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1、ATM基础知识讲座一、ATM基本原理1、ATM基本概念通信的根本任务是实现信息的传输与交换。ATM技术在传输和交换方面都采用 了与传统技术不同的方式a 、交换方式传统交换方式：电路交换：浪费带宽分组交换： 系统的延迟不确定ATM交换是一种快速分组交换技术，它具有如下特点。分组长度固定：ATM交换中分组长度为53字节，简称信元(cell)。这样便于用硬 件来实现交换功能，提高交换速率。面向连接：面向连接可以保证收发信元顺序一致。另外，更重要的是，在B_ISDN环境下，业务是高度突发的，可以通过连接建立时的呼叫接纳机制，将无法满 足的呼叫业务阻塞在网络外，保证已经建立连接的服务质量。简化：与传统的
2、网络不同，在ATM网络中，不需要在链路级进行差错控制，而 只需在端与端之间进行差错控制。为进一步简化，流量控制也从链路级移到端与端之 间。b、传输方式在传输技术上，传统电话网中采用同步转移模式(STM)，其基本原理如下所 述：在STM中，每条链路以帧格式来传输信息，帧的产生是周期性的，每个帧被划 分成一个个固定长度的时隙。在建立连接时，网络将为每个用户分配一个固定的时 隙，该用户在通信过程中，一直占用该时隙，直到拆除连接。STM的优点：一旦建立连接，该连接的服务质量不会受到网络其他用户的影 响。但是为了保证连接所需带宽，必须按峰值比特率来分配信道资源。ATM传输技术：采用的是异步时分复接(As
3、ynchronous Time Division Multiplexing)。它与STM不 一样，各个连接统计的占用整个信道资源。这种复接方法的优点是：信道利用率高，只要输入信元流不断，输出信道就一直被占用；该输入方法与输入业务的速率无关。而在STM中，只能支持一些特定速率的业 务；该复接方法由于统计地、动态地占用信道资源，因此可以获得一定的统计增益。与STM相比较，在相同的信道资源的前提下，可以接纳更多的连接数。缺点：由于动态占用信道资源，某一连接会额外的多占用信道资源，这样有时 会影响其他连接的服务质量。2、VP 和VCATM 技术中最重要的特点就是信元的复用、交换和传输过程，均在虚通路（
4、VC ）上进行。虚通路由VCI标识，它是ATM网络链路端点之间的一种逻辑联系，是 在两个或多点端点之间传送ATM信元的通信通路，可用于用户到用户、用户到网络、 网络到网络的信息转移。虚通道（VP ）是在给定参考点上具有同一虚通道标识符的一 组虚通路。虚通路在传输过程中，组合在一起构成虚通道，二者关系如图1.4所示。因 此ATM网络中不同用户的信元是在不同的VP、VC中传送的，而不同的VP/VC则是利 用各自的VP标识（VPI ）和VC标识（VCI ）进行区分。通过VC建立连接有两种方式：交换虚通路（SVC ）连接和永久虚通路（PVC） 连接。SVC是用户需要通信时，通过终端设备由信令建立的虚通
5、路。SVC类似于电话 网的用户线路，只有经过呼叫请求，网络为通信双方建立起相应虚通路后，才能进行 通信，通信完成后，由信令释放SVC。使用SVC的用户对网络资源的利用率高，通信 费用较低，是atm网络中使用的主要通信方式。PVC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 直保持，直到由网管释放。因此，PVC类似于 电话网中的租用线路，经过PVC连接的用户需要通信时，不会因通信网络资源不够而 导致通信失败。PVC通常用于一些特殊的用户，如信令信元的VC必为PVC，某些要求 租用固定信道带宽的用户也可设定为PVC。使用PVC的用户每次通信时无需呼叫请 求，操作简便，通信质量好
6、，但其通信费用很高，且不能充分发挥ATM网络的优势， 因此，应用范围较小。在ATM网络中，如果直接对虚通路进行管理，工作量很大，因此采用分级思 想，引入虚通道（VP丨概念，一个VP是多个VC的集合。与VC相似，定义了 VP链路和VPC两个概念，VP链路用VPI来标识，级连的VP 链路组成VPC。VPI和VCI作为路径标识，它们都只是局部有效的，也就是说，每个VPI和VCI的 作用范只局限在链路级。下面的图示出了VP和VC的关系。在ATM通信中，ATM交换机将根据输入信元的VPI/VCI标识，以及在连接建立 时产生的路由表来将到达的信元交换到相应的输出端，同时，将信元中的V PI/VCI改 变，
7、即完成VP交换或VC交换以及其他一些相关处理。3、ATM 协议参考模型ApitjiicationlrBaBnlslI 口 n1 rens oartN&lwqirkU日t日LinkIF 声 KHl图1 ATM协议参考模型及其与O SI参考模型的对应关系3.1、面的划分及其功能从图1中可以看出，在ATM协议参考模型中，引入了面的概念，其着眼点在于 将信息流按功能种类进行划分。面的划分如下：管理面、数据面、控制面。用户面负责用户业务信息的传递以及与用户业务信息流直接相关的控制功能 (如流量控制、参错恢复等。控制面提供呼叫控制和连接控制功能，处理与呼叫和连接的建立、监控和释放 等有关的各种信令。管理面
8、有面管理和层管理两个功能。面管理是实现与整体系统有关的管理功能 以及提供各个面之间的协调功能。层管理实施与资源以及协议实体内参数有关的管理 功能并处理各层中的运行、管理和维护信息流。3.2、物理层及其功能在ATM协议参考模型中，从下到上分为物理层、ATM层、ATM适配层和高 层。物理层主要提供ATM信元的传输通道、将ATM层传来的信元加上其传输开销后 形成连续的比特流，同时，在接收到物理媒介上传来的连续比特流后，取出有效信元 传递给ATM层。物理层分为两个子层：物理媒介子层(PM)、传输会聚子层(TC)。PM子层主要完成功能：产生和接收波形、插入和提供定时消息。TC子层功能与物理媒介无关，其主
9、要作用是以一定的帧格式传输比特流。TC子层的五大功能如下：1、传输帧的生成和恢复；2、传输帧的适配；3、信 元定界；4、HEC序列的生成和认证；5、信元速率解耦(信元速率去耦的作用是插入一些 空闲信元将ATM层信元速率适配成传输线路的速率在TC子层完成的五大功能中，传输帧的生成和恢复、传输帧的适配是针对 SDH/SONET、PDH等具有帧结构的传输系统而言的，在这些系统中，传送ATM信元 时，必须将ATM信元装入传输帧中。下面我们简单介绍一下基于SDH的155.520Mb/s接口帧结构：Multibit error detected图2接收端HEC工作方式该接口帧结构在ITU-TG.709中有
10、详细规定。帧周期为125US，共有9行270列的 字节。其中前9列是段开销(SECTION OVERHEAD)HE管理单元指针(AU指针，第10 列是通道开销(PATH OVERHEAD,POH),剩余的9行260列用于传输数据，因此，真正 的数据传输速率为149.760MB/S。另外，由于9x260并不是53的整数倍，因此，ATM信 元会跨越帧边界。9列1列260列3行SOHP49行1行AU指针5行SOH4270列STM 1帧结构HEC：接收端HEC工作方式如图2所示。CRC校验选用的生成多项式为：x 8 + x 2 + x + 1。该HEC码具备纠一位错，检 多位错的能力。在发送端，物理层
11、根据信元头4个字节和生成多项式计算出HEC码。在 接收端，按图2的方式进行差错处理。在开始时，接收机处于 “纠错模式”，当检测到一位错时，纠正这个错误并转移 到“检错模式”。但检测到多位3错时，丢弃该信元并转移到“检错模式”。未检测到错误 时，仍停留在“纠错模式”。在“检错模式”下，只要检测到错，即丢弃该信元，并停留在该模式。检测不到 错时，转移到“纠错模式”。信元定界：在图3中，示出了信元定界的流程图。一开始处于捕捉状态，检测到正确的HEC码，进入预同步状态。在预同步态，若检测到不正确的HEC码，则返回捕获态。若连续钦检测到正确 的 HEC 码，则进入同步态。在同步态下，若连续 次检测到不正
12、确的HEC码，则进入捕捉状态。有时，在信元的信息域中也会出现满足生成多项式的比特流，此时，上述的信 元定界法会失效。为此就需要对信元流进行自同步扰码，使信息比特流随机化。扰码 多项式为：x43 + 1扰码器只对信息域扰码，在发送信元头期间，扰码器不工作并维持 其原有状态。解扰器在捕捉状态下不工作，在预同步状态下和同步状态下，只在 48字 节信息域内工作。ALPHA consecutive incorrect HECNOTE ? The correct HEC means the header has no bit error (syndrome is zero) and has not bee
13、n corrected.图3 信元定界流程图ATM的物理层分为物理媒介子层（PM和传输会聚子层（TC，在TC子层， 将完成信元定界功能。在ITU-T 1.432协议中，建议使用ATM信元头部中最后一个字节 HEC码来进行信元定界。3.3、ATM层介绍ATM层在物理层之上，利用物理层提供的服务，与对等层进行以信元为单位的 通信。ATM层与物理媒介的类型和物理层的具体实现无关。与具体传送的业务类型也 无关。ATM层功能可以分为三大类：信元复用/解复用，有关信头的操作和一般流量 控制功能。在前面提到的ATM快速分组交换和ATM异步时分复接功能也在该层中实现。ATM信元结构：ATM信元结构有两种类型：
14、一种是UNI信元头、一种是NNI信元头。UNI信元头 用于在专用网络中ATM终端和ATM交换节点间的通信，NNI用于两个交换节点间的通 信。图4 ATM信元格式ATM信元格式如图4所示。在ATM信元格式中，信元头占5个字节，信息净荷占48个字节。从图中可以看 出，UNI信元格式有GFC域，而NNI信元格式没有GFC域，在NNI信元格式中，GFC域 被扩充成VPI。下面分贝对各个字段做简要的说明。GFC一般流量控制：该域一般情况下不使用，设置为缺省值。VPI/VCI :前面讲述需通路和虚通道时已经做过介绍。这里需要提及的是，对于一些特定的V PI/VCI值，已经保留作为特殊信元使用。 下面简单加
15、以介绍:空闲信元：VPI=O, VCI=O, PTI=O, CLP=1,用于速率适配。未赋值信元：VPI=O, VCI=O, PTI=任意值，CLP=1OAM信元：对于VP子层，VCI=3用于VP链路，VCI=4用于VP连接；对于VC 子层，PTI=4用于VC链路，PTI=5用于VC连接。信令信元：它分为元信令信元、一般广播信令信元、点对点信令信元。元信令信元：VPI为任意值，VCI=1；一般广播信令信元：VPI为任意值，VCI=2点对点信令信元：VPI为任意值，VCI=5。PT （净荷类型：该域占据3个比特。用于标识信息域（净荷的类型。下面 列出的是ITU-T I.361已定义的PT值及其含义。PT = 000,用户数据信元，未经历拥塞，ATM层用户到ATM层用户指示（简称 AUU为0。PT = 001,用户数据信元，未经历拥塞，AUU=1。PT = 010,用户数据信元，经历拥塞，AUU=OPT = 011,用户数据信元，经历拥塞，AUU=1PT=100, OAM F5段相关信元PT=1O1, OAM F5端到端相关信元PT=11O,资源管理信元PT=111,将来用可见，当信元用作装载用户数据时，PT第一位为0,第二位
