第二课 异步转移模式ATM基本概念

课程目的

1． 了解为什么要发展ATM，能比较ATM和TDM的优缺点；
2． UNI和NNI接口
3． ATM的交换机制
4． 区分不同数据类型的QoS要求
5． 描述ATM各适配层（AAL0/AAL1/AAL2/AAL5）的功能
6． 讨论诸如带宽、时延和TDM同步等ATM传输问题
7． 简述ATM的应用

一、 什么是ATM

　　上一节课我们讲了ISDN的基本概念。ISDN的目的是实现各种业务综合，但N-ISDN是以电话网为基础的，基本保持了现有电信网络和数据网络等通信网络的结构和特性，这使得N-ISDN的有很多局限性：

(1) 传送速率低，只能处理1.5-2MBPS速率以内的业务；
(2) 中继网种类繁多，网络管理复杂，可扩展性差；
(3) 信道速率的等级不适应未来高速、可变速率的新业务。

为此，原CCITT建议了B-ISDN。

　　以异步转移模式ATM作为其核心技术B-ISDN，能

(1) 在UNI接口上提供任意速率的业务；
(2) 提供各种连接形态；
(3) 信息传送的延时小；
(4) 能支持各种数据传输速率（未定、可变、固定）类型，见ATM的适配层和QoS (我们将在本课第三节介绍)

1. 为什么选择ATM？

(1) 电路传送模式和分组传送模式

　　在通信网络发展过程中，出现了多种信息传输方式，它们分别适应不同业务速率，如下图所示。这里只对比电路传送模式和分组传送模式两个极端情况，对其他模式，读者可以自行参照下图和相关资料。

图 1

i. 电路传送模式，也就是电路交换模式（CSM：Circuit Switching Mode）+时分复用传输（TDM：Time Division Multiplexing）。其基本特点是，对任意特定的通话呼叫，为其分配一个固定速率的信道资源，且在整个通话期间专用。在数字模式下，通信双方的信息以周期出现的固定时隙为传输载体，故称为同步转移模式（STM：Synchronous Transfer Mode）。

图 2

缺点：由于STM下每个通路长期占有固定带宽的资源，而几乎所有通信类型的数据率都是可变的，所以资源利用率低，极不经济。

ii. 分组传送模式：这里是指传统的分组交换网X.25等。任何通信双方间都无需保持固定的通信链路，仅在需要发送数据时才向网络提交数据，甚至数据块的大小（Packet Size）可变。所以该模式（在物理设备传输容量下）可以适应任意的传输速率，且基于统计复用模式极大地提高了资源利用率。 缺点：分组交换网的固有优点同时也是它的固有缺点，它虽然实现了资源利用率的极大提高，但其中流控、差错控制等程序复杂，同时同一通信进程中的数据传输是异步的、时延大。所以不适应对时延敏感的通信业务，如电话、图像、视频通信等。

(2) TDM回顾

• 复用

　　TDM就是时分复用模式。它把若干不同通道（Channel）的数据按照固定位置分配时隙（TimeSlot：8Bit数据）合在一定速率的通路（Path）上。每一个时隙的速率为一个标准的PCM（Pulse-Code-Modulation）话路64Kbps。每通道时隙的重复频率为Ts=8KHz，即帧周期为125us。如图2所示。通常把若干通话复用在一起以后的通路组称为一个基本群路，然后更大的通路均在此基础上进一步复用（4倍）为高次群。其中的时隙数即复用的通道数与时钟有关。国际上有两个不同的基群标准（PRI：Primary Rate Interface）。美国和日本采用24支路标准，我国采用欧洲标准，使用32路标准，分别记为：

　　E1：32路，32×64Kbps＝2.048Mbps，
　　T1：24路，24×64Kbps＝1.544Mbps。

• 交换

　　直接把要交换的Channel的对应时隙的数据拷贝到通路（或另一通路）中要交换的时隙位置即可。下图3显示了两个E1支路上不同通道（Channel）间的交换情况。

 

图 3

(3) ATM和TDM的比较

a. TDM是同步传输模式。

• TDM是为实时话音数据传送而设计的，因此，
• TDM以基本带宽为固定的64Kbps信道为单元，
• 在复用过程中各信道的位置（时隙：TimeSlot）固定，而且各通信双方在通信中独占信道，故而，
• TDM在传输对时延不敏感的数据流时效率很低。

b. ATM本质上是一个异步传送技术

• ATM能同时传输实时数据和非实时数据；
• 没有特定时隙或专用信道的概念；
• 灵活的带宽分配和高的信道资源使用率；
• 同时对不同的业务能提供相应的QoS保证。

2. ATM的定义

　　ATM即Asynchronous Transfer Mode，译为异步转移模式，或称为异步传输模式、异步传送模式。ATM是B-ISDN的核心技术。如前所述，电路交换和分组交换都不能适应未来的宽带、多速率、不同QoS业务的发展需求。为此，逐渐推出了各种传输模式。其中最有吸引力的便是ATM。它们的相互关系可以简明地表示如下。

图 4

异步转移模式ATM定义，归结为：

　　(1) 面向连接的快速分组交换技术（Connection-oriented, high-speed packet switching）。

　　(2) 基于固定长度信元的异步传输技术（53-byte celled streaming）。各种类型的信息流（包括语音、数据、视频等）均被适配成固定长度的（53字节）的"信元"（Cell）中进行传输。信元是同步定时发送的，但信元所包含的信息之间却是异步，即不保证原来的信息顺序到达目的地。

ATM技术规范由ATM论坛和ITU-T标准给出。

3. ATM的特点

• 可同时传送包括语音、数据、视频等多种话音和非话业务。
• 可提供各种可能的服务质量选择（QoS：Quality of Services），包括不变速率传输、可变速率传输：
  
  
  • i. 根据传输业务类型选择信息速率。
  • ii. 在每次连接发起时临时协商确定一个所需的速率（并且可变），通常称为未定速率。
    
    
• 可提供Mbps到Gbps的各种速率。
• 可用于同轴缆、光纤和普通双绞线缆介质。
• 可以作为LAN或WAN的基础技术，即构成所谓IPoATM网络。