第二课 异步转移模式ATM基本概念
二、 ATM基本原理
1． ATM的层次模型
ATM层和OSI模型不完全一致，它主要处理物理层和数据链路层问题，其协议分层如下图5所示，其中简要地列出了各层的中英对照和相应的功能。
ATM可用速率分若干等级：
a)1.544Mbps/2.048Mbps；
b)25Mbps；
c)45Mbps；
d)155Mbps；
e)622Mbps，
它们可以分别容纳不同QoS和速率要求的业务。顺便指出NMS的ArTeMux系列ATM产品可以为UTP（Unshielded-twist-pair），MMF(Multi Mode Optical Fiber)和SMF(Single Mode Optical Fiber)提供25Mbps和155Mbps两种速率（但25Mbps是北美标准，不适合中国）。
2． ATM的信元
ATM信元实际上就是分组，为区分X.25分组（Packet）改称为信元（Cell）。ATM信元具有固定的长度，总长为53字节。其中前5个字节为信头（Header），包含各种控制信息，包括信元目的（逻辑）地址、纠错码、业务控制和维护信息等；后面48字节为信息字段（Payload），又称净荷，其中包含了业务的数据，它们将被透明地传输。信元结构如下图6所示。在UNI接口和NNI接口上ATM的信元头结构是不同的。
GFC（Generic Flow Control）：一般流量控制。如图7所示，GFC仅在UNI信头存在，因为ATM只在端设备与用户设备处进行流控制，以减少网络过载的可能性。
VPI（Virtual Path Identifier）：虚通道标识符。在ATM中，若干虚通路（VC）组成一个虚通道（VP），并以VP作为网络管理单位，相当于X.25中的逻辑信道群号（LCGN）。
VCI（Virtual Connection Identifier）：虚通路标识符。类似于X.25中逻辑信道号（LCN），用于标志一个VPI群中的唯一呼叫，在呼叫建立时分配，呼叫结束时释放。在ATM中的呼叫由VPI和VCI共同决定，且唯一确定。
PTI（Payload Type Identifier）：净荷类型。用于指示信息字段的信息是用户信息还是网络信息。
CLP（Cell Loss Priority）：信元抛弃优先级。当CLP为"1"时，表示当网络拥塞时可以抛弃该信元；相反，不能抛弃CLP为"0"的信元。
HEC（Header Error Control）：信头差错控制。为了提高处理效率（同时传输线路条件允许如此），ATM仅进行信头 差错控制，以防VPI/VCI差错，即呼叫间"串话"。
3． ATM的信令接口：
UNI和NNI ATM有两种类型的接口：一种是用户-网络接口（UNI：User-Network Interface），一种是网络－网络接口（NNI：Network-Network Interface）。如下图7所示。
其中的UNI接口完成终端用户系统与专有ATM交换机和公众ATM网络之间及专用ATM交换机与公众ATM网络之间的消息互通。而NNI是专为公众或专有ATM网络之间的消息互通。通过这两种接口，一方面可以维持现有的话音、视频、数据等本地网络不变而轻松地在UNI下得以综合，另一方面可以利用NNI高速地传输多种类型的信息。
4． ATM的地址
在ATM中，地址是呼叫建立过程中通过UNI信令确定的，然后据此寻找合适的路由，并建立VC（虚连接）。虚连接由一系列VPI/VCI路由构成，并用VPI/VCI标识。ATM中使用20字节的地址结构，如下所示：
ATM地址有三种格式：
- DCC格式：按国家分配的地址；
- ICD格式：按国际组织分配的地址；
- E.164格式：传统电话编号方式。
它们的区别由交换机MAC地址中的地址前缀指明。
其中适配器的MAC地址，又称ESI（End System Identifier）是48比特的MAC地址（与现有LAN-MAC地址兼容）。选择字（SEL）在NNI接口中没有意义，仅在UNI接口处解释，在NMS的ArTeMux中用于识别终端系统中的终端接入点（地址空间大小为256）。
5． ATM的地址注册
在呼叫建立过程中终端系统和ATM交换机之间（UNI）通过过渡性本地管理接口（ILMI：Interim Local Management Interface）协议完成地址注册。注册过程如下图所示。
（1） ATM终端系统通知ATM交换机自己的MAC地址ESI；
（2） 如果正常，ATM发回包含ATM地址的其余部分（包括ATM交换机MAC）的响应包。
6． ATM的虚连接（Virtual Connection）
ATM和STM都是面向连接的传输模式。但ATM和STM不同，其连接是"临时"的，不像STM中那样，用户在呼叫期间独占物理通道（的一部分），而是逻辑上的"虚连接"，故称"虚电路"。用户间的信元传输必须在虚电路建立之后，才能进行；信元按序发送，并按序到达目的终端；且各虚电路拥有自己（在呼叫建立期间协商好）的业务性能参数。
(1) 虚电路（Virtual Circuit）概念
虚通路（VC）：两个终端接入点的逻辑连接。
虚通道（VP）：一组虚通路集合。VCI和VPI分别用于标识为一个呼叫链路所分配的虚通路和虚通道。前面所讲的ATM地址仅在UNI接口处用于识别用户终端及用户终端内的逻辑设备；在ATM交换和传输控制过程中都以VPI+VCI作为参考值（参见ISDN及七号信令部分中的呼叫参考值）。VC和VP的关系如图9所示。
值得指出的是，一个呼叫链路由端-端VCI/VPI和ATM交换机的路由表唯一确定，一个呼叫链路上的信元的VPI+VCI在ATM交换过程中会被改变（由路由表决定）。
(2) ATM交换
ATM中的两种交换：虚通道交换（VCS：Virtual Channel Switching）和虚通路交换（VPS：Virtual Path Switching）。前者指同一个VP内或不同VP内的VC之间的交换；后者指一个VP内所有信元同时被映射到另一个VP内的过程。见下图10。
(3) ATM的两种虚连接
永久虚连接（PVC：Permanent Virtual Connection）：是一种静态虚连接，必须手工配置。其优点是，不必每次呼叫都进行虚连接配置，所以连接快（小于30us），仅由系统响应时间决定。其缺点是，这些PVC必须手工配置，不能进行大量PVC配置。
动态虚连接（SVC：Switched Virtual Connection），又称交换虚连接：是一种动态的虚连接，由终端用户或终端应用发起连接请求，系统临时建立。连接时间由ATM网络决定，在系统拥塞时可能失败。但SVC比PVC具有更高的QoS适应性和带宽利用率。
二者都必须能进行点-点连接和点-多点连接。