计算机网络实用技术知识点之ATM原理

1.AIM的定义与功能

CCITr在I系列建议中给ATM下了这样的定义：ATM是一种转换模式（即前面所说的传输方式），在这一模式中信息被组织成信元（Cell），包含一段信息的信元并不需要周期性地出现在信道上，从这个意义上来说，这种转换模式是异步的。

ATM的特点是进一步简化了网络功能。ATM网络不参与任何数据链路层功能，将差错控制与流量控制工作都交给终端去做。

图5.3是分组交换、帧中继和ATM交换三种方式的功能比较。可以看出，分组交换网的交换节点参与了OSI第1层到第3层的全部功能；帧中继节点只参与第2层功能的核心部分（2a），也即数据链路层中的帧定界、0比特插入和CRC检验功能，第2层的其它功能，即差错控制和流量控制，以及第3层功能则由终端处理；ATM网络则更为简单，除了第1层的功能之外，交换节点不参与任何工作。从功能分布的情况来看，ATM网和电路交换网有点相似，可以说ATM网是综合了分组交换和电路交换的优点而形成的一种网络。

ATM克服了其它传送方式的缺点，能够适应任何类型的业务，不论其速度高低、突发性大小、实时性要求和质量要求如何，都能提供满意的服务。

2.AIM的信元

信元（Cell）实际上就是分组，只是为了区别于X.25的分组，才将ATM的信息单元叫做信元。ATM的信元具有固定的长度，即总是53个字节。其中5个字节是信头（Header），48个字节是信息段。信头包含各种控制信息，主要是表示信元去向的逻辑地址，另外还有一些维护信息、优先级及信头的纠错码。信息段中包含来自各种不同业务的用户数据，这些数据透明地穿越网络。信元的格式与业务类型无关，任何业务的信息都同样被切割封装成统建一格式的信元。

ATM的信头有两种格式，分别对应用户一网络接口UNI和网络节点接口NNI.UPI在信头的格式如图5.4所示，其中各字段的含义及功能如下：

（1）一般流量控制字段GFC（Generic Flow Control），又称接入控制字段。当多个信元等待传时，用以确定发送顺序的优先级。

（2）虚通道标识字段VPI （Virtual Path Identifier）和虚通路标识字段VCI （Virtual Channel Identifier）用做路由选择。

（3）负荷类型字段PT （Payload Type）用以标识信元数据字段所携带的数据的类型。

（4）信元丢失优先级字段CLP （Cell Loss Priority〉用于阻塞控制，若网络出现阻塞时，-l首先丢弃CLP置位的信元。

（5）信头差错控制字段EEC （Head Error Control）用以检测信头中的差错，并可纠其中的1比特错。 EC的功能在物理层实现。

3.A1M的工作方式

ATM采用如图5.5所示的异步时分复用方式工作，来自不同信息源的信元汇集到一起，自在一个缓冲器内排队，队列中的信元逐个输出到传输线路，在传输线路上形成首尾相接的信元流。信元的信头中写有信息的标志（如A和B），说明该信元去往的地址，网络根据信头中的标志来转移信元。

次序复用到传输线上。具有同样标志的信元在传输线上并不对应某个固定的时间间隙，也不是按周期出现的，也即信息和它在时域中的位置之间没有任何关系，信息只是按信头中的标志来区分的。这种复用方式称为异步时分复用（Asynchronous Time Division Multiplex），又称统计复用（Statistic Multiplex）。而在同步时分复用方式（如PCM复用方式）中，信息以它在一帧中的时间位置（时隙）来区分，一个时隙对应着一条信道，不需要另外的信息头来标志信息的身份。

异步时分复用方式使ATM具有很大的灵活性，任何业务都可按实际需要来占用资源。对于特定的业务，传送速率可随信息到达的速率而变化，因此网络资源得到了最大限度的利用。ATM网络可以适用于任何业务，不论其特性如何（速率高低、突发性大小、质量和实时性要求等），网络都按同样的模式来处理，真正做到了完全的业务综合。

若某个时刻队列中没有等待发送的信元，此时线路上就出现未分配信元（信头中含有标志φ）；反之，若某个时刻传输线路上找不到可以传送信元的机会（信元都已排满），而队列已经充满缓冲区，此时为了尽量减少对业务质量的影响，将优先级别低的信元丢弃。缓冲区的容量必须根据信息流量来计算，以使信元丢失率在10-9以下。

为了提高处理速度和降低延迟，ATM以面向连接器的方式工作。网络的处理工作十分简单：通信开始时建立虚电路，以后用户将虚电路标志写人信头（即地址信息），网络根据虚电路标志将信元送往目的地。

经过ATM复用后，信元流速率取决于传输线路的速率，如果采用单模光纤，速率可高达数Gbpso每条虚电路的速率与属于该虚电路的信元出现的频率有关。

ATM网络中的节点提供信元的交换。其实，ATM网络的节点完成的只是虚电路的交换，因为同一虚电路上的所有信元都选择同样的路由，经过同样的通路到达目的地。在接收端，这些信元到达的次序总是和发送次序相同。

ATM交换节点的工作比X.25分组交换网中的节点要简单得多。ATM节点只做信头的CRC检验，对于信息段的传输差错根本不过问。 ATM节点不做差错控制（信头中根本没有信元的编号），也不参与流量控制，这些工作都留给终端去做。 ATM节点的主要工作就是读信头，并根据信头的内容快速地将信元送往要去的地方，这件工作在很大程度上依靠硬件来完成，所以ATM交换的速度非常快，可以和光纤的传输速度相匹配。