第一章 异步传输模式(ATM)原理
网络技术培训之ATM原理
欢迎参加本次网络技术培训！在本节课中，我们将要学习ATM（异步传输模 式）的工作原理、组成部分、特点和应用领域。让我们一起深入了解ATM技 术的原理和发展趋势。
ATM原理的概述
ATM是一种高速数据传输和交换技术，基于异步传输模式。它将数据划分为 固定大小的单元（小包），以提供高效的带宽利用和低延迟。
ATM具有高速传输、低延迟、多业务类型支持、灵活配置和可靠性高等特点。它可以满足多种应用需求，如 语音、视频和数据传输。
ATM的应用领域
ATM技术广泛应用于电信网络、局域网、广域网和互联网等领域。它提供了 高质量的多媒体传输和可靠的数据通信。
ATM技术的发展和趋势
随着互联网的快速发展，ATM技术在数据通信领域占据着重要地位。未来， 随着5G、物联网和人工智能的兴起，ATM技术将继续演进和发展。
总结和讨论
通过学习ATM的原理和应用，我们了解到ATM是一种高效、可靠的数据传输 技术，具有广泛的应用领域和发展潜力。希原理
ATM采用虚电路的方式进行数据传输，将数据分段封装成小包并标记VCI和 VPI信息。这种连接方式可实现快速、可靠的数据传输。
ATM的组成部分
ATM系统由ATM交换机、ATM终端、ATM信号传输设备和ATM接口模块等组 成。每个组成部分都发挥着关键的作用，确保整个系统的正常运行。
ATM的功能和特点
ATM(传输模式)
ATMATM (Asynchronous Transfer Mode)是异步传输模式，是国际电信联盟ITU-T制定的标准。
实际上在20世纪80年代中期，人们就已经开始进行快速分组交换的实验，建立了多种命名不相同的模型，欧洲重在图像通信，把相应的技术称为异步时分复用(ATD)；美国重在高速数据通信，把相应的技术称为快速分组交换(FPS)；国际电联经过协调研究，于1988年正式命名为Asynchronous Transfer Mode (A TM)技术，推荐其为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。
数据通信传输方式：●基带传输与频带传输●并行传输与串行传输●异步传输与同步传输●单工、半双工与双工传输1、基带传输基带传输就是将DTE经过码型变换、电平转换等必要处理后直接在信道上传输，常用于短距离的数据传输系统中。
2、频带传输频带传输是在数据传输之前首先经过调制器，将基带信号变换成频带信号，然后在信道中传输。
3. 并行传输并行传输是指将数据符号编码后，在两条以上的并行信道上同时传输，一般一次传输一个字符；如：采用8单位代码组成的字符时，可以用8条信道并行传输。
特点：（1）优点：对于每次只传输一个字符，因此它不需要额外的措施来实现收发双方的字符同步；（2）缺点：必须有多条并行信道，成本比较高，不适宜远距离传输。
适用场合：计算机等设备内部或两个设备之间距离比较近时的外线上采用，如计算机到打印机之间的数据传输。
4. 串行传输串行传输是指将数据编码按位或按码元依次在一条信道上传输。
特点：（1）优点：只需要一条传输信道，花费的成本低，易于实现（2）缺点：是要采取措施实现字符同步。
适用场合：是目前外线上主要采用的一种传输方式，通常用于远距离通信。
5.异步传输所谓异步传输是指只要DTE有数据需要发送，就可以在任何时刻向信道发送信号，而接收方通过检测信道上的电平变化与否就能自主判断何时接收数据。
异步传输方式一般以字符为单位传输，每个字符的起始时刻可以是任意的。
ATM协议模型(异步传输模式)
ATM（Asynchronous Transfer Mode）协议参考模型一．ATM概述ATM 通信网又称为宽带综合业务数字网，是建立在ISDN（窄带综合业务数字网）的基础上的新型网络。
窄带ISDN用户-网络接口不灵活，其接口处速率不能高于PCM一次群的速率，限制了数据的传输；窄带ISDN的基础-综合数字电话网，其内部是基于64kbit/s的电路交换方式；对技术的适配性很差；窄带ISDN没有网络内部综合分组交换业务，不可能产生综合传输的经济效益。
由此导致窄带ISDN只用于支持传统的话音和低速非话业务。
基于不同传输要求的多媒体业务；更宽更高速率的通信业务要求，以及适应现代通信希望灵活有效的交换技术，业务独立的传输技术等要求，产生了新的交换方式，ATM诞生。
同时当今各种技术的发展（光纤技术，半导体技术等）为ATM的产生奠定了坚实的基础。
二．ATM 的基本工作原理ATM (Asynchronous Transfer Mode)是异步转移模式。
“转移”是指信息在网络中传输和交换两个方面的工作方式。
异步是指在接续和用户中带宽分配的方式．为某个特定用户的信息在信道并不一定周期性地出现。
ATM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。
此外，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，真正做到完全的业务综合。
为了提高处理速度、保证质量、降低时延和信元丢失率，ATM以面向连接的方式工作。
通信开始时先建立虚电路，并将虚电路标志写入信头，网络根据虚电路标志将信元送往目的地。
虚电路是可以拆除释放的。
在ATM网络的节点上完成的只是虚电路的交换。
为了简化网络的控制，ATM将差错控制和流量控制交给终端去做，不需逐段链路的差错控制和流量控制。
计算机网络原理 异步传输模式ATM
计算机网络原理异步传输模式ATM前面介绍的报文交换是以报文为单位，分组交换是以分组为单位进行交换，两者都是在网络层上进行的；而帧（中继）交换则以帧为单位进行的交换，它是在数据链路层上进行的。
异步传输方式又称为信元（中继）交换，是以信元为单位，同样是在数据链路层上进行的。
异步传输方式，即A TM是建立在大容量光纤传输介质基础上的，它比帧中继具的更高的传输速率，在短距离时高达2.2Gbps；在中、长距离时可达10Mbps～102Mbps。
将来的高速信息公路有可能建立在A TM高速网络上。
ATM以信元（cell）为基本传输单位。
信元由信头和信息段组成。
ATM通过信头来识别通路。
在这种方式中，只要信道空闲，便将信元投入信道。
这有利于提高信道利用率。
由于信元的发送无固定周期，因而将这种传输模式称为异步传输模式。
为了简化信元的传输控制，在ATM中采用了固定长度的信元，规定为53字节，基中信头5个字节、信息段48个字节，这样，每个信元都花费同样的传输时间，因而可以像STDM 那样把信道的时间划分为一个时间片序列，每个时间片用来传输一个信元。
当交换器有信元发送时，便按时间片逐个地把信元投入信道；接收时，若信道貌岸然不空，也按时间片逐个地取得信元，时间片和信元一一对应。
的这种对应关系，可大大简化对信元的传输控制。
可采用高速硬件对信头进行识别和交换处理。
由于ATM的高速性，使声音、图像和数据等能同进在ATM信道中传输。
但在传输前，应将它们分解成一个固定长度的信元序列，然后再送入信道中传输。
但它们的信元发送频率各不相同，语音信元的发送频率低，视频信元的发送频率高。
ATM通过采用不同的信元发送频率来实现各种信息的多路复用。
异步传输模式ATM主要技术特点●ATM是一种面向连接的技术，它采用小的、固定长度的数据传输单元（信元，Cell），其长度为53字节。
●各类信息（数字、语音、图像、视频）均可用信元为单位进行传送，ATM能够支持多媒体通信。
ATM基本原理概述
ATM（异步传输模式）是一种基于分组交换技术的高速数据通信方式。了解 ATM的概念、组成、工作原理、通信技术以及服务质量等方面的内容，有助 于深入理解这一先进的网络技术。
ATM的基本组成部分
ATM终端设备
包括ATM计算机、网络接口卡等。
ATM传输介质
用于传输ATM分组的介质，如光纤、同轴电缆等。
采用同步时钟信号进行数据传输，保证数据的同步性。
2 异步传输
无需依赖时钟信号，根据数据帧中的同步字段自行判断数据的开始与结束。
3 分组交换
将数据分割成固定长度的小块进行传输，实现高效的数据交换。
ATM的传输协议
1
ATM适配层（AAL）
定义了不同类型数据的服务质量要求和处理方式。
2
ATM透明传输层（ATM TTP）
ATM的虚电路和虚路径
1 虚电路
2 虚路径
在发送和接收之间建立的逻辑路径，用于传输数 据。
相互连接的一组虚电路，用于提高传输效率。
提供不可靠的、无连接的传输服务。3源自ATM传输层（ATM TP）
负责虚电路的建立和拆除，以及传输协议的错误检测与纠正。
ATM的帧结构
头部
包含地址、控制信息等。
有效载荷
携带应用数据和附加信息。
尾部
包含校验和和其他控制信息。
ATM的传输速率
ATM支持多种传输速率，包括155.52Mbps（OC-3）、622.08Mbps（OC-12）、2.488Gbps（OC-48）等。
ATM交换设备
用于高速分组交换的设备，包括ATM交换机和ATM 路由器。
ATM控制设备
进行ATM网络的管理和控制，如ATM管理系统。
ATM的工作原理
ATM技术的原理与局限性
ATM技术的原理与局限性ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）是一种高速数据传输技术。
它主要基于分组交换的思想，能够在不同的网络设备之间实现高速的数据传输。
ATM技术的原理和局限性是我们需要深入了解的，下面将对其进行详细介绍。
首先，ATM技术的原理是基于分组交换的思想。
它将数据分割成固定大小的数据包，每个数据包被称为一个“细胞”（cell）。
每个细胞包括5字节的头部和48字节的有效数据。
ATM通过交换机将细胞从发送方传输到接收方，从而实现高速的数据传输。
ATM技术的核心是虚电路（Virtual Circuit，VC）的概念。
虚电路是在网络中建立的一个逻辑路径，用于在发送方和接收方之间传输数据。
ATM网络中的每个细胞在传输时都会通过虚电路进行标记，以便在接收方将它们重新组装成原始的数据流。
然而，ATM技术也存在一些局限性。
首先，ATM网络的建设和维护成本较高。
由于ATM网络需要高速的交换设备和复杂的路由算法，因此它的建设和维护成本相对较高。
这限制了ATM技术在一些规模较小的网络中的应用。
其次，ATM技术对延迟和抖动敏感。
ATM网络中的细胞传输是固定大小的，因此对延迟和抖动（报文到达的时间差异）要求较高。
如果网络中存在较大的延迟或抖动，就会导致细胞的丢失或乱序，影响数据的传输质量。
此外，ATM技术在适应性上有一定的局限性。
由于ATM网络的虚电路是静态的，它的带宽分配是固定的。
这就意味着如果一些虚电路没有使用完整的带宽，那么这部分带宽就会浪费掉。
这在一些网络负载变化较大的场景下可能会导致资源浪费。
此外，ATM技术在与其他网络技术的互操作性上存在一定的困难。
ATM技术的标准和其他网络技术标准之间存在差异，因此在不同网络之间进行互联时，需要进行额外的转换和适配。
总结起来，ATM技术的原理基于分组交换的思想，通过虚电路和多路复用实现高速数据传输。
然而，ATM技术的建设和维护成本较高，对延迟和抖动敏感，有一定的适应性和互操作性局限性。
ATM
Octet-by-octet check
Correct HEC
Cell-by-cell Check
Pre-SYNCH
HUNT
搜索
Incorrect HEC
α
consecutive incorrect HEC
SYNCH
β
consecutive correct HEC Cell-by-cell Check
31
ATM层
UNI（User－Network Interface）信元头结构
8 GFC VPI Bits 1
VPI
VCI
1st Octet 2nd Octet 3rd Octet
VCI
VCI HEC 48-octet data field PTI CLP
4th Octet 5th Octet
32
异步传输模式
Asynchronous Transfer Mode
1
序
ATM (Asynchronous Transfer Mode) 是ITU-T建议在 宽带综合业务数字网B-ISDN中信息复用、传输、交换 的方式。 ATM兼具电路交换实时性好和分组交换信道利用率高 的特点。
ATM可以适应不同业务的传输要求 目前的骨干传输网采用ATM交换技术 本章介绍ATM的原理及其技术
对传输形式的要求不同：
点对点
点对多点（广播、组播）
多点对多点（多方会议）
7
异步传递模式（ATM）产生的背景
为适应不同传输要求构建的不同网络
共用电话交换网 广播电视网 分组数据交换网 (公共的广域计算机网) 计算机网（以太网/令牌环网/令牌总线网，局域网）
各种专用的测控网
什么是异步传输模式
什么是异步传输模式[1]异步传输模式(ATM)是一种通过LAN、MAN和WAN来传输语音、视频和数据的新兴技术。
ATM也是一个国际标准，实现了高速、面向连接、信元交换和用以为用户提供虚拟无限带宽的多路复用技术。
[编辑]异步传输模式的工作原理[2]用户通过发送一十迭往目标用户的敦据包开始ATM过程。
数据包经ATM适配层处理，划分为多个48字节的数据块．再由ATM层加上5字节的块头信息完成单元的格式化。
最后，由物理层将多个单元组成包。
在包的开始加上附加的帧和维护信息，并通过物理蝶件住外发送．接收过程则与此相反。
[编辑]异步传输模式的优点[2]异步传输模式的主要优点是具有以每秒高进2千兆使的建度传辅声音数据，图形及视操图像的能力。
它允许网络管理者在工作站要求改变时动态重组LAN。
当前，LAN的分段原则是一个工作站与它的LAN服务器的地理位置较近，ATM将允许网络管理者建立一个逻辑的而不是物理的分段。
一个ATM开关将允许你建立一个完全不依赖于网络的物理结构的逻辑网络。
异步传输模式提供了任何两个同点间的点到点的连接，保证两点闻可有完全的网络带宽——每秒45兆位或155兆位(标准草案中规定的两个接口速度)。
因为ATM是独立于介质，它能在一定速度范围内操作。
[编辑]异步传输模式的应用[3]对于网络用户来说，ATM为每个用户提供一个专用的交换式连接。
这就意味着采用ATM技术的传输网络克服了当今广为使用的以太局域网的局限性。
在以太网中存在着许多终端争抢一个传输路由的现象，这样当一个终端在通信时，其他终端就不能用此路由。
而ATM局域网是以交换为中心的星型结构，传输速率高，所以各终端都可占用传输路由。
即使在仅考虑速度的情况下，ATM也能提供比共享介质LAN更快的传输速度，其速度高达622MB/s。
这个速度甚至比交换式LAN解决方案还要高，而且可以提供改善的QOS能力，并且能在公共网络基础设施上支持交互数据，视频和语音。
ATM(Asynchronous Transfer Mode)基本原理
ATM基本原理目录第一章ATM技术概述 (4)1.1引言 (4)1.2 ATM信元（Cell） (4)1.3 B-ISDN参考模型 (7)1.3.1 物理层 (7)1.3.2 ATM层 (8)1.3.3 AAL层 (9)1.4 ATM标准 (11)1.5 ATM地址格式 (13)第二章ATM交换原理 (14)2.1 ATM交换的特点 (14)2.2 VP/VC交换 (15)2.3 ATM交换原理 (16)2.4 基本排队机制 (18)2.4.1 输入排队 (18)2.4.2 输出排队 (18)2.4.3 中央排队 (19)2.5 共享存储器交换机的模型 (19)2.5.1 ATM交换结构 (19)2.5.1.2 空分交换结构 (20)2.5.2 共享存储器交换结构 (21)第三章ATM通信量管理 (23)3.1 服务质量 (23)3.2 通信量整形和控制 (23)3.3 拥塞控制 (24)3.3.1 许可证控制 (24)3.3.2 资源预订 (24)3.3.3 基于速率的拥塞控制 (25)第四章ATM与IP结合技术 (26)4.1 简介 (26)4.2 LANE (27)4.2.1 如何在传统LAN上运行IP (27)4.2.2 ATM LAN必须仿真什么功能 (27)4.2.3 LANE如何工作 (27)4.2.4 LANE的优点和局限 (29)4.3 CLIP(Classical IP over ATM) (29)4.3.1 CLIP原理 (29)4.3.2 CLIP的扩展 (30)4.4 MPOA (31)4.4.1 MPOA的原则 (31)4.4.2 MPOA的优点和限制 (31)4.5 IP交换 (32)4.6 标记交换 (33)4.7 MPLS (34)4.7.1 MPLS工作原理 (34)4.7.2 MPLS的应用 (35)第一章ATM技术概述1.1引言在现代社会中，人们需要传递和处理的信息量越来越大，信息的种类也越来越多，其中对会议电视、高速数据传输、远程教学、VOD等宽带新业务的需求正迅速增长。
异步传输模式(ATM).
ATM信元格式（三）
• 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
VPI：NNI中为12比特，UNI中为8比特。
GFC：4比特，只用于UNI接口，目前置为0000，将来可能用于流量控制或标示 不同的接入。
公共 UNI B-ICI
ATM公网
UNI
NNI
NNI NNI
ATM专网
ATM交换方式的特点
ATM交换方式的特点: 以信元为单位的异步转移模式异步意味着来自任
意用户的信息信元流不必是周期性的便于实现线 路带宽的共享和统计复用 ATM网络能同时传送多种类型的信息承载多种通 信业务并且能够提供QoS Quality of Service 服 务 信元长度固定容易实现硬件交换实现高速交换
ATM原理
学习目标
l掌握ATM交换的特点和方式 l掌握ATM信元的结构和ATM的一 些基本概念 l了解ATM 协议栈的结构掌握 AAL2和AAL5的适配过程 l掌握ATM在WCDMA中的应用
什么是ATM
ATM即异步转移模式: 综合了传输复用交叉连接和交换的技术 ATM是快速分组交换技术采用统计复用方式 一种结合了电路交换和分组交换的各自优点的
VPI和VCI只有局部意义，每个VPI/VCI在相应的VP/VC 交换节点被处理，相同的VPI/VCI值在不同VP/VC链路 段并不代表同一个“虚连接”。
VP交换和VC交换（三）
虚通路连接 (VCC) 虚通道连接(VPC)
UNI
VC 交换
VPI = 1 VCI = 1
NNI VP 交换
VPI = 2 VCI = 44
• UNI = 用户到网络接口 • NNI = 网络到网络接口
ATM交换分类
异步传输模式
异步传输模式异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,缩略语为ATM)，又叫信元中继或信元交换。
信元中继（cellrelay）的一种标准的（ITU）实施方案，这是一种采用具有固定长度的分组（信息元）的交换技术。
之所以称其为异步，是因为来自某一用户的、含有信息的信息元的重复出现不是周期性的。
ATM是一种面向连接的技术，是一种为支持宽带综合业务网而专门开发的新技术，它与现在的电路交换无任何衔接。
当发送端想要和接收端通信时、它通过UNI发送一个要求建立连接的控制信号。
接收端通过网络收到该控制信号并同意建立连接后，一个虚拟线路就会被建立。
与同步传递模式（STM）不同，ATM采用异步时分复用技术（统计复用）。
来自不同信息源的信息汇集在一个缓冲器内排队。
列中的信元逐个输出到传输线上，形成首尾相连的信息流。
ATM具有以下特点：因传输线路质量高，不需要逐段进行差错控制。
ATM在通信之前需要先建立一个虚连接来预留网络资源，并在呼叫期间保持这一连接，所以ATM以面向连接的方式工作。
信头的主要功能是标识业务本身和它的逻辑去向，功能有限。
信无长度小，时延小，实时性较好。
ATM的传播速度是从25兆比特每秒到155兆比特每秒异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,缩略语为ATM)，又叫信元中继。
ATM采用面向连接的交换方式，它以信元（cell）为单位。
每个信元长53字节。
其中报头占了5字节。
ATM能够比较理想地实现各种QoS(Quality of Service，服务质量)，既能够支持有连接的业务，又能支持无连接的业务。
是宽带ISDN（B-ISDN）技术的典范。
异步传输模式（ATM）在 ATM 参考模式下由一个协议集组成，用来建立一个在固定 53 字节的数据包（信元）流上传输所有通信流量的机制。
固定大小的包可以确保快速且容易地实现交换和多路复用。
ATM 是一种面向连接的技术，也就是说，两个网络系统要建立相互间的通信，需要通知中间介质服务需求和流量参数。
ATM技术
虚通道（VP）：一组虚通路的集合。
在ATM中一个物理信道被分成若干个虚通道（VP），一个虚通道（VP）有被分成上千个虚通路（VC）复用。用VPI标识VP，用VCI标识VC。这样一个呼叫连路就可以用VPI/VCI标识所分配的虚通道和虚通路。在ATM交换中只要将输入的VPI/VCI的值修改为输出的VPI/VCI值，就可以实现信元的交换。
由于VP是半固定连接的，所以这种交换不需要复杂的信令处理即可以达到几十G的吞吐量，这和现在电话网中的交叉连接设备功能相似。
② VC交换过程
VC交换是指将输入的信元的VPI值与VCI值同时被改写为新值赋予信元并输出，则为VC交换。
⑴面向连接的快速分组交换技术。
⑵基于固定长度信元（53个字节）的异步转移技术。各种类型的信息流（包括语音、数据、视频等）均被适配成固定长度的（53字节）的“信元”（Cell）进行接入、传输和交换。
2. 信元结构
ATM采用了虚连接技术，将逻辑子网和物理子网分离。类似于电路交换，ATM首先选择路径，在2个通信实体之间建立虚通路，将路由选择与数据转发分开，使传输中间的控制较为简单，解决了路由选择瓶颈问题。设立虚通路和虚通道两级寻址，虚通道是由两结点间复用的一组虚通路组成的，网络的主要管理和交换功能集中在虚通道一级，减少了网管和网控的复杂性。在一条链路上可以建立多个虚通路。在一条通路上传输的数据单元均在相同的物理线路上传输，且保持其先后顺序，因此克服了分组交换中无序接收的缺点，保证了数据的连续性，更适合于多媒体数据的传输。
二、 ATM交换原理
1.ATM交换原理
与普通IP传输的非面向连接不同，ATM是一种面向连接的交换方式。ATM交换机是根据信元头的信息，基于信元完成的。一个ATM交换机可能只使用信元头的VPI部分，或只使用VCI部分，或者两个部分都使用来决定如何转发信元。其工作过程大致是：ATM交换机接收来自特定输入端口的、带有标记的VPI／VCI字段和表明属于特定虚电路的信元，然后检查路由表，从中找出从哪个输出端口转发该信元，并设置输出信元的VPI／VCI值。就像电话呼叫的例子，只使用信元头部的VPI字段进行ATM信元的大量交换是非常有用的。
计算机网络原理 信元交换技术
计算机网络原理信元交换技术ATM是英文“Asynchronous Transfer Mode”(异步传输方式)的缩写，它是一种面向连接的分组交换技术，在这种交换方式中，用于交换的分组长度都是固定的，一个分组的长度是53个字节，53个字节又被分成5个字节的头部信息和48个字节的有效载荷信息，这些字节在网络上一次一个字节的依次发送，从第1个字节一直到第53个字节。
为了区分固定长度的分组和计算机网络中更常用的可变长度的分组，我们把固定长度的分组叫作信元（Cell）。
ATM被认为是信元交换的范例。
1．异步传输模式基本原理ATM异步传输模式的基本原理：它把用户数据组织成53个字节长的信元，从各种数据源随机到达的信元没有预定的顺序，而且信元之间可以有间隙。
信元要准备好就可以进入信道。
没有数据时，向信道发送空信元，或者发送OAM（Operation And Maintenance）信元，这样，它的信元排列是不固定的，这就是它的异步性，也被称为统计时分复用。
图1-21就是一个异步传输模式的示意图。
每个信元53个字节图1-21异步传输模式示意图2．ATM交换和控制ATM网络包含两种网络元素：ATM端点和ATM交换机，ATM端点是在ATM网中能够产生或接收信元的源站或目标站。
ATM交换机是进行信元交换的站点。
ATM端点是通过点到点的链路与ATM交换机相连。
ATM交换机应支持两类接口：用户---网络端口（UNI）和网络---节点端口（NNI）。
前者是ATM端口与其所连接的交换台机之间的接口，后者是ATM 中两个交换机或两个ATM网之间的接口。
ATM是一种寻址型特殊分组转移模式，它是靠信元中所携带的虚路径标识符（VPI）和虚通路标识符（VCI）来标识路由信息的，它们也被称为路由字段。
ATM网络中的基本交换单元是虚通路（VC）。
在ATM网络中，两个端用户要进行通信，首先必须建立虚通路的连接，这条虚通路是使用网络管理或控制功能在有序的物理链路上半永久性的逻辑连接。
(信息与通信)ATM技术原理
contents
目录
• ATM技术概述 • ATM协议结构 • ATM交换技术 • ATM网络技术 • ATM技术的应用 • ATM技术的挑战与未来发展
01 ATM技术概述
ATM定义
ATM是异步传输模式的简称，是一 种面向单元的、面向连接的、可变速 率的、多协议的、分时的、分段的、 路由选择的数据通信协议。
ATM网络的流量控制和拥塞控制
流量控制
通过控制发送方发送数据的速率，确 保接收方能够处理接收到的数据。
拥塞控制
当网络拥塞时，通过控制数据包的发 送速率和丢弃部分数据包来缓解拥塞 。
05 ATM技术的应用
宽带业务接入
高速数据传输
ATM技术能够提供高速的数据传输，满足各种宽带业 务接入的需求，如互联网接入、局域网互联等。
实时传输
ATM技术能够提供实时的传输服务，保证多媒体业务的实时性和流 畅性。
良好的扩展性
ATM技术具有良好的扩展性，可以支持大规模的多媒体业务传输，满 足不断增长的业务需求。
06 ATM技术的挑战与未来发 展
ATM技术的局限性
设备成本高
ATM技术需要专用的ATM交换机和ATM终端设备，这些设备的成本较高，增加了部署 和维护的难度。
SDN技术通过将网络控制与转发分离，提高了网络的灵活性和可扩展性， ATM技术与SDN技术的融合可以进一步简化网络管理和控制。
THANKS 传输层设备
包括ATM网络中的交换机和路由 器等设备，负责实现ATM信元的 交换和传输。
传输层协议
规定了端到端通信的建立、维持 和释放，以及通信过程中的数据 传输和通信控制等，确保数据在 传输过程中的正确性和可靠性。
ATM传输技术
云计算与大数据环境下ATM技术创新方向
云计算集成
将ATM技术与云计算相结合，实现计算资源的动态分配和网络传 输的优化。
大数据处理
利用ATM技术的高效传输特性，支持大规模数据的实时处理和分 析。
安全性增强
在云计算和大数据环境下，ATM技术需要进一步加强安全性，保 障数据传输和存储的安全。
THANKS
03
ATM传输技术原理
ATM信元结构与传输方式
ATM信元结构
ATM信元是ATM传输的基本单位，由53个字节组成，其中5个字节为信头，48个 字节为信息字段。信头包含路由信息和控制信息，信息字段则承载用户数据。
传输方式
ATM采用异步时分复用（ATDM）方式进行传输，即不同信元可以占用不同时隙 ，实现灵活带宽分配。同时，ATM支持面向连接的服务，通过建立虚电路（VC ）或虚路径（VP）实现端到端通信。
异步转移模式局域网（ATM LAN）
高效数据传输
ATM LAN以信元为单位进行数据传输，实现高速、低延迟的局 域网通信。
多媒体支持
ATM LAN支持多媒体应用，如音频、视频和数据的实时传输。
灵活性和可扩展性
ATM LAN易于配置和扩展，适应不同规模和需求的局域网环境 。
异步转移模式广域网（ATM WAN）
ATM网络传输协议
01
ATM信元协议
定义了ATM信元的格式和传输规 则，包括信头、净荷和信元定界 符等部分。
02
ATM适配层协议（ AAL）
提供不同类型业务数据的适配服 务，将业务数据封装成ATM信元 进行传输。
03
ATM连接管理协议
负责ATM网络的连接建立、维护 和释放等操作，保证数据传输的 可靠性和安全性。
异步传输模式
异步传输模式ATM是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。
但它摈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。
atm交换的基本原理
atm交换的基本原理ATM（异步传输模式）是一种传输数据的通信协议，它通过分组交换技术实现数据的传输。
ATM的基本原理涉及到以下几个方面：传输模式、基本单位、分组交换和虚电路等概念。
1.传输模式ATM使用的是异步传输模式，即数据的传输是以固定长度的分组进行的，而不是以固定速率进行的。
这使得ATM能够根据网络情况进行灵活的调整，适应不同应用的需求。
2.基本单位ATM的基本单位是一个固定长度的48字节的单元，称为ATM细胞（Cell）。
每个ATM细胞由5个字节的头部和43个字节的有效负载组成。
头部包含了地址、控制和错误校验等信息。
3.分组交换ATM使用分组交换技术进行数据的传输。
将数据按照ATM细胞的格式进行分割，并在每个细胞头部添加目的地址等信息，然后通过网络进行传输。
接收端根据细胞头部的信息对细胞进行重新组装，以获取原始数据。
由于ATM细胞长度固定，能够减少网络的时延，并且适应多种应用的需求。
4.虚电路ATM使用虚电路机制进行数据的传输。
虚电路是一种逻辑上的连接，它由发送端和接收端之间的一系列中间设备（例如交换机）组成，形成一条从源到目的的路径。
每个虚电路都有一个唯一的标识符，该标识符用于区分不同的虚电路。
在数据传输过程中，发送端向目的端发起连接请求，经过中间设备建立虚电路，并在建立好的虚电路上进行数据传输。
传输完成后，连接将被释放，以便其他连接可以使用。
通过虚电路，ATM能够在网络中提供可靠的连接和交换服务，确保数据的快速传输和准确接收。
总结：ATM交换的基本原理涉及到传输模式、基本单位、分组交换和虚电路这几个概念。
ATM使用异步传输模式，以固定长度的48字节细胞进行数据的传输。
通过分组交换和虚电路机制，实现了数据的快速、可靠传输。
ATM的设计使其适应了多种应用的需求，并在通信领域得到了广泛应用。
异步传输模式
ATM 层
物理层 TC 子层 PMD 子层
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
ATM 连接用信元首部中的两级标号来识别。 虚通路标识 VCI (Virtual Channel Identifier) 虚通道标识符 VPI (Virtual Path Identifier)
首 部
有
效
载
荷
在 UNI
比特
GFC 4
VPI 8 VPI 12
VCI 16 VCI 16
PT
3 1
HEC CLP 8
在 NNI
比特
PT
ATM 端点 交换机
ATM 网络
Байду номын сангаас交换机
ATM 端点
IP 层 AAL层 ATM层 物理层 ATM 层 物理层 物理层 ATM 层 物理层 物理层
IP 层 AAL层 ATM层 物理层
ATM 网络
ATM 在哪一层？
当孤立地观察一个 ATM 网络时，ATM 网络像 一个广域网，因为它可以覆盖很大的地理范围， 有自己网络的硬件地址和进行信元转发的结点 交换机，并且向上提供虚电路服务。 从 IP 层来看，整个的 ATM 网络又相当于两个 IP 结点之间的一条数据链路，因而整个 ATM 网络又好像是处在数据链路层。 可见 ATM 体系结构中的层次和 OSI 的层次很 难有严格的对应关系。
传输链路 虚通道 VPx VCx VCy VCz VCx VCy VCx VCy VCz VPy VPz
虚通路
VCI 与 VPI
（ VPI 包含 VCI）
一个虚通路 VC 是在两个或两个以上的端点之 间的一个运送 ATM 信元的通信通路。 一个虚通道 VP 包含有许多相同端点的虚通路 VC，而这许多 VC 都使用同一个 VPI。
BA000001 ATM原理
ATM PHY
Add 5-字节信元头附在 VPI/VCI 和CLP
传输汇聚 (STS, STM, DS) 物理介质 (MMF, SMF, STP, UTP）
IPOA技术
IPoA（IP over ATM）继承了TCP/IP协议的基本思想，仅把 ATM网络看成是一种异型子网。
对于IP协议，ATM网络与现存的以太网、令牌环网等物理子 网具有相同的地位，处于数据链路层。
Virtual path connection(VPC)
UNI UNI NNI NNI
VC switch
VPI = 1 VCI = 1
VP switch
VPI = 2 VCI = 44 VPI = 26 VCI = 44
VC switch
VPI = 20 VCI = 30
•
This kind of hopping transfer is called cell transfer
AAL5
CS and SAR in AAL5 are simple and high efficient Used for transmitting ATM signaling Used for bearing FR service N48-byte
CPCS-PDU tail:8-byte 047 1-byte 1-byte 2-byte 4-byte
面向连接的特征
S2 1 1 S6 1 S2 S6
S1
S3 2 S4 2 S7 S5 2
S8
S1
S3
VC
S5
S8
S4
S7
面向连接: 信元交换
无连接: 包路由 • 路径 1 = S1, S2, S6, S8 • 路径 2 = S1, S4, S7, S8 • 数据传输经过不同的路径、到达不同 的目的地，是无序的 VC = S1, S4, S7, S8 • 数据有序地经过相同的路径传输 • 延迟固定易于控制
atm交换原理
atm交换原理
ATM（异步传输模式）是一种高速的数据传输技术。
ATM交换原理是
将数据信息分组化后传输，每个数据包（也称为单元）都拥有相同的长度，并在包头中携带了必要的信息，如源和目的地址以及控制信号等。
在ATM交换中，网络节点之间的传输是通过ATM交换机实现的。
ATM
交换机查找目的地址并将数据包转发到正确的端口。
ATM交换机将接收到
的数据包暂存到内存中，直到可用的出口端口可用时转发。
为了保证高速
数据传输，在大量交换时，ATM交换机采用了多重队列方案，将数据包按
照优先级分类处理。
通过这种方式，可以尽可能地减少网络拥塞和数据延
迟等问题。
ATM交换具有高速传输、低延迟和可靠性高等优点，广泛应用于互联网、电信、医疗和金融领域等需要高效数据传输的场合。
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1.3 ATM网络性能
B-Comm. Net.
11..33..11 网网络络性性能能和和功功能能特特征征 11..33..22 AATTMM网网络络性性能能分分析析
18
1.3.1 网络性能和功能特征
B-Comm. Net.
11.. 信信息息（（语语义义））透透明明性性：： （（IInnffoorrmmaattiioonn((SSeemmaannttiicc))ttrraannssppaarreennccyy）） 决决定定网网络络无无差差错错传传递递信信息息的的可可能能性性，，即即网网络络
17
Synchronous transfer mode
Packet transfer mode
Asychronous transfer mode
ATM cell slots may be allocate
differently to nodes with different Qos
requirements
（4）QoS保证
14
1. ATM概念
B-Comm. Net.
以以分分组组传传送送模模式式为为基基础础，，融融合合电电路路传传送送模模式式 本本质质是是高高速速分分组组传传送送模模式式：：统统计计时时分分复复用用
端端到到端端纠纠错错 融融合合电电路路传传送送模模式式：：固固定定长长度度信信元元
19
1.3.1 网络性能和功能特征
B-Comm. Net.
1.信息（语义）透明性：参数
出错比特数 误比特率BER = 发送的总比特数
分组差错率PER
=
出错分组数 发送的总分组数
分组丢失率PLR
=
丢失的分组数 发送的总分组数
插入的分组数 分组插入率PIR = 发送的总分组数
20
1.3.1 网络性能和功能特征
B-Comm. Net.
电信工程学院 数字通信与信息网络实验室
1
ATM基本原理
B-Comm. Net.
11..11 宽宽带带网网业业务务特特点点及及传传递递方方式式 11..22 AATTMM基基本本概概念念 11..33 AATTMM网网络络性性能能 11..44 AATTMM标标准准
（（22））维维护护条条件件下下，，6655%%的的单单比比特特错错误误，，1100％％ 的的突突发发差差错错。。（（如如保保护护性性切切换换）） 注注意意：：无无线线慢慢衰衰落落信信道道中中突突发发差差错错较较严严重重
22
1.3.1 网络性能和功能特征
B-Comm. Net.
光传 输系 统的 错误 概率 分布 (正 常）
21
1.3.1 网络性能和功能特征
B-Comm. Net.
1.信息（语义）透明性：传输差错
网网络络通通常常包包括括两两类类实实体体：：传传输输和和交交换换//复复用用 传传输输系系统统只只存存在在比比特特差差错错，，以以光光传传输输系系统统为为例例 得得到到结结论论：：
（（11））正正常常工工作作时时，，9999%%以以上上的的传传输输错错误误是是单单 比比特特错错误误
1.信息（语义）透明性：传输差错
概率 100 99.64%
10
1
0.1
0.20%
0.12%
0.04% 0.01
每误码秒的错误比特数
23
1.3.1 网络性能和功能特征
B-Comm. Net.
光传 输系 统的 错误 概率 分布 （维 护）
1.信息（语义）透明性：传输差错
概率
100
75 65%
50
25
23%
面面向向连连接接 硬硬件件交交换换网网络络
15
1. ATM概念
B-Comm. Net.
AATTMM是是一一种种传传递递模模式式，，在在这这种种模模式式中中，，信信息息被被分分 成成信信元元来来传传递递，，而而包包含含同同一一用用户户信信息息的的信信元元不不需需要要 在在传传输输链链路路上上周周期期性性地地出出现现。。因因此此这这种种传传递递模模式式是是 异异步步的的。。 IITTUU--TTII..111133
所所引引入入的的端端到到端端差差错错能能被被业业务务所所接接受受的的可可能能性性
22.. 时时间间透透明明性性：：（（TTiimmeettrraannssppaarreennccyy））
决决定定网网络络以以业业务务所所能能接接受受的的最最小小时时间间将将信信 息息通通过过网网络络传传送送到到目目的的地地的的能能力力
((11))用用户户先先请请求求一一个个带带宽宽为为基基本本速速率率的的某某个个整整数数倍倍的的连连接接。。
((22))网网络络根根据据用用户户的的申申请请寻寻找找一一条条适适合合用用户户通通信信的的通通道道，， 将将通通信信所所需需的的带带宽宽、、所所选选的的路路由由编编号号填填入入相相关关的的交交换换机机中中,,但但 并并不不建建立立连连接接和和分分配配资资源源。。
6
1.1 宽带网业务特点及传递方式
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1.1 宽带网业务特点及传递方式
B-Comm. Net.
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1.1 宽带网业务特点及传递方式
B-Comm. Net.
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1.1 宽带网业务特点及传递方式
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主主要要由由节节点点交交换换技技术术来来决决定定 电电路路交交换换、、多多速速率率电电路路交交换换、、快快速速电电路路交交换换 分分组组交交换换、、幀幀交交换换、、快快速速分分组组交交换换 AATTMM交交换换、、
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1.信息（语义）透明性：参数
随随机机差差错错（（单单个个差差错错））：：比比特特差差错错或或分分组组差差错错 孤孤立立出出现现 突突发发差差错错：：比比特特差差错错或或分分组组差差错错成成组组出出现现 PPLLRR是是由由于于传传输输差差错错或或拥拥塞塞而而在在网网络络中中丢丢失失的的 PPIIRR是是由由于于分分组组到到达达错错误误目目的的地地而而又又被被该该目目的的 地地误误认认为为正正确确的的分分组组 通通常常为为了了简简化化分分析析，，将将PPEERR、、PPLLRR、、PPIIRR合合称称 为为分分组组丢丢失失率率
SS((tt))：： 自自然然信信息息速速率率 SS：：峰峰值值比比特特率率
EE[[SS((tt))]]：：平平均均自自然然比比特特率率
突突发发度度：：
S
B = E[s(t)]
结结论论：：所所有有业业务务的的EE[[SS((tt))]]和和BB的的特特征征都都不不同同 大大部部分分业业务务的的突突发发度度大大于于11
12
1.2 ATM基本概念
B-Comm. Net.
11..AATTMM概概念念 22..AATTMM信信元元复复用用 33..AATTMM交交换换原原理理（（见见0022章章））
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1. ATM概念
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异步传送模式（ATM）
* 综合电路交换和分组交换的优势，可以适合各种不同 业务的多媒体通信的交换和复用，可以支持高速和低速 的实时业务，具有高效的网络运营效率和复用技术。 * ATM的基本特点： （1）统计时分复用。 （2）面向连接。 （3）固定长度信元。
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1.1 宽带网业务特点及传递方式
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1.1 宽带网业务特点及传递方式
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一一项项业业务务更更一一般般的的特特征征是是自自然然信信息息率率，，指指不不考考虑虑 通通信信网网功功能能或或成成本本限限制制的的条条件件下下，，信信息息源源产产生生信信息息 的的速速率率
0
10% 2%
每误码秒的错误比特数
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1.3.1 网络性能和功能特征
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2
1.1 宽带网业务特点及传递方式
B-Comm. Net.
宽宽带带业业务务，，如如：：
智智能能用用户户电电报报((TTeelleetteexx)) 可可视视图图文文((VViiddeeootteexxtt)) 遥遥测测((TTeelleemmeettrryy)) 监监视视((SSuurrvveeiillllaannccee))和和告告警警((AAllaarrmm)) 电电子子邮邮件件((EElleeccttrroonniiccmmaaiill)) 可可视视电电话话((VViiddeeooPPhhoonnee)) 会会议议电电视视((VViiddeeooccoonnffeerreennccee)) 图图文文电电视视((TTeelleexx)) 点点播播电电视视((VVOODD--VViiddeeoooonnDDeemmoonndd))
3
1.1 宽带网业务特点及传递方式
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各各种种业业务务信信息息的的传传输输要要求求具具有有不不同同的的速速 率率和和不不同同的的突突发发性性。。 各各种种业业务务传传输输具具有有不不同同的的误误差差要要求求和和 延延时时要要求求 组组播播（（mmuullttiiccaasstt))和和广广播播((bbrrooaaddccaasstt))业业 务务的的要要求求
((33))当当用用户户送送信信息息时时，，网网络络迅迅速速按按照照用用户户的的申申请请分分配配通通道道 完完成成信信息息的的传传输输。。 未未实实际际应应用用
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1.1 宽带网业务特点及传递方式
B-Comm. Net.
快速分组交换——幀中继
针针对对传传统统分分组组交交换换网网络络（（XX..2255))无无法法提提供供实实时时业业 务务及及高高速速业业务务，，出出现现了了改改进进的的分分组组交交换换技技术术。。 帧帧中中继继简简化化了了XX..2255协协议议,,适适合合LLAANN（（局局域域网网））之之间间 数数据据互互联联，，提提供供面面向向连连接接业业务务，，目目前前传传输输速速率率已已达达 到到3344 MMbbiitt//ss。。 从从节节点点交交换换技技术术不不容容易易理理解解帧帧中中继继网网与与XX..2255网网的的 区区别别,,而而从从OOSSII模模型型出出发发则则很很容容易易..