自学考试计算机网络与通信笔记第四章2
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四。异步传输模式（ATM）
分组交换：以分组为单位，在网络层上进行
帧中继：以帧为单位，在数据链路层上进行；
异步传输：以信元为单位，在数据链路层上进行，建立在大容量光纤介质基础上的，适用于
LAN和WAN；
1.ATM导入背景
（1）N-ISDN 窄带ISDN 以线路交换为基础，存在局限：
A.带宽有限，只能向用户提供最高为2MB/S的基群速率接口，
B.中断网种类繁多，在网络和用户系统中并用线路交换和分组交换，要求系统个有双重交
换模式的网络功能；
C.网络资源利用率不高：只具有基本速率和基群速率，适于支持速率高于64MB/S的业务类
型，对于低速率，网络资源浪费严重；
D.不易导入新业务：
（2）B-ISDN 要求的传输模式必须满足：
A.对信息的损伤要小
B.能灵活支持各种业务；
C.具有高速传送信息的能力；
D.简单易行
ATM以分组交换为基础，融合了线路交换的优点，克服线路交换中不能适用于各种速率业务
的缺点，简化了分组通信中的协议，并由硬件对简化的协议进行处理，
2.ATM的基本概念
ATM：本质上一种高速分组交换模式，它将语音、数据及图像等所有的数字信息分解成长度
一定的数据块，并在各数据前装配地址、丢失优先级等控制信息构成信元，空信元以一定的
速率发送，只要获得空信元即可插入信息发送，因信息插入位置无周期性，故称这种传输方
式为异步传输方式；因为需要排队等待空信元到来才能发送信息，所以ATM是以信元为单位
的存储转发方式，称为信元交换；
优点：有极高的灵活性；有高速传输及交换能力；支持广播协议
（1）网络结构-多级的交换网络结构
组成：ATM终端、ATM交换机、终端与交换机接口称为用户网络接口 UNI；交换机与交换机接
口称为NNI；
ATM网分为：公用ATM、专用ATM、ATM接入网
专用ATM网：网络规模小，不需要复杂严密的计费等管理规程，主要用LAN互联或直接构成
ATM LAN网；
公用ATM网：通过公用用户网络接口连接各专用ATM网和ATM资源
ATM接入网：在各种接入网中使用ATM技术，以提供端到端的宽带连接；
（2）ATM信元
由信元和信息段构成；信元来识别通路
规定长度的信元，53字节，信头5字节，信息段48个字节，
信头结构（UNI 与NNI信头不同处在第一行中，UNI为GFC\VPI，NNI为VPI）
GFC：一般流量控制，只用于UNI，置0000
VPI：虚通道标识，在一个接口上将多个虚通道集中组成一个虚通道（VP），UNI中为8比
特，NNI中为12比特；
VCI：虚通路标识，标识虚通道内的虚通路，VPI/VCI共同标识一个虚连接；
PTI：承载类型指示，用于指明信元中的承载类型
CLP：信元丢失优先级：
HEC：信头差错控制，检测信头中错误；，可以纠正1比特错；另一个作用用于信元定
界；在物理层实现
（3）连接
ATM 是面向连接的，在数据交换前要前建立连接
支持的连接：虚通道连接，由网络管理系统以半永久方式分配；虚通路连接，通过信令动态
占有虚通道的资源，最多可有4096个虚连接；
3.ATM物理层
（1）ATM物理层分为PMD和TC（从下至上），相当于OSI模型中的物理层和数据链路层；
（2）PMD：与物理介质直接相连的一层，主要传输介质是光纤，接口速率155.5MB/S/622MB/S
（3）TC：接收ATM层的信元，转换成能在物理介质传输的比特流，交给PDM层发送，或从PMD层
接收比特流，从中取出信元交ATM层
（4）传输过程
A.从ATM层接收信元：首先计算HEC，将信头的前4个字节左移8位，然后除多项式
X（8）+X（2）+X+1，得到的余数与01010101相加，得到HEC；将HEC插入到信头后，准备发送信
元，
B.从PMD子层中接收比特流：首先信元办
4. ATM层
（1） 在物理层之上，为各种业务提供信元传输功能，与OSI模型中的网络层相当，提供端到
端的数据传输。ATM层中识别和处理信头，功能分为三大类
A.信元复用/解复用：在ATM层与TC层的接口处完成，发送端ATM层将具有不同VPI/VCI的信元
不加区分地交给TC层发送；接收端ATM层从TC层接收信元，根据信元的VPI/VCI值，将各信元
送给不同的模块去处理；
B.信元传输：ATM层建立虚连接，虚连接是单向的，但在建立时总是在两个方向上同时建
立，并且使用相同的连接标识，因而将虚连接看成是全双工，不同方向上的连接
虚连接分为永久性虚连接（在ATM启动时根据配置信息建立起来的）；交换型虚连接（通过ATM
连接管理信令建立起来的）
C.流量控制和阻塞控制：流量控制的目的是控制进入网络的数据量，以尽量避免阻塞的发
生；阻塞控制的目的是当网络已经阻塞时，采取措施减少阻塞带来的影响，避免阻塞的进一
步加剧。两者的目的都是为了提高网络性能，保证业务的服务质量；
ATM层不提供任何应答机制，不进行差错控制，但保证信元的投递绝对是按顺序的；
（2） 描述流量和服务质量的参数：
A.峰值信元速率（PCR）：
B.可维持信元速率（SCR）：
C.最小信元速率（MCR）：
D.最大突发长度（MBS）：
E.允许的信元抖动容限（CDVT）à体现业条对时间特性的要求
F.峰值信元时延抖动：
G.最大信元传送时延：
H.信元丢失率：
I.信元错误率：
J.严重出错的信元块比例：
K.信元误入率：
5. ATM适配层（AAL）
位于ATM层和高层应用之间，它的目的是为应用程序提供所需的服务。专门为各种特
定业务提供服务。保留开放式的协议结构，允许引入新的AAL协议，
（1）AAL1：针对当前的线路交换业务，提出一种利用ATM网络传输话章及各类N-ISDN业务的方
法；特点：速率恒定，并且需要端到端定时
CS子层：直接将高层产生的恒定比特率的AAL-SDU作为CS-PDU；
SAR子层：记录数据在SAR-PDU的位置，
（2）AAL2：没有具体的实现格式，对于可变比特采用AAL5进行适配，或通过速率娈换后采用
恒定比特率的AAL1进行适配；
（3）AAL3/4：将CS子层分为公共部分CS（CPCS）和业务特定CS（SSCS），CPCS与业务无关，所有业
务的CPCS相关，SSCS根据具体业务而定；
支持两种业务模式：
（1） 消息模式MM（Message Mode）：每次装载一个数据块，数据块的长度可定长或不定长在AA
L中进行分段和组装；
（2） 流模式SM（Streaming Mode）：以字符流方式将要发送的由AAL层，数据没有起始边界
对于两种模式的操作有两种：
（1）确保操作：通过重传出错或丢失的SSCS-PDU来确保每个AAL-SDU的正确传送
（2）非确保操作：只通知是否出错，具体的出错处理由高层协议来完成
（4）AAL5（C/D类业务）
（5）信令AAL（SAAL）：专用来支持ATM信令消息的适配层
分为两个子层：业务特定协调功能层（SSCF） 及业务特定连接型协议（SSCOP）
6.连接管理
连接管理属于ATM的控制面，它的底层依靠SAAL，来保证数据传输的正确性。连接管理由U
NI信令 NNI信令来完成。
UNI信令规定了建立、维持及拆除B-ISDN UNI连接的过程，及过程中出现的消息和信息元
素格式，重大错误的处理方式以及所用到的定时器等。包含有UNI 3.1 及 ITU-T的Q.2931
（1）支持范围
A.支持点到点连接，提供按需建立相关的ATM虚连接的业务，ATM UNI3.1 还支持点到多点连
接
B.提供SETUP，REQUEST，ANSWER，CLEAR等一系列信令消息，完成建立、维持和拆除一个虚连接
的过程；
C.基本的信令功能通过协议定义的消息、信息元素及相应的过程实现；
D.协议应支持建立满足A类、C类、X类传输服务质量要求的虚连接。
E.信令的消息一个静态的虚通路连接完成（VCI=5，VPI=0）
F.支持错误恢复，包括非致命的消息信元的错误、AAL层的错误、状态查询机制以及可选的
错误恢复级别
G.支持公共ATM地址和专用ATM地址；
H.支持端到端的参数设置
（2）ATM呼叫连接过程
运用消息进行呼叫连接，
（3）ATM地址操作
同IP地址的作用相似，目的在世界范围内的ATM网格中标识一个ATM终端，
A.ATM地址的格式
长度为20字节，有3种格式，DCC ICD E.164
AFI DCCICDE.164 HO-DSP ESI SEL
利用HO-DSP进行分层选路，ESI在启动时由ROM读入IEEE MAC地址，ESI前的所有字段统称为
网络前缀，一个ATM终端处在不同的网络时有不同的ATM地址所以需要特殊的地址注册及解析
过程
B.注册过程
每个终端启动时，向交换机请求所在网络的网络前缀，然后将网络前缀与ESI结合形成自己
的ATM地址，并向交换机进行注册，以便交换机建立路由信息；
UNI用户侧（终端）ATM实体必须维护一个网络前缀表，记录所在网络的网络前缀；
UNI网络侧（交换机）ATM实体必须维护一个ATM地址表，记录所有与之相连的终端地址；
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