ATM交換

異步傳送模式(ATM)交換技術是一種包含傳輸、 組網和交換等技術內容的新穎的高速通信技術。 它是由產業界、用戶團體、研究機構和標準化組織開發和定義的。它被設計滿足下一代通信技術要求，如支持頻寬資源的有效利用，有利於有各種類型的網路互連以及能夠提供各種先進的通信業務。它被看作是先進和有效的軍用和民用通信的先進通信技術。它適用於區域網路和廣域網，它具有高速數據傳輸率和支持許多種類型如聲音、數據、傳真、實時視頻、CD質量音頻和圖像的通信。

圖1給出了用戶網路接口(UNI)的信頭結構和網路網路接口(NNI)的信頭接口。

其中：

GFC為一般流量控制，4位，只用於UNI接口。

VPI為虛通道標識，NNI中為12位，UNI中為8位。

VCI為虛信道標識，16位，用於標識虛通道VP中的虛信道。VPI和VCI一起標識一個虛連線。

PTI用來表示淨荷類型，3位。

CLP為信元丟失優先權，1位，CLP=1表示在遇到擁塞時該信元優先丟棄。

HEC為信頭差錯控制，8位，用於校驗信頭中前四個位元組的差錯，可糾一位錯。同時HEC也用於信元定界。HEC的生成多項式為(x⁸+x²+x+1)。

ATM交換

ATM真正具有電路交換和分組交換的雙重性

從技術上看，ATM是從快速分組交換技術演變而來的，用於信息傳輸的基本的ATM數據單元是ATM信元。這種ATM信元的長度是固定的，並由53個8位二進制數組成，包括 5個8位二進制數的頭標欄位和48個8位二進制數的信息有效載荷欄位。一個ATM信元的總ATM具有分組交換和電路交換的特徵，並包含傳輸、組網、多路復用和交換技術。ATM典型的數據速率為155Mb/s。通過計算150M/8/53=360 000，即每秒鐘信道上有36萬個信元來到，所以每個信元處理周期僅為2.7us。商用ATM交換機可以連線16~1024個邏輯信道，於是每個周期中要處理16~1024個信元。短的、固定長度的信元為使用硬體進行高速交換創造了條件。

ATM信元頭和有效載荷

信元頭欄位的主要功能是建立通信信道，識別屬於同一通信信道的的信元，在網路節點之間交換信元並為信元選擇路由，區分信息流的優先等級和控制信息流。

CLP:信元丟失優先權 PTI:有效載荷類型識別符 GFC:類屬流控制* VCI:虛擬信道識別符** HEC:頭標差錯控制 VPI:虛擬通道識別符** UNI:用戶-網路接口 *GFC欄位的功能至今仍未被標準化機構完全定義 **VCI和VPI組成信元交換中使用信元標記欄位

ATM信元的信息有效載荷(I)欄位包括用戶和管理數據。在I欄位的48個8位位元組中，前面的少數8位位元組(最多達4個8位位元組)與業務無關，其餘的8位位元組按特定業務編碼。

異步多路復用和快速分組交換

ATM技術所基於的工作原理是分解業務信號，把這些信號映射成固定長度的ATM信元，以異步方式多路復用這些ATM信元，從而組成連續傳輸的數據流， 接著通過網路上的虛擬通信信道，使數據流實現高速交換和傳輸。減少協定開銷和增加誤差檢校和對終端系統高層的重發這樣一些功能，可提高傳輸速度。

面向連線的技術和虛擬連線

ATM是一種面向連線的技術，意即通信信道建立階段必須處理實時信息交換。 在通信信道建立階段，通過網路建立一條端到端的通信信道。在ATM中， 通過網路中節點到節點連線的連鎖邏輯關聯來實現這樣的信道。每次邏輯關聯表明傳輸ATM信元的單向信息傳輸能力， 並調用一個虛信道(VC)。由於虛信道與專用的物理線路無關，並且它與其他連線共享其物理信道，所以把它視為虛擬。一個局部性的顯著邏輯標識符VCI識別一個VC，而VCI由ATM 層分配並放置在信元頭標中。當ATM層分配一個VCI值時，產生一條VC鏈路。一旦VC鏈路建立起來，它的後面將跟隨屬於同一VC連線的所有信元，從而確保在屬於VC連線的傳輸中以這樣的方式排序。整個ATM網路中實現端到端連線VC連鎖連線被稱作虛信道連線(VCC)。

分組交換與線路交換的綜合

ATM通信技術將現有的線路交換方式數字通信方式與分組通信方式加以綜合。首先， ATM允許憑藉信元標記定義和識別個人通信；就此而論，ATM裝配普通的分組傳輸方式。 第二，ATM與分組方式通信緊密相連，因此，它只有當有業務要傳送時才利用頻寬。第三， 像分組交換一樣，在呼叫建立階段，ATM支持服務質量(QoS)協商，並通過在多種連線中共享其傳輸媒體而支持虛電路的利用。但是也有明顯差別，因為分組方式一般利用可變長度的分組，而ATM則將固定長度分組的ATM信元作為其基本的傳輸媒介。此外，普通的分組方式主要是為可變比特率(VBR)、非實時數據信號創建的，而ATM同樣可以很好地管理實時恆定比特率( CBR)信號。

標記交換

ATM方式時，根據信元標記欄位中包含的信息進行信元尋由和交換， 而信元標記欄位是信元頭標的VCI和VPI。信元標記並非是一個明確地址。

鑒於ATM固有的優點及其對潛在套用的支持，它將對民用和軍事通信用產生重大影響,並將引起通信方式的變革。

就經濟效益而言，其優點包括按使用付費、較好的頻寬保證、減少(昂貴的)租用線預訂、資源最佳化、可縮放的和靈活的頻寬分配以及投資保證。

就提供業務來說，其優點包括支持LAN、MAN和WAN環境中的綜合通信，改善QoS、保證頻寬、按需頻寬和可縮放的頻寬分配，繼續提供高質量的業務以及提供新的業務。

就網路基礎結構而言，其優點包括多種類型的網路互連，支持靈活的網路基礎結構，並支持多機種網路基礎結構。

ATM物理層

ATM物理層分為兩個子層。

一：物理介質相關層

物理介質相關層PDM（physical Mediun Dependent sublayer）是有關傳輸介質、信號電平、比特定時等規定。但是ATM沒有提供相應的規則，而是準備採用現有的傳輸標準。

二：傳輸聚合子層

傳輸聚合子層TC（Transmission Convergence）提供與ATM層的統一接口。在傳送方，它從ATM層接收信元，組成特定形式的幀。在接收方，它從PDM子層提供的比特流中提取信元，驗證信元頭，並將有效的信元提交給ATM層。這一層類似於數據鏈路層的功能。

ATM層

ATM層類似於網路層的功能，它以虛電路提供面向連線服務。ATM支持兩級連線，即虛通路（virtual path）和虛信道（virtual channal）。虛信道相當於X.25的虛電路，一組虛信道捆綁在一起形成虛通路，這樣的兩級連線提供了更好的調度信能。