第七章ATM與IP交換技術17.1ATM異步傳送方式異步轉移模式ATM,AsynchronousTransferMode一種能夠提供QoS保證的分組交換技術——面向連接的快速分組交換.異步轉移模式(ATM)術語中的“轉移”，是從“Transfer”翻譯過來的，包含傳輸(Transmission)和交換(Switching)兩個方面，所以信息轉移模式意指信息在網絡中的傳輸和交換的方式。所謂“異步”是相對“同步”而言，指鏈路的傳輸及結點的交換都是基于異步時分復用技術2傳統分組交換是20世紀60年代末至70年代初設計的。當時所用的傳輸媒質主要是銅線，傳輸速率低，傳輸誤碼率高，網絡性能的瓶頸是傳輸鏈路。基于軟件實現的分組交換機是當時的設計趨勢。經過多年的發展，主要傳輸媒質已變成光纖。網絡性能的瓶頸不再是傳輸鏈路，而是結點交換機。這就驅使人們去研究快速分組交換技術。具體的實現快速分組交換的技術措施有：（1）簡化協議，取消鏈路層差錯和流量控制。（2）采用基于硬件實現的設計和并行處理。（3）采用固定長度的小分組（Mini-packet）。（4）采用面向連接的分組交換方式。3在無連接分組交換過程中，每個分組都要有完整的目的地址，分組到達交換結點時，交換機要根據分組的目的地址計算或查找路由表，獲得下一結點的地址，然后將分組轉發到相應的輸出端口。采用面向連接方式，在用戶信息傳送之前，先建立端到端的虛通路連接，在連接建立階段實現復雜的路由計算功能，路由在連接建立階段已經確定。在連接建立階段，實現帶寬等資源的分配，通過連接接納控制可限制進網的業務量，因而可提供QoS保證。對于話音、視頻和批數據的傳送，面向連接的交換方式是很適合的。4ATM與B-ISDN的產生和發展1983年，美國貝爾實驗室的TurnerJ.等人提出了快速分組交換（FPS－FastPacketSwitching）原理，研制了原型機。同年，法國CoudreuseJ.P.提出了ATD交換概念，并在法國電信研究中心（CNET）研制了演示模型。

FPS和ATD概念提出以后，很多設備制造公司、郵電管理部門和標準化組織表示了強烈的興趣，進行了深入的研究。80年代中期，CCITT也開始了這種新的傳送模式的研究。1988年，CCITT18研究組決定采用固定長度的信元，定名為ATM，并認定B-ISDN將基于ATM技術。1990年，CCITT18研究組制定了關于ATM的一系列建議，并在以后的研究中不斷地深入和完善。51994年投入運營的美國北卡羅來納信息高速公路，是美國第一個在州的范圍內的公用ATM寬帶網。在歐洲由法國、德國、英國、意大利和西班牙等國發起的泛歐ATM寬帶試驗網，于1994年11月開始運行，后來擴大到歐洲的十多個國家，是覆蓋面較廣的ATM試驗網在亞洲的日本NTT與郵政省、香港電訊、新加坡電信、韓國電信、泰國的亞洲電信以及中國的廣東、北京和上海電信管理局也進行過以ATM為基礎的寬帶網試驗。試驗的業務平臺有基于TCP／IP的寬帶數據、VOD、會議電視。試驗的應用系統大致有家庭購物、遠程醫療、遠程教學等。

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4）公用網的ATM交換系統公用網ATM骨干交換系統必須具有高吞吐量和可擴展性，吞吐量通常為40~160G。應能支持各種接口、業務和連接類型，并具有保證服務質量（Qos）的業務流控制功能。

富士通FETEX-150、愛立信的AXD301、西門子的MainStreetXpress、AT&T的GlobeView2000、阿爾卡特的1000AX、北電的MagellanConcorde等。

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5）研究熱點

ATM交換結構ATM網的業務流控制話音通過ATM（VOA）IP與ATM的融合ATM與智能網（IN）的結合光ATM交換

87.2ATM基本原理ATM主要由四個特點：

（1）固定長度的信元并簡化了信頭結構（2）采用異步時分復用方式（3）面向連接的工作方式（4）標準化的ATM協議97.2.1ATM信元及其結構

1）信元結構

信元由5字節信頭和48字節信息段（凈荷）組成。發送次序87654321比特1…56……………….53發送次序信頭（5字節）信息段（48字節）10GFC（GenericFlowControl）：

一般流量控制字段（4個比特）及相應的GFC功能用于接入的流量控制。由于B-ISDN的UNI接入的終端數量可以很多，需要控制流向網絡的流量，以避免網絡的短期過載。GFC比特87654321VPIVPIVCIVCIVCIPTHECCLP123452）UNI的信頭結構：11VPI/VCI（VirtualPathIdentifier/VirtualChannelIdentifier）：

選路信息。PT（PayloadType）：

有3個比特，表示凈荷類型。CLP（CellLossPriority）：

表示信元丟失優先級，只有一個比特，CLP=0，表示高優先級；CLP=1,表示低優先級，若遇到擁塞要丟棄信元時，CLP=1的信元將首先丟棄。HEC（HeadErrorControl）：

為1個字節，用于信頭差錯控制。127.2.2異步時分復用技術

STD（SynchronousTimeDivision）：

通過時間位置來區別每一個邏輯信道ATD（AsynchronousTimeDivision）：通過標記來區別每一個邏輯信道131）虛通道與虛信道：

ATM傳輸通道可分割成若干個邏輯子信道，為便于應用和管理，邏輯子信道可按兩個等級來劃分：虛通道（VP--VirtualPath）虛信道（VC--VirtualChannel）7.2.3面向連接的工作方式

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一條物理鏈路包含多條VP（鏈路），每一VP(鏈路)又包含許多VC(鏈路)。VPI相同，VCI不同，標識不同的VC；VPI不同，VCI相同，也代表不同的VC。所以用VPI+VCI作為VC（鏈路）的標識符。

VC鏈路、VP鏈路與物理鏈路的關系

1515向北京方向（用VPI=1標識）的3個通信，兩個是數據通信，一個是電話通信（分別用VCI=4、5、6標識）向廣州方向（用VPI=2標識）的2個通信，一個是視頻通信，一個是電話通信（分別用VCI=5、6標識）16最簡單的方法就是使所有的VCI只在每一段物理鏈路上具有唯一的值。信元在一條虛通路上傳送時，每經過一段鏈路，VCI值都可以改變。下圖給出了一個簡單的例子，設從端點A到端點B經過ATM交換機X、Y和Z

。

信元VCI分配方法AB431212341234417出VCI235交換機X交換機Y交換機Z3517352655ATM網絡入端口入VCI出端口435出VCI326入端口入VCI出端口426出VCI255入端口入VCI出端口

1717通過上例可以看出：在每一個交換機中有一個VCI轉換表，其中至少要有4個參數，即入端口號、入VCI值，出端口號以及出VCI值。VCI轉換表中存放的是已經建立的虛通路的路由選擇信息。

VCI轉換表上述VCI值的分配和轉換方法有兩個好處。第一使網絡具有良好的可擴展性(Scalability)，因為給某一條虛鏈路分配一個VCI值并不需要網絡的全局信息。第二使VCI值只具有局部意義，可大大增加全網可供分配的VCI值的數目。

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每一條虛通路都要占據VCI轉換表的一行，當建立的虛連接較多，并且不斷地建立和釋放時，對交換機的內存和處理機來說都是相當大的負擔。這是需要解決的又一個問題。解決上述問題可借用公共電話網中采用的方法。電話網采用匯接交換機對群路進行交換。當交換機以群路為單位進行交換時，就比以單個話路為單位的交換減少很多的處理開銷。

ATM采用虛通道VP，一個虛通道VP包括許多個虛通路VC，而每一個虛通道具有一個唯一的虛通道標識符VPI(這里VP相當于群路,而VC相當于話路)。虛通道標識符VPI

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20ATM交換網絡的結構及基本原理ATM交換機由內部交換網絡、輸入輸出接口和交換控制器三大部分組成。下圖示出這三大部分及它們之間的相互關系。交換網絡是交換機的核心，其主要功能是中繼轉發。輸入輸出接口包括UNI、NNI兩種接口。交換控制器主要完成信令適配層和信令高層的功能，包括信令的收發和處理，實現連接控制。20ATM交換機的基本工作過程ATM交換機的工作過程：（1）從輸入端口接收、提取有效信元、識別信元標頭；（2）根據信元的VPI/VCI值查找路由表(見右表)，得到信元的輸出端口號、新的VPI/VCI值及表中的其它內容，形成交換機內部信元(格式如右圖)；（3）根據內部信元路由標簽Tag，將信元轉移到相應的輸出端口；（4）在輸出端口刪除Tag，更換信元標頭，然后發送到輸出鏈路上。212）VPC（虛通道連接）和VCC（虛信道連接）

VCC（VirtualChannelConnection）是VCC端點之間的VC級端到端的連接，由多條VC鏈路串接而成，VCI（虛信道標識）用來識別一條VC。VPC（VirtualPathConnection）是VPC端點之間的VP級端到端的連接，由多條VP鏈路串接而成，VPI（虛通道標識）用來識別一條VP。VCC端點（VCCEndpoint）是VCC的起點和終點，是ATM層及其上層交換信元凈荷的地方，也就是信息產生的源點和被傳送的目的點。VPC端點（VPCendpoint）是VPC的起點和終點，是VCI產生，變換或終止的地方。22虛信道連接（VCC）虛通道連接（VPC）VC鏈路VC鏈路VC鏈路VCIXVCIyVCIZVP鏈路VP鏈路VP鏈路VPIXVPIyVPIZ233）VP交換和VC交換

VP交換是指僅變換VPI值而不改變VCI值的交換，即只進行虛通道的交換，虛通道里面的虛信道并不進行交換。24VC交換是指VPI值與VCI值都要進行改變的交換。因為虛信道是按照虛通道來劃分的，當虛信道交換時，其所屬的虛通道也要進行交換，即虛通道和虛信道都要進行交換。25ATM連接的建立過程。在源ATM端點與目的ATM端點進行通信前的連接建立過程，實際上就是在這兩個端點間的各段傳輸通道上，找尋空閑VC鏈路和VP鏈路，分配VCI與VPI，建立相應VCC與V