基本介紹
- 中文名：異步轉移模式
- 外文名：ATM
- 用途：實現寬頻綜合業務數字網
- 範圍：話音、數據、圖像和視頻的業務
- 功能：提供高速、低時延等的寬頻的電路
- 趨勢：21世紀的主要交換設備
- 領域：信息科學
特點,功能,ATM的信元,ATM的標準和層,VPI和VCI標號,ATM協定數據單元(信元),ATM B-ISDN交換運營商接口(B-ICI),ATM的工作方式,ATM技術小結,
特點
ATM有以下特點：
（1）異步轉移模式綜合電路交換和分組交換的優點而成，它使用統一的信元（Cell）作為基本傳送單位，即48個位元組的信息碼加5個位元組的信息頭共53個位元組；
（2）異步轉移模式的速率為155Mb/s（STM-1）或622Mb/s（STM-4），進行高速分組交換，以降低時延，近來又將其速率適當降低如52Mb/s，已被ITU-T採納；
（3）異步轉移模式採用單一結構可實現多媒體通信，並用多種用戶-網路接口為用戶提供多種服務，並可與現有的任何一種業務相連，將其納入統一的網路。
ATM通常與同步數字系列（SDH）或準同步數字系列（PDH）結合在一起組成寬頻綜合業務數字網（B-ISDN），為用戶提供虛通道（VP）和虛電路（VC）精力，前者為半永久性連線，後者為交換性連線。在網路結構上分為骨幹網和用戶接入網，前者節點間用網路間接口（NNI）互邊連，後者用網路用戶接口（NUI）互連。用戶接入網是將用戶現存的區域網路（如Ethernet、To-kenRing、FDDI、以及用戶ATM設備）、話音（如PABX）、數據網（PSPDN、DDN、模擬專線等）、幀中繼（F、R）和貶低、圖形以及多媒體等業務經接入ATM轉換成標準的ATM格式在骨幹網上傳送。
功能
ATM主要為用戶提供高速、低時延、可交換的寬頻的電路，主要套用有
（1）高速的區域網路互連；
（2）高質量的電視會議；
（3）遠程教學；
（4）遠程醫療診斷；
（5）遠地協同工作；
（6）多媒體通信；
（7）按需分配頻寬（VOD）和電視點播；
（8）影視遠程分配；
（9）可提供定時、可選頻寬的各種業務。
ATM作為未來新一代高速寬頻綜合業務數字網的交換機將會得到迅速的發展。
ATM的信元
信元實際上就是分組，只是為了區別於X.25的分組，才將ATM的信息單元叫作單元。ATM的信元具有固定的長度，即總是53個位元組。其中5個位元組是信頭(Header),48個位元組是信息段。信頭包含各種控制信息，主要是表示信元去向的邏輯地址，另外還有一些維護信息、優先權及信頭的糾錯碼。信息段中包含來自各種不同業務的用戶數據，這些數據透明地穿越網路。信元的格式與業務類型無關，任何業務的信息都同樣被切割封裝成統一格式的單元。
ATM的信頭有兩種格式，分別對套用戶-網路接口UNI和網路節點接口NNI。其中個欄位的含義及功能如下：
(1)一般流量控制欄位GPC(Generic Flow Control),又稱接入控制欄位。當多個信元等待傳輸時，用以確定傳送順序的優先權。
(2)虛通道標識欄位VPI(Virtual Path Identifier)和虛通路標識欄位VCI(Virtual Channel Identifier)用做路由選擇。
(3)負荷類型欄位PT(Payload Type)用以標識信元數據欄位所攜帶的數據的類型。
(4)信元丟失優先權欄位CLP(Cell Loss Priority)用於阻塞控制，若網路出現阻塞時，首先丟棄CLP置位的信元。
(5)信頭差錯控制欄位HEC(Head Error Control)用以檢測信頭中的差錯，並可糾其中的1比特錯。HEC的功能在物理層實現。
ATM的標準和層
有很多檔案與ATM有關，其中大部分由ITU-T、ANSI和ATM論壇頒布。ATM標準的開發始自1984年，ITU-T和ATM論壇於1993年完成了許多標準，ATM論壇還頒布了B-ISDN交換運營商接口，用於美國LATA(本地訪問與傳輸區域)間的操作。在分層結構上，ATM類似於其他新興通信技術(如城域網[MAN]和交換多兆位數據業務[SMDS])。ATM適配層(AAL)為面向連線和無連線的可變比特率(VBR)套用提供會聚功能。ATM以恆定比特率(CBR)方式支持同步套用(語音、視頻)。AAL實際上又分成兩個子層:分段和重裝子層(SAR)和會聚子層(CS)。顧名思義，SAR負責在傳送端支持不同長度和格式的用戶PDU(頭部和尾部)；在接收端，它把48位元組的數據單元按用戶格式重新組裝成用戶PDU。CS的功能取決於AAL所處理的業務類型，例如語音、視頻和數據。
VPI和VCI標號
ATM的出現對應兩種形式的用戶到網路接口(UNI)：公共UNI定義了公共業務ATM網路與專用ATM交換機之間的接口；專用UNI定義了最終用戶與專用ATM交換機之間的接口。UNI上的用戶業務由信元頭部的兩個值來標識：虛信道標識符(VCI)和虛擬路徑標識符(VPI)。在用戶以按需連線的方式進入與網路的會話以及用戶以永久虛電路(PVC)方式進入網路這兩種情況下，分配這些值給用戶。VPI和VCI也用於ATM網路。交換機檢查VPI和VCI以確定如何通過ATM網路來選擇信元的路由。
ATM協定數據單元(信元)
ATM協定數據單元(PDU)叫信元，它的長度為53位元組，其中5個位元組用於ATM頭部，48個位元組由AAL和用戶有效負載占用。ATM信元針對UNI和NNI的配置略有不同。
流量控制欄位被稱作一般流量控制(GFC)欄位，如果這個4bit的GFC欄位不用，則設定為零。5位元組信元頭部中的大部分值由虛電路標號VPI和VCI組成。有效負載類型標識符(PT)欄位標識信元中的業務的類型，信元中可以包含用戶業務或管理/控制業務。信元丟失優先權(CLP)欄位只有1bit。報頭差錯控制(HEC)欄位用於差錯檢驗，它也可以糾正1bit的差錯。
ATM B-ISDN交換運營商接口(B-ICI)
ATM的網路互通規範由ITU-T在G.708推薦標準中以網路節點接口(NNI)的方式頒布，而由ATM論壇頒布的相應部分則被稱作寬頻交換運營商接口(B-ICI)1.0版。這兩個規範的主要差別在物理層：NNI規定採用SDH，而B-ICI規定採用SONET或DS3。當然，其他的物理層從技術上講也是可行的。
ATM的工作方式
時分復用方式工作，來自不同信息源的信元匯集到一起，在一個緩衝器內排隊，佇列中的信元著個輸出到傳輸線路，在傳輸線路上形成首尾相接的信元流。信元的信頭中寫有信息的標誌(如A和B)，說明該信元去往的地址，網路根據信頭中的標誌來轉移信元。
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。這些信元都按先來後到在佇列中排隊，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，也即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。這種復用方式稱為異步時分復用(Asynchronous Time Division Multiolex)，又稱統計復用(Statistic Multiptx)。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標識信息的身份。
異步時分復用方式使ATM具有很大的靈活性，任何業務也都可按實際需要來占用資源。對於特定的業務，傳送速率可隨信息到達的速率而變化，因此網路資源得到了最大限度的利用。ATM網路可以適用於任何業務，不論其特性如何(速率高低、突發性大小、質量和實時性要求等)，網路都按同時的模式來處理，真正做到了完全的業務綜合。
若某個時刻佇列中沒有等待傳送的信元，此時線路上就出現未分配信元(信頭中含有標誌φ);反之，若某個時刻傳輸線路上找不到可以傳送新元的機會(信雲啊都已排滿)，而佇列已經充滿緩衝區，此時為了儘量減少對業務質量的影響，將優先權別低的信元丟棄。緩衝區的容量必須根據信息流量來計算，以使信元丟棄率在10-9以下。 為了提高處理速度和降低延遲，ATM以面向連線器的方式工作。網路的處理工作十分簡單：通信開始時建立虛電路，以後用戶將虛電路標誌寫入信頭(即地址信息)，網路根據虛電路標誌將信元送往目的地。
經過ATM網路中的節點提供信元的交換。其實，ATM網路的節點完成的只是虛電路的交換，因為同一虛電路上的所有信元都選擇同樣的路由，經過同樣的通路到達目的地。在接收段，這些信元到達的次序總是和傳送次序相同。
ATM交換節點的工作比X.25分組交換網中的節點要簡單得多。ATM節點只做信頭的CRC檢驗，對於信息的傳輸差錯根本不過問。ATM節點不做差錯控制(信頭中根本你沒有信元的編號)，也不參與流量控制，這些工作都留給終端去做。ATM節點的主要工作就是讀信頭，並根據信頭的內容快速的將信元送往要去的地方，這件工作在很大的程度上依靠硬體來完成，所以ATM交換的速度非常快，可以和光纖的傳輸速度相匹配。
ATM技術小結
ATM是一種高速、低延遲的多路復用和交換技術，它可支持任何類型的用戶業務，比如語音、數據和視頻。ATM採用小的、固定長度的單元(稱作信元)，每個信元由包含於信元頭部的虛電路標識符來識別，ATM網路使用這些標識符經由高速交換機對業務進行中繼處理。ATM提供有限的差錯檢測操作，它不提供重發服務，只在小的信元頭部進行很少的操作，這樣做的目的是使網路具有足夠快的速度以支持多兆位傳輸速率。在ATM層之上還有一層，稱作ATM適配層，這一層對各種業務類型進行大量的會聚、分段和重裝操作。
ATM技術小結見表1。
表1 技術小結
是否為新技術 | 是的，業界在基於信元的技術和綜合網路方面只有有限的經驗 |
針對的套用 | 所有，它是一種多媒體技術 |
是否為拓撲相關 | 嚴格地說無關，但大多數實現都是點到點 |
是否為媒體相關 | 無關，可運行於電纜、光纖之上 |
是否基於LAN/WAN | 都可以 |
競爭對手 | 專用租用線路、基於X．25的網路、SMDS、幀中繼、高速LAN骨幹網(如FDDI和快速乙太網) |
補充說明 | SONET/SDH可作為B-ISDN解決方案的一部分 |
是否為基於信元/幀 | 基於信元 |
有無連線管理 | 有，PVC和SVC |
流量控制(顯式/隱式) | 隱式，流量控制欄位位於頭部 |
有無有效負載完整性管理 | 靠ACK、NAK進行，排序由用戶負責，但AAL也為某些業務(如Q.2931報文)提供這些服務 |
有無業務丟棄選項 | 有，用CLP位進行 |
有無按需頻寬 | 是的，在契約及網路可用頻寬的範圍內 |
有無定址/識別方案 | 有，用標號來識別連線，這些標號稱作VCI和VPI |
