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1、ATM交换，详细介绍ATM交换原理

2、随着互联网和多媒体技术的快速发展，网络上的图像、音频、视频等多媒体内容越来越多，用户需要有更高的连接率。然而，现有的电路交换和分组交换难以胜任宽带和高速交换任务。对于电路交换，当数据传输速率及其突变非常大时，交换的控制就变得非常复杂。对于分组交换，当数据传输速率很高时，各层协议数据单元的处理成为很大的开销，无法满足实时业务的时延要求。ATM(异步传输模式)是一种基于电路交换和分组交换的新型交换技术。它可以很好地交换宽带信息。

3、1 ATM信元格式和速率

4、ATM信息传输的基本载体是ATM信元。ATM信元采用53B的固定长度，其中48B是数据，加5B作为报头。在信元交换的过程中，信元主要参照报头的内容进行处理。UNI和NNI之间的信头内容略有不同，如图1所示。

5、GFC(通用流量控制01):通用流量控制，仅用于UNI接口。目前没用，所以设为0000。

6、VPI(Virtual Path Identifier):虚拟通道标识符，它将几个虚拟通道聚集在一个接口上，形成一个虚拟通道(VP)，并将虚拟通道作为网络管理的基本单元。VPI在UNI是8b，在NNI是12b。

7、VCI(虚拟信道标识符):虚拟信道标识符，标识虚拟信道中的虚拟信道。VPI/VCI一起识别虚拟连接。

8、PTI(有效载荷类型):有效载荷类型指示，用于指示信元中有效载荷(数据域中携带的数据)的类型。

9、CLP(信元丢失优先级):信元丢失优先级，用于拥塞控制。当网络拥塞时，CLP等于1的信元首先被丢弃。

10、HEC(报头错误控制01):信元错误控制，用于检测报头中的错误，并纠正报头中的1 b差异。HEC的另一个功能是界定小区，并且可以通过HEC字段和其之前的4B之间的相关性来识别报头的位置。HEC的功能是在物理层实现的。

11、2 ATM交换原理

12、与非面向连接的普通IP传输不同，ATM是面向连接的交换模式。ATM交换机是根据信元头的信息以信元为基础完成的。ATM交换机可能仅使用信元报头的VPI部分，或仅使用VCI部分，或两者都使用来决定如何转发信元。其工作过程大致如下：ATM从特定的输入端口接收标记的VPI/VCI字段和属于特定虚电路的信元，然后查看路由表，找出信元从哪个输出端口转发，设置VPI/VC！输出单元格的。价值。就像电话呼叫的例子一样，仅使用信元报头的VPI字段来大量交换ATM信元是非常有用的。

13、ATM采用虚拟连接技术将逻辑子网和物理子网分开。类似于电路交换，ATM首先选择一条路径，在两个通信实体之间建立一条虚拟路径，将路由和数据转发分开，使传输中间的控制更简单，解决了路由的瓶颈问题。建立了两级寻址：虚拟通道和虚拟通道。虚拟信道由在两个节点之间复用的一组虚拟信道组成。网络的主要管理和交换功能集中在虚拟通道级，降低了网络管理和网络控制的复杂性。一条链路上可以建立多条虚拟路径。在一个信道上传输的数据单元都在同一条物理线路上传输，并保持其顺序，从而克服了分组交换中接收混乱的缺点，保证了数据的连续性，更适合多媒体数据的传输。在信头的所有组成部分中，VPI和VCI是最重要的。这两部分共同构成了信元的路由信息，它指示信元来自哪里，去往哪里。因此，这两个部分通常合并为VPI和VCI。ATM交换基于每个信元的VPI和VCI来决定将它们发送到哪条输出线路。

14、为每台ATM交换机建立一个对照表。对于每个交换机端口的每个VPI和VCI，在相应的表中都有一个条目。当VPI和VCI被分配给某个信道时，比较表将给出交换机的相应输出端口以及用于更新报头的VPI和VCI值。

15、当信元到达交换机时，交换机将读取信元报头的VPI和VCI值，并将它们与路由查找表进行比较。找到输出端口后，报头的VPI和VCI会更新，信元会被发送到下一条路由。

16、ATM环境下如何使用VP和VC？VP就像一个管道或通道，可以承载许多VC(多达65 000)。它可以是从交换机到交换机的虚拟线路，也可以是通过ATM网络从终端到终端的所有线路。除了最大的专用局域网或广域网之外，现在有65，000台虚电路就足够了。其实不需要那么多VC来支持复杂的VP。很多ATMLAN发送点只支持一个虚拟通道，即VPI=0。当只支持一个VP时，不需要端到端连接，所以不要求VC必须在给定的VP内，这样VC就可以连接任意一组站点而不受VP的影响。通常，数据在VC中传输。另一方面，在典型情况下，交换机必须支持数百个不同的虚拟点，可能是数百万个不同的虚拟点。通常，客户系统希望通过网络为他们的用户提供一个专用的VP。VP可以连接网络中任意两个端到端的用户。如果VP使用这种方法，它被称为虚拟通道连接(VPC)或“VP通道”。他可以拥有“永久虚电路(PVC)”

17、　　在一个VP通道中，系统用户可以建立PVC和SVC，而无需系统以任何方式参与，甚至系统的交换机也不必直接支持SVC。VP通道能够提供一条路径将公用网中不同的公司互相隔离开来。在使用公用ATM服务器的这条路径中，就需要用复合VP通道互联用户网络中的网点。

18、　　在公用ATM网络环境中，若系统不提供VP通道的能力(有些可能没有)，则系统只能提供PVC，这是因为交换机不能直接支持SVC(有些从不支持)，有些系统也不希望支持SVC(因为他使企业间帐目复杂化，并增加了保密数据的流量)。若无VP通道，系统通常在网络端点用VPI=0，产生和结束PVC。如图3所示。

19、　　在公用网络中，PVC是用户提前申请并由系统建立的。PVC在对外连接"ATM网络设备"(如以太网或带ATM的FDDI转换器、ATM集线器)时是相当有用的。许多非ATM信号源可通过单个PVC动态多路复合返回到指定点。在ATM主机间使用PVC也可限制预定端点的通信。在公用网中这是符合要求的。

20、　　在专有网络(LAN或WAN)中，由于终端站可以自己申请建立SVC，所以SVC是站点之间的通信更可取的路径。这就是当今大多数专用非ATMLAN和WAN的工作方式。因此，占用网络ATM交换机必须直接支持SVC。但是，若终端站或边缘设备不支持SVC或是按要求不允许申请连接SVC，这时在专用网中有用PVC的，PVC必须由网络控制者提前建立。但由于路径是预定的，所以当网络出现故障时，PVC比SVC优越性差。故此，在专用网络中虚通道VP不重要甚至不需要了，如图4所示。

21、　　3 ATM交换机

22、　　在B-ISDN中，ATM交换机连接着用户线路和中继线路。在用户线路上和中继线路上传送的都是ATM信元。ATM信元交换机的通用模型及其原理如图5所示。其通用模型有一些输入线路和一些输出线路，通常在数量上相等(因为线路是双向的)。在每一个周期从每一输入线路取得一个信元(如果有的话)。通过内部的交换结构(switching fabric)，并且逐步在适当的输出线路上传送。从这一角度上看，ATM交换机是同步的。而且，他不关心信息的内容和形式。他简单地把信息分割成相同长度的分组，并给分组加上头部，以使分组能到达目的地。ATM信头只有很少的几项功能，这使其能被网络无时延地处理。

23、　　所有的ATM交换机都有2个共同的目标：一个是以尽可能低的丢失率交换所有的信元;另一个是决不能在虚电路上记录信元。可以说，ATM交换机的任务，就是根据ATM信头上虚通道标识符和虚通路标识符，把送人的ATM信元转送到相应的中继线或用户线上去。举例来说，用户A正在使用虚通道VPI;2、虚通路VCI=1向北京发送一幅图片;同时又在使用VPI=3、VCI=1向北京发送一段语音;同时还在用VPI=4、VCI=2从深圳接收数据。那么，交换机就应该把从用户线A上收到的VPI=2、VCI=1的ATM信元转送到中继线C上，把从用户线A上收到的VPI=3、VCI=1的ATM信元也转送到中继线C上;同时把从中继线D上收到的VPI=4、VCI=2的ATM信元转送到用户A上，如图6所示。

24、　　由于在B-ISDN上，用户线和中继线上传送的都是ATM信元，所以对ATM交换机来说，可以在许多情况下对中继线和用户线不予区分，这样就可以得到一个抽象的ATM模型。联接在这个交换机模型上的一部分线路向这个交换机抄送出ATM信元，因而叫做这个交换机的入线;另一部分线路则从这个交换机接收ATM信元，因而叫做这个交换机的出线。ATM交换机的功能就是根据送人的ATM信元的VPI和VCI，把他们送到相应的出线上去。

25、　　为了完成上述ATM信元的工作，一个ATM交换机一般由3个基本部分构成：入线处理和出线处理部分、ATM交换单元、ATM控制部分。其中，ATM交换单元完成交换动作;ATM控制单元对ATM交换单元的动作进行控制;入线处理部分对各入线上的ATM信元进行处理，使他们成为适合送入ATM交换单元的形式;出线处理部分对ATM交换单元送出的ATM信元进行处理，使他们成为适合于传输的形式。

26、　　我们知道，在通信线路上常常是传送一个比特一个比特的串行信号，而在ATM交换单元中为了提高速度，常常需要一次读入若干比特的并行信号。因此，诸如串/并转换等功能，在入、出线处理部件里总是需要的。事实上，为了简化交换单元的设计，我们也总是把那些可以在入线和出线就能处理的事放人到人、出线处理部件上工作。

27、　　交换机的主要功能是提供一种方法，将来自输入端口的信元快速、有效地路由到输出端口。ATM交换设备将进行单个信元的输入处理、标头的转换以及输出处理。信元标头必须按输出端口的要求进行转换。为确保信元进入适当的物理链路，交换机必须对信员进行输出处理

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