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宽带通信网论文——浅谈ATM技术异步转移模式（Asynchronoustransfermode）(或者异步传输模式)简称ATM，是一种集传输与交换于一体的通信模式。ATM已成为二十一世纪宽带通信的关键技术，已被国际电联确定为宽带综合业务数字网的基本传送方式。90年代初计算机网络发展兴起，网络传输媒体光纤化和多媒体技术商用加快。面对巨量信息传输需求，传统的网络技术，如以太网、快速以太网、FDDI无比是在传输速度和连接方式等方面都无法适应用户的需求。应运而生的ATM技术是在传统的电路转移模式和分组转移模式基础上发展起来的新兴信息转移模式。它具有传输速度快、距离不受限制等特点，其集语音、图像和声音传输于一体的特色，尤其适合多媒体业务的应用。所谓“转移模式”，ITU-T是这样定义的，转移模式就是在电信网路中信息传输、复用和交换的方式。而ATM是宽带综合业务数字网的最终转移模式。ATM是一种采用固定长度分组、异步时分复用、传送任意速度的宽带信号和数字等级系列信息的交换技术。它可以综合任意速率的话音、数据、图象和视频业务。ATM的基本定义可以归纳为两点：(1)面向连接的快速分组交换技术。(2)基于固定长度信元（53个字节）的异步转移技术。各种类型的信息流（包括语音、数据、视频等）均被适配成固定长度的（53字节）的“信元”（Cell）进行接入、传输和交换。2.信元结构在ATM网中，信息是以信元为基本单元进行通信的。ATM信元是一种固定长度的数据分组，一个信元定长53个字节，其中前5个字节称为信头。ATM就是根据信头中的信息来对信元的类型、路径、流量、信息优先级、校验等进行控制，完成准确无误的信息反馈传送。它有识别路径、优先处理、关错控制和网络管理等功能。信头后面的48个字节称作信息域OAM（或者称净负荷、净荷）（ATM自身的运行维护功能）。信元的信息域内容有统一的规定。用户信元的信息域内容可由用户根据不同的电信业务的要求自行确定。ATM信元结构ATM信源头详细格式根据原CCITT建议，当ATM信元在用户与网络接口（UNI）之间或网络与网络接口（NNI）之间传输时，其信元头的结构略有不同，起差别在于是否留有GFC字段以及用于路由选择字段（VPI和VCI）的长度。ATM信元头个字段的含义如下：uGFC：一般流量控制标识符。一个UNI接口上往往接有多个终端设备，它们共享缓存器、接口线路等资源，需要对他们发送的业务量进行控制，以减少可能出现的网络过载。uVPI：虚通道标识符，表明虚通道的号码，用于虚通道的路由选择。一个需通道可以含若干个需通路（VC）。uVCI：虚通路标识符，表明虚通路的号码，用于虚通路的路由选择。她随着呼叫的产生和释放而生成和消失。uPTI（3bit）：净荷类型标识符。其作用是用来表示信元中的有效负荷是用户信息还是网络OAM信息。包括信元类型、拥塞状态指示及是否是最后的信元等信息。用户信元类型（bit4）是用来区别信元携带的是用户数据（bit4=0），还是OAM数据（bit4=1）；当bit4=0时，拥塞状态指示（bit3）指示信息是否通过拥塞交换，bit3=0表示无拥塞，bit3=1表示有拥塞；（bit2）用来区分是否是最后用户信元，bit2=0，标识用户数据块未结束，bit2=1，标识此用户数据块是最后一块数据块。下面是这3bit代表的含义：000：表示用户数据，无拥塞，未结束001：表示用户数据，无拥塞，结束010：表示用户数据，拥塞，未结束011：表示用户数据，拥塞，结束100：表示是分段OAM信元101：表示是端到端OAM信息110：表示是资源管理RM信元111：预留备用，功能扩展。uCLP：信元丢失优先级。当网络拥挤时，悠闲级低的信元被丢失，而优先级高的信元则不会被丢失。CLP用来说明该信元的悠闲级，CLP=1表示的低优先级信元，在网络拥塞时可丢弃；CLP=0的信元则不被丢失，网络尽量保证传输。uHEC：信头差错控制。用来进行信头（前4个字节）差错检测和纠正（1bit错时）并完成信元的定界功能。在信头的各个组成部分中，VPI和VCI是最重要的标识符。这两个部分组合起来便构成了一个信元的定界功能。ATM交换就是依据各个信元上的VPI和VCI，来决定把它们送到哪一条出线上，动态地改变VPI和VCI，即可以改善网络的灵活性和可靠性。ATM分层模型：国际电联标准化组织ITU—T在建议I.321中给出了B-ISDN的参考模型(B-ISDNPRM)，B-ISDN是一个基于ATM的网络。这个参考模型也是唯一的一个关于ATM的规程参考模型。ATM物理层：物理层利用通信线路的比特流传送功能实现传送ATM信元的功能。物理层(PL)包含两个子层：物理媒体子层(PM)和传输会聚子层(TC)。PM的功能依赖于传输媒体的外部特性(单模光纤、微波，等等)。TC负责会聚物理层操作，它不依赖于媒体。会聚子层被划分成五种主要功能：(1)传输帧，创建/恢复，负责PDU(在B-ISDN中叫做帧)的创建/恢复。(2)传输帧适配,负责把信元放入到物理层的帧中，以及从帧中提取信元。(3)信元定界，在源端点它负责定义信元的边界，而在接收端点它负责恢复所有信元。(4)信头处理，在源端点它负责产生信头差错控制域(HEC)，而在接收端点它负责对HEC进行检验处理，以确定该信头在传送过程中是否已被污损。(5)信元速率去耦，负责在发送端插入空信元和在接收端剔除空信元以适配物理级的带宽容量。ATM层：ATM层利用物理层提供的信元传送功能，向外部提供传送ATM业务数据单元的功能。ATM业务数据单元(ATM-SDU)是任意的48字节长的数据段，它在ATM层中成为ATM信元的信息部分。ATM层是与物理层相互独立的，并且从概念上讲它不管信元是在光纤、对绞线对上，还是在其他模式上运送。AAL层及高层：AAL层的C平面，它的高层包含着Q．2931信令协议，被用来在ATM网络中建立连接。AAL层是ATM适配层的信令层(SAAL)。SAAL支持在任意两个运行ATM交换式虚呼叫(ATMSVC)的机器之间传送Q．2931信令消息。SAAL包括三个子层。ATM的交换及虚连接：发给将ATM信元从一条入线（如有N条入线）被传送到一条或者多条出线（假定有M条出线）的过程为ATM信元的交换过程。交换指从一个输入的ATM逻辑信道到一输出的ATM逻辑信道的信息交换，这种交换可以在许多输出逻辑信道中选择。ATM逻辑信道以VPI/VCI来表征。ATM和STM都是面向连接的传输模式。但ATM和STM不同，其连接是“临时”的，不像STM中的那样，用户在呼叫期间独占物理信道（的一部分），ATM是逻辑上的“虚连接”，故称“虚电路”。用户间的信元传输必须在虚电路建立以后，才能进行；信元按序发送，并按序到达目的终端；个虚电路拥有自己的（在呼叫建立期间协商好）的企业性能参数。(1)VP/VC的概念:虚通路（VC）：两个终端接入点的逻辑连接。虚通道（VP）：一组虚通路的集合。在ATM中一个物理信道被分成若干个虚通道（VP），一个虚通道（VP）有被分成上千个虚通路（VC）复用。用VPI标识VP，用VCI标识VC。这样一个呼叫连路就可以用VPI/VCI标识所分配的虚通道和虚通路。在ATM交换中只要将输入的VPI/VCI的值修改为输出的VPI/VCI值，就可以实现信元的交换。(2)VP和VC的交换过程ATM是一种面向连接的技术。当发送端个接收端通信的时候，通过UNI送一个要求建立连接的控制信号。接收端通过网络收到该控制信号并同意建立连接以后，一个虚电路就会被建立起。在虚电路中，相临两个交换节点之间信元的标识VPI/VCI保持不变。在相临两节点间形成一个VC链（VCLink），一串VC莲相连形成的VC连接叫做VCC（VCConnection）。相应地，VP链（VPLink）和VP连接（VP-Connection，VPC）也可以类似的方式形成。VP和VC交换在网络节点内部进行，只要将输入的VPI/VCI改写成输出的VPI/VCI就可以实现信元交换。ATM信元交换既可在VP级进行，也可在VC级进行。下面分别介绍VP交换、VC交换的过程。1、VP交换过程VP交换是指VPI/VCI值经过ATM交换点时，该交换点根据VP连接的目的地，将输入信元的VPI值改写为可导向接收端的新VPI值赋予信元并输出。以上过程被称为“VP交换”。此过程中VPI值不变。VPI和各个虚拟通道（VP）占用的网络资源可有网管系统以半固定的方式分配，因此VP半永久地占用一定的网络资源。一个VP内的所有虚连接（VC）动态的占用这个资源，每个VP最多可有4096个虚连接。从这个意义上看，虚拟VP就像一个大网中的虚拟网络，它简化了大网里的资源。VP的另一个作用是可以提高主干网中的交换效率，一些交换机可以只对VP进行交换，将一个VP内的所有VC交换到另一个VP内。由于VP是半固定连接的，所以这种交换不需要复杂的信令处理即可以达到几十G的吞吐量，这和现在电话网中的交叉连接设备功能相似。2、VC交换过程VC交换是指将输入的信元的VPI值与VCI值同时被改写为新值赋予信元并输出，则为VC交换。(3)PVC和SVC虚连接建立有两种，永久虚连接（PVC）和交换虚连接（SVC）。通过网管建立一条半永久的连线，称为PVC方式；通过信令将其动态的建立，VC和VP占用的网络资源都在连接建立是分配，称为SVC方式。PVC与SVC的不同点在于SVC是靠信令建立的，而PVC的建立是通过网管操作来实现的。当前市场上很多ATM设备只能实现PVC功能而不能实现SVC功能，严格意义上讲只能叫ATM交叉连接设备（Cross-connect）,而不能叫做ATM交换机（Switch）。通常所说的ATM-SVC只能就VC连接（VCC）而言，现在的VP连接（VPC）只能做到永久的VPC或半永久的VPC，交换型VP连接将来可能会随着信令的完善而实现。虚拟连接是ATM的连接中的一个重要概念。ATM采用面向连接的方式，提高了交换速率，同时，ATM的连接是虚拟连接，在建立连接时，网络只对连接进行资源预分配，只有当该连接真正发送信元时才占用网络资源，使网络资源可由各连接统计复用，从而大大提高资源利用率。ATM技术的局限性：1、廉价、简单、快速的以太网技术限制了ATM技术的发展，使其应用难以发展。2、在网络信息传输速度飞速发展的今天ATM效率无法跟上需求。3、由于编码效率地下导致对信道要求高，增加系统负荷，扩大传输时延，因而使得传输性能大打折扣。ATM技术的现状与发展趋势：1、ATM支持话音技术的研究在未来的电信网中，从用户数的角度考虑，传统的电话用户仍将占主导地位，因此，ATM必须考虑如何支持话音的问题。ITU-T在1997年9月年通过了支持话音业务和短分组业务适配的第二类ATM适配层协议建议。在1999年2月通过了面向话音业务的建议。2、用于中继的AAL2业务特定会聚子层SSCS，并于1999年12月通过了支持AAL2交换的信令协议建议Q.2630.1（AAL2信令协议-能力集１），基本完成了ATM支持话音业务的标准化工作。采用AAL2协议来支持话音业务不论是效率方面，还是时延性能方面，都要优于IP电话。AAL2技术的应用主要有以下几个方面：(1)以低时延的性能支持话音和其他实时业务传送，用于PSTN或其它网络的中继传输；(2)用于第三代移动通信系统（IMT-2000），在BS和MSC之间以AAL2协议支持低速话音和数据信息的传送；(3)用AAL2交换机代替ATM交换机（ATM层仅提供PVC交叉连接功能），提供端到端的ATM话音和数据业务。3、简化ATM技术的研究ATM技术的缺点之一就是网络的复杂性，为了推动ATM技术的应用，就必须对ATM技术进行简化和优化，以达到简化网络，降低网络成本的目的。目前，ITU-T和ATM论坛正在进行这方面的工作，例如目前ITU-T正在制定的ATM轻型信令（lightsignaling）标准就是为了简化原有复杂的信令标准，以降低网络的复杂性。另外，在流量控制、网络管理等方面也都有需要进行