随着通信技术的发展,传输、复用和三者的关系越来越密切,以致逐渐不可分割。近年来,人们用“转移模式”一词来统一描述通信网中的传输、复用和这3个部分。转移模式可以分为同步转移模式(STM)和异步转移模式(ATM)两类。
STM为采用空间或时间上固定信道的电路交换方式,如目前的电话网,在呼叫建立后通话双方占用一对固定的64 kbit/s时隙(通路)。
ATM采用时隙按需分配、统计复用的高速分组交换方式。
现有数据网上的X.25和帧中继都是采用统计复用分组交换技术,其接口速率可变、通道利用率高,但时延过大,不适合实时通信;而现有电话网上的电路交换技术时延小,适合实时通信,但接口速率固定、通道利用低。两者均不适合传输和交换语音、图像和数据等综合业务信息。ATM综合了分组交换和电路交换两者的优点,为B-ISDN提供了一种理想的转移模式。
1 ATM信元
ATM的基本特征为传输、复用和交换都是以固定长度的信元(cell)为统一的信息单位。即从发送端到接收端所传送的信息全部以信元的形式出现。
ATM信元由信头(H)和信息字段(INF,净负荷)两部分组成。其中,信头包括地址(VPI和VCI)以及其它必要的控制信息;有效信息字段可携带不同类型的用户信息,包括数字化的话音、活动图像和数据等信息。
ATM信元可分为承载用户信息信元、信令信元、空闲信元和运行维护信元。
2 ATM分层结构
(1) 用户层
ATM用户层的主要功能是为用户提供高速数据、语音、图像等宽带综合业务。
(2) 适配层
ATM适配层的主要功能为适配从用户平面来的数据、音频、视频等信号,以形成ATM层所需的数据格式。每种信号要求对ATM网络有不同的适配。
一般而言,不同类别的业务具有不同的网络需求。例如,根据源业务流模式,可将业务分为支持固定比特率(CBR)业务和可变比特率(VBR)业务;根据端到端的定时关系,可将业务分为连续性业务和突发性的业务;根据连接模式,可将业务分为面向连接业务和面向无连接业务。因此,ATM定义了几种不同的AAL类型,用以支持不同类别的业务。目前已定义的AAL服务类别有AAL 1~5,其中AAL5能支持所有类型的AAL服务,因此获得了广泛的应用。
(3) ATM层
ATM层的基本功能是负责生成信元。它接收来自AAL层的48个字节净荷,并附加上相应的5字节的信元头,以形成信元传送给物理层。
(4) 物理层
ATM物理层是ATM模型的最底层,它由传输汇聚层和物理介质子层组成,ATM物理层负责ATM信元的线路编码,并将信元递交给物理介质。传输汇聚层从ATM层接收信元,组装成适当格式后传送给物理介质子层。在无信息传输时,由传输汇聚层插入空闲信元,以保持信元流的连续。在接收端,传输汇聚层从来自物理介质子层的比特流中提取信元,验证信元头,删去空闲信元,将有效信元传递给ATM层。
3 虚信道(VP)与虚通路(VC)
ATM采用面向连接的虚电路分组交换技术,即发端要与收端通信时,控制部分在通信建立之前通过收发双方信令信元的传递,建立一条端到端的虚电路。在虚电路建立后,ATM采用两级选路方式,即ATM虚电虚信道(VP)和虚通路(VC)两部分组成。对于ATM骨干网,进入交换机的VC可能有成千上万条,若对每个VC连接(VCC)都维护一个信息端口,必然会加大交换机的负担,因此在ATM中将同一物理路由的VC群组成一条VP连接(VPC)。ATM物理链路可同时支持多个VP连接,而一个VP中同时又有多个VC连接。
虚信道中的VP节点设备为VP交换机或DXC设备,其作用是将一段段不同VPI的VPC连接起来,形成一条源端到目的端VC交换机之间的虚电路;虚通路中的VC节点设备为VC交换机或DXC设备,其作用是将一段段不同VCI的VCC连接起来,形成一条端到端的虚电路。在这里应注意的是,VCC在经过交换后需重组为新的VPC,因此在VC节点设备中包含了VP交换和VC交换两级交换机制。这类似于既包含64 kbit/s链路交叉又包含2 Mbit/s链路交叉的DXC4/1设备,而VP节点设备则类似于只包含2 Mbit/s链路交叉的DXC4/4设备。
为了完成VP节点设备两侧不同VPI链路的连接,在VP节点设备中存有VPI的标记路由表。同理,在VC节点设备中存有的VCI/VPI的标记路由表。
4 ATM交换原理
4.1 ATM交换机的基本组成
在ATM交换机上连接用户线与中继线,所传送的数据单元都是ATM信元。因此对ATM交换机而言,在很多情况下不必区分用户线与中继线,而仅需区分ATM的入线与出线。ATM交换机的任务就是根据输入信元的VPI和VCI,将该信元送到相应的出线。
(1) 入线处理与出线处理
入线处理部件对入线上的ATM信元进行处理,使它们成为适合交换单元进行交换的形式,并完成同步和对齐等工作。出线处理部件对交换单元送出的ATM信元进行处理,以转换成适合在线路上传输的形式。
(2) 交换单元
交换单元的结构可以分为空分交换和时分交换两大类。交换单元的任务是将入线上的ATM信元,根据信头的VPI/VCI转送到相应的出线上。此外,ATM交换单元还应该具备ATM信元的复制功能,以支持多播业务。
(3) 控制单元
ATM控制单元的任务是对交换单元的动作进行控制。由于控制交换单元动作的信令和运行、维护等信息都是以ATM信元的形式传送的,因此ATM控制单元应具有接收和发送ATM信元的能力。
在ATM交换单元中,控制部分根据信头地址(VPI或VCI)查找地址映射表,改写信头地址,并送往相应端口输出。整个交换过程十分简单,可以采用硬件寻址和并行交换方式,极大地提高了ATM信元的交换速度。
4.2 VP交换与VC交换
在VP交换机中根据VP连接的目的地(VC交换机),将输入信元的VPI值改为可以导向目的地的新VPI值,改写信头后在所选择的路由上输出(在此过程中VCI不变)。
在VC交换机中根据VC连接的目的地(用户端),将输入信元的VCI值改为可以导向目的地的新VCI值,改写信头后进入新的VPI信道,因此需同时改写VPI。
4.3 ATM用户线
ATM用户线一般连接ATM接入交换机,其速率通常为155 Mbit/s。在ATM用户线上,信元传输同样也可以分为虚信道和虚通路,并具有用户专有的VPI和VCI。
4.4 接续过程
虚电路建立后,需要传送的信息将被分割成53个字节的ATM信元,经ATM网络传送给对方。若发送端有一个以上应用信息同时发送,则需建立到达不同目的地的不同虚电路,应用信息交替送出。
采用交换虚电路工作方式的ATM网一次典型的端到端全程连接的VPH(VP处理)为VP交换机或DXC设备,VPH根据VPI选路;VCH(VC处理)为VC交换机,VCH根据VCI选路;接入交换机相当于电话网中的用户交换机。
5 ATM本地网结构
ATM本地网由交换机组网。ATM网络结构示例中采用了ATM over SDH技术,即由SDH自愈环组成传输网,业务节点设备为VC交换机,接入接点采用ATM接入交换机。
目前,ATM到桌面的问题尚未解决,因此ATM的业务接入均由ATM接入交换机来完成。ATM接入交换机通过ATM适配层提供IP、FR、电路仿真E1/E3、Ethernet、X.25等业务接口,可提供Internet的高速接入、局域网互联、语音、高清晰度电视、点播电视、会议电视等宽带业务。ATM本地网一般情况下可称为B-ISDN城域网。
由上可见,ATM具有分组交换和电路交换两者的优点,适合传送各种实时、非实时的电信级业务。但ATM存在信令复杂、实现困难、价格高和ATM信元到桌面还有困难等问题。另外,ATM信元不能通过其它数据网,因此ATM网只能以孤岛形式存在。而遵循TCP/IP的IP包可以通过底层的任何数据网,所以IP网迅速发展成为世界性的大网。现在人们普遍认为,IP网在解决QoS后有望代替ATM网,融合现在和未来所有的业务网络,成为一个世界范围的宽带综合业务网络。
当前ATM网络大多作为IP网的底层网络,以计算机子网的形式存在,利用其3层提供IP业务、2层提供ATM业务。
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