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ATM[計算機術語]

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非同步傳遞方式ATM(Asynchronous Transfer Mode)是建立在電路交換和分組交換基礎上的一種面向連接的快速分組交換技術,它採用定長分組作為傳輸和交換的單位。與其他數據信元結構相比,ATM信元是非常簡單的。ATM協議參考模型如圖所示。它包括三個面:用戶面、控制面和管理面,而在每個面中又是分層的,分為物理層、ATM層、ATM適配層(AAL層)和高層。

1 ATM[計算機術語] -基本概念

ATM是Asynchronous Transfer Mode的縮寫,也叫非同步傳遞方式、非同步傳輸模式或信息元中繼,是建立在電路交換和分組交換基礎上的一種面向連接的快速分組交換技術,它採用定長分組作為傳輸和交換的單位。在ATM中這種定長分組叫做信元(cell)。

非同步傳輸模式(ATM)在 ATM 參考模式下由一個協議集組成。ATM採用面向連接的交換方式,它以信元為單位。每個信元長53位元組。其中報頭佔了5位元組。信息元中繼(cellrelay)的一種標準的(ITU)實施方案,這是一種採用具有固定長度的分組(信息元)的交換技術。之所以稱其為非同步,是因為來自某一用戶的、含有信息的信息元的重複出現不是周期性的。

ATM是一種面向連接的技術,是一種為支持寬頻綜合業務網而專門開發的新技術,它與現在的電路交換無任何銜接。當發送端想要和接收端通信時、它通過UNI發送一個要求建立連接的控制信號。接收端通過網路收到該控制信號並同意建立連接后,一個虛擬線路就會被建立。與同步傳遞模式(STM)不同,ATM採用非同步時分復用技術(統計復用)。來自不同信息源的信息彙集在一個緩衝器內排隊。列中的信元逐個輸出到傳輸線上,形成首尾相連的信息流

2 ATM[計算機術語] -主要特點

ATM具有以下特點:因傳輸線路質量高,不需要逐段進行差錯控制。ATM在通信之前需要先建立一個虛連接來預留網路資源,並在呼叫期間保持這一連接,所以ATM以面向連接的方式工作。信頭的主要功能是標識業務本身和它的邏輯去向,功能有限。信頭長度小,時延小,實時性較好。

ATM能夠比較理想地實現各種QoS,既能夠支持有連接的業務,又能支持無連接的業務。是寬頻ISDN(B-ISDN)技術的典範。

ATM的傳播速度是從25兆比特每秒到155兆比特每秒。 

3 ATM[計算機術語] -主要優點

ATM的主要優點如下:

(1)選擇固定長度的簡訊元作為信息傳遞的單元,有利於寬頻高速交換。信元長度為53位元組,其首部為5位元組。長度固定的首部可使ATM交換機的功能盡量簡化,只用硬體電路就可對信元進行處理,因而縮短了每個信元的處理時間。在傳輸實時話音或視頻業務時,短的信元有利於減小時延,也節約了結點交換機為存儲信元所需的存儲空間。

(2)能支持不同速率的各種業務。ATM允許終端有足夠多比特時就去利用通道,從而得到靈活的寬頻共享。來自各終端的數字流在鏈路控制器中形成完整的信元后,即按先到先服務的規則,經統計復用器,以統一的傳輸速率將信元插入一個空閑時隙內。不同類型的服務可復用在一起,高速率信源就佔用較多的時隙。

(3)所有信息在最低層是以面向連接的方式傳輸,保持了電路交換在保證實時性和服務質量方面的優點。

(4)不必在數據鏈路層進行差錯控制和流量控制(放在高層處理)。

ATM的一個明顯缺點就是信元首部的開銷太大。

一個ATM網路包括兩種網路元素,即ATM端點和ATM交換機。

4 ATM[計算機術語] -信元結構

與其他數據信元結構相比,ATM信元是非常簡單的。信元結構由ATM層定義,長度為53位元組。每一個信元有一個5位元組的頭,用於管理及控制信息,還有48位元組的有效載荷信息或數據。ATM信元頭,如圖1所示的主要功能是向每一個信元提供通道及路徑信息。當該信元進入一個ATM交換機時,該交換機能夠識別信元所在路由的虛擬連接。因此,數據可以在ATM網路中得以準確傳輸。圖1給出了ATM信元中UNI和NNI兩種介面的信元頭的欄位信息。

ATM[計算機術語]ATM信元頭結構

(1)一般流量控制(GFC,Generic Flow Control) 只用於本地控制功能;域中的編碼值並不是從端到端傳遞的。此欄位只在UNI信元頭中有效。

(2)虛擬路徑標識符(VPI) 包含ATM路由地址的第一部分,以便標識用戶之間或者用戶和ATM網路之間的虛擬路徑。在UNI中,VPI共有8位,而在NNI中,VPI共有12位。

(3)虛擬通道標識符(VCI) 包含ATM路由地址的第二部分,以便標識用戶之間,或者是用戶和ATM網路的虛擬通道。

(4)有效載荷類型指示符(PTI) 標識有效載荷區域內的數據類型,也有可能包括用戶、網路或者管理信息。

(5)信元丟失優先順序(CLP) 指示信元是否能夠丟棄--值為0 則意味著該信元有很高的優先順序,不能隨便丟棄。

(6)頭錯誤控制(HEC) 用於錯誤探測以及單個位錯誤的糾正。

在信頭的各個組成部分中,VPI和VCI式最重要的標識符,這兩個部分組合起來便構成了一個信元的路由信息。ATM交換機就是依據這個路由信息來決定路由選擇。動態改變VPI和VCI,即可改善網路的靈活性和可靠性。

5 ATM[計算機術語] -ATM協議

ATM協議參考模型如圖所示。它包括三個面:用戶面、控制面和管理面,而在每個面中又是分層的,分為物理層、ATM層、ATM適配層(AAL層)和高層。

ATM[計算機術語]ATM協議參考模型

(1)物理層:在相鄰ATM層間傳送ATM信元,完成信息的傳輸。

atm物理層將信元流轉換為可傳輸的比特並處理物理媒介(電纜)的功能。電子及物理介面,線路速度以及傳輸控制都是在這一層定義的。ATM工作組的一個關鍵目標是為盡量多類型的電纜指定標準。物理層劃分為兩個子層:傳輸匯聚(TC)子層和物理介質相關(PMD)子層。這些子層用於將實際的ATM傳輸與物理介面分離開來,這就是為什麼ATM能夠在不同的介面和介質之間傳輸的原因。

(2)ATM層:信元交換,路由選擇,多路復用。

ATM層負責創建ATM信元。這一層決定信元的結構,信元如何路由以及錯誤控制技術。這一層也保證了一個電路的QOS。

(3)適配層

ATM網路的AAL層,從分層角度看AAL便是傳輸層。但是ATM網路的AAL層與TCP具有本質區別,其主要原因是設計者對傳輸音頻和視頻數據流更有興趣,為此迅速傳送比精確地傳送更重要。ATM層連續輸出53位元組的信元。信元中沒有差錯控制、沒有流量控制以及其他種類的控制。所以,它不能很好地滿足多數應用的要求。為了彌補這一不足,在建議I.363中,ITU在ATM層之上定義了一個端到端的層。這一層稱為ATM適配層AAL(ATM Adaptation Layer)。AAL的目標是嚮應用提供有用的服務,並將它們與在發送端(方)將數據分割為信元、在接收端(方)將信元重新組織為數據的機制隔離開來。

協議參考模型中的三個面分別完成不同的功能:

(1)用戶平面:採用分層結構,提供用戶信息流的傳送,同時也具有一定的控制功能,如流量控制、差錯控制等;

(2)控制平面:採用分層結構,完成呼叫控制和連接控制功能,利用信令進行呼叫和連接的建立、監視和釋放;

(3)管理平面:包括層管理和面管理。其中層管理採用分層結構,完成與各協議層實體的資源和參數相關的管理功能,如元信令。同時層管理還處理與各層相關的OAM信息流;面管理不分層,它完成與整個系統相關的管理功能,並對所有平面起協調作用。

6 ATM[計算機術語] -技術和應用

ATM是一項數據傳輸技術,是實現B-ISDN的業務的核心技術之一。ATM是以信元為基礎的一種分組交換和復用技術,它是一種為了多種業務設計的通用的面向連接的傳輸模式。它適用於區域網和廣域網,它具有高速數據傳輸率和支持許多種類型如聲音、數據、傳真、實時視頻、CD質量音頻和圖像的通信。

ATM是在LAN或WAN上傳送聲音、視頻圖像和數據的寬頻技術。它是一項信元中繼技術,數據分組大小固定。你可將信元想像成一種運輸設備,能夠把數據塊從一個設備經過ATM交換設備傳送到另一個設備。所有信元具有同樣的大小,不像幀中繼及區域網系統數據分組大小不定。使用相同大小的信元可以提供一種方法,預計和保證應用所需要的帶寬。如同轎車在繁忙交叉路口必須等待長卡車轉彎一樣,可變長度的數據分組容易在交換設備處引起通信延遲。

ATM採用面向連接的傳輸方式,將數據分割成固定長度的信元,通過虛連接進行交換。ATM集交換、復用、傳輸為一體,在復用上採用的是非同步時分復用方式,通過信息的首部或標頭來區分不同通道。

ATM真正具有電路交換和分組交換的雙重性:

ATM面向連接,它需要在通信雙方向建立連接,通信結束后再由信令拆除連接。但它擯棄了電路交換中採用的同步時分復用,改用非同步時分復用,收發雙方的時鐘可以不同,可以更有效地利用帶寬。

ATM的傳送單元是固定長度53byte的CELL(信元),其中5B為信元頭,用來承載該信元的控制信息;48B為信元體,用來承載用戶要分發的信息。信頭部分包含了選擇路由用的VPI(虛通道標識符)/VCI(虛通路標示符)信息,因而它具有分組交換的特點。它是一種高速分組交換,在協議上它將OSI第二層的糾錯、流控功能轉移到智能終端上完成,降低了網路時延,提高了交換速度。

交換設備是ATM的重要組成部分,它能用作組織內的Hub,快速將數據分組從一個節點傳送到另一個節點;或者用作廣域通信設備,在遠程LAN之間快速傳送ATM信元。乙太網、光纖分散式數據介面(FDDI)、令牌環網等傳統LAN採用共享介質,任一時刻只有一個節點能夠進行傳送,而ATM提供任意節點間的連接,節點能夠同時進行傳送。來自不同節點的信息經多路復用成為一條信元流。在該系統中,ATM交換器可以由公共服務的提供者所擁有或者是組織內部網的一部分。

由於ATM網路由相互連接的ATM交換機構成,存在交換機與終端、交換機與交換機之間的兩種連接。因此交換機支持兩類介面:用戶與網路的介面UNI(通用網路介面)和網路節點間的介面NNI。對應兩類介面,ATM信元有兩種不同的信元頭。

在ATM網路中引入了兩個重要概念:VP(虛通道)和VC (虛通路),它們用來描述ATM信元單向傳輸的路由。一條物理鏈路可以復用多條虛通道,每條虛通道又可以復用多條虛通路,並用相同的標識符來標識,即VPI和VCI。VPI和VCI獨立編號,VPI和VCI一起才能唯一地標識一條虛通路。

相鄰兩個交換節點間信元的VPI/VCI值不變,兩節點之間形成一個VP鏈和VC鏈。當信元經過交換節點時,VPI和VCI作相應的改變。一個單獨的VPI和VCI是沒有意義的,只有進行鏈接之後,形成一個VP鏈和VC鏈,才形成一個有意義的鏈接。在ATM交換機中,有一個虛連接表,每一部分都包含物理埠、VPI、VCI值,該表是在建立虛電路的過程中生成的。

ATM用作公司主幹網時,能夠簡化網路的管理,消除了許多由於不同的編址方案和路由選擇機制的網路互連所引起的複雜問題。ATM集線器能夠提供集線器上任意兩埠的連接,而與所連接的設備類型無關。這些設備的地址都被預變換,例如很容易從一個節點到另一個節點發送一個報文,而不必考慮節點所連的網路類型。ATM管理軟體使用戶和他們的物理工作站移動地方非常方便。

通過ATM技術可完成企業總部與各辦事處及公司分部的區域網互聯,從而實現公司內部數據傳送、企業郵件服務、話音服務等等,並通過上聯INTERNET實現電子商務等應用。同時由於ATM採用統計復用技術,且接入帶寬突破原有的2M,達到2M-155M,因此適合高帶寬、低延時或高數據突發等應用。

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