ATM交换技术

ATM交换技术摘要：随着宽带业务的发展及其业务发展的某些不确定性，寻找一种能够融合电路交换技术和分组交换技术的新的交换方式，已经成为了我们的迫切需求。ATM是宽带通信网的核心技术。ATM技术主要目的是提供一个高速率、低时延的复用和交换网络，能够支持任何类型的用户业务。关键词：ATM交换技术ATM协议一、ATM交换技术的基本概念ATM采用异步时分复用方式、以固定信元长度为单位、面向连接的信息转移（包括复用、传输与交换）模式。ATM具有以下的特点。每个信元都有连接识别的标志，位于信头域。1、在ATM网中，以固定信元长度为单元格式传输数据。信元由信头（Header）和信息域（Payload）组成。2、ATM是面向连接的交换技术。3、信元信头主要功能具有本地重要性，即用于路由选择的标识符只在特定的物理链路上是唯一的，它在交换处被翻译。4、信元流被异步时分多路复用，且信息域被透明传输，不执行差错控制。二、ATM交换原理ATM交换系统由入线处理部件、出线处理部件、ATM交换单元和ATM控制单元等四个单元组成。在传输线上传输的是比特流且信息格式是以光形式为主的，而ATM层信息的交换以信元为单位的且信息格式是以电信号为主的；所以在入线处必须处理比特流与信息元的转换和光信号与电信号的转换。控制单元主要是完成建立和拆除VP连接和VC连接，并对ATM交换单元进行控制，同时处理和发送OAM信息。ATM采用虚通路（VP）和虚信道（VC）两级连接，并用信头中的虚通路标识符（VPI）和虚信道标识符（VCI)来表明挂链接。通常VC用于直接完成两个用户间的连接，而VP用于不同网段间的连接。出线处理部件完成与入线处理部件相反的处理。而ATM交换单元是实际执行交换动作的部件，其性能的优劣直接关系到交换机的效率和性能。ATM交换单元连接的入线和出现的数越多，容量就越大。三、ATM交换的分层技术ATM交换的协议有三个平面四个层，三个面即控制面、用户面和管理面；四个层为物理层、ATM层、适配层、高层。控制面处理寻址、路由选择与信令相关功能；用户面在通信网中传递端到端用户信息；管理面提供操作和管理功能，它也管理用户面和控制面间信息交换。物理层负责信元编码和处理相邻ATM层间的ATM信元传输。ATM层完成交换、路由选择和复用，它不涉及具体应用，是网络处理和高速链路保持同步。适配层将各种业务用户业务信息适配到ATM层信息流。高层协议层与具体业务有关。（一）物理层物理层包括两个子层，即传输汇聚子层和物理媒质关联子层物理层。物理层向ATM层提供传输接入，主要处理相邻ATM层间信元的传输。在常规网络中，物理层只是通过物理层媒质子层传输比特流；但是在ATM网中，物理层向ATM层传递信元，而不是比特流。这就要求物理层具有确定信元边界功能。在传输方向，ATM层把ATM信元（信元差错控制HEC值除外）传递到物理层；在接收方向，ATM层从物理层接收53Byte信元。1、传输汇聚子层在传输汇聚子层生成物理媒质的关联信息，并且为物理层产生协议信息。它的功能包括HEC的产生和验证、信元定界、传输帧的产生和恢复。（1）传输帧的产生和恢复。由于在发送端要将信元流封装成适合传输系统要求的帧结构，所以传输汇聚子层在发送端产生传输帧。而在接收端要将比特流恢复成信元流，便于为ATM层提供传输接入，所以接收端在传输帧恢复信元和帧相关信息。(2)HEC的产生和验证HEC字节由传输汇聚子层处理，并且在它传到物理媒质之前就插入信元信头的信息差错控制域。在接收端，物理层利用接收的HEC值，进行信元信头完整性差错检验。信头差错的信元被丢弃；无差错的信元传送到ATM层。ATM的HEC既能检测纠正单比特差错，也能检测双比特及其他组合比特误码。当检测出差错时，它无法确定该差错是单比特差错，还是多比特差错。在纠错处理差错信头时，它对多比特差错无能为力。（3）信元速率解耦一般来说，物理媒质要求连续传输比特流。在没有足够的信元从ATM层传向物理层时，为了保持连续比特流在链路中的传输，发送端传输汇聚子层将空闲信元插入用户信元流。这些空闲信元不会传送到ATM层，在接收端汇聚子层被接收器丢弃。（4）信元定界信元定界通过搜索态、预同步态和同步态三种不同状态进行。在搜索态，系对接收信号进行逐比特的HEC检验，当检测到5Byte的数据字，就可确定信元边界。若发现一个正确的HEC检验结果，进入预同步态。在预同步态中如果能够连续发现m个信元的HEC检测都正确，则进入同步态；若发现连续一个不正确的HEC检验结果，则返回搜索态。在同步态，系统对信元逐个地进行HEC检查，发现连续n个不正确的HEC检验结果后，返回搜索态。2、物理媒质关联子层物理媒质关联子层在传输方向的基本功能是在链路上透明传输比特流。在接收方向，它检测盒恢复传递来的比特流，然后将其再传输汇聚子层，恢复传输帧和ATM信元。物理媒质关联子层和传输汇聚子层要交换的数据，透明必须互相同步。物理汇聚子层传输和检测功能，实际就是在导线和光缆上传递和识别电信号与光信号。（二）ATM层ATM层在物理层之上，利用物理层提供的服务，与对等层之间进行以信元为单位的通信。ATM层与物理介质的类型以及物理的具体实现无关的，与具体传送的业务类型也是无关的。ATM层主要产生信头，并实现对信头的处理，对多个ATM连接进行复用和交换。在同一ATM层单元间传递信元。它利用物理层业务在ATM层用户间顺序传送信元。在始发端，它从ATM层用户接收48Byte信元信息，再加4Byte信头组成ATM信元，然后将它传送到物理层进行HEC处理和传输。在终接收端，ATM层从物理层接收信元，去除信头并且将信元信息送到ATM层用户；信头差错的信元在中间节点丢失。所以，ATM层不能提供可靠业务，它依靠终端确保ATM信元信息数据完整。在ATM层用户间顺序传送信元。ATM层通过一般流量控制终端到网络的业务流量。非控制连接业务无需一般流量控制进入网络，而受控连接业务量需要一般流量控制才能进入网络。由于一般流量控制不控制网络到用户方向的业务量，所以它不用于网络内部或者网络节点接口。ATM采用面向连接的方式，在传送用户信息之前，要先建立ATM连接。ATM连接是由层链路串接而成，提供端到端的传送能力。一个具体的VPI/VCI只是表示相邻网络节点之间信元的逻辑通路。一个终端设备到另一个终端设备之间信元的虚链接，可能是由多个不同的VPI/VCI所示的逻辑通路通过一网路节点连接起来的。所以信元在通过网络节点时，VPI/VCI可能要发生变化，即网络节点要将输入端口信元中的VPI/VCI转换成相应输出端口的VPI/VCI。只有当输入链路识别符VPI和VCI相同时，连接才能被连接识别。这样，VPI/VCI只有本地重要性，它们的标号在信元传输的交换节点被翻译。VPI/VCI的翻译是在ATM交换机和ATM交叉连接节点上完成的。在网络的VP交叉连接节点上，输入信元的VPI值在信元输出时被翻译成新的VPI值。在VC交换机上，每个输入信元的VPI和VCI值被翻译成新的对应值。在发送方向多路复用功能将来自不同虚信道和虚通路的信元复用成单一信元流；在接收端多路分解功能是把不同的信元按VPI/VCI值分拣出来，送到各虚信道和虚通路。（三）ATM适配层ATM适配层在业务质量相同的对应上层单元之间，提供透明和顺序的AAL业务数据单元传递，其功能是将各种用户业务信息适配到ATM信息流。ALL实体与对等的AAL实体之间要交换信息，以实现AAL的功能。ATM适配层功能分为两个字层，即分段重装子层（SAR）和汇聚子层（CS）。SAR完成信元适配最基本的功能。在发送端把高层的信元单元分割成一个个48字节的净电荷段（没有其他冗余），在接收端把从ATM层送来的ATM信元净电荷组成高层信息单元，传送给高层。而CS与高层业务密切相关，它完成消息识别时间/时钟恢复等功能。CS分为两个子层，即公共部分的汇聚子层和业务特定汇聚子层。根据定时关系、比特率和连接方式三个特征，将业务分为四种：AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5。AAL1用于适配A类业务，固定比特率，定时关系严格，面向连接的话音视频业务。AAL2用于适配B类业务，比特率可变，时延敏感，面向连接的压缩听业务。AAL3/4用于适配面向连接或无连接的非实时可变比特率业务，支持C类和D类业务。AAL5是AAL3/4的替代协议具有较高的通信效率并有较高的通信效率并有可能支持AAL2和AAL1的业务。还有可能支持C类和D类业务，还适配ATM网络信令。四、总结ATM交换技术融合了分组交换技术和地安交换技术的优点，能够传输、交换、复用、交叉连接。ATM具有支持一切现有通信业务及未来的新业务，有效利用网络资源，减少了交换的复杂性。支持更高速率信息传输，减少延迟及网络管理的复杂性，满足用户的业务需求。所以ATM技术对未来的网络技术具有很大的推动力。参考文献[1]陈锡生编著.ATM交换技术.北京市：人民邮电出版社,2000.[2]叶磊，曾钦源，王晓静主编.现代交换技术.武汉市：武汉大学出版社,2008.[3]蒋青泉主编.交换技术.北京市：高等教育出版社,2003.[4]张中荃著.现代交换技术（第二版）.北京市：人民邮电出版社，2009.3[5]张继荣等编著.现代交换技术.西安市：西安电子科技大学出版社,2004.