第七章ATM交换技术

第七章ATM交换技术

本章教学基本要求：

1．了解ATM的定义及信元结构；

2．理解虚信道和虚通路；

3．理解ATM协议分层结构；

4．理解ATM交换的基本原理；

5．理解ATM连接的建立和清除；

6．掌握ATM交换机的组成；

7．掌握ATM交换结构。

本章教学主要内容：

一、ATM的基本概念

二、B-ISDN/ATM协议

三、ATM交换的基本原理

四、ATM交换机的组成

五、ATM交换结构

六、ATM连接建立和清除

一、ATM的基本概念

1．ATM的定义

ATM（Asynchronous Transfer Mode），即异步转移模式，被ITU-T定义为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。术语“转移”包括了传输和交换两个方面，所以转移模式是指信息在网络中传输和交换的方式。“异步”是指在接续和用户中带宽的分配方式。因此，ATM就是在用户接入、传输和交换级综合处理各种通信量的技术。

2．ATM的信元结构

ATM信元的长度是固定的，而且信元的长度较小，只有53字节，分为信头和净荷两部分，信头为5个字节，净荷为48个字节。ATM信元的信头内容在用户-网络接口（UNI）和网络节点接口（NNI）中略有差别，如图7.1所示。(1)GFC：一般流量控制，4比特。仅用于UNI接口，用于控制ATM接续的业务流量，减少用户边出现的短期过载。只控制产生于用户终端方向的信息流量，而不控制网络方向的业务流量。

(2)VPI：虚通道标识，其中NNI为12比特，UNI为8比特。

(3)VCI：虚通路标识，16比特，标识虚通道内的虚通路，VCI与VPI的组合来标识一个虚连接。

(4)PTI：净荷类型指示，3比特，用来指示信元类型。

(5)CLP：信元丢失优先级，1比特。用于信元丢失级别的区别，CLP为1，表示该信元为低优先级，为0则为高优先级，当传输超限时，首先丢弃的是低优先级信元。

(6)HEC：信头差错控制，8比特，监测出有错误的信头，可以纠正信头中1比特的错误。HEC还被用于信元定界。

G F C

V P I V P I V C I

V C I

V C I P T I

CLP H E C

V P I V P I V C I V C I V C I

P T I CLP H E C

(b)NNI 格式

(a)UNI 格式

TE

8 7 6 5 4 3 2 1

bit

8 7 6 5 4 3 2 1

bit

1234

5

字

节

1

2345

图7.1 A TM 信元的信头格式

3．虚信道与虚通路

ATM 技术中最重要的特点就是信元的复用、交换和传输过程，均在虚信道（VC ）上进行。

(1)虚信道（VC ）与虚通路（VP ） ①VC

虚信道是ATM 网络链路端点之间的一种逻辑联系，是在两个或多个端点之间传送ATM 信元的通信通路，由VCI 标识，可用于用户到用户、用户到网络、网络到网络的信息转移。 ②VP

虚通路是在给定参考点上具有同一虚通道标识符的一组虚通路。虚通路在传输过程中，组合在一起构成虚通道，二者关系如图7.2所示。因此ATM 网络中不同用户的信元是在不同的VP 、VC 中传送的，而不同的VP/VC 则是利用各自的VP 标识（VPI ）和VC 标识（VCI ）进行区分。

VC

VC

图7.2 传输通道、虚通道VP 、虚通路VC 的关系

(2)虚信道连接（VCC ）与虚通路连接（VPC ）

虚信道连接（VCC）

VC链路VC链路VC链路

VCI VCI VCI

①VCC

VCC端点之间的VC级端到端的连接，由多条VC链路串接而成，VCI（虚信道标识）用来识别一条VC。

②VPC

VPC端点之间的VP级端到端的连接，由多条VP链路串接而成，VPI（虚通道标识）用来识别一条VP。

VCC端点是VCC的起点和终点，是ATM层及其上层交换信元净荷的地方，也就是信息产生的源点和被传送的目的点。VPC端点是VPC的起点和终点，是VCI产生，变换或终止的地方。

注意：VCI值改变时，支持它的VPI一定相应地变化；而VPI值改变时，其中的VCI不一定变化。换句话说，VP可以单独交换，而VC交换必然和VP交换一起进行。

(3)VC交换与VP交换

①VP交换

交换机将一条VP上所有的VC链路上的ATM信元全部转送到另一条VP，交换过程中不改变VCI值。如图7.4所示。

图7.4 VP交换

②VC交换

交换机在不同的虚通道VP和虚通路VC质检进行ATM信元交换，所有VPI/VCI在交换后都改为新值。如图7.5所示。

图

7.5 VC交换

二、B-ISDN/ATM协议

1．ATM协议参考模型

ITU-T I.321建议描述了基于ATM的B-ISDN的协议参考模型，如图7.6所示。它由面和层构成一个立体模型，面用来描述网络中可以支持的不同功能，层用来描述网络功能的实现模型。

图7.6 B-ISDN协议参考模型

(1)三个面的功能

①用户平面：传送用户信息，包括与业务相关的协议及数据、话音和视频信息。

②控制平面：传送信令信息，包括连接建立、拆除等功能。

③管理平面：维护网络和执行操作功能，其中层管理用于各层内部的管理，面管理用于各层之间管理信息的交互和管理。

(4)四个层的功能

①物理层：负责通过物理媒介正确、有效地传送信元。

②ATM层：主要负责信元的交换、选路和复用。

③AAL层：主要功能是将高层业务信息或信令信息适配成ATM信元。

④高层：负责各种业务的应用层或信令的高层处理。

2．物理层协议

物理层完成的主要功能分别是信元和传输系统比特流适配、实现媒体中传输信号定时和媒体特性有关的功能等，为此将物理层进一步分为传输会聚（TC）和物理媒体（PM）两个子层。TC子层执行的是和物理媒体相对无关的协议，向ATM层提供业务接入点SAP，而相应的PM子层和实际物理通信线路相关，执行物理层中和物理媒体有关的功能。

(1)物理媒体子层（PM）

PM子层提供比特流传输、定时和媒体的物理接入。

(2)传输会聚子层（TC）

TC子层主要完成传输帧适配、信元速率解耦、信元定界、HEC控制、扰码等功能。

①传输帧适配

传输帧适配是针对SDH/SONET、PDH等具有帧结构的传输系统而言的，在这些系统中传送ATM信元时，必须将ATM信元装入传输帧中。

②信元速率解耦

物理层中传输的信元包括未分配信元、分配信元和物理层的OAM操作信元，这三种信元组成的信元流可能小于物理媒体所允许的传输容量。这样，在输入端当信元递交给物理层中适配成相应传输结构时，系统插入空闲信元；在接收端则执行相反的操作。这种空闲信元插入和删除工作称为“信元解耦”。

③信元差错控制（HEC）

信头差错控制覆盖整个信头，所选8bit校验码能够纠正单比特错误和监测多比特错误。接收端有两种工作模式：单比特纠错模式和多比特检错模式，如图7.7所示。