自學考試計算機網絡與通信筆記第四章2
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四。異步傳輸模式（ATM）
分組交換：以分組為單位，在網絡層上進行
幀中繼：以幀為單位，在數據鏈路層上進行；
異步傳輸：以信元為單位，在數據鏈路層上進行，建立在大容量光纖介質基礎上的，適用于
LAN和WAN；
1.ATM導入背景
（1）N-ISDN 窄帶ISDN 以線路交換為基礎，存在局限：
A.帶寬有限，只能向用戶提供最高為2MB/S的基群速率接口，
B.中斷網種類繁多，在網絡和用戶系統中并用線路交換和分組交換，要求系統個有雙重交
換模式的網絡功能；
C.網絡資源利用率不高：只具有基本速率和基群速率，適于支持速率高于64MB/S的業務類
型，對于低速率，網絡資源浪費嚴重；
D.不易導入新業務：
（2）B-ISDN 要求的傳輸模式必須滿足：
A.對信息的損傷要小
B.能靈活支持各種業務；
C.具有高速傳送信息的能力；
D.簡單易行
ATM以分組交換為基礎，融合了線路交換的優點，克服線路交換中不能適用于各種速率業務
的缺點，簡化了分組通信中的協議，并由硬件對簡化的協議進行處理，
2.ATM的基本概念
ATM：本質上一種高速分組交換模式，它將語音、數據及圖像等所有的數字信息分解成長度
一定的數據塊，并在各數據前裝配地址、丟失優先級等控制信息構成信元，空信元以一定的
速率發送，只要獲得空信元即可插入信息發送，因信息插入位置無周期性，故稱這種傳輸方
式為異步傳輸方式；因為需要排隊等待空信元到來才能發送信息，所以ATM是以信元為單位
的存儲轉發方式，稱為信元交換；
優點：有極高的靈活性；有高速傳輸及交換能力；支持廣播協議
（1）網絡結構-多級的交換網絡結構
組成：ATM終端、ATM交換機、終端與交換機接口稱為用戶網絡接口 UNI；交換機與交換機接
口稱為NNI；
ATM網分為：公用ATM、專用ATM、ATM接入網
專用ATM網：網絡規模小，不需要復雜嚴密的計費等管理規程，主要用LAN互聯或直接構成
ATM LAN網；
公用ATM網：通過公用用戶網絡接口連接各專用ATM網和ATM資源
ATM接入網：在各種接入網中使用ATM技術，以提供端到端的寬帶連接；
（2）ATM信元
由信元和信息段構成；信元來識別通路
規定長度的信元，53字節，信頭5字節，信息段48個字節，
信頭結構（UNI 與NNI信頭不同處在第一行中，UNI為GFC\VPI，NNI為VPI）
GFC：一般流量控制，只用于UNI，置0000
VPI：虛通道標識，在一個接口上將多個虛通道集中組成一個虛通道（VP），UNI中為8比
特，NNI中為12比特；
VCI：虛通路標識，標識虛通道內的虛通路，VPI/VCI共同標識一個虛連接；
PTI：承載類型指示，用于指明信元中的承載類型
CLP：信元丟失優先級：
HEC：信頭差錯控制，檢測信頭中錯誤；，可以糾正1比特錯；另一個作用用于信元定
界；在物理層實現
（3）連接
ATM 是面向連接的，在數據交換前要前建立連接
支持的連接：虛通道連接，由網絡管理系統以半永久方式分配；虛通路連接，通過信令動態
占有虛通道的資源，最多可有4096個虛連接；
3.ATM物理層
（1）ATM物理層分為PMD和TC（從下至上），相當于OSI模型中的物理層和數據鏈路層；
（2）PMD：與物理介質直接相連的一層，主要傳輸介質是光纖，接口速率155.5MB/S/622MB/S
（3）TC：接收ATM層的信元，轉換成能在物理介質傳輸的比特流，交給PDM層發送，或從PMD層
接收比特流，從中取出信元交ATM層
（4）傳輸過程
A.從ATM層接收信元：首先計算HEC，將信頭的前4個字節左移8位，然后除多項式
X（8）+X（2）+X+1，得到的余數與01010101相加，得到HEC；將HEC插入到信頭后，準備發送信
元，
B.從PMD子層中接收比特流：首先信元辦
4. ATM層
（1） 在物理層之上，為各種業務提供信元傳輸功能，與OSI模型中的網絡層相當，提供端到
端的數據傳輸。ATM層中識別和處理信頭，功能分為三大類
A.信元復用/解復用：在ATM層與TC層的接口處完成，發送端ATM層將具有不同VPI/VCI的信元
不加區分地交給TC層發送；接收端ATM層從TC層接收信元，根據信元的VPI/VCI值，將各信元
送給不同的模塊去處理；
B.信元傳輸：ATM層建立虛連接，虛連接是單向的，但在建立時總是在兩個方向上同時建
立，并且使用相同的連接標識，因而將虛連接看成是全雙工，不同方向上的連接
虛連接分為永久性虛連接（在ATM啟動時根據配置信息建立起來的）；交換型虛連接（通過ATM
連接管理信令建立起來的）
C.流量控制和阻塞控制：流量控制的目的是控制進入網絡的數據量，以盡量避免阻塞的發
生；阻塞控制的目的是當網絡已經阻塞時，采取措施減少阻塞帶來的影響，避免阻塞的進一
步加劇。兩者的目的都是為了提高網絡性能，保證業務的服務質量；
ATM層不提供任何應答機制，不進行差錯控制，但保證信元的投遞絕對是按順序的；
（2） 描述流量和服務質量的參數：
A.峰值信元速率（PCR）：
B.可維持信元速率（SCR）：
C.最小信元速率（MCR）：
D.最大突發長度（MBS）：
E.允許的信元抖動容限（CDVT）à體現業條對時間特性的要求
F.峰值信元時延抖動：
G.最大信元傳送時延：
H.信元丟失率：
I.信元錯誤率：
J.嚴重出錯的信元塊比例：
K.信元誤入率：
5. ATM適配層（AAL）
位于ATM層和高層應用之間，它的目的是為應用程序提供所需的服務。專門為各種特
定業務提供服務。保留開放式的協議結構，允許引入新的AAL協議，
（1）AAL1：針對當前的線路交換業務，提出一種利用ATM網絡傳輸話章及各類N-ISDN業務的方
法；特點：速率恒定，并且需要端到端定時
CS子層：直接將高層產生的恒定比特率的AAL-SDU作為CS-PDU；
SAR子層：記錄數據在SAR-PDU的位置，
（2）AAL2：沒有具體的實現格式，對于可變比特采用AAL5進行適配，或通過速率孌換后采用
恒定比特率的AAL1進行適配；
（3）AAL3/4：將CS子層分為公共部分CS（CPCS）和業務特定CS（SSCS），CPCS與業務無關，所有業
務的CPCS相關，SSCS根據具體業務而定；
支持兩種業務模式：
（1） 消息模式MM（Message Mode）：每次裝載一個數據塊，數據塊的長度可定長或不定長在AA
L中進行分段和組裝；
（2） 流模式SM（Streaming Mode）：以字符流方式將要發送的由AAL層，數據沒有起始邊界
對于兩種模式的操作有兩種：
（1）確保操作：通過重傳出錯或丟失的SSCS-PDU來確保每個AAL-SDU的正確傳送
（2）非確保操作：只通知是否出錯，具體的出錯處理由高層協議來完成
（4）AAL5（C/D類業務）
（5）信令AAL（SAAL）：專用來支持ATM信令消息的適配層
分為兩個子層：業務特定協調功能層（SSCF） 及業務特定連接型協議（SSCOP）
6.連接管理
連接管理屬于ATM的控制面，它的底層依靠SAAL，來保證數據傳輸的正確性。連接管理由U
NI信令 NNI信令來完成。
UNI信令規定了建立、維持及拆除B-ISDN UNI連接的過程，及過程中出現的消息和信息元
素格式，重大錯誤的處理方式以及所用到的定時器等。包含有UNI 3.1 及 ITU-T的Q.2931
（1）支持范圍
A.支持點到點連接，提供按需建立相關的ATM虛連接的業務，ATM UNI3.1 還支持點到多點連
接
B.提供SETUP，REQUEST，ANSWER，CLEAR等一系列信令消息，完成建立、維持和拆除一個虛連接
的過程；
C.基本的信令功能通過協議定義的消息、信息元素及相應的過程實現；
D.協議應支持建立滿足A類、C類、X類傳輸服務質量要求的虛連接。
E.信令的消息一個靜態的虛通路連接完成（VCI=5，VPI=0）
F.支持錯誤恢復，包括非致命的消息信元的錯誤、AAL層的錯誤、狀態查詢機制以及可選的
錯誤恢復級別
G.支持公共ATM地址和專用ATM地址；
H.支持端到端的參數設置
（2）ATM呼叫連接過程
運用消息進行呼叫連接，
（3）ATM地址操作
同IP地址的作用相似，目的在世界范圍內的ATM網格中標識一個ATM終端，
A.ATM地址的格式
長度為20字節，有3種格式，DCC ICD E.164
AFI DCCICDE.164 HO-DSP ESI SEL
利用HO-DSP進行分層選路，ESI在啟動時由ROM讀入IEEE MAC地址，ESI前的所有字段統稱為
網絡前綴，一個ATM終端處在不同的網絡時有不同的ATM地址所以需要特殊的地址注冊及解析
過程
B.注冊過程
每個終端啟動時，向交換機請求所在網絡的網絡前綴，然后將網絡前綴與ESI結合形成自己
的ATM地址，并向交換機進行注冊，以便交換機建立路由信息；
UNI用戶側（終端）ATM實體必須維護一個網絡前綴表，記錄所在網絡的網絡前綴；
UNI網絡側（交換機）ATM實體必須維護一個ATM地址表，記錄所有與之相連的終端地址；
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