實現寬帶通信的ATM技術
異步轉移模式(Asynchronons transfer mode)簡稱ATM，是一種集傳輸與交換于一體的通信模式。ATM已成為二十一世紀寬帶通信的關鍵技術，已被國際電聯確定為寬帶綜合業務數字網的基本傳送方式。9O年代初計算機網絡發展興起，網絡傳輸媒體光纖化和多媒體技術商用加快。面對巨量信息傳輸需求，傳統的網絡技術，如以太網、快速以太網、FDDI，無論是在傳輸速度和連接方式等方面都無法適應用戶的需求。
應運而生的ATM技術是在傳統的電路轉移模式和分組轉移模式基礎上發展起來的新興信息轉移模式。它具有傳輸速度快、距離不受限制等特點，其集語音、圖像和聲音傳輸于一體的特色，尤其適合多媒體業務的應用。
ATM技術是一種集電路交換和分組交換兩種優點為一體的傳輸方式。它采用53字節的固定信元交換技術，兼有分組交換的可調帶寬和高速度，以及電路交換和信元交換的低時延等特點，由于信元字節固定，交換可以由硬件交換技術來實現路由的選擇。
ATM交換技術適用于局域網（LAN）和廣域網（WAN），為用戶提供統一網絡技術的解決方案。傳統的廣域網技術與目前的局域網技術是不同的，當局域網和廣域網連接時需要路由器來進行協議交換。現有的ATM技術可支持622M、155M和25M等不同速度規范，其中155MbpS是目前最成熟的技術。
ATM技術的主要優點是：在實現寬帶通信中，不同速率的數字業務，如數據、話音、高分辨圖象、寬帶電視均由同一個網絡傳送，信息被分別拆卸改裝成53個字節固定長度的信元（其中48個字節為有效信息，5個字節為標頭或稱信元頭，標頭上存儲傳輸地址的信息等），然后進行快速分組交換，以滿足不同業務傳輸的需求。
ATM運行速度高是處理固定長度的信元，信元長度短，延遲時間較少，總吞吐量可以從2.5Gb／s到IOGb／s，可以滿足局域網（LAN和廣域網（WAN）的需要。常用的以太網只有1OMb／s，令牌環只有16Mb／s。ATM以其高吞吐量成為能工作于不同帶寬和眾多裝置之間最佳連接方式。
寬帶ATM通信網是基于寬帶ATM技術為用戶提供高速接入、高速交換、高速傳輸的現代化通信網絡。該網絡與目前國內建成的各種窄帶多媒體通信網相比，有著更大的先進性和優越性，它可以高速實現數據、圖象、遠程教學、遠程醫療、遠程購物、電視會議、視頻點播等多種信息服務，這些服務又具備交互式、動感式、畫面流動等特點，是實現真正意義上的信息高速公路的關鍵性一步。
我國在分組交換領域和電話交換領域研發起步較晚，基本沒有國產設備與進口設備抗衡。目前世界ATM尚未全面走向商用化，而我國在ATM研發領域已取得成功。其中較有代表性的北京郵電大學研制的BTC－9500電信科學研究院研制的高鴻ATM交換機、電子部第五十四研究所研制的接入型ATM交換機等。 #p#
一、ATM技術概述
ATM技術將要傳送的數據、視頻和音頻信息分成一個個長度固定的數據分組，為與傳統的X.25分組相區別，稱之為信元。每個信元長度為53個字節，開始的5個字節為信頭。在用戶與網絡間傳輸的信元，這5個字節包括了流量控制信息。虛通路標示符、虛通道標示符。信元丟失優先級及信頭的誤碼控制等有用信息。在網絡節點與節點間傳輸的信元，僅包含虛通路標示符、通道標示符、信元丟失優先級及信頭的誤碼控制等有用信息。
ATM采用了類似時分多路復用技術，一個信元占用一個時隙，但對于具體用戶而言，時隙的分配并不是固定的，即是異步的。若用戶呼叫成功，根據其需要，在傳輸信道中分配一定的時隙供它使用。ATM采用固定長度的53字節信元傳輸，在線路復用中，可以從空閑時隙中間插入，在輸出瑞靠信元標志來識別固定53字節的信元。這種方式，便于利用硬件實現信元交換，大大提高傳輸速率，降低交換時延。
ATM交換不同于固定時隙的電路交換，與X.25的分組交換有較大區別。輸人信元進入交換單元，存于緩沖器等待，一旦輸出端有空閑時隙，緩沖器的信元就可以在這頭處理，直接占用時隙輸出。可見，ATM可以動態分配帶寬，非常適合于突發性數據業務。此外，在信元的信頭中，可以攜帶標明該信元類型的信息，網絡可以根據信元類型，安排優選傳送那些對時延敏感的業務。由于ATM通信可以以155.52MbpS的基本速率工作，結合高質量的光纖傳輸信道，ATM技術可以解決目前通信中存在的大部分問題，適合實時性強的話音、圖像、視頻即多媒體業務。
隨著現代社會信息化發展，各個領域對通信提出了許多新的要求。建立寬帶綜合業務數字網（B－ISDN）成了用戶及網絡運營者的共同愿望。以信元（Cell）為信息傳輸、復用、交換及處理單位的異步轉移傳輸模式（ATM）技術成為實現寬帶綜合業務數字網的關鍵。
ATM克服了電路轉移模式下的網絡資源利用率低、分組轉移模式信息時延大和處理復雜等缺點，可以將各種特性的信息進行統一的處理。在ATM中，采用了信元為信息交換和傳輸的單位，信元是長度固定的信息組。信元由5個字節的信元頭和48字節的載荷構成，信元頭主要是提供路由和載荷類型等信息。ATM對信元進行統計復用，只要獲得空信元就可以插入信息發送。統計復用提高了網絡資源利用率，同時固定長度的信息分組及簡化的網絡協議提高了網絡的通信處理能力。 #p#
二、ATM網絡互連
ATM技術是面向連接的，它與共享介質規程如傳統的計算機局域網以太網、令牌環網等不同。ATM采用的是面向連接的規程，能直接為高層的規程提供服務，替代了網橋和路由器的功能。
ATM通信中，信息的傳輸是通過虛電路進行的，所謂虛電路，是與實際存在的物理電路而言，虛電路是指這種鏈路在需要時就建立起來，當通信結束后，拆除鏈路，解放所占用的通信資源；在傳輸具體數據信息的過程中，信息的傳輸并不是沿著固定的物理線路或某一固定物理線路的固定時隙進行的，這使得物理信道資源得到更充分的利用。ATM所提供的業務可以在永久虛電路上傳輸，也可以在交換虛電路上傳輸。若使用交換虛電路則類似于租用線，適合于那些要求級別很高，有特殊用途的用戶；交換虛電路則類似于傳統電話網中的撥號業務。
在OSIT層協議中的物理層上，ATM支持多模光纖、單模光纖、屏蔽雙絞線等，吞吐量等級為51. 86MbpS，155.52Mbps、622Mbps等不同等級。ATM具有可延展性和靈活性，延展性是指當需要新應用和新設備時，網絡可以支持更高速度的能力。
ATM信元的高速傳輸，已實現商業化的是ATM業務用于同步光纖網或同步數據序列。美國的電信公司AT＆T 研制出的ATM骨干網 Globe－2000系統，采用AT＆T的SDH傳輸設備，已實現了ATM信元155.52Mbps，622Mbps，2.488Gbps的傳輸。
ATM網絡是由一系列通過點對點ATM鏈路或接口相互連接的ATM交換機構成的。ATM交換機支持兩種接口：用戶網絡接口（UNI）和網絡節點接口（NNI）。UNI用于ATM端點系統（主機、路由器等）與ATM交換機的連接，而NNI則可以粗略地定義為兩臺ATM交換機間的互連接口。
ATM網絡在進行數據傳輸之前，在整個ATM網絡中建立一條虛擬電路。ATM電路有兩種類型：一種是虛擬路徑，由虛擬路徑標識符（VPI）標明；另一種是虛擬通道，由VPI和虛擬通道標識等VCI組合起來標明。虛擬路徑是一組虛擬通道的集合，這些虛擬通道在普通VPI的基礎上通過ATM網絡進行透明交換。
ATM交換機通過一個已知VCI或VPI上的鏈路接收一個信元；在局部譯碼表中找出相應的連接值，從而確定連接的引出端口以及鏈路上連接的新VPI／VCI值；用適合的連接標識符將信元轉發到引出鏈路上。兩種基本連接類型是:(1)永久虛擬連接（PVC）。PVC是一種由網絡管理等外部機制建立的連接，在這種連接方式中，處于ATM源和目的ATM系統之間的一系列交換機都被賦予適當的VPI／VCI值。（2）交換虛擬接（SVC）。SVC是一種由信令協議自動建立的連接，不需要進行手工配置。
ATM連接的兩種基本類型：
1．點對點連接：連接兩個ATM端點系統。這種連接既可以是單向的，也可以是雙向的。
2．點對多點的連接：可以將一個源端點系統與多個目的端點系統相連接。信元在網絡的連接分支上由ATM交換進行復制后向下傳送。這種連接是單向的，只允許由根節點向葉節點傳輸，不能反向傳輸。 #p#
三、ATM虛擬網技術
虛擬網（VLAN或VirtualLAN）是把一組用戶分配在一個單一的廣播域，在該廣播域上的廣播流量只有其成員才能夠收到。虛擬網技術既是目前網絡最為熱門的，可以參照OSI模型分成第二層（主要基于MAC層）虛擬網和第三層（主要基于網絡層協議）虛擬網兩大類。
由于傳統局域網在設計時并沒有考慮虛擬網絡的需求，因此在傳統的技術基礎上，采用修改幀格式的方法來實現虛擬網絡不僅困難重重，而且兼容性和互操作性也存在諸多問題。隨著ATM的快速普及，越來越多的用戶已經或正在利用ATM虛擬網絡，ATM技術是虛擬網絡的必然選擇。
在第二層（MAC層）實現的虛擬網，主要通過始發交換機（Ingress Switch）對傳統的MAC進行封裝，在其中加入虛擬網標識，使得其它交換機能夠了解到該幀所屬的 VLAN，從而根據事先確定的虛擬網組建的策略將它正確地傳輸到適當的交換端口。由于可以依靠如局域網交換機等硬件設備實現，因此具有速度快。延時小等好處。
采用兩層橋接的方法，需要為VLAN交換機的每一個物理端口分派一個MAC地址，用來收／發經顯式標志的幀。每當VLAN交換機封裝一個幀，它使用相關端口的這一MAC地址作為封裝后新幀的源站MAC地址。而對于最終用戶級的目的站MAC地址，VLAN交換機通過在以往通信過程中的學習／記憶，建立并維護一個橋接對應表，表中維持用戶級MAC地址和與其相關的交換端口MAC地址的映射關系，從而確保用戶間端到端通訊，以提供可擴展性。
第三層虛擬網也稱為隱性標志的方法，主要通過第三層的協議信息來區別不同的虛擬網。由于這類方法傾向于用邏輯的而非物理的方法來劃分虛擬網，方法本身也不復雜，但其實現牽涉了比較多的軟件處理，故而其處理速度不及上面所介紹的基于硬件的方法，劃分的依據則主要是協議種類或地址信息等。 #p#
四、ATM交換機
異步傳輸模式（ATM）交換機要適應企業級網絡的需要，就必須滿足一系列嚴格的需求。作為企業級網絡的主干交換結點應滿足如下需求：
1．可擴展性
交換機必須能夠支持數以G位計的通訊容量，具有高瑞口密度，并且每個端口上都應該可以支持多條虛電路，大的主干通路的速度至少要達到622Mbps，同時還應該有能力在1秒以內處理上萬條虛電路信號。
2．健壯
交換機必須能夠通過充分利用帶寬，流少流量堵塞等措施，擔負起在流量高峰時的負荷。
3．系統可用性
可擴展性是交換機最重要的特性，適用于企業網絡的交換機要具有從45M位／秒的T－3升級至622M位／秒的OC－12主干網的能力。必須能夠保證110%地對系統資源的獲取，配備的網絡管理系統必須能支持I000個或更多的結點。
為了滿足廣播多種應用及虛擬局域網等數據傳輸的要求，交換機必須能夠在永久虛電路（PVC）和交換虛電路（SVC）上支持一點到多點的連接。支持多條虛連接是必不可少的。如果能支持的虛連接過少，交換機在用完虛連接時，即使有剩余的帶寬也不用于其它的連接。
ATM論壇確定了四種ATM層服務類，每一類都可定義不同服務質量（QOS）。
A類，即穩定字符流（CBR），如時分多路傳輸，這類傳輸只需有限的帶寬，但不允許延遲和包丟失。
B類和C類稱為可變字符流（VBR），主要是指聲音或影視等有爆發性的傳輸，B類是VBR實時傳輸（VBR－RT），不允許有延遲，例如交互式視頻會議等。
C類是非實時VBR傳輸（VBR－NRT），允許有延遲，如發送郵件等傳輸。
D類傳輸分為兩類：非指定字符速率（UBR）和可用字符速率（ABR），主要用于爆發性的局域網傳輸及允許一定延遲和信息丟失的數據傳輸。
【編輯推薦】
