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ATM异步传输模式 发布于:

Asynchronous Transfer Mode.

ATM是一种传输模式,在这一模式中,信息被组织成信元,因包含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现,这种传输模式是异步的。

ATM是网络新技术,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,从而成为迄今为止适用范围最广、技术最先进、传输效果最理想的网络互联手段。

自Alexander Graham Bell于1870年发明电话后,为有效地连接日益增多的电话用户,电话交换网应运而生。它经历了人工交换,机电式自动交换系统以及数字程控系统发展过程,但电路交换的原理一直未变。随着计算机的普及,电话网通过使用Modem来进行计算机数据传输及数据信息交换,随之产生了公用数据网,其典型的代表是X.25分组交换网,它是基于包交换的一种技术,具有信输可靠性高的优点,但由于Modem速率及交换技术本身限制, X.25只能处理中低速数据流。虽然LAN(局域网)技术的发展突飞猛进,如Ethernet 、Token ring、Token bus等,传输速率已可达千兆,但它局域网的性质本身就大大限制了LAN的大规模的覆盖及应用,LAN一般用于企业内部的数据传送,无法形成广域网的规模。

由此我们不难看出,传统网络普遍存在以下缺陷:第一,业务的依赖性,一般性网络只能用于专一服务,公用电话网不能用来传送TV信号,X.25不能用来传送高带宽的图像和对实时性要求较高的语言信号;第二,无灵活性,即业务拓展的可能性不大,原有网络的服务质量,很难适应今后出现的新业务;第三,效率低,一个网络的资源很难被其它网络共享。

随着社会不断发展,网络服务不断多样化,人们可以利用网络干很多事情,如收发信件、家庭办公、Video on demand、网络电话,这对网络的要求越来越高,有人还不禁提出这样一个想法:能否把这些对带宽、实时性、传输质量要求各不相同的网络服务由一个统一的多媒体网络来实现,做到真正的一线通?回答是肯定的,这就是ATM网。幸运的是,半导体和光纤技术为ATM的快速交换和传输提供坚实的保障。CMOS处理能力已达二三百兆,ECL可达5到10G。SDH和SONET技术提供了大容量的可靠传输,的STM-I标准为155.52M。

ATM是一种面向连接的技术,ATM的逻辑连接称为虚连接(Visual Connection)。虚连接是ATM网络中的基本交换单位,在ATM中的许多操作(如资源分配、业务量控制、服务质量保障等)都是在虚连接的基础上进行的。ATM终端在通信时,首先必须在终端之间建立一条虚连接,用户的数据信元将沿着该连接进行传输。这种面向连接的方式有利于交换节点对信元的高速处理。若采用无连接方式,交换节点则必须完成一些复杂功能,例如目的地址选路等,这些开销无疑将影响转发速度。在ATM中面向连接的方式,每一个虚连接在一条链路上都有一个唯一的标示符来识别,记录在信元头中。交换节点只需简单识别信元头中的虚连接标示,就可进行快速的信元转发。

ATM(Asynchronous Transfer Mode)顾名思义就是异步传输模式,就是国际电信联盟ITU-T制定的标准,实际上在80年代中期,人们就已经开始进行快速分组交换的实验,建立了多种命名不相同的模型,欧洲重在图象通信把相应的技术称为异步时分复用(ATD)美国重在高速数据通信把相应的技术称为快速分组交换(FPS),国际电联经过协调研究,于1988年正式命名为Asynchronous Transfer Mode(ATM) 技术,推荐其为宽带综合业务数据网B-ISDN的信息传输模式。

ATM信元是固定长度的分组,共有53个字节,分为2个部分。前面5个字节为信头,主要完成寻址的功能;后面的48个字节为信息段,用来装载来自不同用户,不同业务的信息。话音,数据,图象等所有的数字信息都要经过切割,封装成统一格式的信元在网中传递,并在接收端恢复成所需格式。由于ATM技术简化了交换过程,去除了不必要的数据校验,采用易于处理的固定信元格式,所以ATM交换速率大大高于传统的数据网,如x.25,DDN,帧中继等。另外,对于如此高速的数据网,ATM网络采用了一些有效的业务流量监控机制,对网上用户数据进行实时监控,把网络拥塞发生的可能性降到最小。对不同业务赋予不同的"特权",如语音的实时性特权最高,一般数据文件传输的正确性特权最高,网络对不同业务分配不同的网络资源,这样不同的业务在网络中才能做到"和平共处"。

左图就是ATM的一般入网方式,与网络直接相连的可以是支持ATM协议的路由器或装有ATM卡的主机,也可以是ATM子网。在一条物理链路上,可同时建立多条承载不同业务的虚电路,如语音,图象,文件传输等。

异步传递模式是现代高速宽带信息传输和交换技术发展过程中的一个重要里程碑。ATM技术是在融合了各种已有的传输交换模式的技术优点的基础上提出的一种统一的宽带通信网络业务。因此,ATM实际上设计到了信息复用、交换和传输等众多方面的技术内容,形成了一系列先进的、严格标准化的但同时也非常复杂的技术和协议体系。从理论上说,ATM技术上的先进性使其成为一种能够适用于网络业务和应用信息的传输模式,但协议复杂性导致了ATM在支持终端业务和应用的开发和部署上存在很大的障碍。但另一方面,ATM技术在发展中所涉及到的一系列关键技术对以后的宽带通信网络(特别是以IP协议为基础的宽带互联网)技术的发展起了巨大的推动作用。ATM中的基本原理、信息复用、服务质量(QoS,Quality of Service)保证、流量控制和拥塞控制技术都已广泛应用在现代互联网技术中。

我们先来看一下ATM简化的协议分层示意图

ATM采用了AAL1、AAL2、AAL3/4、AAL5、多种适配层,以适应A级、B级、C级、D级四种不同的用户业务,业务描述如下:

A 级- 固定比特率(CBR)业务:ATM适配层1(AAL1),支持面向连接的

业务,其比特率固定,常见业务为64Kbit/s话音业务,固定码率

非压缩的视频通信及专用数据网的租用电路。

B 级- 可变比特率(VBR)业务:ATM适配层2(AAL2)。支持面向连接的

业务,其 比特率是可变的。常见业务为压缩的分组语音通信

和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性,其原因是

接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。

C 级- 面向连接的数据服务:AAL3/4。该业务为面向连接的业务,适

用于文件传递和数据网业务,其连接是在数据被传送以前建立

的。它是可变比特率的,但是没是介面传递延迟。

D 级- 无连接数据业务:常见业务为数据报业务和数据网业务。在

传递数据前, 其连接不会建立。AAL3/4或AAL5均支持此业务。

注: ⑴。由于AAL3/4协议技术复杂,于是提出AAL5用来支持C级业务。

⑵. 对于每级的业务,我们还可细分,这里不一一赘述。

LANE指的是LAN Emulation Over ATM,即在ATM网上进行LAN局域网的模拟。

大多数数据都是LAN上传送,例如Ethernet网等。在ATM网上应用LANE技术,我们就可以把分布在不同区域网互联起来,在广域网上实现局域网的功能,对于用户来讲, 他们所接触到仍然是传统的局域网的范畴,根本感觉不到LANE的存在。

LANE技术主要用到了LANE Server,它可以存在于一个或多个交换机内, 也可以放在一台单独的工作站中,LANE Server可简写为LES,主要功能就是进行MAC-to-ATM的地址转换,因为Ethernet用的是MAC地址,ATM用的自己的地址方案,通过LES地址转换可以把分布在ATM边缘的LANE Client之间连接起来。

下图就是LANE的工作方式

1、LAN Switch从Ethernet终端接收到一个帧,这个帧的目的地址是ATM网络另一端的一台Ethernet终端。LEC即LANEClient(它驻留在LAN Switch中)于是就发送一个MAC-to- ATM地址转换请求到LES(LES驻留在ATM Switch中)。

2.LES发送多点组播至网络上的其它LEC。LANE的工作方式

3.在地址表中含有被叫MAC地址的LEC向LEC作出响应。

4.LEC接着便向其它LEC广播这个响应。

5.发送地址转换请求的LEC认知这个响应, 并得到目的地的ATM 地址,接着便通过ATM网建立一条SVC至目的LEC,用ATM信元传送数据。

五、上海ATM骨干网节点介绍

全国ATM骨干网上海节点建于1997年4月, 开通后网络运行稳定。

网络提供交换型虚电路(SVC)和永久型虚电路业务,接口类型支持BNC电口和单、多模光纤, 物理接入速率有2M、34M、155M,能满足任何业务的需求。

ATM是一种关于信息传递模式的技术,其最为突出的特点在于其异步方式,ATM技术具有这样一些特征:

(1)面向分组方式

ATM中采用一种小型分组(信元)来承载用户数据。ATM的各种操作都是围绕信元的交换和处理来设计的。

(2)采用异步时分复用方式

ATM采用了异步时分复用方式。用户信息对带宽的占用时动态分配的,各个用户对传输带宽统计地共享,因此适用于突发业务。为了防止由于异步的工作方式而导致的资源访问抽欧诺个体内,ATM中大量采用了队列来换出暂时无法获得服务的用户信息。

(3) 不提供逐段链路的差错控制和流量控制

在链路(包括交换节点中的内部链路)上出现差错时,ATM交换节点不会进行任何方式的差错恢复。ATM假定网络中的链路质量都很高,差错控制功能实现依赖于端到端的协议,这一点与电路交换是相同的。ATM交换节点也不支持链路上的流(Flow)的控制,系统中的队列有可能因为信息的突发而溢出,导致信元丢失。为了防止这种丢失,ATM提供了预防性措施,那就是面向连接,并在连接建立时检查和分配资源,使这种信元丢失概率控制在很小的范围内。

(4)信元头功能简化

由于不需要逐段链路的差错控制和流量控制,ATM信元头的功能很少,主要功能室根据一个标示符来识别虚连接;另一项功能室检查信元头中的差错,防止错误路由导致的信元丢失或误插。由于信元头功能有限,交换节点的处理十分简单,能以很高的速率(几百兆比特每秒以上)运行,且只有很小的处理和排队时延。

(5)信元的净荷长度较小

为了降低交换节点内部缓冲器的容量,限制信息在这些缓冲区中的排队时延,ATM信元中的净荷(信息字段)相对来说定义得比较小,以保证业务传输中的较小时延和抖动。

全国ATM骨干网上海节点建于1997年4月,开通后网络运行稳定。已与北京、南京、广州、杭州、西安、沈阳、武汉各大局之间直接开通了155M电路,另外还有若干大容量电路开至其它省会城市,全网业已全部联通,规模覆盖全国,具有带宽高、延迟小、无瓶颈等特点,是网络多媒体应用的最佳选择。

网络提供交换型虚电路(SVC)和永久型虚电路业务,接口类型支持BNC电口和单、多模光纤,物理接入速率有2M、34M、155M,能满足任何业务的需求。


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