信元交換

信元交換又叫異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM），是一種面向連線的快速分組交換技術，它是通過建立虛電路來進行數據傳輸的。ATM採用固定長度的信元作為數據傳送的基本單位，信元長度為53位元組，其中信元頭尾5位元組，數據為48位元組。長度固定的信元可以使ATM交換機的功能儘量簡化，只用硬體電路就可以對信元頭中的虛電路表示進行識別，因此縮短了每個信元的處理時間。另外ATM採用了統計時分復用的方式來進行數據傳輸，根據各種業務的統計特性，在保證服務質量（Quality of Service，QoS）要求的前提下，在各個業務之間動態地分配網路頻寬。

基本介紹

• 中文名：信元交換
• 外文名：cell switching
• 分類：通信
• 套用：數據傳輸

信元交換概述

信元交換技術是一種快速分組交換技術，它結合了電路交換技術延遲小和分組交換技術靈活的優點。信元是固定長度的分組，ATM採用信元交換技術，其信元長度為53位元組。信元頭5位元組，數據48位元組。

交換技術方面，經歷了：電路交換——>報文交換——>分組交換——>信元交換的過程。

在信元中包括CRC校驗和，其生成公式為X^8+X^2+X+1，校驗和只是對信元頭進行校驗。

ATDM信元傳輸採用異步時分復用（Asynchronous Time Division Multioles），又稱統計復用（Statistic Multiptx）。信息源隨機地產生信息，因為信元到達佇列也是隨機的。高速的業務信元來得十分頻繁、集中，低速的業務信元來得很稀疏。這些信元都按順序在佇列中排隊，然後按輸出次序復用到傳輸線上。具有同樣標誌的信元在傳輸線上並不對應某個固定的時間間隙，也不是按周期出現的，信息和它在時域的位置之間沒有關係，信息只是按信頭中的標誌來區分的。而在同步時分復用方式（如PCM復用方式）中，信息以它在一幀中的時間位置（時隙）來區分，一個時隙對應著一條信道，不需要另外的信息頭來表示信息的身份。

ATM是網路新技術，它採用基於信元的異步傳輸模式和虛電路結構，根本上解決了多媒體的實時性及頻寬問題。實現面向虛鏈路的點到點傳輸，它通常提供155Mbps的頻寬。它既汲取了話務通訊中電路交換的“有連線”服務和服務質量保證，又保持了以太、FDDI等傳統網路中頻寬可變、適於突發性傳輸的靈活性，從而成為迄今為止適用範圍最廣、技術最先進、傳輸效果最理想的網路互聯手段。

VPI欄位用於選擇一條特定的虛通路，VCI欄位在一條選定的虛通路上選擇一條特定的虛電路。當進行VP交換時，是選擇一條特定的虛通路。

若在交換過程中出現擁塞，該信息被記錄在信元的PT中。

信元交換技術

1、ATM信元：ATM數據傳送單位是一固定長度的分組，稱為信元，它有一個信元頭及一個信元信息域。信元長度為53個位元組，其中信元頭占5個位元組，信息域占48個位元組。（信元頭主要功能是：信元的網路路由）
2、ATM採用了異步時分多路復用技術ATDM，ATDM採用排隊機制，屬於不同源的各個信元在傳送到介質上之前，都要被分隔並存入佇列中，這樣就需要速率的匹配和信元的定界。
3、套用獨立：主要表現在時間獨立和語義獨立兩方面。時間獨立即套用時鐘和網路時鐘之間沒有關聯。語義獨立即在信元結構和套用協定數據單元之間無關聯，所有與套用有關的數據都在信元的信息域中。
4、ATM信元標識：ATM採用虛擬通道模式，通信通道用一個邏輯號標識。對於給定的多路復用器，該標識是本地的，並在任何交換部件處改變。通道的標識基於兩種標識符，即虛擬通路標識VPI和虛擬通道標識VCI。一個虛擬通路VP包含有若干個虛擬通道VC
5、ATM網路結構
虛擬通道VC：用於描述ATM信元單向傳送的一個概念，信元都與一個惟一的標識值—虛擬通道標識符VCI相聯繫。
虛擬通路VP：用於描述屬於虛擬通路的ATM信元的單向傳輸的一個概念，虛擬通路都與一個標識值—虛擬通路標識符相聯繫。
虛擬通道和虛擬通路者用來描述ATM信元單向傳輸的路由。每個虛擬通路可以用復用方式容納多達65535個虛擬通道，屬於同一虛擬通道的信元群，擁用相同虛擬通道標識VCI，它是信元頭一部分。

特點

ATM是一種關於信息傳遞模式的技術，其最為突出的特點在於其異步方式，ATM技術具有這樣一些特徵：

（1）面向分組方式

ATM中採用一種小型分組（信元）來承載用戶數據。ATM的各種操作都是圍繞信元的交換和處理來設計的。

（2）採用異步時分復用方式

ATM採用了異步時分復用方式。用戶信息對頻寬的占用時動態分配的，各個用戶對傳輸頻寬統計地共享，因此適用於突發業務。為了防止由於異步的工作方式而導致的資源訪問抽歐諾個體內，ATM中大量採用了佇列來換出暫時無法獲得服務的用戶信息。

（3） 不提供逐段鏈路的差錯控制和流量控制

在鏈路（包括交換節點中的內部鏈路）上出現差錯時，ATM交換節點不會進行任何方式的差錯恢復。ATM假定網路中的鏈路質量都很高，差錯控制功能實現依賴於端到端的協定，這一點與電路交換是相同的。ATM交換節點也不支持鏈路上的流（Flow）的控制，系統中的佇列有可能因為信息的突發而溢出，導致信元丟失。為了防止這種丟失，ATM提供了預防性措施，那就是面向連線，並在連線建立時檢查和分配資源，使這種信元丟失機率控制在很小的範圍內。

（4）信元頭功能簡化

由於不需要逐段鏈路的差錯控制和流量控制，ATM信元頭的功能很少，主要功能室根據一個標示符來識別虛連線；另一項功能室檢查信元頭中的差錯，防止錯誤路由導致的信元丟失或誤插。由於信元頭功能有限，交換節點的處理十分簡單，能以很高的速率（幾百兆比特每秒以上）運行，且只有很小的處理和排隊時延。

（5）信元的淨荷長度較小

為了降低交換節點內部緩衝器的容量，限制信息在這些緩衝區中的排隊時延，ATM信元中的淨荷（信息欄位）相對來說定義得比較小，以保證業務傳輸中的較小時延和抖動。

現狀

全國ATM骨幹網上海節點建於1997年4月，開通後網路運行穩定。已與北京、南京、廣州、杭州、西安、瀋陽、武漢各大局之間直接開通了155M電路，另外還有若干大容量電路開至其它省會城市，全網業已全部聯通，規模覆蓋全國，具有頻寬高、延遲小、無瓶頸等特點，是網路多媒體套用的最佳選擇。

網路提供交換型虛電路（SVC）和永久型虛電路業務，接口類型支持BNC電口和單、多模光纖，物理接入速率有2M、34M、155M，能滿足任何業務的需求。