ATM技术

ATM技术具有以下特点：
1）信息在ATM网中以信元的形式传送，采用53字节 的固定长度，信元包含信头和信息域2部分。 2）ATM面向连接，同一连接中信元的顺序不变。
3）信头具有连接识别标号，其路由选择标识在特定 的物理链路上是唯一的，它在交换处被翻译。 4）信息域被透明传输，不执行差错控制。
5）信元流被异步时分多路复用。
5．面向连接方式
在 ATM 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。ATM虚电 路有2种形式：专用电路和临时电路。 用户申请到虚电路后可以申明自己的业务量， ATM根据用户申请的业务量和质量要求提供相应的虚电 路。
6．虚通路和虚信道
ATM系统中的虚电路有虚通路（Virtual Path，VP）和虚信道（Virtual Channel，VC）两种。 VC是单向传送ATM信元的逻辑通道，这些通道使用VCI进行标识。 VP表示1组VC传送的ATM信元路径，这些信元有相同的VPI；1个用户 可以使用1个VC，也可以使用1个VP，使用1个VP的用户可以进行多个业务的 通信。 VPC：VP连接。一条通信线路上具有相同的VPI信元所占用的子信道称 VP Link（VP链路），多个VP链路通过VP交换设备连接成1条VPC。 在一个VPC中，具有相同VCI占用的子信道称为VC Link（VC链路）， 多个串接的VC链路构成1个VCC。 在一个VP或VC连接中，不同链路段的VPI或VCI可以不同，由交换设备 提供交换。
2．阻塞信元的处理——缓存存储方法
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）将这部分信元暂时缓存，等待下一 次服务。 （1）输入缓存（输入队列） 输入缓存法采用图 6.7所示的方法来解决输入端可能的 竞争问题。 仲裁逻辑可以通过一定的方法决定哪条入线可以得到优 先服务。 缺点：队首阻塞：队首信元因为竞争不到出线，后面的 信元即使出线空闲也因为队首的阻塞而阻塞。
入线
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7
出线
图6.6
1．出线冲突时的入线选择策略
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， 就必须采用仲裁机制去选择“获胜信元”。 （1）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。
1 输入队列 交 换 传 送 媒 质
1
…
N
…
仲裁逻辑
N
输入队列
图6.7 采用输入队列的交换单元
（2）输出缓存（输出队列）
输出缓存法如图6.8所示，采用这种方法对不同入线上要 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 换）。但信元在交换阵列内的传输速度必须是入线速度的 N 倍， 这样可以保证N个信元竞争同一出线时不会发生阻塞。
四、ATM技术的特点
（1）进一步简化了功能。
节点A
3 完全 差错 控制 交换节点 3 3 完全 节点B 差错 3 控制 2 1
3 2b 2a 1
2
1
2
1
2
1
有限 差错 控制
2a 2a
有限 差错 控制
3 2b 2a 1
1
1
分组交换
帧中继 2a:只包含第二中的核心 部分如：定界、同步和 差错检查（不重发和纠 错、不控制流量）。
三、ATM信元传送处理的基本原则
1．信息发送顺序
从字节1起始，8bit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 （ the Most Significant Bit，MSB）。
2．误码处理方法
在传送ATM信元的网络（简称ATM网络）中， 通过对信头部分的信头差错控制（HEC）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）和发现多位错码，对无法纠正的信元 予以丢弃。对信息域不进行差错控制，提高交换速度。
（2）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：ATM交换机必 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。 （5）信元状态确定法：根据信元丢失率 CLP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、固定优先级法或 是缓存区状态法以确定具体服务的信元。
第六章 ATM交换技术
6.1 概ຫໍສະໝຸດ 述6.2 ATM交换网络的实现技术 6.3 ATM交换的分层技术
6.4 ATM网络信令
6.1 概
述
6.1.1 ATM的基本概念
一、ATM的含义
异 步 转 移 模 式 （ Asynchronous Transfer Mode，ATM）是一种采用异步时分复用方式、以 固定信元长度为单位、面向连接的信息转移（包括 复用、传输与交换）模式。
（2）交换时延
交换机完成 ATM 信元交换的时延，在信息端到端传输 时延中占有极大比重（由于光的传播速度快，信元在信道中传
输时延是很小的，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路由选择、信元缓冲上采取优良 的算法和实施技术。
（3）连接阻塞
在ATM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。 ATM网络采用面向连接的技术，并不表示ATM内部是 面向连接的，当ATM交换机的入线和出线之间没有足够的资 源完成现有的连接服务时，会出现阻塞。 外部阻塞：出线冲突。 内部阻塞：出线和入线空闲，交换路由被占用。
6.2 ATM交换网络的实现技术
交换的实质是将某条入线的信息输出到特定的 出线上。
6.2.1 空分交换结构
ATM 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 实现特定输入和输出线路的接通，也就是将某入线 上信元交换到出线上。 称为空分交叉开关或矩阵交换机。见图6.6
3．信元定界方法
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HEC字节实现。
具体方法是：系统对接收到的连续 5字节的信息 进行CRC校验，如余数为0，表示收到1个ATM信元头， 也就确定了信元边界。
系统收到1个正确的HEC检验结果后进入预同步 状态，在预同步下，连续收到 m=7 个信元的 HEC 检验 正确，则进入同步状态。
（3）信元类型分离：根据VCI标志分离VP级操 作 管 理 与 维 护 （ Operation Aministration and Maintenance，OAM） 信 元 ； 根 据 信 息 类 型 指 示 符 （ Payload Type Identifier，PTI） 标 志 分 离 VC 级 OAM 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。
6）信元由ATM资源产生和解释。
二、ATM的信元结构
ATM信元是ATM的基本信息单元，根据对传输 效率、时延（包括打包时延、排队时延、时延抖动和 相关的信元组合恢复时延）和实现复杂性这三方面因
素的综合考虑，采用了53字节的固定信元长度。
由5字节的信头和48字节的信息域组成。
D7 1 2 3 4 5
3．出线处理部件
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ATM层转换成适合于特定传输媒质的 比特流形式。将信息信元、OAM信元和信令信元复合； 根据输出传输线路的要求进行速率适配；按输出线的 信号传输格式修改信元流格式。
4．交换单元
作为实际执行交换动作的部件。
一个具有M条入线和N条出线的ATM交换单元称
（1）信元丢失/信元误插入率
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该 队列的情况，所以可能会产生信元丢失。
ATM 交换必须把这种情况控制在一定的范围。一般概 率是：10-8---10-11。
（ 5） ATM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种 网络应用的性能指标等特点。
6.1.2 ATM交换系统的基本构成及要求 一、系统组成
ATM 交换机或交叉连接节点的主要任务为进
（1）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 53 字节为单位的信元格式。信元定界的基本原理是 HEC和信头中4个字节信息的关联。
（ 2 ）信头有效性检验：将信元中的空闲信元 （物理层）、未分配信元（ ATM 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 /控制单元。
M×N 的交换单元，一般 M=N ，且 M 、 N 的值越大，
交换机的容量越大。
二、宽带业务对于交换机的要求
1．多速率交换
由于宽带网络支持的业务包括现在和将来的所 有应用，因而，网络必须支持从一般工业控制的几十 bit/s到几kbit/s和视频通信的几 Mbit/s到几十Mbit/s的 速率交换，作为 ATM 端口和用户端口的基本接入速 率155.520Mbit/s显然可以满足这一要求。
2．多点交换
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 /组播连 接功能，这就要求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。
3．多媒体业务支持
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。