通信工程師交換技術(shù)ATM協(xié)議參考模型

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6.2.2 ATM協(xié)議參考模型

ATM協(xié)議的制定，參考了OSI七層協(xié)議參考模型方法，采用分層的體系結(jié)構(gòu)來表述和定義有關(guān)功能和接口規(guī)范。

ITU-T建議1.321為B-ISDN和ATM定義的協(xié)議參考模型如圖6-6所示。協(xié)議參考模型包括三個(gè)平面，分別表示用戶、控制和管理信息三個(gè)方面的功能。

用戶平面采用分層結(jié)構(gòu)，提供用戶信息的傳送。

控制平面提供呼叫和連接控制功能，用于信令消息的傳送，控制平面同樣采用分層結(jié)構(gòu)。

管理平面提供兩種功能：面管理不分層，實(shí)現(xiàn)與整個(gè)系統(tǒng)有關(guān)的管理功能，并完成所有平面之間的協(xié)調(diào)工作；層管理--采用分層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源和協(xié)議參數(shù)的管理，處理操作、管理和維護(hù)（OAM）業(yè)務(wù)流。

ATM協(xié)議參考模型包括四個(gè)層次，其簡(jiǎn)要功能為：物理層完成信息（比特/信元）的傳輸功能；ATM層完成交換、路由和信元復(fù)用/解復(fù)用功能：ATM適配層（AAL）將不同類型的業(yè)務(wù)信息適配成ATM信元，完成適配功能；ATM高層根據(jù)不同業(yè)務(wù)的特點(diǎn)完成高層業(yè)務(wù)適配功能。

ATM協(xié)議參考模型和OSI七層協(xié)議沒有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但其大致的對(duì)應(yīng)關(guān)系可理解為：

①ATM物理層等效于OSI模型的第一層，主要完成比特級(jí)的功能。

②ATM層和OSI模型第二層下邊界的功能相適應(yīng)，完成成幀功能。

③ATM適配層AAL執(zhí)行高層的適配，將信令和用戶信息轉(zhuǎn)換成固定長(zhǎng)度的ATM信元。對(duì)于信令一類的控制平面，AAL層相當(dāng)于OSI數(shù)據(jù)鏈路層的較低部分。對(duì)于用戶平面，AAL相當(dāng)于OSI第四層的較低部分，因?yàn)閷?duì)用戶信息的適配是在網(wǎng)絡(luò)邊界進(jìn)行的。

圖6-7給出了層次的進(jìn)一步劃分和相應(yīng)的功能。

ATM網(wǎng)絡(luò)傳送信息的基本單位是一個(gè)個(gè)固定長(zhǎng)度（53字節(jié)組成）的信元，ATM的信元類型如下。

分配信元（AssignedCell）：是通過ATM層向上層提供服務(wù)的信元，表示該信元承載通信過程的有用信息，信息內(nèi)容可以是用戶數(shù)據(jù)、信f和管理信息。

未分配信元（UnassignedCell）：不是分配的ATM信兀，表不該信兀不承載有用信息，所占據(jù)的信道帶寬未被使用。

空閑信元（IdelCell）：在發(fā)端由物理層插入，用以適配不同傳輸系統(tǒng)提供的有效傳輸速率和物理層向ATM層提供信元速率之間的差別；在收端由物理層去除空閑信元。

有效信元（Validcell）：信元頭部經(jīng)過信頭差錯(cuò)控制（HeadErrorControl,HEC）檢驗(yàn)校正正確的信元。由于HEC操作在物理層執(zhí)行，判斷信元是否有效也在物理層進(jìn)行。

無效信元（Invalidcell）：信元頭部出現(xiàn)差錯(cuò)而無法通過HEC校正的信元，這些信元由物理層直接丟棄，不上交ATM層。

發(fā)端ATM層向物理層下傳信息時(shí)，只有分配信元和末分配信元向下傳送。物理層為了適配傳輸系統(tǒng)特性將加入空閑信元。此外，物理層為了管理需要，還將插入OAM（操作和維護(hù)）信元，然后將這些信元適配成適合物理線路的比特流進(jìn)行傳送。收端物理層向ATM層提交信元時(shí)，只把分配信元和未分配信元上交，其他的諸如無效信元和空閑信元以及物理層的管理控制信元由于不含有ATM層及其高層所需的信息，因此直接由物理層進(jìn)行處理。

（1）物理層

物理層利用通信線路的比特流傳送功能實(shí)現(xiàn)ATM的信元傳送，并確保傳送連續(xù)的ATM信元時(shí)不錯(cuò)序。物理層由兩個(gè)子層組成，分別是物理媒體子層（PhysicalMediadependentsub-layer,PM）和傳輸會(huì)聚子層（TransmmissionConvergencesub-layer,TC）。物理媒體子層（PM）支持與物理媒體有關(guān)的比特功能。傳輸會(huì)聚子層（TC）完成ATM信元流與物理媒體傳輸比特流的轉(zhuǎn)換功能。用戶/網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）的物理層由ITU-T的1.432建議和ATM論壇的ATM用戶/網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范描述。

　?。?）ATM層

ATM層和用來傳送ATM信元的物理媒體完全無關(guān)，它利用物理層提供的信元（53字節(jié)）傳送功能，向上提供ATM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（48字節(jié)）的傳送能力。ATM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元是任意48字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，它在ATM層中被封裝到信元的負(fù)載區(qū)。從原理上說，ATM層本身處理的協(xié)議控制信息是5字節(jié)長(zhǎng)的信頭：但是實(shí)際上為了提高協(xié)議處理速度和降低協(xié)議開銷，在物理層和AAL層都使用了信元頭部的某些域。ATM層的傳輸和物理層傳輸一樣是不可靠的，傳送的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元可能丟失，也可能發(fā)生錯(cuò)誤。但在傳送多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元時(shí)，傳送過程能夠確保數(shù)據(jù)單元的順序不會(huì)紊亂。

ATM層與上、下層之間的關(guān)系如圖6-8所示。下面介紹ATM層完成的主要功能。

①一般流量控制（GFC）用于控制用戶/網(wǎng)絡(luò)接口處信元速率。當(dāng)ATM層使用該操作時(shí)，產(chǎn)生攜帶流量控制功能的信元。分配和未分配信元用于攜帶流量控制信息。

②信頭的產(chǎn)生和提取的功能在ATM層和上層交互位置完成。在發(fā)送方向，ATM層從上一層接收信元負(fù)載信息，并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的ATM信頭，但是這里的信頭還不包括信頭差錯(cuò)控制（HEC）。在接收方向，信頭提取操作去掉ATM信元頭部，并將信元負(fù)載區(qū)內(nèi)容提交給上一層。

③信元虛通路標(biāo)識(shí)/虛信道標(biāo)識(shí)（VPI/VCI）翻譯。在ATM交換機(jī)或ATM交叉連接節(jié)點(diǎn)，完成對(duì)輸入ATM信元的VPI和VCI值的翻譯（可以單獨(dú)對(duì)VPI或VCI進(jìn)行，也可以二者同時(shí)進(jìn)行）這里的擁譯是變換的意思。

④信元復(fù)用和解復(fù)用。在發(fā)送方向，信元復(fù)用功能將各虛通路VP和虛信道VC送來的信元合并成一串非連續(xù)（對(duì)各應(yīng)用業(yè)務(wù)來說）的信元流。在接收方向，信元解復(fù)用功能將非連續(xù)的復(fù)合信元流的各個(gè)信元分別送往相應(yīng)的VP或VC中去。

（3）AAL層

由于ATM層提供的只是一種基本的數(shù)據(jù)傳送能力，AAL層在此基礎(chǔ)上提供適應(yīng)各種不同業(yè)務(wù)的通信能力。如果一種電信業(yè)務(wù)的通信需求無法在ATM層得到支持，它可以利用AAL層得到實(shí)現(xiàn)。AAL層增強(qiáng)了ATM層提供的業(yè)務(wù)以適應(yīng)高層應(yīng)用的需要。AAL層可以分成兩個(gè)子層：分段/重裝子層（SegmentAndReassemblesub-layer,SAR）和會(huì)聚子層（ConvergenceSub-layer,CS）。

①分段和重裝子層。SAR完成CS協(xié)議數(shù)據(jù)單元與信元負(fù)載格式之間的適配。上層應(yīng)用交付的信息格式與具體應(yīng)用相關(guān)，信息長(zhǎng)度不定；而下層（ATM層）處理的是統(tǒng)一的、長(zhǎng)度固定的ATM信元。所以SAR完成的是兩種數(shù)據(jù)格式的適配。

②會(huì)聚子層。CS層的基本功能是進(jìn)行端到端的差錯(cuò)控制和時(shí)鐘恢復(fù)（如實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的同步）。CS層和具體的應(yīng)用有關(guān)，對(duì)某些AAL類型，會(huì)聚子層CS又分為兩個(gè)子層：公共部分會(huì)聚子層（CommonPartConvergenceSub-layer,CPCS）和業(yè)務(wù)特定會(huì)聚子層（ServiceSpecificConvergenceSub-layer.SSCS）。如果ATM層提供的信元傳輸能夠滿足用戶業(yè)務(wù)的需求，可以直接利用ATM層的傳送能力。在這種情況下AAL協(xié)議層是空的，這樣的業(yè)務(wù)稱為信元中繼（簡(jiǎn)稱為AALO）。AAL用戶通過選擇一個(gè)滿足傳送要求的業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP），將AAL業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元從一個(gè)AAL業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP）通過ATM網(wǎng)絡(luò)傳送到另一個(gè)或多個(gè)AAL業(yè)務(wù)接入點(diǎn)上。

ITU-T針對(duì)于不同的業(yè)務(wù)定義了4種AAL適配協(xié)議。

AAL1:提供實(shí)時(shí)的恒定比特率業(yè)務(wù)信息傳輸，仿真時(shí)分復(fù)用（TDM）業(yè)務(wù)，稱為電路仿真業(yè)務(wù)。

AAL2:提供實(shí)時(shí)的變比特率業(yè)務(wù)傳輸，用于對(duì)語音和視頻業(yè)務(wù)的支持。

AAL3:提供面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，例如幀中繼業(yè)務(wù)。

AAL4:提供無連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如信令的傳輸?shù)取?/P>

ITU-T將AAL3和AAL4合并，統(tǒng)稱為AAL3/4,用于承載對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。由于AAL3/4協(xié)議中附加了許多保證端到端傳送的保護(hù)機(jī)制，復(fù)用效率比較低。ATM論壇（ATMForum）提出了AAL5作為AAL3/4替代協(xié)議，用于支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。目前，ATM網(wǎng)絡(luò)信令信息的傳輸采用的協(xié)議都是AAL5,AAL5也可支持AAL2和AAL1的業(yè)務(wù)。

（4）用戶平面

利用AAL層提供的通信能力向用戶提供服務(wù)的協(xié)議屬于用戶平面高層完成的功能。盡管AAL層提供4種不同類型的業(yè)務(wù)，但是這樣的業(yè)務(wù)絕大部分情況下并不能裒接被用戶使用，位于AAL之上的用戶平面高層協(xié)議完成在目前網(wǎng)絡(luò)上的通信業(yè)務(wù)。如在AAL3/4或AAL5基礎(chǔ)上支持計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信，如Internet的IP通信和LAN的數(shù)據(jù)通信。在AAL1,AAL2或AAL5基礎(chǔ)上支持語音和視頻業(yè)務(wù)。在AAL0或AAL1基礎(chǔ)上支持電話語音業(yè)務(wù)等。用戶平面的物理層，隨著ITU-T協(xié)議進(jìn)一步完善，幾乎所有的傳輸資源都可以成為ATM信道，從而便于形成統(tǒng)一的ATM網(wǎng)絡(luò)。因此，ATM網(wǎng)絡(luò)向上可以提供對(duì)各種業(yè)務(wù)的支持，向下可以利用各種傳輸資源。由此，網(wǎng)絡(luò)資源可以通過統(tǒng)一調(diào)度、合理使用，效率得到極大提高。從某種意義上說，這是ATM最根本的魅力所在。

　?。?）控制平面和管理平面

利用AAL層提供的通信能力進(jìn)行信令傳送進(jìn)而控制網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，屬于控制平面高層必須完成的功能。控制平面高層和用戶平面高層協(xié)議均位于AAL層之上。控制平面利用協(xié)議AAL5,控制平面的ATM層和物理層和用戶平面完全相同。管理平面和控制平面不同，它完成的是對(duì)物理層、ATM層、AAL層以及用戶平面和控制平面的控制、監(jiān)視、故障報(bào)告和管理。因此，管理平面必須和這些層面都有相應(yīng)的接口^管理平面的控制命令來自網(wǎng)絡(luò)管理中心或控制平面。網(wǎng)絡(luò)管理人員通過網(wǎng)絡(luò)管理中心施行對(duì)ATM通信實(shí)體的控制，用戶則通過控制平面實(shí)施對(duì)ATM網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)體的控制。管理平面產(chǎn)生的消息（如故障告警等）送到網(wǎng)絡(luò)管理中心或網(wǎng)絡(luò)管理終端。

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