第二課 異步轉移模式ATM基本概念

課程目的

1． 了解為什么要發(fā)展ATM，能比較ATM和TDM的優(yōu)缺點(diǎn)；
2． UNI和NNI接口
3． ATM的交換機制
4． 區分不同數據類(lèi)型的QoS要求
5． 描述ATM各適配層（AAL0/AAL1/AAL2/AAL5）的功能
6． 討論諸如帶寬、時(shí)延和TDM同步等ATM傳輸問(wèn)題
7． 簡(jiǎn)述ATM的應用

一、 什么是ATM

　　上一節課我們講了ISDN的基本概念。ISDN的目的是實(shí)現各種業(yè)務(wù)綜合，但N-ISDN是以電話(huà)網(wǎng)為基礎的，基本保持了現有電信網(wǎng)絡(luò )和數據網(wǎng)絡(luò )等通信網(wǎng)絡(luò )的結構和特性，這使得N-ISDN的有很多局限性：

(1) 傳送速率低，只能處理1.5-2MBPS速率以?xún)鹊臉I(yè)務(wù)；
(2) 中繼網(wǎng)種類(lèi)繁多，網(wǎng)絡(luò )管理復雜，可擴展性差；
(3) 信道速率的等級不適應未來(lái)高速、可變速率的新業(yè)務(wù)。

為此，原CCITT建議了B-ISDN。

　　以異步轉移模式ATM作為其核心技術(shù)B-ISDN，能

(1) 在UNI接口上提供任意速率的業(yè)務(wù)；
(2) 提供各種連接形態(tài)；
(3) 信息傳送的延時(shí)小；
(4) 能支持各種數據傳輸速率（未定、可變、固定）類(lèi)型，見(jiàn)ATM的適配層和QoS (我們將在本課第三節介紹)

1. 為什么選擇ATM？

(1) 電路傳送模式和分組傳送模式

　　在通信網(wǎng)絡(luò )發(fā)展過(guò)程中，出現了多種信息傳輸方式，它們分別適應不同業(yè)務(wù)速率，如下圖所示。這里只對比電路傳送模式和分組傳送模式兩個(gè)極端情況，對其他模式，讀者可以自行參照下圖和相關(guān)資料。

圖 1

i. 電路傳送模式，也就是電路交換模式（CSM：Circuit Switching Mode）+時(shí)分復用傳輸（TDM：Time Division Multiplexing）。其基本特點(diǎn)是，對任意特定的通話(huà)呼叫，為其分配一個(gè)固定速率的信道資源，且在整個(gè)通話(huà)期間專(zhuān)用。在數字模式下，通信雙方的信息以周期出現的固定時(shí)隙為傳輸載體，故稱(chēng)為同步轉移模式（STM：Synchronous Transfer Mode）。

圖 2

缺點(diǎn)：由于STM下每個(gè)通路長(cháng)期占有固定帶寬的資源，而幾乎所有通信類(lèi)型的數據率都是可變的，所以資源利用率低，極不經(jīng)濟。

ii. 分組傳送模式：這里是指傳統的分組交換網(wǎng)X.25等。任何通信雙方間都無(wú)需保持固定的通信鏈路，僅在需要發(fā)送數據時(shí)才向網(wǎng)絡(luò )提交數據，甚至數據塊的大小（Packet Size）可變。所以該模式（在物理設備傳輸容量下）可以適應任意的傳輸速率，且基于統計復用模式極大地提高了資源利用率。 缺點(diǎn)：分組交換網(wǎng)的固有優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也是它的固有缺點(diǎn)，它雖然實(shí)現了資源利用率的極大提高，但其中流控、差錯控制等程序復雜，同時(shí)同一通信進(jìn)程中的數據傳輸是異步的、時(shí)延大。所以不適應對時(shí)延敏感的通信業(yè)務(wù)，如電話(huà)、圖像、視頻通信等。

(2) TDM回顧

• 復用

　　TDM就是時(shí)分復用模式。它把若干不同通道（Channel）的數據按照固定位置分配時(shí)隙（TimeSlot：8Bit數據）合在一定速率的通路（Path）上。每一個(gè)時(shí)隙的速率為一個(gè)標準的PCM（Pulse-Code-Modulation）話(huà)路64Kbps。每通道時(shí)隙的重復頻率為T(mén)s=8KHz，即幀周期為125us。如圖2所示。通常把若干通話(huà)復用在一起以后的通路組稱(chēng)為一個(gè)基本群路，然后更大的通路均在此基礎上進(jìn)一步復用（4倍）為高次群。其中的時(shí)隙數即復用的通道數與時(shí)鐘有關(guān)。國際上有兩個(gè)不同的基群標準（PRI：Primary Rate Interface）。美國和日本采用24支路標準，我國采用歐洲標準，使用32路標準，分別記為：

　　E1：32路，32×64Kbps＝2.048Mbps，
　　T1：24路，24×64Kbps＝1.544Mbps。

• 交換

　　直接把要交換的Channel的對應時(shí)隙的數據拷貝到通路（或另一通路）中要交換的時(shí)隙位置即可。下圖3顯示了兩個(gè)E1支路上不同通道（Channel）間的交換情況。

 

圖 3

(3) ATM和TDM的比較

a. TDM是同步傳輸模式。

• TDM是為實(shí)時(shí)話(huà)音數據傳送而設計的，因此，
• TDM以基本帶寬為固定的64Kbps信道為單元，
• 在復用過(guò)程中各信道的位置（時(shí)隙：TimeSlot）固定，而且各通信雙方在通信中獨占信道，故而，
• TDM在傳輸對時(shí)延不敏感的數據流時(shí)效率很低。

b. ATM本質(zhì)上是一個(gè)異步傳送技術(shù)

• ATM能同時(shí)傳輸實(shí)時(shí)數據和非實(shí)時(shí)數據；
• 沒(méi)有特定時(shí)隙或專(zhuān)用信道的概念；
• 靈活的帶寬分配和高的信道資源使用率；
• 同時(shí)對不同的業(yè)務(wù)能提供相應的QoS保證。

2. ATM的定義

　　ATM即Asynchronous Transfer Mode，譯為異步轉移模式，或稱(chēng)為異步傳輸模式、異步傳送模式。ATM是B-ISDN的核心技術(shù)。如前所述，電路交換和分組交換都不能適應未來(lái)的寬帶、多速率、不同QoS業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。為此，逐漸推出了各種傳輸模式。其中最有吸引力的便是ATM。它們的相互關(guān)系可以簡(jiǎn)明地表示如下。

圖 4

異步轉移模式ATM定義，歸結為：

　　(1) 面向連接的快速分組交換技術(shù)（Connection-oriented, high-speed packet switching）。

　　(2) 基于固定長(cháng)度信元的異步傳輸技術(shù)（53-byte celled streaming）。各種類(lèi)型的信息流（包括語(yǔ)音、數據、視頻等）均被適配成固定長(cháng)度的（53字節）的"信元"（Cell）中進(jìn)行傳輸。信元是同步定時(shí)發(fā)送的，但信元所包含的信息之間卻是異步，即不保證原來(lái)的信息順序到達目的地。

ATM技術(shù)規范由ATM論壇和ITU-T標準給出。

3. ATM的特點(diǎn)

• 可同時(shí)傳送包括語(yǔ)音、數據、視頻等多種話(huà)音和非話(huà)業(yè)務(wù)。
• 可提供各種可能的服務(wù)質(zhì)量選擇（QoS：Quality of Services），包括不變速率傳輸、可變速率傳輸：
  
  
  • i. 根據傳輸業(yè)務(wù)類(lèi)型選擇信息速率。
  • ii. 在每次連接發(fā)起時(shí)臨時(shí)協(xié)商確定一個(gè)所需的速率（并且可變），通常稱(chēng)為未定速率。
    
    
• 可提供Mbps到Gbps的各種速率。
• 可用于同軸纜、光纖和普通雙絞線(xiàn)纜介質(zhì)。
• 可以作為L(cháng)AN或WAN的基礎技術(shù)，即構成所謂IPoATM網(wǎng)絡(luò )。