头标格式
ATM信元的信息有效载荷(I)字段包括⽤户和管理数据。

在I字段的48个8位字节中，前⾯的少数8位字节(最多达4个8位字节)与业务⽆关，其余的8位字节按特定业务编码。

(2)异步多路复⽤⽤和快速分组交换
ATM技术所基于的⼯作原理是分解业务信号，把这些信号映射成固定长度的ATM信元，以异步⽅式多路复⽤这些ATM信元，从⽽组成连续传输的数据流，接着通过⽹络上的虚拟通信信道，使数据流实现⾼速交换和传输。

减少协议开销和增加误差检校和对终端系统⾼层的重发这样⼀些功能，可提⾼传输速度。

(3)⾯向连接的技术和虚拟连接
ATM是⼀种⾯向连接的技术，意即通信信道建⽴阶段必须处理实时信息交换。

在通信信道建⽴阶段，通过⽹络建⽴⼀条端到端的通信信道。

在ATM中，通过⽹络中节点到节点连接的连锁逻辑关联来实现这样的信道。

每次逻辑关联表明传输ATM信元的单向信息传输能⼒，并调⽤⼀个虚信道(VC)。

由于虚信道与专⽤的物理线路⽆关，并且它与其他连接共享其物理信道，所以把它视为虚拟。

⼀个局部性的显着逻辑标识符VCI识别⼀个VC，⽽VCI由ATM 层分配并放置在信元头标中。

当ATM层分配⼀个VCI值时，产⽣⼀条
VC链路。

⼀旦VC链路建⽴起来，它的后⾯将跟随属于同⼀VC连接的所有信元，从⽽确保在属于VC连接的传输中以这样的⽅式排序。

整个ATM⽹络中实现端到端连接VC连锁连接被称作虚信道连接(VCC)。

(4)分组交换与线路交换的综合
ATM通信技术将现有的线路交换⽅式数字通信⽅式与分组通信⽅式加以综合。

⾸先，ATM允许凭借信元标记定义和识别个⼈通信；就此⽽论，ATM装配普通的分组传输⽅式。

第⼆，ATM与分组⽅式通信紧密相连，因此，它只有当有业务要传送时才利⽤带宽。

第三，像分组交换⼀样，在呼叫建⽴阶段，ATM⽀持服务质量(QoS)协商，并通过在多种连接中共享其传输媒体⽽⽀持虚电路的利⽤。

但是也有明显差别，因为分组⽅式⼀般利⽤可变长度的分组，⽽ATM 则将固定长度分组的ATM信元作为其基本的传输媒介。

此外，普通的分组⽅式主要是为可变⽐特率(VBR)、⾮实时数据信号创建的，⽽ATM同样可以很好地管理实时恒定⽐特率( CBR)信号。

(5)标记交换
ATM⽅式时，根据信元标记字段中包含的信息进⾏信元寻由和交换，⽽信元标记字段是信元头标的VCI和VPI。

信元标记并⾮是⼀个明确地址。

其原因之?
鉴于ATM固有的优点及其对潜在应⽤的⽀持，它将对民⽤和军事通信⽤产⽣重⼤影响,并将引起通信⽅式的变⾰。

就经济效益⽽⾔，其优点包括按使⽤付费、较好的带宽保证、
减少(昂贵的)租⽤线预订、资源优化、可缩放的和灵活的带宽分配以及投资保证。

就提供业务来说，其优点包括⽀持LAN、MAN和WAN环境中的综合通信，改善QoS、保证带宽、按需带宽和可缩放的带宽分配，继续提供⾼质量的业务以及提供新的业务。

就⽹络基础结构⽽⾔，其优点包括多种类型的⽹络互连，⽀持灵活的⽹络基础结构，并⽀持多机种⽹络基础结构。