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无连接的分组交换中，分组只在发送时才占用网络资源，网络资源可由各个业务共享。

1.1.2ATM基础概念

（一）ATM异步交换模式

ATM即异步转移模式，ATM是一种基于信元的交换和复用技术，综合了电路交换和分组交换的特点：

ATM是面向连接的，即任何一个ATM终端用户在与另一用户通信时都需要建立连接；

另一方面ATM传输采用了固定长的信元，因而其又具有分组交换的特点，ATM又利用了统计复用的原理使各连接可以共享带宽资源。

（二）ATM信元结构

ATM传送信息的基本载体是ATM信元，信元长度为53字节，分为信头和净荷两部分，信头为5字节，净荷为48字节。

图：

ATM信元格式

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（图2-1），主要由以下几部分构成。

Ø

VPI：

虚通路标识，NNI中为12比特，UNI中为8比特。

VCI：

虚通道标识，16比特，标识虚通路中的虚通道，VPI/VCI一起标识一个虚连接。

HEC：

信头差错控制，8比特，用于检测出有错误的信头。

HEC的另一个作用是进行信元定界，利用HEC字段和它之前的4字节的相关性可识别出信头位置。

由于在不同的链路中VPI/VCI的值不同，所以在每一段链路都要重新计算HEC。

PT：

净荷类型，3比特。

用于指示本信元为用户数据信元或OAM信元等。

比特3为0表示为数据信元、为1表示为OAM信元。

对OAM信元，1，2比特位表明了OAM信元的类型。

对数据信元，比特2用于前向拥塞指示（EFCI/ExplicitForwardCongestionIndication），当经过某一节点出现拥塞时，就将这一比特置为1；

比特1用于表示是否为AAL5封装的最后一个信元（AAL5的最后一个信元此比特位为一,其他信元为零）。

（三）虚连接

ATM是面向连接的交换，这个连接用VPI、VCI来标识。

VPI、VCI的取值只有局部意义，即只在通过物理媒质直接相连的两个接口之间有效，相同的值在其它接口可以重复使用。

从路由的角度看，VPI和VCI是信元在ATM网络中传输的路由地址，多个路由地址形成了一条并且标识一条连接。

当交换网络接收到信元时，根据信元头中的VPI和VCI查找映射表，确定输出的VPI和VCI。

如图所示，userA发出的VPI/VCI=0/40的信元，经switchB后VPI/VCI被交换成VPI/VCI=1/45；

经switchC后VPI/VCI=100/45；

经switchD后VPI/VCI=3/50；

经switchE后VPI/VCI=2/60，最后送到userF。

这里（0,40）（1,45）（100,45）（3,50）（2,60）标识了A与F之间的一个连接。

ATM连接的示意图

ATM交换分为VP交换和VC交换两种。

VP交换就是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。

因此在使用中，VP就相当于一个大的管道，而VC相当于一个小的管道。

虚通路与虚通道的关系如图所示。

VC、VP和物理传输通道的关系

ATM连接建立的方式有两种：

1、PVC（P）

PVC即PermanentVC，是通过网管预先建立的，不论是否有业务通过或终端设备接入，PVC一直保持，直到由网管释放。

2、SVC（P）

SVC即SwitchedVC，是用户需要通信时，通过终端设备由信令建立的虚通道。

SVC类似于电话网的用户线路，用户每次在通信前必须发起呼叫请求，网络通过信令为通信双方建立起相应虚通道后，进行通信，通信完成后，由信令释放SVC。

（四）ATM交换过程

各类业务在经适配进入ATM网后，便由ATM交换机或交叉连接设备提供交换和中继功能，从而到达目的地。

ATM交换机或交叉连接设备的作用是：

根据输入信元的VPI/VCI标识以及它本身在建立连接时产生的路由表，将该信元转发到相应的输出端口，并对该信元的头部进行适当处理，如改变其VPI/VCI值，在拥塞时有可能改变CLP值，最后还要重新计算HEC值，以保护新产生的信元头。

ATM交换机实质上是一个能将输入端口中的信元，按照其路由标记送到它所要求的输出端口的功能块。

因此，ATM交换机最主要的功能是路由功能。

（五）ATM地址

在IP网络中，如果两台主机要相互通信，必须知道对方的IP地址；

如果希望给朋友发邮件，必须知道对方的E-Mail地址，因此地址是设备的重要标识。

在ATM网络中如果是SVC方式的连接，必须知道双方的ATM地址（PVC方式则没有必要）。

ATM地址有两种，一种是E.164地址，与电话号码类似；

另外一种是NSAP地址。

NASP方式的ATM地址的长度为20个字节，也由两部分组成：

“网络前缀”（13字节）+“用户部分”（7个字节）[=“用户标识”（6个字节）+选择符（1个字节）]。

“网络前缀”由交换机提供，“用户部分”由用户设备提供，一般情况，组成“用户部分”的“用户标识”（6个字节）就是用户设备的MAC地址（6个字节），“选择符”（1个字节）用来区分用户设备的子用户。

哪些是用户侧设备呢？

带ATM接口（155M光口或电口）的ATM-LANSWITCH、插上ATM网卡的计算机（ATM网卡通过光纤与交换机互连），该计算机的ATM地址就是计算机的“网络前缀”+该ATM网卡的用户部分（网卡自带的）。

NSAP方式的地址，第一个字节必须是0x39、0x45、0x47中的一个。

（六）ATM统计复用

ATM复用

ATM的最大特点，就是对任何形式的业务分布都能达到最佳的网络资源利用率。

要达到这一目标就要对网络资源进行统计复用。

所谓统计复用就是根据各种业务的统计特性，在保证业务质量要求的前提下，在各业务间动态地分配网络资源，以达到最佳的资源利用率。

如图2-4所示，用户D、C、A的数据按到达的先后顺序排列到输出线路上，而用户B因为此时没有数据，故不占用输出线路的带宽资源，从这个意义上说，ATM连接是一个虚连接。

（七）ATM分层结构

ATM协议参考模型分成三个平面：

用户面、控制面和管理面，三个功能层：

物理层、ATM层和ATM适配层（AAL）。

ATM-协议参考模型

协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能：

用户平面：

采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等；

控制平面：

采用分层结构，完成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；

管理平面：

包括层管理和面管理。

其中层管理采用分层结构，完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能。

同时层管理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。

各层还可细分为几个子层，各层和子层的功能如下表所示。

表：

ATM协议参考模型的分层及其功能

（八）ATM适配层功能

ATM适配层（AAL）位于ATM层之上，这一层是和业务相关的，即针对不同的业务，采用不同的适配方法。

但都要将上层传来的信息流（长度、速率各异）分割成48字节长的ATM业务数据单元，同时将ATM层传来的ATM业务数据单元组装、恢复再传给上层。

由于上层信息种类繁多，AAL层处理比较复杂，所以分了两个子层：

汇聚子层（CS）和拆装子层（SAR）。

为了提高交换网络的速率，对ATM层作了尽可能的简化，而ATM层未提供处理的信元丢失、误传、时延、时延抖动等与业务服务质量密切相关的功能，由AAL层完成。

不同类型的业务需要不同的适配，ITU-T研究各种业务的特点，根据源和目的的定时、比特率、连接方式将业务分为４类，并相应地定义了AAL1、AAL2、AAL3/4及AAL5。

1、AAL1

AAL1协议针对的是固定速率的、面向连接的业务，在信源和信宿之间需要定时信息的传送。

这类业务典型的例子是目前的电路交换业务，如话音业务、各类NISDN业务。

AAL1的帧结构如下：

对于AAL1中CS首标部分字段的解释

CSI：

标识不同的应用，如时钟信号传递和结构化数据传递等；

SC：

放置每个信元的序号，用于检测信元丢失及误插入；

CRC-3和奇偶校验位用来保证序号域中信元序号的正确传输；

2、AAL2

AAL2是为端到端具有定时关系的可变比特率（VBR）业务提出的，如VBR音响和电视。

3、AAL3/4

现有局域网的远程互连一般采用X.25或帧中继技术，存在着程度不等的瓶颈，因此，利用ATM技术实现局域网的远程互连，是ATM网初期的重要应用。

在ATM网中，数据业务有两类：

远程计算机局域网互连对应于无连接的数据业务，另一类是面向连接的数据业务。

AAL3/4协议用于对这些业务的适配。

4、AAL5

AAL5支持收发端之间没有时间同步要求的可变比特率业务，它提供与AAL3/4类似的业务，主要用来传递计算机数据、UNI信令信息和ATM上的帧中继。

定义AAL5的主要原因是减少开销，使其成为简单而有效的AAL。

AAL5的帧结构如下：

其中：

·

PAD——填充字段，由硬件层自动完成，将PDU负载的长度调整成适合ATM信元传输的长度。

CPCS-UU——未用。

CPI——目前唯一的用处就是将CPCS-PDU的尾部定位成64比特（8字节）（CPCS-UU+CPI+Length+CRC），编码为“0x00”。

Length——指示了负载字段的长度，单位是“八位位组”。

编码“0x00”用于“中断”功能。

CRC——保护除了CRC自身以外的所有CPCS-PDU字节。

1.2ATM关键技术

1.2.1ATM拥塞管理

（一）ATM网络拥塞管理的重要性

根据ITU-T的定义，ATM网络的拥塞指的是网络元素（如交换机、复接器或传输设备等）的一种状态，在这种状态下网络不能保证已建立连接的服务质量或者不能接纳新的连接请求。

出现拥塞的原因有两方面：

一是由于网络中流量强度不可预测地随机波动而造成网络负荷过重；

二是由于网络本身出现故障。

任何一个实用的电信网都需要解决网络拥塞的管理问题，也就是解决有限的网络资源与用户需求间的矛盾----在满足用户对服务质量要求的前题下尽可能地充分利用网络资源。

ATM网与以往的电路交换方式或分组交换