第五章 ATM交换技术
第五章 ATM交换技术
5.1 ATM技术介绍
5.2 B-ISDN协议参考模型
5.3 物理层
5.4 ATM层协议
5.5 ATM适配层 (AAL)协议
5.6 ATM交换技术
5.7 ATM信令
5.8 ATM网络的业务量管理
思考题
第五章 ATM交换技术
5.1 ATM技术介绍
5.1.1 ATM基础知识
1,ATM诞生的背景
在电话网中，呼叫一旦建立起来，通信的双方以 64 kb/s的
速率独自占有该连接，这种独占性使得话音或数据信息传递的
实时性非常好。但由于用户的独占性，大大影响了设备资源的
利用率，即使通信的双方无话音或者数据传递，也不能供其它
用户使用该带宽；另一方面，电路交换不适合速率变化很大的
数据通信业务。
第五章 ATM交换技术
在分组交换通信网中，信息的传递都是以分组为单位进行
传输、复接和交换的。分组交换一方面采用统计复用方法提高
带宽的利用率，另一方面为了保证数据传递的可靠性，在数据
链路层采用逐段转发、差错校正的控制措施。这种控制措施保
证了数据的正确传递，但同时也致使传输数据产生附加的随机
时延。
第五章 ATM交换技术
随着通信技术和通信业务需求的发展，电信网络必须向宽
带综合业务数字网 (B-ISDN)方向发展，这就要求通信网络和交
换设备既要容纳非实时性的数据业务，又要容纳实时性的电话
和电视信号业务，还要考虑到满足突发性强、瞬时业务量大以
及业务通信速率可变的要求。在这样的通信业务条件下，传统
的电路交换和分组交换都不能胜任，一种新的传送模式 ——“异
步传送模式”出现了。异步传送模式是相对传统电路交换采用
的同步传送模式 STM(Synchronous Transfer Mode)而言的，同步
传送模式的主要特征是采用了时分复用技术，各路信号都是按
一定时间间隔周期性出现的，可根据时间识别每路信号。异步
传送模式则采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间
隔周期性出现的，要根据标志来识别每路信号。采用该传送模
式后，大大提高了网络资源的利用率。
第五章 ATM交换技术
2,ATM的概念
ATM的具体定义为,ATM是一种传送模式，在这一模式中
用户信息被组织成固定长度的信元，信元随机占用信道资源，
也就是说，信元不按照一定时间间隔周期性地出现。从这个意
义上来看，这种传送模式是异步的 (统计时分复用也叫异步时分
复用 )。
ATM的信元具有固定的长度，从传输效率、时延及系统实
现的复杂性考虑,ITU-T规定 ATM的信元长度为 53字节。信元
的结构如图 5.1所示。
第五章 ATM交换技术
图 5.1 ATM信元的结构
C e l l H e a d e r P a y l o a d
信头 净荷
5 字节 48 字节
第五章 ATM交换技术
信元的前 5个字节为信头 (Cell Header)，包含有各种控制信
息，主要是表示信元去向的逻辑地址，还有一些维护信息、优
先级以及信头的纠错码。后面 48字节是信息字段，也叫信息净
荷 (Payload)，它承载来自各种不同业务的用户信息。信元的格
式与业务类型无关，任何业务的信息都经过分割后封装成统一
格式的信元。用户信息透明地穿过网络 (即网络对它不进行处
理 )。
第五章 ATM交换技术
5.1.2 ATM技术的特点
1．采用固定长度的短分组
在 ATM中采用固定长度的短分组，称为信元 (Cell)。固定
长度的短分组决定了 ATM系统的处理时间短、响应快，便于
用硬件实现，特别适合实时业务和高速应用。
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2．采用统计复用
传统的电路交换中，同步传送模式 (STM)将来自各种信道
上的数据组成帧格式，每路信号占用固定比特位组，在时间上
相当于固定的时隙，任何信道都通过位置进行标识。 ATM是按
信元进行统计复用的，在时间上没有固定的复用位置。统计复
用是按需分配带宽的，可以满足不同用户传递不同业务的带宽
需要。
第五章 ATM交换技术
3．采用面向连接并预约传输资源的方式工作
电路交换通过预约传输资源保证实时信息的传输，同时端
到端的连接使得在信息传输时，在任意的交换节点不必作复杂
的路由选择 (这项工作在呼叫建立时已经完成 )。分组交换模式
中仿照电路方式提出虚电路工作模式，目的也是为了减少传输
过程中交换机为每个分组作路由选择的开销，同时可以保证分
组顺序的正确性。但是分组交换取消了资源预定的策略，虽然
提高了网络的传输效率，但却有可能使网络接收超过其传输能
力的负载，造成所有信息都无法快速传输到目的地。
第五章 ATM交换技术
ATM方式采用的是分组交换中的虚电路形式，同时在呼叫
建立时向网络提出传输所希望使用的资源，网络根据当前的状
态决定是否接受这个呼叫。其中资源的约定并不像电路交换那
样给出确定的电路或 PCM时隙，只是给出用以表示将来通信过
程中可能使用的通信速率。采用预约资源的方式，可以保证网
络上的信息在一个允许的差错率下传输。另外，考虑到业务具
有波动的特点和交换中同时存在的连接的数量，根据概率论中
的大数定理，网络预分配的通信资源肯定小于信源传输时的峰
值速率。可以说 ATM方式既兼顾了网络运营效率，又能够使接
入网络的连接进行快速数据传输。
第五章 ATM交换技术
4．取消逐段链路的差错控制和流量控制
分组交换协议设计运行的环境是误码率很高的模拟通信线
路，所以执行逐段链路的差错控制；同时由于没有预约资源机
制，所以任何一段链路上的数据量都有可能超过其传输能力，
所以有必要执行逐段链路的流量控制。而 ATM协议运行在误码
率很低的光纤传输网上，同时预约资源机制保证网络中传输的
负载小于子网络的传输能力，所以 ATM取消了网络内部节点之
间链路上的差错控制和流量控制。
第五章 ATM交换技术
但是通信过程中必定会出现的差错如何解决呢？ ATM将这
些工作推给了网络边缘的终端设备完成。如果信元头部出现差
错，会导致信元传输的目的地发生错误，即所谓的信元丢失和
信元错插，如果网络发现这样的错误，就简单地丢弃信元。至
于如何处理由于这些错误而导致信息丢失后的情况则由通信的
终端处理。如果信元净荷部分 (用户的信息 )出现差错，判断和
处理同样由通信的终端完成。对于不同的传输媒体可以采取不
同的处理策略。例如，对于计算机数据通信 (文本传输 )，显然
必须使用请求重发技术要求发送端对错误信息重新发送；而对
于话音和视频这类实时信息发生的错误，接收端可以采用某种
掩盖措施，减少对接收用户的影响。
第五章 ATM交换技术
5,ATM信元头部的功能降低
由于 ATM网络中链路的功能变得非常有限，因此信元头部
变得异常简单。其功能包括：
(1) 标志虚电路，这个标志在呼叫建立阶段产生，用以表
示信元经过网络中传输的路径。依靠这个标志可以很容易地将
不同的虚电路信息复用到一条物理通道上。
(2) 信元的头部增加纠错和检错机制，防止因为信元头部
出现错误导致信元误选路由。
第五章 ATM交换技术
(3) 很少的维护开销比特，不再像传统分组交换中那样，包
含信息差错控制、分组流量控制以及其它特定开销。
因此 ATM技术既具有电路交换的“处理简单”、支持实时
业务、数据透明传输、采用端到端的通信协议等特点，又具有
分组交换的支持变比特率 (VBR)业务的特点，并能对链路上传
输的业务进行统计复用。
第五章 ATM交换技术
5.1.3 虚信道、虚通道、虚连接
虚信道 VC(Virtual Channel)表示单向传送 ATM信元的逻辑通
路，用虚信道标识符 VCI(Virtual Channel Identifier)进行标识，
表明传送该信元的虚信道。
虚通道 VP(Virtual Path)表示属于一组 VC子层 ATM信元的路
径，由相应的虚通道标识符 VPI(Virtual Path Identifier)进行标识，
表明传送该信元的虚通道。
虚信道、虚通道与传输线路的关系如图 5.2所示。 VC相当于
支流，对 VC的管理粒度比较细，一般用于网络的接入； VP相
当于干流，将多个 VC汇聚起来形成一个 VP，对 VP的管理粒度
比较粗，一般用于骨干网。与 VC相比较，对 VP进行交换、管
理容易得多。
第五章 ATM交换技术
图 5.2 VP,VC与传输线路的关系
VPVC
VPVC
VPVC
VC
VC
VC
传输线路
VP
VP
VP
第五章 ATM交换技术
虚连接是通过 ATM网络在端到端用户之间建立一条速率可
变的、全双工的、由固定长度的信元流构成的连接。该连接由
虚信道、虚通道组成，通过 VCI和 VPI进行标识。 VCI标识可动
态分配的连接,VPI标识可静态分配的连接。 VCI,VPI在虚连
接的每段链路上具有局部意义。
第五章 ATM交换技术
5.2 B-ISDN协议参考模型
5.2.1 协议参考模型
在 ITU-T的 I.321建议中定义了 B-ISDN协议参考模型，如图
5.3所示。它包括三个面：用户面、控制面和管理面。用户面、
控制面都是分层的，分为物理层,ATM层,AAL层和高层。
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图 5.3 B-ISDN协议参考模型
物理层
A T M 层
面
管
理
层
管
理
A T M 适配 层 ( A A L )
高 层 高 层
控制面 用户面
管理面
第五章 ATM交换技术
B-ISDN协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能：
用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时
也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等；
控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，
利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放；
管理平面：包括层管理和面管理。层管理采用分层结构，
完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能，如元信令；
同时层管理还处理与各层相关的 OAM信息流。面管理不分层，
它完成与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作用。
第五章 ATM交换技术
5.2.2 模型分层介绍
B-ISDN协议参考模型中，从下到上分别是：物理层 PHY、
ATM层,ATM适配层和高层。用户面和控制面在高层和 AAL层
是分开的，在 ATM层和物理层采用相同的方式处理信息。表 5.1
列出了与 B-ISDN协议参考模型对应的各层功能。
第五章 ATM交换技术
表 5.1 B-ISDN协议参考模型的分层功能
层功能 层 号
会聚 CS
拆装 S A R
AAL
一般流量控制
信头处理
V P I/ V CI 处理
信元复用和解复用
A T M
信元速率耦合
H E C 序列产生和信头检查
信元定界
传输帧适配
传输帧的创建和恢复
TC
层
管
理
比特定时
物理介质
PM
P H Y
第五章 ATM交换技术
1．物理层
物理层主要是提供 ATM信元的传输通道，将 ATM层传来的
信元加上其传输开销后形成连续的比特流，同时，在接收到物
理介质上传来的连续比特流后，取出有效的信元传给 ATM层。
物理层要实现的功能有：
(1) 提供与传输介质有关的机械、电气接口；
(2) 从接收波形中恢复定时；
第五章 ATM交换技术
(3) 提供 ATM层信元流和物理层传输流之间的映射关系，包
括传输结构的生成 /恢复及传输结构的适配；
(4) 从物理层比特流中找出信元的起始边界 (信元定界 )；
(5) 一般情况下，从 ATM层中来的信元流速率低于物理层
提供的用来传输信元流的净荷速率，因此，物理层还要插入空
闲信元，以使两者适配，同时，接收时还要扣去这些空闲信元。
第五章 ATM交换技术
2,ATM层
ATM层在物理层之上，利用物理层提供的服务，与对等层
之间进行以信元为信息单位的通信。
ATM层与物理介质的类型以及物理层的具体实现是无关的，
与具体传送的业务类型也是无关的。各种不同的业务经 AAL适
配后形成固定长度的分组,ATM层利用异步时分复接技术合成
信元流。
第五章 ATM交换技术
3,ATM适配层
ATM适配层 AAL(ATM Adaptation Layer)位于 ATM层的上
层，这一层是和业务类别相关的，即针对不同的业务类别，其
处理方法不尽相同，但都要将上层传来的信息流 (长度、速率
各异 )分割成 48字节长的 ATM_SDU传给 ATM层，同时，将
ATM层传来的业务数据单元 ATM_SDU组装、恢复再传递给上
层。由于上层的信息种类繁多,AAL层处理比较复杂，因此分
了两个子层：汇聚子层 CS(Convergence Sublayer)和拆装子层
SAR(Segmentation and Reassembly)。
第五章 ATM交换技术
4．高层
高层信息包括用户面的高层和控制面的高层。控制面的
高层是信令协议，考虑到与 N-ISDN的兼容,ITU-T对 N-ISDN
的信令协议 Q.931和 ISUP做了修改，制定了 Q.2931和 B-ISUP。
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5.3 物 理 层
物理层为 ATM提供两种功能：一种是传送有效信元；另一
种是传送定时信息，以实现较高层的服务。
ATM的物理层包括两个子层，即物理介质子层 PM(Physical
Media)和传输会聚 TC(Transmission Coverage)子层。其中：物理
介质子层提供比特传输能力，对比特定时和线路编码等方面作
出了规定，并针对所采用的物理介质 (如光纤、同轴电缆、双绞
线等 )定义其相应的特性；传输会聚子层的主要功能是实现比特
流和信元流之间的转换。
第五章 ATM交换技术
5.3.1 物理介质子层
1．物理介质子层提供的物理接口
ITU-T和,ATM论坛”将物理接口分为三类，即基于 SDH、
基于信元和基于 PDH的接口。下面进行简要介绍。
1) ITU-T制定的接口标准
ITU-T建议书 I.432定义了两个基于光纤同步数字系列 (SDH)
的物理接口，分别为：
?速率为 155.52 Mb/s的 STM-1;
?速率为 622.08 Mb/s的 STM-4。
ITU-T还定义了下列电气和物理接口速率标准，见表 5.2。
第五章 ATM交换技术
表 5.2 ITU-T制定的接口速率
接口名称 速 率 接口名称 速 率
D S 1 1, 5 4 4 M b / s D S 3 4 4, 7 3 6 M b / s
E1 2, 0 4 8 M b / s E4 1 3 9, 2 6 4 M b / s
D S 2 6, 3 1 2 M b / s S T M - 1 1 5 5, 5 2 M b / s
E2 8, 4 4 8 M b / s S T M - 4 6 2 2, 0 8 M b / s
E3 3 4, 3 6 8 M b / s
第五章 ATM交换技术
2),ATM论坛”制定的接口标准
,ATM论坛”定义了 4个物理层接口速率，其中两个适用于
公用网，分别对应于 ANSI和 ITU-T定义的 DS3和 STC-3C速率。
下面是用于专用网的 3个接口速率和介质：
?基于 FDDI的 100 Mb/s速率；
?基于光纤信道的 155.52 Mb/s速率；
?基于屏蔽双绞线的 155.52 Mb/s速率。
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3) ANSI制定的接口标准
表 5.3 ANSI制定的接口标准速率 接口名称 速 率
S T S - 1 5 1, 8 4 M b / s
S T S - 3c 1 5 5, 5 2 M b / s
S T S - 1 2 c 6 2 2, 0 8 M b / s
D S 3 4 4, 7 3 6 M b / s
第五章 ATM交换技术
2．比特定时和线路编码
正常工作模式下，发送端时钟锁定在接口处收到的基准时
钟上。在基于信元的传输系统或网络供给时钟出错时，可以采
用独立时钟工作模式，即时钟由用户本地设备供给，此时时钟
允许偏差为 2× 10-6。
对线路码,G.703建议规定 155 Mb/s电接口采用 CMI(Code
Mark Inversion)码。光接口采用不归零码，光纤线路编码采用
4B/5B(100 Mb/s),8B/10B(155 Mb/s)码。
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5.3.2 传输汇聚子层
传输汇聚子层的功能是传输帧适配、信元速率耦合、信元
定界,HEC控制、扰码等。
1．传输帧适配
传输帧适配就是完成 ATM信元与物理介质上传送的特定格
式 (比如 SDH,PDH或其它帧格式 )的比特流之间的转换。在发
送端，传输汇聚子层将信元映射成时分复用的帧格式。在接收
端，将信元从接收的比特流中分离出来。
第五章 ATM交换技术
2．信元速率耦合
信元速率耦合即速度匹配功能。为了使信元流适应于物理
介质上传输的比特率，我们引入空信元 (idle cell)的概念。空信
元在发送端插入和在接收端删除称为信元速率耦合。空信元由
信头的标准模式确定，如图 5.4所示。空信元净荷域中的每个
字节都用 01101010填充。
图 5.4 空信元的格式
字节 1 字节 2 字节 3 字节 4 字节 5 净荷 ( 4 8 字节 )
00000000 00000000 00000000 00000001 H E C 有效码 ? 0 1 1 0 1 0 1 0 ?
第五章 ATM交换技术
3．信元差错控制
信元最后一个字节设置为 HEC字段，它的功能是检测多比
特错误，纠正单比特错误。 HEC是利用生成多项式 (x8+x2+x+1)
对信头前 4个字节进行除法运算，将其余数与 01010101模 2加后
所得到的值。在接收端，利用这一算法即可检测出多比特误码，
纠正单比特误码。
第五章 ATM交换技术
4．信元定界
信元定界就是在比特流中确定一个信元的开始。信元定界的
方法是基于信头的前 4个字节与 HEC字段的关系来设计的。如果
在比特流中连续的 5个字节满足 HEC字段产生的算法，即认为是
某个信元的开始。图 5.5表示了信元定界的过程。信元定界开始
时处于捕捉状态，此时进行比特搜索；一旦发现 5个字节之间存
在 HEC关系，就进入预同步状态，然后进行逐信元验证；如果发
现有连续 δ次正确的 HEC关系存在，则认为进入同步状态；一旦
发现错误的 HEC，则返回捕捉状态。在同步状态，如果发现连续
α次不正确的 HEC关系，则认为失去定界并返回捕捉状态。 ITU-T
规定：对基于 SDH的信元定界,α=7,δ=6；对基于信元方式的定
界,α=7,δ=8。
第五章 ATM交换技术
图 5.5 信元定界流程图
捕捉
同步
预同步
按比特逐
个检测
正确的 H EC
不正确的 H EC
连续 ? 次不
正确的 H EC
按信元逐
个检测
连续 ? 次
正确的 H EC
按信元逐
个检测
第五章 ATM交换技术
5．扰码
为了增强用 HEC字节对信元进行定界算法的安全性，同时
使信元的信息字段假冒信头的概率减至最低，需要通过扰码增
强信元流净荷字段中数据的随机性。 ITU-T建议通过扰码使信
元中的数据随机化。
第五章 ATM交换技术
5.4 ATM 层 协 议
5.4.1 ATM信元的信头结构
图 5.6 ATM信元的信头结构
(a) UNI格式； (b) NNI格式
b i t 8 7 6 5 4 3 2 1
G F C V P I
V P I V C I
V C I
V C I P T I C L P
H E C
1
2
3
4
5
b i t 8 7 6 5 4 3 2 1
V P I
V P I V C I
V C I
V C I P T I C L P
H E C
1
2
3
4
5
( a ) ( b )
第五章 ATM交换技术
下面介绍 ATM信元中各域的意义及它们在 ATM网络中的
作用。
l) GFC(一般流量控制 )
GFC占 4 bit，是 UNI信头中第一字节的高 4位。 GFC域未使
用时，缺省值为全 0。 GFC机制帮助控制 ATM连接流量，对消
除网络中常见的短期过载现象十分有效。具体的 GFC功能在
ITU-T I.150建议中规定。
第五章 ATM交换技术
2) VPI/VCI(虚通道 /虚信道标识符 )
在 ATM网络中，由于信头中只有 5字节，不可能把全部地址
信息放入信头中，因此采用标识符 (VPI/VCI)代替具体地址的方
法。
(1) 虚通道标识符 (VPI)。在 UNI(User Network Interface，用
户网络接口 )信元中,VPI域占 8 bit，位于信头中第一字节的低 4
位以及第二字节的高 4位，可以标识 256条虚通道。在
NNI(Network Network Interface，网络网络接口 )信元中,VPI域
占 12 bit，覆盖了 GFC域，位于信头中第一字节和第二字节的高
4位，可以标识 4096条虚通道。
第五章 ATM交换技术
(2) 虚信道标识符 (VCI)。 B-ISDN的 UNI和 NNI信元中，
VCI域都为 16位，占第二字节的低 4位、第三字节以及第四字节
的高 4位。 VCI域用于标识 ATM虚信道，最多可标识 65536条虚
信道。 VCI和 VPI结合，可在 UNI信元中标识 16 177 216条连接，
在 NNI信元中标识 268 435 456条连接。
VCI域也可以使用预定义值，未定义值为 0。,ATM论坛”
规范规定,VCI值从第四字节第 5位开始连续分配，未分配值为
0。 VCI＝ 0～ 15用于 ATM管理功能,VCI＝ 16留作临时本地管
理接口 ILMI(Interim Local Management Interface),VCI＝ 17～ 31
预留给其它一些功能，其余的 VCI值用户才可使用。因为每一
个连接都与 VPI和 VCI相关，所以用户可以使用的第一个连接是
VPI＝ l,VCI＝ 32。
第五章 ATM交换技术
3) PTI(净荷类型指示 )
PTI占 3 bit，位于信头第四字节的第 2位到第 4位，用于指明
同一虚信道上信元净荷的信息是用户信息还是网络控制信息。
对于用户信息信元,ATM层一般先将信头剥离，再上交给 ATM
适配层 (AAL)。对于网络控制信息信元，将启动相应的管理功
能进行处理。
PTI的第 1位用于指明信元净荷的信息是用户信息还是网络
控制信息。如果是用户信息，那么第 2位为阻塞指示，表示信元
在传输的过程中是否经历过阻塞，第 3位为 ATM用户到用户指示
(AUUI)，指明 ATM的用户之间交换的信息；如果是网络控制信
息，那么后两位表示传输数据的类型。具体定义如表 5.5所示。
第五章 ATM交换技术
表 5.5 ATM信元头部 PTI值的含义
P T I 值 第 1 位 第 2 位 第 3 位 含 义
000 0,用户数据 0,未经阻塞 0, 0 类型
用户数据、未经阻塞,A T M 用户指示数
据类型位 0
001 0,用户数据 0,未经阻塞 1, 1 类型
用户数据、未经阻塞,A T M 用户指示数
据类型位 1
010 0,用户数据 1,经过阻塞 0, 0 类型
用户数据、经过阻塞,A T M 用户指示数
据类型位 0
0 1 1 0,用户数据 1,经过阻塞 1, 1 类型
用户数据、经过阻塞,A T M 用户指示数
据类型位 1
100 1,网络数据 00,段 ( 节点之间 ) 维护 O A M F 5 和段有关信元
101 1,网络数据 01,端到端维护 O A M F 5 和端到端有关信元
1 1 0 1,网络数据 10,网络资源管理 用于资源管理
111 1,网络数据 11,保留 用于将来开发功能
第五章 ATM交换技术
从表中可以看出，用户信元分为 0类信元和 1类信元。在传
输连续数据时,0类信元表示不是最后一个信元,1类信元表示
是该连续数据的最后一个信元。源端 AAL信元使用这两种信元
来通知目的端 AAL该信息段的接收是否结束。源 AAL把信息传
给 ATM层时，将最后的用户信元的 PTI域置为 1类信元，其它的
置为 0类信元。目的 ATM层收到信元后可知是否为末尾信元，在
上交用户信息的同时告诉 AAL。 PTI域不存在指示信息段开始的
标志，但如果信息一段接一段地发送，可以认为在一个 PTI指示
为 1类信元的后面所跟的一个 PTI指示为 0类的信元就是另一信息
段的起始信元。
第五章 ATM交换技术
4) CLP(信元丢失优先级 )
CLP只有一位，位于信头第四字节的最低位，指示在网络发
生拥塞时该信元被丢弃的优先级。高优先级信元 CLP＝ 0，低优
先级信元 CLP＝ l。对于高优先级信元，网络应分配足够的资源
来保证其可靠地按时到达。对于低优先级信元，在发生拥塞时
可以被丢弃。一般来讲，具有恒定速率的信元应赋予高优先级。
对于一些在一段短时间内有较高峰值速率的可变比特率服务，
在这段时间内，信元也应赋予高优先级。
第五章 ATM交换技术
5) HEC(信头差错控制 )
HEC域为 8 bit，占信头的第五个字节。它采用 8位循环
冗余编码方式，只检测信头的错误，而不检测 48字节的净
荷域。具体的应用在物理层功能中已作了介绍。
第五章 ATM交换技术
5.4.2 ATM层功能
ATM信元的信头结构体现了 ATM层的功能，在信元的信头
结构中进行了部分介绍，现再补充如下。
1,VPI/VCI交换
一个具体的 VPI/VCI只是表示相邻网络节点 (ATM交换机 )之
间信元的逻辑通路。一个终端设备到另一个终端设备之间信元
的虚连接，可能是由多个不同的 VPI/VCI所表示的逻辑通路通
过网络节点连接起来的。所以信元在通过网络节点时，
VPI/VCI可能要发生变化，即网络节点要将输入端口信元信头
中的 VPI/VCI转换成相应输出端口的 VPI/VCI。
第五章 ATM交换技术
2．信头的生成 /删除
ATM层将从高层 (ATM适配层 )接收的信息作为净荷封装在
ATM层信元内，并根据 ATM适配层提供的信息加上相应的信
头形成信元，然后把信元交给物理层传送。另外，因 ATM层只
是将信元中的净荷信息往上层 (ATM适配层 )传送，所以 ATM层
在从物理层收到上传的信元后，必须在上传之前将信元的信头
删除。信头中的信息由 ATM层进行处理。
第五章 ATM交换技术
3．信元的识别和丢弃
根据信元信头中的净荷类型指示 (PTI)在传送信令和 OAM
信息时，区分控制面的信元和含有用户信息的用户面的信元，
同时根据丢失优先级指示 (CLP)来识别高优先级信元和低优先
级信元，在下列情况下丢弃信元：
(1) 具有无效的信头差错控制域的信元。
(2) 到达一条还未建好的链路的信元。如信元经过交换机
后经转发表匹配而获得 VPI＝ 2,VCI＝ 2039的连接，但该设备
并不存在 VPI＝ 2,VCI＝ 2039的连接，说明该传送信元的链路
尚未建好。
第五章 ATM交换技术
(3) VPI,VCI值超出设备可提供 VPI,VCI值范围的信元。
(4) 占用了系统 VPI,VCI预留值的信元。
(5) 链路发生拥塞时到达的信元。
(6) 违反流量协议的信元。
第五章 ATM交换技术
4．网络的流量控制和拥塞控制
流量控制就是使用户网络接口上流入网络的比特流 (信元
流 )速率要符合通信建立前用户和网络协商的速率。拥塞控制
就是当流向某一条链路的信元流量超过该链路本身的容量时，
网络必须采取措施，使流入该条链路的信元流量在该链路本
身的容量范围内。
第五章 ATM交换技术
5.5 ATM适配层 (AAL)协议
5.5.l AAL的结构、功能、业务类别及协议类型
1,AAL的协议结构
如图 5.7所示,AAL分为分段与重装 (SAR)子层 (也称拆装 )
和汇聚子层 (CS)。汇聚子层又分为特定业务汇聚子层 (SSCS)和
公共部分汇聚子层 (CPCS)。对信令适配层 (S-AAL),SSCS又分
为特定业务协调功能 (SSCF)和特定业务面向连接协议 (SSCOP)
两部分。
第五章 ATM交换技术
图 5.7 AAL结构
S S C F
S S C O P
S S C S
C P C S
CS
S A R
第五章 ATM交换技术
2,AAL的功能
AAL的主要功能是将来自高层的协议数据单元 (PDU)先映射
为 AAL的服务数据单元 (SDU)，然后映射成 48字节的信元净荷负
载，以达到为不同要求的用户提供特定的服务的目的，保证 ATM
层与业务类型无关；同时还要将从 ATM层上传的信元净荷进行相
反的操作，映射成高层的协议数据单元。如图 5.8所示,CS子层
对来自用户面的高层信息单元作好分割前的准备，使接收方 CS子
层能将这些分组再还原成原始高层信息，即将控制信息作为标头
和后缀或只是后缀添加在用户信息上。控制信息由 AAL服务类型
确定，它是 ATM信元净荷的一部分。 CPCS检查信元的丢失和错
插，提供误码的保护。 SSCS对不同业务提供不同功能，如时延处
理等。 SAR子层将来自 CS子层的 CS_PDU(汇聚子层协议数据单元 )
分割为 ATM信元的净荷，或将 ATM信元的净荷重装为 CS_PDU。
分段重装时要维持 SAR_PDU的传输顺序，提供误码检查与保护
功能。
第五章 ATM交换技术
图 5.8 AAL一般功能
有效净荷头
有效净荷头 尾
有效净荷头 尾
? 有效净荷头
有效净荷头 尾?
AAL - S D U
去/ 来高层协议
AAL
A A L C S 子层
A A L S A R 子层
A T M 子层
第五章 ATM交换技术
另外,AAL还提供如下服务：
(1) 处理信元的丢失、误传，向高层用户提供透明的顺序传
输。
(2) 处理信元的延迟变化，使连续发送的信元在网络中的延
迟尽量保持一致，即使延迟抖动达到最小。
(3) 差错处理。 ATM层只对信头进行纠错，由 AAL对信元净
荷进行差错控制。
(4) 在接收端恢复源端定时信息，保证信息以源端的比特率
向高层递交。
(5) 层管理实体功能，启动和控制对 ATM的连接请求，协调
递交给 ATM层的用户数据和控制信息。
第五章 ATM交换技术
3,AAL的业务类别和协议类型
ITU-T建议书 I.362定义了 AAL功能的基本概念和分类，其
业务类别的属性取决于以下三个要素：①信源和信宿之间要
求的定时关系；②比特率是均匀的还是可变的；③连接模式
是面向连接的还是非连接的。这三个要素，每个要素有两种
选择，可以形成 8类业务。但实际上某些组合是不可能实现的
业务，如速率恒定的、实时的、面向非连接的业务就是不可
能实现的。 ITU-T定义了 A,B,C,D四类业务如表 5.6所示。
第五章 ATM交换技术
表 5.6 AAL业务属性分类 业务类别 属 性
A 类 B 类 C 类 D 类
信源和信宿之间的定时关系 要求 不要求
比特率 均匀 可变
连接方式 面向连接 无连接
A T M 适配层协议 A A L 1 A A L 2 A A L 3 / 4 或者 A A L 5 A A L 3 / 4 或者 A A L 5
第五章 ATM交换技术
A类业务：具有恒定的比特率，面向连接的实时信息传递
业务。主要用于电路仿真。
B类业务：具有可变的比特率，面向连接的实时信息传送
业务。主要用于可变比特率的话音和视频传输。
C类业务：具有可变的比特率，面向连接的非实时信息传
送业务。主要用于面向连接的数据传输。
D类业务：具有可变的比特率，面向非连接的非实时信息
传送业务。主要用于面向非连接的数据传输。
第五章 ATM交换技术
除 ITU-T定义的四类业务外，,ATM论坛”又提出 X类和
Y类业务。 X类业务为未指定比特率 (UBR)业务,Y类业务为可
用比特率 (ABR)业务。它们都是比特率可变，面向连接的非实
时信息传送业务的一部分。
为了支持以上各类业务,ITU-T提出了四种 AAL协议类型：
AAL1,AAL2,AAL3和 AAL4，分别支持 A,B,C,D四类业
务。而,ATM论坛”定义了六种 AAL协议类型，分别记为
AAL0～ AAL5，其中,AAL0表示 AAL为空，主要用于信元中
继业务，表示信元中继应用与 ATM层的信息表示形式之间无须
任何适配； AAL5又称 SEAL(Simple and Efficient Adaptive
Layer)，主要用于 ATM网上帧中继业务或 TCP/IP数据报传输，
以及其它面向连接的数据传输业务。
第五章 ATM交换技术
由于 AAL3用于帧中继,TCP/IP等面向连接的数据传输，
AAL4用于支持 CLNS(无连接业务 ),SMDS(交换多兆比数据业
务 )等无连接的数据传输，二者惟一的不同体现在对一个特定域
的使用上，因此一般将 AAL3,AAL4融合成一个综合协议类型
AAL3/4。而 AAL3/4开销很大,AAL5简单高效，所以使 AAL3/4
更少用于 C类业务中。
第五章 ATM交换技术
5.5.2 AAL1
AAL1支持 A类业务，因为 AAL1从高层接收或向高层传送
具有均匀比特流的 SDU。
1,AAL1的功能
AAL1的功能包括：
(1) 用户信息的分段和重装。
(2) 信元时延抖动的处理。
(3) 信元净荷重装时延的处理。
(4) 丢失信元和错插信元的处理。
第五章 ATM交换技术
(5) 接收端对信源时钟频率的恢复。
(6) 接收端对信源数据帧的恢复。
(7) 监控 AAL协议控制信息 PCI的误码并进行误码处理。
(8) 监控用户信息域的误码和对误码的纠错。
这些功能是由 AAL1的 SAR子层和 CS子层来实现的。
第五章 ATM交换技术
2,AAL1的 SAR子层
发送时,SAR子层从 CS子层接收 CS_PDU，然后在 CS_PDU
上加上一些控制信息 (SAR_PDU头 )，构成 SAR_PDU，再将 48字
节的 SAR_PDU下传给 ATM层。接收时,SAR子层接收上传的
ATM层信元的有效净荷，并进行处理，构成 SAR_SDU，作为
CS_PDU送到 CS子层。所以 SAR子层的主要功能是对顺序传送
的数据块增加一个序号字段 (SAR_PDU头中 )，也叫 SAR_PCI(协
议控制信息 )。
第五章 ATM交换技术
SAR_PDU的格式如图 5.9所示，它的净荷为 47字节，
SAR_PDU的头为 1字节，其中的 4 bit序列编号 (SN)分成 1 bit CS
指示 (CI)和 3 bit序列计数 (SC)。 CI用于传输 CS子层之间的信息，
SC对传输数据单元进行模 8编号，防止出现数据单元的丢失、重
复以及其它信息错插入。另外 4 bit为序列编号保护 (SNP)，分为 3
bit循环冗余校验 (CRC)和 1 bit保护位 P。 CRC的生成多项式为
x3+x+1，具有“纠 1检多”功能，保护位 P用于对前面 7 bit进行
偶校验编码。
第五章 ATM交换技术
图 5.9 AAL1的 SAR_PDU格式
CI SC CRC P
SN S N P S A R - S D U
S A R - P C I
S A R - P D U
4 b i t 4 b i t 47 字节
第五章 ATM交换技术
3,AAL1的会聚子层 (CS)
CS子层的功能包括信元延时抖动处理、信元丢失和错插处
理、传送时钟信息和结构信息以及进行纠错处理。
(1) 信元延时抖动处理：采用缓冲区的方法，当缓冲区溢
出时，丢弃多余的比特，当缓冲区不满时，在信息流中插入一
个特定的比特组成的信元。
第五章 ATM交换技术
(2) 丢失和错插入信元的处理：发送时,CS子层在向 SAR
子层提供 SAR_SDU的同时，提供一个模 8的序号。接收时,CS
子层根据 SAR子层提供的序号，判断是否发生了 SAR_PDU的
丢失和错插入，从而采取相应的处理措施。如丢弃错插数据单
元，用一个特定比特模式组成的单元代替错误数据单元等。
第五章 ATM交换技术
(3) 定时信息的传送,AAL1规定了两种方法实现业务时钟
的同步。一种叫做同步剩余时间标签 (SRTS)法。在这种方法中，
发送端将应用业务时钟和网络标准时钟比值的偏差值 (即剩余
时间标签 )通过 CI域传送到接收端，剩余时间标签用 4 bit传送。
由于 CI位是 1 bit，故需要 4个 SAR_PDU的 CI域来传送剩余时间
标签信息。因为 CI域还要用于传送结构信息,SAR_PDU又是
以模 8编码的，所以 AAL1中规定使用 8个 SAR_PDU(0～ 7)中的
奇数号的 SAR_PDU的 CI域传送剩余时间标签信息。这种定时
信息的传送方式要求收发双方都具有非常精准的网络标准时钟。
第五章 ATM交换技术
另外一种方法为自适应时钟法，实现方法是在接收端设
置一个缓冲区，存放收到的数据，以发送方业务时钟写入，
接收方业务时钟读出。根据缓冲区中数据的多少，便可以间
接地知道接收方时钟和发送方时钟的偏差，并依次调整接收
方式，使之与发送方时钟同步。
第五章 ATM交换技术
(4) 结构信息的传送 (SDT)：在 AAL1中，可以传送具有某种
结构的数据流的结构信息，如 8 kHz的帧结构业务。结构信息的
传送是通过将 SAR_PDU的负荷区分为两种格式来实现的。其中
一种是 47字节负荷区全部为用户信息，即 47字节的 AAL1的用户
信息；另一种是 47字节负荷区只有 46字节的 AAL用户信息，另
外 1字节作为指针域传送结构信息。这两种格式分别称为非 P格
式和 P格式。 P格式中的指针用于指示用户信息结构的起始位置，
8 bit指针域的第 l bit保留，其它 7 bit用于存放位置信息，同时用
CI指明 SAR_PDU是 P格式 (CI＝ l)还是非 P格式 (CI＝ 0)。为了防
止和时钟信息传送发生矛盾,AAL1规定只允许偶数编号数据块
传送结构信息。
第五章 ATM交换技术
(5) 前向纠错编码 (FEC)：因在实时通信过程中无法采用时
延较大的自动请求重发来保证信息的正确传送，所以 AAL1中规
定可以采用 Reed-Solomen编码方法保证高质量的音频和视频信
息的可靠传送。具体是将 124个 CS_PDU排成 124× 47字节矩阵，
对每行 124字节信息添加 4字节的 FEC编码，形成 128× 47字节矩
阵，作为 128个信元发送。这种编码方法记为 RS(128,124)，它
可以纠正两个错误字节或恢复 4个已知位置的丢失字节，也可采
用 RS(94,88)来减小因编码引起的时延。
第五章 ATM交换技术
5.5.3 AAL2
AAL1是针对简单的、面向连接的实时数据流而设计的，除
了具有对丢失和错插信元的检测机制外，它没有错误检测功能。
对于单纯的未经压缩的音频或视频数据，或者其中偶尔有一些
较重要的其它数据流都没有什么问题,AAL1就已经足够了。
对于压缩的音频或视频数据，数据传输速率随时间会有很
大的变化。例如，很多压缩方案在传送视频数据时，先周期性
地发送完整的视频数据，然后只发送相邻顺序帧之间的差别，
最后再发送完整的一帧。当镜头静止不动并且没有东西发生移
动时，则差别帧很小。同时，必须要保留报文分界，以便能区
分出下一个满帧的开始位置，甚至在出现丢失信元或坏数据时
也是如此。由于这些原因，需要一种更完善的协议。 AAL2就是
为完成这一目的而设计的。
第五章 ATM交换技术
AAL2是一种全新的 AAL适配层，它的设计思想是将用户信
息进行分组，即分成若干的长度可变的微信元，再将其适配到
53个字节的 ATM信元中。这样，在一个 ATM信元里可以同时装
入多个不同的业务流，一个 ATM信元不再仅是一种业务流分组，
也就是说一个 ATM连接可以支持到多个 AAL2的用户信息流，
即用户信息流在 AAL层上复用。这种设计思想带来了两个好处：
一是对压缩后的话音业务流降低了拆装时延，提高了效率；二
是节约了 ATM中 VPI,VCI的资源，这在 ATM网络中支持 IP业务
中十分重要。基于这两个优势，用于语音的 AAL2和用于数据的
AAL2标准已经形成。
第五章 ATM交换技术
1,AAL2分层结构
AAL2采用和 AAL1相同的分层方法，分为会聚子层 CS和分
段重装子层 SAR。 CS子层进一步划分为与业务密切相关的特定
业务会聚子层 SSCS(Service Specific Convergence Sublayer)和公
共部分会聚子层 CPCS(Common Part Convergence Sublayer)。其
中,SSCS和特定业务相关，可以为空； CPCS和 SAR是所有
AAL2协议必需的，因此又将 CPCS和 SAR合并,称为公共部分
子层 CPS(Common Part Sublayer)。
AAL2用户可以选择满足特定 QoS要求的 AAL_SAP完成传
送 AAL_SDU的操作。
第五章 ATM交换技术
AAL2利用的是下层 ATM层的传输能力，由于 SSCS和特定
业务有关，所以 AAL复用操作通常在 CPS层完成。如果 AAL2支
持的业务没有特殊的要求,SSCS可以仅提供 AAL原语和 CPS原
语之间的映射，而不完成任何功能。
如图 5.10所示,AAL2层从 AAL_SAP接收 AAL_SDU,SSCS
层 (如果存在 )添加相应的头部信息 (地址、长度指示等 )和尾部信
息 (校验序列和调整填充字节等 )构成 SSCS-PDU，并提交给 CPS，
成为 CPS-SDU。 CPS-SDU和 CPS分组头 CPS-PH组成 CPS分组，
CPS分组经过分割成为字节格式，加上相应的开始码 STF-PH构
成 CPS-PDU。注意：由于在 CPS内完成了两层封装,CPS-PH相
当于 CPCS-PCI,STF相当于 SAR-PCI，因此没有特定的 CPS-PCI
域。
第五章 ATM交换技术
图 5.10 AAL2协议单元的格式
头 A A L - S D U 尾
C P S- S D U
C P S _ P H C P S- PP
S TF _ P H C P S- P D U 净荷 C P S- P D U
C P S 分组
A TM - S D U
信元净荷区信头
A TM - S A P
A TM 信元
A TM 层
C P S 层
A A L- S A P
S S C S 层
第五章 ATM交换技术
公共部分子层 CPS完成在收、发端 CPS之间传递 CPS-SDU
的功能。 CPS用户分成两类,SSCS实体和层管理实体 LM。
CPS完成 CPS-SDU数据传送及数据的完整性保证,AAL2信道
的复用和分解、传输延时的处理和定时信息的传递及时钟的恢
复等功能。 CPS-SDU最长为 45字节 (默认 )或 64字节。
第五章 ATM交换技术
2,AAL2公共部分子层的数据结构
下面介绍 CPS层的数据格式，其中包含 AAL层原语中规定
的参数。 ITU-T I.363.2定义 CPS分组结构如图 5.11所示，其中的
CPS头部 CPS-PH包括 8 bit信道标识号 CID(Channel Identifier),6
bit长度指示 LI(Length Indication),5 bit CPS用户间指示
UUI(User-User Indication)和 CPS分组头保护 HEC(Header Error
Control)。 CPS分组净荷 CPS-PP(CPS Packet Payload)长度为 l～
45/64字节。
第五章 ATM交换技术
图 5.11 AAL2的 CPS分组结构
C I D LI UUI H E C C P S- I N F O
C P S- PH C P S- PP
C P S分组
第五章 ATM交换技术
(1) 信道标识符 CID用于标识 AAL2层的通信信道。 AAL2通
信信道是双向的，可以在 ATM层通过 PVC或 SVC建立，两个方
向具有相同的 CID标志。 CID长度为 8 bit,0～ 255的取值中 0不
用 (因为 CPS-PAD中使用全 0填充 ),1用于层管理实体间通信，
2～ 7保留,8～ 255可以被 SSCS使用。
(2) 长度指示 LI为 6 bit，取值为 0～ 63。 LI等于 CPS-INFO长
度减 l，所以 CPS-INFO长度为 l～ 64字节，默认 CPS-INFO的最大
长度为 45字节。 CPS-INFO的最大长度必须由信令或管理过程设
定，每条 CPS信道都由相应的 CPS-INFO最长数值规定。
第五章 ATM交换技术
(3) 用户间指示 UUI。 UUI可以在 CPS层透明传送 CPS用户之
间的控制信息，并可区分不同类型的 CPS用户 (SSCS和 LM)。
UUI长 5 bit，取值为 0～ 31，其中 0～ 27用于 SSCS实体间的通信，
30和 31用于 LM实体间通信,28和 29保留。
(4) CPS分组头差错控制 HEC为 5 bit CRC校验序列，生成多
项式为 x5＋ x2＋ 1，保护对象是 CPS-PH中的 CID,LI和 UUI，共
19 bit长。
这样,CPS分组长度为 4～ 67字节 (头部和净荷区 )，成为
CPS-PDU净荷区。 CPS-PDU长度为 48字节，结构如图 5.12所示。
CPS-PDU包括 8 bit开始指针域 STF(Start Field)和 CPS-PDU净荷区，
后者分成两个部分。
第五章 ATM交换技术
图 5.12 AAL2的 CPS-PDU
O S F SN P P A D
6 b i t 1 b i t1 b i t 47 字节
S T F
C P S- P D U
第五章 ATM交换技术
(1) 偏移量 OSF(Offset Field)存放从 STF结束位置到第一个
CPS分组头之间的字节数，如果 CPS_PDU净荷区不存在，则是
指从 STF结束位置到 PAD开始的字节数。 OSF=47表示在
CPS_PDU净荷区中没有 CPS分组头。由于 CPS_PDU净荷长度等
于 47字节，因此 OSF的取值不能大于 47。
(2) 序列编号 SN(Sequence Number)为 1 bit，是对 CPS_PDU数
据块的编号。
(3) 奇校验 P(Parity)为 1 bit，用于对 STF进行奇校验。
(4) CPS_PDU净荷区：可以装载 0,1或多个 CPS分组，填充
字节 PAD用于填充未填满的净荷空间。 l个 CPS分组可能装在两
个 CPS_PDU净荷区中。
第五章 ATM交换技术
5.5.4 AAL3/4
1,AAL3/4的结构
AAL3/4用于支持 C类与 D类业务，即可变比特率且不要求
维持源与目的地间定时关系的业务。
AAL3/4是 ITU-T提出的用于数据传送的 ATM适配层协议，
数据传输的特点是要求具有较高的可靠性。和 AAL1,AAL2相
类似,AAL3/4协议层分为汇聚子层 (CS)和拆装 (SAR)子层,CS
子层又分为特定业务汇聚子层 (SSCS)和公共部分汇聚子层
(CPCS)。如图 5.13所示,AAL3/4也可以看成由服务特定部分
(SSP)和公共部分 (CP)组成。
第五章 ATM交换技术
服务特定部分向用户提供附加功能，不同的特定业务汇聚
子层支持不同的 AAL用户业务。 SSCS是可选的，如果为空，
SSCS指示完成 AAL的公共部分汇聚子层与高层之间的原语映射。
公共部分包括 CPCS和 SAR子层，实现面向字节的可变长信息帧
的顺序透明传输。 CPCS和 SAR子层共同负责把收到的协议帧变
为一系列的信元有效负荷。
第五章 ATM交换技术
图 5.13 AAL3/4的结构
服务特定汇聚子层( 可以为空)
公共部分汇聚子层
分段与重装子层( 公共部分)
S A P
服务特定部分
S A P
公共部分
S S C S
C P C S
第五章 ATM交换技术
AAL3/4提供 AAL用户之间 AAL-PDU的传输时，工作模式
有两种。一种为消息工作模式，它是将一个 AAL-SDU分成一个
或多个的 CS-PDU，每一个 CS-PDU再分成多个 SAR-PDU进行传
送。另一种工作模式为流工作模式，它是将一个或多个定长的
AAL-SDU合并放在一个 CS-PDU中，然后通过 SAR子层分割成
适合 ATM信元传送的 SAR-PDU格式。两种工作模式又都提供了
两种对等层的操作过程，分别为确保操作和非确保操作。前一
种操作要重传丢失或损坏的 AAL-SDU，而后一种操作不保证重
传和纠正丢失或损坏的 AAL-SDU。
第五章 ATM交换技术
2,SAR子层
SAR子层向 ATM层发送数据单元时，将不固定长度的 CS-
PDU转换成为固定长度的 SAR-PDU。 SAR子层从 ATM层接收数
据单元时执行相反的操作，并可以在对等的 SAR实体间利用
ATM层的连接，同时并发地传送多个用户的 SAR-PDU。 SAR子
层具有复用 /分路、错误校验和 CS-PDU拆装等功能。 SAR-PDU
的格式如图 5.14所示。
第五章 ATM交换技术
图 5.14 AAL3/4 SAR-PDU的格式
ST SN M I D S A R - P D U 净荷区 LI CRC
2 b i t 4 b i t 1 0 b i t 44 字节 6 b i t 1 0 b i t
S A R - P D U 头部
S A R - P D U
S A R - P D U
尾部
第五章 ATM交换技术
(1) ST为段类型，占 2 bit，表示 SAR-PDU的不同数据类型。
AAL3/4规定了 4种不同的数据类型：
ST＝ 10，消息开始 (BOM)，表示后面的 SAR-PDU负荷区
中承载的是 SAR-SDU的第一段；
ST＝ 00，消息继续 (COM)，表示后面的 SAR-PDU负荷区
中承载的是 SAR-SDU的中间部分；
ST＝ 01，消息结束 (EOM)，表示后面的 SAR-PDU负荷区
中承载的是 SAR-SDU的结束段；
ST＝ 11，单段消息 (SSM)，表示后面的 SAR-PDU负荷区中
承载的是一个完整的 SAR-SDU。
第五章 ATM交换技术
(2) SN为序列编号，占 4 bit，用来表示来自同一个 SAR-
SDU的各 SAR-PDU编号，并以此发现 SAR-PDU的丢失和错插。
注意,SAR子层可以复用多个通信连接，所以在 SAR子层上相
继到来的两个 SAR-PDU中的 SN不一定是按顺序的，只有承载
同一个 SAR-SDU的各个 SAR-PDU的 SN域才是按顺序到达的。
(3) MID为复用标识符，占 10 bit，用以标识不同的 SAR子
层的连接，表示一条虚信道连接 VCC上可以复用 1024条用户连
接过程。
第五章 ATM交换技术
(4) LI为长度指示，占 6 bit，指示 SAR-PDU净荷区中装载
最后一个有效用户信息字节的位置。最后段和单段需要该指示
标志。
(5) CRC为循环冗余校验序列，占 10 bit，生成多项式为
x10+x9+x5+x4+x+1，用于校验 SAR-PDU在传送中可能发生的
错误。
第五章 ATM交换技术
3．公共部分汇聚子层 (CPCS)
AAL3/4的 CS分成 CPCS和 SSCS两部分。 SSCS主要用于支持
C类业务。在消息工作模式下,SSCS内部提供组块 /分块功能 (在
一个 SSCS中传递一个或多个固定长度的 AAL-SDU)和分段 /重装
功能 (将单个可变长度的 AAL-SDU在一个或多个 SSCS-PDU中传
送 )。在流工作模式下,SSCS内部可提供分段 /重装功能以及管
道功能，即不必等收完一个 AAL-SDU才开始发送。另外，
SSCS还可以提供流控和重传丢失或错误的 SSCS-PDU功能。但
目前 SSCS的结构和编码格式还没有标准。
CPCS提供 l～ 65 535字节任意长度帧的非确保传送。 CPCS-
PDU的格式如图 5.15所示。
第五章 ATM交换技术
图 5.15 AAL3/4 CPCS-PDU格式
C P I B t a g B a s i z e
8 b i t8 b i t 1 6 b i t
C P C S- P D U 净荷区
1 ～ 64 字节
P A D AL E t a g LI
0 ～ 3 字节 8 b i t8 b i t 1 6 b i t
C P C S- P D U 头部
C P C S- P D U
C P C S- P D U 尾部
第五章 ATM交换技术
(1) CPI为公共部分指示，占 8 bit，用于指示使用的 CPCS协
议。目前 CPI只有一种取值，即 00000000。
(2) Btag为开始标签,Etag为结束标签，各占 8 bit。 Btag和
Etag联合使用，同一个 CPCS-PDU中,Btag和 Etag取相同值，而
顺序发送的 CPCS-PDU应使用不同的 Btag和 Etag，以确保 CPCS-
PDU的完整性。考虑到 SAR子层已经使用段类型 ST和复用标志
MID，所以标签方式实际上是冗余的。
(3) BAsize为缓冲区分配容量，占 16 bit，用于指示接收方
缓冲区的大小设置。
第五章 ATM交换技术
(4) PAD为填充域，占 0～ 3个字节，附加在 CPCS-PDU净荷
区后部，使 CPCS-PDU的长度成为 4字节的整数倍。
(5) AL为长度校正,8 bit，内容恒为零，用于填充 CPCS-
PDU尾部，使其长度为 4字节，功能和填充域相类似。
(6) LI为长度指示,16 bit，表示 CPCS-PDU的净荷区长度。
从以上说明可以看出,AAL3/4的额外开销比较大，循环冗
余校验功能并不完善，因为校验频度高而且无法完成突发错误
的校验工作，所以具有高效数据业务适配功能的 AAL5的应用将
更广泛。
第五章 ATM交换技术
5.5.5 AAL5
前面已介绍过 AAL5是,ATM论坛”针对 AAL3/4的不足提
出的一种新的 AAL协议，它的结构和 AAL3/4相同，是 AAL3/4
的一个子集，是一种在 CPCS以下提供较低开销而有较好检错能
力的协议。在 CPCS以上，除不能支持复用外,AAL5的业务和
AAL3/4提供的业务是等同的。如果需要在 AAL实现复用，可以
由 SSCS来完成。
第五章 ATM交换技术
1,SAR子层
AAL5拆装子层 (SAR子层 )从 CPCS接收变长的 SDU,产生
相应的 SAR-PDU。 SAR-PDU包含 48字节的 SAR-SDU。所以在
SAR-PDU中没有其它的开销,SAR子层只完成分段与重装功能。
那么如何识别 SAR-PDU的开头和结尾呢？ ATM利用了 ATM信
元信头 PTI域中的 AUU参数。 AUU参数值为,l”，表示 SAR-
SDU的结尾,AUU参数值为,0”，则表示一个 SAR-SDU的开
始或延续，因而省去了 AAL3/4中的 ST域。这样,AAL利用了
ATM层信头中传递的信息，使 AAL5的存在不再完全与下层的
ATM无关，违反了 OSI体系结构的分层标准。但由于它简单而
有效，仍被 ITU-T采纳。当然也可以认为是 AAL5对 ATM协议参
考模型进行了修改。 SAR子层另外还具有保持 SAR-SDU、处理
拥塞信息、处理丢失优先级信息等功能。
第五章 ATM交换技术
2．汇聚子层 (CS)
AAL5的 CS子层也分成 CPCS和 SSCS两个子层，其中 SSCS
还没有规范。 CPCS完成的功能和 AAL3/4的 CPCS完成的功能基
本一致，只是 AAL5的 CPCS不再向接收端相同层实体发送缓冲
容量指示，但提供 32 bit的 CRC校验，以保证数据充分正确传送。
AAL5 CPCS-PDU的格式如图 5.16所示。
图 5.16 AAL5 CPCS-PDU的格式
C P C S- P D U 净荷区 P A D UU
0 ～ 47 字节 8 b i t
C P I
8 b i t
LI
1 6 b i t
CRC
3 2 b i t
C P C S- P D U 尾部
C P C S- P D U
第五章 ATM交换技术
(1) PAD为填充域，有 0～ 47字节，用于填充 CPCS-PDU，使
其长度为 48字节的整数倍。
(2) UU为 CPCS用户间指示,8 bit，用于透明传送 CPCS用户
的信息，具体定义由 CPCS的上层给出。
(3) CPI为 CPCS公共部分指示,8 bit，目前的作用是用于填充
CPCS-PDU的尾部，使其满 64 bit，将来还可能用于承载其它信息，
如层管理等。
(4) LI为长度指示,16 bit，最多可以表示 64 K字节的数据段
长度。如果 LI＝ 0，表示 CPCS指示对方执行放弃操作。
(5) CRC为循环冗余校验序列,32 bit，用于对本身以外的整
个 CPCS-PDU内容进行校验，其生成多项式为,x32＋ x26＋ x23＋
x22＋ x16＋ x12＋ x11＋ x10＋ x8＋ x7十 x5＋ x4＋ x2＋ x+1
第五章 ATM交换技术
5.6 ATM交换技术
5.6.1 信元交换的过程
ATM是一个面向连接型的网络。当两个终端连接建立的时
候，根据信令信息以及网络运行情况，在该连接中的每个交换
节点上建立转发表。该转发表包含输入端口号、输出端口号。
在输入端口或者输出端口中，不同的信元流有不同的 VCI/VPI值
转换。当某一个信元进入交换模块时，交换模块通过识别信元
信头的 VCI/VPI，查找转发表，找出对应的输出端口以及输出信
元的 VCI/VPI值，将输入信元的 VCI/VPI值改变为相应输出信元
的 VCI/VPI值，并控制交换网络将信元交换到对应的输出线上。
第五章 ATM交换技术
图 5.17 VC/VP交换的具体示例
(a) VP交换过程； (b) VC交换过程
( a )
( b )
V C I 1 V C I 2 V C I 5 V C I 6
VC 交换
VP 交换
V P I 3
V P I 4
V P I 5
V C I 6
V C I 5
V C I 3
V C I 4
V C I 1
V C I 2
V C I 3
V C I 4
V P I / V C I 转发表
输入端口
V P I V C I
1
1
2
2
1
2
3
4
输出端口
V P I V C I
4
3
5
5
5
6
3
4
V P I 1
V P I 2
V P I 6
V P I 5
V P I 4
V P I 3
V P I 2
V C I 1
V C I 2
V P I 1
V C I 3
V C I 4
V C I 5
V C I 6
V P I 转发表
V C I 5
V C I 6
V C I 1
V C I 2
V C I 3
V C I 4
输入 V P I 输出 V P I
1 5
2
3
6
4
第五章 ATM交换技术
在 VP交换过程中,VPI进行了变换,VP内部的 VCI没有改
变；而在 VC交换过程中，不但 VPI进行了变换，而且 VCI也进
行了变换。从上述基本的信元交换过程中可以看出，虽然 ATM
交换是异步时分交换，但其原理与同步时分交换 (时隙交换 )有
许多相似之处，其基本区别是用 VCI/VPI代替了时隙交换中时
隙的序号。
第五章 ATM交换技术
多级连接的 VC和 VP组成虚信道连接 VCC(Virtual Channel
Connection)和虚通道连接 VPC(Virtual Path Connection)。 VCC有
三种：永久 VCC、半永久 VCC和交换 VCC； VPC也是一样，有
永久 VPC、半永久 VPC和交换 VPC。交换 VCC(VPC)通过信令建
立连接，属于控制面的连接；永久 VCC(VPC)、半永久
VCC(VPC)因为没有通过信令建立连接，所以属于管理面的连
接。交换机为每一个呼叫分配一个 VPI/VCI，每个 VPI/VCI只具
有局部意义，每个节点在读取 VPI/VCI后，根据本地的转发表，
查找对应的输出 VPI/VCI，进行交换并改变 VPI/VCI的值。
第五章 ATM交换技术
5.6.2 ATM交换机的基本组成结构
1,ATM交换机的组成结构
ATM交换机由 5大功能模块组成，即入线处理模块、出线处
理模块、交换模块，如图 5.18所示。
图 5.18 ATM交换机的组成结构
入线处理模块
?
入线处理模块
?
交换单元
出线处理模块
出线处理模块
1
N
1
N
呼叫处理和
连接允许控制
拥塞控制和
资源管理
?
?
第五章 ATM交换技术
入线处理模块对输入线路上的信息流进行信元定界、信元
有效性检验和信元类型分类。输入线路上的信息流实际上是符
合物理层接口信息格式的比特流。入线处理模块首先要将这些
比特流分解成长度为 53字节的信元，然后再检测信元的有效性，
将空闲信元、未分配信元及信头出错的信元丢弃，最后根据有
效信元信头中的 PTI标志，将 OAM信元交呼叫处理控制模块处
理，其它用户信息信元送交换模块进行交换。
出线处理模块完成与入线处理模块相反的处理，主要是将
交换模块输出的信元流、控制模块输出的 OAM信元流以及相应
的信令信元流复合，形成送往出线的特定形式的比特流，并完
成信息信元流速率和线路传输速率的适配。
第五章 ATM交换技术
呼叫处理控制模块完成 VCC,VPC的建立和拆除，并对
ATM交换模块进行控制，处理和发送 OAM信元，发送信令信元，
保证用户 /网络的操作顺利进行。
交换单元模块完成交换动作的控制，将某输入线上的信元
交换到某输出线上。
拥塞控制和资源管理模块对网络资源和网络拥塞进行控制
和管理。
第五章 ATM交换技术
2,ATM交换机中的缓冲策略
缓冲策略或称排队策略，是 ATM交换结构设计中的一个非
常重要的方面。根据缓冲器所在的位置，可以将缓冲策略分为
外部缓冲和内部缓冲两种方式。
1) 外部缓冲
外部缓冲指缓冲器不是设置在交换结构的内部，主要有输
入缓冲、输出缓冲、输入与输出缓冲、环回缓冲等四种方式，
如图 5.19所示。
第五章 ATM交换技术
图 5.19 四种外部缓冲方式
(a) 输入缓冲； (b) 输出缓冲； (c) 输入与输出缓冲； (d) 环回缓冲
( a ) ( b )
交换
结构
1
N
1
N
…
( d )( c )
… …
交换
结构
1
N
1
N
…… ……
交换
结构
1
N
1
N
… …… …
交换
结构
1
N
1
N
……
第五章 ATM交换技术
2) 内部缓冲
内部缓冲是将缓冲器设置在交换结构的内部。无阻塞结构
不需要内部缓冲。在多级交换网络中，在每个交换单元均设置
缓冲器，主要有输入缓冲、输出缓冲、交叉点缓冲和共享缓冲
等方式。
采用内部缓冲的多级有阻塞网络可以减少信元丢失，但是
也有两个主要缺点：一个是增加了信元的时延和时延抖动；另
一个是对于多通路网络，如果属于同一虚连接的信元在交换结
构中选用不同的通路，则会发生信元失序的现象。
第五章 ATM交换技术
5.6.3 ATM交换单元的结构
ATM交换单元能够实现任意出、入线之间的信元交换，也
就是任一入线上的任一逻辑信道的信元能够被交换到任一出线
上的任一逻辑信道中去。根据交换单元的不同内部结构可以将
其分为三类：共享存储器结构、共享媒体 (总线或者环形 )结构
和空分交换结构。
1．共享存储器结构
图 5.20给出了共享存储器的结构。这种结构中，存储器为
所有的输入端口和输出端口共用，每一条输入线配置有一个输
入控制器，每一条输出线配置有一个输出控制器。
第五章 ATM交换技术
图 5.20 共享存储器的 ATM交换结构
控制器
控制器
1
N
… …
控制器
控制器
1
N
…
存储器 R A M
第五章 ATM交换技术
存储器的分配有固定分配和动态分配两种方式。固定分配
就是将整个存储区划分为存储单元数相等的 N个存储块，每一
个存储单元存储一个信元，每一个存储块为某一条输出线服务。
这种方式控制管理简单。动态分配方式就是将整个存储区为所
有输出线共用，这样可以使存储器得到充分利用，但控制管理
复杂。
共享存储器结构受到处理时间、存储器读写时间和存储器
容量的限制。
共享存储器结构要有足够高的处理速度，使得处理时间很
短，从而能与信元流的输入速率相适配。因此，它对存储器访
问速度的要求比较高。由于受到存储器访问速度的限制，交换
结构的容量 (端口数及链路速率 )不可能太大。
第五章 ATM交换技术
2．共享媒体结构
图 5.21给出了共享媒介的交换结构。媒介可以是总线形或
者环形。每条入线都连接到媒介上，每条出线则通过输出缓冲
器和地址过滤器连接到媒介上。总线包括地址总线、数据总线
和控制总线。对于总线式结构的 ATM交换单元，由于所有输入
线在某一时刻的信元都必须交换到相应的输出线上，也就是在
同一时间，所有输入线上的信息都要发送到总线上，这就要求
总线的信息传输速率是输入线信息传输速率之和，否则会造成
信元的较大延时。
第五章 ATM交换技术
图 5.21 共享媒介的交换结构
输入控制器
输入控制器
…
输入控制器
…
T D M
总线
输出控制器
输出控制器
输出控制器
…
1
N
2
…
1
N
2
第五章 ATM交换技术
共享媒介结构的吞吐量受到时分总线速率和队列缓冲器容
量的限制。
共享总线的速率限制成为交换结构的瓶颈，限制了容量的
扩大。采用多总线或多环的并行结构，可以降低速率要求。
第五章 ATM交换技术
3．空分交换结构
空分交换结构是一种矩阵式交换结构。如图 5.22所示，多条
入线和多条出线分别连接到空分交换矩阵。在空分交换矩阵入
线和出线的交叉点处相当于有一个开关，通常这些开关是触点
开关或电子开关。 N路输入线和 N路输出线之间有 N2个开关节点，
只要适当控制这些开关接通或断开，即可在任一入线和出线之
间构成通路。
当入线、出线数目增加时，交换矩阵的节点数呈平方级增
长，这将使控制结构复杂化。所以当交换容量增大时，一般采
用多个交换矩阵级连的方式。
第五章 ATM交换技术
图 5.22 空分交换结构
输入控制器
输入控制器
…
输入控制器
输
出
控
制
器
1
2
N
1
输
出
控
制
器
2
…
输
出
控
制
器
N
…
…
第五章 ATM交换技术
5.6.4 ATM交换网络
交换网络直接影响交换机的容量。一般小容量交换机的交
换网络可以直接由前面介绍的基本交换单元模块来实现。大容
量交换机的交换网络则需要由多个基本交换单元模块按照一定
的拓扑结构组合而成。根据 ATM交换网络的级数可分为单级交
换网络和多级交换网络。
第五章 ATM交换技术
1．单级网络
单级网络的特点是单级交换模块连接到交换网络的输入端
和输出端。主要类型有扩展型交换矩阵、漏斗型网络和混叠型
交换网络。
1) 扩展型交换矩阵
扩展型交换矩阵如图 5.23所示，它由多个 b× b的基本交换
模块组成。理论上，这种方法可以实现任意规模的交换网络。
第五章 ATM交换技术
图 5.23 扩展型交换矩阵
b
b b b
b
b
b
b
bbb
b b b b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
bb
b
b
b
b b
输入
输出
b
第五章 ATM交换技术
为了实现扩展型交换矩阵，需要对前面介绍的基本交换单
元模块进行改进，其方法是通过增加 b个输入和 b个输出进行扩
展。通过基本模块右边的输出口，输入信号被中继到下一列基
本模块的输入口。另一组输入连接到同一列相邻交换模块的正
常输出口。
由于信元通过网络时只被缓存一次，因而扩展型交换模块
具有很小的交叉时延且交叉时延取决于输入的位置。交换模块
的数量随所要求的输入端口数量增加而增加，这就限制了扩展
型交换模块的规模。这类单级交换网络的规模一般为 64× 64或
128× 128，后面可看到多级网络比较适用于大规模的交换系统。
第五章 ATM交换技术
2) 漏斗型网络
图 5.24表示了一个 N× N非阻塞 (non-blocking)交换网络。交
换模块按照类似漏斗形状的结构连接。所有的交换模块由 2b个
输入和 b个输出组成。每个漏斗表示一个 N× b矩阵，有 N个这
样的矩阵并行工作。目前的技术水平可以实现 32× 16的交换模
块。一个单级的 128× 128交换网络可以利用这些基本模块实现。
第五章 ATM交换技术
图 5.24 漏斗型网络
SE
2 b × b
SE
2 b × b
SE
2 b × b
SE
2 b × b
SE
2 b × b
SE
2 b × b
…
N 个输入
N 个输出
第五章 ATM交换技术
3) 混叠型交换网络
混叠型交换网络如图 5.25所示。它是基于对输入的交互排列，
并将该排列连接到一单级交换网络上。为了使信号从一个给定
的输入口到达任意的输出口，有必要利用反馈机制，如图 5.25虚
线所示。很明显，信元在到达目的地之前可能要多次通过网络。
因此，该网络亦称为再循环网络。在网络输出端，交换模块必
须裁决信元是离开网络还是反馈到输入端。
这种类型的网络只需要少量的交换模块，但性能不太理想，
时延大小取决于反馈的次数。
第五章 ATM交换技术
图 5.25 混叠型交换网络
输入 输出
第五章 ATM交换技术
2．多级网络
由于单级交换网络容量较小，所以在大规模交换系统中，
必须采用多级交换网络。多级网络由多级交换模块以一定的连
接方式构造而成。在多级网络中，对于给定的输入，可以选择
不同的路径到达预期的输出口。根据这些路径的数目分为单路
径网络和多路径网络。
第五章 ATM交换技术
1) 单路径网络
在单路径网络中，对于给定的输入，只有一条路径到达预
期的输出口，这类网络也称为 Banyan网络。由于只有一条路径，
路由变得非常简单。由于内部链路很可能同时被几个不同的输
入所使用，因而在 Banyan网络中会发生内部阻塞。
Banyan网络采用树形结构将多个交换单元互连，形成
2× 8,4× 8,6× 8,8× 8的交换结构，如图 5.26所示。 Banyan
网络具备自选路由的功能，即交换单元根据输入端口的比特信
息进行选路。我们以 2× 2交换单元为例，,0”表示交换到上面
的输出端口，,1”表示交换到下面的输出端口，这种 2× 2交换
单元也可以扩展到 N× N。
第五章 ATM交换技术
图 5.26 Banyan网络的树形结构
(a) 2× 8结构； (b) 4× 8结构； (c) 6× 8结构； (d) 8× 8结构
( d )( c )
( b )( a )
第五章 ATM交换技术
如图 5.27所示为由 2× 2交换单元构成的三级 Banyan网，选
路原则是从高阶比特到低阶比特依次选路。选路过程如下：由
001号输入端口进入的信元目的地址为 110，表明该信元要交换
到 110号输出端口，则信元进入第一级交换单元，根据输出端口
的高阶比特进行选路，因为高阶比特是,1”，所以交换单元选
择下面的输出端口；然后进入第二级交换单元，根据中阶比特
进行选路，中阶比特也是,1”，所以交换单元选择下面的输出
端口；进入第三级后，因为低阶比特是,0”，所以交换单元选
择上面的输出端口，找到 110输出端口，完成自选路径的过程。
第五章 ATM交换技术
图 5.27 三级 Banyan网络的自选通路
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
1 1 0
0 0 1
第五章 ATM交换技术
Banyan网络存在内部阻塞和输出冲突的问题。图 5.28示出
了内部阻塞和输出冲突的实例。由于内部阻塞和输出冲突的存
在降低了交换网络的接通率，因此为了降低阻塞和输出冲突，
增加了一个分类网络，即在进入 Banyan网络以前进行排序，使
得网络负荷均匀，减少冲突，这样便构成了 Batcher-Banyan网
络。图 5.29为一个 8× 8的 Batcher-Banyan网络。
第五章 ATM交换技术
图 5.28 内部链路阻塞和输出端口冲突示意图
(a) 内部链路阻塞； (b) 输出端口冲突
000
001
010
011
100
101
110
111
011
010
( a )
000
001
010
011
100
101
110
111
011
011
( b )
第五章 ATM交换技术
图 5.29 Batcher-Barryan网络结构
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
011
111
010
B a t c h e r 网 B a n y a n 网
排序 2 排序 4 排序 8
第五章 ATM交换技术
Batcher用来排序,Banyan用来选路。所谓排序，就是将进
入排序网络各个入端的信元按信元的目的地址的大小排列在排
序网络的出端。排列次序可以为升序或降序。
从图 5.29可以看出,Batcher排序网络由多级构成，每级包
含若干个 2× 2的排序器。箭头向上的称为向上排序器，箭头向
下的称为向下排序器，前者使目的地址大的信元出现在排序器
的上面 1条出线上，后者使目的地址大的信元出现在排序器的下
面 1条出线上。如果排序器只有 1个信元到达，那么该信元作为
目的地址小的信元来处理。
第五章 ATM交换技术
Batcher网络依次由 4个 2× 2排序器,2个 4× 4排序器和 1个
8× 8排序器构成。通过整个排序网络后，信元将按目的地址的
升序排列在各条出线上。
网络内部级间互连有一种规则称为混洗 (shuffle)模式。 a-混
洗就是将一组元素分为 a堆，然后依次取各堆的第一个，再取各
堆的第二个,…… 直到取完。 2-混洗相当于把一组元素分成 2堆，
与扑克牌的洗牌类似，称为完全混洗或完全洗牌 (Perfect shuffle)。
排序网络与 banyan之间为完全混洗连接。这样，只要目的地址
没有重复，进入 Banyan的所有信元都可以无冲突地到达所需输
出端。
第五章 ATM交换技术
2) 多路径网络
在多路径网络中，对于给定的输入，可以存在几条不同的
路径到达预期的输出口。这有利于克服内部阻塞效应。大部分
多路径网络在连接建立阶段确定内部路由。某一连接上的所有
信元使用相同的内部路径。如果每个交换模块都提供 FIFO功能，
就可保证信元的顺序整体性，从而不需要排序功能。
多路径网络又可进一步分为折叠式和非折叠式网络，进一
步的内容可参考相关资料。
第五章 ATM交换技术
5.6.5 ATM交换网络的选路控制方法
在信元进入到交换网络时，如何引导信元通过交换网络，
正确传送到所需的出端，属于选路控制功能。选路控制有两种
方法：自选路由和转发表控制选路。
ATM交换网络内部选路可以采用面向连接或者无连接方式，
前者是在逻辑连接建立时选定交换网络中的通路，后者则不预
先选定通路，而是在每个信元到达时选择通路。无连接具有更
好的内部资源共享，但要采取一定的方法来避免属于同一逻辑
连接的信元失序。
第五章 ATM交换技术
1．自选路由
自选路由在每个到来的信元进入交换网络之前加上路由标签，
各级交换单元按照路由标签中相应的路由信息来确定其出线，
直到最后一级交换单元自行选路后就可到达所需的出端。
仅以 2级网络为例，采用自选路由的控制方法如图 5.30所示。
在连接建立时，已将路由信息写入转发表。当某入端到达一个
信元时，按其 VPI/VCI值查转发表，得到新的 VPI/VCI值 B和路由
信息 m,n，于是 VPI/VCI的原有值 A更改为新值 B，并在前面加
上路由标签 m,n后送往交换网络。各级交换单元依次按 m,n确
定其出线。当信元离开交换网络时，路由标签完成其使命，标
签被取下。路由标签的长度取决于交换网络的级数和每个交换
单元的入 /出线数，例如由 16× 16的交换单元组成的 5级交换网络，
路由标签需要 5× 4=20 bit。
第五章 ATM交换技术
图 5.30 自选路由示例
A
V P I / V C I
入口
B n m
交换单元
B n
交换单元
B
出口
B
转发表
A B,n,m
第五章 ATM交换技术
如果采用无连接，则路由标签在每个信元到来时生成。
属于同一虚连接的各个信元可以具有不同的路由标签，这就
意味着同一虚连接的各个信元可以选用多级交换网络中的不
同通路，从而引起信元失序。对于多级多通路的交换网络，
通常是开始的几级可以任意选择通路，后面几级需要按照出
端地址选定通路，因此无连接的路由标签可以不包含前面几
级的路由信息。
第五章 ATM交换技术
2．转发表控制选路
转发表控制选路是按照交换单元内部的转发表中的信息来
完成选路的。如图 5.31所示，每个交换单元有一张转发表，按
照进入信元的 VPI/VCI值可以查找到输出 VPI/VCI值。信元在交
换网络中传送时仍为 53字节，没有增加任何开销，但在交换单
元内部增加了控制选路所需的转发表。
第五章 ATM交换技术
图 5.31 转发表控制的选路示例
12
一级交换单元
16
二级交换单元
3 5 1 9
18
交换网络
输入
端口
输入
V P I / V C I
输出
端口
3 12 5
… … …
输出
V P I / V C I
16
…
输入
端口
输入
V P I / V C I
输出
端口
1 16 9
… … …
输出
V P I / V C I
18
…
第五章 ATM交换技术
交换单元转发表中的信息是在虚连接建立时写入的。如果
交换网络内部采用无连接时，由于属于同一虚连接的信元会选
用交换网络中的不同通路，那就需要在所有交换单元中都存放
其路由信息。与自选路由相比较，转发表控制选路较易实现多
播功能。
第五章 ATM交换技术
5.6.6 交换节点信元转发
1,ATM网的网络结构
一个典型的 ATM网络由 ATM业务终端,ATM接入系统、
ATM传输,ATM交换节点等几部分组成，如图 5.32所示。
图 5.32 ATM网的网络结构示例
A TM
复用系统
数据
电话
图像
A TM
交换机
A TM
交换机
A TM
交换机
UNI NNI UNI
A TM
复用系统
数据
电话
图像
第五章 ATM交换技术
2,ATM交换节点转发表的建立
在电路交换网中，通常采用预先设置路由的选路方法。例如，
我国的长途自动交换电话网中的选路按照首选高效直达路由，
然后依次选择第一迂回路由，第二迂回路由,…… 直至最终路
由的选路方法。 ATM标准制定的部门 ——ITU-T和,ATM论坛”，
各自以不同的经历制定了两种截然不同的选路方法。 ITU-T建议
仍然采用预先设置路由的选路方法，而,ATM论坛”由于其组
成单位大多数来自于计算机厂商，因此该组织推荐了名为专用
网络 —网络接口 (PNNI)的分层动态选路方案。 PNNI最多可分为
105层,PNNI是静态选路。关于 PNNI更深一步的内容可查阅相
关资料。下面简要叙述 ITU-T的路由选择方法。
ATM网络的路由选择分为两个阶段：呼叫建立阶段和数据
传输阶段，这两个阶段的路由选择是不同的。
第五章 ATM交换技术
1) ATM网络的路由选择
ATM网络中每个 ATM交换机均有路由表。它是根据 ATM网
络的拓扑结构预先建立好的。路由表的更新由维护人员完成，
类似于公用电话网 PSTN。
第五章 ATM交换技术
在呼叫建立阶段,ATM信令信元 (UNI信令和 NNI信令 )在一
个特定的虚通道 (VPI=0,VCI=5)上传送，所有的 ATM交换机都
被配置成从这个虚信道接收信令信元。除了信令信元外，没有
其它类型的数据信元通过该通道发送。每个 ATM交换机都把所
收到的信令信元递交给一个专门的信令处理模块进行处理，处
理完之后,ATM交换机把该信令信元转发出去。在 ATM网络中，
VPI/VCI只在建立好的一段链路上有效，也就是说只具有局部
意义。信令信元穿过 ATM网络，从一个交换机到另外一个交换
机，在信令所经过的每一个交换机中均建立 VPI/VCI转发表，
形成从源节点到目的节点的一系列 VPI/VCI转发表，这些转发
表构成了一条数据传输通路。
第五章 ATM交换技术
数据传输通路建立起来以后，就可以传递用户数据。当用
户数据以 ATM信元方式进入 ATM节点后，根据输入信元头部的
VPI/VCI值，查找 VPI/VCI转发表，将输入信元的 VCI/VPI值改
变为相应输出信元的 VCI/VPI值，并控制交换网络将信元交换
到对应的输出端口上，这就完成了高速数据交换。
第五章 ATM交换技术
2) ATM网络路由选择结果示例
前面介绍了 VC相当于支流,VP相当于干流。在接入侧用
VCI管理的粒度比较细，可以管理到每一个连接。在高速骨干
网中，可能同时有成百上千万个连接，可能同时有几千个 VC在
使用同一个 VP，用管理粒度比较粗的 VPI进行管理，比用 VCI进
行管理无论从资源占用、管理复杂程度、软件设计等方面都容
易得多。
图 5.33为 ATM网络路由选择结果示例。 VPI/VCI用 (X.Y)表
示，符号,X.”用于骨干网内的 ATM交换机上，表示它们仅仅查
看 VPI字段；符号,Y”则用于骨干网外的接入交换机上。
第五章 ATM交换技术
图 5.33 ATM网络路由选择结果示例
S5
S4
S3
S6
S8S7S2S1
1
3
2
8
4
9
7
5
骨干网
1
端口 V C I
89
输入
3
端口 V P I / V C I
( 1 8 7, 4 2 )
输出
S2
2
端口 V P I
1 8 7
输入
8
端口 V P I
57
输出
S3
4
端口 V P I
57
输入
9
端口 V P I
64
输出
S6
7
端口 V P I / V C I
( 6 4, 4 2 )
输入
5
端口 V C I
38
输出
S7
第五章 ATM交换技术
ATM交换机 S1,S8为接入交换机,S2,S3,S4,S5,S6、
S7为骨干网的核心交换机，建立好的一条虚连接为 S1—S2—
S3—S6—S7—S8，如图中粗黑线所示。 ATM交换机 S1到 S2的端
口 1的 VCI为 89,S2查找转发表，输出端口为 3，交换后的
VPI/VCI为 (187.42)； ATM交换机 S2连接到 S3的端口 2,S3查找
转发表，输出端口为 8，交换后的 VPI为 57；交换机 S3连接到 S6
的端口 4,S6查找转发表，输出端口为 9，交换后的 VPI为 64；
交换机 S3,S6为核心交换机，只进行 VPI交换，忽略 VCI，也就
是说 VCI=42在整个骨干网内保持不变；交换机 S7的输出为接入
交换机 S8，输入端口 7的 VPI/VCI为 (64.42)，交换到输出端口 5的
VCI变为 38。
第五章 ATM交换技术
5.7 ATM 信 令
5.7.1 信令协议的体系结构
图 5.34 ATM宽带网络信令协议结构
物理层
A T M
S A A L
Q, 2 9 3 1
物理层
A T M
S A A L
Q, 2 9 3 1
元信令
点到点信令 点到多点信令
UNI
M T P- 1
M T P- 2
M T P- 3
B - I S U P
基于 S T M 的
信令网络
物理层
S A A L
M T P- 3
B - I S U P
基于 A T M 的
信令网络
A T M
NNI
第五章 ATM交换技术
ITU-T在 UNI上分为下列两种信令访问结构：
?点到点信令结构；
?点到多点信令访问结构。
在点到点信令访问结构中，在用户侧的信令端点根据用户
网络结构可以是单个终端也可以是智能终端。信令端点通过一
条永久建立的虚信道 (VC)来连接，利用该信道可以为用户提供
呼叫建立和释放。在一点到多点信令访问结构中，几个信令端
点放置于用户侧，如一点到多点终端结构。对于这种情况，需
要有元信令来管理其它信令的关系。图 5.34的左边给出了这两
种信令访问结构的协议构造。
第五章 ATM交换技术
在 NNI上，可以用已有的 7号信令或利用 ATM网络传输信令
消息，其信令协议表示在图 5.34的右边。 ITU-T将 B-ISUP的功能
划分为 3个能力集 (CS),CS-1支持基本承载业务和用户补充业务
以及与 N-ISDN的互通； CS-2支持可变比特率业务，并将呼叫与
连接控制分离； CS-3支持多媒体业务和分配性业务。很明显，
再次使用 7号信令可以加快建立 B-ISDN的实用化进程，但利用
ATM传输网络来传输信令可充分利用 ATM技术的优点。因此，
基于 ATM的信令传输网络可能是未来的最佳选择。对于基于
ATM的信令传输,OAM协议管理两交换机之间的 SVC，因而在
NNI上不再需要元信令。
第五章 ATM交换技术
图中各层的基本功能如下：
(1) 物理层 (PL)：主要提供有效信元的传送，如实现速率耦
合、信头差错控制、信元定界、扰码以及提供比特适配物理载
体的功能，详见 I.432建议。
(2) ATM层：对 ATM信令实现信令虚信道的连接 (VCC)和释
放，以采用固定长度来传递各种信令信息。在 UNI的用户接入
信令中，除完成上述功能外，对点到多点的虚拟信令信道连接，
还必须包括元信令，以实现 SVCC的分配、检测和释放等管理功
能，详见 ITU Q.2120建议。
第五章 ATM交换技术
(3) 信令 ATM适配层 SAAL：为了支持 B－ ISDN信令业务，
必须在 ATM层的基础上附加信令的 ATM适配层，构成 OSI层次
模型的第二层数据链路层功能。 SAAL是将高层各种业务的协
议数据单元 (PDU)作为 SAAL的业务数据单元 (SDU)，并将其分
割成固定长度为 48字节的信息块，作为 ATM层的 SDU，装入信
元的信息字段，并完成逆过程。
(4) Q.2931用户应用层：在 UNI的高层是用户呼叫的建立
和释放以及用户补充业务等程序，详见 Q.2931和 Q.2951等建议。
第五章 ATM交换技术
(5) MTP：完成 CCITT 7号信令方式中消息传递部分 (MTP)
的三级信令网功能，详见有关 7号信令建议。
(6) B-ISUP(Q.2761～ Q.2764建议 )：规定了局间宽带 ISDN
业务呼叫的建立与释放以及用户补充业务的信令程序。它可以
应用于国际和国内的 B-ISDN网络，在转接节点,B-ISUP可以
支持 1992年版本规定的 N-ISUP提供的业务。若国内 B-ISUP中
有国际 B-ISUP未规定的业务，可以引入新的编码以满足国内特
定业务的要求。 ITU-T有关用户补充业务由 Q.2730规定,B-
ISUP和 N-ISUP的配合由建议 Q.2660规定。
第五章 ATM交换技术
5.7.2 信令消息
1,UNI信令消息
图 5.35 UNI信令消息
Q, 2 9 3 1 协议和
UNI 规范版本 3, 0
定义的主要消息
点到点连接
控制信息
呼叫建立消息
建立 (S E T U P )
呼叫进行中 ( CA L L P RO CE E D IN G )
连接证实 ( CO N N E CT A CK N O W L E D G E )
呼叫清除消息
释放 ( RE L E A S E )
释放完成 ( RE L E A S E CO M P L E T E )
状态消息
状态查询 ( S T A T U S E N Q U IR Y )
状态 ( S T A T U S )
与全局呼叫参考
值有关的消息
重启动 ( RE S T A R T )
重启动证实 ( RE S T A R T A CK N O W L E D G E )
点到多点连接
控制消息
加入成员拒绝 (A D D P A R T Y RE J E CT )
加入成员证实 (A D D P A R T Y A CK N O W L E D G E )
加入成员 (A D D P A R T Y )
撤消成员证实 (D RO P P A R T Y A CK N O W L E D G E )
撤消成员 ( D RO P P A R T Y )
第五章 ATM交换技术
每个信令消息都包含一些信息单元，其中一些是强制性
的 (M)，另一些是选择性的 (O)。协议中主要使用的强制性信息
单元为：
?要求的 ATM用户信元速率；
?被呼叫方号码；
?连接标识符 (分配的 VPI/VCI)；
?要求的业务质量 (QoS)类别。
第五章 ATM交换技术
与某个呼叫有关的消息中，每个消息都应包含一个共同的
必备信息单元，即呼叫参考值 (Call Reference)，它在信令接口上
是惟一的。所有的消息必须包括一个关于其类型、长度和协议
鉴别语的信息单元。除必备信息单元外，每个消息还应包括大
量的可选信息单元，如：
?要求的宽带承载能力；
?宽带低层和高层信息；
?AAL参数；
?被叫方子地址；
?主叫方号码和子地址；
?中间网络选择；
?原因码；
?端点参照标识符和端点状态数。
第五章 ATM交换技术
2,NNI信令消息
B-ISUP的消息结构与 N-ISDN的相同，其业务指示语 (SI)为
1001，信令信息字段 (SIF)的格式如图 5.36所示。
图 5.36 B-ISUP消息的 SIF的格式
消息内容 消息兼容性信息 消息长度 消息类型 路由标记
S I F
第五章 ATM交换技术
B-ISUP定义了 28种不同的消息，例如初始地址消息 (IAM)、
IAM证实消息 (IAA)、地址全消息 (ACM)、呼叫进行消息
(CPG)、应答消息 (ANM)、释放消息 (REL)、释放完成消息
(RLC)等，这里不再一一列举。
第五章 ATM交换技术
5.7.3 ATM网络的呼叫控制过程
图 5.37 ATM网络呼叫建立、保持和释放过程
S ET U P
C A LL P R O C
I A M
I A A
I A M
I A A
S ET U P
C A LL P R O C
A LE R TI N G
A C M
A C M
A LE R TI N G C O N N E C T
ANM
ANM
C O N N E C T
C O N N E C T A C K
双方通信中
R EL EA S E
R EL EA S E C O M P LE TE
C O N N E C T A C K
R EL
R LC
R EL
R LC
R EL EA S E
R EL EA S E C O M P LE TE
R EL EA S E
R EL
R EL EA S E C O M P LE TE
R LC
R EL
R LC
R EL EA S E
R EL EA S E C O M P LE TE
主叫方先挂
被叫方先挂
用户 B用户 A A T M 交换机 A T M 交换机 A T M 交换机
第五章 ATM交换技术
1．成功连接的呼叫建立规程
当本地交换机收到主叫用户发来的建立消息 (SETUP)后，
要进行判断，如果确认此次呼叫为出局呼叫，就启动网络信令
B-ISUP规程，进行路由选择与 VC分配等处理，然后向后续的中
转交换机发出 IAM信息。 IAM消息中各参数的内容，一部分是
由本地交换机的路由选择处理而得到的，用来使各个转接交换
机能正确地确定路由；另一部分是根据用户信令的 SETUP消息
中的信息单元转换过来的。转接交换机收到前一级交换机发来
的 IAM消息后，为这次呼叫分配其将要使用的 VPI/VCI以及相应
的 VC所占用的带宽。完成这些处理后，便向前一级交换机回送
IAA(IAM ACK)消息，同时向后一级交换机转发 IAM消息。
第五章 ATM交换技术
当 IAM消息被逐级转发到与被叫用户相接的交换机 (称为
远端交换机 )后，远端交换机首先向前一级回送 IAA消息，然后
进行一系列的处理：首先分析被叫地址，确定这一呼叫要连接
到哪个被叫用户；然后再检验这样的连接是否允许，如果允许，
就启动用户信令规程，向被叫用户发建立消息 (SETUP)。
第五章 ATM交换技术
远端交换机向被叫用户发出建立消息后，将向本地交换机
方向回送 ACM消息，利用消息中的“被叫状态”这一参数指示
被叫用户是否处于提示状态。沿途各转接交换机对 ACM消息逐
级转发，直至本地交换机。当本地交换机收到 ACM消息并得知
被叫用户已开始提示消息 (ALERTING)后，就向主叫用户发用户
信令中的提示消息。如果远端交换机发出 ACM消息时，被叫用
户还没有开始提示，而在此之后才收到被叫用户发来的提示消
息 (ALERTING)，那么远端交换机将利用呼叫进展消息 (CPG)来
指示。这种情况下，本地交换机是在收到 ACM消息后向主叫用
户发提示消息的。
第五章 ATM交换技术
当远端交换机收到被叫用户的连接消息 (CONNECT)后，将
向本地交换机方向送 ANM消息。沿途各中间交换机收到这一消
息后，先将本交换机所控制的供这一呼叫使用的双向 VC连接接
通，然后再向前一级交换机转发 ANM消息。当本地交换机收到
ANM消息后，也将自己所控制的 VC连接接通，这样，在网络
内部已经为这次呼叫建立起来了双向的 VC连接。此后本地交换
机向主叫用户发用户信令连接消息 (CONNECT)。至此，网络信
令为一次呼叫成功地建立连接的处理过程就结束了。
第五章 ATM交换技术
2．连接释放过程
不论是由主叫用户发起的连接释放，还是由被叫用户发起的连接
释放，其处理过程是完全一致的，只不过本地交换机与远端交换机所
执行的功能对调而已。
下面以主叫用户发起释放的情况为例来说明。接收到主叫用户发
来的释放请求消息 (RELEASE)后，本地交换机立即释放其所控制的该
呼叫占用的 VC连接，也就是说相应的 VPI/VCI与其所占用的网络资源
就可被重新利用了。然后本地交换机向后续交换机转发释放消息 REL。
当远端交换机收到逐级转发来的 REL消息后就启动被叫侧用户信令的
连接释放规程，释放相应的 VC连接，并回送释放完成消息 (RLC)给远
端交换机。远端交换机转发 RLC消息，释放相应的 VC连接；当中间交
换机收到下一级交换机发回来的 RLC消息后，才释放其所控制的 VC连
接。至此，网络信令中连接释放的控制过程就完成了。这一过程中的
消息流程可以用图 5.37的下半部分流程来表示。
第五章 ATM交换技术
5.8 ATM网络的业务量管理
前面介绍 ATM适配层业务类型分为 A,B,C,D四种，适配
层作用是将不同种类的用户信息适配成适合在网络中传输的
ATM信元，用在 ATM网络接入侧。
那么如何在 ATM网络中保证不同业务的服务质量呢？为此
,ATM论坛”定义了四种服务类别：恒定比特率服务 (CBR)、可
变比特率服务 (VBR)、可用比特率服务 (ABR)和非指定比特率服
务 (UBR)。其中，可变比特率服务分为实时 (rt-VBR)和非实时
(nrt-VBR)。
第五章 ATM交换技术
CBR服务为用户提供一条恒定带宽的信道，它需要在整个连
接持续期间具有连续可用的恒定数据率，并对传输时延有相对严
格的上限要求。 CBR通常用于未压缩的声音和视频信息。 rt-VBR
服务为用户提供实时的可变速率的信息传输，对时延和时延抖动
有严格的要求。 rt-VBR与 CBR的不同之处是 rt-VBR应用的传输速
率会随着时间变化。 rt-VBR服务比 CBR允许网络有更大的灵活性。
nrt-VBR服务用来传输非实时的突发性业务。 ABR采用基于速率
的闭环控制原理，根据网络运行情况自适应地要求信息源端调整
速率，即在网络拥塞时降低信息源端速率，在解除拥塞后升高信
息源端速率，信息源端速率在峰值信元速率 PCR和最小信元速率
MCR之间动态调整。 UBR提供尽力而为的服务，不保证时延、丢
失率。在网络拥塞时，直接丢弃 UBR信元。
第五章 ATM交换技术
5.8.1 网络资源管理
网络资源一般是指系统的带宽、缓存器容量以及 CPU的处
理能力等。网络资源管理包括对系统带宽的分配、缓存器划分
以及 CPU的调度等。在程控电话交换中，每次呼叫带宽是固定
的,64 kb/s。在分组交换中，当会话连接建立后带宽也是固定
的。但在 ATM中，一次呼叫或某一类业务所需带宽的多少与该
呼叫或业务的业务量参数和所要求的服务质量有关。
第五章 ATM交换技术
目前有两种方法可进行动态带宽管理和缓存器的快速资源
管理，一种是带宽预留，另外一种是缓冲器预留。
快速带宽预留就是在突发业务信息发送前，请求端到端
路由过程中的每个节点上预留带宽。
第五章 ATM交换技术
5.8.2 呼叫接纳控制
呼叫接纳控制 (CAC)是 ATM特有的。在电路交换中，呼叫
的带宽是固定的，如 64 kb/s,只要从发端到终端选择一条通路，
该呼叫即允许。但在 ATM中，每次呼叫的带宽不固定，呼叫
接纳不仅与业务量参数有关，而且还决定于服务质量。下面
首先介绍业务流量参数和服务质量参数。
第五章 ATM交换技术
1．服务质量参数
服务质量参数包括信元丢失率 (CLR)、信元传递时延
(CTD)、信元时延抖动 (CDV)、信元错插率、误码率等。信元
丢失率为丢失信元与发送信元的比率。信元传递时延包括线路
传送时延、编码和解码时延、分段和重装时延,ATM节点处理
时延 (包括交换、排队、路由等时延 )。信元时延抖动指信元聚
结的程度，表示实际信元间隔与标准信元间隔的接近程度。信
元错插率指错插信元与时间间隔的比率。误码率表示传递比特
的出错概率。
第五章 ATM交换技术
2．业务流量参数
ATM网络中规定了几种基本的业务流量参数，网络根据这
些参数对各种类型的业务分配带宽并进行拥塞控制。这些参数
包括峰值信元速率 (PCR)、信元延时变化容限 (CDVT)、可持续
的信元速率 (SCR)、突发容限 (BT)等。
峰值信元速率表示在 ATM连接上能够发送的信息速率的上
限，用发送相邻两个信元的最小时间间隔的倒数表示。
信元延时变化容限是表示终端生成信元后，在 UNI上容许
该信元传递时间间隔变化的范围参数。这种时延变化是由物理
层的开销和用户网络接口处的复用设备造成的。
第五章 ATM交换技术
可持续的信元速率是可变比特率类业务应用参数，它表
示在 ATM连接上得到保证的平均速率的上限。平均速率指发
送的信元数与连接时间的比值。在统计复用时，用大于可持
续的信元速率而小于峰值信元速率的速率传送信元，可使业
务得到保证。
突发容限也是可变比特率业务的参数，对应于最大突发
长度。
第五章 ATM交换技术
3．连接接纳控制 (CAC)过程
如图 5.38所示，当用户向网络提出连接申请时，要给网络
提交所申请连接的业务流量参数。网络根据当前资源和建立该
连接所需要的资源进行决策。如果网络的当前资源能满足该连
接申请的需求，则接受该连接申请，分配所需网络资源，并在
用户和网络之间建立流量合约 (解释 )。否则，拒绝该连接申请。
第五章 ATM交换技术
图 5.38 CAC控制示意图
提交业务参数 C A C 控制器
决策
网络资源信息
无法满足
拒绝
同意
流量协议
A T M 网络
接纳呼叫
申请
用户呼叫
第五章 ATM交换技术
网络资源的分配办法有两种。一种是按峰值信元速率分配
资源的方法，也称为“非统计类 CAC方法”，它是按峰值信元
速率给用户分配网络资源，用于 CBR A类业务的资源分配。其
优点是实现简单，可以保证服务质量；缺点是对速率变化很大
的变比特率业务来说，网络资源浪费严重。另一种 CAC方法是
等效带宽法，它是根据单个连接中信元的分布，综合网络中多
个连接业务的特征来分配资源，即按等效带宽来分配资源，用
于 VBR业务的资源分配。这种方式实现复杂，但可以提高网络
资源的利用率。
第五章 ATM交换技术
CAC是交换机中的软件功能，它负责决定是否接受一个呼
叫请求。呼叫请求中定义了业务源流量参数和所要求的 QoS类
别。 CAC在 PVC建立时间或 SVC呼叫产生时间决定是否接受呼
叫请求。如果网络在接受某一请求时能确保所有已存在的连接
QoS不受影响，则 CAC接受该呼叫请求。 CAC可以逐节点受理
请求，也可以利用集中系统进行。对于接受的请求,CAC确定
UPC/NPC参数、路由和资源分配。分配的资源包括中继线带宽、
缓冲器空间和交换机内部资源。
第五章 ATM交换技术
为了获得较高的交换速率,CAC必须简单而且快速。 CAC
的复杂性与流量描述器有关。最简单的 CAC算法是对峰值信元
率的分配，如果峰值信元率的总和超过了中继线带宽,CAC就
拒绝呼叫请求。 CAC也允许在一定程度上“过载”分配网络资
源，以便增加统计复用增益。
CAC在各节点工作的受理逻辑大致可分为两种。一种是计
量流入各 VP的信元数，以此作为判断受理 VC的依据，此种方
式适合于事先流量很难预测的数据通信业务。另一种是不依据
业务量计量，而以用户申告的流量描述器为基础进行受理判断。
第五章 ATM交换技术
5.8.3 使用参数控制
使用参数控制分为两种，一种是用户使用参数控制 (UPC)，
另外一种是网络参数控制 (NPC)。用户使用参数控制是指在用户
接入点 (UNI)上对来自用户的信元流进行监测和控制；如果网络
对来自另一网络的信元流在 NNI上进行监控，则称之为网络参
数控制。 UPC/NPC的主要目的在于通过监测和控制业务流量确
保带宽和缓冲器等资源根据其流量合同 (用户和网络之间的双重
承诺 )在用户中合理分配。如果没有 UPC/NPC，网络资源就会被
无意地或恶意地过量占用，以至影响到其它已建立的 ATM连接
的业务质量。标准中没有严格规范 UPC和 NPC功能的实现方法，
但规范了基于漏桶证实算法的 UPC/NPC实现的性能。流量合同
中的一致性连接定义确定了网络 UPC的实现与理想的认证测试
准则之间允许的误差程度，即 UPC的松弛度。
第五章 ATM交换技术
UPC要控制 ATM连接所递交的业务量，以保证商定的流量
合同得以遵守，其目标是由用户产生的超过流量合同规定的业
务量永远不能接入网络。因此,UPC首先要对用户递交的信元
流进行认证测试，以确定信元流是否遵守流量合同，从而激发
信元级别的适当动作：当用户信元流遵守流量合同时，使信元
通过 (及允许接入网络 )，当 UPC与流量成形 (traffic shapping)结合
时还可以进行信元间隔空间重排；而当用户信元流违反合同时，
可对违约信元进行标记 (即对 CLP为 0的信元进行操作，使其 CLP
为 1)或直接将违约信元丢弃。当用户信元流违约时，甚至还会导
致连接级别的动作，即将连接释放。是否选用这一功能将由网
络运营者决定。
第五章 ATM交换技术
5.8.4 整形
根据排队理论，一个排队系统的服务性能不仅与服务时间
分布、服务规则、缓冲器长度有关，还与顾客到达的分布密切
相关。在其它系统参数固定的情况下，顾客到达这一随机过程
的统计特性越平滑，其服务质量就越好。在 ATM网络中，业务
流是高度突发的，其业务速率变化很大。因此，如果能适当地
改善业务流进入网络的统计特性，无疑会改善业务的服务质量。
业务量整形就是完成这样的功能。
第五章 ATM交换技术
下面列举了流量整形的几种实现方法：
?缓冲；
?间隔 (spacing)；
?降低峰值信元率；
?限制突发长度；
?限制业务源速率；
?优先权排队；
?帧处理 (Framing)。
第五章 ATM交换技术
为了确保信元流不违反合同中的流量参数，可采用缓冲与
漏桶算法相结合的方法，即缓冲违约的信元直至漏桶证实这些
缓冲信元已经守约。
终端利用间隔方法保存某个队列中来自多个虚连接的信元，
通过安排这些信元离开队列的时间来确保输出信元流守约，并
且减少时延抖动。
降低峰值信元率方法可以通过控制发端的峰值信元率 (低于
流量合同中规定的峰值信元率 )来实现，这是一种保守的方法，
它可减少违约的可能性。
第五章 ATM交换技术
突发长度限制方法类似于降低峰值信元率方法，它要求业
务源设置突发长度小于流量合同中的最大突发长度 (MBS)。
限制业务源速率是流量整形的一种隐含形式，它发生在实
际业务源速率受限时，如电路仿真中，业务源速率受到固有限
制。
帧处理在 ATM信元序列上附加类似的 TDM结构，利用帧
结构将具有时延抖动控制要求的信元流安排到下一帧。
第五章 ATM交换技术
5.8.5 信元丢失和优先级控制
ATM信元头部有一信元丢失优先级 (CLP)字段，是指在网络
发生拥塞时该信元被丢弃的优先级。 0为高优先级,1为低优先
级。对于高优先级信元，网络应分配足够的资源，保证其可靠
地按时到达；对于低优先级信元，如果网络发生拥塞，必要时
可以丢弃。
优先权控制有助于高性能应用取得所要求的全方位 QoS丢失
参数和时延参数。这种控制可以采用优先权排队业务调度
(Service scheduling)和公平排队等方法实现。一般来说，在交换
机中存在着多个队列，以便那些不允许时延的信元能够安排到
可以存在时延的信元流之前。
第五章 ATM交换技术
优先权排队可以定义在不同的 VPC和 VCC之间，以便同时
满足时延优先权和丢失优先权。图 5.39列举了这种控制方法。
在本例中，优先权排队功能安排在交换机的输出缓冲器上。来
自于多个输入的信元流查找其在内部的优先权值，根据其优先
权值到达输出口一个对应的队列。 ATM输出口根据某种特定的
调度 (scheduling)算法为每个队列提供服务。最简单的一种调度
算法可描述为：对于优先级最高的队列，只要其中存在信元，
输出口就总是首先为其服务。这种算法确保最高优先权的缓冲
器具有最低的丢失率和时延。另外还可选择其它一些调度算法
以将时延抖动均匀地分布在多个队列上。例如，某种调度算法
可以使每个队列的信元在其最大时延到达之前发送，这就使最
低优先权队列的时延抖动变小。这种调度算法非常有益于低速
的帧传输协议，如帧中继。
第五章 ATM交换技术
图 5.39 优先权排队
?
优先权表
优先权排队
高
中
低
…多个端口
A T M 信元流
输出端口
队列
第五章 ATM交换技术
5.8.6 流量控制与拥塞控制
在分组交换和程控交换中采用“窗口”法作为流量控制和拥
塞控制的主要方法。所谓“窗口”法，即当分组网中的分组数
量超过事先约定的数 (称“窗口”数 )时，分组交换机就让没有进
入网络的分组在缓冲器中排队等待。在程控交换机内，当同时
呼叫的用户数超过一定用户数 (亦可称“窗口”数 )时，拒绝接受
呼叫，产生呼损。但 ATM采用光纤传输，传输速率非常高，信
元在光纤中的时延非常短。比如，传输速率为 155 Mb/s的 1000
km光纤来回传输时延大约为 10 ms，当控制发生时，在这 1000
km长的线路上大约有 3656(10/(53× 8/155× 103))个信元正在传送
中，对如此多的信元已无法控制。因此，传统的“窗口”法不
适合 ATM网络。
第五章 ATM交换技术
ATM中的流量控制和拥塞控制措施可分为预防式和反应式
两大类。预防式流量控制是在网络拥塞发生前对进入网络的业
务量进行限制。预防式流量控制是一种预先告知网络通信能力
的控制方法，影响网络带宽的利用率。反应式流量控制如同分
组交换网络中的“窗口”法那样，当网络中信元数超过一定数
量时，对进入的信元进行控制，如用信元速率适配法或选择性
地丢弃信元。反应式流量控制是将网络拥塞发生点的信息返回
到源节点，以便降低速率。
第五章 ATM交换技术
在拥塞状态下，用户提供给网络的净荷接近或超过了网
络的设计极限，从而不能保证流量合同中规定的业务质量
(QoS)。这种现象主要是因为网络资源受限或突然出现故障所
致。造成 ATM拥塞的网络资源一般包括交换机输入 /输出口、
缓冲器、传输链路,ATM适配层处理器和呼叫接纳控制器
(CAC)。发生拥塞的资源也称为瓶颈或拥塞点。
第五章 ATM交换技术
1．拥塞控制的因素
一些应用特性对拥塞的产生负有一定责任，如连接模式、
重传策略、认证策略、响应机制和流量控制等。与应用特性相
反，一定的网络特性对控制拥塞起到了积极作用，如排队策略、
业务调度策略、信元废弃策略、路由选择、传播时延、处理时
延和连接模式等。
拥塞可以发生在不同的时间层次，如信元转发级、突发级
或呼叫级。拥塞也可以发生在单个资源空间或多个资源空间。
检测拥塞被称为标识、反馈或标记。
对拥塞的响应既可发生在不同时间层次，如信元级、突发
级和呼叫级；也可发生在空间层次，如收端或发端上的单个节
点或多个节点。对拥塞的响应也称为拥塞控制、响应或动作。
第五章 ATM交换技术
2．拥塞控制的分类
拥塞控制方法包括拥塞管理、拥塞回避和拥塞恢复三种类
别。每类控制机制可以工作在信元转发级、突发级和呼叫级。
拥塞管理工作在非拥塞区域，其目的是确保网络净荷不要
进入拥塞区域。这种机制包括资源分配，丢弃型用户使用参数
控制 (UPC)，完全预约或绝对保证的呼叫接纳允许控制 (CAC)以
及网络工程。
第五章 ATM交换技术
拥塞回避是一组实时的控制机制，它可在网络过载期间避
免拥塞和从拥塞中恢复。例如某些节点或链路出故障时，就需
要这种机制。拥塞回避程序通常工作在非拥塞区域和轻度拥塞
区域之间，或整个轻度拥塞区域。
拥塞恢复程序可以避免降低网络已向用户承诺的业务质量。
当网络因拥塞开始经受严重的丢失或急剧增加时延时，应启动
该拥塞恢复程序。拥塞恢复包括选择性信元废弃,UPC参数的
动态设置，由严重丢失驱动的反馈或断开连接 (disconnect)等。
第五章 ATM交换技术
思 考 题
5.1 ATM技术有哪些特点？
5.2 为什么说 ATM技术综合了电路交换和分组交换的特点？
请简要说明原因。
5.3 试画出 ATM信元的组成格式，并说明在 UNI和 NNI上信
头格式有何不同。
5.4 信元信头中 CLP起什么作用?
5.5 在信元头部,VPI/VCI的作用是什么？
5.6 设计一个面向连接的网络，使得 VCI在从远端到目的端
的传输过程中可以保持一致。比较这种网络与 VCI只在本地有效
的网络之间的优劣。
第五章 ATM交换技术
5.7 什么是虚信道？什么是虚通道？它们之间存在什么样
的关系？
5.8 给出图 5.40 ATM复用后的输出结果。
5.9 在 ATM参考模型中，用户平面、控制平面和管理平面
的作用分别是什么？
5.10 ATM信元定界方法是基于 HEC的搜索，为什么在捕
捉状态时要逐个比特地进行，而在预同步和同步状态时要逐个
信元进行？
第五章 ATM交换技术
图 5.40
A3 A2 A1
B1
C4 C2 C1
D2 D1
复用
第五章 ATM交换技术
5.11 如果用 AAL3/4发送一个 1500字节大小的包，要比通
过 AAL5发送它多花几个字节？
5.12 ATM交换单元分为哪几种类型？它们的优缺点分别是
什么？
5.13 VC交换与 VP交换在转发表上有何差别？
5.14 在 UNI接口处最多可以定义多少个虚连接？在 NNI接
口处又最多可以定义多少个虚连接？
5.15 ATM交换机有哪几个模块组成？分别完成什么功能？
第五章 ATM交换技术
5.16 Banyan网络具有自选路由的功能。对照图 5.27，画出
010从 5号输入端口到输出端口选路的过程。
5.17 交换网络内部选路有哪两种方法?
5.18 区别内部阻塞与输出冲突的含义。
5.19 针对图 5.29所示的 Batcher-Banyan网络，任选几个原
来在 Banyan网络会遇到内部阻塞的输入信元，看它们现在通过
Batcher-Banyan网络是否还会遇到阻塞。
5.20 内部缓冲与外部缓冲有何区别？内部缓冲有几种方
式？外部缓冲又有几种方式？
第五章 ATM交换技术
5.21 提供端到端的传送能力的 ATM虚连接有哪两种类型？
5.22 简要介绍 ATM网络资源管理的两种方法。
5.23 为什么说呼叫接纳控制 CAC是 ATM特有的功能？
5.24 ATM网络中流量控制和拥塞控制的方法是什么？
第五章 ATM交换技术
5.1 ATM技术介绍
5.2 B-ISDN协议参考模型
5.3 物理层
5.4 ATM层协议
5.5 ATM适配层 (AAL)协议
5.6 ATM交换技术
5.7 ATM信令
5.8 ATM网络的业务量管理
思考题
第五章 ATM交换技术
5.1 ATM技术介绍
5.1.1 ATM基础知识
1,ATM诞生的背景
在电话网中，呼叫一旦建立起来，通信的双方以 64 kb/s的
速率独自占有该连接，这种独占性使得话音或数据信息传递的
实时性非常好。但由于用户的独占性，大大影响了设备资源的
利用率，即使通信的双方无话音或者数据传递，也不能供其它
用户使用该带宽；另一方面，电路交换不适合速率变化很大的
数据通信业务。
第五章 ATM交换技术
在分组交换通信网中，信息的传递都是以分组为单位进行
传输、复接和交换的。分组交换一方面采用统计复用方法提高
带宽的利用率，另一方面为了保证数据传递的可靠性，在数据
链路层采用逐段转发、差错校正的控制措施。这种控制措施保
证了数据的正确传递，但同时也致使传输数据产生附加的随机
时延。
第五章 ATM交换技术
随着通信技术和通信业务需求的发展，电信网络必须向宽
带综合业务数字网 (B-ISDN)方向发展，这就要求通信网络和交
换设备既要容纳非实时性的数据业务，又要容纳实时性的电话
和电视信号业务，还要考虑到满足突发性强、瞬时业务量大以
及业务通信速率可变的要求。在这样的通信业务条件下，传统
的电路交换和分组交换都不能胜任，一种新的传送模式 ——“异
步传送模式”出现了。异步传送模式是相对传统电路交换采用
的同步传送模式 STM(Synchronous Transfer Mode)而言的，同步
传送模式的主要特征是采用了时分复用技术，各路信号都是按
一定时间间隔周期性出现的，可根据时间识别每路信号。异步
传送模式则采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间
隔周期性出现的，要根据标志来识别每路信号。采用该传送模
式后，大大提高了网络资源的利用率。
第五章 ATM交换技术
2,ATM的概念
ATM的具体定义为,ATM是一种传送模式，在这一模式中
用户信息被组织成固定长度的信元，信元随机占用信道资源，
也就是说，信元不按照一定时间间隔周期性地出现。从这个意
义上来看，这种传送模式是异步的 (统计时分复用也叫异步时分
复用 )。
ATM的信元具有固定的长度，从传输效率、时延及系统实
现的复杂性考虑,ITU-T规定 ATM的信元长度为 53字节。信元
的结构如图 5.1所示。
第五章 ATM交换技术
图 5.1 ATM信元的结构
C e l l H e a d e r P a y l o a d
信头 净荷
5 字节 48 字节
第五章 ATM交换技术
信元的前 5个字节为信头 (Cell Header)，包含有各种控制信
息，主要是表示信元去向的逻辑地址，还有一些维护信息、优
先级以及信头的纠错码。后面 48字节是信息字段，也叫信息净
荷 (Payload)，它承载来自各种不同业务的用户信息。信元的格
式与业务类型无关，任何业务的信息都经过分割后封装成统一
格式的信元。用户信息透明地穿过网络 (即网络对它不进行处
理 )。
第五章 ATM交换技术
5.1.2 ATM技术的特点
1．采用固定长度的短分组
在 ATM中采用固定长度的短分组，称为信元 (Cell)。固定
长度的短分组决定了 ATM系统的处理时间短、响应快，便于
用硬件实现，特别适合实时业务和高速应用。
第五章 ATM交换技术
2．采用统计复用
传统的电路交换中，同步传送模式 (STM)将来自各种信道
上的数据组成帧格式，每路信号占用固定比特位组，在时间上
相当于固定的时隙，任何信道都通过位置进行标识。 ATM是按
信元进行统计复用的，在时间上没有固定的复用位置。统计复
用是按需分配带宽的，可以满足不同用户传递不同业务的带宽
需要。
第五章 ATM交换技术
3．采用面向连接并预约传输资源的方式工作
电路交换通过预约传输资源保证实时信息的传输，同时端
到端的连接使得在信息传输时，在任意的交换节点不必作复杂
的路由选择 (这项工作在呼叫建立时已经完成 )。分组交换模式
中仿照电路方式提出虚电路工作模式，目的也是为了减少传输
过程中交换机为每个分组作路由选择的开销，同时可以保证分
组顺序的正确性。但是分组交换取消了资源预定的策略，虽然
提高了网络的传输效率，但却有可能使网络接收超过其传输能
力的负载，造成所有信息都无法快速传输到目的地。
第五章 ATM交换技术
ATM方式采用的是分组交换中的虚电路形式，同时在呼叫
建立时向网络提出传输所希望使用的资源，网络根据当前的状
态决定是否接受这个呼叫。其中资源的约定并不像电路交换那
样给出确定的电路或 PCM时隙，只是给出用以表示将来通信过
程中可能使用的通信速率。采用预约资源的方式，可以保证网
络上的信息在一个允许的差错率下传输。另外，考虑到业务具
有波动的特点和交换中同时存在的连接的数量，根据概率论中
的大数定理，网络预分配的通信资源肯定小于信源传输时的峰
值速率。可以说 ATM方式既兼顾了网络运营效率，又能够使接
入网络的连接进行快速数据传输。
第五章 ATM交换技术
4．取消逐段链路的差错控制和流量控制
分组交换协议设计运行的环境是误码率很高的模拟通信线
路，所以执行逐段链路的差错控制；同时由于没有预约资源机
制，所以任何一段链路上的数据量都有可能超过其传输能力，
所以有必要执行逐段链路的流量控制。而 ATM协议运行在误码
率很低的光纤传输网上，同时预约资源机制保证网络中传输的
负载小于子网络的传输能力，所以 ATM取消了网络内部节点之
间链路上的差错控制和流量控制。
第五章 ATM交换技术
但是通信过程中必定会出现的差错如何解决呢？ ATM将这
些工作推给了网络边缘的终端设备完成。如果信元头部出现差
错，会导致信元传输的目的地发生错误，即所谓的信元丢失和
信元错插，如果网络发现这样的错误，就简单地丢弃信元。至
于如何处理由于这些错误而导致信息丢失后的情况则由通信的
终端处理。如果信元净荷部分 (用户的信息 )出现差错，判断和
处理同样由通信的终端完成。对于不同的传输媒体可以采取不
同的处理策略。例如，对于计算机数据通信 (文本传输 )，显然
必须使用请求重发技术要求发送端对错误信息重新发送；而对
于话音和视频这类实时信息发生的错误，接收端可以采用某种
掩盖措施，减少对接收用户的影响。
第五章 ATM交换技术
5,ATM信元头部的功能降低
由于 ATM网络中链路的功能变得非常有限，因此信元头部
变得异常简单。其功能包括：
(1) 标志虚电路，这个标志在呼叫建立阶段产生，用以表
示信元经过网络中传输的路径。依靠这个标志可以很容易地将
不同的虚电路信息复用到一条物理通道上。
(2) 信元的头部增加纠错和检错机制，防止因为信元头部
出现错误导致信元误选路由。
第五章 ATM交换技术
(3) 很少的维护开销比特，不再像传统分组交换中那样，包
含信息差错控制、分组流量控制以及其它特定开销。
因此 ATM技术既具有电路交换的“处理简单”、支持实时
业务、数据透明传输、采用端到端的通信协议等特点，又具有
分组交换的支持变比特率 (VBR)业务的特点，并能对链路上传
输的业务进行统计复用。
第五章 ATM交换技术
5.1.3 虚信道、虚通道、虚连接
虚信道 VC(Virtual Channel)表示单向传送 ATM信元的逻辑通
路，用虚信道标识符 VCI(Virtual Channel Identifier)进行标识，
表明传送该信元的虚信道。
虚通道 VP(Virtual Path)表示属于一组 VC子层 ATM信元的路
径，由相应的虚通道标识符 VPI(Virtual Path Identifier)进行标识，
表明传送该信元的虚通道。
虚信道、虚通道与传输线路的关系如图 5.2所示。 VC相当于
支流，对 VC的管理粒度比较细，一般用于网络的接入； VP相
当于干流，将多个 VC汇聚起来形成一个 VP，对 VP的管理粒度
比较粗，一般用于骨干网。与 VC相比较，对 VP进行交换、管
理容易得多。
第五章 ATM交换技术
图 5.2 VP,VC与传输线路的关系
VPVC
VPVC
VPVC
VC
VC
VC
传输线路
VP
VP
VP
第五章 ATM交换技术
虚连接是通过 ATM网络在端到端用户之间建立一条速率可
变的、全双工的、由固定长度的信元流构成的连接。该连接由
虚信道、虚通道组成，通过 VCI和 VPI进行标识。 VCI标识可动
态分配的连接,VPI标识可静态分配的连接。 VCI,VPI在虚连
接的每段链路上具有局部意义。
第五章 ATM交换技术
5.2 B-ISDN协议参考模型
5.2.1 协议参考模型
在 ITU-T的 I.321建议中定义了 B-ISDN协议参考模型，如图
5.3所示。它包括三个面：用户面、控制面和管理面。用户面、
控制面都是分层的，分为物理层,ATM层,AAL层和高层。
第五章 ATM交换技术
图 5.3 B-ISDN协议参考模型
物理层
A T M 层
面
管
理
层
管
理
A T M 适配 层 ( A A L )
高 层 高 层
控制面 用户面
管理面
第五章 ATM交换技术
B-ISDN协议参考模型中的三个面分别完成不同的功能：
用户平面：采用分层结构，提供用户信息流的传送，同时
也具有一定的控制功能，如流量控制、差错控制等；
控制平面：采用分层结构，完成呼叫控制和连接控制功能，
利用信令进行呼叫和连接的建立、监视和释放；
管理平面：包括层管理和面管理。层管理采用分层结构，
完成与各协议层实体的资源和参数相关的管理功能，如元信令；
同时层管理还处理与各层相关的 OAM信息流。面管理不分层，
它完成与整个系统相关的管理功能，并对所有平面起协调作用。
第五章 ATM交换技术
5.2.2 模型分层介绍
B-ISDN协议参考模型中，从下到上分别是：物理层 PHY、
ATM层,ATM适配层和高层。用户面和控制面在高层和 AAL层
是分开的，在 ATM层和物理层采用相同的方式处理信息。表 5.1
列出了与 B-ISDN协议参考模型对应的各层功能。
第五章 ATM交换技术
表 5.1 B-ISDN协议参考模型的分层功能
层功能 层 号
会聚 CS
拆装 S A R
AAL
一般流量控制
信头处理
V P I/ V CI 处理
信元复用和解复用
A T M
信元速率耦合
H E C 序列产生和信头检查
信元定界
传输帧适配
传输帧的创建和恢复
TC
层
管
理
比特定时
物理介质
PM
P H Y
第五章 ATM交换技术
1．物理层
物理层主要是提供 ATM信元的传输通道，将 ATM层传来的
信元加上其传输开销后形成连续的比特流，同时，在接收到物
理介质上传来的连续比特流后，取出有效的信元传给 ATM层。
物理层要实现的功能有：
(1) 提供与传输介质有关的机械、电气接口；
(2) 从接收波形中恢复定时；
第五章 ATM交换技术
(3) 提供 ATM层信元流和物理层传输流之间的映射关系，包
括传输结构的生成 /恢复及传输结构的适配；
(4) 从物理层比特流中找出信元的起始边界 (信元定界 )；
(5) 一般情况下，从 ATM层中来的信元流速率低于物理层
提供的用来传输信元流的净荷速率，因此，物理层还要插入空
闲信元，以使两者适配，同时，接收时还要扣去这些空闲信元。
第五章 ATM交换技术
2,ATM层
ATM层在物理层之上，利用物理层提供的服务，与对等层
之间进行以信元为信息单位的通信。
ATM层与物理介质的类型以及物理层的具体实现是无关的，
与具体传送的业务类型也是无关的。各种不同的业务经 AAL适
配后形成固定长度的分组,ATM层利用异步时分复接技术合成
信元流。
第五章 ATM交换技术
3,ATM适配层
ATM适配层 AAL(ATM Adaptation Layer)位于 ATM层的上
层，这一层是和业务类别相关的，即针对不同的业务类别，其
处理方法不尽相同，但都要将上层传来的信息流 (长度、速率
各异 )分割成 48字节长的 ATM_SDU传给 ATM层，同时，将
ATM层传来的业务数据单元 ATM_SDU组装、恢复再传递给上
层。由于上层的信息种类繁多,AAL层处理比较复杂，因此分
了两个子层：汇聚子层 CS(Convergence Sublayer)和拆装子层
SAR(Segmentation and Reassembly)。
第五章 ATM交换技术
4．高层
高层信息包括用户面的高层和控制面的高层。控制面的
高层是信令协议，考虑到与 N-ISDN的兼容,ITU-T对 N-ISDN
的信令协议 Q.931和 ISUP做了修改，制定了 Q.2931和 B-ISUP。
第五章 ATM交换技术
5.3 物 理 层
物理层为 ATM提供两种功能：一种是传送有效信元；另一
种是传送定时信息，以实现较高层的服务。
ATM的物理层包括两个子层，即物理介质子层 PM(Physical
Media)和传输会聚 TC(Transmission Coverage)子层。其中：物理
介质子层提供比特传输能力，对比特定时和线路编码等方面作
出了规定，并针对所采用的物理介质 (如光纤、同轴电缆、双绞
线等 )定义其相应的特性；传输会聚子层的主要功能是实现比特
流和信元流之间的转换。
第五章 ATM交换技术
5.3.1 物理介质子层
1．物理介质子层提供的物理接口
ITU-T和,ATM论坛”将物理接口分为三类，即基于 SDH、
基于信元和基于 PDH的接口。下面进行简要介绍。
1) ITU-T制定的接口标准
ITU-T建议书 I.432定义了两个基于光纤同步数字系列 (SDH)
的物理接口，分别为：
?速率为 155.52 Mb/s的 STM-1;
?速率为 622.08 Mb/s的 STM-4。
ITU-T还定义了下列电气和物理接口速率标准，见表 5.2。
第五章 ATM交换技术
表 5.2 ITU-T制定的接口速率
接口名称 速 率 接口名称 速 率
D S 1 1, 5 4 4 M b / s D S 3 4 4, 7 3 6 M b / s
E1 2, 0 4 8 M b / s E4 1 3 9, 2 6 4 M b / s
D S 2 6, 3 1 2 M b / s S T M - 1 1 5 5, 5 2 M b / s
E2 8, 4 4 8 M b / s S T M - 4 6 2 2, 0 8 M b / s
E3 3 4, 3 6 8 M b / s
第五章 ATM交换技术
2),ATM论坛”制定的接口标准
,ATM论坛”定义了 4个物理层接口速率，其中两个适用于
公用网，分别对应于 ANSI和 ITU-T定义的 DS3和 STC-3C速率。
下面是用于专用网的 3个接口速率和介质：
?基于 FDDI的 100 Mb/s速率；
?基于光纤信道的 155.52 Mb/s速率；
?基于屏蔽双绞线的 155.52 Mb/s速率。
第五章 ATM交换技术
3) ANSI制定的接口标准
表 5.3 ANSI制定的接口标准速率 接口名称 速 率
S T S - 1 5 1, 8 4 M b / s
S T S - 3c 1 5 5, 5 2 M b / s
S T S - 1 2 c 6 2 2, 0 8 M b / s
D S 3 4 4, 7 3 6 M b / s
第五章 ATM交换技术
2．比特定时和线路编码
正常工作模式下，发送端时钟锁定在接口处收到的基准时
钟上。在基于信元的传输系统或网络供给时钟出错时，可以采
用独立时钟工作模式，即时钟由用户本地设备供给，此时时钟
允许偏差为 2× 10-6。
对线路码,G.703建议规定 155 Mb/s电接口采用 CMI(Code
Mark Inversion)码。光接口采用不归零码，光纤线路编码采用
4B/5B(100 Mb/s),8B/10B(155 Mb/s)码。
第五章 ATM交换技术
5.3.2 传输汇聚子层
传输汇聚子层的功能是传输帧适配、信元速率耦合、信元
定界,HEC控制、扰码等。
1．传输帧适配
传输帧适配就是完成 ATM信元与物理介质上传送的特定格
式 (比如 SDH,PDH或其它帧格式 )的比特流之间的转换。在发
送端，传输汇聚子层将信元映射成时分复用的帧格式。在接收
端，将信元从接收的比特流中分离出来。
第五章 ATM交换技术
2．信元速率耦合
信元速率耦合即速度匹配功能。为了使信元流适应于物理
介质上传输的比特率，我们引入空信元 (idle cell)的概念。空信
元在发送端插入和在接收端删除称为信元速率耦合。空信元由
信头的标准模式确定，如图 5.4所示。空信元净荷域中的每个
字节都用 01101010填充。
图 5.4 空信元的格式
字节 1 字节 2 字节 3 字节 4 字节 5 净荷 ( 4 8 字节 )
00000000 00000000 00000000 00000001 H E C 有效码 ? 0 1 1 0 1 0 1 0 ?
第五章 ATM交换技术
3．信元差错控制
信元最后一个字节设置为 HEC字段，它的功能是检测多比
特错误，纠正单比特错误。 HEC是利用生成多项式 (x8+x2+x+1)
对信头前 4个字节进行除法运算，将其余数与 01010101模 2加后
所得到的值。在接收端，利用这一算法即可检测出多比特误码，
纠正单比特误码。
第五章 ATM交换技术
4．信元定界
信元定界就是在比特流中确定一个信元的开始。信元定界的
方法是基于信头的前 4个字节与 HEC字段的关系来设计的。如果
在比特流中连续的 5个字节满足 HEC字段产生的算法，即认为是
某个信元的开始。图 5.5表示了信元定界的过程。信元定界开始
时处于捕捉状态，此时进行比特搜索；一旦发现 5个字节之间存
在 HEC关系，就进入预同步状态，然后进行逐信元验证；如果发
现有连续 δ次正确的 HEC关系存在，则认为进入同步状态；一旦
发现错误的 HEC，则返回捕捉状态。在同步状态，如果发现连续
α次不正确的 HEC关系，则认为失去定界并返回捕捉状态。 ITU-T
规定：对基于 SDH的信元定界,α=7,δ=6；对基于信元方式的定
界,α=7,δ=8。
第五章 ATM交换技术
图 5.5 信元定界流程图
捕捉
同步
预同步
按比特逐
个检测
正确的 H EC
不正确的 H EC
连续 ? 次不
正确的 H EC
按信元逐
个检测
连续 ? 次
正确的 H EC
按信元逐
个检测
第五章 ATM交换技术
5．扰码
为了增强用 HEC字节对信元进行定界算法的安全性，同时
使信元的信息字段假冒信头的概率减至最低，需要通过扰码增
强信元流净荷字段中数据的随机性。 ITU-T建议通过扰码使信
元中的数据随机化。
第五章 ATM交换技术
5.4 ATM 层 协 议
5.4.1 ATM信元的信头结构
图 5.6 ATM信元的信头结构
(a) UNI格式； (b) NNI格式
b i t 8 7 6 5 4 3 2 1
G F C V P I
V P I V C I
V C I
V C I P T I C L P
H E C
1
2
3
4
5
b i t 8 7 6 5 4 3 2 1
V P I
V P I V C I
V C I
V C I P T I C L P
H E C
1
2
3
4
5
( a ) ( b )
第五章 ATM交换技术
下面介绍 ATM信元中各域的意义及它们在 ATM网络中的
作用。
l) GFC(一般流量控制 )
GFC占 4 bit，是 UNI信头中第一字节的高 4位。 GFC域未使
用时，缺省值为全 0。 GFC机制帮助控制 ATM连接流量，对消
除网络中常见的短期过载现象十分有效。具体的 GFC功能在
ITU-T I.150建议中规定。
第五章 ATM交换技术
2) VPI/VCI(虚通道 /虚信道标识符 )
在 ATM网络中，由于信头中只有 5字节，不可能把全部地址
信息放入信头中，因此采用标识符 (VPI/VCI)代替具体地址的方
法。
(1) 虚通道标识符 (VPI)。在 UNI(User Network Interface，用
户网络接口 )信元中,VPI域占 8 bit，位于信头中第一字节的低 4
位以及第二字节的高 4位，可以标识 256条虚通道。在
NNI(Network Network Interface，网络网络接口 )信元中,VPI域
占 12 bit，覆盖了 GFC域，位于信头中第一字节和第二字节的高
4位，可以标识 4096条虚通道。
第五章 ATM交换技术
(2) 虚信道标识符 (VCI)。 B-ISDN的 UNI和 NNI信元中，
VCI域都为 16位，占第二字节的低 4位、第三字节以及第四字节
的高 4位。 VCI域用于标识 ATM虚信道，最多可标识 65536条虚
信道。 VCI和 VPI结合，可在 UNI信元中标识 16 177 216条连接，
在 NNI信元中标识 268 435 456条连接。
VCI域也可以使用预定义值，未定义值为 0。,ATM论坛”
规范规定,VCI值从第四字节第 5位开始连续分配，未分配值为
0。 VCI＝ 0～ 15用于 ATM管理功能,VCI＝ 16留作临时本地管
理接口 ILMI(Interim Local Management Interface),VCI＝ 17～ 31
预留给其它一些功能，其余的 VCI值用户才可使用。因为每一
个连接都与 VPI和 VCI相关，所以用户可以使用的第一个连接是
VPI＝ l,VCI＝ 32。
第五章 ATM交换技术
3) PTI(净荷类型指示 )
PTI占 3 bit，位于信头第四字节的第 2位到第 4位，用于指明
同一虚信道上信元净荷的信息是用户信息还是网络控制信息。
对于用户信息信元,ATM层一般先将信头剥离，再上交给 ATM
适配层 (AAL)。对于网络控制信息信元，将启动相应的管理功
能进行处理。
PTI的第 1位用于指明信元净荷的信息是用户信息还是网络
控制信息。如果是用户信息，那么第 2位为阻塞指示，表示信元
在传输的过程中是否经历过阻塞，第 3位为 ATM用户到用户指示
(AUUI)，指明 ATM的用户之间交换的信息；如果是网络控制信
息，那么后两位表示传输数据的类型。具体定义如表 5.5所示。
第五章 ATM交换技术
表 5.5 ATM信元头部 PTI值的含义
P T I 值 第 1 位 第 2 位 第 3 位 含 义
000 0,用户数据 0,未经阻塞 0, 0 类型
用户数据、未经阻塞,A T M 用户指示数
据类型位 0
001 0,用户数据 0,未经阻塞 1, 1 类型
用户数据、未经阻塞,A T M 用户指示数
据类型位 1
010 0,用户数据 1,经过阻塞 0, 0 类型
用户数据、经过阻塞,A T M 用户指示数
据类型位 0
0 1 1 0,用户数据 1,经过阻塞 1, 1 类型
用户数据、经过阻塞,A T M 用户指示数
据类型位 1
100 1,网络数据 00,段 ( 节点之间 ) 维护 O A M F 5 和段有关信元
101 1,网络数据 01,端到端维护 O A M F 5 和端到端有关信元
1 1 0 1,网络数据 10,网络资源管理 用于资源管理
111 1,网络数据 11,保留 用于将来开发功能
第五章 ATM交换技术
从表中可以看出，用户信元分为 0类信元和 1类信元。在传
输连续数据时,0类信元表示不是最后一个信元,1类信元表示
是该连续数据的最后一个信元。源端 AAL信元使用这两种信元
来通知目的端 AAL该信息段的接收是否结束。源 AAL把信息传
给 ATM层时，将最后的用户信元的 PTI域置为 1类信元，其它的
置为 0类信元。目的 ATM层收到信元后可知是否为末尾信元，在
上交用户信息的同时告诉 AAL。 PTI域不存在指示信息段开始的
标志，但如果信息一段接一段地发送，可以认为在一个 PTI指示
为 1类信元的后面所跟的一个 PTI指示为 0类的信元就是另一信息
段的起始信元。
第五章 ATM交换技术
4) CLP(信元丢失优先级 )
CLP只有一位，位于信头第四字节的最低位，指示在网络发
生拥塞时该信元被丢弃的优先级。高优先级信元 CLP＝ 0，低优
先级信元 CLP＝ l。对于高优先级信元，网络应分配足够的资源
来保证其可靠地按时到达。对于低优先级信元，在发生拥塞时
可以被丢弃。一般来讲，具有恒定速率的信元应赋予高优先级。
对于一些在一段短时间内有较高峰值速率的可变比特率服务，
在这段时间内，信元也应赋予高优先级。
第五章 ATM交换技术
5) HEC(信头差错控制 )
HEC域为 8 bit，占信头的第五个字节。它采用 8位循环
冗余编码方式，只检测信头的错误，而不检测 48字节的净
荷域。具体的应用在物理层功能中已作了介绍。
第五章 ATM交换技术
5.4.2 ATM层功能
ATM信元的信头结构体现了 ATM层的功能，在信元的信头
结构中进行了部分介绍，现再补充如下。
1,VPI/VCI交换
一个具体的 VPI/VCI只是表示相邻网络节点 (ATM交换机 )之
间信元的逻辑通路。一个终端设备到另一个终端设备之间信元
的虚连接，可能是由多个不同的 VPI/VCI所表示的逻辑通路通
过网络节点连接起来的。所以信元在通过网络节点时，
VPI/VCI可能要发生变化，即网络节点要将输入端口信元信头
中的 VPI/VCI转换成相应输出端口的 VPI/VCI。
第五章 ATM交换技术
2．信头的生成 /删除
ATM层将从高层 (ATM适配层 )接收的信息作为净荷封装在
ATM层信元内，并根据 ATM适配层提供的信息加上相应的信
头形成信元，然后把信元交给物理层传送。另外，因 ATM层只
是将信元中的净荷信息往上层 (ATM适配层 )传送，所以 ATM层
在从物理层收到上传的信元后，必须在上传之前将信元的信头
删除。信头中的信息由 ATM层进行处理。
第五章 ATM交换技术
3．信元的识别和丢弃
根据信元信头中的净荷类型指示 (PTI)在传送信令和 OAM
信息时，区分控制面的信元和含有用户信息的用户面的信元，
同时根据丢失优先级指示 (CLP)来识别高优先级信元和低优先
级信元，在下列情况下丢弃信元：
(1) 具有无效的信头差错控制域的信元。
(2) 到达一条还未建好的链路的信元。如信元经过交换机
后经转发表匹配而获得 VPI＝ 2,VCI＝ 2039的连接，但该设备
并不存在 VPI＝ 2,VCI＝ 2039的连接，说明该传送信元的链路
尚未建好。
第五章 ATM交换技术
(3) VPI,VCI值超出设备可提供 VPI,VCI值范围的信元。
(4) 占用了系统 VPI,VCI预留值的信元。
(5) 链路发生拥塞时到达的信元。
(6) 违反流量协议的信元。
第五章 ATM交换技术
4．网络的流量控制和拥塞控制
流量控制就是使用户网络接口上流入网络的比特流 (信元
流 )速率要符合通信建立前用户和网络协商的速率。拥塞控制
就是当流向某一条链路的信元流量超过该链路本身的容量时，
网络必须采取措施，使流入该条链路的信元流量在该链路本
身的容量范围内。
第五章 ATM交换技术
5.5 ATM适配层 (AAL)协议
5.5.l AAL的结构、功能、业务类别及协议类型
1,AAL的协议结构
如图 5.7所示,AAL分为分段与重装 (SAR)子层 (也称拆装 )
和汇聚子层 (CS)。汇聚子层又分为特定业务汇聚子层 (SSCS)和
公共部分汇聚子层 (CPCS)。对信令适配层 (S-AAL),SSCS又分
为特定业务协调功能 (SSCF)和特定业务面向连接协议 (SSCOP)
两部分。
第五章 ATM交换技术
图 5.7 AAL结构
S S C F
S S C O P
S S C S
C P C S
CS
S A R
第五章 ATM交换技术
2,AAL的功能
AAL的主要功能是将来自高层的协议数据单元 (PDU)先映射
为 AAL的服务数据单元 (SDU)，然后映射成 48字节的信元净荷负
载，以达到为不同要求的用户提供特定的服务的目的，保证 ATM
层与业务类型无关；同时还要将从 ATM层上传的信元净荷进行相
反的操作，映射成高层的协议数据单元。如图 5.8所示,CS子层
对来自用户面的高层信息单元作好分割前的准备，使接收方 CS子
层能将这些分组再还原成原始高层信息，即将控制信息作为标头
和后缀或只是后缀添加在用户信息上。控制信息由 AAL服务类型
确定，它是 ATM信元净荷的一部分。 CPCS检查信元的丢失和错
插，提供误码的保护。 SSCS对不同业务提供不同功能，如时延处
理等。 SAR子层将来自 CS子层的 CS_PDU(汇聚子层协议数据单元 )
分割为 ATM信元的净荷，或将 ATM信元的净荷重装为 CS_PDU。
分段重装时要维持 SAR_PDU的传输顺序，提供误码检查与保护
功能。
第五章 ATM交换技术
图 5.8 AAL一般功能
有效净荷头
有效净荷头 尾
有效净荷头 尾
? 有效净荷头
有效净荷头 尾?
AAL - S D U
去/ 来高层协议
AAL
A A L C S 子层
A A L S A R 子层
A T M 子层
第五章 ATM交换技术
另外,AAL还提供如下服务：
(1) 处理信元的丢失、误传，向高层用户提供透明的顺序传
输。
(2) 处理信元的延迟变化，使连续发送的信元在网络中的延
迟尽量保持一致，即使延迟抖动达到最小。
(3) 差错处理。 ATM层只对信头进行纠错，由 AAL对信元净
荷进行差错控制。
(4) 在接收端恢复源端定时信息，保证信息以源端的比特率
向高层递交。
(5) 层管理实体功能，启动和控制对 ATM的连接请求，协调
递交给 ATM层的用户数据和控制信息。
第五章 ATM交换技术
3,AAL的业务类别和协议类型
ITU-T建议书 I.362定义了 AAL功能的基本概念和分类，其
业务类别的属性取决于以下三个要素：①信源和信宿之间要
求的定时关系；②比特率是均匀的还是可变的；③连接模式
是面向连接的还是非连接的。这三个要素，每个要素有两种
选择，可以形成 8类业务。但实际上某些组合是不可能实现的
业务，如速率恒定的、实时的、面向非连接的业务就是不可
能实现的。 ITU-T定义了 A,B,C,D四类业务如表 5.6所示。
第五章 ATM交换技术
表 5.6 AAL业务属性分类 业务类别 属 性
A 类 B 类 C 类 D 类
信源和信宿之间的定时关系 要求 不要求
比特率 均匀 可变
连接方式 面向连接 无连接
A T M 适配层协议 A A L 1 A A L 2 A A L 3 / 4 或者 A A L 5 A A L 3 / 4 或者 A A L 5
第五章 ATM交换技术
A类业务：具有恒定的比特率，面向连接的实时信息传递
业务。主要用于电路仿真。
B类业务：具有可变的比特率，面向连接的实时信息传送
业务。主要用于可变比特率的话音和视频传输。
C类业务：具有可变的比特率，面向连接的非实时信息传
送业务。主要用于面向连接的数据传输。
D类业务：具有可变的比特率，面向非连接的非实时信息
传送业务。主要用于面向非连接的数据传输。
第五章 ATM交换技术
除 ITU-T定义的四类业务外，,ATM论坛”又提出 X类和
Y类业务。 X类业务为未指定比特率 (UBR)业务,Y类业务为可
用比特率 (ABR)业务。它们都是比特率可变，面向连接的非实
时信息传送业务的一部分。
为了支持以上各类业务,ITU-T提出了四种 AAL协议类型：
AAL1,AAL2,AAL3和 AAL4，分别支持 A,B,C,D四类业
务。而,ATM论坛”定义了六种 AAL协议类型，分别记为
AAL0～ AAL5，其中,AAL0表示 AAL为空，主要用于信元中
继业务，表示信元中继应用与 ATM层的信息表示形式之间无须
任何适配； AAL5又称 SEAL(Simple and Efficient Adaptive
Layer)，主要用于 ATM网上帧中继业务或 TCP/IP数据报传输，
以及其它面向连接的数据传输业务。
第五章 ATM交换技术
由于 AAL3用于帧中继,TCP/IP等面向连接的数据传输，
AAL4用于支持 CLNS(无连接业务 ),SMDS(交换多兆比数据业
务 )等无连接的数据传输，二者惟一的不同体现在对一个特定域
的使用上，因此一般将 AAL3,AAL4融合成一个综合协议类型
AAL3/4。而 AAL3/4开销很大,AAL5简单高效，所以使 AAL3/4
更少用于 C类业务中。
第五章 ATM交换技术
5.5.2 AAL1
AAL1支持 A类业务，因为 AAL1从高层接收或向高层传送
具有均匀比特流的 SDU。
1,AAL1的功能
AAL1的功能包括：
(1) 用户信息的分段和重装。
(2) 信元时延抖动的处理。
(3) 信元净荷重装时延的处理。
(4) 丢失信元和错插信元的处理。
第五章 ATM交换技术
(5) 接收端对信源时钟频率的恢复。
(6) 接收端对信源数据帧的恢复。
(7) 监控 AAL协议控制信息 PCI的误码并进行误码处理。
(8) 监控用户信息域的误码和对误码的纠错。
这些功能是由 AAL1的 SAR子层和 CS子层来实现的。
第五章 ATM交换技术
2,AAL1的 SAR子层
发送时,SAR子层从 CS子层接收 CS_PDU，然后在 CS_PDU
上加上一些控制信息 (SAR_PDU头 )，构成 SAR_PDU，再将 48字
节的 SAR_PDU下传给 ATM层。接收时,SAR子层接收上传的
ATM层信元的有效净荷，并进行处理，构成 SAR_SDU，作为
CS_PDU送到 CS子层。所以 SAR子层的主要功能是对顺序传送
的数据块增加一个序号字段 (SAR_PDU头中 )，也叫 SAR_PCI(协
议控制信息 )。
第五章 ATM交换技术
SAR_PDU的格式如图 5.9所示，它的净荷为 47字节，
SAR_PDU的头为 1字节，其中的 4 bit序列编号 (SN)分成 1 bit CS
指示 (CI)和 3 bit序列计数 (SC)。 CI用于传输 CS子层之间的信息，
SC对传输数据单元进行模 8编号，防止出现数据单元的丢失、重
复以及其它信息错插入。另外 4 bit为序列编号保护 (SNP)，分为 3
bit循环冗余校验 (CRC)和 1 bit保护位 P。 CRC的生成多项式为
x3+x+1，具有“纠 1检多”功能，保护位 P用于对前面 7 bit进行
偶校验编码。
第五章 ATM交换技术
图 5.9 AAL1的 SAR_PDU格式
CI SC CRC P
SN S N P S A R - S D U
S A R - P C I
S A R - P D U
4 b i t 4 b i t 47 字节
第五章 ATM交换技术
3,AAL1的会聚子层 (CS)
CS子层的功能包括信元延时抖动处理、信元丢失和错插处
理、传送时钟信息和结构信息以及进行纠错处理。
(1) 信元延时抖动处理：采用缓冲区的方法，当缓冲区溢
出时，丢弃多余的比特，当缓冲区不满时，在信息流中插入一
个特定的比特组成的信元。
第五章 ATM交换技术
(2) 丢失和错插入信元的处理：发送时,CS子层在向 SAR
子层提供 SAR_SDU的同时，提供一个模 8的序号。接收时,CS
子层根据 SAR子层提供的序号，判断是否发生了 SAR_PDU的
丢失和错插入，从而采取相应的处理措施。如丢弃错插数据单
元，用一个特定比特模式组成的单元代替错误数据单元等。
第五章 ATM交换技术
(3) 定时信息的传送,AAL1规定了两种方法实现业务时钟
的同步。一种叫做同步剩余时间标签 (SRTS)法。在这种方法中，
发送端将应用业务时钟和网络标准时钟比值的偏差值 (即剩余
时间标签 )通过 CI域传送到接收端，剩余时间标签用 4 bit传送。
由于 CI位是 1 bit，故需要 4个 SAR_PDU的 CI域来传送剩余时间
标签信息。因为 CI域还要用于传送结构信息,SAR_PDU又是
以模 8编码的，所以 AAL1中规定使用 8个 SAR_PDU(0～ 7)中的
奇数号的 SAR_PDU的 CI域传送剩余时间标签信息。这种定时
信息的传送方式要求收发双方都具有非常精准的网络标准时钟。
第五章 ATM交换技术
另外一种方法为自适应时钟法，实现方法是在接收端设
置一个缓冲区，存放收到的数据，以发送方业务时钟写入，
接收方业务时钟读出。根据缓冲区中数据的多少，便可以间
接地知道接收方时钟和发送方时钟的偏差，并依次调整接收
方式，使之与发送方时钟同步。
第五章 ATM交换技术
(4) 结构信息的传送 (SDT)：在 AAL1中，可以传送具有某种
结构的数据流的结构信息，如 8 kHz的帧结构业务。结构信息的
传送是通过将 SAR_PDU的负荷区分为两种格式来实现的。其中
一种是 47字节负荷区全部为用户信息，即 47字节的 AAL1的用户
信息；另一种是 47字节负荷区只有 46字节的 AAL用户信息，另
外 1字节作为指针域传送结构信息。这两种格式分别称为非 P格
式和 P格式。 P格式中的指针用于指示用户信息结构的起始位置，
8 bit指针域的第 l bit保留，其它 7 bit用于存放位置信息，同时用
CI指明 SAR_PDU是 P格式 (CI＝ l)还是非 P格式 (CI＝ 0)。为了防
止和时钟信息传送发生矛盾,AAL1规定只允许偶数编号数据块
传送结构信息。
第五章 ATM交换技术
(5) 前向纠错编码 (FEC)：因在实时通信过程中无法采用时
延较大的自动请求重发来保证信息的正确传送，所以 AAL1中规
定可以采用 Reed-Solomen编码方法保证高质量的音频和视频信
息的可靠传送。具体是将 124个 CS_PDU排成 124× 47字节矩阵，
对每行 124字节信息添加 4字节的 FEC编码，形成 128× 47字节矩
阵，作为 128个信元发送。这种编码方法记为 RS(128,124)，它
可以纠正两个错误字节或恢复 4个已知位置的丢失字节，也可采
用 RS(94,88)来减小因编码引起的时延。
第五章 ATM交换技术
5.5.3 AAL2
AAL1是针对简单的、面向连接的实时数据流而设计的，除
了具有对丢失和错插信元的检测机制外，它没有错误检测功能。
对于单纯的未经压缩的音频或视频数据，或者其中偶尔有一些
较重要的其它数据流都没有什么问题,AAL1就已经足够了。
对于压缩的音频或视频数据，数据传输速率随时间会有很
大的变化。例如，很多压缩方案在传送视频数据时，先周期性
地发送完整的视频数据，然后只发送相邻顺序帧之间的差别，
最后再发送完整的一帧。当镜头静止不动并且没有东西发生移
动时，则差别帧很小。同时，必须要保留报文分界，以便能区
分出下一个满帧的开始位置，甚至在出现丢失信元或坏数据时
也是如此。由于这些原因，需要一种更完善的协议。 AAL2就是
为完成这一目的而设计的。
第五章 ATM交换技术
AAL2是一种全新的 AAL适配层，它的设计思想是将用户信
息进行分组，即分成若干的长度可变的微信元，再将其适配到
53个字节的 ATM信元中。这样，在一个 ATM信元里可以同时装
入多个不同的业务流，一个 ATM信元不再仅是一种业务流分组，
也就是说一个 ATM连接可以支持到多个 AAL2的用户信息流，
即用户信息流在 AAL层上复用。这种设计思想带来了两个好处：
一是对压缩后的话音业务流降低了拆装时延，提高了效率；二
是节约了 ATM中 VPI,VCI的资源，这在 ATM网络中支持 IP业务
中十分重要。基于这两个优势，用于语音的 AAL2和用于数据的
AAL2标准已经形成。
第五章 ATM交换技术
1,AAL2分层结构
AAL2采用和 AAL1相同的分层方法，分为会聚子层 CS和分
段重装子层 SAR。 CS子层进一步划分为与业务密切相关的特定
业务会聚子层 SSCS(Service Specific Convergence Sublayer)和公
共部分会聚子层 CPCS(Common Part Convergence Sublayer)。其
中,SSCS和特定业务相关，可以为空； CPCS和 SAR是所有
AAL2协议必需的，因此又将 CPCS和 SAR合并,称为公共部分
子层 CPS(Common Part Sublayer)。
AAL2用户可以选择满足特定 QoS要求的 AAL_SAP完成传
送 AAL_SDU的操作。
第五章 ATM交换技术
AAL2利用的是下层 ATM层的传输能力，由于 SSCS和特定
业务有关，所以 AAL复用操作通常在 CPS层完成。如果 AAL2支
持的业务没有特殊的要求,SSCS可以仅提供 AAL原语和 CPS原
语之间的映射，而不完成任何功能。
如图 5.10所示,AAL2层从 AAL_SAP接收 AAL_SDU,SSCS
层 (如果存在 )添加相应的头部信息 (地址、长度指示等 )和尾部信
息 (校验序列和调整填充字节等 )构成 SSCS-PDU，并提交给 CPS，
成为 CPS-SDU。 CPS-SDU和 CPS分组头 CPS-PH组成 CPS分组，
CPS分组经过分割成为字节格式，加上相应的开始码 STF-PH构
成 CPS-PDU。注意：由于在 CPS内完成了两层封装,CPS-PH相
当于 CPCS-PCI,STF相当于 SAR-PCI，因此没有特定的 CPS-PCI
域。
第五章 ATM交换技术
图 5.10 AAL2协议单元的格式
头 A A L - S D U 尾
C P S- S D U
C P S _ P H C P S- PP
S TF _ P H C P S- P D U 净荷 C P S- P D U
C P S 分组
A TM - S D U
信元净荷区信头
A TM - S A P
A TM 信元
A TM 层
C P S 层
A A L- S A P
S S C S 层
第五章 ATM交换技术
公共部分子层 CPS完成在收、发端 CPS之间传递 CPS-SDU
的功能。 CPS用户分成两类,SSCS实体和层管理实体 LM。
CPS完成 CPS-SDU数据传送及数据的完整性保证,AAL2信道
的复用和分解、传输延时的处理和定时信息的传递及时钟的恢
复等功能。 CPS-SDU最长为 45字节 (默认 )或 64字节。
第五章 ATM交换技术
2,AAL2公共部分子层的数据结构
下面介绍 CPS层的数据格式，其中包含 AAL层原语中规定
的参数。 ITU-T I.363.2定义 CPS分组结构如图 5.11所示，其中的
CPS头部 CPS-PH包括 8 bit信道标识号 CID(Channel Identifier),6
bit长度指示 LI(Length Indication),5 bit CPS用户间指示
UUI(User-User Indication)和 CPS分组头保护 HEC(Header Error
Control)。 CPS分组净荷 CPS-PP(CPS Packet Payload)长度为 l～
45/64字节。
第五章 ATM交换技术
图 5.11 AAL2的 CPS分组结构
C I D LI UUI H E C C P S- I N F O
C P S- PH C P S- PP
C P S分组
第五章 ATM交换技术
(1) 信道标识符 CID用于标识 AAL2层的通信信道。 AAL2通
信信道是双向的，可以在 ATM层通过 PVC或 SVC建立，两个方
向具有相同的 CID标志。 CID长度为 8 bit,0～ 255的取值中 0不
用 (因为 CPS-PAD中使用全 0填充 ),1用于层管理实体间通信，
2～ 7保留,8～ 255可以被 SSCS使用。
(2) 长度指示 LI为 6 bit，取值为 0～ 63。 LI等于 CPS-INFO长
度减 l，所以 CPS-INFO长度为 l～ 64字节，默认 CPS-INFO的最大
长度为 45字节。 CPS-INFO的最大长度必须由信令或管理过程设
定，每条 CPS信道都由相应的 CPS-INFO最长数值规定。
第五章 ATM交换技术
(3) 用户间指示 UUI。 UUI可以在 CPS层透明传送 CPS用户之
间的控制信息，并可区分不同类型的 CPS用户 (SSCS和 LM)。
UUI长 5 bit，取值为 0～ 31，其中 0～ 27用于 SSCS实体间的通信，
30和 31用于 LM实体间通信,28和 29保留。
(4) CPS分组头差错控制 HEC为 5 bit CRC校验序列，生成多
项式为 x5＋ x2＋ 1，保护对象是 CPS-PH中的 CID,LI和 UUI，共
19 bit长。
这样,CPS分组长度为 4～ 67字节 (头部和净荷区 )，成为
CPS-PDU净荷区。 CPS-PDU长度为 48字节，结构如图 5.12所示。
CPS-PDU包括 8 bit开始指针域 STF(Start Field)和 CPS-PDU净荷区，
后者分成两个部分。
第五章 ATM交换技术
图 5.12 AAL2的 CPS-PDU
O S F SN P P A D
6 b i t 1 b i t1 b i t 47 字节
S T F
C P S- P D U
第五章 ATM交换技术
(1) 偏移量 OSF(Offset Field)存放从 STF结束位置到第一个
CPS分组头之间的字节数，如果 CPS_PDU净荷区不存在，则是
指从 STF结束位置到 PAD开始的字节数。 OSF=47表示在
CPS_PDU净荷区中没有 CPS分组头。由于 CPS_PDU净荷长度等
于 47字节，因此 OSF的取值不能大于 47。
(2) 序列编号 SN(Sequence Number)为 1 bit，是对 CPS_PDU数
据块的编号。
(3) 奇校验 P(Parity)为 1 bit，用于对 STF进行奇校验。
(4) CPS_PDU净荷区：可以装载 0,1或多个 CPS分组，填充
字节 PAD用于填充未填满的净荷空间。 l个 CPS分组可能装在两
个 CPS_PDU净荷区中。
第五章 ATM交换技术
5.5.4 AAL3/4
1,AAL3/4的结构
AAL3/4用于支持 C类与 D类业务，即可变比特率且不要求
维持源与目的地间定时关系的业务。
AAL3/4是 ITU-T提出的用于数据传送的 ATM适配层协议，
数据传输的特点是要求具有较高的可靠性。和 AAL1,AAL2相
类似,AAL3/4协议层分为汇聚子层 (CS)和拆装 (SAR)子层,CS
子层又分为特定业务汇聚子层 (SSCS)和公共部分汇聚子层
(CPCS)。如图 5.13所示,AAL3/4也可以看成由服务特定部分
(SSP)和公共部分 (CP)组成。
第五章 ATM交换技术
服务特定部分向用户提供附加功能，不同的特定业务汇聚
子层支持不同的 AAL用户业务。 SSCS是可选的，如果为空，
SSCS指示完成 AAL的公共部分汇聚子层与高层之间的原语映射。
公共部分包括 CPCS和 SAR子层，实现面向字节的可变长信息帧
的顺序透明传输。 CPCS和 SAR子层共同负责把收到的协议帧变
为一系列的信元有效负荷。
第五章 ATM交换技术
图 5.13 AAL3/4的结构
服务特定汇聚子层( 可以为空)
公共部分汇聚子层
分段与重装子层( 公共部分)
S A P
服务特定部分
S A P
公共部分
S S C S
C P C S
第五章 ATM交换技术
AAL3/4提供 AAL用户之间 AAL-PDU的传输时，工作模式
有两种。一种为消息工作模式，它是将一个 AAL-SDU分成一个
或多个的 CS-PDU，每一个 CS-PDU再分成多个 SAR-PDU进行传
送。另一种工作模式为流工作模式，它是将一个或多个定长的
AAL-SDU合并放在一个 CS-PDU中，然后通过 SAR子层分割成
适合 ATM信元传送的 SAR-PDU格式。两种工作模式又都提供了
两种对等层的操作过程，分别为确保操作和非确保操作。前一
种操作要重传丢失或损坏的 AAL-SDU，而后一种操作不保证重
传和纠正丢失或损坏的 AAL-SDU。
第五章 ATM交换技术
2,SAR子层
SAR子层向 ATM层发送数据单元时，将不固定长度的 CS-
PDU转换成为固定长度的 SAR-PDU。 SAR子层从 ATM层接收数
据单元时执行相反的操作，并可以在对等的 SAR实体间利用
ATM层的连接，同时并发地传送多个用户的 SAR-PDU。 SAR子
层具有复用 /分路、错误校验和 CS-PDU拆装等功能。 SAR-PDU
的格式如图 5.14所示。
第五章 ATM交换技术
图 5.14 AAL3/4 SAR-PDU的格式
ST SN M I D S A R - P D U 净荷区 LI CRC
2 b i t 4 b i t 1 0 b i t 44 字节 6 b i t 1 0 b i t
S A R - P D U 头部
S A R - P D U
S A R - P D U
尾部
第五章 ATM交换技术
(1) ST为段类型，占 2 bit，表示 SAR-PDU的不同数据类型。
AAL3/4规定了 4种不同的数据类型：
ST＝ 10，消息开始 (BOM)，表示后面的 SAR-PDU负荷区
中承载的是 SAR-SDU的第一段；
ST＝ 00，消息继续 (COM)，表示后面的 SAR-PDU负荷区
中承载的是 SAR-SDU的中间部分；
ST＝ 01，消息结束 (EOM)，表示后面的 SAR-PDU负荷区
中承载的是 SAR-SDU的结束段；
ST＝ 11，单段消息 (SSM)，表示后面的 SAR-PDU负荷区中
承载的是一个完整的 SAR-SDU。
第五章 ATM交换技术
(2) SN为序列编号，占 4 bit，用来表示来自同一个 SAR-
SDU的各 SAR-PDU编号，并以此发现 SAR-PDU的丢失和错插。
注意,SAR子层可以复用多个通信连接，所以在 SAR子层上相
继到来的两个 SAR-PDU中的 SN不一定是按顺序的，只有承载
同一个 SAR-SDU的各个 SAR-PDU的 SN域才是按顺序到达的。
(3) MID为复用标识符，占 10 bit，用以标识不同的 SAR子
层的连接，表示一条虚信道连接 VCC上可以复用 1024条用户连
接过程。
第五章 ATM交换技术
(4) LI为长度指示，占 6 bit，指示 SAR-PDU净荷区中装载
最后一个有效用户信息字节的位置。最后段和单段需要该指示
标志。
(5) CRC为循环冗余校验序列，占 10 bit，生成多项式为
x10+x9+x5+x4+x+1，用于校验 SAR-PDU在传送中可能发生的
错误。
第五章 ATM交换技术
3．公共部分汇聚子层 (CPCS)
AAL3/4的 CS分成 CPCS和 SSCS两部分。 SSCS主要用于支持
C类业务。在消息工作模式下,SSCS内部提供组块 /分块功能 (在
一个 SSCS中传递一个或多个固定长度的 AAL-SDU)和分段 /重装
功能 (将单个可变长度的 AAL-SDU在一个或多个 SSCS-PDU中传
送 )。在流工作模式下,SSCS内部可提供分段 /重装功能以及管
道功能，即不必等收完一个 AAL-SDU才开始发送。另外，
SSCS还可以提供流控和重传丢失或错误的 SSCS-PDU功能。但
目前 SSCS的结构和编码格式还没有标准。
CPCS提供 l～ 65 535字节任意长度帧的非确保传送。 CPCS-
PDU的格式如图 5.15所示。
第五章 ATM交换技术
图 5.15 AAL3/4 CPCS-PDU格式
C P I B t a g B a s i z e
8 b i t8 b i t 1 6 b i t
C P C S- P D U 净荷区
1 ～ 64 字节
P A D AL E t a g LI
0 ～ 3 字节 8 b i t8 b i t 1 6 b i t
C P C S- P D U 头部
C P C S- P D U
C P C S- P D U 尾部
第五章 ATM交换技术
(1) CPI为公共部分指示，占 8 bit，用于指示使用的 CPCS协
议。目前 CPI只有一种取值，即 00000000。
(2) Btag为开始标签,Etag为结束标签，各占 8 bit。 Btag和
Etag联合使用，同一个 CPCS-PDU中,Btag和 Etag取相同值，而
顺序发送的 CPCS-PDU应使用不同的 Btag和 Etag，以确保 CPCS-
PDU的完整性。考虑到 SAR子层已经使用段类型 ST和复用标志
MID，所以标签方式实际上是冗余的。
(3) BAsize为缓冲区分配容量，占 16 bit，用于指示接收方
缓冲区的大小设置。
第五章 ATM交换技术
(4) PAD为填充域，占 0～ 3个字节，附加在 CPCS-PDU净荷
区后部，使 CPCS-PDU的长度成为 4字节的整数倍。
(5) AL为长度校正,8 bit，内容恒为零，用于填充 CPCS-
PDU尾部，使其长度为 4字节，功能和填充域相类似。
(6) LI为长度指示,16 bit，表示 CPCS-PDU的净荷区长度。
从以上说明可以看出,AAL3/4的额外开销比较大，循环冗
余校验功能并不完善，因为校验频度高而且无法完成突发错误
的校验工作，所以具有高效数据业务适配功能的 AAL5的应用将
更广泛。
第五章 ATM交换技术
5.5.5 AAL5
前面已介绍过 AAL5是,ATM论坛”针对 AAL3/4的不足提
出的一种新的 AAL协议，它的结构和 AAL3/4相同，是 AAL3/4
的一个子集，是一种在 CPCS以下提供较低开销而有较好检错能
力的协议。在 CPCS以上，除不能支持复用外,AAL5的业务和
AAL3/4提供的业务是等同的。如果需要在 AAL实现复用，可以
由 SSCS来完成。
第五章 ATM交换技术
1,SAR子层
AAL5拆装子层 (SAR子层 )从 CPCS接收变长的 SDU,产生
相应的 SAR-PDU。 SAR-PDU包含 48字节的 SAR-SDU。所以在
SAR-PDU中没有其它的开销,SAR子层只完成分段与重装功能。
那么如何识别 SAR-PDU的开头和结尾呢？ ATM利用了 ATM信
元信头 PTI域中的 AUU参数。 AUU参数值为,l”，表示 SAR-
SDU的结尾,AUU参数值为,0”，则表示一个 SAR-SDU的开
始或延续，因而省去了 AAL3/4中的 ST域。这样,AAL利用了
ATM层信头中传递的信息，使 AAL5的存在不再完全与下层的
ATM无关，违反了 OSI体系结构的分层标准。但由于它简单而
有效，仍被 ITU-T采纳。当然也可以认为是 AAL5对 ATM协议参
考模型进行了修改。 SAR子层另外还具有保持 SAR-SDU、处理
拥塞信息、处理丢失优先级信息等功能。
第五章 ATM交换技术
2．汇聚子层 (CS)
AAL5的 CS子层也分成 CPCS和 SSCS两个子层，其中 SSCS
还没有规范。 CPCS完成的功能和 AAL3/4的 CPCS完成的功能基
本一致，只是 AAL5的 CPCS不再向接收端相同层实体发送缓冲
容量指示，但提供 32 bit的 CRC校验，以保证数据充分正确传送。
AAL5 CPCS-PDU的格式如图 5.16所示。
图 5.16 AAL5 CPCS-PDU的格式
C P C S- P D U 净荷区 P A D UU
0 ～ 47 字节 8 b i t
C P I
8 b i t
LI
1 6 b i t
CRC
3 2 b i t
C P C S- P D U 尾部
C P C S- P D U
第五章 ATM交换技术
(1) PAD为填充域，有 0～ 47字节，用于填充 CPCS-PDU，使
其长度为 48字节的整数倍。
(2) UU为 CPCS用户间指示,8 bit，用于透明传送 CPCS用户
的信息，具体定义由 CPCS的上层给出。
(3) CPI为 CPCS公共部分指示,8 bit，目前的作用是用于填充
CPCS-PDU的尾部，使其满 64 bit，将来还可能用于承载其它信息，
如层管理等。
(4) LI为长度指示,16 bit，最多可以表示 64 K字节的数据段
长度。如果 LI＝ 0，表示 CPCS指示对方执行放弃操作。
(5) CRC为循环冗余校验序列,32 bit，用于对本身以外的整
个 CPCS-PDU内容进行校验，其生成多项式为,x32＋ x26＋ x23＋
x22＋ x16＋ x12＋ x11＋ x10＋ x8＋ x7十 x5＋ x4＋ x2＋ x+1
第五章 ATM交换技术
5.6 ATM交换技术
5.6.1 信元交换的过程
ATM是一个面向连接型的网络。当两个终端连接建立的时
候，根据信令信息以及网络运行情况，在该连接中的每个交换
节点上建立转发表。该转发表包含输入端口号、输出端口号。
在输入端口或者输出端口中，不同的信元流有不同的 VCI/VPI值
转换。当某一个信元进入交换模块时，交换模块通过识别信元
信头的 VCI/VPI，查找转发表，找出对应的输出端口以及输出信
元的 VCI/VPI值，将输入信元的 VCI/VPI值改变为相应输出信元
的 VCI/VPI值，并控制交换网络将信元交换到对应的输出线上。
第五章 ATM交换技术
图 5.17 VC/VP交换的具体示例
(a) VP交换过程； (b) VC交换过程
( a )
( b )
V C I 1 V C I 2 V C I 5 V C I 6
VC 交换
VP 交换
V P I 3
V P I 4
V P I 5
V C I 6
V C I 5
V C I 3
V C I 4
V C I 1
V C I 2
V C I 3
V C I 4
V P I / V C I 转发表
输入端口
V P I V C I
1
1
2
2
1
2
3
4
输出端口
V P I V C I
4
3
5
5
5
6
3
4
V P I 1
V P I 2
V P I 6
V P I 5
V P I 4
V P I 3
V P I 2
V C I 1
V C I 2
V P I 1
V C I 3
V C I 4
V C I 5
V C I 6
V P I 转发表
V C I 5
V C I 6
V C I 1
V C I 2
V C I 3
V C I 4
输入 V P I 输出 V P I
1 5
2
3
6
4
第五章 ATM交换技术
在 VP交换过程中,VPI进行了变换,VP内部的 VCI没有改
变；而在 VC交换过程中，不但 VPI进行了变换，而且 VCI也进
行了变换。从上述基本的信元交换过程中可以看出，虽然 ATM
交换是异步时分交换，但其原理与同步时分交换 (时隙交换 )有
许多相似之处，其基本区别是用 VCI/VPI代替了时隙交换中时
隙的序号。
第五章 ATM交换技术
多级连接的 VC和 VP组成虚信道连接 VCC(Virtual Channel
Connection)和虚通道连接 VPC(Virtual Path Connection)。 VCC有
三种：永久 VCC、半永久 VCC和交换 VCC； VPC也是一样，有
永久 VPC、半永久 VPC和交换 VPC。交换 VCC(VPC)通过信令建
立连接，属于控制面的连接；永久 VCC(VPC)、半永久
VCC(VPC)因为没有通过信令建立连接，所以属于管理面的连
接。交换机为每一个呼叫分配一个 VPI/VCI，每个 VPI/VCI只具
有局部意义，每个节点在读取 VPI/VCI后，根据本地的转发表，
查找对应的输出 VPI/VCI，进行交换并改变 VPI/VCI的值。
第五章 ATM交换技术
5.6.2 ATM交换机的基本组成结构
1,ATM交换机的组成结构
ATM交换机由 5大功能模块组成，即入线处理模块、出线处
理模块、交换模块，如图 5.18所示。
图 5.18 ATM交换机的组成结构
入线处理模块
?
入线处理模块
?
交换单元
出线处理模块
出线处理模块
1
N
1
N
呼叫处理和
连接允许控制
拥塞控制和
资源管理
?
?
第五章 ATM交换技术
入线处理模块对输入线路上的信息流进行信元定界、信元
有效性检验和信元类型分类。输入线路上的信息流实际上是符
合物理层接口信息格式的比特流。入线处理模块首先要将这些
比特流分解成长度为 53字节的信元，然后再检测信元的有效性，
将空闲信元、未分配信元及信头出错的信元丢弃，最后根据有
效信元信头中的 PTI标志，将 OAM信元交呼叫处理控制模块处
理，其它用户信息信元送交换模块进行交换。
出线处理模块完成与入线处理模块相反的处理，主要是将
交换模块输出的信元流、控制模块输出的 OAM信元流以及相应
的信令信元流复合，形成送往出线的特定形式的比特流，并完
成信息信元流速率和线路传输速率的适配。
第五章 ATM交换技术
呼叫处理控制模块完成 VCC,VPC的建立和拆除，并对
ATM交换模块进行控制，处理和发送 OAM信元，发送信令信元，
保证用户 /网络的操作顺利进行。
交换单元模块完成交换动作的控制，将某输入线上的信元
交换到某输出线上。
拥塞控制和资源管理模块对网络资源和网络拥塞进行控制
和管理。
第五章 ATM交换技术
2,ATM交换机中的缓冲策略
缓冲策略或称排队策略，是 ATM交换结构设计中的一个非
常重要的方面。根据缓冲器所在的位置，可以将缓冲策略分为
外部缓冲和内部缓冲两种方式。
1) 外部缓冲
外部缓冲指缓冲器不是设置在交换结构的内部，主要有输
入缓冲、输出缓冲、输入与输出缓冲、环回缓冲等四种方式，
如图 5.19所示。
第五章 ATM交换技术
图 5.19 四种外部缓冲方式
(a) 输入缓冲； (b) 输出缓冲； (c) 输入与输出缓冲； (d) 环回缓冲
( a ) ( b )
交换
结构
1
N
1
N
…
( d )( c )
… …
交换
结构
1
N
1
N
…… ……
交换
结构
1
N
1
N
… …… …
交换
结构
1
N
1
N
……
第五章 ATM交换技术
2) 内部缓冲
内部缓冲是将缓冲器设置在交换结构的内部。无阻塞结构
不需要内部缓冲。在多级交换网络中，在每个交换单元均设置
缓冲器，主要有输入缓冲、输出缓冲、交叉点缓冲和共享缓冲
等方式。
采用内部缓冲的多级有阻塞网络可以减少信元丢失，但是
也有两个主要缺点：一个是增加了信元的时延和时延抖动；另
一个是对于多通路网络，如果属于同一虚连接的信元在交换结
构中选用不同的通路，则会发生信元失序的现象。
第五章 ATM交换技术
5.6.3 ATM交换单元的结构
ATM交换单元能够实现任意出、入线之间的信元交换，也
就是任一入线上的任一逻辑信道的信元能够被交换到任一出线
上的任一逻辑信道中去。根据交换单元的不同内部结构可以将
其分为三类：共享存储器结构、共享媒体 (总线或者环形 )结构
和空分交换结构。
1．共享存储器结构
图 5.20给出了共享存储器的结构。这种结构中，存储器为
所有的输入端口和输出端口共用，每一条输入线配置有一个输
入控制器，每一条输出线配置有一个输出控制器。
第五章 ATM交换技术
图 5.20 共享存储器的 ATM交换结构
控制器
控制器
1
N
… …
控制器
控制器
1
N
…
存储器 R A M
第五章 ATM交换技术
存储器的分配有固定分配和动态分配两种方式。固定分配
就是将整个存储区划分为存储单元数相等的 N个存储块，每一
个存储单元存储一个信元，每一个存储块为某一条输出线服务。
这种方式控制管理简单。动态分配方式就是将整个存储区为所
有输出线共用，这样可以使存储器得到充分利用，但控制管理
复杂。
共享存储器结构受到处理时间、存储器读写时间和存储器
容量的限制。
共享存储器结构要有足够高的处理速度，使得处理时间很
短，从而能与信元流的输入速率相适配。因此，它对存储器访
问速度的要求比较高。由于受到存储器访问速度的限制，交换
结构的容量 (端口数及链路速率 )不可能太大。
第五章 ATM交换技术
2．共享媒体结构
图 5.21给出了共享媒介的交换结构。媒介可以是总线形或
者环形。每条入线都连接到媒介上，每条出线则通过输出缓冲
器和地址过滤器连接到媒介上。总线包括地址总线、数据总线
和控制总线。对于总线式结构的 ATM交换单元，由于所有输入
线在某一时刻的信元都必须交换到相应的输出线上，也就是在
同一时间，所有输入线上的信息都要发送到总线上，这就要求
总线的信息传输速率是输入线信息传输速率之和，否则会造成
信元的较大延时。
第五章 ATM交换技术
图 5.21 共享媒介的交换结构
输入控制器
输入控制器
…
输入控制器
…
T D M
总线
输出控制器
输出控制器
输出控制器
…
1
N
2
…
1
N
2
第五章 ATM交换技术
共享媒介结构的吞吐量受到时分总线速率和队列缓冲器容
量的限制。
共享总线的速率限制成为交换结构的瓶颈，限制了容量的
扩大。采用多总线或多环的并行结构，可以降低速率要求。
第五章 ATM交换技术
3．空分交换结构
空分交换结构是一种矩阵式交换结构。如图 5.22所示，多条
入线和多条出线分别连接到空分交换矩阵。在空分交换矩阵入
线和出线的交叉点处相当于有一个开关，通常这些开关是触点
开关或电子开关。 N路输入线和 N路输出线之间有 N2个开关节点，
只要适当控制这些开关接通或断开，即可在任一入线和出线之
间构成通路。
当入线、出线数目增加时，交换矩阵的节点数呈平方级增
长，这将使控制结构复杂化。所以当交换容量增大时，一般采
用多个交换矩阵级连的方式。
第五章 ATM交换技术
图 5.22 空分交换结构
输入控制器
输入控制器
…
输入控制器
输
出
控
制
器
1
2
N
1
输
出
控
制
器
2
…
输
出
控
制
器
N
…
…
第五章 ATM交换技术
5.6.4 ATM交换网络
交换网络直接影响交换机的容量。一般小容量交换机的交
换网络可以直接由前面介绍的基本交换单元模块来实现。大容
量交换机的交换网络则需要由多个基本交换单元模块按照一定
的拓扑结构组合而成。根据 ATM交换网络的级数可分为单级交
换网络和多级交换网络。
第五章 ATM交换技术
1．单级网络
单级网络的特点是单级交换模块连接到交换网络的输入端
和输出端。主要类型有扩展型交换矩阵、漏斗型网络和混叠型
交换网络。
1) 扩展型交换矩阵
扩展型交换矩阵如图 5.23所示，它由多个 b× b的基本交换
模块组成。理论上，这种方法可以实现任意规模的交换网络。
第五章 ATM交换技术
图 5.23 扩展型交换矩阵
b
b b b
b
b
b
b
bbb
b b b b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
bb
b
b
b
b b
输入
输出
b
第五章 ATM交换技术
为了实现扩展型交换矩阵，需要对前面介绍的基本交换单
元模块进行改进，其方法是通过增加 b个输入和 b个输出进行扩
展。通过基本模块右边的输出口，输入信号被中继到下一列基
本模块的输入口。另一组输入连接到同一列相邻交换模块的正
常输出口。
由于信元通过网络时只被缓存一次，因而扩展型交换模块
具有很小的交叉时延且交叉时延取决于输入的位置。交换模块
的数量随所要求的输入端口数量增加而增加，这就限制了扩展
型交换模块的规模。这类单级交换网络的规模一般为 64× 64或
128× 128，后面可看到多级网络比较适用于大规模的交换系统。
第五章 ATM交换技术
2) 漏斗型网络
图 5.24表示了一个 N× N非阻塞 (non-blocking)交换网络。交
换模块按照类似漏斗形状的结构连接。所有的交换模块由 2b个
输入和 b个输出组成。每个漏斗表示一个 N× b矩阵，有 N个这
样的矩阵并行工作。目前的技术水平可以实现 32× 16的交换模
块。一个单级的 128× 128交换网络可以利用这些基本模块实现。
第五章 ATM交换技术
图 5.24 漏斗型网络
SE
2 b × b
SE
2 b × b
SE
2 b × b
SE
2 b × b
SE
2 b × b
SE
2 b × b
…
N 个输入
N 个输出
第五章 ATM交换技术
3) 混叠型交换网络
混叠型交换网络如图 5.25所示。它是基于对输入的交互排列，
并将该排列连接到一单级交换网络上。为了使信号从一个给定
的输入口到达任意的输出口，有必要利用反馈机制，如图 5.25虚
线所示。很明显，信元在到达目的地之前可能要多次通过网络。
因此，该网络亦称为再循环网络。在网络输出端，交换模块必
须裁决信元是离开网络还是反馈到输入端。
这种类型的网络只需要少量的交换模块，但性能不太理想，
时延大小取决于反馈的次数。
第五章 ATM交换技术
图 5.25 混叠型交换网络
输入 输出
第五章 ATM交换技术
2．多级网络
由于单级交换网络容量较小，所以在大规模交换系统中，
必须采用多级交换网络。多级网络由多级交换模块以一定的连
接方式构造而成。在多级网络中，对于给定的输入，可以选择
不同的路径到达预期的输出口。根据这些路径的数目分为单路
径网络和多路径网络。
第五章 ATM交换技术
1) 单路径网络
在单路径网络中，对于给定的输入，只有一条路径到达预
期的输出口，这类网络也称为 Banyan网络。由于只有一条路径，
路由变得非常简单。由于内部链路很可能同时被几个不同的输
入所使用，因而在 Banyan网络中会发生内部阻塞。
Banyan网络采用树形结构将多个交换单元互连，形成
2× 8,4× 8,6× 8,8× 8的交换结构，如图 5.26所示。 Banyan
网络具备自选路由的功能，即交换单元根据输入端口的比特信
息进行选路。我们以 2× 2交换单元为例，,0”表示交换到上面
的输出端口，,1”表示交换到下面的输出端口，这种 2× 2交换
单元也可以扩展到 N× N。
第五章 ATM交换技术
图 5.26 Banyan网络的树形结构
(a) 2× 8结构； (b) 4× 8结构； (c) 6× 8结构； (d) 8× 8结构
( d )( c )
( b )( a )
第五章 ATM交换技术
如图 5.27所示为由 2× 2交换单元构成的三级 Banyan网，选
路原则是从高阶比特到低阶比特依次选路。选路过程如下：由
001号输入端口进入的信元目的地址为 110，表明该信元要交换
到 110号输出端口，则信元进入第一级交换单元，根据输出端口
的高阶比特进行选路，因为高阶比特是,1”，所以交换单元选
择下面的输出端口；然后进入第二级交换单元，根据中阶比特
进行选路，中阶比特也是,1”，所以交换单元选择下面的输出
端口；进入第三级后，因为低阶比特是,0”，所以交换单元选
择上面的输出端口，找到 110输出端口，完成自选路径的过程。
第五章 ATM交换技术
图 5.27 三级 Banyan网络的自选通路
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
1 1 0
0 0 1
第五章 ATM交换技术
Banyan网络存在内部阻塞和输出冲突的问题。图 5.28示出
了内部阻塞和输出冲突的实例。由于内部阻塞和输出冲突的存
在降低了交换网络的接通率，因此为了降低阻塞和输出冲突，
增加了一个分类网络，即在进入 Banyan网络以前进行排序，使
得网络负荷均匀，减少冲突，这样便构成了 Batcher-Banyan网
络。图 5.29为一个 8× 8的 Batcher-Banyan网络。
第五章 ATM交换技术
图 5.28 内部链路阻塞和输出端口冲突示意图
(a) 内部链路阻塞； (b) 输出端口冲突
000
001
010
011
100
101
110
111
011
010
( a )
000
001
010
011
100
101
110
111
011
011
( b )
第五章 ATM交换技术
图 5.29 Batcher-Barryan网络结构
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
011
111
010
B a t c h e r 网 B a n y a n 网
排序 2 排序 4 排序 8
第五章 ATM交换技术
Batcher用来排序,Banyan用来选路。所谓排序，就是将进
入排序网络各个入端的信元按信元的目的地址的大小排列在排
序网络的出端。排列次序可以为升序或降序。
从图 5.29可以看出,Batcher排序网络由多级构成，每级包
含若干个 2× 2的排序器。箭头向上的称为向上排序器，箭头向
下的称为向下排序器，前者使目的地址大的信元出现在排序器
的上面 1条出线上，后者使目的地址大的信元出现在排序器的下
面 1条出线上。如果排序器只有 1个信元到达，那么该信元作为
目的地址小的信元来处理。
第五章 ATM交换技术
Batcher网络依次由 4个 2× 2排序器,2个 4× 4排序器和 1个
8× 8排序器构成。通过整个排序网络后，信元将按目的地址的
升序排列在各条出线上。
网络内部级间互连有一种规则称为混洗 (shuffle)模式。 a-混
洗就是将一组元素分为 a堆，然后依次取各堆的第一个，再取各
堆的第二个,…… 直到取完。 2-混洗相当于把一组元素分成 2堆，
与扑克牌的洗牌类似，称为完全混洗或完全洗牌 (Perfect shuffle)。
排序网络与 banyan之间为完全混洗连接。这样，只要目的地址
没有重复，进入 Banyan的所有信元都可以无冲突地到达所需输
出端。
第五章 ATM交换技术
2) 多路径网络
在多路径网络中，对于给定的输入，可以存在几条不同的
路径到达预期的输出口。这有利于克服内部阻塞效应。大部分
多路径网络在连接建立阶段确定内部路由。某一连接上的所有
信元使用相同的内部路径。如果每个交换模块都提供 FIFO功能，
就可保证信元的顺序整体性，从而不需要排序功能。
多路径网络又可进一步分为折叠式和非折叠式网络，进一
步的内容可参考相关资料。
第五章 ATM交换技术
5.6.5 ATM交换网络的选路控制方法
在信元进入到交换网络时，如何引导信元通过交换网络，
正确传送到所需的出端，属于选路控制功能。选路控制有两种
方法：自选路由和转发表控制选路。
ATM交换网络内部选路可以采用面向连接或者无连接方式，
前者是在逻辑连接建立时选定交换网络中的通路，后者则不预
先选定通路，而是在每个信元到达时选择通路。无连接具有更
好的内部资源共享，但要采取一定的方法来避免属于同一逻辑
连接的信元失序。
第五章 ATM交换技术
1．自选路由
自选路由在每个到来的信元进入交换网络之前加上路由标签，
各级交换单元按照路由标签中相应的路由信息来确定其出线，
直到最后一级交换单元自行选路后就可到达所需的出端。
仅以 2级网络为例，采用自选路由的控制方法如图 5.30所示。
在连接建立时，已将路由信息写入转发表。当某入端到达一个
信元时，按其 VPI/VCI值查转发表，得到新的 VPI/VCI值 B和路由
信息 m,n，于是 VPI/VCI的原有值 A更改为新值 B，并在前面加
上路由标签 m,n后送往交换网络。各级交换单元依次按 m,n确
定其出线。当信元离开交换网络时，路由标签完成其使命，标
签被取下。路由标签的长度取决于交换网络的级数和每个交换
单元的入 /出线数，例如由 16× 16的交换单元组成的 5级交换网络，
路由标签需要 5× 4=20 bit。
第五章 ATM交换技术
图 5.30 自选路由示例
A
V P I / V C I
入口
B n m
交换单元
B n
交换单元
B
出口
B
转发表
A B,n,m
第五章 ATM交换技术
如果采用无连接，则路由标签在每个信元到来时生成。
属于同一虚连接的各个信元可以具有不同的路由标签，这就
意味着同一虚连接的各个信元可以选用多级交换网络中的不
同通路，从而引起信元失序。对于多级多通路的交换网络，
通常是开始的几级可以任意选择通路，后面几级需要按照出
端地址选定通路，因此无连接的路由标签可以不包含前面几
级的路由信息。
第五章 ATM交换技术
2．转发表控制选路
转发表控制选路是按照交换单元内部的转发表中的信息来
完成选路的。如图 5.31所示，每个交换单元有一张转发表，按
照进入信元的 VPI/VCI值可以查找到输出 VPI/VCI值。信元在交
换网络中传送时仍为 53字节，没有增加任何开销，但在交换单
元内部增加了控制选路所需的转发表。
第五章 ATM交换技术
图 5.31 转发表控制的选路示例
12
一级交换单元
16
二级交换单元
3 5 1 9
18
交换网络
输入
端口
输入
V P I / V C I
输出
端口
3 12 5
… … …
输出
V P I / V C I
16
…
输入
端口
输入
V P I / V C I
输出
端口
1 16 9
… … …
输出
V P I / V C I
18
…
第五章 ATM交换技术
交换单元转发表中的信息是在虚连接建立时写入的。如果
交换网络内部采用无连接时，由于属于同一虚连接的信元会选
用交换网络中的不同通路，那就需要在所有交换单元中都存放
其路由信息。与自选路由相比较，转发表控制选路较易实现多
播功能。
第五章 ATM交换技术
5.6.6 交换节点信元转发
1,ATM网的网络结构
一个典型的 ATM网络由 ATM业务终端,ATM接入系统、
ATM传输,ATM交换节点等几部分组成，如图 5.32所示。
图 5.32 ATM网的网络结构示例
A TM
复用系统
数据
电话
图像
A TM
交换机
A TM
交换机
A TM
交换机
UNI NNI UNI
A TM
复用系统
数据
电话
图像
第五章 ATM交换技术
2,ATM交换节点转发表的建立
在电路交换网中，通常采用预先设置路由的选路方法。例如，
我国的长途自动交换电话网中的选路按照首选高效直达路由，
然后依次选择第一迂回路由，第二迂回路由,…… 直至最终路
由的选路方法。 ATM标准制定的部门 ——ITU-T和,ATM论坛”，
各自以不同的经历制定了两种截然不同的选路方法。 ITU-T建议
仍然采用预先设置路由的选路方法，而,ATM论坛”由于其组
成单位大多数来自于计算机厂商，因此该组织推荐了名为专用
网络 —网络接口 (PNNI)的分层动态选路方案。 PNNI最多可分为
105层,PNNI是静态选路。关于 PNNI更深一步的内容可查阅相
关资料。下面简要叙述 ITU-T的路由选择方法。
ATM网络的路由选择分为两个阶段：呼叫建立阶段和数据
传输阶段，这两个阶段的路由选择是不同的。
第五章 ATM交换技术
1) ATM网络的路由选择
ATM网络中每个 ATM交换机均有路由表。它是根据 ATM网
络的拓扑结构预先建立好的。路由表的更新由维护人员完成，
类似于公用电话网 PSTN。
第五章 ATM交换技术
在呼叫建立阶段,ATM信令信元 (UNI信令和 NNI信令 )在一
个特定的虚通道 (VPI=0,VCI=5)上传送，所有的 ATM交换机都
被配置成从这个虚信道接收信令信元。除了信令信元外，没有
其它类型的数据信元通过该通道发送。每个 ATM交换机都把所
收到的信令信元递交给一个专门的信令处理模块进行处理，处
理完之后,ATM交换机把该信令信元转发出去。在 ATM网络中，
VPI/VCI只在建立好的一段链路上有效，也就是说只具有局部
意义。信令信元穿过 ATM网络，从一个交换机到另外一个交换
机，在信令所经过的每一个交换机中均建立 VPI/VCI转发表，
形成从源节点到目的节点的一系列 VPI/VCI转发表，这些转发
表构成了一条数据传输通路。
第五章 ATM交换技术
数据传输通路建立起来以后，就可以传递用户数据。当用
户数据以 ATM信元方式进入 ATM节点后，根据输入信元头部的
VPI/VCI值，查找 VPI/VCI转发表，将输入信元的 VCI/VPI值改
变为相应输出信元的 VCI/VPI值，并控制交换网络将信元交换
到对应的输出端口上，这就完成了高速数据交换。
第五章 ATM交换技术
2) ATM网络路由选择结果示例
前面介绍了 VC相当于支流,VP相当于干流。在接入侧用
VCI管理的粒度比较细，可以管理到每一个连接。在高速骨干
网中，可能同时有成百上千万个连接，可能同时有几千个 VC在
使用同一个 VP，用管理粒度比较粗的 VPI进行管理，比用 VCI进
行管理无论从资源占用、管理复杂程度、软件设计等方面都容
易得多。
图 5.33为 ATM网络路由选择结果示例。 VPI/VCI用 (X.Y)表
示，符号,X.”用于骨干网内的 ATM交换机上，表示它们仅仅查
看 VPI字段；符号,Y”则用于骨干网外的接入交换机上。
第五章 ATM交换技术
图 5.33 ATM网络路由选择结果示例
S5
S4
S3
S6
S8S7S2S1
1
3
2
8
4
9
7
5
骨干网
1
端口 V C I
89
输入
3
端口 V P I / V C I
( 1 8 7, 4 2 )
输出
S2
2
端口 V P I
1 8 7
输入
8
端口 V P I
57
输出
S3
4
端口 V P I
57
输入
9
端口 V P I
64
输出
S6
7
端口 V P I / V C I
( 6 4, 4 2 )
输入
5
端口 V C I
38
输出
S7
第五章 ATM交换技术
ATM交换机 S1,S8为接入交换机,S2,S3,S4,S5,S6、
S7为骨干网的核心交换机，建立好的一条虚连接为 S1—S2—
S3—S6—S7—S8，如图中粗黑线所示。 ATM交换机 S1到 S2的端
口 1的 VCI为 89,S2查找转发表，输出端口为 3，交换后的
VPI/VCI为 (187.42)； ATM交换机 S2连接到 S3的端口 2,S3查找
转发表，输出端口为 8，交换后的 VPI为 57；交换机 S3连接到 S6
的端口 4,S6查找转发表，输出端口为 9，交换后的 VPI为 64；
交换机 S3,S6为核心交换机，只进行 VPI交换，忽略 VCI，也就
是说 VCI=42在整个骨干网内保持不变；交换机 S7的输出为接入
交换机 S8，输入端口 7的 VPI/VCI为 (64.42)，交换到输出端口 5的
VCI变为 38。
第五章 ATM交换技术
5.7 ATM 信 令
5.7.1 信令协议的体系结构
图 5.34 ATM宽带网络信令协议结构
物理层
A T M
S A A L
Q, 2 9 3 1
物理层
A T M
S A A L
Q, 2 9 3 1
元信令
点到点信令 点到多点信令
UNI
M T P- 1
M T P- 2
M T P- 3
B - I S U P
基于 S T M 的
信令网络
物理层
S A A L
M T P- 3
B - I S U P
基于 A T M 的
信令网络
A T M
NNI
第五章 ATM交换技术
ITU-T在 UNI上分为下列两种信令访问结构：
?点到点信令结构；
?点到多点信令访问结构。
在点到点信令访问结构中，在用户侧的信令端点根据用户
网络结构可以是单个终端也可以是智能终端。信令端点通过一
条永久建立的虚信道 (VC)来连接，利用该信道可以为用户提供
呼叫建立和释放。在一点到多点信令访问结构中，几个信令端
点放置于用户侧，如一点到多点终端结构。对于这种情况，需
要有元信令来管理其它信令的关系。图 5.34的左边给出了这两
种信令访问结构的协议构造。
第五章 ATM交换技术
在 NNI上，可以用已有的 7号信令或利用 ATM网络传输信令
消息，其信令协议表示在图 5.34的右边。 ITU-T将 B-ISUP的功能
划分为 3个能力集 (CS),CS-1支持基本承载业务和用户补充业务
以及与 N-ISDN的互通； CS-2支持可变比特率业务，并将呼叫与
连接控制分离； CS-3支持多媒体业务和分配性业务。很明显，
再次使用 7号信令可以加快建立 B-ISDN的实用化进程，但利用
ATM传输网络来传输信令可充分利用 ATM技术的优点。因此，
基于 ATM的信令传输网络可能是未来的最佳选择。对于基于
ATM的信令传输,OAM协议管理两交换机之间的 SVC，因而在
NNI上不再需要元信令。
第五章 ATM交换技术
图中各层的基本功能如下：
(1) 物理层 (PL)：主要提供有效信元的传送，如实现速率耦
合、信头差错控制、信元定界、扰码以及提供比特适配物理载
体的功能，详见 I.432建议。
(2) ATM层：对 ATM信令实现信令虚信道的连接 (VCC)和释
放，以采用固定长度来传递各种信令信息。在 UNI的用户接入
信令中，除完成上述功能外，对点到多点的虚拟信令信道连接，
还必须包括元信令，以实现 SVCC的分配、检测和释放等管理功
能，详见 ITU Q.2120建议。
第五章 ATM交换技术
(3) 信令 ATM适配层 SAAL：为了支持 B－ ISDN信令业务，
必须在 ATM层的基础上附加信令的 ATM适配层，构成 OSI层次
模型的第二层数据链路层功能。 SAAL是将高层各种业务的协
议数据单元 (PDU)作为 SAAL的业务数据单元 (SDU)，并将其分
割成固定长度为 48字节的信息块，作为 ATM层的 SDU，装入信
元的信息字段，并完成逆过程。
(4) Q.2931用户应用层：在 UNI的高层是用户呼叫的建立
和释放以及用户补充业务等程序，详见 Q.2931和 Q.2951等建议。
第五章 ATM交换技术
(5) MTP：完成 CCITT 7号信令方式中消息传递部分 (MTP)
的三级信令网功能，详见有关 7号信令建议。
(6) B-ISUP(Q.2761～ Q.2764建议 )：规定了局间宽带 ISDN
业务呼叫的建立与释放以及用户补充业务的信令程序。它可以
应用于国际和国内的 B-ISDN网络，在转接节点,B-ISUP可以
支持 1992年版本规定的 N-ISUP提供的业务。若国内 B-ISUP中
有国际 B-ISUP未规定的业务，可以引入新的编码以满足国内特
定业务的要求。 ITU-T有关用户补充业务由 Q.2730规定,B-
ISUP和 N-ISUP的配合由建议 Q.2660规定。
第五章 ATM交换技术
5.7.2 信令消息
1,UNI信令消息
图 5.35 UNI信令消息
Q, 2 9 3 1 协议和
UNI 规范版本 3, 0
定义的主要消息
点到点连接
控制信息
呼叫建立消息
建立 (S E T U P )
呼叫进行中 ( CA L L P RO CE E D IN G )
连接证实 ( CO N N E CT A CK N O W L E D G E )
呼叫清除消息
释放 ( RE L E A S E )
释放完成 ( RE L E A S E CO M P L E T E )
状态消息
状态查询 ( S T A T U S E N Q U IR Y )
状态 ( S T A T U S )
与全局呼叫参考
值有关的消息
重启动 ( RE S T A R T )
重启动证实 ( RE S T A R T A CK N O W L E D G E )
点到多点连接
控制消息
加入成员拒绝 (A D D P A R T Y RE J E CT )
加入成员证实 (A D D P A R T Y A CK N O W L E D G E )
加入成员 (A D D P A R T Y )
撤消成员证实 (D RO P P A R T Y A CK N O W L E D G E )
撤消成员 ( D RO P P A R T Y )
第五章 ATM交换技术
每个信令消息都包含一些信息单元，其中一些是强制性
的 (M)，另一些是选择性的 (O)。协议中主要使用的强制性信息
单元为：
?要求的 ATM用户信元速率；
?被呼叫方号码；
?连接标识符 (分配的 VPI/VCI)；
?要求的业务质量 (QoS)类别。
第五章 ATM交换技术
与某个呼叫有关的消息中，每个消息都应包含一个共同的
必备信息单元，即呼叫参考值 (Call Reference)，它在信令接口上
是惟一的。所有的消息必须包括一个关于其类型、长度和协议
鉴别语的信息单元。除必备信息单元外，每个消息还应包括大
量的可选信息单元，如：
?要求的宽带承载能力；
?宽带低层和高层信息；
?AAL参数；
?被叫方子地址；
?主叫方号码和子地址；
?中间网络选择；
?原因码；
?端点参照标识符和端点状态数。
第五章 ATM交换技术
2,NNI信令消息
B-ISUP的消息结构与 N-ISDN的相同，其业务指示语 (SI)为
1001，信令信息字段 (SIF)的格式如图 5.36所示。
图 5.36 B-ISUP消息的 SIF的格式
消息内容 消息兼容性信息 消息长度 消息类型 路由标记
S I F
第五章 ATM交换技术
B-ISUP定义了 28种不同的消息，例如初始地址消息 (IAM)、
IAM证实消息 (IAA)、地址全消息 (ACM)、呼叫进行消息
(CPG)、应答消息 (ANM)、释放消息 (REL)、释放完成消息
(RLC)等，这里不再一一列举。
第五章 ATM交换技术
5.7.3 ATM网络的呼叫控制过程
图 5.37 ATM网络呼叫建立、保持和释放过程
S ET U P
C A LL P R O C
I A M
I A A
I A M
I A A
S ET U P
C A LL P R O C
A LE R TI N G
A C M
A C M
A LE R TI N G C O N N E C T
ANM
ANM
C O N N E C T
C O N N E C T A C K
双方通信中
R EL EA S E
R EL EA S E C O M P LE TE
C O N N E C T A C K
R EL
R LC
R EL
R LC
R EL EA S E
R EL EA S E C O M P LE TE
R EL EA S E
R EL
R EL EA S E C O M P LE TE
R LC
R EL
R LC
R EL EA S E
R EL EA S E C O M P LE TE
主叫方先挂
被叫方先挂
用户 B用户 A A T M 交换机 A T M 交换机 A T M 交换机
第五章 ATM交换技术
1．成功连接的呼叫建立规程
当本地交换机收到主叫用户发来的建立消息 (SETUP)后，
要进行判断，如果确认此次呼叫为出局呼叫，就启动网络信令
B-ISUP规程，进行路由选择与 VC分配等处理，然后向后续的中
转交换机发出 IAM信息。 IAM消息中各参数的内容，一部分是
由本地交换机的路由选择处理而得到的，用来使各个转接交换
机能正确地确定路由；另一部分是根据用户信令的 SETUP消息
中的信息单元转换过来的。转接交换机收到前一级交换机发来
的 IAM消息后，为这次呼叫分配其将要使用的 VPI/VCI以及相应
的 VC所占用的带宽。完成这些处理后，便向前一级交换机回送
IAA(IAM ACK)消息，同时向后一级交换机转发 IAM消息。
第五章 ATM交换技术
当 IAM消息被逐级转发到与被叫用户相接的交换机 (称为
远端交换机 )后，远端交换机首先向前一级回送 IAA消息，然后
进行一系列的处理：首先分析被叫地址，确定这一呼叫要连接
到哪个被叫用户；然后再检验这样的连接是否允许，如果允许，
就启动用户信令规程，向被叫用户发建立消息 (SETUP)。
第五章 ATM交换技术
远端交换机向被叫用户发出建立消息后，将向本地交换机
方向回送 ACM消息，利用消息中的“被叫状态”这一参数指示
被叫用户是否处于提示状态。沿途各转接交换机对 ACM消息逐
级转发，直至本地交换机。当本地交换机收到 ACM消息并得知
被叫用户已开始提示消息 (ALERTING)后，就向主叫用户发用户
信令中的提示消息。如果远端交换机发出 ACM消息时，被叫用
户还没有开始提示，而在此之后才收到被叫用户发来的提示消
息 (ALERTING)，那么远端交换机将利用呼叫进展消息 (CPG)来
指示。这种情况下，本地交换机是在收到 ACM消息后向主叫用
户发提示消息的。
第五章 ATM交换技术
当远端交换机收到被叫用户的连接消息 (CONNECT)后，将
向本地交换机方向送 ANM消息。沿途各中间交换机收到这一消
息后，先将本交换机所控制的供这一呼叫使用的双向 VC连接接
通，然后再向前一级交换机转发 ANM消息。当本地交换机收到
ANM消息后，也将自己所控制的 VC连接接通，这样，在网络
内部已经为这次呼叫建立起来了双向的 VC连接。此后本地交换
机向主叫用户发用户信令连接消息 (CONNECT)。至此，网络信
令为一次呼叫成功地建立连接的处理过程就结束了。
第五章 ATM交换技术
2．连接释放过程
不论是由主叫用户发起的连接释放，还是由被叫用户发起的连接
释放，其处理过程是完全一致的，只不过本地交换机与远端交换机所
执行的功能对调而已。
下面以主叫用户发起释放的情况为例来说明。接收到主叫用户发
来的释放请求消息 (RELEASE)后，本地交换机立即释放其所控制的该
呼叫占用的 VC连接，也就是说相应的 VPI/VCI与其所占用的网络资源
就可被重新利用了。然后本地交换机向后续交换机转发释放消息 REL。
当远端交换机收到逐级转发来的 REL消息后就启动被叫侧用户信令的
连接释放规程，释放相应的 VC连接，并回送释放完成消息 (RLC)给远
端交换机。远端交换机转发 RLC消息，释放相应的 VC连接；当中间交
换机收到下一级交换机发回来的 RLC消息后，才释放其所控制的 VC连
接。至此，网络信令中连接释放的控制过程就完成了。这一过程中的
消息流程可以用图 5.37的下半部分流程来表示。
第五章 ATM交换技术
5.8 ATM网络的业务量管理
前面介绍 ATM适配层业务类型分为 A,B,C,D四种，适配
层作用是将不同种类的用户信息适配成适合在网络中传输的
ATM信元，用在 ATM网络接入侧。
那么如何在 ATM网络中保证不同业务的服务质量呢？为此
,ATM论坛”定义了四种服务类别：恒定比特率服务 (CBR)、可
变比特率服务 (VBR)、可用比特率服务 (ABR)和非指定比特率服
务 (UBR)。其中，可变比特率服务分为实时 (rt-VBR)和非实时
(nrt-VBR)。
第五章 ATM交换技术
CBR服务为用户提供一条恒定带宽的信道，它需要在整个连
接持续期间具有连续可用的恒定数据率，并对传输时延有相对严
格的上限要求。 CBR通常用于未压缩的声音和视频信息。 rt-VBR
服务为用户提供实时的可变速率的信息传输，对时延和时延抖动
有严格的要求。 rt-VBR与 CBR的不同之处是 rt-VBR应用的传输速
率会随着时间变化。 rt-VBR服务比 CBR允许网络有更大的灵活性。
nrt-VBR服务用来传输非实时的突发性业务。 ABR采用基于速率
的闭环控制原理，根据网络运行情况自适应地要求信息源端调整
速率，即在网络拥塞时降低信息源端速率，在解除拥塞后升高信
息源端速率，信息源端速率在峰值信元速率 PCR和最小信元速率
MCR之间动态调整。 UBR提供尽力而为的服务，不保证时延、丢
失率。在网络拥塞时，直接丢弃 UBR信元。
第五章 ATM交换技术
5.8.1 网络资源管理
网络资源一般是指系统的带宽、缓存器容量以及 CPU的处
理能力等。网络资源管理包括对系统带宽的分配、缓存器划分
以及 CPU的调度等。在程控电话交换中，每次呼叫带宽是固定
的,64 kb/s。在分组交换中，当会话连接建立后带宽也是固定
的。但在 ATM中，一次呼叫或某一类业务所需带宽的多少与该
呼叫或业务的业务量参数和所要求的服务质量有关。
第五章 ATM交换技术
目前有两种方法可进行动态带宽管理和缓存器的快速资源
管理，一种是带宽预留，另外一种是缓冲器预留。
快速带宽预留就是在突发业务信息发送前，请求端到端
路由过程中的每个节点上预留带宽。
第五章 ATM交换技术
5.8.2 呼叫接纳控制
呼叫接纳控制 (CAC)是 ATM特有的。在电路交换中，呼叫
的带宽是固定的，如 64 kb/s,只要从发端到终端选择一条通路，
该呼叫即允许。但在 ATM中，每次呼叫的带宽不固定，呼叫
接纳不仅与业务量参数有关，而且还决定于服务质量。下面
首先介绍业务流量参数和服务质量参数。
第五章 ATM交换技术
1．服务质量参数
服务质量参数包括信元丢失率 (CLR)、信元传递时延
(CTD)、信元时延抖动 (CDV)、信元错插率、误码率等。信元
丢失率为丢失信元与发送信元的比率。信元传递时延包括线路
传送时延、编码和解码时延、分段和重装时延,ATM节点处理
时延 (包括交换、排队、路由等时延 )。信元时延抖动指信元聚
结的程度，表示实际信元间隔与标准信元间隔的接近程度。信
元错插率指错插信元与时间间隔的比率。误码率表示传递比特
的出错概率。
第五章 ATM交换技术
2．业务流量参数
ATM网络中规定了几种基本的业务流量参数，网络根据这
些参数对各种类型的业务分配带宽并进行拥塞控制。这些参数
包括峰值信元速率 (PCR)、信元延时变化容限 (CDVT)、可持续
的信元速率 (SCR)、突发容限 (BT)等。
峰值信元速率表示在 ATM连接上能够发送的信息速率的上
限，用发送相邻两个信元的最小时间间隔的倒数表示。
信元延时变化容限是表示终端生成信元后，在 UNI上容许
该信元传递时间间隔变化的范围参数。这种时延变化是由物理
层的开销和用户网络接口处的复用设备造成的。
第五章 ATM交换技术
可持续的信元速率是可变比特率类业务应用参数，它表
示在 ATM连接上得到保证的平均速率的上限。平均速率指发
送的信元数与连接时间的比值。在统计复用时，用大于可持
续的信元速率而小于峰值信元速率的速率传送信元，可使业
务得到保证。
突发容限也是可变比特率业务的参数，对应于最大突发
长度。
第五章 ATM交换技术
3．连接接纳控制 (CAC)过程
如图 5.38所示，当用户向网络提出连接申请时，要给网络
提交所申请连接的业务流量参数。网络根据当前资源和建立该
连接所需要的资源进行决策。如果网络的当前资源能满足该连
接申请的需求，则接受该连接申请，分配所需网络资源，并在
用户和网络之间建立流量合约 (解释 )。否则，拒绝该连接申请。
第五章 ATM交换技术
图 5.38 CAC控制示意图
提交业务参数 C A C 控制器
决策
网络资源信息
无法满足
拒绝
同意
流量协议
A T M 网络
接纳呼叫
申请
用户呼叫
第五章 ATM交换技术
网络资源的分配办法有两种。一种是按峰值信元速率分配
资源的方法，也称为“非统计类 CAC方法”，它是按峰值信元
速率给用户分配网络资源，用于 CBR A类业务的资源分配。其
优点是实现简单，可以保证服务质量；缺点是对速率变化很大
的变比特率业务来说，网络资源浪费严重。另一种 CAC方法是
等效带宽法，它是根据单个连接中信元的分布，综合网络中多
个连接业务的特征来分配资源，即按等效带宽来分配资源，用
于 VBR业务的资源分配。这种方式实现复杂，但可以提高网络
资源的利用率。
第五章 ATM交换技术
CAC是交换机中的软件功能，它负责决定是否接受一个呼
叫请求。呼叫请求中定义了业务源流量参数和所要求的 QoS类
别。 CAC在 PVC建立时间或 SVC呼叫产生时间决定是否接受呼
叫请求。如果网络在接受某一请求时能确保所有已存在的连接
QoS不受影响，则 CAC接受该呼叫请求。 CAC可以逐节点受理
请求，也可以利用集中系统进行。对于接受的请求,CAC确定
UPC/NPC参数、路由和资源分配。分配的资源包括中继线带宽、
缓冲器空间和交换机内部资源。
第五章 ATM交换技术
为了获得较高的交换速率,CAC必须简单而且快速。 CAC
的复杂性与流量描述器有关。最简单的 CAC算法是对峰值信元
率的分配，如果峰值信元率的总和超过了中继线带宽,CAC就
拒绝呼叫请求。 CAC也允许在一定程度上“过载”分配网络资
源，以便增加统计复用增益。
CAC在各节点工作的受理逻辑大致可分为两种。一种是计
量流入各 VP的信元数，以此作为判断受理 VC的依据，此种方
式适合于事先流量很难预测的数据通信业务。另一种是不依据
业务量计量，而以用户申告的流量描述器为基础进行受理判断。
第五章 ATM交换技术
5.8.3 使用参数控制
使用参数控制分为两种，一种是用户使用参数控制 (UPC)，
另外一种是网络参数控制 (NPC)。用户使用参数控制是指在用户
接入点 (UNI)上对来自用户的信元流进行监测和控制；如果网络
对来自另一网络的信元流在 NNI上进行监控，则称之为网络参
数控制。 UPC/NPC的主要目的在于通过监测和控制业务流量确
保带宽和缓冲器等资源根据其流量合同 (用户和网络之间的双重
承诺 )在用户中合理分配。如果没有 UPC/NPC，网络资源就会被
无意地或恶意地过量占用，以至影响到其它已建立的 ATM连接
的业务质量。标准中没有严格规范 UPC和 NPC功能的实现方法，
但规范了基于漏桶证实算法的 UPC/NPC实现的性能。流量合同
中的一致性连接定义确定了网络 UPC的实现与理想的认证测试
准则之间允许的误差程度，即 UPC的松弛度。
第五章 ATM交换技术
UPC要控制 ATM连接所递交的业务量，以保证商定的流量
合同得以遵守，其目标是由用户产生的超过流量合同规定的业
务量永远不能接入网络。因此,UPC首先要对用户递交的信元
流进行认证测试，以确定信元流是否遵守流量合同，从而激发
信元级别的适当动作：当用户信元流遵守流量合同时，使信元
通过 (及允许接入网络 )，当 UPC与流量成形 (traffic shapping)结合
时还可以进行信元间隔空间重排；而当用户信元流违反合同时，
可对违约信元进行标记 (即对 CLP为 0的信元进行操作，使其 CLP
为 1)或直接将违约信元丢弃。当用户信元流违约时，甚至还会导
致连接级别的动作，即将连接释放。是否选用这一功能将由网
络运营者决定。
第五章 ATM交换技术
5.8.4 整形
根据排队理论，一个排队系统的服务性能不仅与服务时间
分布、服务规则、缓冲器长度有关，还与顾客到达的分布密切
相关。在其它系统参数固定的情况下，顾客到达这一随机过程
的统计特性越平滑，其服务质量就越好。在 ATM网络中，业务
流是高度突发的，其业务速率变化很大。因此，如果能适当地
改善业务流进入网络的统计特性，无疑会改善业务的服务质量。
业务量整形就是完成这样的功能。
第五章 ATM交换技术
下面列举了流量整形的几种实现方法：
?缓冲；
?间隔 (spacing)；
?降低峰值信元率；
?限制突发长度；
?限制业务源速率；
?优先权排队；
?帧处理 (Framing)。
第五章 ATM交换技术
为了确保信元流不违反合同中的流量参数，可采用缓冲与
漏桶算法相结合的方法，即缓冲违约的信元直至漏桶证实这些
缓冲信元已经守约。
终端利用间隔方法保存某个队列中来自多个虚连接的信元，
通过安排这些信元离开队列的时间来确保输出信元流守约，并
且减少时延抖动。
降低峰值信元率方法可以通过控制发端的峰值信元率 (低于
流量合同中规定的峰值信元率 )来实现，这是一种保守的方法，
它可减少违约的可能性。
第五章 ATM交换技术
突发长度限制方法类似于降低峰值信元率方法，它要求业
务源设置突发长度小于流量合同中的最大突发长度 (MBS)。
限制业务源速率是流量整形的一种隐含形式，它发生在实
际业务源速率受限时，如电路仿真中，业务源速率受到固有限
制。
帧处理在 ATM信元序列上附加类似的 TDM结构，利用帧
结构将具有时延抖动控制要求的信元流安排到下一帧。
第五章 ATM交换技术
5.8.5 信元丢失和优先级控制
ATM信元头部有一信元丢失优先级 (CLP)字段，是指在网络
发生拥塞时该信元被丢弃的优先级。 0为高优先级,1为低优先
级。对于高优先级信元，网络应分配足够的资源，保证其可靠
地按时到达；对于低优先级信元，如果网络发生拥塞，必要时
可以丢弃。
优先权控制有助于高性能应用取得所要求的全方位 QoS丢失
参数和时延参数。这种控制可以采用优先权排队业务调度
(Service scheduling)和公平排队等方法实现。一般来说，在交换
机中存在着多个队列，以便那些不允许时延的信元能够安排到
可以存在时延的信元流之前。
第五章 ATM交换技术
优先权排队可以定义在不同的 VPC和 VCC之间，以便同时
满足时延优先权和丢失优先权。图 5.39列举了这种控制方法。
在本例中，优先权排队功能安排在交换机的输出缓冲器上。来
自于多个输入的信元流查找其在内部的优先权值，根据其优先
权值到达输出口一个对应的队列。 ATM输出口根据某种特定的
调度 (scheduling)算法为每个队列提供服务。最简单的一种调度
算法可描述为：对于优先级最高的队列，只要其中存在信元，
输出口就总是首先为其服务。这种算法确保最高优先权的缓冲
器具有最低的丢失率和时延。另外还可选择其它一些调度算法
以将时延抖动均匀地分布在多个队列上。例如，某种调度算法
可以使每个队列的信元在其最大时延到达之前发送，这就使最
低优先权队列的时延抖动变小。这种调度算法非常有益于低速
的帧传输协议，如帧中继。
第五章 ATM交换技术
图 5.39 优先权排队
?
优先权表
优先权排队
高
中
低
…多个端口
A T M 信元流
输出端口
队列
第五章 ATM交换技术
5.8.6 流量控制与拥塞控制
在分组交换和程控交换中采用“窗口”法作为流量控制和拥
塞控制的主要方法。所谓“窗口”法，即当分组网中的分组数
量超过事先约定的数 (称“窗口”数 )时，分组交换机就让没有进
入网络的分组在缓冲器中排队等待。在程控交换机内，当同时
呼叫的用户数超过一定用户数 (亦可称“窗口”数 )时，拒绝接受
呼叫，产生呼损。但 ATM采用光纤传输，传输速率非常高，信
元在光纤中的时延非常短。比如，传输速率为 155 Mb/s的 1000
km光纤来回传输时延大约为 10 ms，当控制发生时，在这 1000
km长的线路上大约有 3656(10/(53× 8/155× 103))个信元正在传送
中，对如此多的信元已无法控制。因此，传统的“窗口”法不
适合 ATM网络。
第五章 ATM交换技术
ATM中的流量控制和拥塞控制措施可分为预防式和反应式
两大类。预防式流量控制是在网络拥塞发生前对进入网络的业
务量进行限制。预防式流量控制是一种预先告知网络通信能力
的控制方法，影响网络带宽的利用率。反应式流量控制如同分
组交换网络中的“窗口”法那样，当网络中信元数超过一定数
量时，对进入的信元进行控制，如用信元速率适配法或选择性
地丢弃信元。反应式流量控制是将网络拥塞发生点的信息返回
到源节点，以便降低速率。
第五章 ATM交换技术
在拥塞状态下，用户提供给网络的净荷接近或超过了网
络的设计极限，从而不能保证流量合同中规定的业务质量
(QoS)。这种现象主要是因为网络资源受限或突然出现故障所
致。造成 ATM拥塞的网络资源一般包括交换机输入 /输出口、
缓冲器、传输链路,ATM适配层处理器和呼叫接纳控制器
(CAC)。发生拥塞的资源也称为瓶颈或拥塞点。
第五章 ATM交换技术
1．拥塞控制的因素
一些应用特性对拥塞的产生负有一定责任，如连接模式、
重传策略、认证策略、响应机制和流量控制等。与应用特性相
反，一定的网络特性对控制拥塞起到了积极作用，如排队策略、
业务调度策略、信元废弃策略、路由选择、传播时延、处理时
延和连接模式等。
拥塞可以发生在不同的时间层次，如信元转发级、突发级
或呼叫级。拥塞也可以发生在单个资源空间或多个资源空间。
检测拥塞被称为标识、反馈或标记。
对拥塞的响应既可发生在不同时间层次，如信元级、突发
级和呼叫级；也可发生在空间层次，如收端或发端上的单个节
点或多个节点。对拥塞的响应也称为拥塞控制、响应或动作。
第五章 ATM交换技术
2．拥塞控制的分类
拥塞控制方法包括拥塞管理、拥塞回避和拥塞恢复三种类
别。每类控制机制可以工作在信元转发级、突发级和呼叫级。
拥塞管理工作在非拥塞区域，其目的是确保网络净荷不要
进入拥塞区域。这种机制包括资源分配，丢弃型用户使用参数
控制 (UPC)，完全预约或绝对保证的呼叫接纳允许控制 (CAC)以
及网络工程。
第五章 ATM交换技术
拥塞回避是一组实时的控制机制，它可在网络过载期间避
免拥塞和从拥塞中恢复。例如某些节点或链路出故障时，就需
要这种机制。拥塞回避程序通常工作在非拥塞区域和轻度拥塞
区域之间，或整个轻度拥塞区域。
拥塞恢复程序可以避免降低网络已向用户承诺的业务质量。
当网络因拥塞开始经受严重的丢失或急剧增加时延时，应启动
该拥塞恢复程序。拥塞恢复包括选择性信元废弃,UPC参数的
动态设置，由严重丢失驱动的反馈或断开连接 (disconnect)等。
第五章 ATM交换技术
思 考 题
5.1 ATM技术有哪些特点？
5.2 为什么说 ATM技术综合了电路交换和分组交换的特点？
请简要说明原因。
5.3 试画出 ATM信元的组成格式，并说明在 UNI和 NNI上信
头格式有何不同。
5.4 信元信头中 CLP起什么作用?
5.5 在信元头部,VPI/VCI的作用是什么？
5.6 设计一个面向连接的网络，使得 VCI在从远端到目的端
的传输过程中可以保持一致。比较这种网络与 VCI只在本地有效
的网络之间的优劣。
第五章 ATM交换技术
5.7 什么是虚信道？什么是虚通道？它们之间存在什么样
的关系？
5.8 给出图 5.40 ATM复用后的输出结果。
5.9 在 ATM参考模型中，用户平面、控制平面和管理平面
的作用分别是什么？
5.10 ATM信元定界方法是基于 HEC的搜索，为什么在捕
捉状态时要逐个比特地进行，而在预同步和同步状态时要逐个
信元进行？
第五章 ATM交换技术
图 5.40
A3 A2 A1
B1
C4 C2 C1
D2 D1
复用
第五章 ATM交换技术
5.11 如果用 AAL3/4发送一个 1500字节大小的包，要比通
过 AAL5发送它多花几个字节？
5.12 ATM交换单元分为哪几种类型？它们的优缺点分别是
什么？
5.13 VC交换与 VP交换在转发表上有何差别？
5.14 在 UNI接口处最多可以定义多少个虚连接？在 NNI接
口处又最多可以定义多少个虚连接？
5.15 ATM交换机有哪几个模块组成？分别完成什么功能？
第五章 ATM交换技术
5.16 Banyan网络具有自选路由的功能。对照图 5.27，画出
010从 5号输入端口到输出端口选路的过程。
5.17 交换网络内部选路有哪两种方法?
5.18 区别内部阻塞与输出冲突的含义。
5.19 针对图 5.29所示的 Batcher-Banyan网络，任选几个原
来在 Banyan网络会遇到内部阻塞的输入信元，看它们现在通过
Batcher-Banyan网络是否还会遇到阻塞。
5.20 内部缓冲与外部缓冲有何区别？内部缓冲有几种方
式？外部缓冲又有几种方式？
第五章 ATM交换技术
5.21 提供端到端的传送能力的 ATM虚连接有哪两种类型？
5.22 简要介绍 ATM网络资源管理的两种方法。
5.23 为什么说呼叫接纳控制 CAC是 ATM特有的功能？
5.24 ATM网络中流量控制和拥塞控制的方法是什么？
