第二課 異步轉(zhuǎn)移模式ATM基本概念
二、 ATM基本原理
1． ATM的層次模型
ATM層和OSI模型不完全一致，它主要處理物理層和數(shù)據(jù)鏈路層問(wèn)題，其協(xié)議分層如下圖5所示，其中簡(jiǎn)要地列出了各層的中英對(duì)照和相應(yīng)的功能。
ATM可用速率分若干等級(jí)：
a)1.544Mbps/2.048Mbps；
b)25Mbps；
c)45Mbps；
d)155Mbps；
e)622Mbps，
它們可以分別容納不同QoS和速率要求的業(yè)務(wù)。順便指出NMS的ArTeMux系列ATM產(chǎn)品可以為UTP（Unshielded-twist-pair），MMF(Multi Mode Optical Fiber)和SMF(Single Mode Optical Fiber)提供25Mbps和155Mbps兩種速率（但25Mbps是北美標(biāo)準(zhǔn)，不適合中國(guó)）。
2． ATM的信元
ATM信元實(shí)際上就是分組，為區(qū)分X.25分組（Packet）改稱為信元（Cell）。ATM信元具有固定的長(zhǎng)度，總長(zhǎng)為53字節(jié)。其中前5個(gè)字節(jié)為信頭（Header），包含各種控制信息，包括信元目的（邏輯）地址、糾錯(cuò)碼、業(yè)務(wù)控制和維護(hù)信息等；后面48字節(jié)為信息字段（Payload），又稱凈荷，其中包含了業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，它們將被透明地傳輸。信元結(jié)構(gòu)如下圖6所示。在UNI接口和NNI接口上ATM的信元頭結(jié)構(gòu)是不同的。
GFC（Generic Flow Control）：一般流量控制。如圖7所示，GFC僅在UNI信頭存在，因?yàn)锳TM只在端設(shè)備與用戶設(shè)備處進(jìn)行流控制，以減少網(wǎng)絡(luò)過(guò)載的可能性。
VPI（Virtual Path Identifier）：虛通道標(biāo)識(shí)符。在ATM中，若干虛通路（VC）組成一個(gè)虛通道（VP），并以VP作為網(wǎng)絡(luò)管理單位，相當(dāng)于X.25中的邏輯信道群號(hào)（LCGN）。
VCI（Virtual Connection Identifier）：虛通路標(biāo)識(shí)符。類似于X.25中邏輯信道號(hào)（LCN），用于標(biāo)志一個(gè)VPI群中的唯一呼叫，在呼叫建立時(shí)分配，呼叫結(jié)束時(shí)釋放。在ATM中的呼叫由VPI和VCI共同決定，且唯一確定。
PTI（Payload Type Identifier）：凈荷類型。用于指示信息字段的信息是用戶信息還是網(wǎng)絡(luò)信息。
CLP（Cell Loss Priority）：信元拋棄優(yōu)先級(jí)。當(dāng)CLP為"1"時(shí)，表示當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)可以拋棄該信元；相反，不能拋棄CLP為"0"的信元。
HEC（Header Error Control）：信頭差錯(cuò)控制。為了提高處理效率（同時(shí)傳輸線路條件允許如此），ATM僅進(jìn)行信頭 差錯(cuò)控制，以防VPI/VCI差錯(cuò)，即呼叫間"串話"。
3． ATM的信令接口：
UNI和NNI ATM有兩種類型的接口：一種是用戶-網(wǎng)絡(luò)接口（UNI：User-Network Interface），一種是網(wǎng)絡(luò)－網(wǎng)絡(luò)接口（NNI：Network-Network Interface）。如下圖7所示。
其中的UNI接口完成終端用戶系統(tǒng)與專有ATM交換機(jī)和公眾ATM網(wǎng)絡(luò)之間及專用ATM交換機(jī)與公眾ATM網(wǎng)絡(luò)之間的消息互通。而NNI是專為公眾或?qū)Ｓ蠥TM網(wǎng)絡(luò)之間的消息互通。通過(guò)這兩種接口，一方面可以維持現(xiàn)有的話音、視頻、數(shù)據(jù)等本地網(wǎng)絡(luò)不變而輕松地在UNI下得以綜合，另一方面可以利用NNI高速地傳輸多種類型的信息。
4． ATM的地址
在ATM中，地址是呼叫建立過(guò)程中通過(guò)UNI信令確定的，然后據(jù)此尋找合適的路由，并建立VC（虛連接）。虛連接由一系列VPI/VCI路由構(gòu)成，并用VPI/VCI標(biāo)識(shí)。ATM中使用20字節(jié)的地址結(jié)構(gòu)，如下所示：
ATM地址有三種格式：
- DCC格式：按國(guó)家分配的地址；
- ICD格式：按國(guó)際組織分配的地址；
- E.164格式：傳統(tǒng)電話編號(hào)方式。
它們的區(qū)別由交換機(jī)MAC地址中的地址前綴指明。
其中適配器的MAC地址，又稱ESI（End System Identifier）是48比特的MAC地址（與現(xiàn)有LAN-MAC地址兼容）。選擇字（SEL）在NNI接口中沒(méi)有意義，僅在UNI接口處解釋，在NMS的ArTeMux中用于識(shí)別終端系統(tǒng)中的終端接入點(diǎn)（地址空間大小為256）。
5． ATM的地址注冊(cè)
在呼叫建立過(guò)程中終端系統(tǒng)和ATM交換機(jī)之間（UNI）通過(guò)過(guò)渡性本地管理接口（ILMI：Interim Local Management Interface）協(xié)議完成地址注冊(cè)。注冊(cè)過(guò)程如下圖所示。
（1） ATM終端系統(tǒng)通知ATM交換機(jī)自己的MAC地址ESI；
（2） 如果正常，ATM發(fā)回包含ATM地址的其余部分（包括ATM交換機(jī)MAC）的響應(yīng)包。
6． ATM的虛連接（Virtual Connection）
ATM和STM都是面向連接的傳輸模式。但ATM和STM不同，其連接是"臨時(shí)"的，不像STM中那樣，用戶在呼叫期間獨(dú)占物理通道（的一部分），而是邏輯上的"虛連接"，故稱"虛電路"。用戶間的信元傳輸必須在虛電路建立之后，才能進(jìn)行；信元按序發(fā)送，并按序到達(dá)目的終端；且各虛電路擁有自己（在呼叫建立期間協(xié)商好）的業(yè)務(wù)性能參數(shù)。
(1) 虛電路（Virtual Circuit）概念
虛通路（VC）：兩個(gè)終端接入點(diǎn)的邏輯連接。
虛通道（VP）：一組虛通路集合。VCI和VPI分別用于標(biāo)識(shí)為一個(gè)呼叫鏈路所分配的虛通路和虛通道。前面所講的ATM地址僅在UNI接口處用于識(shí)別用戶終端及用戶終端內(nèi)的邏輯設(shè)備；在ATM交換和傳輸控制過(guò)程中都以VPI+VCI作為參考值（參見(jiàn)ISDN及七號(hào)信令部分中的呼叫參考值）。VC和VP的關(guān)系如圖9所示。
值得指出的是，一個(gè)呼叫鏈路由端-端VCI/VPI和ATM交換機(jī)的路由表唯一確定，一個(gè)呼叫鏈路上的信元的VPI+VCI在ATM交換過(guò)程中會(huì)被改變（由路由表決定）。
(2) ATM交換
ATM中的兩種交換：虛通道交換（VCS：Virtual Channel Switching）和虛通路交換（VPS：Virtual Path Switching）。前者指同一個(gè)VP內(nèi)或不同VP內(nèi)的VC之間的交換；后者指一個(gè)VP內(nèi)所有信元同時(shí)被映射到另一個(gè)VP內(nèi)的過(guò)程。見(jiàn)下圖10。
(3) ATM的兩種虛連接
永久虛連接（PVC：Permanent Virtual Connection）：是一種靜態(tài)虛連接，必須手工配置。其優(yōu)點(diǎn)是，不必每次呼叫都進(jìn)行虛連接配置，所以連接快（小于30us），僅由系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間決定。其缺點(diǎn)是，這些PVC必須手工配置，不能進(jìn)行大量PVC配置。
動(dòng)態(tài)虛連接（SVC：Switched Virtual Connection），又稱交換虛連接：是一種動(dòng)態(tài)的虛連接，由終端用戶或終端應(yīng)用發(fā)起連接請(qǐng)求，系統(tǒng)臨時(shí)建立。連接時(shí)間由ATM網(wǎng)絡(luò)決定，在系統(tǒng)擁塞時(shí)可能失敗。但SVC比PVC具有更高的QoS適應(yīng)性和帶寬利用率。
二者都必須能進(jìn)行點(diǎn)-點(diǎn)連接和點(diǎn)-多點(diǎn)連接。