第三章 数据链路层（ATM教程）

一、ATM中的数据链路层

ATM物理层大体包括了OSI物理层 和数据链路层，包括功能像OSI物理层的物理介质决定了子层和与数据链路功能一样的传输汇集（TC）子层。对于ATM，没有特殊的物理层特性。相反，是由SONET，FDDI及其他传输系统运送ATM信元的。因此，我们这里将集中于TC子层的数据链路功能。

当一个应用程序产生了一条要发送的消息后，此消息要进入传输线路上，向下传到ATM协议栈，加上头部和尾部，并把分段放入ATM信元中。最后，这些信元到达TC子层进行传输。让我们看一下出了门后，在路上所发生的事情。

第一步是进行头部的校验和。每个信元都有一个5字节的头部，头部中包括4字节的虚拟电路及控制信息和1字节的校验和。校验和只包括了前4个头部字节，而不占用有效载荷字节。它是由32个头部位除以多项式x^8+x^2+x+1后，所得的余数构成的。校验和加上常数01010101。

做出只校验头部的决定，是为了减少由于头部错误，而造成不正确传递信元的可能，也为了避免其校验开始要大得多的有效载荷字段的校验。如果确需校验有效载荷字段，就要上到较高的层上完成这一功能。由于校验和字段只位于头部，因此这8位校验和字段被称为头部错误控制HEC（header error control）。

一旦产生出HEC，并插入信元头部，那么此信元就作好了发送准备。传输手段分成两组：异步的和同步的。当使用异步方式时，只要准备好了发送它，就可以发送，没有时间限制。

使用同步方式，信元就必须按照事先确定的时间节拍发送。如果在需要时无数据信元可用，TC子层就必须发明一个，这种信元称为空闲信元（idle cell）。

无数据信元的另一种类型是操作和维护OAM（operation and maitenance）信元。ATM机制也使用OAM信元来交换控制及其他必需的信息，以保证系统的运行。把ATM输出速率与从事传输系统的速率相匹配是TC子层的重要任务。

在接收方，空闲信元在TC子层中进行处理，但OAM信元交给了ATM层。

TC子层的另一项重要任务是：如果有的话，针对从事传输的系统，产生成帧信息。比如，一个ATM摄象机在线路上只产生一系列信元，但它也可能用ATM信元产生SONET帧，嵌入SONET有效载荷中。在后一种情况下，TC子层将产生SONET或帧，并把ATM信元打包，这并不完全是一个不必要的步骤，因为SONET有效载荷不能支持53字节信元的整数倍。

尽管电话公司明确地使用SONET作为ATM的传输系统，但是也可以定义成把ATM对应到其他系统的有效载荷字段，并且这种新帧已在工作。尤其是，映射成T1，T3或FDDI帧也是可以的。

在输出处，TC子层的工作是取得一系列信元，在每个信元上增加一个HEC，把此结果转变成比特流，并通过加入OAM信元，将比特流匹配为进行物理传输系统的速率。在输入处，TC层准确地进行逆变换。它取来到达的比特流，设定信元边界，确定信元头（丢弃拥有不合法头部的信元），处理OAM信元，并把数据信元上传给ATM层。

最困难的部分是在到来的比特流中设定信元边界。在某些情况下，进行传输的物理层提供了帮助。然而，有时物理层对成帧并不能提供帮助。这时应该怎么办？

技巧是使用HEC。随着比特流到达TC子层，保留一个40位移位寄存器，比特流从左边进入，右边出来。TC子层然后审查这40位，看是否可能存在一个合法的信元头部。如果有，最右边的8位将是合法的HEC，而最左边的32位则不是。如果不存在这种情况，则缓冲区没有存在一个合法信元，在这种情况下，缓冲区中所有的位都向右移动一位，使得后端空出一位，于是一个新的输入位就加到最左端。不断重复此过程，直到定位一个合法的HEC。此时，明确了信元边界，因为移位寄存器包括了一个有效的头部。