初級通信工程師考試培訓(xùn)ATM的基本概念[1]

6.2.1ATM技術(shù)

1.ATM的基本概念

異步轉(zhuǎn)移模式（AsynchronousTransferMode,ATM），作為B-ISDN的核心技術(shù)，以其強大的業(yè)務(wù)綜合能力和靈活的信息處理功能，在寬帶通信網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）ATM的概念與定義

在傳統(tǒng)的通信網(wǎng)中，傳輸、復(fù)用和交換這3個功能區(qū)分明顯，并分別由不同的設(shè)備承擔。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代通信網(wǎng)正朝著傳輸數(shù)字化、復(fù)用時分化、交換程控化的方向演進，使得這3個部分的聯(lián)系越來越密不可分，并采用“轉(zhuǎn)移模式”（又稱傳遞方式、轉(zhuǎn)移方式等）來描述3部分的有機結(jié)合。

轉(zhuǎn)移模式分為同步轉(zhuǎn)移模式和異步轉(zhuǎn)移模式。

①同步轉(zhuǎn)移模式。同步轉(zhuǎn)移模式的典型代表為PCM系統(tǒng)的時分復(fù)用和N-ISDN用戶線上的2B+D信道復(fù)用，它們的特征都是采用固定時隙分配的時分復(fù)用形式。各路信號在復(fù)用、傳輸及交換中都按一定的時間間隔周期性地出現(xiàn)，對各路信號的識別是根據(jù)它所在的位置（或固定的時間）來確定的。

②異步轉(zhuǎn)移模式。異步轉(zhuǎn)移模式采用的是統(tǒng)計時分復(fù)用，各路信號不再分配固定的時隙，而是根據(jù)信道占用情況，靈活地插入復(fù)用，因此各路信號不是按照一定的時間間隔周期性地出現(xiàn)。為了識別和區(qū)分各路信號，則要對每路信號的每個時隙單元加上標志。

由此可定義ATM:ATM是一種轉(zhuǎn)移模式。在這一模式中，信息被組織成固定長度的信息單元（信元），信元由信息段和作為標志的信頭構(gòu)成，每個用戶信息的各個信元被非周期性地復(fù)用到信息流中，進行傳輸與交換。這種模式稱為異步轉(zhuǎn)移模式，其復(fù)用方式稱為異步時分復(fù)用或統(tǒng)計時分復(fù)用。

（2）ATM的特點

ATM作為一種綜合業(yè)務(wù)的寬帶網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)異的性能還以下面一些特點表現(xiàn)出來。

①ATM以面向連接的方式工作。

ATM以由向連接的方式工作，以保證業(yè)務(wù)的質(zhì)量，降低信元丟失率（誤碼率）。面向連接的典型應(yīng)用是電路交換與傳輸，而電路交換可以是端到端建立起來的實線電路連接（獨占線路），也可以是端到端建立的虛電路連接（在多段路由上分配相應(yīng)信道的連接）。而ATM所面向的連接就是一種虛連接，它是網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶的呼叫請求，視用戶要求與現(xiàn)有資源情況，如峰值比特率、平均比特率、信元丟失率、信元時延和時延變化等指標，分配相應(yīng)帶寬和虛路托/虛信道（VPI/VCI），并在交換機中設(shè)罝相應(yīng)路由，建立起來的虛電路連接。網(wǎng)絡(luò)依據(jù)虛電路標志VPI/VCI對信元進行傳輸與識別處理。

②ATM采用異步時分復(fù)用。

ATM異步時分復(fù)用，一方面使ATM具有很大的靈活性，網(wǎng)絡(luò)資源得到最大限度利用：

另一方面ATM網(wǎng)絡(luò)可以適用于任何業(yè)務(wù)，不論其特性如何，網(wǎng)絡(luò)都按同樣的模式進行處理，真正做到了完全的業(yè)務(wù)綜合。

③ATM網(wǎng)中沒有逐段鏈路的差錯控制和流量控制。

由于ATM的所有線路均使用光纖，而光纖傳輸?shù)目煽啃院芨撸话阏`碼率低于10-g,沒有必要逐段鏈路進行差錯控制。為了簡化網(wǎng)絡(luò)的控制，ATM將差錯控制和流量控制都交給終端完成。

④信失的功能被簡化。

由于不需要逐段鏈路的差錯控制、流量控制等，ATM信元的信頭功能十分簡單，主要是標志虛電路和信頭本身的差錯校驗，另外還有一些簡單的維護功能。所以信頭處理速度很快，處理時延很小。

⑤ATM采用固定長度的信元，信息段的長度較小。

為了降低交換節(jié)點內(nèi)部緩沖區(qū)的容量，減小信息在緩沖區(qū)內(nèi)的排隊時延，與分組交換相比，ATM信元長度比較小，這有利于實時業(yè)務(wù)的傳輸。

（3）ATM與電路轉(zhuǎn)移模式、分組轉(zhuǎn)移棋式的關(guān)系電路轉(zhuǎn)移模式屬同步轉(zhuǎn)移模式，它是以電路連接為特征，其傳輸復(fù)用和交換都以電路為基礎(chǔ)。這種轉(zhuǎn)移模式的優(yōu)點足傳輸時延和時延抖動小。然而恒定的帶寬對于不同速率的各種業(yè)務(wù)，特別是低速業(yè)務(wù)，不能很好地利用，造成資源浪費。

分組轉(zhuǎn)移模式屬于異步傳遞方式，K:傳輸、復(fù)用和交換都是以分組為單位。分組轉(zhuǎn)移模式的優(yōu)點是能以可變速率傳送信息，可動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源，倌道利用率高。但是各段鏈路要對每個分組進行差錯和流最控制，其協(xié)議復(fù)雜：所產(chǎn)生的時延對時延敏感的實時性業(yè)務(wù)的影響較大。

ATM是電路轉(zhuǎn)移模式和分組轉(zhuǎn)移模式的演進與融合。在電路方式中，各用戶的數(shù)據(jù)按固定時隙周期性等間隔地復(fù)用在一條物理線路上：而ATM則站ATM信元等間隔地復(fù)用在線路上，但是某個用戶信息的各信元卻不一定周期性地出現(xiàn)，可以是任意時刻。在分組方式中，信息分組是變長的；而ATM則將用戶數(shù)據(jù)分割為定長的分組，加上簡短的信頭后形成固定53Byte（48Byte信息段，5Byte信失）的ATM信元。ATM改進了電路交換功能，使其能夠靈活地適配不同速率的業(yè)務(wù)：ATM改進了分組交換功能，滿足了實時性業(yè)務(wù)的需求。ATM中的信元交換稱為ATM交換，它采用硬件電路對信元進行識別、復(fù)接/分接和對信元進行交換處理，并且簡化了分組交換的協(xié)議，使得ATM網(wǎng)傳輸時延小，傳輸速率高。而光纖傳輸?shù)母呖煽啃杂质剐盘杺鬏數(shù)恼`碼率大大降低，通信質(zhì)量得以保證。ATM克服了電路轉(zhuǎn)移模式和分組轉(zhuǎn)移模式的缺點，綜合了兩者的優(yōu)點，是一種適合B-ISDN的信息轉(zhuǎn)移模式。

2.ATM的基本原理

ATM的基本原理涉及信息的結(jié)構(gòu)、復(fù)用形式、傳輸及交換方式等。

（1）ATM信息結(jié)構(gòu)一信元

ATM信總結(jié)構(gòu)是指ATM對信息進行分割組裝后的結(jié)構(gòu)形態(tài)。ATM并不關(guān)心信息的內(nèi)容與形式，它將所需傳送的信息簡羊地分割成許多相同長度的分組，并給每個分組加上用于傳輸控制的信頭，形成ATM信元。ATM信元及信頭結(jié)構(gòu)如圖6-6所示。

①ATM信元

ATM信元結(jié)構(gòu)

ATM信元結(jié)構(gòu)如圖6-6（a）所示*考慮到傳輸效芊、時延特性及系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜性等因素，ATM信元的長度定為53Byte,其中48Byte為信息凈荷（payload），用丁裝載用戶業(yè)務(wù)信息：另外5個字節(jié)為信頭（header），主要包含表示信元去向的邏輯地址和一些維護信息，優(yōu)先標識以及信頭的糾錯碼等控制信息。信元載著用戶信息透明地穿過W絡(luò)。

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