第7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。

ATM交换技术ATM交换技术英⽂名称；Asynchronous Transmission Mode(ATM) Switching Technol ogy检索词：ATM;传输;交换;通信;军事技术类别：信息系统技术;信息传输;⽹络与交换;[定义]异步传送模式(ATM)交换技术是⼀种包含传输、组⽹和交换等技术内容的新颖的⾼速通信技术。

它是由产业界、⽤户团体、研究机构和标准化组织开发和定义的。

它被设计成满⾜下⼀代通信技术要求，如⽀持带宽资源的有效利⽤，有利于有各种类型的⽹络互连以及能够提供各种先进的通信业务。

它被看作是先进和有效的军⽤和民⽤通信的先进通信技术。

特点: 从技术上看，ATM是从快速分组交换技术演变⽽来的，⽤于信息传输的基本的ATM数据单元是ATM信元。

这种ATM信元的长度是固定的，并由53个8位字节组成，其中包括5个8位字节的头标字段和48个8位字节的信息有效载荷字段。

⼀个ATM信元的总的结构⽰于图1 。

ATM具有分组交换和电路交换的特征，并包含传输、组⽹、多路复⽤和交换技术。

它与其他技术相⽐，如X.25帧中继交换或帧中继能够更有效地满⾜通信需求。

┌───────┬──────────┐│头标字段│信息(有效载荷)字段││(5个8位字节) │(48个8位字节) │└───────┴──────────┘图1 ⼀个ATM信元类属结构[相关技术]⽹络技术;交换技术;分组交换技术;传输技术;数字技术[技术难点]ATM以固定信元长度传送所有的信息,技术复杂,实现起来代价⾼。

在军事应⽤中,特别是在移动通信中如何使误码率达到标准要求难度较⼤。

此外,ATM技术在发展过程中还将遇到IP技术的挑战。

[国外概况]1.ATM的起源和发展ATM的概念起源于1983年美国贝尔实验室技术⼈员提出的快速分组交换和1984 年法国电信提出的异步时分交换的设计思想。

快速分组交换采⽤硬件交换进⾏路由选择, 采⽤固定分组长度,简化差错控制规程,从⽽使接⼊速率可以达每秒百兆⽐特以上, 分组传输和处理时延可以达到微秒级,并实现实时分组交换。

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是网络新技术，它采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构，根本上解决了多媒体的实时性及带宽问题。

实现面向虚链路的点到点传输，它通常提供155Mbps的带宽。

它既汲取了话务通讯中电路交换的“有连接”服务和服务质量保证，又保持了以太、FDDI等传统网络中带宽可变、适于突发性传输的灵活性，从而成为迄今为止适用范围最广、技术最先进、传输效果最理想的网络互联手段。

一、ATM的产生自Alexander Graham Bell于1870年发明电话后，•为有效地连接日益增多的电话用户，电话交换网应运而生。

它经历了人工交换，机电式自动交换系统以及数字程控系统发展过程，但电路交换的原理一直未变。

随着计算机的普及，电话网通过使用Modem来进行计算机数据传输及数据信息交换，随之产生了公用数据网，其典型的代表是X.25分组交换网，它是基干包交换的一种技术，具有信输可靠性高的优点，但由于Modem•速率及交换技术本身限制， X.25只能处理中低速数据流。

虽然LAN(局域网)技术的发展突飞猛进, 如Ethernet 、Token ring、Token bus等，传输速率已可达千兆,但它局域网的性质本身就大大限制了LAN的大规模的覆盖及应用，目前的LAN•一般用于企业内部的数据传送,无法形成广域网的规模。

由此我们不难看出，传统网络普遍存在以下缺陷：第一,业务的依赖性，一般性网络只能用于专一服务,公用电话网不能用来传送TV 信号，X.25不能用来传送高带宽的图像和对实时性要求较高的语言信号；第二,无灵活性，•即业务拓展的可能性不大,原有网络的服务质量，很难适应今后出现的新业务;第三,效率低，一个网络的资源很难被其它网络共享。

随着社会不断发展,网络服务不断多样化，人们可以利用网络干很多事情,如收发信件、家庭办公、Video on demand、网络电话，•这对网络的要求越来越高,有人还不禁提出这样一个想法:能否把这些对带宽、实时性、传输质量要求各不相同的网络服务由一个统一的多媒体网络来实现，•做到真正的一线通?回答是肯定的,这就是ATM网。

异步转移模式(Asynchronons transfer mode)简称ATM，是一种集传输与交换于一体的通信模式。

ATM已成为二十一世纪宽带通信的关键技术，已被国际电联确定为宽带综合业务数字网的基本传送方式。

9O年代初计算机网络发展兴起，网络传输媒体光纤化和多媒体技术商用加快。

面对巨量信息传输需求，传统的网络技术，如以太网、快速以太网、FDDI，无论是在传输速度和连接方式等方面都无法适应用户的需求。

应运而生的ATM技术是在传统的电路转移模式和分组转移模式基础上发展起来的新兴信息转移模式。

它具有传输速度快、距离不受限制等特点，其集语音、图像和声音传输于一体的特色，尤其适合多媒体业务的应用。

ATM技术是一种集电路交换和分组交换两种优点为一体的传输方式。

它采用53字节的固定信元交换技术，兼有分组交换的可调带宽和高速度，以及电路交换和信元交换的低时延等特点，由于信元字节固定，交换可以由硬件交换技术来实现路由的选择。

ATM交换技术适用于局域网（LAN）和广域网（WAN），为用户提供统一网络技术的解决方案。

传统的广域网技术与目前的局域网技术是不同的，当局域网和广域网连接时需要路由器来进行协议交换。

现有的ATM 技术可支持622M、155M和25M等不同速度规范，其中155MbpS是目前最成熟的技术。

ATM技术的主要优点是：在实现宽带通信中，不同速率的数字业务，如数据、话音、高分辨图象、宽带电视均由同一个网络传送，信息被分别拆卸改装成53个字节固定长度的信元（其中48个字节为有效信息，5个字节为标头或称信元头，标头上存储传输地址的信息等），然后进行快速分组交换，以满足不同业务传输的需求。

ATM运行速度高是处理固定长度的信元，信元长度短，延迟时间较少，总吞吐量可以从2.5Gb／s到IOGb／s，可以满足局域网（LAN和广域网（WAN）的需要。

常用的以太网只有1OMb／s，令牌环只有16Mb／s。

ATM以其高吞吐量成为能工作于不同带宽和众多装置之间最佳连接方式。

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。

原来的各种网络都只能传输一种业务，如电话网只能提供电话业务，数据通信网只能提供数据通信业务。

这种情况对于用户和网络运营者来说都是不方便和不经济的，人们因此提出了ISDN （Integrated Services Digital Network）的概念，希望能够用一种网络来传送各种业务。

ISDN的概念是于1972年提出的，由于当时的技术和业务需求的限制，首先提出的是窄带ISDN（N-ISDN）。

目前N-ISDN技术已经非常成熟，世界上已经有了许多比较成熟的N-ISDN 网。

但是由于N-ISDN存在着带宽有限、业务综合能力有限、中继网种类繁多、对新业务的适应性差等局限性，要求人们提出有更大的灵活性、更宽的带宽、更强的业务综合能力的新网络。

自80年代以来，一些与通信相关的基础技术，如微电子、光电子技术等的发展和光纤的传输距离和传输容量的提高，为新网络的实现提供了基础。

就是在这种环境下，出现了宽带ISDN（B-ISDN）。

B-ISDN能够满足：①提供高速传输业务的能力。

②网络设备与业务特性无关。

③信息的转移方式与业务种类无关。

为了研究开发适应B-ISDN的传输模式，人们提出了很多种解决方案，如多速率电路交换、帧中继、快速分组交换等。

最后得到了一个最适合B-ISDN的传输模式──ATM（Asynchronous Transfer Mode）。

ATM技术作为B-ISDN的核心技术，已经由ITU-T于1992年规定为B-ISDN统一的信息转移模式。

ATM技术克服了电路模式和分组模式的技术局限性，采用光通信技术，提高了传输质量，同时，在网络节点上简化操作，使网络时延减小，而且采取了一系列其它技术，从而达到了B-ISDN的要求。

1.2 B-ISDN参考模型B-ISDN的协议参考模型如图1-1所示。

ATM交换技术英文名称；Asynchronous Transmission Mode(ATM) Switching Technol ogy检索词：ATM。

传输。

交换。

通信。

军事技术类别：信息系统技术。

信息传输。

网络与交换。

[定义] 异步传送模式(ATM)交换技术是一种包含传输、组网和交换等技术内容的新颖的高速通信技术。

它是由产业界、用户团体、研究机构和标准化组织开发和定义的。

它被设计成满足下一代通信技术要求，如支持带宽资源的有效利用，有利于有各种类型的网络互连以及能够提供各种先进的通信业务。

它被看作是先进和有效的军用和民用通信的先进通信技术。

用于信息传输的基本的ATM数据单元是ATM信元。

这种ATM信元的长度是固定的，并由53个8位字节组成，其中包括5个8位字节的头标字段和48个8位字节的信息有效载荷字段。

一个ATM 信元的总的结构示于图 1 。

ATM具有分组交换和电路交换的特征，并包含传输、组网、多路复用和交换技术。

它与其他技术相比，如X.25帧中继交换或帧中继能够更有效地满足通信需求。

┌───────┬──────────┐│头标字段│信息(有效载荷)字段││(5个8位字节) │(48个8位字节) │└───────┴──────────┘图 1 一个ATM信元类属结构[相关技术]网络技术。

交换技术。

分组交换技术。

传输技术。

数字技术[技术难点] ATM以固定信元长度传送所有的信息,技术复杂,实现起来代价高。

在军事应用中,特别是在移动通信中如何使误码率达到标准要求难度较大。

此外,ATM技术在发展过程中还将遇到IP 技术的挑战。

[国外简况] 1.ATM的起源和发展ATM的概念起源于1983年美国贝尔实验室技术人员提出的快速分组交换和1984 年法国电信提出的异步时分交换的设计思想。

快速分组交换采用硬件交换进行路由选择, 采用固定分组长度,简化差错控制规程,从而使接入速率可以达每秒百兆比特以上, 分组传输和处理时延可以达到微秒级,并实现实时分组交换。

ATM交换技术摘要：随着宽带业务的发展及其业务发展的某些不确定性，寻找一种能够融合电路交换技术和分组交换技术的新的交换方式，已经成为了我们的迫切需求。

ATM是宽带通信网的核心技术。

ATM 技术主要目的是提供一个高速率、低时延的复用和交换网络，能够支持任何类型的用户业务。

关键词：ATM交换技术 ATM协议一、ATM交换技术的基本概念ATM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。

ATM具有以下的特点。

每个信元都有连接识别的标志，位于信头域。

1、在ATM网中，以固定信元长度为单元格式传输数据。

信元由信头（Header）和信息域（Payload）组成。

2、ATM是面向连接的交换技术。

3、信元信头主要功能具有本地重要性，即用于路由选择的标识符只在特定的物理链路上是唯一的，它在交换处被翻译。

4、信元流被异步时分多路复用，且信息域被透明传输，不执行差错控制。

二、ATM交换原理ATM交换系统由入线处理部件、出线处理部件、ATM交换单元和ATM控制单元等四个单元组成。

在传输线上传输的是比特流且信息格式是以光形式为主的，而ATM层信息的交换以信元为单位的且信息格式是以电信号为主的；所以在入线处必须处理比特流与信息元的转换和光信号与电信号的转换。

控制单元主要是完成建立和拆除VP连接和VC连接，并对ATM交换单元进行控制，同时处理和发送OAM信息。

ATM采用虚通路（VP）和虚信道（VC）两级连接，并用信头中的虚通路标识符（VPI）和虚信道标识符（VCI)来表明挂链接。

通常VC用于直接完成两个用户间的连接，而VP用于不同网段间的连接。

出线处理部件完成与入线处理部件相反的处理。

而ATM交换单元是实际执行交换动作的部件，其性能的优劣直接关系到交换机的效率和性能。

ATM交换单元连接的入线和出现的数越多，容量就越大。

三、ATM交换的分层技术ATM交换的协议有三个平面四个层，三个面即控制面、用户面和管理面；四个层为物理层、ATM层、适配层、高层。