基于对现代交换技术中ATM技术的理解

基于对现代交换技术中ATM技术的理解中南林业科技大学 07级计信学院通信2班刘健

摘要：本文讨论了ATM技术的发展和存在的问题，并介绍了ATM技术在数字通信、帧中继等业务中的应用。

关键词：异步转移模式宽带综合业务数字网网间协议帧中继公众交换电话网／窄带综合业务数字网

1 ATM技术的介绍

ATM(AsynchronousTransferMode)顾名思义就是异步传输模式,•就是国际电信联盟ITU-T制定的标准,实际上在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，欧洲重在图象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AsynchronousTransferMode(ATM)技术，推荐其为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。

ATM是一种传输模式，在这一模式中，信息被组织成信元，因包含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现，这种传输模式是异步的。

ATM信元是固定长度的分组，共有53个字节，分为2个部分。前面５个字节为信头，主要完成寻址的功能；后面的48个字节为信息段，用来装载来自不同用户，不同业务的信息。话音，数据，图象等所有的数字信息都要经过切割，封装成统一格式的信元在网中传递，并在接收端恢复成所需格式。由于ATM技术简化了交换过程，去除了不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格式，所以ATM交换速率大大高于传统的数据网，如x.25，DDN,帧中继等。另外，对于如此高速的数据网，ATM网络采用了一些有效的业务流量监控机制，对网上用户数据进行实时监控，把网络拥塞发生的可能性降到最小。对不同业务赋予不同的"特权"，如语音的实时性特权最高，一般数据文件传输的正确性特权最高，网络对不同业务分配不同的网络资源，这样不同的业务在网络中才能做到"和平共处"。

2 ATM技术的发展和存在的问题

异步转移模式（ATM）是为B-ISDN提供的一种快速分组传送技术。B-ISDN的目标是要实现现有以及未来可能出现的各种电信业务的综合。B-ISDN的基本构成包括宽带传输／交换网络、接入网络和网络管理系统。传输网络由采用同步数字系列（SDH）或波分复用（WDM）技术的光纤网络构成；交换网络主要由ATM骨干交换机构成；接入网络以ATM接入设备为基础，采用多种接入方式如非对称数字用户环路（ADSL）、光纤分配网络、光纤／同轴电缆混合（HFC）接入以及无线接入等方式。以ATM为基础的B-ISDN具有与传统的电话网络和分组网络显著不同的特点：首先，B-ISDN的网络实现与业务无关，提高了网络资源的利用

率；其次，B-ISDN采用统计复用方式，灵活分配各种资源，可保证各种业务的服务质量（QoS）；此外，ATM信元采用定长短分组技术，实现了信息的高速交换，因此，使网络功能大大简化。

为了推动以ATM技术为基础的B-ISDN的发展，ITU－T在80年代中期开始制订有关B-ISDN的规范，目前已为B-ISDN及ATM研究制订了大体完善的建议，内容涉及B-ISDN网络总体、性能、网络互通、资源管理、信令、网络接口（UNI/NNI）、OAM、ATM适配等各个方面。同时，ITU－T和ATM 论坛不断对公众和专用宽带UNI进行了标准化。利用这些建议和标准，供应商已能够在这些接口上实现互通，服务提供者可以开始提供高速数据和类似专用线路的传输业务。尚需标准化的是为支持交换式多媒体业务环境的信令、高层应用协议和更为先进的操作、网管能力。围绕着建设B-ISDN，世界各国对ATM进行了内容广泛的研究和验。目前，ATM技术已经进入了实用化阶段，商用化ATM产品大量出现，很多国家已建设了ATM骨干网络，并提供多种高速、实时业务。ATM的应用同时也进入到局域网、无线网络和卫星网络等领域。

但是，以ATM为基础的B-ISDN的建设还处于初级阶段，各国的B-ISDN发展也不平衡。除政策原因外，还存在技术原因：（1）ATM技术还无法经济地支持话音等低速率业务。人们期望ATM技术能够同时支持话音和数据业务，但不够灵活的适配方式以及由ATM网引入的相对较大的时延使得ATM对话音业务的支持不能令人满意。（2）尽管ATM技术的标准已经基本齐备，但部分技术内容仍不完善，限制了ATM网络作为整个主干网络为用户提供端到端可保证QoS和灵活业务的能力，特别是在网络管理、业务量控制及对无连接数据业务的支持等方面还需做大量工作。（3）ATM的统计复用特性使业务量特性变化繁多，基于业务量统计特性的控制也就变得愈发复杂，因此ATM的流量和拥塞控制仍然存在很多问题。（４）网络技术的发展使ATM技术受到了来自其它技术的竞争，如千兆比以太网的出现使ATM技术更难在局域网范围内得到采用。目前还没有针对于ATM的“致命应用”。

针对这些问题，致力于ATM的研究者们已经开展了很多工作，也提出了一些解决方案。这些努力包括：简化信令和网络控制；提出新的ATM适配方式；将ATM技术与IP、智能网（IN）、网管相结合，以灵活提供各种业务。这些研究成果不仅拓宽了ATM技术在宽带通信及互联网中的应用，也使该技术能够在窄带业务（帧中继、PSTN／N－IS-DN等）领域发挥优势。

3 ATM与IP技术的结合

以IP为基础的Internet的发展出乎许多人的预料，短短几年内已迅速席卷了全球，对传统的电信运营形成了巨大的冲击，同时引发了一场关于未来信息高速公路是以B-ISDN为基础还是以Internet为基础的争论。计算机业界一致看好Internet。但无论如何，Internet原本是为了把已存在的众多局域网络连接成一个统一的网络。随着网络的覆盖范围不断扩大、网络的业务类型不断增加以及网络用户的增长，Internet 中必然会出现网络拥塞、带宽资源紧张和用户质量下降等问题，因此Internet网络终究要实现宽带化。Internet要使用公共通信网资源，仅仅依靠IP协议并不能解决传输宽带化的问题，还要解决怎样利用新的传输设备来提供高带宽。

ATM技术的出现为Internet所面临的问题提供了解决方案。IP技术只有与ATM技术相结合才可能在Internet上提供大范围的宽带业务。目前，电信和Internet业界都已认定未来的宽带骨干网应基于ATM技术。国外一些大学和科研机构正在研究下一代Internet（I2）。在I2总体结构中，ATM和SONET作为骨干技术用于连接各个千兆比接纳点。利用ATM构造宽带Internet的骨干网，不仅可解决Internet骨干网的带宽问题，也为其提供高QoS的IP业务奠定了基础。尽管受到其它网络技术的竞争，许多人仍认为ATM不仅是电信网也是Internet骨干网的最终解决方案。

目前，在宽带计算机通信领域中与ATM技术竞争的技术主要是千兆比以太网（GE）。由于其对原有局域网技术的兼容性，用户可以很低投入获得网络性能的大幅提高，这使其在宽带局域网互联中被广泛采用，许多对QoS要求不高的城域网及企业网也开始采用千兆比以太网技术。但作为一种信息传递技术，ATM的性能显然优于千兆比以太网，它具有无限缩放性，可用于局域、城域直到广域网环境，并且由于拥有QoS保证，可以说ATM几乎是未来多媒体业务的唯一选择。

ATM技术与IP技术的结合存在许多困难，其中关键问题是地址解析和QoS。ATM与IP的差别是有目共睹的，ATM是面向连接，有自己的信令、选路规程和地址结构；IP是面向无连接的，也有其特有的寻址方式和选路功能。ATM与IP技术的结合实际上就是如何在ATM上承载IP分