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摘要:本文简要介绍了ATM技术的定义,分析了ATM信元、工作原理、协议结构及各层功能,重点分析了其数据链路层,并对ATM和IP技术进行简单对比,而且讨论了ATM在计算机通信网中的应用。
关键词 : ATM 信元 传输技术
一、ATM的出现与发展
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网络。幸运的是,现在的半导体和光纤技术为ATM的快速交换和传输提供坚实的保障。SDH和SONET技术提供了大容量的可靠传输,目前的STM-I标准为155.52M。
二、ATM网络中的传输技术
1.ATM的定义
ATM是异步传送模式的简称,即在ATM传输模式中,信息被分成信元来传递,而包含同一用户消息的信元不需要在传输链路上周期性出现,所以这种传输模式是异步的。ATM的特点是将话音、数据及图像等所有的数据信息分解成固定长度(48字节)的数据块,在数据块前装配地址、丢失优先级、流量控制、差错控制信息等5字节的信头,构成53字节的定长信元,并以信元形式在网络中进行传送,且在接收端恢复成所需格式。
ATM信元是固定长度的分组,信头主要完成寻址的功能;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的信元结构及原理
ITU对ATM的定义是:ATM是一种异步转移模式。异步是指ATM统计复用的性质。转移模式是指网络中所采用的复用、交换、传输技术,即信息从一地转移到另一地所用的传递方式。在这种转移模式中,信息被组织成信元(cell),来自某用户信息的各个信元不需要周期性地出现。因此,ATM就是一种在网络中以信元为单位进行统计复用和交换、传输的技术。
ATM采用异步时分复方式,将来自不同信息源的信元汇集到一起,在缓冲器内排队,队列中的信元根据到达的先后按优先等级逐个输出到传输线路上,形成首尾相接的信元流。具有同样标志的信元在传输线上并不对应着某个固定的时隙,也不是按周期出现的。异步时分复用使ATM具有很大的灵活性,任何业务都按实际信息量来占用资源,使网络资源得到最大限度的利用。此外,不论业务源的性质有多么不同(如速率高低、突发性大小、质量和实时性要求如何),网络都按同样的模式来处理,真正做到完全的业务综合。为了提高处理速度、保证质量、降低时延和信元丢失率,ATM以面向连接的方式工作。通信开始时先建立虚电路,并将虚电路标志写入信头,网络根据虚电路标志将信元送往目的地。虚电路是可以拆除释放的。在ATM网络的节点上完成的只是虚电路的交换。为了简化网络的控制,ATM将差错控制和流量控制交给终端去做,不需逐段链路的差错控制和流量控制。因此,ATM结合了电路交换和分组交换的优点,即ATM兼顾了分组交换方式统计复用、灵活高效和电路交换方式传输时延小、实时性好的优点。能在单一的主体网络中携带多种信息媒体,承载多种通信业务,并且能够保证QoS。ATM交换分为VP交换和VC交换两种。VP交换指在交换的过程中只改变VPI的值,透传VCI的值,而VC交换过程中VPI、VCI都改变。
3.ATM的协议参考模型及各层功能
在ITU-T的I.321建议中定义了B-ISDN协议参考模型,该模型为一个立体模型,包括三个面:用户面U、控制面C和管理面M,而在每个面中又是分层的,分为物理层、ATM层、AAL层和高层。
协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能:
(1) 用户平面U:提供用户信息流传送的功能,同时也具有一定的控制功能,如流量控制、差错控制等;
(2) 控制平面C:提供呼叫控制和连接控制功能,利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放;
(3) 管理平面M:提供两种管理功能:包括层管理和面管理。层管理(分层),完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能,如元信令,同时还处理与各层相关的OAM信息流;面管理(不分层),它完成与整个系统相关的管理功能,并对所有平面起协调作用。
4.ATM的协议参考模型中各层功能:
(1) 物理层又划分为两个子层:PM(物理媒体子层)和TC(传输会聚子层)。PM(物理媒体子层)负责线路编码光电转换、比特定时,以确保数据比特流的正确传输;传输会聚子层功能为信元速率解藕;HEC的产生/校验;信元定界;传输帧适配;传输帧产生/恢复。
(2) ATM层主要完成四项功能:一般流量控制;信头的产生和提取;信元VPI/VCI的翻译;信元复用和分路。
(3) AAL(ATM适配层)其功能是将高层功能适配成ATM信元。AAL层的目的是使不同类型的业务,包括管理平面和控制平面的信息,经过适配之后都可用统一的ATM信元形式来传送。AAL层与业务有直接关系。AAL层对不同类型的业务进行不同的适配。对于ATM用户,AAL在用户终端设备中实现;对于非ATM用户,AAL在UNI的网络侧设备中实现。AAL层又分为两个子层:拆装子层SAR和汇聚子层CS。在发送端,需要将业务流适配到ATM层,SAR将高层信息分段为固定长度和标准格式的ATM信元;在接收端,在向高层转接ATM层信息时,SAR接收ATM信元,将其重新组装成高层协议信息格式。CS执行定时信息的传递、差错检测和处理、信元传输延迟的处理、用户数据单元的识别和处理等功能。
5.ATM与IP技术简单对比
(1) 服务质量保证方面
无论对运营者还是用户,QoS是服务信誉的标志。由于面向连接与面向无连接之分,IP技术和ATM技术在服务质量(QoS)保证方面有根本的不同。IP包的长度是不固定的,长信息包和短信息包中信息打包、拆包时延差别很大,从而引入了较大的时延抖动,不适于实时业务。
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