atm(異步傳輸模式)

異步傳輸模式（ATM Asynchronous Transfer Mode），就是建立在電路交換和分組交換的基礎上的一種新的交換技術。

基本介紹

• 中文名：異步傳輸模式
• 外文名：Asynchronous Transfer Mode
• 縮寫：ATM
• 屬性：數據傳輸技術

ATM定義

ATM----Asynchronous Transfer Mode（ATM）異步傳輸模式的縮寫

ATM是一項數據傳輸技術，是實現B-ISDN的業務的核心技術之一。ATM是以信元為基礎的一種分組交換和復用技術，它是一種為了多種業務設計的通用的面向連線的傳輸模式。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。

ATM是在LAN或WAN上傳送聲音、視頻圖像和數據的寬頻技術。它是一項信元中繼技術，數據分組大小固定。你可將信元想像成一種運輸設備，能夠把數據塊從一個設備經過ATM交換設備傳送到另一個設備。所有信元具有同樣的大小，不像幀中繼及區域網路系統數據分組大小不定。使用相同大小的信元可以提供一種方法，預計和保證套用所需要的頻寬。如同轎車在繁忙交叉路口必須等待長卡車轉彎一樣，可變長度的數據分組容易在交換設備處引起通信延遲。

ATM是一種異步傳輸模式。

ATM以信元為基本單位。

ATM的信元的長度為53個位元組。

在光通信中有套用。

ATM虛電路

由於ATM網路是面向連線的，所以，在傳送數據之前首先要傳送一個分組以便建立連線，當這個初始分組經過子網的時候，該路徑上所有的路由器都在他們的內部表中建立一個表項，用來標明該連結的存在，並且為它預留必要的資源。這裡的連結通常稱為虛電路（virtual circuit），類似於電話系統中使用的物理電路。

ATM參考模型

ATM有它自己的參考模型，既不同於OSI模型，也不同於TCP/IP模型。它包括三層：物理層、ATM層和ATM適配層。

工作原理

ATM採用面向連線的傳輸方式，將數據分割成固定長度的信元，通過虛連線進行交換。ATM集交換、復用、傳輸為一體，在復用上採用的是異步時分復用方式，通過信息的首部或標頭來區分不同信道。

ATM真正具有電路交換和分組交換的雙重性:

ATM面向連線,它需要在通信雙方向建立連線,通信結束後再由信令拆除連線。但它摒棄了電路交換中採用的同步時分復用，改用異步時分復用，收發雙方的時鐘可以不同，可以更有效地利用頻寬。

ATM的傳送單元是固定長度53byte的CELL（信元），其中5B為信元頭，用來承載該信元的控制信息；48B為信元體，用來承載用戶要分發的信息。信頭部分包含了選擇路由用的VPI（虛通道標識符）/VCI（虛通路標示符）信息，因而它具有分組交換的特點。它是一種高速分組交換，在協定上它將OSI第二層的糾錯、流控功能轉移到智慧型終端上完成，降低了網路時延，提高了交換速度。

交換設備是ATM的重要組成部分，它能用作組織內的Hub，快速將數據分組從一個節點傳送到另一個節點；或者用作廣域通信設備，在遠程LAN之間快速傳送ATM信元。乙太網、光纖分散式數據接口（FDDI）、令牌環網等傳統LAN採用共享介質，任一時刻只有一個節點能夠進行傳送，而ATM提供任意節點間的連線，節點能夠同時進行傳送。來自不同節點的信息經多路復用成為一條信元流。在該系統中，ATM交換器可以由公共服務的提供者所擁有或者是組織內部網的一部分。

由於ATM網路由相互連線的ATM交換機構成，存在交換機與終端、交換機與交換機之間的兩種連線。因此交換機支持兩類接口：用戶與網路的接口UNI（通用網路接口）和網路節點間的接口NNI。對應兩類接口，ATM信元有兩種不同的信元頭。

在ATM網路中引入了兩個重要概念：VPI（虛路徑標識符）和VCI（虛通道標識符），它們用來描述ATM信元單向傳輸的路由。一條物理鏈路可以復用多條虛通道，每條虛通道又可以復用多條虛通路，並用相同的標識符來標識，即VPI和VCI。VPI和VCI獨立編號，VPI和VCI一起才能唯一地標識一條虛通路。

相鄰兩個交換節點間信元的VPI/VCI值不變，兩節點之間形成一個VP鏈和VC鏈。當信元經過交換節點時，VPI和VCI作相應的改變。一個單獨的VPI和VCI是沒有意義的，只有進行連結之後，形成一個VP鏈和VC鏈，才形成一個有意義的連結。在ATM交換機中，有一個虛連線表，每一部分都包含物理連線埠、VPI、VCI值，該表是在建立虛電路的過程中生成的。

套用及優缺點

ATM是一項數據傳輸技術，是實現B-ISDN的業務的核心技術之一。ATM是以信元為基礎的一種分組交換和復用技術，它是一種為了多種業務設計的通用的面向連線的傳輸模式。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。

ATM是在LAN或WAN上傳送聲音、視頻圖像和數據的寬頻技術。它是一項信元中繼技術，數據分組大小固定。你可將信元想像成一種運輸設備，能夠把數據塊從一個設備經過ATM交換設備傳送到另一個設備。所有信元具有同樣的大小，不像幀中繼及區域網路系統數據分組大小不定。使用相同大小的信元可以提供一種方法，預計和保證套用所需要的頻寬。如同轎車在繁忙交叉路口必須等待長卡車轉彎一樣，可變長度的數據分組容易在交換設備處引起通信延遲。

ATM用作公司主幹網時，能夠簡化網路的管理，消除了許多由於不同的編址方案和路由選擇機制的網路互連所引起的複雜問題。ATM集線器能夠提供集線器上任意兩連線埠的連線，而與所連線的設備類型無關。這些設備的地址都被預變換，例如很容易從一個節點到另一個節點傳送一個報文，而不必考慮節點所連的網路類型。ATM管理軟體使用戶和他們的物理工作站移動地方非常方便。

通過ATM技術可完成企業總部與各辦事處及公司分部的區域網路互聯，從而實現公司內部數據傳送、企業郵件服務、話音服務等等，並通過上聯INTERNET實現電子商務等套用。同時由於ATM採用統計復用技術，且接入頻寬突破原有的2M，達到2M-155M，因此適合高頻寬、低延時或高數據突發等套用。

ATM是多媒體信息傳輸的較佳支撐技術。

其特徵：基於信元的分組交換技術；快速交換技術；面向連線的信元交換；預約頻寬。

其優點：吸取電路交換實時性好，分組交換靈活性強的優點；採取定長分組（信元）作為傳輸和交換的單位；具有優秀的服務質量；目前最高的速度為10GB/S,即將達到40GB/S.

其缺點：信元首部開銷太大；技術複雜且價格昂貴。

ATM的分層

ATM的規程分為三個層次：物理層、ATM層和ATM適配層。

物理層：規定了ATMosphere數據流和物理介質之間的接口，包括2個子層：物理介質相關子層和傳輸會聚子層。前者規定了ATM數據流通過給定介質傳輸的速率，後者規定了通過物理介質相關子層傳輸的信元的規程。

ATM層：是ATM的技術的核心，主要負責信元的選路、復用和反覆用。

AAL（ATM Adaptation Layer, ATM適配層）：將高層來的用戶業務轉換成ATM中淨荷的格式和長度，當到達目的地後再把它們轉換成原來的用戶業務。AAL又可以分為2層，分為會聚子層（CS）和拆裝子層（SCR）。

AAL有4種協定類型：AAL1、AAL2、AAL3/AAL4和AAL5分別支持各種AAL業務類型。AAL的目的是允許現有的協定和套用運行在ATM上。為此AAL必須把上層的數據轉換為ATM信元中的48B。常見的通信協定（TCP/IP、乙太網、令牌環網）採用的是變長分組，分組長度都要比ATM信元中的數據段大，但是AAL可以將這些較大的高層數據分組分割成能通過ATM網路傳輸的信元，或把從網路接收的信元重組成原始的數據分組。

AAL由兩個子層組成，一個稱為會聚子層（CS），另一個稱為分段和重組子層（SAR）。CS子層首先對高層數據進行分段並封裝在CS-PDU(匯聚子層協定數據單元)中。然後，SAR子層將CS-PDU分割成若干個相同大小（不大於48B）的數據段，使它能夠封裝在信元中。

各種服務和對應的AAL如下所示：

A類，恆定位速率CBR服務：AAL1支持恆定位速率的面向連線服務，這種服務的例子包括64Kb/s速率語音、固定速率的非壓縮視頻和專用數據網路的專用線。

B類，可變位速率VBR服務：AAL2支持面向連線服務，位速率可變，傳送過程需要提供信元傳輸延時，這種服務的例子包括壓縮檔語音或語音。接收方重建最初的非壓縮語音或語音時，傳輸延時過程很必要。

C類，面向連線的數據服務：用於面向連線的檔案傳輸和數據網路應用程式，在該程式中數據傳輸前已預先設定好連線。這種服務提供可變位速率，但不需要為傳送過程提供信元傳輸延時。有兩種協定支持該類服務，且此兩種協定已被合併為一種，即AAL3/4。但由於其高度的複雜性，AAL5協定常用來支持該類型的服務。

D類，無連線的數據服務：該服務的例子包括數據報流量，通常也包括數據網路應用程式，在該程式中，在數據傳輸前沒有預先設定連線。其中AAL3/4或者AAL5都用來支持此類服務。

ATM的特點

面向連線模式

所謂面向連線，是在通信前先在收與發終端間建立一條連線，在通信時，報文或信息不斷地在該連線上傳送，因此在一次通信中有多個報文或信息時，從發端到收端的路由固定。但在面向無連線中採用逐段轉發的方式，即根據報文或信息上的地址發給下一站，再由下一站根據地址是收下還是繼續向前傳送直至目的地，因此在一次通信中有多個報文或信息時，從發端到收端的路由可能不固定。電話通信是典型的面向連線方式，而電報和郵政通信是兩個面向無連線方式的實例，這兩種方式的根本區別不僅在於路由是否固定，而且在於是否用邏輯號來代替真實的地址。在面向連線中，由於建立連線時網路已經為該連線分配了一個邏輯號，因此在通信過程中就用邏輯號代替真實地址，但在無連線方式中，通信時只能用真實地址，顯然識別邏輯號比識別真實地址快，因而面向連線適用於實時業務。

分組長度固定的分組交換方式

在傳統的分組交換方式中分組長度不固定，這時必須經過比較才能知道分組是否結束，當分組長度固定時只需計數便可知道分組的終結，計數執行指令比比較執行指令的時間少許多。分組長度固定適合於快速處理，在ATM中將長度固定的分組稱為信元（CELL），信元由信頭域和信息域組成，信頭域長5位元組，信息域長為48位元組，信頭的主要功能為流量控制、虛通道∕虛通路、交換、信頭檢驗和信元定界以及信元類型的識別。

可實現虛通道∕虛通路兩級交換

在ATM中，可將一個傳輸通路如同步數字型系（SDH）中的同步轉移模式STM-1、STM-4等劃分為若干個虛通道，一個虛通道又可以分割為若干個虛通路。為了完成端點間的通信，類似於電路交換方式，ATM首先選擇路由，在兩實體之間建立虛通路，這樣就使得路由定址和數據轉發功能截然分開。採用虛連線方法，ATM可將邏輯子網與物理子網隔離開，網路的主要管理和控制功能集中在虛電路一級上，使傳輸過程的控制較為簡單，減少了網管、網控的複雜性。

統計復用能力

為了提高系統資源利用率，在ATM中採用統計復用方式。ATM是面向連線方式，在主叫與被叫之間先建立一條連線，同時分配一個虛通道∕虛通路，將來自不同信息源的信元匯集到一起，在緩衝器內排隊，佇列中的信元根據到達的先後按優先等級逐個輸出到傳輸線路上，形成首尾相接的信元流。具有同樣標誌的信元在傳輸線上並不對應著某個固定的時隙，也不是按周期出現的。異步時分復用使ATM具有很大的靈活性，任何業務都按實際信息量來占用資源，使網路資源得到最大限度的利用。

綜合多種業務

傳統上一種業務建立一個網路，因而有計算機網、圖像網、話音網之分。ATM試圖綜合所有的業務。由於各種業務所要求的服務質量的不同和業務特性差異，在一個網內交換所有業務是相當難的，例如話音與圖像這些實時業務對端到端時延要求很嚴，一般認為不超過40 ms，但話音和圖像對誤碼率要求卻相差很大，電話誤碼率在10?-3時不影響清晰度，電視圖像誤碼率應在10?-6以下，否則會產生圖像凝固，等等。另外，各種業務特性差異主要表現在突發度和速率上，例如數據業務突發度50，會議電視5，普通電視1；在速率跨度上，數據業務10 kbps~100 Mbps，電話64 kbps，電視15~50 Mbps。將這些服務質量要求不同和業務特性差異甚遠的多種業務綜合在一起，即均以53位元組長的信元傳遞，ATM採取“分類治之”的辦法，即根據信元速率是否可變、信元與信宿間是否要同步以及面向連線與否，將業務分類，對不同的業務進行不同的適配，不論業務源的性質有多么不同，網路都按同樣的模式來處理，真正做到安全的業務綜合。