ATM交换,ATM交换原理详细介绍

ATM交换,ATM交换原理详细介绍

随着Internet与多媒体威廉希尔官方网站 的飞速发展，Web上的图像、音频、视频等多媒体内容越来越多，用户需要有更高的接人速率。而现有的电路交换和分组交换很难胜任宽带高速的交换任务。对于电路交换，当数据的传输速率及其突发性变化很大时，交换的控制就变得十分复杂；对于分组交换，当数据传输速率很高时，协议数据单元在各层的处理成为很大的开销，无法满足实时性很强的业务的时延要求。异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode)就是建立在电路交换和分组交换基础上的一种新的交换威廉希尔官方网站 ，他可以很好地进行宽带信息交换。

1 ATM信元格式及速率

ATM传送信息的基本载体是ATM信元。ATM信元采用53B的固定长度，其中48B为数据，另附加5B作为信头。在信元交换过程中，主要是参照信头的内容对信元进行处理。信头内容在UNI和NNI中略有不同，如图1所示。

GFC(Generic Flow Contr01)：一般流量控制，只用于UNI接口，目前没用，置为0000。

VPI(Virtual Path Identifier)：虚通道标识，在一个接口上将若干个虚通路集中起来组成一个虚通道(VP)，并以虚通道为网络管理的基本单位。VPI在UNI中为8b，在NNI中为12b。

VCI(Virtual Channel Identifier)：虚通路标识，标识虚通道内的虚通路，VPI／VCI一起标识一个虚连接。

PTI(Payload Type)：载荷类型指示，用于指明信元中的载荷(数据域中携带的数据)类型。

CLP(Cell Loss Priority)：信元丢失优先级，用于拥塞控制。当网络出现拥塞时，首先抛弃CLP等于1的信元。

HEC(Header Error Contr01)：信元差错控制，用来检测信头中的错误，并可以纠正信头中的1 b差。HEC的另一个作用是用于信元定界，利用HEC字段和他之前的4B的相关性可识别出信头位置。HEC的功能在物理层实现。

2 ATM交换原理

与普通IP传输的非面向连接不同，ATM是一种面向连接的交换方式。ATM交换机是根据信元头的信息，基于信元完成的。一个ATM交换机可能只使用信元头的VPI部分，或只使用VCI部分，或者两个部分都使用来决定如何转发信元。其工作过程大致是；ATM交换机接收来自特定输入端口的、带有标记的VPI／VCI字段和表明属于特定虚电路的信元，然后检查路由表，从中找出从哪个输出端口转发该信元，并设置输出信元的VPI／VC!值。就像电话呼叫的例子，只使用信元头部的VPI字段进行ATM信元的大量交换是非常有用的。

ATM采用了虚连接威廉希尔官方网站 ，将逻辑子网和物理子网分离。类似于电路交换，ATM首先选择路径，在2个通信实体之间建立虚通路，将路由选择与数据转发分开，使传输中间的控制较为简单，解决了路由选择瓶颈问题。设立虚通路和虚通道两级寻址，虚通道是由两结点间复用的一组虚通路组成的，网络的主要管理和交换功能集中在虚通道一级，减少了网管和网控的复杂性。在一条链路上可以建立多个虚通路。在一条通路上传输的数据单元均在相同的物理线路上传输，且保持其先后顺序，因此克服了分组交换中无序接收的缺点，保证了数据的连续性，更适合于多媒体数据的传输。 在信头的各个组成部分中，VPI和VCI是最重要的了。这两个部分合起来构成了一个信元的路由信息，该信息表示这个信元从哪里来，到哪里去。为此常把这两个部分合起来记作VPI和VCI。ATM交换就是依据各个信元上的VPI和VCI，来决定把他们送到哪一条输出线上去。

每个ATM交换机建立一张对照表。对于每个交换端口的每一个VPI和VCI，都有对应表中的一个入口。当VPI和VCI分配给某一信道时，对照表将给出该交换机的一个对应输出端口以及用于更新信头的VPI和VCI值。

当某一信元到达交换机时，交换机将读出该信元信头的VPI和VCI值，并与路由对照表比较。当找到输出端口时，信头的VPI和VCI被更新，信元被发往下一段路程。

在ATM环境中，怎样使用VP和VC呢?VP就像一个能够携带许多VC(最多可达65 000条)的管道或通道，他可以是从交换机到交换机的虚拟线路，也可以是横穿ATM网络由终端到终端的所有线路。除了最大的专用局域网或广域网外，65 000条VC在当今是足够的。实际上支持复杂的VP并不需要这么多VC，许多ATMLAN发送点仅支持一条虚通道，即VPI＝0。当只有一条VP被支持时，他不用作端到端的连接，所以这里并不要求VC一定在给定的VP中，这样VC可连接任何一组站群而不受VP的影响。通常数据是在一条VC中传送的。另一方面，交换机在典型情况下，必须支持成百上千条不同的VP，最大可能支持上百万条不同的VC。通常客户系统希望能够提供给他们用户一条通过网络的专用VP，VP可以连接网络中任意2个端到端用户，若VP使用这种方式，则被称为一条虚通道连接(VPC)或称为一个“虚通道路径(VP Channel)”。他可以带有“永久虚拟线路(PVC，Permanent Virtual Circuits)”和“交换虚拟线路(SVC，Switched Virtual Circuits)”。如图2所示。

在一个VP通道中，系统用户可以建立PVC和SVC，而无需系统以任何方式参与，甚至系统的交换机也不必直接支持SVC。VP通道能够提供一条路径将公用网中不同的公司互相隔离开来。在使用公用ATM服务器的这条路径中，就需要用复合VP通道互联用户网络中的网点。

在公用ATM网络环境中，若系统不提供VP通道的能力(有些可能没有)，则系统只能提供PVC，这是因为交换机不能直接支持SVC(有些从不支持)，有些系统也不希望支持SVC(因为他使企业间帐目复杂化，并增加了保密数据的流量)。若无VP通道，系统通常在网络端点用VPI＝0，产生和结束PVC。如图3所示。

在公用网络中，PVC是用户提前申请并由系统建立的。PVC在对外连接"ATM网络设备"(如以太网或带ATM的FDDI转换器、ATM集线器)时是相当有用的。许多非ATM信号源可通过单个PVC动态多路复合返回到指定点。在ATM主机间使用PVC也可限制预定端点的通信。在公用网中这是符合要求的。

在专有网络(LAN或WAN)中，由于终端站可以自己申请建立SVC，所以SVC是站点之间的通信更可取的路径。这就是当今大多数专用非ATMLAN和WAN的工作方式。因此，占用网络ATM交换机必须直接支持SVC。但是，若终端站或边缘设备不支持SVC或是按要求不允许申请连接SVC，这时在专用网中有用PVC的，PVC必须由网络控制者提前建立。但由于路径是预定的，所以当网络出现故障时，PVC比SVC优越性差。故此，在专用网络中虚通道VP不重要甚至不需要了，如图4所示。

3 ATM交换机

在B-ISDN中，ATM交换机连接着用户线路和中继线路。在用户线路上和中继线路上传送的都是ATM信元。ATM信元交换机的通用模型及其原理如图5所示。其通用模型有一些输入线路和一些输出线路，通常在数量上相等(因为线路是双向的)。在每一个周期从每一输入线路取得一个信元(如果有的话)。通过内部的交换结构(switching fabric)，并且逐步在适当的输出线路上传送。从这一角度上看，ATM交换机是同步的。而且，他不关心信息的内容和形式。他简单地把信息分割成相同长度的分组，并给分组加上头部，以使分组能到达目的地。ATM信头只有很少的几项功能，这使其能被网络无时延地处理。

所有的ATM交换机都有2个共同的目标：一个是以尽可能低的丢失率交换所有的信元；另一个是决不能在虚电路上记录信元。可以说，ATM交换机的任务，就是根据ATM信头上虚通道标识符和虚通路标识符，把送人的ATM信元转送到相应的中继线或用户线上去。举例来说，用户A正在使用虚通道VPI；2、虚通路VCI=1向北京发送一幅图片；同时又在使用VPI=3、VCI＝1向北京发送一段语音；同时还在用VPI=4、VCI＝2从深圳接收数据。那么，交换机就应该把从用户线A上收到的VPI＝2、VCI＝1的ATM信元转送到中继线C上，把从用户线A上收到的VPI=3、VCI＝1的ATM信元也转送到中继线C上；同时把从中继线D上收到的VPI=4、VCI＝2的ATM信元转送到用户A上，如图6所示。

由于在B-ISDN上，用户线和中继线上传送的都是ATM信元，所以对ATM交换机来说，可以在许多情况下对中继线和用户线不予区分，这样就可以得到一个抽象的ATM模型。联接在这个交换机模型上的一部分线路向这个交换机抄送出ATM信元，因而叫做这个交换机的入线；另一部分线路则从这个交换机接收ATM信元，因而叫做这个交换机的出线。ATM交换机的功能就是根据送人的ATM信元的VPI和VCI，把他们送到相应的出线上去。

为了完成上述ATM信元的工作，一个ATM交换机一般由3个基本部分构成：入线处理和出线处理部分、ATM交换单元、ATM控制部分。其中，ATM交换单元完成交换动作；ATM控制单元对ATM交换单元的动作进行控制；入线处理部分对各入线上的ATM信元进行处理，使他们成为适合送入ATM交换单元的形式；出线处理部分对ATM交换单元送出的ATM信元进行处理，使他们成为适合于传输的形式。

我们知道，在通信线路上常常是传送一个比特一个比特的串行信号，而在ATM交换单元中为了提高速度，常常需要一次读入若干比特的并行信号。因此，诸如串／并转换等功能，在入、出线处理部件里总是需要的。事实上，为了简化交换单元的设计，我们也总是把那些可以在入线和出线就能处理的事放人到人、出线处理部件上工作。

交换机的主要功能是提供一种方法，将来自输入端口的信元快速、有效地路由到输出端口。ATM交换设备将进行单个信元的输入处理、标头的转换以及输出处理。信元标头必须按输出端口的要求进行转换。为确保信元进入适当的物理链路，交换机必须对信员进行输出处理