第五章 寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)與ATM交換

現(xiàn)代交換原理與實(shí)踐第五章寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)與ATM交換本章主要內(nèi)容5.1ISDN技術(shù)5.2B-ISDN的協(xié)議參考模型5.3ATM交換技術(shù)5.1ISDN技術(shù)

在CCITT的建議中，ISDN是一種在電話綜合數(shù)字網(wǎng)（IDN）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的通信網(wǎng)絡(luò)，能夠提供端到端的數(shù)字連接，支持多種業(yè)務(wù)（包括話音和非話音業(yè)務(wù)），為用戶進(jìn)網(wǎng)提供了一組有限的、標(biāo)準(zhǔn)的、多用途的用戶-網(wǎng)絡(luò)接口。因此，ISDN是一個(gè)數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是一種典型的電路交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。ISDN技術(shù)和應(yīng)用特征主要如下:（1）ISDN是一個(gè)全數(shù)字的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了端到端的數(shù)字連接?，F(xiàn)代電話網(wǎng)絡(luò)中采用了程控?cái)?shù)字交換機(jī)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的處理已全部數(shù)字化，但是，在用戶接口上仍然用模擬信號(hào)傳輸話音業(yè)務(wù)。而在ISDN中，用戶環(huán)路也被數(shù)字化，無論原始信息是語音、文字，還是圖像，都先由終端設(shè)備將信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送。由于ISDN實(shí)現(xiàn)了端到端的數(shù)字連接，能夠支持包括語音、數(shù)據(jù)、圖像在內(nèi)的各種業(yè)務(wù)，所以是一個(gè)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。從理論上來說，對(duì)于任何形式的原始信號(hào)，只要能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，就都可以利用ISDN進(jìn)行傳送和交換，實(shí)現(xiàn)用戶之間的信息交換。（2）各類業(yè)務(wù)終端使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口接入ISDN。同一個(gè)接口可以連接多個(gè)用戶終端，且不同終端可以同時(shí)使用。這樣，用戶只需一個(gè)入網(wǎng)接口，使用一個(gè)統(tǒng)一的號(hào)碼，就能從網(wǎng)絡(luò)得到所需使用的各種業(yè)務(wù)。用戶在這個(gè)接口上可以連接多個(gè)不同種類的終端，如電話、計(jì)算機(jī)、會(huì)議電視和路由器等設(shè)備，而且可以同時(shí)與多個(gè)終端進(jìn)行通信。（3）多路性。對(duì)大部分用戶來說，ISDN的最大優(yōu)點(diǎn)之一是其具有多路性。ISDN有兩種訪問方式：基本速率接口由兩個(gè)B信道（每個(gè)帶寬為64kbit/s）和一個(gè)D信道（16kbit/s）帶寬組成，3個(gè)信道設(shè)計(jì)成2B+D的形式主速率接口由很多B信道和一個(gè)帶寬為64kbit/s的D信道組成，我國(guó)是30B+D，總速率為2.048Mbit/s稱為E1接口）。語音呼叫通過B信道傳送，控制信號(hào)通道用D信道傳送。多個(gè)B通道可以通過復(fù)用合并成一個(gè)高帶寬的單一數(shù)據(jù)信道。（4）傳輸質(zhì)量高。ISDN采用端到端的數(shù)字連接。它不像模擬線路那樣會(huì)受到靜電和噪聲的干擾，因此傳輸質(zhì)量很高。由于采用了糾錯(cuò)編碼，所以ISDN中傳輸?shù)恼`碼特性比電話網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的誤碼特性至少提高了10倍。5.2B-ISDN的協(xié)議參考模型由N-ISDN向B-ISDN的發(fā)展，可分為3個(gè)階段。

第一階段是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)和圖像等業(yè)務(wù)的綜合。由3個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成初步綜合的B-ISDN。由ATM構(gòu)成的寬帶交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)話音、高速數(shù)據(jù)和活動(dòng)圖像的綜合傳輸。

第二階段的主要特征是B-ISDN和用戶-網(wǎng)絡(luò)接口已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，光纖已進(jìn)入家庭，光交換技術(shù)已廣泛應(yīng)用，因此，它能提供包括具有多頻道的高清晰度電視（HighDefinitionTelevision，HDTV）在內(nèi)的寬帶業(yè)務(wù)。

第三階段的主要特征是在B-ISDN中引入了智能網(wǎng)，由智能網(wǎng)控制中心管理3個(gè)基本網(wǎng)。智能網(wǎng)也可稱為智能B-ISDN，其中可能引入智能電話、智能交換機(jī)及用于工程設(shè)計(jì)或故障檢測(cè)與診斷的各種智能專家系統(tǒng)。ATM技術(shù)的目的是給出一套對(duì)B-ISDN用戶進(jìn)行服務(wù)的系統(tǒng)，通常這些服務(wù)系統(tǒng)是由基于ATM的B-ISDN協(xié)議模型的定義給出的。該模型描述了ATM網(wǎng)絡(luò)的功能，它包括3個(gè)平面4個(gè)層。基于ATM的B-2SDN協(xié)議分層模型的3個(gè)平面分別為用戶面（UserPlane）、控制面（ControlPlane）和管理面（ManagementPlane）?？刂泼?、用戶面都分為4層，管理面不分層。4個(gè)功能層分別是物理層、ATM層、ATM適配層（ATMAdaptationLayer，AAL）和高層。1．平面的劃分B-ISDN基于ATM技術(shù)，N-ISDN主要基于電路交換技術(shù)，因而兩種網(wǎng)絡(luò)存在較大的差異。（1）用戶面：提供用戶信息的傳送功能，同時(shí)具有一定的控制功能（如流量控制、差錯(cuò)控制等）。用戶面采用分層結(jié)構(gòu)，分為4層，通常的數(shù)據(jù)協(xié)議、話音和視頻等業(yè)務(wù)應(yīng)用都包括在這個(gè)區(qū)域。（2）控制面：提供呼叫連接的控制功能，主要用于信令傳輸，處理網(wǎng)絡(luò)與終端間的ATM呼叫，以及ATM連接的建立、保持與釋放信息?？刂泼嬉膊捎梅謱咏Y(jié)構(gòu)，分為4層。（3）管理面：性能管理、故障管理及各個(gè)面間綜合管理的網(wǎng)管協(xié)議。管理面又分為面管理和層管理。①

面管理：負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)整體和各個(gè)面間的信息進(jìn)行綜合管理，并對(duì)所有平面起協(xié)調(diào)作用。面管理不分層。②

層管理：是一個(gè)分層結(jié)構(gòu)，主要用于各層內(nèi)部的管理，監(jiān)控各層的操作，完成與協(xié)議實(shí)體內(nèi)的資源和參數(shù)相關(guān)的管理功能，處理與特定的層相關(guān)的操作維護(hù)（OAM）信息流。2．各層的功能

協(xié)議分層模型的分層結(jié)構(gòu)從下到上依次為：物理層、ATM層、ATM適配層（AAL）和高層。模型各層間的數(shù)據(jù)傳輸如圖5.3所示。圖5.3模型各層間的數(shù)據(jù)傳輸

(1)物理層物理層是承運(yùn)信息流的載體，位于B-ISDN的最底層，主要負(fù)責(zé)信元編碼，將ATM層送來的邏輯比特或符號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理傳輸媒介可傳送的信號(hào)，并正確地收/發(fā)這些物理信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)信元的無差錯(cuò)傳輸，物理層又被分為物理媒體相關(guān)子層和傳輸會(huì)聚子層，由它們來分別保證信元的正確傳送。

①物理媒體子層(PM，PhysicalMedia)。PM子層處理具體的傳輸介質(zhì)，它只支持與物理媒體有關(guān)的比特功能，因而它取決于所用的傳輸媒質(zhì)(光纜、電纜)。其主要功能有：比特傳送、比特同步、比特定時(shí)、比特定位校準(zhǔn)、線路編碼和電/光轉(zhuǎn)換等。其中，比特定時(shí)功能主要完成產(chǎn)生和接收適于所用媒質(zhì)的信號(hào)波形、插入或抽取比特定時(shí)信息以及線路編碼和解碼。

②傳輸會(huì)聚子層(TC，TransmissionConvergence)。傳輸會(huì)聚子層的主要功能是：幀的適配、信元定界、信頭差錯(cuò)控制校驗(yàn)等。其功能與物理媒體無關(guān)。

TC子層所做的工作實(shí)際上是鏈路層的工作。它負(fù)責(zé)將ATM信元嵌入正在使用的傳輸媒體的傳輸幀中，或用相反的方法從傳輸媒體的傳輸幀中提取有效的ATM層信元，完成ATM信元流與物理媒體上傳輸?shù)谋忍亓鞯霓D(zhuǎn)換工作，即把從PM子層傳來的光電信號(hào)恢復(fù)成信元，并將它傳送給ATM層處理或進(jìn)行相反的操作。

在TC子層，ATM層信元嵌入傳輸幀的過程為：ATM信元解調(diào)(緩存)→信頭差錯(cuò)控制(HEC)產(chǎn)生→信元定界→傳輸幀適配→傳輸幀生成。從傳輸幀中提取有效ATM信元的過程為：傳輸幀接收→傳輸幀適配→信元定界→信頭差錯(cuò)控制(HEC)檢驗(yàn)→ATM信元排隊(duì)。

(2)ATM層

ATM層為異步傳遞方式層，位于物理層之上，負(fù)責(zé)生成與業(yè)務(wù)類型無關(guān)的、統(tǒng)一的信元標(biāo)準(zhǔn)格式，提供ATM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元的公共傳送功能。它還完成信元的復(fù)用與分解，路由選擇/交換，信頭的產(chǎn)生、提取和一般流量控制等功能。

ATM層利用信頭中各個(gè)功能字段可實(shí)現(xiàn)下列四種功能。

①信元的復(fù)用與分解。ATM層相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)層，主要做路由工作，它提供了虛通路(VP)和虛信道(VC)兩種邏輯信息傳輸線路。信元發(fā)送時(shí)由多個(gè)VP和VC合成一條信元流。接收時(shí)進(jìn)行相反的操作，由一條信元流分解成多條VP和VC。

②利用VPI和VCI尋路。路由功能由虛通路識(shí)別符(VPI)和虛信道識(shí)別符(VCI)完成。在虛通路處理設(shè)備(VPH，VPHandler)和虛信道處理設(shè)備(VCH，VCHandler)中讀取各個(gè)輸入信元的VPI和VCI值，根據(jù)信令建立的路由在ATM交換區(qū)域或ATM交叉節(jié)點(diǎn)處完成對(duì)任意輸入的ATM信元的VPI和VCI值變換(每一輸入信元的VPI域值在虛通路節(jié)點(diǎn)被譯為新的輸出VPI域值，虛通路識(shí)別符和虛信道識(shí)別符的值在虛信道交換節(jié)點(diǎn)處也被譯為新域值)，更新各輸出信元的VCI和VPI值。路由功能設(shè)置VPI、VCI兩層的原因是為了得到一種高效的路由方法，避免為計(jì)算路由花費(fèi)大量的CPU資源，因此，ATM交換機(jī)之間可以只用VP交換，ATM與用戶端之間再用VC交換。

③

信頭的產(chǎn)生和提取。信頭的產(chǎn)生和提取在ATM層和上層的交互位置完成。在發(fā)送端，信頭產(chǎn)生功能從ATM適配層接收信元信息域以后，添加一個(gè)相應(yīng)的ATM信頭(不包括信頭校驗(yàn)編碼HEC序列)；在接收端，信頭提取操作功能抽掉ATM信頭部分，并將信元信息域內(nèi)容提交給上一層ATM適配層。簡(jiǎn)單地說，就是在將信元遞交給適配層之前去掉信頭，而在相反的方向上加上信頭。

④一般流量控制。在用戶-網(wǎng)絡(luò)接口上實(shí)現(xiàn)流量控制，這個(gè)功能是由信頭中的GFC支持的。用戶設(shè)備中的ATM層與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的ATM層所完成的功能有所區(qū)別。對(duì)于用戶設(shè)備中的ATM層來講，它所完成的核心功能在于給ATM層適配所形成的信息幀加上信頭，從而形成能夠在ATM網(wǎng)中傳送的信元。與此同時(shí)，通過分配與識(shí)別信頭中的VPI與VCI值完成信元的復(fù)接與分接功能；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的ATM層所完成的核心功能在于信頭的變換，通過變換信頭實(shí)質(zhì)上完成了VP交換與VC交換的功能。

(3)ATM適配層(AAL)適配層(AAL)介于ATM層和高層之間，執(zhí)行高層協(xié)議的適配，負(fù)責(zé)將高層的信令或不同類型業(yè)務(wù)的用戶消息分段適配成ATM信元。適配的原因是由于各種業(yè)務(wù)(話音、數(shù)據(jù)和圖像等)所要求的業(yè)務(wù)質(zhì)量(如時(shí)延、差錯(cuò)率等)不同。ATM網(wǎng)絡(luò)要滿足寬帶業(yè)務(wù)的需求，使業(yè)務(wù)種類、信息轉(zhuǎn)移方式、通信速率與通信網(wǎng)設(shè)備無關(guān)，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐该餍院挽`活性，就要通過AAL完成適配，消除各種業(yè)務(wù)信號(hào)在質(zhì)量條件上的差異。換個(gè)角度說，ATM層只統(tǒng)一了信元格式，為各種業(yè)務(wù)提供了公共的傳輸能力，并沒有滿足大多數(shù)應(yīng)用層(高層)的要求，故需用一個(gè)適配層來作ATM層與應(yīng)用層的橋梁。

AAL按其功能可以進(jìn)一步分為兩個(gè)子層：信元拆裝子層和會(huì)聚子層。

①信元拆裝子層(SAR，SegmentationAndReassembly)：SAR子層位于AAL層下面，其主要目的是將高層信息拆開裝到一個(gè)適當(dāng)?shù)奶撨B接上連續(xù)的ATM信元中；在相反方向上，將一個(gè)虛連接的全部信元內(nèi)容組裝成數(shù)據(jù)單元并交給高層。

②會(huì)聚子層(CS，ConvergenceSublayer)：CS子層位于AAL層上面，其作用是根據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的條件控制信元的延時(shí)抖動(dòng)和信元丟失，在接收端恢復(fù)發(fā)送端的時(shí)鐘頻率，并對(duì)幀進(jìn)行流量控制和差錯(cuò)控制。

ITU-T定義了四類ATM適配功能，即：AAL1、AAL2、AAL3/4、AAL5。這四類功能分別對(duì)應(yīng)ATM層上傳送的A、B、C、D四種業(yè)務(wù)。A、B、C、D四種業(yè)務(wù)是根據(jù)三個(gè)基本參數(shù)來劃分的，這三個(gè)參數(shù)分別是：源和目的之間的定時(shí)要求、比特率要求和連接方式。

表5.1三個(gè)基本參數(shù)、ABCD四種業(yè)務(wù)、AAL適配類型以及服務(wù)質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系A(chǔ)類業(yè)務(wù)：恒定比特率實(shí)時(shí)（CBR）業(yè)務(wù)，如64kbit/s話音業(yè)務(wù)、固定碼率非壓縮的視頻通信業(yè)務(wù)及專用數(shù)據(jù)網(wǎng)的租用電路業(yè)務(wù)等。A類業(yè)務(wù)需要AAL1支持，AAL1的功能包括用戶信息的分段和重組、丟失和誤插信元的處理、信息到達(dá)延遲時(shí)間的處理及在接收端恢復(fù)源端時(shí)鐘頻率。B類業(yè)務(wù)：可變比特率（VBR）實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，如壓縮的分組話音通信和壓縮的視頻傳輸。B類業(yè)務(wù)的源與宿之間需要保持嚴(yán)格定時(shí)關(guān)系；比特率可變；支持面向連接的業(yè)務(wù)；具有傳遞介面延遲特性，原因是接收器需要重新組裝原來的非壓縮話音和視頻信息。B類業(yè)務(wù)需要AAL2支持，AAL2的功能與AAL1相似。C類業(yè)務(wù)：可變比特率業(yè)務(wù)，如文件傳遞和數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)。C類業(yè)務(wù)的源與宿之間無須保持定時(shí)關(guān)系，比特率可變，支持面向連接和無連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與信令，具有可變長(zhǎng)度用戶數(shù)據(jù)的分段、重組及誤碼處理等功能。C類業(yè)務(wù)需要AAL3/4

或AAL5支持。D類業(yè)務(wù)：可變比特率高效數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)報(bào)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)。D類業(yè)務(wù)支持無連接數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，源與宿之間無須保持定時(shí)關(guān)系，需要AAL3/4或AAL5支持。

(4)高層高層是各種業(yè)務(wù)的應(yīng)用層，它根據(jù)不同業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)、信令或用戶消息)的特點(diǎn)，完成端到端的協(xié)議功能，如支持計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和LAN的數(shù)據(jù)通信，支持圖像和電視業(yè)務(wù)、電話業(yè)務(wù)等。5.3ATM交換技術(shù)

ATM本質(zhì)上是一種尋址型特殊分組轉(zhuǎn)移模式，它使用異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)將不同速率的數(shù)字業(yè)務(wù)(如話音、數(shù)據(jù)、視頻)的混合信息流分割成固定字節(jié)長(zhǎng)度的信元，在B-ISDN中進(jìn)行快速分組傳輸和交換，也就是說，進(jìn)入B-ISDN的信息流是一串串的信元流。

B-ISDN與用戶間的接口也規(guī)定為以信元為基礎(chǔ)單位。B-ISDN用的ATM終端其自身具有信元接口。不具有信元接口功能的終端，如目前電信網(wǎng)中所用的各種終端，則在入網(wǎng)前必須經(jīng)信元裝拆設(shè)備進(jìn)行信元化，即規(guī)格化后才能進(jìn)入網(wǎng)中。

ATM交換主要有3項(xiàng)基本功能。（1）選路功能：在數(shù)據(jù)傳輸過程中，任一入線信息都可被交換到任一出線上，具有空間交換的特征。（2）信頭翻譯功能：在數(shù)據(jù)傳輸過程中，對(duì)從入線來的ATM信元根據(jù)路由表被交換到目的出線上，信頭VPI/VCI值由輸入值被翻譯成輸出值。（3）排隊(duì)功能：ATM采用異步轉(zhuǎn)移模式，某一時(shí)刻會(huì)發(fā)生多個(gè)信元爭(zhēng)搶公共資源的情況（出線競(jìng)爭(zhēng)/內(nèi)部鏈路競(jìng)爭(zhēng)），需要設(shè)置緩沖器，提供排隊(duì)功能。

5.3.1ATM信元結(jié)構(gòu)

ATM的基本單位是信元，每個(gè)信元長(zhǎng)度固定為53個(gè)字節(jié)，前5個(gè)字節(jié)為信頭(Header)，后48個(gè)字節(jié)為信息域(數(shù)據(jù)塊)。信元的大小與業(yè)務(wù)類型無關(guān)，任何業(yè)務(wù)的信息都經(jīng)過切割封裝成相同長(zhǎng)度、統(tǒng)一格式的信息分組。ATM信元結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。

圖5-4ATM信元結(jié)構(gòu)

信頭用來標(biāo)志異步時(shí)分復(fù)用信道上屬于同一虛通路的信元，并完成適當(dāng)?shù)穆酚蛇x擇。ATM層的全部功能均由信頭實(shí)現(xiàn)。在傳送信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)只對(duì)信頭進(jìn)行操作而不處理信息域中的內(nèi)容。接收端對(duì)信元的識(shí)別不再靠嚴(yán)格的參考定時(shí)，而是靠信元中的信頭標(biāo)記信息來識(shí)別該信元究竟屬于哪一個(gè)連接。ATM信元的信息域包括用戶數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)、信令信息等，它們透明地穿過網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)沒有差錯(cuò)控制處理。為了支持各種業(yè)務(wù)，根據(jù)業(yè)務(wù)特性定義了幾種類型的ATM適配層(AAL)，以便將信息裝入ATM信元，并提供特定的業(yè)務(wù)功能(如時(shí)鐘恢復(fù)，信元丟失恢復(fù)等)。AAL的特殊信息包含在ATM信元的信息域中。

VPI（VirtualPathIdentifier，虛通路標(biāo)識(shí)符）：對(duì)虛通路進(jìn)行識(shí)別。在UNI信元中，VPI為8位，表示一條ATM鏈路最多可以包括28=256條虛通路；在NNI信元中，VPI為12位，表示一條ATM鏈路最多可以包括212=4096條虛通路。VCI（VirtualChannelIdentifier，虛信道標(biāo)識(shí)符）：用于虛信道路由選擇。在UNI和NNI信元中，VCI字段都為16位，故對(duì)每個(gè)虛通路定義了216=65536條虛信道。VCI和VPI結(jié)合，可在UNI信元中標(biāo)識(shí)16777216（256×65536）條連接，在NNI信元中標(biāo)識(shí)268435456（4096×65536）條連接。GFC（GeneralFlowControl，一般流量控制）：占4位，只用于UNI。在B-ISDN中，為了控制共享傳輸媒介的多個(gè)終端的接入而定義了GFC。由GFC控制可產(chǎn)生用戶終端方向的信息流量，從而減小用戶側(cè)出現(xiàn)的短期過載。PT（PayloadType）：信息類型指示段，也叫凈荷類型指示段，占3位，用來標(biāo)識(shí)信息字段中的內(nèi)容是用戶信息還是控制信息。CLP（CellLossPriority）：信元丟失優(yōu)先級(jí)，占1位，用于表示信元的相對(duì)優(yōu)先等級(jí)。在ATM網(wǎng)中，接續(xù)采用統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用方式，因此，當(dāng)發(fā)生超限過載和擁塞而必須扔掉某些信元時(shí)，首先丟棄的是低優(yōu)先級(jí)信元。CLP的意義就是確保重要的信元不丟失。當(dāng)CLP=0時(shí)，信元具有高優(yōu)先級(jí)，應(yīng)保留；當(dāng)CLP=1時(shí)，信元為低優(yōu)先級(jí)，應(yīng)丟棄。HEC（HeaderErrorControl）：信元頭差錯(cuò)控制，占8位，用于錯(cuò)誤信頭的監(jiān)測(cè)、糾正。HEC還被用于信元定界，這種無須任何幀結(jié)構(gòu)就能對(duì)信元進(jìn)行定界的能力是ATM特有的。

路由的選擇由信頭中的標(biāo)號(hào)決定，發(fā)送的順序是從信頭的第1字節(jié)開始的，其余字節(jié)按增序方式發(fā)送。在一個(gè)字節(jié)內(nèi)，發(fā)送的順序是從第8位開始的，然后遞減。對(duì)于各域

而言，首先發(fā)送的是最高有效位（MSB，MostSignificantBit）。由于ATM是面向連接的技術(shù)，因此，同一虛接續(xù)中的信元順序保持不變。ATM采用5個(gè)字節(jié)的信頭和短小的信息域，比其他通信協(xié)議的信息格式都小得多，這種小的固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)單元就是為了減少組裝、拆卸信元以及信元在網(wǎng)絡(luò)中排隊(duì)等待所引入的時(shí)延，確保更快、更容易地執(zhí)行交換和多路復(fù)用功能，從而支持更高的傳輸速率。這好比火車上的每節(jié)車廂，無論是客車還是貨車，其車廂大小都是一樣的，從而方便了火車中轉(zhuǎn)時(shí)靈活快速地加掛或減少車廂。

5.3.2ATM交換的基本原理

1.VCI/VPI——虛信道標(biāo)識(shí)符/虛通路標(biāo)識(shí)符

VPI(VPIdentifier)、VCI(VCIdentifier)是ATM技術(shù)中兩個(gè)最重要的概念，VCI/VPI用于表示信元的邏輯路由地址。對(duì)于一個(gè)給定的接口，在兩個(gè)方向上都將可能存在不同的虛通路(VP，VirtualPath)，若干虛通路被復(fù)用在一條物理層連接上，而在每條虛通路內(nèi)部又可能含有許多條虛信道(VC，VirtualChannel)。屬于同一VC的信元群擁有相同的虛信道識(shí)別符VCI，屬于同一VP的不同VC擁有相同的虛通路識(shí)別符VPI。VCI和VPI都作為信頭的一部分與信元同時(shí)傳輸。

VPI、VCI的取值規(guī)則：在組成一個(gè)連接的各個(gè)鏈路上，VPI/VCI的取值是相互獨(dú)立的，從而可達(dá)到充分利用VPI/VCI資源的目的。

在ATM中，因?yàn)槊織l鏈路都容易被該鏈路上的各種接續(xù)共享（不是固定分配），所以每個(gè)接續(xù)被稱為虛連接。ATM的呼叫接續(xù)不按分組交換的信元逐個(gè)地進(jìn)行選路控制，而采用電路交換中呼叫的概念，那在傳送之前預(yù)先建立與某呼叫相關(guān)的信元接續(xù)路由，同一呼叫的所有信元都經(jīng)過相同的路由，直至呼叫結(jié)束。具體的接續(xù)過程是：主叫方通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口UNI發(fā)送呼叫請(qǐng)求的控制信號(hào)，被叫方通過網(wǎng)絡(luò)收到該控制信號(hào)并同意建立連接后，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)交換節(jié)點(diǎn)經(jīng)過一系列信令交換，就會(huì)在主叫方與被叫方之間建立一條虛電路。虛電路是用一系列VPI/VCI表示的。在虛電路的建立過程中，其上所有的交換節(jié)點(diǎn)都會(huì)建立路由表，以完成輸入信元VPI/VCI值到輸出信元VPI/VCI值的轉(zhuǎn)換。

2.虛信道（VC）和虛通路(VP)ATM信元傳輸方式主要有兩種：一種是由一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的VC鏈路構(gòu)成一個(gè)VC連接VCC來傳輸?shù)模捎肰CI（虛信道標(biāo)識(shí)）來識(shí)別每一條VC鏈路。VCC的作用是為ATM的VC建立一條虛電路。該虛電路是ATM網(wǎng)絡(luò)鏈路VC級(jí)端點(diǎn)之間的一種邏輯聯(lián)系，是在兩個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)之間傳送ATM信元的通信通路，可用于用戶（設(shè)備）到用戶（設(shè)備）、用戶（設(shè)備）到網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)）、網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)）到網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)）的信息傳輸。另一種是由一個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的VP鏈路構(gòu)成一個(gè)VP連接VPC來傳輸?shù)?，采用VPI（虛通道標(biāo)識(shí)）來識(shí)別每一條VP鏈路。VPC的作用是為ATM虛通路（VP）建立一條虛電路，是VPC端點(diǎn)之間的VP級(jí)端到端的連接。同樣可用于用戶（設(shè)備）到用戶（設(shè)備）、用戶（設(shè)備）到網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)）、網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)）到網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)）的信息傳輸。VCI/VPI值在經(jīng)過ATM交換節(jié)點(diǎn)時(shí)，如果該VP交換點(diǎn)根據(jù)VP連接的目的地，將輸入信元的VPI值改為新的VPI值，賦予信元后輸出，其內(nèi)部包含的所有VC捆綁在一起選擇相同的路由，穿過交換節(jié)點(diǎn)后并不拆散，則該過程稱為VP交換。VP交換設(shè)備（通常是交叉連接器和集中/分配器）僅對(duì)信元的VPI進(jìn)行處理和變換，功能較為簡(jiǎn)單，往往只是傳輸通道的某個(gè)等級(jí)數(shù)字復(fù)用線的交叉連接。

而VP/VC交換則不同，一個(gè)進(jìn)入交換節(jié)點(diǎn)的VP中的某VC鏈路被交換到另一個(gè)輸出VP中，不但VPI值發(fā)生了改變，而且對(duì)應(yīng)的VCI值也被更換。VC交換設(shè)備（ATM交換機(jī)、復(fù)接/分接器）要同時(shí)對(duì)VPI/VCI進(jìn)行處理和變換，功能較為復(fù)雜。（1）VP交換

VCI/VPI值在經(jīng)過ATM交換節(jié)點(diǎn)時(shí)，該VP交換點(diǎn)根據(jù)VP連接的目的地，將輸入信元的VPI值改為新的VPI值賦予信元并輸出，該過程稱為VP交換。VP交換的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，往往只是傳輸通道的某個(gè)等級(jí)數(shù)字復(fù)用線的交叉連接，如圖所示。

VP交換過程(a)?VP交換；(b)?VPI轉(zhuǎn)發(fā)表

（2）VP/VC交換

VC交換要和VP交換同時(shí)進(jìn)行，因?yàn)楫?dāng)一條VC鏈路終止時(shí)，VP連接(VPC)就終止了，這個(gè)VPC上的所有VC鏈路將各自執(zhí)行交換過程，加到不同方向的VPC中去，如圖所示。

VP/VC交換過程(a)?VP/VC交換；(b)?VP/VC轉(zhuǎn)發(fā)表

3.VP交換與VP/VC交換比較對(duì)于VP交換，其內(nèi)部包含的所有VC捆綁在一起選擇相同的路由，穿過交換節(jié)點(diǎn)后并不拆散。相應(yīng)地，VP鏈路內(nèi)的每個(gè)VCI的值保持不變。而VP/VC交換則不同，一個(gè)進(jìn)入交換節(jié)點(diǎn)的VP中的某VC鏈路被交換到另一輸出VP中去，不但VPI值發(fā)生了改變，而且對(duì)應(yīng)的VCI的值也被更換。從上述交換過程可以看出，雖然ATM交換是異步時(shí)分交換，但其原理與同步時(shí)分交換(時(shí)隙交換)有相似之處，區(qū)別在于用VCI/VPI代替了時(shí)隙交換中時(shí)隙的序號(hào)。

VP交換是靠B-ISDN協(xié)議分層模型的管理平面控制完成的，VP/VC交換則由B-ISDN協(xié)議分層模型的控制平面負(fù)責(zé)完成。VP交換設(shè)備(通常是交叉連接器和集中/分配器)僅對(duì)信元的VPI進(jìn)行處理和變換，功能較為簡(jiǎn)單；VC交換設(shè)備(ATM交換機(jī)、復(fù)接/分接器)則要同時(shí)對(duì)VPI/VCI進(jìn)行處理和變換，功能較為復(fù)雜。VPI和VCI只有局部意義，每個(gè)VPI/VCI在相應(yīng)的VP/VC交換節(jié)點(diǎn)被處理，相同的VPI/VCI值在不同的VP/VC鏈路段并不代表同一個(gè)“虛連接”。由于VP交換具有簡(jiǎn)單性，因而在早期可率先在網(wǎng)上投入使用，其容量也容易做得較大。另一方面，在B-ISDN骨干網(wǎng)高層節(jié)點(diǎn)，業(yè)務(wù)流量可以按局向劃分，這一點(diǎn)正符合VP交換的特性。所以，在B-ISDN網(wǎng)絡(luò)中，VP交換與VP/VC交換都是需要的。

ATM交換的基本原理如圖5.6所示。5.3.3ATM交換機(jī)的基本結(jié)構(gòu)ATM交換機(jī)的基本結(jié)構(gòu)可以分為接口模塊、交換模塊和控制模塊。其中，接口模塊位于交換機(jī)的邊緣，為交換機(jī)提供對(duì)外的接口。

接口模塊可分為兩大類，一類是ATM接口模塊，提供標(biāo)準(zhǔn)的ATM接口；另一類是業(yè)務(wù)接口模塊，提供與具體業(yè)務(wù)相關(guān)的接口。ATM接口模塊完成物理層、ATM層的功能，包括輸入模塊和輸出模塊。其中，輸入模塊是ATM交換系統(tǒng)的入口，包含物理層和ATM層功能，物理層信號(hào)要由這一模塊接收并處理SDH附加位，ATM信元也在這里提取。輸出模塊和輸入模塊類似，處