第4章分組交換技術(shù)154

第4章分組交換技術(shù)?提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)的電話(huà)網(wǎng)采用電路交換技術(shù)，而數(shù)據(jù)通信網(wǎng)采用分組交換技術(shù)。?數(shù)據(jù)通信具有突發(fā)性強(qiáng)，對(duì)差錯(cuò)敏感，對(duì)時(shí)延不敏感等業(yè)務(wù)特征。概述4.1分組交換原理4.2X.25建議4.3幀中繼技術(shù)4.4ATM交換技術(shù)4.54.1概述?分組交換產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，是繼電路交換和報(bào)文交換之后出現(xiàn)的、針對(duì)數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)的一種信息交換技術(shù)。?在數(shù)據(jù)通信中，分組交換比電路交換具有更高的效率，可以在多個(gè)用戶(hù)之間實(shí)現(xiàn)資源共享；同時(shí)，分組交換比報(bào)文交換的傳輸時(shí)延小。?因此，分組交換是一種理想的數(shù)據(jù)交換方式。?X.25定義的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE，DataTerminalEquipment）和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE，DataCircuit-terminatingEquipment）之間的接口，曾經(jīng)是廣泛使用的分組網(wǎng)協(xié)議。?隨著電信網(wǎng)向?qū)拵Щ?、綜合化和智能化發(fā)展，相繼出現(xiàn)了一些分組交換的改進(jìn)技術(shù)，如幀中繼、ATM交換等。?數(shù)據(jù)通信采用分組交換而不是電路交換或報(bào)文交換，主要基于以下原因：（1）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有很強(qiáng)的突發(fā)性，采用電路交換，信道利用率太低；采用報(bào)文交換方式，時(shí)延又較長(zhǎng)，不適于實(shí)時(shí)交互型業(yè)務(wù)。（2）電路交換只支持固定速率的數(shù)據(jù)傳輸，要求收發(fā)雙方嚴(yán)格同步，不適應(yīng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中終端間異步、可變速率的通信要求。（3）話(huà)音通信對(duì)時(shí)延敏感，對(duì)差錯(cuò)不敏感，而數(shù)據(jù)通信對(duì)一定的時(shí)延可以忍受，但關(guān)鍵數(shù)據(jù)的一個(gè)比特錯(cuò)誤都可能造成災(zāi)難性后果。4.2分組交換原理?分組交換的基本思想是把用戶(hù)需要傳送的信息分成若干個(gè)較小的數(shù)據(jù)塊，即分組（Packet）。?這些分組長(zhǎng)度較短，并且具有統(tǒng)一的格式，每個(gè)分組包含用于控制和選路作用的分組頭。采用分組交換的通信網(wǎng)稱(chēng)為分組交換網(wǎng)。?這些分組以“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。?即每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先對(duì)收到的分組進(jìn)行暫存，檢測(cè)分組在傳輸中有無(wú)差錯(cuò)，分析分組頭中的選路信息，進(jìn)行路由選擇，并在選擇的路由上進(jìn)行排隊(duì)，等到信道有空閑時(shí)才向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)或目的終端轉(zhuǎn)發(fā)。?分組交換的技術(shù)特點(diǎn)歸納如下：（1）統(tǒng)計(jì)復(fù)用。（2）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。（3）差錯(cuò)和流量控制。4.2.1統(tǒng)計(jì)復(fù)用?在數(shù)字通信中，為了提高通信線路的利用率，采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)進(jìn)行信息傳送。?時(shí)分復(fù)用分為同步時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。?分組交換采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，它在給用戶(hù)分配線路資源時(shí)，不像同步時(shí)分復(fù)用那樣固定分配帶寬，而是按需動(dòng)態(tài)分配。?即只在用戶(hù)有數(shù)據(jù)傳送時(shí)才給它分配資源，因此線路利用率較高。圖4-1統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用示意圖4.2.2邏輯信道?在統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用中，對(duì)各個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)信息應(yīng)該如何區(qū)分呢？通常使用標(biāo)記進(jìn)行區(qū)分。?這樣，在一條共享的物理線路上，就形成了邏輯上分離的多條信道。?如圖4-2所示，在高速?gòu)?fù)用線上形成了分別為三個(gè)用戶(hù)傳輸信息的子信道，這種子信道稱(chēng)為邏輯信道，用邏輯信道號(hào)（LCN，LogicalChannelNumber）標(biāo)識(shí)。?邏輯信道號(hào)由邏輯信道群號(hào)及群內(nèi)邏輯信道號(hào)組成，二者統(tǒng)稱(chēng)為邏輯信道號(hào)LCN。圖4-2邏輯信道劃分示意圖?邏輯信道具有如下特點(diǎn)：（1）由于分組交換采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，因此終端每次呼叫時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)時(shí)的資源情況分配LCN。（2）邏輯信道號(hào)是在用戶(hù)至交換機(jī)的用戶(hù)線或交換機(jī)之間的中繼線上分配的，用于代表子信道的一種編號(hào)資源，每條線路上邏輯信道號(hào)的分配是獨(dú)立的。（3）邏輯信道號(hào)是一種客觀存在。4.2.3虛電路與數(shù)據(jù)報(bào)?分組交換網(wǎng)采用兩種工作方式向用戶(hù)提供信息傳送服務(wù)，一種是虛電路，另一種是數(shù)據(jù)報(bào)。1．虛電路方式?所謂虛電路方式，就是在用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸前先通過(guò)發(fā)送呼叫請(qǐng)求分組建立端到端的虛電路；一旦虛電路建立，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組均沿著這一虛電路傳送；最后通過(guò)呼叫清除分組來(lái)拆除虛電路。?在這種方式中，用戶(hù)的通信過(guò)程需要經(jīng)過(guò)連接建立、數(shù)據(jù)傳輸、連接拆除三個(gè)階段。?因此，虛電路提供的是面向連接服務(wù)。圖4-3虛電路工作方式?虛電路服務(wù)具有如下特征：（1）虛電路的路由選擇僅僅發(fā)生在虛電路建立時(shí)，此過(guò)程稱(chēng)為虛呼叫；在后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，路由不再改變，因此可以減少節(jié)點(diǎn)不必要的控制和處理開(kāi)銷(xiāo)。（2）由于屬于同一呼叫的所有分組經(jīng)由同一路徑，這些分組將按原有順序到達(dá)目的地，終端不需要重新排序，因此分組的傳輸時(shí)延較小。（3）虛電路建立以后，每個(gè)分組頭中不再需要包含詳細(xì)的目的地址，而只需邏輯信道號(hào)就可以區(qū)分各虛電路的信息，減少了每個(gè)分組的額外開(kāi)銷(xiāo)。（4）虛電路是由多段邏輯信道級(jí)聯(lián)而成的，虛電路在它經(jīng)過(guò)的每段線路上都有一個(gè)邏輯信道號(hào)，這些信道號(hào)級(jí)聯(lián)便構(gòu)成了端到端的虛電路。?因此，邏輯信道是基于段來(lái)劃分的，而虛電路則是端到端的。（5）虛電路的缺點(diǎn)是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中線路或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可能導(dǎo)致虛電路中斷，必須重新建立連接才能恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。（6）虛電路適用于連接建立后長(zhǎng)時(shí)間傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用，其持續(xù)時(shí)間應(yīng)顯著大于呼叫建立時(shí)間，如文件傳送、傳真等。?否則傳輸效率較低，虛電路的優(yōu)勢(shì)無(wú)法得到體現(xiàn)。?虛電路分為交換虛電路（SVC，SwitchedVirtualCircuit）和永久虛電路（PVC，PermanentVirtualCircuit）兩種。2．?dāng)?shù)據(jù)報(bào)方式

圖4-4數(shù)據(jù)報(bào)工作方式?數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)具有如下特點(diǎn)：（1）用戶(hù)之間的通信不需要連接建立和拆除過(guò)程，就可以直接傳輸數(shù)據(jù)，因此對(duì)于短報(bào)文通信效率較高。（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)分組地址信息自由地選路，可以避開(kāi)網(wǎng)絡(luò)中的擁塞路段或節(jié)點(diǎn)，因此網(wǎng)絡(luò)的健壯性較好。對(duì)于分組的傳送比虛電路更為可靠，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，分組可以通過(guò)其他路由傳送。（3）缺點(diǎn)是分組到達(dá)與發(fā)送順序不一定一致，終點(diǎn)需要重新排隊(duì)；并且每個(gè)分組的分組頭要包含詳細(xì)的目的地址，因此分組和節(jié)點(diǎn)的處理開(kāi)銷(xiāo)較大。（4）數(shù)據(jù)報(bào)適用于短報(bào)文的數(shù)據(jù)通信，如詢(xún)問(wèn)/響應(yīng)型業(yè)務(wù)等。4.2.4路由選擇1．路由選擇時(shí)需要考慮：（1）路由選擇準(zhǔn)則。（2）路由選擇協(xié)議。（3）路由選擇算法。2．路由選擇算法（1）固定型算法。①洪泛法②隨機(jī)路由選擇③固定路由表算法圖4-5固定路由表算法示例?表4-1所示為網(wǎng)絡(luò)控制中心計(jì)算得到的全網(wǎng)的路由表。?該表列出了所有節(jié)點(diǎn)到各個(gè)目的節(jié)點(diǎn)所確定的路由。?實(shí)際上，對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)僅需存儲(chǔ)其中相應(yīng)的一列即可。（2）自適應(yīng)路由選擇。①故障。②擁塞。?到目前為止，自適應(yīng)路由選擇策略使用最為普遍，其原因如下：①?gòu)挠脩?hù)的角度來(lái)看，自適應(yīng)路由選擇策略能夠提高網(wǎng)絡(luò)性能。②自適應(yīng)路由選擇有助于平衡負(fù)荷，因而有利于擁塞控制，能夠延遲嚴(yán)重?fù)砣陌l(fā)生。（3）最短路徑算法。4.2.5流量控制與擁塞控制

?流量控制與擁塞控制是分組交換網(wǎng)必須具備的功能特性。1．流量控制的作用（1）防止由于網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)過(guò)載而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降和傳輸時(shí)延增加。圖4-6分組吞吐量、時(shí)延與輸入負(fù)荷的關(guān)系（2）避免網(wǎng)絡(luò)死鎖。（3）網(wǎng)絡(luò)及用戶(hù)之間的速率匹配。2．流量控制的層次?如圖4-7所示，流量控制分為：段級(jí)、沿到沿級(jí)、接入級(jí)和端到端級(jí)。圖4-7分級(jí)流量控制機(jī)制3．流量控制方法（1）滑動(dòng)窗口機(jī)制。（2）緩沖區(qū)預(yù)約方式。（3）許可證法。4．擁塞控制方法（1）從擁塞節(jié)點(diǎn)向一些或所有的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制分組。（2）根據(jù)路由選擇信息調(diào)整新分組的產(chǎn)生速率。（3）利用端到端的探測(cè)分組來(lái)控制擁塞。（4）允許節(jié)點(diǎn)在分組經(jīng)過(guò)時(shí)添加擁塞指示信息。4.3X.25建議?X.25是ITU-T（CCITT）早在1976年就制定出的一個(gè)著名協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。?它是一個(gè)公用分組交換網(wǎng)的接口規(guī)范，在推動(dòng)分組交換網(wǎng)的發(fā)展中做出了很大的貢獻(xiàn)。?由于現(xiàn)在已經(jīng)有了性能更好的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，X.25的應(yīng)用已經(jīng)很有限，因此本節(jié)只對(duì)X.25建議做簡(jiǎn)單的介紹。?根據(jù)ITU-T給出的定義，X.25是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）之間的接口，為公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在分組模式下提供終端操作。?因此，X.25建議只是定義了網(wǎng)絡(luò)與終端的接口應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)。?X.25是在傳輸線路質(zhì)量較差、終端智能較低、對(duì)通信速率要求不高的歷史背景下，由ITU-T的前身CCITT按照電信級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制定的，含有復(fù)雜的差錯(cuò)控制和流量控制機(jī)制，只能提供中低速率的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，主要用于廣域互連。4.3.1分層協(xié)議結(jié)構(gòu)圖4-8X.25的分層協(xié)議結(jié)構(gòu)?X.25的鏈路層采用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（HDLC）的子集—平衡型接入?yún)f(xié)議（LAPB），而LAPB采用的是HDLC的幀結(jié)構(gòu)。4.3.2LAPB的幀結(jié)構(gòu)圖4-9LABP幀結(jié)構(gòu)（1）標(biāo)志（F）。（2）地址字段（A）。（3）控制字段（C）。①信息幀I（Informationframe）②監(jiān)控幀S（Supervisoryframe）③無(wú)編號(hào)幀U（Unnumberedframe）（4）信息字段（I）。（5）幀校驗(yàn)序列（FCS，F(xiàn)rameCheckSequence）。4.3.3鏈路層操作過(guò)程（1）鏈路建立。圖4-10數(shù)據(jù)鏈路操作的三個(gè)階段（2）信息傳輸。（3）鏈路斷開(kāi)過(guò)程。（4）鏈路恢復(fù)。4.3.4分組層?X.25的分組層利用鏈路層提供的服務(wù)在DTE-DCE接口上交換分組。?它將一條數(shù)據(jù)鏈路按統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的方式劃分為許多個(gè)邏輯信道，允許多個(gè)終端同時(shí)使用高速的數(shù)據(jù)信道，以充分利用邏輯鏈路的傳輸能力和交換機(jī)資源，實(shí)現(xiàn)通信能力和資源的按需分配。?分組層的功能如下。（1）在X.25接口為每個(gè)用戶(hù)呼叫提供一個(gè)邏輯信道，并通過(guò)邏輯信道號(hào)（LCN）區(qū)分與每個(gè)用戶(hù)呼叫有關(guān)的分組。（2）為每個(gè)用戶(hù)的呼叫連接提供有效的分組傳輸，包括順序編號(hào)、分組的確認(rèn)和流量控制。（3）支持交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC），提供建立和清除連接的方法。（4）監(jiān)測(cè)和恢復(fù)分組層的差錯(cuò)。1．分組單元格式?X.25分組層定義了分組的類(lèi)型和功能。?分組格式如圖4-11所示，它由分組頭和數(shù)據(jù)兩部分組成。圖4-11分組單元格式?各部分定義如下。（1）通用格式標(biāo)識(shí)符（GFI）。（2）邏輯信道群號(hào)（LCGN）和邏輯信道號(hào)（LCN）。（3）分組類(lèi)型識(shí)別符。2．分組層操作過(guò)程（1）SVC呼叫建立過(guò)程。

圖4-12呼叫建立過(guò)程

圖4-13呼叫請(qǐng)求分組格式（2）SVC數(shù)據(jù)傳輸階段。圖4-14分組類(lèi)型識(shí)別符（3）SVC的呼叫清除過(guò)程。圖4-15呼叫清除過(guò)程4.4幀中繼技術(shù)4.4.1幀中繼基本概念?20世紀(jì)80年代以來(lái)，數(shù)字通信、光纖通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)終端的智能化和處理能力不斷提高，使得終端系統(tǒng)完全有能力完成部分原來(lái)由分組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所完成的功能。?例如，端系統(tǒng)可以進(jìn)行差錯(cuò)糾正等。?此外，高性能光纖傳輸系統(tǒng)的大量使用，使得傳輸質(zhì)量有了極大的提高，從而可以把差錯(cuò)糾正放到端系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)，以提高節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)效率。?因此，人們提出了新的快速分組交換技術(shù)——幀中繼。?幀中繼的設(shè)計(jì)思想非常簡(jiǎn)單，將X.25協(xié)議在每段鏈路上執(zhí)行的差錯(cuò)控制推到網(wǎng)絡(luò)邊緣的終端去完成，網(wǎng)絡(luò)只進(jìn)行差錯(cuò)檢查，從而簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn)間的處理，以獲得高速的轉(zhuǎn)發(fā)。?幀中繼具有如下技術(shù)特點(diǎn)。1．?dāng)?shù)據(jù)傳送協(xié)議大為簡(jiǎn)化

圖4-16X.25與幀中繼協(xié)議功能比較2．用戶(hù)平面和控制平面的分離

圖4-17幀中繼用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議結(jié)構(gòu)4.4.2協(xié)議結(jié)構(gòu)與幀格式?與X.25相比，幀中繼只使用物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的部分功能。?如圖4-18所示，采用TDM技術(shù)的電路交換僅完成物理層功能，而X.25完成下三層的所有功能，幀中繼僅完成下兩層核心功能。圖4-18幀中繼與其他協(xié)議參考模型的比較1．幀結(jié)構(gòu)

圖4-19幀中繼的幀結(jié)構(gòu)（1）標(biāo)志字段（F）（2）地址字段（A）（3）信息字段（I）（4）幀校驗(yàn)序列（FCS）字段圖4-20幀中繼地址字段格式2．幀中繼相關(guān)協(xié)議（1）數(shù)據(jù)鏈路核心協(xié)議。（2）呼叫控制協(xié)議。（3）本地管理協(xié)議（LMI，LocalManagementInformation）。4.4.3幀中繼交換原理?實(shí)際的幀中繼網(wǎng)是一個(gè)虛電路網(wǎng)絡(luò)，提供面向連接服務(wù)，不提供無(wú)連接服務(wù)。?所以它不使用物理地址來(lái)定義終端（DTE）。?像其他虛電路網(wǎng)絡(luò)一樣，使用虛電路標(biāo)識(shí)符。?幀中繼的虛電路標(biāo)識(shí)符是在數(shù)據(jù)鏈路層操作的，而在X.25中虛電路是在網(wǎng)絡(luò)層（分組層）操作的。

?幀中繼的虛電路是用DLCI來(lái)定義的。?當(dāng)網(wǎng)絡(luò)建立一條虛電路時(shí)，就給DTE一個(gè)DLCI編號(hào)，該編號(hào)可用于訪問(wèn)遠(yuǎn)端的DTE。?本地DTE用這個(gè)DLCI發(fā)送幀到遠(yuǎn)端的DTE。?幀中繼網(wǎng)中，由多段DLCI的級(jí)聯(lián)構(gòu)成端到端的虛電路，可分為交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）。?由于標(biāo)準(zhǔn)的成熟程度、用戶(hù)需求和產(chǎn)品情況等原因，目前只提供永久虛電路服務(wù)。1．永久虛電路PVC

圖4-22PVC虛電路及其DLCI圖4-23幀中繼PVC標(biāo)識(shí)2．連接標(biāo)識(shí)DLCI

圖4-24網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的DLCI3．幀中繼交換操作

圖4-25幀中繼交換示意圖4.4.4帶寬管理和擁塞控制?由于幀中繼網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有流量控制措施，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量超過(guò)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生擁塞，造成大量用戶(hù)信息得不到及時(shí)處理而被丟失，網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降，用戶(hù)信息傳送時(shí)延加長(zhǎng)。?因此，對(duì)幀中繼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行帶寬和擁塞管理是十分必要的。1．帶寬管理?帶寬管理是指網(wǎng)絡(luò)對(duì)流入的用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，以保證帶寬資源在用戶(hù)間的合理分配。2．擁塞控制?幀中繼為了簡(jiǎn)化協(xié)議，提高節(jié)點(diǎn)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)速度，將流量控制和差錯(cuò)控制交由終端完成。?但這樣可能使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，因此要采取措施盡量減少擁塞的出現(xiàn)。（1）擁塞回避。（2）丟棄。4.5ATM交換技術(shù)?1986年國(guó)際電聯(lián)提出了寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）的概念，B-ISDN的目標(biāo)是以一個(gè)綜合、通用的網(wǎng)絡(luò)來(lái)承載全部現(xiàn)有的和將來(lái)可能出現(xiàn)的業(yè)務(wù)。?為此需要開(kāi)發(fā)新的信息傳遞技術(shù)，以適應(yīng)B-ISDN業(yè)務(wù)范圍大、通信過(guò)程中比特率可變的要求。?人們?cè)谘芯?、分析了電路交換和分組交換技術(shù)之后，認(rèn)為快速分組交換是唯一可行的技術(shù)。?1988年，國(guó)際電聯(lián)正式把這種技術(shù)命名為異步轉(zhuǎn)移模式（ATM），并推薦其作為未來(lái)寬帶網(wǎng)絡(luò)的信息傳送模式。?ATM技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）ATM是一種統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)，它將一條物理信道劃分為多個(gè)具有不同傳輸特性的虛電路提供給用戶(hù)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配。（2）ATM利用硬件實(shí)現(xiàn)固定長(zhǎng)度分組（信元）的快速交換，時(shí)延小、實(shí)時(shí)性好，能夠滿(mǎn)足多媒體業(yè)務(wù)傳輸?shù)囊蟆＃?）ATM是支持多業(yè)務(wù)的傳輸平臺(tái)，并提供服務(wù)質(zhì)量保證。?ATM通過(guò)定義不同的ATM適配層（AAL，ATMAdaptationLayer）來(lái)滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)對(duì)傳輸性能的要求。（4）ATM是面向連接的傳輸技術(shù)，在傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)之前必須建立端到端的虛連接。?所有數(shù)據(jù)，包括用戶(hù)數(shù)據(jù)、信令和網(wǎng)管數(shù)據(jù)都通過(guò)虛連接進(jìn)行傳輸。4.5.1ATM技術(shù)基礎(chǔ)?ATM是一種高速分組傳送模式，它綜合了電路交換和分組交換的優(yōu)勢(shì)。?在ATM網(wǎng)絡(luò)中，話(huà)音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻等信息被分解成長(zhǎng)度固定的信元（Cell），來(lái)自不同用戶(hù)的信元以異步時(shí)分復(fù)用的方式匯集在一起，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)緩沖器內(nèi)排隊(duì)，然后按先進(jìn)先出或其他仲裁原則逐個(gè)傳送到線路上，形成首尾相接的信元流。?網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)每個(gè)信元所帶的虛通路標(biāo)識(shí)符/虛信道標(biāo)識(shí)符（VPI/VCI），選擇輸出端口，轉(zhuǎn)發(fā)信元。?由于信元長(zhǎng)度固定，節(jié)點(diǎn)隊(duì)列管理簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)發(fā)部件可采用硬件實(shí)現(xiàn)，因此信元的轉(zhuǎn)發(fā)速度快，時(shí)延小。1．ATM信元格式?信元是ATM特有的分組單元，話(huà)音、數(shù)據(jù)和視頻等各種不同類(lèi)型的數(shù)字信息均可被分割成長(zhǎng)度相等的信元。?ATM信元長(zhǎng)度為53B，分為兩個(gè)部分：5B的信頭包含表征信元去向的邏輯地址、優(yōu)先級(jí)等控制信息；48B的信息段用于裝載來(lái)自不同用戶(hù)、不同業(yè)務(wù)的信息。圖4-27ATM信元格式?信元中各字段的含義和作用說(shuō)明如下：（1）一般流量控制（GFC）：僅用于UNI，其功能是控制用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量，以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。（2）虛通路標(biāo)識(shí)符（VPI）和虛信道標(biāo)識(shí)符（VCI）：虛通路（VP）和虛信道（VC）是虛電路的兩種形式；VPI和VCI是它們的編號(hào)，也就是一種標(biāo)記或標(biāo)簽，主要用于路由選擇和資源管理等。（3）凈荷類(lèi)型指示（PTI）：包括用戶(hù)信息和業(yè)務(wù)適配信息，也可用于區(qū)分信元凈荷是用戶(hù)數(shù)據(jù)或管理信息。（4）信元丟失優(yōu)先級(jí)（CLP）：在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，決定丟棄信元的先后次序。（5）信頭差錯(cuò)控制（HEC）：用于針對(duì)信元頭的差錯(cuò)檢測(cè)，并起信元定界作用。（6）凈荷（Payload）：用于裝載用戶(hù)信息或數(shù)據(jù)。2．虛信道和虛通路?ATM采用面向連接方式，為了提供端到端的信息傳送能力，ATM在UNI接口之間建立虛連接，并在整個(gè)呼叫期間保持虛連接。?為了適應(yīng)不同應(yīng)用和管理的需要，ATM在兩個(gè)等級(jí)上建立虛連接，即虛信道（VC，VirtualChannel）級(jí)和虛通路（VP，VirtualPath）級(jí)。（1）VC和VCC。（2）VP和VPC。圖4-28傳輸線路、VP和VC之間的關(guān)系3．VC與VP交換（1）VC交換。圖4-30VC交換過(guò)程（2）VP交換。圖4-31VP交換過(guò)程4．一般通信過(guò)程?ATM網(wǎng)絡(luò)基于面向連接方式提供端到端的通信服務(wù)。?用戶(hù)在進(jìn)入正式通信前，首先要通過(guò)呼叫建立連接。連接建立后，網(wǎng)絡(luò)按確定的路徑順序轉(zhuǎn)移所服務(wù)的信元。其通信過(guò)程如下。（1）呼叫建立。

圖4-32ATM網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)間的連接（2）信元定序和選路。4.5.2ATM協(xié)議模型圖4-34ATM參考模型子層及其功能?ATM協(xié)議參考模型和OSI七層協(xié)議參考模型沒(méi)有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但其大致的對(duì)應(yīng)關(guān)系可理解為以下幾點(diǎn)。（1）ATM物理層等效于OSI參考模型的第一層，主要完成比特級(jí)的功能。（2）ATM層和OSI參考模型第二層下邊界的功能相適應(yīng)，完成成幀功能。（3）ATM適配層（AAL）執(zhí)行高層的適配，將信令和用戶(hù)信息轉(zhuǎn)換成固定長(zhǎng)度的ATM信元。1．物理層

?物理層利用傳輸線路的比特流傳送功能實(shí)現(xiàn)ATM的信元傳送，并確保傳送連續(xù)的ATM信元時(shí)不錯(cuò)序。?物理層由兩個(gè)子層組成，分別是物理媒體子層（PMD，PhysicalMedia）和傳輸匯聚子層（TC，TransmmissionConvergence）。（1）PMD子層。PMD支持與物理媒體有關(guān)的比特功能。（2）TC子層。TC完成ATM信元流與物理媒體傳輸比特流的轉(zhuǎn)換功能。

①信頭差錯(cuò)控制（HEC）。②信元定界（CellDelimitation）。③信元速率解耦。④擾碼（Scrambling）。2．ATM層?ATM層和用于傳送ATM信元的物理媒體完全無(wú)關(guān)，它利用物理層提供的信元（53B）傳送功能，向上提供ATM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（48B）的傳送能力。?ATM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元是任意48B的數(shù)據(jù)塊，它在ATM層中被封裝到信元的負(fù)載區(qū)。?從原理上說(shuō)，ATM層本身處理的協(xié)議控制信息是5B長(zhǎng)的信頭；但是實(shí)際上為了提高協(xié)議處理速度和降低協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，在物理層和AAL層都使用了信元頭部的某些域。?在傳送多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元時(shí)，傳送過(guò)程能夠確保數(shù)據(jù)單元的順序不會(huì)紊亂。?ATM層與上、下層之間的關(guān)系如圖4-35所示。圖4-35ATM協(xié)議各層之間的映射關(guān)系?ATM層的主要功能如下。（1）將不同連接的信元復(fù)用在一條物理通路上，并向物理層送出單一形式的信元流，及其逆過(guò)程。（2）信元標(biāo)識(shí)（VPI/VCI）的翻譯變換，以達(dá)到ATM交換或交叉連接功能。（3）通過(guò)CLP來(lái)區(qū)分不同QoS的信元。（4）發(fā)生擁塞時(shí)在用戶(hù)信元頭中增加擁塞指示。（5）將AAL遞交的SDU增加信元頭，并在逆向提取信元頭。（6）在UNI上實(shí)施一般流量控制。3．ATM適配層?ATM層提供的只是一般意義的信元傳送能力，為了使ATM能夠承載不同業(yè)務(wù)，并具有端到端的差錯(cuò)控制功能，在ATM系統(tǒng)中增加了業(yè)務(wù)適配層（AAL層）。?AAL層實(shí)際上是增強(qiáng)ATM的數(shù)據(jù)傳輸能力，以適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)的要求。?AAL層分成兩個(gè)子層：分段重裝子層（SAR，SegmentAndReassemble）和匯聚子層（CS，ConvergenceSub-layer）。的適配。?分段重裝子層（SAR）實(shí)現(xiàn)CS協(xié)