ATM協(xié)議基礎(chǔ)介紹

ATM基礎(chǔ)協(xié)議介紹1．傳統(tǒng)的信息交換和信息傳遞方式網(wǎng)絡(luò)上傳統(tǒng)的交換方式有兩種：電路交換和分組交換。（1）．電路交換電路交換長(zhǎng)期以來(lái)應(yīng)用于電話網(wǎng)，目前仍然在N—ISDN中使用。在這種傳統(tǒng)方式中，整個(gè)通信連接期間始終有一條電路被建立，并按照時(shí)分復(fù)用（TDM）原理將信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞倒另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)通信結(jié)束后，連接被撤銷。這種技術(shù)也叫做同步傳遞模式STM。在STM模式中，信息以某種重復(fù)速率傳送。這種重復(fù)頻率的基本單元叫做時(shí)隙。將幾個(gè)時(shí)隙放在同一個(gè)幀中就可以使幾個(gè)連接在一條鏈路上進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。一個(gè)連接（即一條電路）在整個(gè)會(huì)話期間始終使用幀中的同一時(shí)隙。如圖（1）所示，每個(gè)幀有N個(gè)固定長(zhǎng)度的時(shí)隙組成。如果我們把一個(gè)幀比喻成一個(gè)火車，則每個(gè)是自就如同一節(jié)車廂。固定個(gè)數(shù)的車廂按照一定的順序組織起來(lái)，被標(biāo)記成1到N。這列火車每隔時(shí)間T重復(fù)一次，車中的車廂永遠(yuǎn)處于固定的位置，并用固定的標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)。這樣我們就可以知道，一旦時(shí)隙的寬度和幀的頻率被確定，相對(duì)比特率也就固定了。例如，如果時(shí)隙長(zhǎng)度為8bit,幀周期為125μs,則每個(gè)時(shí)隙即每個(gè)信道的速率為64Kbps.知道今天為止，這個(gè)數(shù)字仍然使幾乎所有遠(yuǎn)程通信中的基本單位，并且會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。幀∣←—————→∣12…n12…n12圖（1）STM模式中的幀及時(shí)隙一個(gè)給定的STM連接通常以固定時(shí)隙分配給一個(gè)固定鏈路。連接的數(shù)據(jù)都通過(guò)這個(gè)固定的時(shí)隙傳輸。在STM模式中，一個(gè)固定的時(shí)隙一旦分配給了一個(gè)連接，它便只能傳輸該連接上的數(shù)據(jù)，而不能傳輸其他數(shù)據(jù)。如果該連接上沒有數(shù)據(jù)要傳輸，則相應(yīng)的時(shí)隙只能空閑。這樣如果多個(gè)時(shí)隙都為空閑時(shí)，則勢(shì)必會(huì)造成帶寬的極大浪費(fèi)。（2）．分組交換在分組交換網(wǎng)中，用戶信息封裝在分組中，分組中有分組頭，其中包含一些附加信息。這些附加信息用來(lái)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行路由選擇、差錯(cuò)檢驗(yàn)、流量控制。分組交換有兩種方式：面向連接方式和無(wú)連接方式。面向連接方式是類似電話通信方式，有連接建立、通信和撤銷連接三個(gè)階段。連接建立階段根據(jù)用戶的請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)尋址功能選擇固定的路徑建立連接。用戶數(shù)據(jù)沿這條連接進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，連接被撤銷。無(wú)連接方式類似郵信。在通信過(guò)程中，每一個(gè)分組的分組頭中都包含有發(fā)送和接收用戶的網(wǎng)絡(luò)地址。網(wǎng)絡(luò)對(duì)每一個(gè)分組獨(dú)立地執(zhí)行尋址功能。這樣在兩個(gè)用戶之間的一次通信中，各個(gè)分組可能經(jīng)由不同的路徑。分組長(zhǎng)度是可變的。因此網(wǎng)絡(luò)那需要一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的緩沖器管理。同時(shí)，分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制也引入了網(wǎng)絡(luò)延遲，這使得分組交換技術(shù)很難用于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。但對(duì)于低速數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，分組交換仍然是成功有效的。2．快速分組交換和異步傳輸模式ATM快速分組交換的方式有很多，最基本的特征就是具有最小網(wǎng)絡(luò)功能的分組交換。最常見的是幀中繼和ATM。我們主要介紹ATM。ATM是面向連接的，它是通過(guò)建立虛電路來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。ATM采用固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包。每個(gè)ATM數(shù)據(jù)為信元。固定長(zhǎng)度的ATM信元具有以下優(yōu)點(diǎn)：·固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)信元使得連網(wǎng)和交換的排隊(duì)延遲數(shù)據(jù)更容易預(yù)測(cè)。同時(shí)，較小的信元長(zhǎng)度降低了交換節(jié)點(diǎn)內(nèi)部緩沖器的容量，限制了信息在這些緩沖的排隊(duì)延遲?！づc可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包相比，ATM信元更便于簡(jiǎn)單可靠地進(jìn)行處理。很高的可預(yù)估性使ATM硬件可以更有效地實(shí)現(xiàn)。ATM的信元頭只包含5個(gè)字節(jié)，其功能要比普通的分組交換精簡(jiǎn)得多。信元頭得功能十分有限。其主要功能是用來(lái)根據(jù)虛電路標(biāo)志識(shí)別虛連接。這個(gè)標(biāo)志在連接建立時(shí)產(chǎn)生，使用它可以很容易地將不同的虛連接復(fù)用到同一條鏈路上。除了虛連接得標(biāo)識(shí)外，信元頭還支持一些非常有限的功能。傳統(tǒng)分組交換中的大多數(shù)功能都取消。這使得信元頭的處理速度加快，有利于降低時(shí)延。ATM采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。統(tǒng)計(jì)復(fù)用就是根據(jù)各種業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)特性，在保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的情況下，在各個(gè)業(yè)務(wù)之間動(dòng)態(tài)地分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，以達(dá)到最佳的資源利用率。這種方式可以解決STM中出現(xiàn)的帶寬浪費(fèi)問題。多條數(shù)據(jù)連接根據(jù)它們不同的傳輸特性復(fù)用到一條鏈路上。與同步時(shí)分復(fù)用STM不同，在ATM中，一個(gè)數(shù)據(jù)連接只在有數(shù)據(jù)要傳輸時(shí)能達(dá)到非常好的性能。在一般的復(fù)用機(jī)制中，各個(gè)輸入帶寬的總和應(yīng)小于傳輸線路的總帶寬；利用統(tǒng)計(jì)復(fù)用有可能使輸入帶寬的總和大于總帶寬，而仍保證各業(yè)務(wù)的質(zhì)量。這是通過(guò)幾方面的具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。統(tǒng)計(jì)復(fù)用機(jī)制可以用圖（2）來(lái)表示。圖（2）統(tǒng)計(jì)復(fù)用示意圖3．ATM的基本概念和原理ATM采用面向連接的傳輸方式，將數(shù)據(jù)分割成固定長(zhǎng)度的單元，通過(guò)虛連接進(jìn)行交換。一個(gè)ATM的傳輸過(guò)程可以包括三個(gè)階段：連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接終止。ATM網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由多個(gè)ATM交換機(jī)組成。ATM網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的接口稱為用戶網(wǎng)絡(luò)接口UNI，ATM交換機(jī)與ATM交換機(jī)之間的接口稱為網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)接口（NNI）。ATM中的虛連接由虛通路（VP：VirturalPath）和虛通路（VC：VirturalChannel）組成，分別用VPI和VCI來(lái)標(biāo)識(shí)。多個(gè)虛通道可以復(fù)用一個(gè)虛通路，而多個(gè)虛通路又可以復(fù)用一條傳輸鏈路。在一個(gè)傳輸鏈路上，每個(gè)虛連接可以用VPI和VCI的值唯一標(biāo)識(shí)。虛通道、虛通路和傳輸鏈路的關(guān)系如圖（3）所示。圖（3）虛通道、虛通路和傳輸鏈路的關(guān)系當(dāng)發(fā)送方希望與接受端建立虛連接時(shí)，它首先通過(guò)UNI向ATM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個(gè)建立連接的請(qǐng)求。接收端接到該請(qǐng)求并同意建立連接后，一條虛連接才會(huì)被建立。虛連接用VPL/VCI來(lái)標(biāo)識(shí)。連接建立后，虛連接上所有中繼交換機(jī)中都會(huì)建立連接映像表。在虛連接中，相鄰兩個(gè)交換機(jī)間信元的VPI/VCI值保持不變。當(dāng)信元經(jīng)過(guò)交換機(jī)時(shí)，其信元頭中VPI/VCI值將根據(jù)要發(fā)送的目的地，參照連接映像表被映像成新的VPI/VCI。這樣通過(guò)一系列VP、VC交換，信元被準(zhǔn)確地傳送到目的地。虛連接有兩種：永久虛連接（PVC）和交換虛連接（SVC）。PVC和SVC的不同點(diǎn)在于SVC是在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前通過(guò)信令協(xié)議自動(dòng)建立的，數(shù)據(jù)傳輸之后便被拆除；PVC是由網(wǎng)絡(luò)管理等外部機(jī)制建立的虛擬連接，該連接在網(wǎng)絡(luò)中一直存在。每個(gè)ATM虛連接都有一個(gè)服務(wù)質(zhì)量參數(shù)（QoS）來(lái)標(biāo)識(shí)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。QoS參數(shù)主要體現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸所需要的帶寬、數(shù)據(jù)負(fù)載類型（CBR或ABR等）以及數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)、時(shí)延及時(shí)延抖動(dòng)等。ATM中的信息傳輸采用固定長(zhǎng)格式，一律為53字節(jié)。其中包括48個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)和5個(gè)字節(jié)的信元頭。ATM信元長(zhǎng)度的選擇是考慮到以下幾個(gè)方面的因素：傳輸率、打包時(shí)延、在交換機(jī)中的排隊(duì)時(shí)延以及交換機(jī)中的存儲(chǔ)器的大小等。ATM的信元頭由五個(gè)字節(jié)組成。ATM信元頭的功能很有限，主要用來(lái)標(biāo)識(shí)虛連接。另外，也完成了一些功能有限的流量控制，擁塞控制，差錯(cuò)控制等功能，虛連接由信元頭中的VPL/VCI標(biāo)識(shí)。從以上介紹的ATM的基本概念中，可以看出：ATM可以看作是一種特殊的分組型傳遞方式，它建立在異步時(shí)分復(fù)用的基礎(chǔ)上，并使用固定長(zhǎng)度的信元。當(dāng)用戶希望通過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，首先通過(guò)信令向目的站點(diǎn)提出建立虛連接的請(qǐng)求，同時(shí)給出該連接所需要的QoS參數(shù)。若這些要求能夠被滿足，則連接被建立，發(fā)送端得到一個(gè)VPI/VCI。這是，發(fā)端就可以通過(guò)這條虛連接將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端。當(dāng)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)ATM交換機(jī)時(shí)，要進(jìn)行VP、VC交換，這時(shí)，信元頭中的VPI、VCI被賦予新值。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，虛連接被拆除。ATM的這種傳輸機(jī)制，使得ATM網(wǎng)絡(luò)具有許多誘人的特點(diǎn)：適應(yīng)高帶寬應(yīng)用的需求；能同時(shí)傳輸多種數(shù)據(jù)信息；具有良好的可擴(kuò)展性；LAN和WAN具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)以及為應(yīng)用提供特點(diǎn)的QoS參數(shù)等。這些特點(diǎn)使ATM網(wǎng)絡(luò)得到人們的重視。4．ATM分層機(jī)制ISO的OSI七層協(xié)議模型是眾所周知的，它成功地將各種類型的通信系統(tǒng)抽象到一個(gè)統(tǒng)一的模型中，為網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)、建立和使用提供了參考，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。CCITT（即現(xiàn)在的ITU—T）的1.321建議以O(shè)SI模型類似的邏輯層次結(jié)構(gòu)概念用于ATMB—ISDN網(wǎng)。同時(shí)，這個(gè)模型還采用平面的概念來(lái)分離用戶、控制和管理概念。B—ISDN的ATM協(xié)議模型如圖（4）所示。高層協(xié)議ATM適配層ATM層物理層圖（4）B—ISDNATM協(xié)議參考模型圖物理層主要討論物理媒體的問題，如電壓、比特定時(shí)、信元頭驗(yàn)證以及信元速率匹配等問題，其功能相當(dāng)于OSI七層模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。ATM層主要討論信元機(jī)器傳輸，它定義了信元格式、虛連接的建立和拆除以及路由選擇等。信元的擁塞控制也是在這里定義的。它的功能相當(dāng)于OSI模型中的網(wǎng)絡(luò)層。CCITT在ATM層之上定義了ATM適配層，即AAL層。來(lái)為高層應(yīng)用提供信元分割和會(huì)聚功能，將業(yè)務(wù)信息適配成ATM信元流。這些層進(jìn)一步劃分為子層，每個(gè)子層執(zhí)行特定的功能。ATM協(xié)議模型中各層和相應(yīng)子層的功能及其與OSI七層模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖（5）所示。圖（5）ATM模型中各層和相應(yīng)子層的功能ATM的層次ATM中的子層功能對(duì)應(yīng)的OSI層次AALATM物理層會(huì)聚子層CS為高層應(yīng)用提供統(tǒng)一接口（會(huì)聚）3或4拆裝子層SAR分割和組裝信元虛通道和虛通路管理信元頭的生成和去除2或3信元復(fù)用和交換流量控制傳輸會(huì)聚子層TC信元速率匹配2信元頭驗(yàn)證傳輸幀適配物理媒體子層PM比特定時(shí)1物理網(wǎng)絡(luò)接入4.1ATM高層ATM高層實(shí)際上泛指高層與業(yè)務(wù)相關(guān)的功能。高層是與業(yè)務(wù)密切相關(guān)聯(lián)的，下面以各種服務(wù)為例進(jìn)一步說(shuō)明。CCITT將ATM網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)分為A、B、C、D和X五類。A類服務(wù)為面向聯(lián)機(jī)的恒定比特率（CBR）服務(wù)，主要提供恒定比特率的語(yǔ)音時(shí)圖像業(yè)務(wù)，DSI/EI電路仿真業(yè)務(wù)；B類服務(wù)為可變比特率（VBR）服務(wù)，主要用來(lái)傳輸可變比特率的語(yǔ)音、視頻服務(wù)，同時(shí)還用來(lái)傳輸優(yōu)先級(jí)較高的數(shù)據(jù)；C類服務(wù)定義為ATM上的幀中繼，主要提供面向連接的數(shù)據(jù)服務(wù)；D類服務(wù)表示ATM上的無(wú)連接的數(shù)據(jù)服務(wù)；X類服務(wù)許可用戶或廠家定義他們自己的服務(wù)類型。A、B、C、D四種服務(wù)類型的特點(diǎn)如圖（6）所示。服務(wù)類型A類B類C類D類端到端定時(shí)要求不要求比特率恒定可變連接模式面向連接無(wú)連接圖（6）服務(wù)類型的特點(diǎn)根據(jù)ATM4.0版，ATM為用戶提供的服務(wù)主要包括如下幾類。CBR（恒定比特率）：主要用來(lái)模擬電路交換，如T1電路等。比特以恒定的速率從一端到另一端。傳輸過(guò)程中沒有錯(cuò)誤檢測(cè)，流量控制或其他操作。VBR（可變比特率）：這類服務(wù)又分為兩個(gè)子類，分別稱為RT—VBR(實(shí)時(shí)可變比特率)和NRT—VBR（非實(shí)時(shí)可變比特率）。RT—VBR主要用來(lái)提供具有嚴(yán)格實(shí)時(shí)要求的可變比特率服務(wù)，如實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等。在這類服務(wù)中，ATM網(wǎng)絡(luò)不能在信元的傳輸中引入波動(dòng)，因?yàn)檫@會(huì)引起顯示的抖動(dòng)。在NRT—VBR服務(wù)中，及時(shí)傳送很重要，但應(yīng)用中可以容忍一定量的抖動(dòng)。例如：多媒體電子郵件。ABR（可用比特率）：這類服務(wù)主要是為帶寬并不確定的突發(fā)式的通信設(shè)計(jì)的。如，當(dāng)用戶使用Web瀏覽器來(lái)查詢信息時(shí)，便使用這類服務(wù)。這時(shí)，用戶對(duì)帶寬的需要是不確定的，如果用戶在訪問數(shù)據(jù)量連續(xù)的主頁(yè)和用戶正在閱讀當(dāng)前主頁(yè)，所需帶寬很少或幾乎為零；而當(dāng)用戶下載圖像密集的主頁(yè)時(shí)，所需帶寬會(huì)猛增。使用ABR服務(wù)，可以使用戶避免長(zhǎng)時(shí)間申請(qǐng)一個(gè)固定帶寬，例如，用戶可以將自己所用的虛連接指定為：在通常狀況下，帶寬為2Mbps，但帶寬可以升高10Mbps。在ABR服務(wù)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生阻塞時(shí)，會(huì)向信息發(fā)送者返回消息請(qǐng)求減緩發(fā)送。ABR服務(wù)時(shí)唯一的一種具有這種反饋機(jī)制的服務(wù)類型。UBR（不定比特率）：這類服務(wù)不對(duì)用戶作出任何承諾，同時(shí)，也不對(duì)網(wǎng)絡(luò)阻塞作出任何反饋。擁它來(lái)傳送IP包是合適的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，UBR信元將被丟棄，網(wǎng)絡(luò)不會(huì)向發(fā)送者返回任何反饋。使用UBR完全可以實(shí)現(xiàn)文件傳遞，電子郵件及公告牌等信息服務(wù)。4.2ATM適配層ATM適配層（AAL）負(fù)責(zé)處理從高層應(yīng)用來(lái)的信息，在發(fā)送方，負(fù)責(zé)將用戶應(yīng)用傳來(lái)的數(shù)據(jù)包分割成固定長(zhǎng)度的ATM有效負(fù)載（48字節(jié)），在接收方，將ATM信元的有效負(fù)載重組成為用戶數(shù)據(jù)包，傳遞給高層應(yīng)用。雖然AAL層的功能與OSI模型中的傳輸層的功能是有差別的，由于AAL層位于具有網(wǎng)絡(luò)層功能的ATM層之上，并具有一些類似傳輸層的功能，我們可以將其與傳輸層對(duì)應(yīng)起來(lái)。AAL層于CCITT提出的業(yè)務(wù)分類對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：AAL1A類AAL2B類AAL3/4C/D類AAL5C/D類現(xiàn)在用的最多的是AAL1和AAL5。對(duì)于固定比特率的業(yè)務(wù)，采用AAL1進(jìn)行適配；而對(duì)于可變比特率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如局域網(wǎng)、幀中繼、X．25等，則采用AAL5進(jìn)行適配。AAL2一直未形成完整的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；AAL3/4則由于協(xié)議開銷較大和控制復(fù)雜而逐漸被AAL5所取代。從功能上，AAL分為兩個(gè)子層：會(huì)聚子層（CS）和拆裝子層（SAR）。會(huì)聚子層CS是與業(yè)務(wù)相關(guān)的，它負(fù)責(zé)為來(lái)自用戶平面的信息（如IP包）作分割準(zhǔn)備，以使CS層能將這些信息再拼成原樣。CS層將一些控制信息子網(wǎng)頭或尾附加到從上層傳來(lái)的用戶信息上，一起被放在信元的有效負(fù)載中。CS子層又分為業(yè)務(wù)特定部分會(huì)聚子層（SSCS）和公共部分會(huì)聚子層（CPCS）。SSCS子層根據(jù)具體業(yè)務(wù)的不同而有所不同。拆裝子層SAR的主要功能是將來(lái)自CS子層的數(shù)據(jù)包（CS—PDU）分割成44到48字節(jié)的信元有效負(fù)載，并將SAR層的少量控制信息（如果有）作為頭、尾附加其上，將其重組為SAR—PDU。此外。在某些服務(wù)類型中，SAR子層還可以具有其他一些功能，如誤碼檢測(cè)、連接復(fù)用等。在某些服務(wù)類型中，SAR或/和CS子層可以為空。以AAL5為例進(jìn)行說(shuō)明。AAL5的CS子層為SAR子層做分割準(zhǔn)備。對(duì)于D類無(wú)連接業(yè)務(wù)，SSCS子層為空。CPCS子層將控制信息附加到有用戶平面來(lái)得數(shù)據(jù)包上，并利用填充字段將用戶數(shù)據(jù)包填充成48字節(jié)的整數(shù)倍，使之成為CPCS-PDU。AAL5的SAR子層只有分段和重組功能，它只包括將CS子層的數(shù)據(jù)包分割成為48字節(jié)的信元有效負(fù)載，或反過(guò)來(lái)的操作。AAL5的CS子層和SAR子層的功能如圖(9)所示。圖（9）ALL5層的CS子層和SAR子層功能在圖中，PAD為填充字段，以使得整個(gè)CPCS—PDU得長(zhǎng)度為48字節(jié)得數(shù)倍。Len字段代表CPCS—PDU有效負(fù)載得長(zhǎng)度。CRC是前面所有比特的32為CRC碼，它提供了對(duì)高層數(shù)據(jù)的較強(qiáng)保護(hù)能力。4.3ATM層（1）．ATM層的功能ATM層是ATM網(wǎng)絡(luò)的核心。它為ATM網(wǎng)絡(luò)中的用戶和用戶應(yīng)用提供一套公共的傳輸服務(wù)。ATM層提供的基本服務(wù)是完成ATM網(wǎng)上用戶和設(shè)備之間的信息傳輸。其功能可以通過(guò)ATM信元頭中的字段來(lái)體現(xiàn)。主要有：信元頭生產(chǎn)和去除、一般流量控制、連接的分配和取消、信元復(fù)用和交換、網(wǎng)絡(luò)阻塞控制、匯集信元到物理接口以及從物理接口分檢信元等。ATM層接收到AAL層提供的信元載體后，必須為其加上信元頭以生成信元，這樣信元才可以成功地在ATM網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。相反，當(dāng)ATM層將信元載體向高層AAL層傳輸時(shí)，必須去除信元頭。信元載體提交給AAL層后，ATM層也將信元頭信息提交給AAL層。所提交的信息包括用戶信元類型、接收優(yōu)先級(jí)以及阻塞指示。ATM網(wǎng)絡(luò)用戶網(wǎng)絡(luò)接口UNI上的信元頭結(jié)構(gòu)如圖（10）所示，在網(wǎng)絡(luò)接口NNI上的信元頭結(jié)構(gòu)如圖（10）。8765432187654321GFCVPI1VPI1VPIVCI2VPIVCI2VCI3VCI3VCIPTI4VCIPTI4HEC5HEC5（a）UNI的ATM信頭結(jié)構(gòu)（b）NNI的ATM信元頭結(jié)構(gòu)GFC：一般流量控制PTI：負(fù)載類型標(biāo)識(shí)VPI：虛通路標(biāo)識(shí)符CLP：信元丟失優(yōu)先級(jí)VCI：虛通道標(biāo)識(shí)符HEC：信元頭差錯(cuò)控制圖（10）ATM信元頭結(jié)構(gòu)圖信元頭中的GFC字段的功能被定義成用來(lái)提供UNI接口上的流量控制，以減輕網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的瞬間業(yè)務(wù)量過(guò)載。從信元頭結(jié)構(gòu)中我們可以看到，該字段只有UNI接口的信元頭中出現(xiàn)，即在主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間起作用，而在NNI接口的信元頭中，則沒有GFC字段。ATM層提供CLP字段進(jìn)行阻塞控制，以保證一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量。CLP標(biāo)識(shí)信元的兩種優(yōu)先級(jí)。CLP=1為低優(yōu)先組，CLP=0為高優(yōu)先級(jí)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)阻塞時(shí)，首先丟棄低優(yōu)先級(jí)的信元，這樣可以在一定的情況下保證業(yè)務(wù)質(zhì)量。信元的復(fù)用和交換主要通過(guò)信元頭中VPI和VCI來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)復(fù)用在一條傳轎鏈路上的不同虛連接進(jìn)行傳輸?shù)男畔⑹峭ㄟ^(guò)VPI/VCI來(lái)區(qū)分的。信元交換、路徑選擇是ATM交換機(jī)和交叉連接設(shè)備根據(jù)連接映像表對(duì)VPI和VCI進(jìn)行交換實(shí)現(xiàn)的。連接映像表在虛連接被建立時(shí)，由信令過(guò)程創(chuàng)建。由3bit組成的PTI用來(lái)區(qū)分信元類型：是用戶數(shù)據(jù)信元，還是系統(tǒng)內(nèi)作為維護(hù)和控制的信元。（2）．ATM地址建立虛連接時(shí)，源站點(diǎn)需要指明需要建立連接的目的站點(diǎn)的地址。ATM地址包括三個(gè)部分：AFI（AuthorityandFormatIdentifier）字段，指明ATM地址的類型和格式；IDI（InitialDomainIdentifier）字段，指明地址分配和管理的授權(quán)；DSP（DomainSpecificPart）字段，包含真正的路由信息。根據(jù)AFI和IDI字段性質(zhì)的不同，ATM地址可以分為三種形式，如圖（10—9）所示：·DCC格式：在這種格式中，IDI字段為DCC（DataCountryCode），它表示由ISO3166確定的不同國(guó)家。這個(gè)地址是由各個(gè)國(guó)家的ISO國(guó)家成員組織來(lái)進(jìn)行管理的?！.164形式：在這種地址形式中，IDI是E.164號(hào)碼，它是一種由CCITT規(guī)定的舊式15位十進(jìn)制ISDN號(hào)碼。ATM論壇建議各組織和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)廠商使用DCC或ICD格式的ATM地址。在ATM地址中，地址特定部分DSP字段通常又被細(xì)分為固定的等級(jí)結(jié)構(gòu)，包括路由信息域（RD）、地區(qū)標(biāo)識(shí)符（AREA）和終端系統(tǒng)標(biāo)識(shí)符（ESI）等。ATM論壇已等RD和AREA合并為HO-DSP域，以便好地支持基于前綴的路由協(xié)議。根據(jù)IEEE的規(guī)定，ESI域被指定為一個(gè)48位的MAC地址。這樣將有助于同時(shí)支持使用這種地址的LAN設(shè)備和依賴MAC地址的LAN協(xié)議，如IPX等。ATM地址中的SEL字段用于終端站點(diǎn)內(nèi)的本地多路復(fù)用，沒有任何網(wǎng)絡(luò)上的意義。ATM論壇采用ILMI（臨時(shí)本地管理接口）協(xié)議來(lái)對(duì)ATM終端系統(tǒng)進(jìn)行地址登記。ATM可以通過(guò)UNI將自己的MAC地址發(fā)送給ATM交換機(jī)，并從該處獲得完整的ATM地址的其余部分。（3）．ATM虛連接的建立ATM中的連接可以是點(diǎn)到點(diǎn)的連接，也可以是點(diǎn)到多點(diǎn)的連接。從建立的方式來(lái)分，有兩種最基本的：永久虛連接（PVC）和交換虛連接（SVC）。我們知道，永久虛連接PVC是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理等外部機(jī)制建立的。在這種連接方式中，處于ATM源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)之間的一系列交換機(jī)都被賦予適當(dāng)?shù)腣PI/VCI值。PVC存在的時(shí)間較長(zhǎng)，主要用于經(jīng)常進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬烧军c(diǎn)間。SVC是一種由信令協(xié)議自動(dòng)建立的連接。我們主要討論SVC的建立。連接信令是用于建立ATM連接（通常為VPI=5，VCI=0）向目的站點(diǎn)發(fā)出連接建立（Setup）請(qǐng)求。該請(qǐng)求中包含源站點(diǎn)ATM的用戶網(wǎng)絡(luò)接口UNI傳送。建立虛連接的過(guò)程如下。如圖10-10（a）所示。①源站點(diǎn)通過(guò)缺省虛連接（通常為VPI=5，VCI=0）向目的站點(diǎn)發(fā)出連接建立（Setup）請(qǐng)求。該請(qǐng)求中包含源站點(diǎn)ATM地址、目的站點(diǎn)ATM地址、傳輸特性以及QoS參數(shù)等。②網(wǎng)絡(luò)向要求建立連接的源站點(diǎn)回送呼叫確認(rèn)（CallProceeding），表明呼叫建立已啟動(dòng)。并不再接收呼叫建立信息。③Setup沿網(wǎng)絡(luò)向目的地站點(diǎn)傳播。在傳播的每步目的都會(huì)返回CallProceeding確認(rèn)。④目的站點(diǎn)接收到連接建立請(qǐng)求后，若連接條件滿足，則返回連接（Connect），表明接受呼叫。然后，網(wǎng)絡(luò)用連接（Connect）響應(yīng)源站點(diǎn)，源站點(diǎn)被接受。⑤在Connect返回源站點(diǎn)過(guò)程中，每一步均會(huì)產(chǎn)生連接確認(rèn)（ConnectAck），最后源站點(diǎn)用連接確認(rèn)（connectAck）響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成后，虛連接要被拆除。虛連接拆除的過(guò)程如下。如圖10-10（b）所示。①要求拆除虛連接的源站點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出拆除虛連接（Release），相鄰的交換機(jī)接到該消息后，向源站點(diǎn)返回ReleaseComplete。②Release沿ATM網(wǎng)絡(luò)向目的站點(diǎn)傳播。在網(wǎng)絡(luò)中傳播的每一步，都會(huì)得到ReleaseComplete確認(rèn)。③Release到達(dá)目的站點(diǎn)后，虛連接將被拆除。ATM采用了虛連接技術(shù)，將邏輯子網(wǎng)和物理子網(wǎng)分離。ATM先通過(guò)建立連接過(guò)程進(jìn)行路由選擇。ATM標(biāo)準(zhǔn)本身并沒有特定的路由協(xié)議，采用哪一種路由協(xié)議由廠商自己決定。兩個(gè)通信實(shí)體之間的虛連接建立起來(lái)后，路由選擇過(guò)程便結(jié)束了，剩下的任務(wù)就是數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)將路由選擇和數(shù)據(jù)傳輸分離開來(lái)，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)傳輸中間的控制，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。?）．ATM交換原理ATM中的連接有兩級(jí)：虛通路連接（VPC）和虛通道連接（VCC），如圖10-11所示。虛通道連接VCC是連接的基本形式。虛通道連接是端到端的連接，由VCI和VPI值共同標(biāo)識(shí)。虛通路連接VPC是指成束的虛通道作為一個(gè)單元一起交換。用于交換的路由信息只限于信元頭的VPI部分。虛通路連接一般用于兩地之間的大量的數(shù)據(jù)傳輸。虛連接在ATM的交換中的交換也分為兩級(jí)：虛通路交換（VP交換）和虛通道交換（VC交換）。虛連接建立后，被賦予VPI/VCI值作為標(biāo)識(shí)，并在虛連接經(jīng)過(guò)的每個(gè)ATM交換機(jī)上建立一個(gè)連接映射表。每個(gè)VPI/VCI值只在相應(yīng)的用戶和交換機(jī)間或相鄰交換機(jī)間的局部有意義。當(dāng)信元經(jīng)過(guò)交換機(jī)時(shí)，VPI/VCI值需要進(jìn)行交換。交換是根據(jù)交換機(jī)中的連接映射表進(jìn)行的。VP交換根據(jù)VP連接的目的站點(diǎn)，將輸入信元的VPI值更改為可導(dǎo)向目的站點(diǎn)的新VPI值。如圖10-12所示。在A至B及A至C的交換過(guò)程中，該VP中所有VC同時(shí)進(jìn)行交換，VCI的值保持不變。通常交換機(jī)之間的交換都采用VP交換。除非某一虛通路VC需要指向特定的目的站點(diǎn)。在VC交換中，信元頭中的VPI和VCI的值通常同時(shí)發(fā)生改變。如圖10-13所示。4.4ATM物理層ATM物理層分為與媒體有關(guān)的物理媒體子層（PMD子層）和傳輸聚合子層（TC子層）。如圖（11）所示。PMD子層的作用是在適當(dāng)?shù)奈锢砻襟w上正確地發(fā)送和接收比特以及提供比特在物理媒體上的傳輸。它的作用類似于OSI七層模型中的物理層。ATM并沒有對(duì)傳遞比特的形式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在ATM中，作了可以以信元的方式傳送比特外，還可以將信元包含在T1、T3、SONET或FDDI的幀中進(jìn)行傳送，在最初的ATM標(biāo)準(zhǔn)中，傳輸?shù)幕舅俾适?55.52Mbps，還可以達(dá)到622.08Mbps，2488.32Mbps等。這個(gè)速率是與美國(guó)通信公司開發(fā)的同步光纖網(wǎng)SONET相一致的。當(dāng)信元在T3媒體上傳輸時(shí)，速率為44.736Mbps，在FDDI上傳輸時(shí)，速率為100Mbps。ATM物理的傳輸媒體可以是光纖，當(dāng)在100米以內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，5類雙絞線也是可用的。使用光纖可以覆蓋數(shù)公里。光纖或雙絞線連接都是在主機(jī)和交換機(jī)之間以及交換機(jī)與交換機(jī)之間進(jìn)行的。TC子層的作用是為其上層的ATM層提供一個(gè)統(tǒng)一的接口。在發(fā)送方，它從ATM層接收信元，組裝成特定的形式（如信元、SONET數(shù)據(jù)幀、FDDI數(shù)據(jù)幀等）以使其在物理媒體子層上傳輸。在接收方，TC從來(lái)自PM子層的比特或字節(jié)流中提取信元，驗(yàn)證信元頭，并將有效信元傳遞給ATM層，TC子層具有OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層的功能。下面對(duì)TC子層的功能進(jìn)行簡(jiǎn)要的描述。（1）．信元頭驗(yàn)證每個(gè)信元中包含5個(gè)字節(jié)的信元頭。信元頭中的最后一個(gè)字節(jié)，也就是HEC字段的功能是進(jìn)行信元頭的差錯(cuò)控制。因?yàn)樾旁^號(hào)中包含了信元的路由信息。只有保證信元頭的正確傳送，才能保證信元被正確地傳遞到目的地。信元有效負(fù)載中的傳輸錯(cuò)誤由高層控制。采用