实现宽带综合业务数字网B-ISDN的核心技术----ATM

在本世纪的最后一年，ISDN（综合业务数字网）终于走下神坛，一路“轻舞飞扬”，开始大面积进入中国寻常百姓家。在我们准备收藏自己的MODEM，享受ISDN两个B通道128Kbps的同时，我们不禁要问：ISDN之后是什么？的确，需求促进了新技术的发展，新技术的应用又刺激了新的需求。当人们不满足用计算机来处理数据和文字时，出现了多媒体应用（集数据，语音和图象为一体），导致了多媒体的传输要求。

一.B-ISDN的应用

在几种高速广域网技术：SMDS（switch multimegabit data service 交换式多兆位数据服务）、帧中继（frame relay）、B-ISDN(broadband integrated services digital network 宽带综合业务数字网)之中，B-ISDN用一种新的网络替代现有的电话网及各种专用网，这种单一的综合网可以传输各类信息，与现有网络相比，要提供极高的数据传输率，且有可能提供大量新的服务，包括点播电视、电视广播、动态多媒体电子邮件、可视电话、CD质量的音乐、局域网互联、用于科研和工业的高速数据传送，以及其它很多甚至现今还未想到的服务。

归纳这些服务可分为交互服务和传播服务两大类，从特征上看分三点：

（1） 不是所有的服务都要求很高的传输速率和带宽，但活动图象传输服务及高速数据通信有这种要求，例如TV传播要求30Mbps，HDTV传播要求130Mbps。

（2） 某些服务有很高的猝发性，如面向连接的数据传送为1Mbps~50Mbps,文本传送为1Mbps~20Mbps,电视会议为1Mbps~5Mbps。

（3） 对网络的要求是能支持各种不同速率的服务，能支持猝发性的通信，要考虑信息丢失敏感的应用和时延敏感的应用。

二.ATM技术

(一).ATM与B-ISDN

使B-ISDN有可能实现的一种技术称为异步转移模式ATM（asynchronous transfer mode），ATM技术的发展是顺应多媒体传输的要求。多媒体（语音/图象）的传输特点和传统的数据传输不同，数据传输的特点是允许延时，但不能有差错，数据的差错将导致数据含义的不同，引起错误的结果；语音/图象传输的特点是信息量大，实时性高，但允许有少量的差错，差错只能影响当时的语音/图象的质量。虽然可以使用各种压缩技术，但多媒体的信息量仍然惊人，尤其是多媒体传输的实时性要求使得其它技术难以适应，于是出现了一种新的交换技术：ATM交换技术。

(二).ATM信元

ATM是用一种称为信元的、小的、固定大小的分组传送所有的信息。信元长度为53个字节，其中信元头占5个字节，信息域占48个字节，信元头的主要功能是信元的网络路由。

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ATM交换采用异步时分多路复用(ATDM)技术，用户数据被组合成信元，在ATM网络中分时传输。下图是数据在ATM中的发送和接收过程：

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各个源依据自己的速率产生数据，并把它们送到打包器中，将数据组装成包，当打包器中有了一个完整的信元时，就把它送到多路复用器中，多路复用器把信元插入网络的下一个可用的时间槽中，接收方的过程正好相反。ATM的异步时分复用模式克服了传统的分组交换延迟不确定和线路交换带宽没有充分利用的缺点，是这两种交换模式优点的集合。

(三).ATM交换机制

ATM交换支持不同的传输媒体（双绞线、同轴电缆和单模/多模光纤），提供不同的传输速率（25Mbps、45Mbps、155Mbps…625Mbps）;可以组建不同规模的网络（局域网和广域网），同时支持数据、数字化语音/图象的传输，针对不同应用对数据传输可靠性和实时性的需求，采用了不同的处理策略。ATM交换以信元为单位，并在信元中增加了可丢弃标识和优先级，并支持带宽预约，确保具有实时性要求的数据可以优先传递；同时ATM交换机简化差错控制和流量控制的功能，减少结点处理延时，使得传输速率可达Gbps的数量级。

ATM交换机制的具体实现要从ATM的网络结构说起：

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1) 传输通路：它是网络部件的延伸和扩展，它汇集和分解传输系统的有效负载，属于物理层。

(2) 虚拟通道(VC)：用于描述ATM信元单向传送的一个概念，信元与一个唯一的虚拟通道标识符(VCI)相联系。

(3) 虚拟通路(VP)：用于描述虚拟通路的ATM信元单向传输的一个概念，VC和VP都属于ATM层。很显然，VC包含于VP之中。

(4) 虚拟通道链路：在两个顺序的ATM实体间单向传送ATM信元的能力，在ATM实体处转换VCI值。

(5) 虚拟通路链路：类似于虚拟通道链路。

(6) 虚拟通道连接(VCC)：VC链路的一个连接。

(7) 虚拟通路连接(VPC)：VP链路的一个连接。

虚拟通道和虚拟通路都是用来描述ATM信元单向传输的路由。每个虚拟通路可以用复用方式容纳多达65535个虚拟通道，属于同一虚拟通道的信元群，拥有相同的虚拟通道标识号(VCI)，它是信元头的一部分。属于同一虚拟通路的不同虚拟通道的信元群，拥有相同的虚拟通路标识符(VPC)，它也是信元头的一部分。

当发送端要和接收端通信时，发送端先发送要求连接的控制信号，接收端收到该信号并同意建立后，一个虚拟线路被建立起来，用VPI和VCI表示。

虚拟线路建立后，需要传送的信息被分割成套53字节的信元，经网络传送到对方。在虚拟线路中，相邻两个交换点间信元的VCI，VPI值保持不变，此两点间形成一VC链路，一串VC链路相连形成VC连接VCC。相应的，VP链路和VP连接也可以类似的方式形成。VCI，VPI值在经过ATM交换点时，该VP交换点根据VP连接的目的地，将输入信元的VPI值改为要导向接收端的新的VPI值赋予信元头输出。以上过程称为VP交换，VC交换与此类似。由此可知，ATM可利用VC和VP达到交换与传输数据的目的。

这里要特别提到信元头中的信元优先权（CLP），设置CLP位以标识较低优先权的信元，在网络发生冲突时，首先被删去的就是这些较低优先权的信元，这一点在多媒体传输中十分重要。

(四).ATM的网络环境。

ATM的网络环境由ATM终端系统和ATM网络组成。

ATM终端系统（又称ATM站点）包括ATM的用户设备，可以是主机（工作站、服务器等），互连设备（桥接器、路由器等），这些设备必须配置ATM适配卡，获得一个ATM网络地址，ATM适配卡有不同速率和不同接口，满足不同需要。

ATM网络由ATM交换机和传输媒体组成，其中传输媒体主要是双绞线和光纤。ATM交换机则被划分为多个档次。工作组ATM交换机主要用于桌面用户的接入，其上行端口速率可选择155Mbps或更高，下行端口为25Mbps。园区级ATM交换机应用于一般企业规模的ATM网络构造，形成ATM主干网，连接ATM路由器，LAN交换器和主干级服务器。企业级ATM交换机则更适合构成大规模广域企业网的核心主干网络，主要用于连接工作组ATM交换机和其它ATM设备。

三.展望
异步转移模式ATM可承载多种业务，具有统计复用和按需分配带宽的动态性能，受到广泛重视，已被公认为实现宽带综合业务数字网B-ISDN的唯一交换方式。时至今日，千兆以太网的1000BASE T 铜线方案己经出台，千兆以太网的价格阻碍不覆存在，而ATM对千兆以太网的路由连接十分成熟。可以预见，在不远的将来，千兆以太网加ATM路由将成为多媒体时代高数据速率传输与交换服务的主力军。