ATM网络
ATM
VCI
4
VPI
3
VCI
3
VCI VCI
1 2
VPI
4
VPI
5
VCI VCI
2 1
VP交换
ATM协议模型 ATM协议模型
ATM协议参考模型 协议参考模型
管理面 用户面 高层 AAL ATM PHY 控制面 高层 SAAL 面 管 理
层 管 理
ATM协议模型 ATM协议模型
ATM协议参考模型 协议参考模型 用户面：提供用户信息的传送 控制面：提供呼叫和连接的控制功能 管理面 • 层管理：实现网络资源和协议参数的管理 层管理： • 面管理：提供网络相关的管理和协调功能 面管理：
业务特定协调功能 (SSCF) 业务特定面向连接 协议(SSCOP) SAAL 公共部分 (AAL5 CPCS)
ATM 网络
ATM网络信令 ATM网络信令
SSCOP • 作用 – 一种具有校正功能、通用的面向连接的协议 一种具有校正功能、 – 为SSCF所定义的不同 所定义的不同AAL接口提供可靠的 所定义的不同 接口提供可靠的 数据传输业务 • 功能 – 顺序一致性、采用重发机制保证信息不丢失 顺序一致性、 流量控制、错误信息报告、保持连接、 、流量控制、错误信息报告、保持连接、本 地数据检索、连接控制、用户数据传送、 地数据检索、连接控制、用户数据传送、协 议差错纠正、 议差错纠正、状态报告 SSCF • 作用 – 执行信令第三层用户要求的业务和 执行信令第三层用户要求的业务和SSCOP提 提 供的业务之间的协调功能
ATM协议模型 ATM协议模型
AAL1 拆装子层SAR
4bit SN CI SC
4bit SNP CRC
• CI：CS Indication ： • SC：Sequence Counter ： • CRC：循环冗余校验 ： • P：Protection ：
计算机网络原理 ATM网络
计算机网络原理ATM网络
随着人们对集话音、图像和数据为一体的多媒体通信需求的日益增加，特别是为了适应今后信息高速公路建设的需要，人们又提出了的宽带综合业务数字网（B-ISDN）这种全新的通信网络，而B-ISDN的实现需要一种全新的传输模式，此即异步传输模式（ATM）。
在1990年，国际电报电话咨询委员会（CCITT）正式建议将ATM作为实现B－ISDN的一项技术基础，这样，以ATM为机制的信息传输和交换模式也就成为电信和计算机网络操作的基础和2l世纪通信的主体之一。
尽管目前世界各国，都在积极开展ATM技术研究和B-ISDN的建设，但以ATM为基础的B-ISDN的完善和普及却还要等到下一世纪，所以称ATM 为一项跨世纪的新兴通信技术。
不过，ATM技术仍然是当前国际网络界所注意的焦点，其相关产品的开发也是各厂商想要抢占的网络市场的一个制高点。
ATM是目前网络发展的最新技术，它采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构，根本上解决了多媒体的实时性及带宽问题。
实现面向虚链路的点到点传输，它通常提供155Mbps的带宽。
它既汲取了话务通讯中电路交换的“有连接”服务和服务质量保证，又保持了以太、FDDI等传统网络中带宽可变、适于突发性传输的灵活性。
ATM技术具有如下特点：
●实现网络传输有连接服务，实现服务质量保证(QoS)。
●交换吞吐量大、带宽利用率高。
●具有灵活的组网拓扑结构和负载平衡能力，伸缩性、可靠性极高。
●ATM是现今唯一可同时应用于局域网、广域网两种网络应用领域的网络技术，它
将局域网与广域网技术统一。
ATM网络
ATM网络ATM是Asynchronous Transfer Mode（ATM）异步传输模式的缩写ATM是一项数据传输技术，是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。
ATM 是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。
它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。
ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。
它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。
你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。
所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。
使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。
如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样，可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。
ATM采用面向连接的传输方式，将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。
ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不同信道。
ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性:ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。
但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。
ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元），其中5B为信元头，用来承载该信元的控制信息；48B为信元体，用来承载用户要分发的信息。
信头部分包含了选择路由用的VPI（虚通道标识符）/VCI（虚通路标示符）信息，因而它具有分组交换的特点。
它是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。
交换设备是ATM的重要组成部分，它能用作组织内的Hub，快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点；或者用作广域通信设备，在远程LAN之间快速传送ATM信元。
ATM网络
PTI编码
类型说明
表示用户数据，无拥塞，未结束
000
001
010 011 100 101
表示用户数据，无拥塞，结束
表示用户数据，拥塞，未结束 表示用户数据，拥塞，结束 表示是分段OAM信元 表示是端到端OAM信息
110
111
表示是资源管理RM信元
预留备用，功能扩展。
注意：PTI编码中最高位（第4比特位）用来区分是用户数
Inter-carrier Interface)的功能和信令为用户
提供包括信元中继在内的各种业务的传送。
1) 用户网络接口
用户网络接口完成用户网络接口的信令处理和 VP/VC交换操作。根据ATM网络类型，用户网络接口分 为公用用户网络接口(简称UNI)和专用用户网络接口 PUNI(Private UNI)。
ATM的优点
1、灵活性：按需要动态分配电路带宽，可以将一条物理传输通
道动态地划分若干个子信道，每个子信道都能够提供不同速率
的业务。
2、高速率：ATM简化了协议的控制，时延少，可以满足局域网
和广域网通信的各种业务要求。
3、多业务：ATM网络作为多业务接入平台，可以满足数据、语
音、图象等不同传输速率的数字业务要求。
信元定界。
信头处理。 信元速率解耦。
2．ATM层
ATM层具有以下四种主要功能： (1) 信元复用和解复用。在源端点负责对来自各个逻辑连接的信 元进行复接，在目的端对接收的信元流进行解复用。 (2) VPI/VCI处理。在每个ATM节点为信元选路，建立端到端的逻
辑连接。
(3) 信头产生和处理。在呼叫建立阶段，各节点分配VPI/VCI； 在信息传送阶段各节点翻译VPI/VCI。 (4) 一般流量控制。
ATM网络
2．ATM层
ATM层具有以下四种主要功能： (1) 信元复用和解复用。在源端点负责对来自各个逻辑连接的信 元进行复接，在目的端对接收的信元流进行解复用。 (2) VPI/VCI处理。在每个ATM节点为信元选路，建立端到端的逻 辑连接。
(3) 信头产生和处理。在呼叫建立阶段，各节点分配VPI/VCI； 在信息传送阶段各节点翻译VPI/VCI。
过程中出现的差错，ATM将这些工作推给了网络边缘的终端设备完成。
ATM协议参考模型
ITU-T I.321建议提出的ATM协议参考模型，包括三个平面：用户 平面、控制平面和管理平面。
(1) 用户平面(U平面)：负责提供用户信息传送、端到端流量控制 和恢复操作。
(2) 控制平面(C平面)：负责建立网络连接，管理连接以及连接的 释放。控制平面主要完成信令功能。
4、可靠性：ATM网络提供良好的质量保证机制 5、安全性：用户占用的带宽相互独立，完全消除共享带宽带来
的非法入侵等不安全因素。
ATM基本概念
ATM是异步传送模式，它采用快速分组交换和统计复用技术。它 具有如下基本特点。 1．采用短而固定长度的短分组
在ATM中采用短而固定长度的分组，称为信元(Cell)。信元由53 个字节组成，其中5个字节是信元头，48个字节是净荷。
端点
ATM 交 换 ATM 交 换
端点
高层 AAL ATM ATM协议模型
高层 AAL ATM PHY
2．采用统计复用 信元在时间上没有固定的复用位置，可以满足不同用户传递不同
业务的带宽需要。 3．ATM采用面向连接并预约传输资源的方式工作
在呼叫建立过程中, 用户向网络申请传输所希望使用的资源，网 络根据当前的状态决定是否接受这个呼叫。
第7章 ATM网络
集中器
令牌环
155M
集中器
UNI
ATM终端
ATM终端
ATM信元头格式
8
1 2 3 4 5 VCI HEC GFC VPI VCI PT CLP VCI HEC
UNI 7
用户/ 网络接口 6 5 4
VPI VCI
NNI 3 2 1
网络/ 网络接口 8 7 6
VPI VPI VCI
• GFC（常规流量控制），辅助用户控制信息流；对应不同的质量的服务，可取
ATM局域网 交换机 各种 业务 接口
ATM公用网络
ATM接入 交换机
节点交换机：完成VP/VC交换，要求交换容量较大，接口类型相对简
单，只有标准的ATM接口（NNI，UNI），只要处理ATM信令，要求有较强 的管理和维护功能。
交叉连接设备：在ATM主干网中完成VP交换，不需要进行信 令处理，而是通过管理设置VP之间的连接，实现极高速率的 交换。 大容量的VP交换，较简单的控制功能和强大的网络 管理和维护功能
ATM网络 以 太 网 ATM桥接器
100M
NNI
155M
622Mbps
集中器
令牌环
155M
集中器
UNI
ATM终端
ATM终端
接口标准
UNI－终端用户与交换机之间的接口，包括专用交换机与通用交换 机之间的接口。 NNI－交换机与交换机之间的接口。 ATM网络 以 太 网 ATM桥接器
100M
NNI
155M
AAL子层
ATM子层
信元
物理层
物理层
比特流传输
物理媒体子层（PM） 主要定义物理媒体与物理设备之间的接口（包括光电转换的准 则），以及线路上的传输编码，最终支持位流在媒体上的传输
网络接口ATM协议
⽹络接⼝ATM协议ATM协议的概念ATM(Asynchronous Transfer Mode)是⼀种以信元为单位的异步转移模式。
它是基于B-ISDN宽带综合服务数字⽹标准⽽设计的⽤来提⾼⽤户综合访问速度的⼀项技术。
在交换形式上⽽⾔，ATM 是⾯向连接的链路，任何⼀个 ATM 终端与另⼀个⽤户通信的时候都需要建⽴连接，所以，ATM 拥有电路交换的特点；在ATM交换⽅式中，⽂本、语⾳、视频等所有数据将被分解为长度固定的信元（cell）。
信元长度固定为53字节。
ATM技术是⽬前唯⼀实现QoS的技术；同时⽀持语⾳、数据、图像等宽带业务、技术成熟，标准化程度⾼；在业界被⼴泛⽀持；具有良好的⽹络互联和互通能⼒；不断演进以适应不断出现的新业务。
ATM协议的两个重要组成部分ATM的⽹络模型如上所⽰，包含两个重要部分：UNI和NNI。
① UNI（⽤户-⽹络接⼝）：UNI为ATM⽹中的⽤户⽹络接⼝，它是⽤户设备与⽹络之间的接⼝，直接⾯向⽤户。
按其所在位置不同⼜可分为公⽤⽹UNI和专⽤⽹UNI（P-UNI），PUNI不必象公⽹接⼝考虑严格的⼀致性，因⽽PUNI接⼝形式更多、更灵活。
② NNI（⽹络节点接⼝）：⼀般为两个交换机之间的接⼝，同样也分为公⽹NNI（和专⽤⽹NNI（PNNI）。
公⽹NNI和PNNI的差别很⼤，如公⽹NNI的信令为No.7信令体系的宽带ISDN⽤户部分（BISUP），⽽PNNI则完全基于UNI接⼝，仍采⽤UNI信令结构。
ATM的信元ATM是⼀种⾼速分组交换技术。
分组交换的基本数据传输单元是分组，⽽ATM的基本数据传输单元是信元。
在ATM交换⽅式中，⽂本、语⾳、视频等所有数据将被分解为长度固定的信元（cell）。
信元有⼀个5字节的信元头（header）与⼀个48字节的⽤户数据（user data），信元长度为53字节。
GFC：⼀般流量控制VPI ：虚通道标识VCI ：虚信道标识PTI ：净荷类型CLP：-信元丢失优先级HEC：信头误码控制ATM信元交换过程物理链路是连接ATM交换机-ATM交换机、ATM交换机-ATM主机的物理线路。
第10章--ATM网络上的TCP
32
第10章 ATM网络上的TCP/IP
10.3 ATM网络中IP地址的绑定
首先，在建立虚电路传输数据时，目的站的IP 地址必须映射到ATM端点地址。这个端点地址 用于建立虚电路。
每个ATM信元53字节长，5字节首部，接着是48字节 的有效载荷。
流控制
VPI 前4比特
VPI 后4比特
VCI前4比特
VCI中间8比特
VCI后4比特
有效载荷
优先级
循环冗余校验
19
第10章 ATM网络上的TCP/IP
10.2 ATM适配层
通过ATM传输数据的 应用程序并不读写信 元，而是由计算机通 过一个ATM适配层与 ATM进行交互。
10.2.4 数据报的封装
数据报的封装形式可以有两种：
一条虚电路两端的两个主机事先同意将此虚电路用于
某个特定的协议（例如此虚电路仅用来发送IP数据 报）。
这种方案的优点是不需要在分组中附加信息，但造 成了虚电路的重复，每一台主机必须为每一个高层 协议重建一条虚电路。
一条虚电路两端的两个主机事先同意将数据区中的某 些八位组保留作为类型字段之用。
这种方案允许所有的通信协议在同一条虚电路上通
过，但缺点是需要使每一个分组带有标识协议类型
的一些八位组，而且使用各种协议的分组都具有同
样的时延和优先级。
30
第10章 ATM网络上的TCP/IP
10.2.4 数据报的封装
标准建议分组中包含信息类型时，应使用802.2标准， 其逻辑链路控制LLC的首部应跟随一个子网连接点 SNAP的首部。
26
第10章 ATM网络上的TCP/IP
10.2.2 AAL5的收敛、分段与重 组
数据通信工程(四)异步传输模式(ATM)网络
在发送端计算HEC序列并将其插入信头中；在接收方， 校验信头差错。确定信头中出现无法改正的差错后，信元 将被丢弃。
（5） 信元速率解耦（Decoupling） 为了使有效ATM信元和传输系统的有效负载容量适配， 信元速率去藕包括空闲信元的插入和消除。
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三、 ATM层
ATM层位臵：在物理层之上，利用物理层提供的 服务，与对等层间进行以信元为信息单位的通信； 同时为AAL层提供服务。 ATM层与物理媒介的类型以及物理层的具体传送 业务类型是无关的，ATM层只是识别和处理信头。 ATM层功能可以分为以下几大类：
信元复用/解复用；
信元的产生和提取；
信元VPI/VCI的翻译； 一般流量控制功能。
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1 、信元复用/解复用 在ATM层和物理层的TC子层接口处完成。
发送端ATM层将具有不同VPI（虚通道标识） /VCI（虚通路标识）的信元组合成一路非连续的组 合信元流交给物理层；
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四、ATM 适配层
位臵：ATM适配层AAL（ATM Adapter Layer）位 于 ATM层之上，这一层是和业务相关的，即针对不 同的业务，其处理方法不尽相同。 功能：将上层传来的信息流（长度，速率各异） 分割成48字节长的ATM业务数据单元 SDU（Service Data Unit），同时将ATM层传来的ATM SDU组装， 恢复再传给上层。 由于上层信息种类繁多， AAL层处理比较复杂， 所以分两个子层：拆装子层（ SAR）和汇聚子层 （ CS ）。
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2、信元VPI/VCI翻译 在用户终端信头操作是指填写VPI/VCI和PT；在网络节点 是VPI/VCI的变换。用户信息的VPI/VCI值在连接建立时可由 主叫方设臵，并经过信令消息通知网络节点，由网络节点认 可。 3 、信元头的产生和提取 在ATM层和上层的接口处完成该功能。 在发送方向，ATM层从上一层接收信元负载信息，并产生 一个相应的ATM信头，但不包括HEC系列； 在接收方向，信头提取操作去掉ATM信头，并将信元负载 区内容提交给上一层。 4、一般流量控制功能 由信头中的GFC比特支持。在ATM层产生携带这种信息的 信元，用于UNI接口的信元速率控制。
2.ATM网络基础
ATM层
物理媒体相关子层(PMD) 线路编码、比特定时 物理媒介（SDH/PDH/
信元）
物理层
21
2.4 ATM层
• •
适配层
信元头的产生和提取； 信元丢失优先级处理， 处理CLP； 载荷类型指示处理，通 过 PTI 提 取 EFCI 信息 ， 区分F5 OAM信元，RM信 元与用户信元 通用流量控制，GFC； 信元接续标识处理， VPI/VCI 值 验 证、 识 别、 变换等处理，信元交换； UPC/NPC算法等； F4，F5 OAM功能。
控制平面 高层
面管理 层管理 用户平面 高层
ATM适配层 （SAAL）
ATM适配层 （AAL）
ATM层
物理层
19
2.2 ATM子层模型
ATM参考模型
高层 执行高层所需服务 高层协议数据包和信 元净荷间的相互转化 CS AAL SAR 5会话层 ATM 4传输层 6表示层
OSI七层协议
7应用层
层 管 理
用户信元 9
1.6 ATM的交换
• ATM的交换本质上是分组交换；
•
ATM交换分为VP（Virtual Path）交换和VC（Virtual Channel）
交换两种；
•
VPI和VCI仅在两个物理节点间只有局部意义；
10
VC交换和VP交换
用户A
信元转发采用逐跳转发的方法
ATM终端设备 ATM终端设备
7
1.4 UNI的信头结构：
CLP:信元丢失优先级 1比特，用于拥塞控制。CLP比特将ATM信元分为两个优先级，CLP=0的 优先级高于CLP=1的信元，因此拥塞情况下CLP=1的信元将被丢弃。 HEC:信头差错控制 8比特，检测有错误的信头，可纠正信头中单个比特的差错。HEC的另 一个作用是进行信元定界，利用HEC字段和它之前的 4个字节的相关性 可识别出信头位臵，由于在不同的链路中VPI/VCI的值不同，所以在每 一段链路都要重新计算HEC。
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ATM网络
传统的通信方式是将语音，数据，视频和图像等信号分开传输，在相当长的时间内这些通信技术相互独立地发展，从而产生了各种通信网络，如公众电话网PSTN，公共分组网PSDN，数字数据网DDN，会议电视网以及电缆电视网CATV等。
是否可以再同一网络平台上传输各种业务，以此减少网络建设和运营费用呢？人们在开展这方面课题的研究中发现不同媒体传世的业务特性和对网络要求是不相同的，例如，对于语音通信可以在64Kb/s速率下传输，可以允许通信过程序一定的误码，但是语音数据不能有较长的传输延时，对于计算机数据通信存在明显的突发性，要求尽可能低的传输误码率，但是允许有一定的延时；对于视频通信，不同质量的视频会有不同的带宽需求，对于数据传输准确性和延时都有比较严格的要求。
人们在20世纪80年代对传统电路交换和分组交换进行改造，提出了各种解决方案，试图在原有网络的基础上能够提供各种不同的业务并可以充分利用网络的传输，交换资源，但是事实证明这些策略智能在一定程度上支待接入多种业务，仍旧无法支持所有的通信业务需求。
基本概念和技术特点
异步传递模式一词中的术语“传递”包括了传输和交换两个方面，传递模式就是指信息在网络中传输和交换的方式。
“异步”是指在连接和用户中宽带分配的方式。
因此，ATM就是在用户接入，传输和交换及综合处理各种信息的技术。
ATM的基本概念包括以下几点。
（1）所有信息在ATM网中已称为信元的53字节固定长度数据单元格式传送。
信元由信头和信息域组成。
（2）ATM是面向连接的技术。
同一个虚连接中的信元顺序保持不变。
（3）通信资源可以产生所需的信元，每一个信元都具有连接识别的标号
（4）信元信头主要功能具有本地重要性，在交换点被翻译。
（5）信息域被透明传送，不执行差错控制。
（6）信元流被异步时分多路复用。
ATM采用固定长度的分组—信元来传递信息。
53各字节的信元的前面5个字节为信头，包含有信息发往的地址，丢弃优先级等控制信息；后面的45个字节为信息域，用来装载来自不同用户，不同业务的信息。
ATM选用小的固定长度数据单元，目的是为了确保更快，更容易地执行交换和多路复用功能。
ATM网具有下列特点。
（1）支持一切现有通信业务和未来的新业务。
（2）有效地利用网络资源。
（3）降低了交换的复杂性。
（4）减小了中间节点的处理时间，支持高速传输。
（5）降低了网络管理的复杂性。
（6）保证现有及未来各种网络应用的性能指标。